Đồ án môn học lưới điện: phương án có khả năng thực thi nhất trong việc thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 4 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 4 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 4 1.1. Phân tích nguồn và phụ tải 4 1.1.1. Nguồn cung cấp điện 4 1.1.2. Các phụ tải điện 4 1.2. Cân bằng công suất tác dụng 5 1.3. Cân bằng công suất phản kháng 5 CHƯƠNG 2 8 LẬP VÀ TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN 8 2.1. Đặt vấn đề 8 2.2. Phương pháp tính toán 8 2.2.1. Vạch các phương án 8 2.2.2. Phương pháp chung 10 2.2.3. Tính toán các phương án 15 CHƯƠNG 3 40 SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN 40 3.1. Đặt vấn đề 40 3.2. Tính hàm chi phí tính toán 42 3.2.1. Phương án 1 42 3.2.2 Phương án 3 43 3.2.3. Phương án 5 44 3.2.4. Phương án 6 44 3.2.5. Phương án 10 45 3.3. Kết luận 46 CHƯƠNG 4 47 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI DÂY 47 4.1. Chọn máy biến áp của các trạm phụ tải 47 4.2. Sơ đồ trạm nguồn, trạm trung gian và trạm cuối 49 4.2.1. Trạm nguồn 49 4.2.2. Trạm trung gian 50 4.3.3. Trạm cuối 50 CHƯƠNG 5 53 TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐIỆN 53 5.1. Trạng thái phụ tải cực đại 53 5.2. Trạng thái phụ tải cực đại sau khi đã bù chính xác 66 5.3. Trạng thái phụ tải cực tiểu 68 5.3. Trạng thái sự cố 71 CHƯƠNG 6 73 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 73 CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP MÁY BIẾN ÁP 73 6.1.Chọn đầu điều chỉnh cho trạm biến áp 1. 75 6.1.1. Chế độ phụ tải cực đại. 75 6.1.2. Chế độ phụ tải cực tiểu 75 6.1.3. Chế độ sau sự cố 76 6.2. Chọn các đầu điều chỉnh trong các trạm còn lại. 76 CHƯƠNG 7 78 TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT 78 CỦA MẠNG ĐIỆN 78 7.1. Vốn đầu tư xây dựng mạng điện 78 7.2. Tổn thất công suất tác dụng: 79 7.3. Tổn thất điện năng của mạng điện 79 7.4. Tính giá thành mạng điện cho 1MW 80 7.4.1. Chi phí vận hành hàng năm 80 7.4.2. Chi phí tính toán hàng năm 80 7.4.3. Giá thành truyền tải điện năng 81 7.4.4. Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng của một quốc gia.Trong điều kiện nước ta hiện nay đang trong thời kì công nghiệp hoá và hiện đại hoá thì điện năng lại đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Điện năng là điều kiện tiên quyết cho việc phát triển nền công nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác. Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc sản xuất điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa đảm bảo hợp lí về kĩ thuật cũng như về kinh tế. Đồ án môn học lưới điện đã đưa ra phương án có khả năng thực thi nhất trong việc thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện loại I. Nhìn chung, phương án được đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng điện. Dù đã cố gắng nhưng đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy để em có thể tự hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong lần thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy Đinh Quang Huy, thầy Phạm Năng Văn, cô Nguyễn Hồng Nhung đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này. Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2011 Sinh viên thiết kế Phạm Tiến Đạt CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1. Phân tích nguồn và phụ tải 1.1.1. Nguồn cung cấp điện Nguồn cung cấp đủ công suất tác dụng cho phụ tải Có giới hạn về hệ số công suất phản kháng cosφ = 0,85 => tg⁡φ = 0,6197 1.1.2. Các phụ tải điện Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại. Giá 1kWh điện năng tổn thất bằng 1200 đồng. Hệ số công suất trung bình trên thanh góp cao áp của NMĐ khu vực bằng 0,85. Hệ số đồng thời m = 1.

