Đồ án môn học lưới điện

Điện năng, nguồn năng lượng có vai trò vô cùng quan trọng trong thời đại ngày nay cho mỗi quốc gia. Điện năng là điều kiện tiên quyết cho việc phát triển nền công nghiệp cũng như các nghành sản xuất khác của một quốc gia. Ở nước ta với nền kinh tế đang ở giai đoạn phát triển mạnh trong quá trình “Cống Nghiệp Hóa Hiện Đại Hóa” đất nước thì điện năng là một trong những yếu tố đóng vai trò then chốt trong công cuộc đó. Vì vậy nhu cầu về điện năng là rất cao ,nhằm truyền tải điện năng đến các hộ gia đình ,công ty ,nhà máy cơ quan chính phủ…….đạt được hiệu quả cao nhất thì đòi hỏi việc tính toán kỹ lưỡng các chi tiết, thông số ,lựa chọn các vật liệu điện phải thật chính xác. Nhằm dảm bảo tính ổn định ,chất lượng điện năng tốt nhất đến các nơi tiêu thụ ,nhưng cũng phải đảm bảo hợp lý về mặt kỹ thuật và tiết kiệm về mặt kinh tế. Trong đồ án môn học Lưới Điện vời đề bài “thiết kế lưới điện cho khu vực gồm một nguồn và bảy phụ tải” nhằm mục đích giúp sinh viên nâng cao tầm hiểu biết và rõ hơn về hệ thống truyền tải điện trong thực tế. Nhờ những kiến thức chỉ dạy của giảng viên bộ môn TS. Đinh Quang Huy và quá trình tìm hiểu tài liệu ,tham khảo các bạn thì em đã tự tính toán ,lựa chọn các phương án trình bày sau . Trong quá trình tìm hiểu và tính toán không thể tránh đươc các sai sót nên em rất mong sẽ thầy cố bộ môn góp ý thêm để em có thể hoàn thiện đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Khoa Kỹ Thuật Điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

LƯỚI ĐIỆN I

Sinh Viên Thực Hiện : Trần Thanh Tùng

Khoa: Kỹ Thuật Điện

Chuyên nghành : Hệ Thống Điện

Lớp : D12-H2

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng, nguồn năng lượng có vai trò vô cùng quan trọng trong thời đại ngày nay cho mỗi quốc gia Điện năng là điều kiện tiên quyết cho việc phát triển nền công nghiệp cũng như các nghành sản xuất khác của một quốc gia.

Ở nước ta với nền kinh tế đang ở giai đoạn phát triển mạnh trong quá trình “Cống Nghiệp Hóa Hiện Đại Hóa” đất nước thì điện năng là một trong những yếu tố đóng vai trò then chốt trong công cuộc đó Vì vậy nhu cầu về điện năng là rất cao ,nhằm truyền tải điện năng đến các hộ gia đình ,công ty ,nhà máy cơ quan chính phủ…….đạt được hiệu quả cao nhất thì đòi hỏi việc tính toán kỹ lưỡng các chi tiết, thông số ,lựa chọn các vật liệu điện phải thật chính xác Nhằm dảm bảo tính ổn định ,chất lượng điện năng tốt nhất đến các nơi tiêu thụ ,nhưng cũng phải đảm bảo hợp lý về mặt kỹ thuật và tiết kiệm về mặt kinh tế.

Trong đồ án môn học Lưới Điện vời đề bài “thiết kế lưới điện cho khu vực gồm một

nguồn và bảy phụ tải” nhằm mục đích giúp sinh viên nâng cao tầm hiểu biết và rõ hơn về

hệ thống truyền tải điện trong thực tế.

Nhờ những kiến thức chỉ dạy của giảng viên bộ môn TS Đinh Quang Huy và quá trình tìm hiểu tài liệu ,tham khảo các bạn thì em đã tự tính toán ,lựa chọn các phương án trình bày sau

Trong quá trình tìm hiểu và tính toán không thể tránh đươc các sai sót nên em rất mong sẽ thầy cố bộ môn góp ý thêm để em có thể hoàn thiện đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội ,Tháng 12 Năm 2019 Sinh Viên

Trần Thanh Tùng

MỤC LỤC

Contents

 s Đề bài : Thiết Kế Lưới Điện Cho Khu Vực Gồm Một Nguồn Và Bảy Phụ Tải

Được Phân Bố Như Sau

4

(1 ô = 10x10 Km)

 Số liệu nguồn : Nguồn là thanh góp của hệ thống 110kV có công suất vô cùng lớn ,

hệ số cosφ=0,85

Hệ số công suất Cosφ 0,9 0,85 0,8 0,85 0,85 0,85

Điện áp định mức của lưới

Thứ cấp (KV)

 Nội Dung :

1. Phân tích nguồn và phụ tải

2. Cân bằng công suất

3. Các phương án đi dây và Tính toán các chi tiết kỹ thuật

CHƯƠNG I

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

1.Phân tích nguồn

Trong hệ thống điện thiết kế có một nguồn cung cấp là nhà máy thủy điện

1.1Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải

Tỉ lệ 10x10 Km

1.2Nguồn công suất vô cùng lớn.

