Đồ án mẫu môn Lưới điện - Đại học Điện Lực

Đồ án mẫu môn Lưới điện - Đại học Điện Lực

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ,đời sống nhân dân được nâng cao nhanh chóng Nhu cầu về điện trong tất cả các lĩnh vực tăng cường không ngừng Một lực lượng đông đảo cán bộ kĩ thuật trong và ngoài ngành điện đang tham gia thiết kế, lắp đặt các công trình điện Sự phát triển của ngành điện sẽ thúc đẩy nền kinh tế nước ta phát triển

Bên cạnh việc xây dựng các nhà máy điện thì việc truyền tải và sử dụng tiết kiệm, hợp lí, đạt hiệu quả cao cũng hết sức quan trọng Nó góp phần vào

sự phát triển của ngành điện và làm cho kinh tế nước ta phát triển

Trong phạm vi của đồ án này trình bày về thiết kế môn học lưới điện Đồ

án gồm 6 chương :

Chương 1 : Tính toán cân bằng công suất và xây dựng phương án

Chương 2 : Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

Chương 3 : Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

Chương 4 : Tính toán chế độ xác lập của lưới điện

Chương 5 : Tính toán lựa chọn đầu phân áp

Chương 6 : Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Để thực hiện các nội dung nói trên đồ án cần xử lí các số liệu tính toán thiết kế và lựa chọn các chỉ tiêu, đặc tính kĩ thuật, vạch các phương án và lựachọn phương án tối ưu nhất

Do kiến thức còn hạn chế nên đồ án này của em không tránh khỏi những thiếu sót, em rấtmong thầy cô trong bộ môn góp ý để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy giáo PGS-TS Phạm Văn Hòa đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này

Hà Nội,Tháng 5 Năm 2011 Sinh Viên

Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng như là phương thức vận hành của nhà máy điện hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí và tính chất của nguồn cung cấp điện Nguồn cung cấp điện cho các hộ phụ tải ở đây là mộtnguồn có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất của nguồn là Cosφ =0,85 Tổng công suất của các hộ tiêu thụ ở chế độ phụ tải cực đại là 195 MW.Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại (136,5 MW)

Trong 6 hộ phụ tải thì có 3 hộ phụ tải yêu cầu có mức đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất ( 1, 3, 6 ) nghĩa là không được phép mất điện trong bất cứ trường hợp nào, vì nếu mất điện thì sẽ gây hậu quả nghiêm trọng Ba hộ phụ tải còn lại có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện thấp hơn ( hộ loại hai ) – là những hộ phụ tải mà việc mất điện không gây hậu quả nghiêm trọng Thời gian sử dụng công suất cực đại của các hộ phụ tải

là Tmax = 5000h

Ta có bảng số liệu tổng hợp về phụ tải như sau :

II Tính toán cân bằng công suất

Khi thiết kế mạng điện thì một trong các vấn đề cần phải quan tâm tới đầu tiên là điều kiện cân bằng giữa công suất tiêu thụ và công suất phát ra bởi nguồn

Trong đồ án thiết kế môn học lưới điện việc cân bằng công suất ở đây được thực hiện trên một khu vực cụ thể, trong khu vực này có một nguồn điện công suất vô cùng lớn Trong hệ thống điện chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng Cân bằng công suất tác dụng cần thiết giữ ổn định tần số, còn để giữ được điện

áp ổn định phải cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện nói chung và từng khu vực nói riêng

1 Cân bằng công suất tác dụng

m: hệ số đồng thời trong tính toán thiết kế lấy m=1

: tổng tổn thất trên đường dây và máy biến áp của trạm

Thay ( 2 ) vào ( 1) ta được

) (

75 , 204 )

28 34 25 40 38 30 (

1 05 , 1 05

, 0 )

1

2 Cân bằng công suất phản kháng

mba

Q pti

Q m bù

Q ht tg

tram

P      

pti Q m mba

Q

Mà   15 % 

ht tg tram P tg

pti P m ht

tg tram P pti Q m bù

Ta dự kiến bù sơ bộ trên nguyên tắc là bù ưu tiên cho các hộ ở xa, có Cosφ

thấp trước và chỉ bù đến Cosφ = 0,90 – 0,95 ( không bù cao hơn nữa vì sẽ

không kinh tế và ảnh hưởng tới tính ổn định của hệ thống điện ) Còn thừa

thì ta bù các hộ ở gần có Cosφ cao hơn và bù cho đến khi có Cosφ = 0,85 –

0,90 Công suất bù cho hộ tiêu thụ thứ i nào đó được tính như sau :