Phân tích nguồn và phụ tải

Nguồn cung cấp đủ công suất tác dụng cho phụ tải

Có giới hạn về hệ số công suất phản kháng cosφ = 0,85 => tg = 0,6197

Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại

Giá 1kWh điện năng tổn thất bằng 1200 đồng

Hệ số công suất trung bình trên thanh góp cao áp của NMĐ khu vực bằng 0,85

Hệ số đồng thời m = 1 cho thấy điện áp trên thanh góp cao áp của nhà máy điện đạt 110% khi phụ tải ở mức cực đại, 105% khi phụ tải ở mức cực tiểu, và 110% trong trường hợp xảy ra sự cố, tương ứng với điện áp định mức.

Bảng 1.1: Các số liệu của phụ tải

Các thông số Các hộ tiêu thụ

Phụ tải cực đại ( MW ) 25 26 27 24 16 17

Mức đảm bảo cung cấp điện I

Yêu cầu điều chỉnh điện áp Khác thường

Thời gian sử dụng công suất cực đại ( h ) 4600 Điện áp định mức lưới điện hạ áp ( KV ) 10

Bảng 1.2 Thông số các phụ tải

Phạm Tiến Đạt – Hệ Thống Điện 3 – K53 Page 5

Cân bằng công suất tác dụng

Hệ thống điện có đặc điểm quan trọng là khả năng truyền tải tức thời điện năng từ nguồn cung đến hộ tiêu thụ mà không thể tích lũy thành lượng nhìn thấy được Tính chất này quyết định sự đồng bộ giữa quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng.

Trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy phải phát công suất tương ứng với nhu cầu tiêu thụ, bao gồm cả tổn thất công suất trong mạng điện Điều này đòi hỏi sự cân bằng chính xác giữa công suất phát và công suất tiêu thụ.

Để hệ thống điện hoạt động hiệu quả, cần có một lượng dự trữ công suất tác dụng nhất định Việc duy trì dự trữ trong hệ thống điện không chỉ quan trọng cho vận hành mà còn ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững của toàn bộ hệ thống.

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống: Đ = + ∆ đ + +

Trong đó : Đ- Tổng công suất tác dụng phát ra từ hệ thống phát

∑ - Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ phụ tải

∆Pmđ - Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện

Ptd – Tổng công suất tự dung

Pdt -Tổng công suất dự trữ trong mạng điện

Hệ thống điện hoạt động với Pdt = Ptd = 0 do nguồn điện được lấy trực tiếp từ thanh cái cao áp Hệ số đồng thời m, thể hiện sự xuất hiện của các phụ tải cực đại, được xác định là m = 1 theo yêu cầu thiết kế.

Cân bằng công suất phản kháng

Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều cần đảm bảo sự cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất và tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cân bằng này không chỉ liên quan đến công suất tác dụng mà còn cả công suất phản kháng.

Sự cân bằng công suất phản kháng có mối liên hệ chặt chẽ với điện áp trong mạng điện Khi sự cân bằng này bị phá vỡ, điện áp trong hệ thống sẽ bị thay đổi, gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của mạng điện.

Phạm Tiến Đạt – Hệ Thống Điện 3 – K53 chỉ ra rằng khi công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ, điện áp trong mạng điện sẽ tăng; ngược lại, nếu thiếu công suất phản kháng, điện áp sẽ giảm Để đảm bảo chất lượng điện áp tại các hộ tiêu thụ trong mạng điện và hệ thống, việc cân bằng sơ bộ công suất phản kháng là rất cần thiết.

Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống: Đ+ ù ≥ + ∆ + − + +

QNĐ - Tổng công suất phản kháng do nguồn điện phát ra

Qbù- Tổng công suất phản kháng cần bù

∑Qpti - Tổng công suất phản kháng của các phụ tải ở chế độ cực đại

∆Qmba - Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp

Gần đúng coi : ∑∆Qmba = 15% m.∑Qpti

QL-Tổng công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện

Qc -Tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây

Coi gần đúng :QL = Qc

Qtd– Tổng công suất phản kháng tự dung

Qdt -Tổng công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống

Qdt =Qtd=0 Vì hệ thống điện lấy trực tiếp từ thanh cái cao áp m- Hệ số đồng thời

Trong tính toán sơ bộ ta có thể tính tổng công suất phản kháng yêu cầu trong hệ thống bằng công thức sau đây