 Nguồn có công suất Vô Cùng Lớn ,có khả năng đáp ứng được mọi yêu cầu về công suấtcủa phụ tải và đảm bảo chất lượng điện áp

 Nguồn có công suất Vô Cùng Lớn đảm bảo điện áp trên thanh góp cáo áp không đổi khi xảy ra mọi biến động về công suất phụ tải dù xảy ra ngắn mạch

 Nguồn là thanh góp của hệ thống 110kV có công suất vô cùng lớn ,với hể số

cosφ=0,85

2.1 Phân tích phụ tải

 Số phụ tải là 6

• Phụ tải loại I : gồm 6 phụ tải

- Là loại phụ tải có mức độ quan trọng cao ,việc cung cấp phải mang tính liên tục Nếu gián đoạn thì sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng tới an ninh quốc phòng ,an ninhchính trị ,tính mạng con người và gây ra hậu quả thiệt hại về mặt kinh tế rất nặng

nề Vì thế phụ tải loại I phải được cung cấp điện bằng một đường dây kép với

2

54

1

Trạm Biến Áp có hai máy làm việc song song trở lên ,ở đây ta dung đường dây kép nên dung Trạm Biến Áp có hai máy Biến Áp làm việc song song để đảm bảo

độ tin cậy và chất lượng điện năng truyền tải hệ thống

 Hệ số công suất cosφ=0,85

 Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax của toàn bộ phụ tải là 4300(h)

 Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp 10kV

 Trong mạng điện thiết kế, các hộ 1,2,3 và 5 có Yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường (KT) độ lệch điện áp thỏa mãn:

- Chế độ phụ tải cực đại dU%=+5%Udm

- Chế độ phụ tải cực tiểu : dU%=0%Udm

- Chế độ sự cố : dU%= 0 5%Udm

 Hộ 1 có yêu cầu điều chỉnh điện áp thường (T) nên phạm vi điều chỉnh điện áp ởchố độ cực đại, cực tiểu, sự cố là:

- Chế độ phụ tải cực đại: dU%+2, 5%

- Chế độ phụ tải cực tiểu: dU%+7, 5%

- Chế độ sự cố: dU% -2, 5%

 - Pmin=0,7*Pmax ,Smax= , Smin= ,Qmax=Pmax*tgφ , Qmin=Pmin*tgφ

Bảng 1.1 Thông số của các phụ tải

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUÂT

Khi tính toán thiết kế mạng điện thì vấn đề quan trọng nhất là cân bằng công suất phát ra bởi nguồn và công suất tiêu thụ của phụ tải ,tổng các công suất tổn hao trên hệ thống truyền tải điện.Trong đồ án thiết kế môn học Lưới Điện việc cân bằng công suất ở đây được thực hiện

trên một số khu vực cụ thể Trong khu vực này có một nguồn điện với công suất vô cùng lớn Trong hệ thống điện chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có sự cân bằng giữa công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q Việc cân bằng công suất tác dụng có lợi trong việc ổn định tần số của hệ thống điện ,còn việc cân bằng công suất phản kháng lại có tác dụng lớn trong việc đảm bảo ổn định điện áp cuối đường dây của hệ thống điện nói chung và lưới điện từng khu vực nói riêng.

1 Cân bằng công suất tác dụng

Pyc=m.∑Pptmaxi m+ ∑∆PMĐ + Pdt + Ptd

Trong đó : - ∑∆PMĐ = 5%∑Pptmaxi

- ∑Pptmaxi : tổng công suất của các phụ tải

- Pdt : công suất dự trữ của hệ thống < Pdt =0 >

- Ptd : công suất tự dung của nhà máy < Ptd=0 >

Trong đó : - Qy/c : tổng công suất phản kháng yêu cầu của cả hệ thống

-∑Qptmaxi : Tổng công suất phản kháng của phụ tải

-∑∆Qb : tổng công suất tổn thất trong TBA: ∑∆Qb= 15%.∑Qptmaxi

-∑∆QL : tổng công suất phản kháng tổn thất trên đường dây

- Qc : tổng công suất phản kháng do tụ điện đặt trên đường dây sinh ra < giả thiết