1 Dự kiến các phương án nối dây.

Thực tế thì không có một phương án nhất định nào để lựa chọn sơ đồ nốidây cho mạng điện Một sơ đồ nối dây của mạng điện có thích hợp hay không là do nhiều yếu tố quyết định như : Phụ tải lớn hay nhỏ, số lượng phụ tải nhiều hay ít, vị trí phân bố của phụ tải, mức độ yêu cầu về đảm bảoliên tục cung cấp điện, đặc điểm và khả năng cung cấp của nguồn điện, vị trí phân bố các nguồn điện….Hộ loại I được cung cấp điện bằng đường dâykép hoặc có hai nguồn cấp điện ( mạch vòng ) Hộ loại II thì chỉ cần cung cấp điện sử dụng mạch đơn Sau khi tiến hành phân tích sơ bộ xong ta sẽ chọn ra 2 phương án để tiến hành tính toán cụ thể so sánh về mặt kĩ thuật

Ta đưa ra 5 phương án nối dây để phân tích sơ bộ

Các phương án nối dây như các hình vẽ dưới đây:

Phương Án 1:

Phương Án 2:

Phương Án 3:

Phương Án 4:

Phương Án 5:

2 Phân tích và giữ lại một số phương án để tính tiếp.

Ta có :

+ Sơ đồ hình tia có ưu điểm là đơn giản về sơ đồ nối dây, bố trí thiết bị đơn giản; Các phụ tải không liên quan đến nhau, khi sự cố trên một đường dây không ảnh hưởng đến đường dây khác; Tổn thất nhỏ hơn sơ đồ liên thông

Tuy vậy sơ đồ hình tia có nhược điểm: khảo sát, thiết kế, thi công mất nhiều thời gian và tốn nhiều chi phí

+ Sơ đồ liên thông có ưu điểm là thiết kế, khảo sát giảm nhiều so với sơ

đồ hình tia; Thiết bị, dây dẫn có giảm chi phí

Tuy vậy nó có nhược điểm : Cần có thêm trạm trung gian, thiết bị bố trí đòi bảo vệ rơle; Thiết bị tự động hóa phức tạp hơn; Độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn so với sơ đồ hình tia

+ Mạng kín có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp điện cao, khả năng vận hànhlưới linh hoạt, tổn thất ở chế độ bình thường thấp.

Nhược điểm : Bố trí bảo vệ rơle và tự động hóa phức tạp, khi xảy ra sự

cố tổn thất lưới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn

Dựa vào các ưu nhược điểm của các phương án trên, kết hợp với 5

phương án được xây dựng ở trên ta chọn phương án 3 và phương án 4

CÁC ĐỊNH HƯỚNG KỸ THUẬT CƠ BẢN

Do khoảng cách giữa các nguồn cung cấp điện và các hộ phụ tải, hoặc giữa các hộ 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 sửdụng loại cột thép

Đối với những hộ 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

có lộ kép song song Còn đối với các hộ phụ tải loại II thì chỉ cần sử dụng một dây đơn để cung cấp tránh gây lãng phí

Khi chọn máy biến áp cho các trạm hạ áp của các hộ phụ tải thì đối với các hộ phụ tải loại I ta sẽ sử dụng hai máy biến áp vận hành song song, còn với hộ phụ tải loại II thì chỉ cần chọn một máy biến áp

+ Mạng kín có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp điện cao, khả năng vận hành lưới linh hoạt, tổn thất ở chế độ bình thường thấp

Nhược điểm : Bố trí bảo vệ rơle và tự động hóa phức tạp, khi xảy ra sự

cố tổn thất lưới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn

Dựa vào các ưu nhược điểm của các phương án trên, kết hợp với 5

phương án được xây dựng ở trên ta chọn phương án 4 và phương án 3

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN

TỐI ƯU

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KĨ THUẬT

Đối với mỗi phương án được giữ lại để so sánh về mặt kĩ thuật ta cần phải tính toán các nội dung như sau ;

 Lựa chọn điện áp tải điện

Ta sử dụng công thức sau để xác định điện áp định mức của đường dây:

n: Số lộ dây song song

 Tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện ( J

k t )

I lv F

kt J kt



Trong đó : I

l v : Dòng điện làm việc chạy trên đường dây ( A )

ijmax ijmax 3

.10 3

n : số mạch đường dây

Uđm : điện áp định mức ( kV).