Ta có: QNĐ = PNĐ tgφ = 141,75 0,6197 = 87,849 MVAr

Phải bù công suất phản kháng

Nguyên tắc bù: Bù cho phụ tải ở xa có hệ số cosφ thấp, và chỉ bù cho đến khi cosφ = 0,97 thì thôi

Tổng công suất cần bù là :

Bảng 1.3 : Khoảng cách từ nguồn đến phụ tải

= (tg − tg ) = − tg φ1 , φ2 : Pha trước và sau khi bù cos φ2= 0,97  tgφ2 = 0,251

Từ đây ta rút ra được bảng thông số phụ tải trước và sau khi bù

Bảng 1.4 :Phụ tải trước và sau khi bù

Phụ tải Trước khi bù Sau khi bù

P , MW Q , MVAr Cos φ P , MW Qb , MVAr Q , MVAr Cos φ

Đặt vấn đề

Thiết kế lưới điện cũng như quy hoạch lưới điện , chúng ta cần giải quyết một cách hợp lý ( quy hoạch toán học )

Vạch ra các phương án

Tính toán kỹ thuật các phương án

Phương án hợp lý nhất là phương án đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và có chí phí kinh tế nhỏ nhất.

Phương pháp tính toán

Ta vạch ra các phương án như sau:

2.2.2.1 Tính toán dòng công suất Đối với dòng công suất , ta có 2 trường hợp

2.2.2.2 Chọn điện áp định mức Điện áp vận hành của cả mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện Điện áp định mức của cả mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Công suất của phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và các nguồn cung cấp điện, vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau

Phạm Tiến Đạt – Hệ Thống Điện 3 – K53 Page 11 Điện áp định mức của mạng điện được lựa chọn dựa trên sơ đồ cung cấp điện, với giá trị điện áp sơ bộ có thể xác định theo công suất trên mỗi đoạn đường dây trong mạng điện.

Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức thực nghiệm : đ = 4,34√ + 16 , Trong đó : l: Khoảng cách truyền tải , km

P : Công suất truyền tải trên đường dây , MW

Nếu 70 ≤ đ ≤ 170 thì chọn Uđm = 110 kV

Sau khi tính toán xong ta lập được bảng như sau : Đường dây

Chiều dài đường dây l, km Điện áp tính toán U, kV Điện áp định mức của mạng Uđm , kV

2.2.2.3 Chọn tiết diện dây dẫn

Mạng điện 110 kV chủ yếu được xây dựng bằng các đường dây trên không, sử dụng dây dẫn nhôm lõi thép (AC) Đối với mạng điện khu vực, tiết diện dây dẫn được lựa chọn dựa trên mật độ kinh tế của dòng điện.

Imax - dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cực đại, A jkt - mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm 2

Với dây AC và Tmax = 4600h thì jkt = 1,1 A/mm 2

Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được tính bằng công thức:

Trong đó : n- số mạch của đường dây

Uđm- điện áp định mức của mạng điện, kV

Smax là công suất chạy trên đường dây khi phụ tải đạt cực đại, được đo bằng MVA Đối với đường dây trên không 110kV, để tránh hiện tượng vầng quang ở các dây nhôm lõi thép, yêu cầu tiết diện phải đạt F ≥ 70 mm².

Khi xác định được Ftt, cần chọn Ftc gần nhất với Ftt nhưng vẫn đảm bảo điều kiện về tổn thất vầng quang Độ bền cơ của đường dây trên không không nhất thiết phải kết hợp với điều kiện vầng quang của dây dẫn, do đó không cần kiểm tra điều kiện này Để đảm bảo đường dây hoạt động bình thường sau các sự cố, cần tuân thủ các điều kiện nhất định.