∑∆QL=Qc>

- m : hệ số đồng thời ,ở đây lấy m=1

- Qtd : công suất tự dùng của nhà máy < xem như Qtd =0 >

- QHT =PHT.tgφHT= 103.53 (MVAr )

- ∑Qptmaxi= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = 73.59 (MVAr)

- ∑∆Qb= 15%.∑Qptmaxi= 11.0385 (MVAr)

- Vậy ta có tổng công suất yêu cầu của hệ thống là

Qy/c= m.∑Qptmaxi + ∑∆Qb=84.6285(MVAr)

So sánh công suất phản kháng của nguồn QHT>Qy/c công suất phản kháng yêu cầu của

CHƯƠNG III

CÁC PHƯƠNG ÁN ĐI DÂY VÀ TÍNH TOÁN CHI TIẾT

KỸ THUẬT

3.1 Các phương án đi dây

Một trong các yêu cầu của thiết kế mạng điện là đảm bảo cung cấp điện an toàn vàliên tục, nhưng vẫn phải đảm bảo tính kinh tế Muốn đạt được yêu cầu này người ta phải tìm

ra phương án nối dây hợp lý nhất trong các phương án vạch ra, đồng thời đảm bảo được cácchỉ tiêu kỹ thuật.Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chấtlượng điện năng cao Khi dự kiến sơ đồ của mạng điện thiết kế, trước hết cần chú ý đến haiyêu cầu trên

Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện loại 1, cần đảmbảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động Vì vậy để cung cấpcho các hộ tiêu thụ loại 1 có thể sử dụng đường dây kép hoặc mạch vòng Đối với hộ tiêu thụloại 3, nói chung cho phép cung cấp điện bằng đường dây trên không một mạch, bởi vì thờigian sửa chữa các đường dây trên không rất ngắn

− Một phương án nối dây hợp lý phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục

+ Đảm bảo chất lượng điện.

+ Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

+ Đảm bảo thuận lợi cho thi công, vận hành và phải có tính linh hoạt cao

+ Đảm bảo tính kinh tế

+ Đảm bảo tính phát triển của mạng điện trong tương lai

*Khi dự kiến các phương án nối dây dựa trên các ưu khuyết điểm của một số sơ đồ mạng điện cũng như phạm vi sử dụng của chúng:

- Ưu điểm

+ Có khả năng sử dụng các thiết bị đơn giản, rẻ tiền và các thiết bị bảo vệ rơle đơn giản

+ Thuận tiện khi phát triển và thiết kế cải tạo các mạng điện hiện có.

- Nhược điểm

+ Độ tin cậy cung cấp điện thấp

- Ưu điểm

+ Việc tổ chức thi công sẽ thuận lợi hơn vì hoạt động trên cùng một đường dây

- Nhược điểm

+ Cần có thêm trạm trung gian

+Thiết bị bố trí đòi hỏi phải bảo vệ bằng rơ le Thiết bị cắt tự động khi gặp sự cố cũngphức tạp hơn

- Ưu điểm

+ Độ tin cậy cung cấp điện cao

+ Khả năng vận hạnh lưới linh hoạt

Phương án 4:

N

52

CÁC ĐỊNH HƯỚNG KỸ THUẬT CƠ BẢN

Do khoảng cách giữa các nguồn cung cấp điện và các phụ tải, hoặc giữa các phụ tải với nhau tương đối xa nên ta sẽ dùng đường dây trên không để cung cấp điện cho các phụ tải Và để đảm bảo về độ bền cơ cũng như khả năng dẫn điện ta sử dụng loại dây AC để truyền tải, còn cột thì sử dụng loại cột thép

Đối với những phụ tải loại I có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất phải được cung cấp điện từ một mạch vòng kín hoặc đường dây kép song song

Đối với hộ tiêu thụ loại 3, nói chung cho phép cung cấp điện bằng đường dây trên không mộtmạch, bởi vì thời gian sửa chữa các đường dây trên không rất ngắn

Khi chọn máy biến áp cho các trạm hạ áp của các hộ phụ tải thì đối với các phụ tải loại I ta sẽ

sử dụng hai máy biến áp vận hành song song

Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của từng phương án cần giải quyết Để đảm bảo các yếu tố an toàn và đáp ứng các yêu cầu về chất lượng điện năng truyền tải ta cần giải quyết các vấn đề

cơ bản sau:

+ Chọn cấp điện áp định mức cho lưới điện:

Đ ch n để ọ ượ ấc c p đi n áp h p lý ph i th a mãn các yêu c u sau:ệ ợ ả ỏ ầ

- Ph i đáp ng đả ứ ược yêu c u m r ng ph t i sau này.ầ ở ộ ụ ả

- Đ m b o t n th t đi n áp t ngu n đi n đ n ph t i.ả ả ổ ấ ệ ừ ồ ệ ế ụ ả

- Khi đi n áp càng cao thì t n th t công su t càng bé, s d ng ít kim lo i màu (I nh ).ệ ổ ấ ấ ử ụ ạ ỏ

Nh ng đi n áp càng tang cao thì chi phí xây d ng m ng đi ncàng l n và giá thành thi tư ệ ự ạ ệ ớ ế

N

2

54

1

b càng tăng Vì v y ph i ch n đi n áp đ nh m c nh th nào cho phù h p v kinh tị ậ ả ọ ệ ị ứ ư ế ợ ề ế

kỹ thu t.ậ

Đ l a ch n đi n áp đ nh m c theo công th c kinh nghi m sau:ể ự ọ ệ ị ứ ứ ệ

Upt/i=4,34. 16

pti i

P L

n

+

(kV)

Trong đó : - Upt/i là điện áp vận hành trên đoạn dây thứ i (KV)

- Ppti : Công suất truyền tải của đoạn thứ I (MW)

- Li : Chiều dài đường dây từ nguồn đến phụ tải thứ i (Km)

- n : số mạch đường dây( đơn n=1, kép n=2)

+ Tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn với mật độ kinh tế của dòng điện ( J kt )

S

n U = 3 .Cos

maxi đm U

P

n ϕ : dòng điện cực đại chay trên đoạn i

- Jkt = 1,1 : mật độ kinh tế của dòng điện (A/mm2)

- Uđm : điện áp định mức (kV)

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang : Theo điều kiện vầng quang: đối với cấp điện áp 110 kV, đểđảm bảokhông phát sinh vầng quang thì dây dẫn phải có tiết diện F ≥ 70(mm2)

+Kiểm tra độ bền cơ của dây

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn lúc sự:Sự cố dùng để kiểm tra điều kiệnkỹ thuật với đường dây kép là khi đứt một nhánh trong đường dây kép của đường dây,còn với mạch vòng thì ta phải xétđến sự cố xảy ra trên các nhánh

Isci = 2.Imaxi ≤ Icpi

Trong đó : -Icpi là giá trị dòng điện tải cho phép

- Isci : là giá trị dòng điện trên đường dây khi xảy ra sự cố

+Tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường : ∆Ubti ≤ ∆Ubt/cp = 5%Uđm

ZN-I = LN-i.( r0 + jx0 )=RN-i + jXN-i

Trong đó : - P, Q: Là công suất tác dụng và phản kháng trên đoạn dây đó

- R, X: Là điện trở và điện kháng của đoạn đường dây đó

- Uđm : Là điện áp định mức của mạng điện

 Tổn thất điện áp lúc bình thường thỏa mãn :

+ Công suất trên đoạn N-3:

SN-3 = P3 + jQ3 = 29 + j21,75 (MVA)

- Điện áp trên đoạn N-3:

=4,34 =4,34.=74,16 (kV)

Áp d ng t ụ ươ ng t công th c kinh nghi m tính đi n áp ta có : ự ứ ệ ệ

B ng ả 3.2.1 Đi n áp tính toán c a m ng đi n ệ ủ ạ ệ

Từ bảng số liệu trên thì điện áp trong khoảng (55,9 ÷ 74,16) nên ta chọn điện áp định mứccho mạng điện là Uđm = 110 kV

3.2.1b Lựa chọn tiết diện dây dẫn.

Để đảm bảo các yếu tố như vầng quang , độ bền cơ của các đoạn đường dây vòng kín tachọn dây AC.

Dòng sự cố: Isci = 2.Imaxi ≤ Icpi

Chi tiết ta có dưới bảng thông số sau

Với dây AC với các điều kiện vầng quang và độ bền cơ được đảm bảo Riêng điều kiện đảm bảo khi đoạn N-3 bị đứt hay cắt bảo dưỡng đường dây nào đó thì ta tính toán như sau

Vậy ta có kết luận:

IN-3sc<Icp3: Thỏa mãn điều kiện chịu đựng của dây dẫn

Dòng công suất truyền tải trên đoạn N-6 khi sự cố đoạn N-6 là:

Dòng điện chạy trên đoạn N-6 khi sự cố đoạn N-6 là:

IN-6sc=== 114,4(A)