J

k t : Mật độ kinh tế của dòng điện ( A/mm² )

Sau đó dựa vào tiết diện kinh tế đã được tính ở trên ta tiến hành chọn tiết diện theo tiêu chuẩn : Fchọn ≥ Fkt

 Tính tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường và khi sự cố nguyhiểm nhất

Tổn thất điện áp trên một đoạn dây được tính theo biểu thức sau :

U dm



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 U

đ m : Là điện áp định mức của mạng điện

Trường hợp sự cố nguy hiểm nhất là khi lộ kép ( hoặc mạch vòng kín ) bị đứt dây một lộ đường dây ( một đoạn dây )

 Kiểm tra phát nóng của dây dẫn lúc sự cố

Ta phải tính được dòng điện chạy trong dây dẫn của đoạn dây đó lúc sự cố nặng nề nhất ( Isc ) Sau đó so sánh trị số tính được với dòng điện cho phép chạy trong dây dẫn đó ( Icp )

Nếu là đoạn dây có lộ kép thì dòng điện khi sự cố bằng 2 lần dòng điện ở chế độ phụ tải max

Isc = 2.Imaxbt

Các phương án đảm bảo được các yêu cầu về kĩ thuật là các phương án phải thỏa mãn được 2 điều kiện sau:

 Tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường ∆U

m a x b t

% ( nghĩa là tính tổn thất điện áp từ nguồn tới phụ tải xa nhất lúc phụ tải cực đại ) và tổn thất điện áp lúc sự cố nặng nề nhất ∆U

m a x s c

% phải thỏa mãn các điều kiện sau :

Icp : Là dòng điện cho phép lâu dài chạy qua dây dẫn.

K1, K2 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ làm việc khác nhiệt

độ tiêu chuẩn ( lấy K1 = 0,88; K2 = 1 )

Nếu như tiết diện dây dẫn đã chọn mà không thỏa mãn điều kiện trênthì ta phải tăng tiết diện dây dẫn cho đến khi thỏa mãn

I Phương án 4

I.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp

I.1.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Sự phân bố công suất trong mạng :

1 - 4

=S

p t 4 = 25+j15,5(MVA)S

0 - 2

=Spt2

=38+j23,56 (MVA)S

0 - 6

=Spt6

=28+j17,36 (MVA)S

0 - 3

=Spt3

=40+j18,71 (MVA)S

0 - 5

=S

p t 5

=34+j15,08 (MVA)

Sơ đồ nối dây phương án 4:

để truyền tải là hợp lí.

I.2 Chọn tiết diện dây dẫn ( theo từng lộ )

I.2.1 Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế, kiểm tra điều kiện phát nóng

2 2 3 max

s c

=2I

m a x

=2.169,828=339,656 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 339,656 ≤ 0,88.445 =391,6 ( thỏa mãn )Vậy đoạn dây 1-0 là dây AC-150 có: r

169,828

1,1

=> Chọn dây AC-120, có I

c p

=380 AI

s c

=I

m a x

=154,389 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 154,389 ≤ 0,88.380 =334,4 ( thỏa mãn )Vậy đoạn dây 1-4 là dây AC-120 có: r

s c

=I

m a x

=234,672 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 234,672 ≤ 0,88.510=448,8 ( thỏa mãn )Vậy đoạn dây 0-2 là dây AC-185 có:r

s c

=2I

m a x

=2.86,458=172,916 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 172,916 ≤ 0,88.265 =233,2 ( thỏa mãn )Vậy đoạn dây 0-6 là dây AC-70 có: r

2 tt

s c

=2I

m a x

=2.115,889=231,778 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 231,778 ≤ 0,88.330 =290,4 ( thỏa mãn )Vậy đoạn dây 0-3 là dây AC-95 có: r

s c

=I

m a x

=195,219 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 195,219≤ 0,88.445 =391,6 ( thỏa mãn )Vậy đoạn dây 0-5 là dây AC-150 có: r

bo

I.2.2 Kiểm tra tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường và khi sự cố nguy hiểm nhất :

Ta có công thức tính tổn thất điện áp ΔU% :U% :

2

P R Q X

i i i i U

II.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp.