Isc : Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố

Icp : Dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

Khi tính toán cần sử dụng dòng công suất

Bảng 2.1 : Dòng điện làm việc lâu dài cho phép của một số dây dẫn

Dây dẫn Dòng điện làm việc lâu dài cho phép , A

Sau khi tính toán ta cũng được bảng số liệu như sau :

Phạm Tiến Đạt – Hệ Thống Điện 3 – K53 Page 13 Đường dây l, km

2.2.2.4 Tính thông số đường dây Đối với đường dây 1 mạch

B = b0.l Đối với đường dây 2 mạch

Sau khi tính toán lập bảng Đường dây

2.2.2.5 Xác định tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện

Tổn thất điện áp lớn nhất của phương án là tổn thất điện áp tính từ nguồn đến điểm có điện áp thấp nhất trong mạng điện

Có hai chế độ làm việc :

 Chế độ làm việc bình thường

Tổn thất điện áp trên mỗi đoạn đường dây trong chế độ vận hành bình thường được tính bằng công thức :

∆Umax - Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện

∆Ui - Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây cần xét, %

P - Công suất tác dụng chạy trên đoạn đường dây

Q - Công suất phản kháng chạy trên đoạn đường dây

R, X - Điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dây

 Chế độ làm việc sự cố Đối với các đường dây nối từ nguồn đến các phụ tải là đường dây 2 mạch thì khi có sự cố xảy ra:

Đối với mạch vòng, khi xảy ra sự cố, ta cần xem xét từng dây bằng cách ngắt đường dây NĐ-1 và NĐ-2 Sau đó, tiến hành tính toán ∆Usc theo cách thông thường, với công thức ∆Usc = 2∆Ubt NĐ-1 + ∆Ubt 1-2.

2.2.3 Tính toán các phương án Ở đây ta chọn 5 phương án 1, 3, 5, 6, 10 để tính toán

Hình 2.12 : Sơ đồ mạng điện phương án 1

2.2.3.1.1 Tính toán dòng công suất

Tương tự ta được bảng sau :

Bảng 2.2 : Phân bố dòng công suất Đường dây P, MW Q, MVAr ̇, MVA

2.2.3.1.2 Chọn điện áp định mức Đối với đường dây NĐ-1 thì :

Các đường dây còn lại tính tương tự :

Bảng 2.3 : Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đường dây

Chiều dài đường dây l, km Điện áp tính toán U, kV Điện áp định mức của mạng

2.2.3.1.3 Chọn tiết diện dây dẫn Đối với đường dây NĐ-1: ̇ Đ = 25 + j 15,493 MVA Đ = 29,441MVA Đ √3 đ 10 = 29,411

Sử dụng bảng 2.1 để tra Ftc

Các đường dây còn lại tính tương tự

Bảng 2.4 :Đặc tính các đường dây Đường dây NĐ – 1 NĐ – 2 NĐ - 3 NĐ – 4 NĐ - 5 NĐ - 6 l, km 41,231 40,000 44,721 44,721 50,000 50,000

FTC, mm 2 AC - 70 AC – 70 AC - 70 AC – 70 AC - 70 AC - 70

Phương án chỉ có đường dây 2 mạch

Kết quả tính các thông số đường dây cho ở bảng sau:

Bảng 2.5 :Thông số các đường dây Đường dây

10 -6 S NĐ-1 AC-70 41,231 0,450 0,440 2,580 9,277 9,071 212,752 NĐ-2 AC-70 40,000 0,450 0,440 2,580 9,000 8,800 206,400 NĐ-3 AC-70 44,721 0,450 0,440 2,580 10,062 9,839 230,760 NĐ-4 AC-70 44,721 0,450 0.440 2,580 10,062 9,839 230,760 NĐ-5 AC-70 50,000 0,450 0,440 2,580 11,250 11,000 258,000 NĐ-6 AC-70 50,000 0,450 0,440 2,580 11,250 11,000 258,000

2.2.3.1.5 Tổn thất điện áp lớn nhất Đối với đường dây NĐ – 1 ta có:

Trong trường hợp đứt một mạch trên đoạn đường dây NĐ-1, ta có:

Tương tự ta có bảng sau:

Bảng 2.6: Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện Đường dây P,MW Q,MVAr R, Ω X,Ω Uđm,kV ∆Ubt% ∆Usc%

Từ bảng trên ta thấy: ∆ = ∆ Đ = 3,606% < 10%

Phương án đạt tiêu chuẩn kỹ thuật

Ta có : ̇ = ̇ = 17 + j7,430 MVA ̇ Đ = ̇ + ̇ = 25 + j15,493 + 17 + j7,430 = 42 + j22,923 MVA Tương tự ta có bảng sau:

Bảng 2.7 : Phân bố dòng công suất Đường dây P, MW Q, MVAr ̇, MVA

2.2.3.2.2 Chọn điện áp định mức

Như ở phương án 1 ta đã xác định được điện áp định mức của mạng là 110 kV, các phương án sau ta cũng chọn 110 kV làm điện áp định mức

2.2.3.2.3 Chọn tiết diện dây dẫn Đối với đường dây NĐ -1: ̇ Đ = 42 + j22,923 MVA Đ = 47,848 MVA Đ √3 đ 10 = 47,848

Các đường dây còn lại tính tương tự

Bảng 2.8 :Đặc tính các đường dây Đường dây NĐ – 1 NĐ – 2 NĐ - 3 NĐ– 4 2 - 5 1 - 6 l, km 41,231 40,000 44,721 44,721 30,000 31,623

FTC, mm 2 AC - 120 AC – 120 AC - 70 AC – 70 AC - 70 AC - 70

Phương án chỉ có đường dây 2 mạch

Kết quả tính các thông số đường dây cho ở bảng 2.9

Bảng 2.9 :Thông số các đường dây Đường dây

10 -6 S NĐ-1 AC-120 41,231 0,270 0,423 2,690 5,566 8,720 221,823 NĐ-2 AC-120 40,000 0,270 0,423 2,690 5,400 8,460 215,200 NĐ-3 AC-70 44,721 0,450 0,440 2,580 10,062 9,839 230,760 NĐ-4 AC-70 44,721 0,450 0,440 2,580 10,062 9,839 230,760 2 5 AC-70 30,000 0,450 0,440 2,580 6,750 6,600 154,800 1 6 AC-70 31,623 0,450 0,440 2,580 7,115 6,957 163,175

2.2.3.2.5 Tổn thất điện áp lớn nhất Đối với đường dây NĐ – 1 ta có:

Trong trường hợp sự cố nặng nề nhất của đoạn NĐ – 1 - 6, cần xem xét tình huống đứt một mạch của đoạn NĐ - 1 Không cần xem xét trường hợp đứt một mạch trên cả hai đoạn N - 1 và 1 - 6, vì tình huống này xảy ra ít hơn.

Vậy :∆ Đ = 2∆ Đ + ∆ = 2.3,584% + 1,804% = 8,972% Các đường dây còn lại tính tương tự

Kết quả tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 2.10 :Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện Đường dây P,MW Q,MVAr R, Ω X,Ω Uđm,kV ∆Ubt% ∆Usc% NĐ-1 42 22,923 5,566 8,720 110 3,584 -

Từ bảng trên ta thấy: ∆ = ∆ Đ = 5,011% < 10%

Phương án đạt tiêu chuẩn kỹ thuật

 Đối với phần mạch vòng ̇ Đ = ̇ ( Đ ) + ̇ Đ Đ + + Đ

 1 là điểm phân công suất

 Đối với phần mạch liên thông ̇ = ̇ = 16 + j4,010 MVA ̇ Đ = ̇ + ̇ = 26 + j16,113 + 16 + j4,010

Tương tự ta có bảng sau:

Bảng 2.11 : Phân bố dòng công suất Đường dây P, MW Q, MVAr ̇, MVA NĐ-1 23,529 13,318 23,529 + j13,318 NĐ-2 42,000 20,123 42,000 + j20,123 NĐ-3 27,000 16,733 27,000+ j16,733 NĐ-4 24,000 14,874 24,000 + j14,874 2-5 16,000 4,010 16,000 + j4,010 NĐ-6 18,471 9,606 18,471 + j9,606 1-6 1,471 2,176 1,471 + j2,176

2.2.3.3.2 Chọn điện áp định mức Điện áp định mức ở đây ta chọn bằng 110kV

2.2.3.3.3 Chọn tiết diện dây dẫn

 Đối với đường dây NĐ -2: ̇ Đ B + j20,123 MVA Đ = 46,572MVA Đ √3 đ 10 = 46,572

 Kiểm tra điều kiện phát nóng

 Xét đường dây NĐ – 6 : Sự cố đứt dây NĐ - 1 ̇ Đ ( ) = ̇ + ̇ = 25 + 15,494 + 17 + 7,43