Vậy ta có kết luận

 IN-6sc<Icp6: Thỏa mãn điều kiện chịu đựng của dây dẫn

Theo tính toán trên ta có bảng thông số dây dẫn

Kiểm tra tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây lúc bình thường và khi sự cốTa cócông thức tính tổn thất điện áp như sau

- Khi mạng điện gặp sự cố

- Sự cố đứt đoạn N-3

ΔUN-3sc =2 ΔUbt%= 2.4,5 = 9 <ΔUsccp =20%Udm

tương tự ta kiểm tra tổn thất điện áp trên các dây còn lại

Tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường.: ∆Umaxbt%=∆UN-3bt%=9,1%

Thỏa mãn điều kiên tổn hao điện áp cho phép lúc bình thường (<10%)

Kết Luận : Phương án 1 đạt tất cả các yếu tố chỉ tiêu kỹ thuật.

3.2.2a.Lựa chọn cấp điện áp vận hành : Để tiện tính toán ta chọn luôn cấp điện áp 110kV

3.2.2c.Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố.

Ở đây ta xét với mạch N-5 vì đoạn này chịu tải tổng tải của cả S2 và S3.Khi đó ,dòng điện trênđường dây lúc sự cố bằng 2 lần công suất đầy tải

Từ tình toán trên ta có bảng số liệu

Bảng 3.6

Ta thấy điều kiện phát nóng đáp ứng : IscN-i ≤ IcpN-i

Vì đường dây ở chon dây AC nên đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về độ bền cơ ,điều kiện phát nónglúc đường dây sảy ra sự cố

1

3.2.3c.Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố.

Ở đây ta xét với mạch N-4 vì đoạn này chịu tải tổng tải của cả S4 và S2.Khi đó ,dòng điện trênđường dây lúc sự cố bằng 2 lần công suất đầy tải

IscN-4=2.IN-4 ,ta có bảng số liệu:

Ta thấy điều kiện phát nóng đáp ứng : IscN-i ≤ IcpN-i

Vì đường dây ở chon dây AC nên đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về độ bền cơ ,điều kiện phát nónglúc đường dây sảy ra sự cố

Từ đó ta có bảng thông số dây dẫn

3.2.2d.Kiểm tra tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây lúc bình thường và sự cố đứt dây.

3.2.4b Lựa chọn tiết diện dây và kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố.

Tính tương tự phương án trên tacó bảng sau

1

3.2.5b Lựa chọn tiết diện dây và kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố.

Tính tương tự phương án trên tacó bảng sau

∆Umaxbt%=∆UN-1bt% + ∆UN-5 bt% +∆U5-1bt% =8,64%<10%Uđm

Tổn thất điện áp lúc sự cố

∆Umaxsc%=∆UN-1sc%+∆UN-5SC% +∆U5-1SC% =17.28%<20%Uđm

Kết Luận :Phương án 5 đạt tất cả các yếu tố ,chỉ tiêu kỹ thuật

TÍNH TOÁN CH TIÊU KINH T CHO CÁC PH Ỉ Ế ƯƠ NG ÁN

:thời gian thu hồi vốn đầu tư ( = 8 năm)

:hệ số vận hành lưới điện:=0.04 (cột bê tông cốt thép )

=0.07( cột thép)

+A :Tổn thất điện năng trên lưới trong 1 nămA=

:Tổn thất công suất tác dụng lớn nhất trên đường dây thứ i

=

= 8760

:Thời gian tổn thất công suất lớn nhất (Tmax = 4300h)

+ C : giá tổn thất 1 KWh (C=1500 đồng )

D ki n các phự ế ương án dùng đường dây trên không đ i v i c t bê tông c t thépố ớ ộ ố

B ng su t giá đ u t cho đả ấ ầ ư ường dây trên không c p đi n áp 110kVấ ệ

Lo i dây d nạ ẫ C t bê tông c t thépộ ố

(106 đ/Km)

C t thépộ(106 đ/Km)

4.2.3 Chi phí tính toán hàng năm

4.3.3 Chi phí tính toán hàng năm

Z = V +A.C = (0,04+0,125).147322 +9060,35.103.1500

=13590,54918.106 (đ)

4.4 Phương án 3

4.4.1 Tính toán v n đ u t ố ầ ư

Tính toán tương t phự ương án 1, ta có b ng k t quả ế ả

4.4.2 Tính toán t n th t đi n năng ổ ấ ệ

Tính toán tương t phự ương án 1, ta có b ng k t quả ế ả

4.4.3.Chi phí tính toán hàng năm

4.5.2 Tính tổn thất điện năng

Tính toán tương tự phương án 1, ta có bảng kết quả

4.5.3 Chi phí tính toán hàng năm