Phạm Tiến Đạt – Hệ Thống Điện 3 – K53 Page 25 Đ ( ) = 42 + 22,924 = 47,849 ̇ ( ) = ̇ = 25 + 15,494 Đ ( ) √3 đ 10 = 47,849

 Xét đường dây NĐ – 1 : Sự cố đứt dây NĐ – 6 ̇ Đ ( ) = ̇ + ̇ = 25 + 15,494 + 17 + 7,43

 Sự cố đứt dây NĐ – 1 ̇ ( ) = ̇ = 25 + 15,494

 Sự cố đứt dây NĐ – 6 ̇ ( ) = ̇ = 17 + 7,43

( ) 70 km

Ta có sơ đồ trạm biến áp của mạng điện thiết kế:

Hình 4.1 Sơ đồ chi tiết mạng điện thiết kế

Trạng thái phụ tải cực đại

Điện áp trên thanh góp của nhà máy điện chỉ được xác định trong hai giai đoạn Trong chế độ phụ tải cực đại, điện áp này được tính theo công thức cụ thể.

Bảng thông số các đường dây như sau:

Bảng 5.1 Thông số đường dây Đường dây Mã dây l, km R,  X,  B, 10 -6 S B/2, 10 -6 S

Ta xét đường dây NĐ – 3 – 5

Hình 5.1 Sơ đồ và sơ đồ thay thế đoạn NĐ-3-5

Chọn điện áp tại các của mạng điện bằng điện áp định mức của mạng điện Phụ tải 3:

C NÐ-3d jQ NÐ-3d jQ NÐ-3c jQ 3-5d jQ 3-5c

Bỏ qua G ta có: YNĐ-3/2=BNĐ-3/2=1,203.10 -4 S Đ đ = Đ = Đ

 Giai đoạn 2: Tính điện áp tại các nút

Vậy điện áp trên thanh góp hạ áp đã quy về điện áp cao là:

Tương tự ta tính toán với các nhánh NĐ-1, NĐ-2, NĐ-4, NĐ-6

Ta có kết quả như sau:

Bảng 5.2 Điện áp các nút Đoạn U di , kV Uci , kV Ubi, kV Uhi ,kV

Bảng 5.3 Các dòng công suất và tổn thất công suất trong tổng trở máy biến áp và trên đường dây Đường dây NĐ-1 NĐ-2 NĐ-3-5

Tổng công suất phản kháng theo yêu cầu là:

Giả thiết nguồn cung cấp đủ công suất theo yêu cầu : Đ= = 140,009

Tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra là: Đ= Đ = 140,009.0,6197 = 86,77

∑ Đ < ∑ nên phải tiến hành bù thêm một lượng ù ổ = ∑ − ∑ Đ = 93,399 − 86,77 = 6,629

 Giải quyết bài bài toán bù

Bài toán bù được thiết kế để tối đa hóa lợi ích, giảm thiểu chi phí và giảm thiểu tổn thất công suất cũng như tổn thất điện năng trong quá trình vận hành.

Hình 5.2 Sơ đồ thay thế tương đương

Bảng 5.4 Số liệu phụ tải, đường dây, máy biến áp Đường dây NĐ-1 NĐ-2 NĐ-3 NĐ-4 3-5 NĐ-6

Bài toán có thể biểu diễn dưới dạng toán học như sau:

Dùng phương pháp Lagrange thành lập hàm lagrange như sau:

Lấy đạo hàm theo từng Qbi ta có:

2 Cộng vế với vế ta được: ù ổ − =

2 đ Đặt các giá trị như sau:

Tổng phụ tải phản kháng của mạng:

Tương tự ta tính được:

Từ (7) và (10) ta lại có:

Do Qb1 và Qb3 âm thì ta xét bài toán bù mới với Q bù = 6,629 MVAr cho phụ tải

Tương tự bài toán trên, ta có hàm Lagrange như sau:

2 Cộng vế với vế ta được: ù ổ − ′ =

Do Qb2 và Qb4 âm thì ta xét bài toán bù mới với Q bù = 6,629 MVAr cho phụ tải

Hình 5.4 Sơ đồ thay thế trong bài toán bù lần 3

Tương tự bài toán trên, ta có hàm Lagrange như sau:

Cộng vế với vế ta được: ù ổ − ′ =

Do Q b6 âm thì ta bù một lượng Q bù = 6,629 MVAr cho phụ tải 5

Bảng 5.5 Thông số phụ tải và dung lượng bù

Q max sau khi bù , MVAr 15,494 16,113 16,733 14,874 5,371 12,75

Trạng thái phụ tải cực đại sau khi đã bù chính xác

Ta có thông số đường dây như sau:

Thông số máy biến áp:

Bảng 5.6 Thông số các máy biến áp

Các số liệu tính toán

Dựa vào các thông số trên và phương pháp tính ở mục 5.1 ta có bảng tổng kết sau:

Bảng 5.7 Điện áp các nút Đoạn U di , kV Uci , kV U bi , kV Uhi ,kV

Trạng thái phụ tải cực tiểu

Điện áp trên thanh cái của nguồn được xác định là UNĐ = 105%.Uđm 5,5 kV Trong chế độ phụ tải cực tiểu, công suất phụ tải chỉ đạt 70% so với công suất ở chế độ cực đại, không tính đến bù công suất phản kháng Do công suất phụ tải nhỏ, cần xem xét khả năng cắt bớt một máy biến áp tại các trạm để tối ưu hóa chi phí vận hành Điều kiện để thực hiện việc này là

Sđm : Công suất định mức của máy biến áp

P0 : Tổng tổn thất công suất khi không tải

Pn : Tổng tổn thất công suất khi ngắn mạch

120 = 17,381 Tính tương tự cho các trạm còn lại ta có bảng trên

Bảng 5.9 Thông số ở chế độ cực tiểu

Sc, MVA Số máy còn lại

Số liệu đường dây và máy biến áp cho trong các bảng dưới đây:

Tính tương tự như chế độ phụ tải cực đại ta có phân bố công suất ở chế độ phụ tải cực tiểu như sau:

Trạng thái sự cố

Trong trường hợp đứt một dây trên mạch kép gần nguồn khi hệ thống đang ở chế độ phụ tải cực đại, việc giữ tụ bù là cần thiết Khi xảy ra sự cố, điện áp trên thanh cái cao áp của máy phát sẽ tăng lên 110% giá trị định mức của mạng điện.

Khi đó điện trở và điện kháng của đường dây gặp sự cố tăng gấp đôi còn điện dẫn dung dẫn giảm một nửa

Tính tương tự như chế độ phụ tải cực đại ta có phân bố công suất ở chế độ sự cố như sau:

Chọn đầu điều chỉnh cho trạm biến áp 1

6.1.1 Chế độ phụ tải cực đại Điện áp tính toán của đầu điều chỉnh của máy biến áp được xác định theo công thức:

Chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn n = +2, khi đó điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuẩn Utcmax = 119,094 kV (xem ở bảng 6.1) Điện áp thực trên thanh góp hạ áp bằng:

3,388.11 119,094 = 10,473 Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng:

Như vậy đầu điều chỉnh tiêu chuẩn đã chọn là phù hợp

6.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu Điện áp tính toán của đầu điều chỉnh của máy biến áp được xác định theo công thức:

Chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn n = +3, khi đó điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuẩn Utcmin = 121,141 kV Điện áp thực trên thanh góp hạ áp bằng:

0,058.11 121,141 = 9,994 Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng:

Như vậy đầu điều chỉnh tiêu chuẩn đã chọn là phù hợp

6.1.3 Chế độ sau sự cố Điện áp tính toán của đầu điều chỉnh của máy biến áp được xác định theo công thức:

Chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn n = 0, khi đó điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuẩn Utcsc = 115 kV Điện áp thực trên thanh góp hạ áp bằng:

115 = 10,48 Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng:

Chọn các đầu điều chỉnh trong các trạm còn lại

Chọn các đầu điều chỉnh của máy biến áp còn lại được thực hiện tương ứng, và các kết quả tính toán điều chỉnh điện áp trong mạng điện được trình bày trong bảng 6.2.

Bảng 6.2 Chọn các đầu điều chỉnh máy biến áp

Chế độ phụ tải cực đại Chế độ phụ tải cực tiểu Chế độ sau sự cố

Vốn đầu tư xây dựng mạng điện

Tổng các vốn đầu tư xây dựng mạng điện được xác định theo công thức:

K d - vốn đầu tư cho đường dây, đ

Kt - vốn đầu tư cho trạm biến áp, đ Ở chương 3 ta đã tính được vốn đầu tư đường dây trong phương án 6 là:

Bảng 7.1.Bảng giá máy biến áp

Công suất 1 máy biến áp trong trạm Giá tiền ( tỉ đồng)

Giá tiền trong bảng chỉ áp dụng cho các trạm biến áp 110 kV với 1 máy biến áp Nếu trạm có 2 máy biến áp, giá sẽ được nhân với hệ số 1,8.

Trạm biến áp 1, 2, 3 và 4 có 2 máy biến áp loại TPDH- 25000/110*

Trạm biến áp 5 và 6 có 2 máy biến áp loại TPDH- 165000/110

Vốn đầu tư cho các trạm biến áp trong mạng điện thiết kế là:

Do đó tổng vốn đầu tư để xây dựng mạng điện là:

Tổn thất công suất tác dụng

Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện bao gồm tổn thất trên đường dây và tại các trạm biến áp khi ở chế độ phụ tải cực đại.

Từ các kết quả tính toán chương 5 (bảng 5.6), tổng tổn thất công suất tác dụng trên các đoạn đường dây trong mạng điện là:

Tổng tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây của các máy biến áp là:

Tổng tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép của các máy biến áp:

Như vậy tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện bằng:

Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện tính theo % bằng:

Tổn thất điện năng của mạng điện

Tổng tổn thất điện năng trong mạng điện có thể xác định theo công thức sau: ∆A = (∆Pd + ∆Pb).τ +∆P0.t

Trong đó: τ : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ = 2987,651 h

Phạm Tiến Đạt – Hệ Thống Điện 3 – K53 Page 79 t : Thời gian các máy biến áp làm việc trong năm, lấy t = 8760 h

= 15976,565 MWh Điện năng nguồn cung cấp cho mạnh điện trong một năm:

Tính giá thành mạng điện cho 1MW

7.4.1 Chi phí vận hành hàng năm

Các chi phí vận hành hang năm trong mạng điện được xác định theo công thức:

Trong đó: avhd : hệ số vận hành đường dây ( avhd = 0,07) avht : hệ số vận hành các thiết bị trong trạm biến áp ( avht = 0,1)

7.4.2 Chi phí tính toán hàng năm

Chi phí tính toán hàng năm được xác định theo công thức :

Trong đó atc là hệ số định mức hiệu quả của vốn đầu tư (atc = 0,125)

Do đó chí phí tính toán bằng:

7.4.3 Giá thành truyền tải điện năng

Giá thành truyền tải điện năng được tính theo công thức: β = Y

7.4.4 Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại

Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải được xác định theo biểu thức:

Kết quả tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện thiết kế được tổng hợp trong bảng 7.2

Bảng7.2 Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện thiết kế

Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị

1.Tổng công suất khi phụ tải cực đại MW 135

2.Tổng chiều dài đường dây km 243,034

3.Tổng công suất các máy biến áp hạ áp MVA 264

4.Tổng vốn đầu tư cho mạng điện 10 9 đ 369,536

5.Tổng vốn đầu tư về đường dây 10 9 đ 157,136

6 Tổng vốn đầu tư các trạm biến áp 10 9 đ 212,4

7.Tổng điện năng các phụ tải tiêu thụ MWh 621000

10.Tổng tổn thất công suất tác dụng MW 4,737

11 Tổng tổn thất công suất tác dụng % 3,509

12 Tổng tổn thất điện năng MWh 15976,565

13 Tổng tổn thất điện năng % 2,573

14.Chi phí vận hành hàng năm 10 9 đ 51,236

15.Chi phí tính toán hàng năm 10 9 đ 97,428

16.Giá thành truyền tải điên năng β đ/kWh 82,506

17.Giá thành xây dựng 1 MW công suất khi phụ tải cực đại 10 9 đ/MW 2,737

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	1,64 MB