II.1.1 Tính toán công suất sơ bộ

Sơ đồ nối dây của phương án 3 :

Sự phân bố công suất trong mạng:

Ta tính được điện áp tải điện trên các đoạn đường dây của phương án 5 như sau:

1,1

2 2 3 max

s c

=2I

m a x

=2.86,458=172,916 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 172,916 ≤ 0,88.265 =233,2 ( thỏa mãn )Vậy đoạn dây 0-6 là dây AC-70 có: r

s c

=2I

m a x

=2.115,889=231,778 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 231,778≤ 0,88.330 =290,4 ( thỏa mãn )Vậy đoạn dây 0-3 là dây AC-95 có: r

s c

=I

m a x

=154,389 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 154,389≤ 0,88.380 =334,4 ( thỏa mãn )

Vậy đoạn dây 0-4 là dây AC-120 có: r

s c

=I

m a x

=195,219 A

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

I

s c

≤ 0,88.I

c p → 195,219≤ 0,88.445 =391,6 ( thỏa mãn )Vậy đoạn dây 0-5 là dây AC-150 có: r

bo

U



- Lúc làm việc bình thường và khi có sự cố lần lượt tính toán ΔU% :U% cho các lộnhư sau:

0-1-2: Theo tính toán phân bố công suất thì điểm phân công suất là nút 2 Tổn

=> Kết luận : Phương án 3 thỏa mãn các tiêu chuẩn kĩ thuật.

III Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và hàm chi phí:

Về chỉ tiêu kinh tế thì phương án nào có vốn đầu tư và phí tổn vận hành hàngnăm nhỏ nhất thì đó là phương án có tính kinh tế nhất

Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là phí tổn tính toán hàng năm nhỏ nhất

Phí tổn tính toán hàng năm của mỗi phương án được tính toán theo biểu thức

0

.V A c a

Trong đó : a

t c: Là hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn

tc tc T

Ttc : Là số năm thu hồi vố tiêu chuẩn

V : Là số vốn đầu tư cơ bản .

oij ij

V V L

oij

V : Là số vốn đầu tư để xây dựng 1km chiều dài đường dây

Lịj : Là chiều dài của đoạn đường dây ij

Nếu là đường dây kép thì cần phải thêm hệ số 1,6

ΔU% :A : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải max

A= P.

ΔU% :P : Là tổng tổn thất công suất trên mạng

ro(Ω/Km)

V

o i j

.106(đ/Km)

∆P

n h(MW)

V

o i j

.L

i j(10 đ)

Áp dụng công thức tính toán phí tổn vận hành hàng năm ta tinh được phí vận hành háng năm của phương án 3 cụ thể ở bảng sau :

2)

ro(Ω/Km)

V

o i j

.106(đ/Km)

∆P

n h(MW)

V

o i j

.L

i j(10

Ta có bảng tổng hợp so sánh các phương án về chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật :

Từ bảng tổng hợp kết quả trên cho ta thấy cả 2 phương án đều đảm bảo kĩ thuật và phương án 3 có Z nhỏ hơn

=> Vậy chọn phương án 3 là phương án tối ưu

CHƯƠNG III : CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

Nếu như khi tính toán điều chỉnh điện áp không đảm bảo được thì ta sửdụng máy biến áp điều áp dưới tải

Công suất của máy biến áp được chọn theo công thức sau :

- Hộ loại II, có một máy biến áp sử dụng cho phụ tải 2,4,5

Cuối cùng ta có bảng tổng kết kết quả lựa chọn máy biến áp như

→ Vậy ta chọn máy biến áp cho hộ phụ tải số 6 loại TPDH – 25000/110 có công suất định mức là SđmB6 = 25 (MVA)

t t M B A

(MVA) 25,213 44,711 31,543 29,415 37,492 23,532S

∆P0(kW)

I0(%)

R(Ω)

X(Ω)

∆Q0(kVAr)

Sơ đồ lưới điện chính

CHƯƠNG IV : T ÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƯỚI ĐIỆN

I.1, Tính toán chế độ phụ tải max

Ta có thông số đường dây như sau

01 12

S S  S 31, 784 j22, 981 (MVA)

Ta có:

2 06 2 6 c06 c6d dm

03 03

S S  S 42, 451 j24, 97 (MVA)

CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP

(Tính cho phụ tải số 3)

I, Tính toán chế độ xác lập khi phụ tải max và khi phụ tải min

1, Khi phụ tải max ( áp dụng kết quả chương 4)

Quy đổi phụ tải phía hạ áp sang phía cao áp của phụ tải 3:

2, Khi phụ tải min

Điện áp trên thanh cái đầu nguồn UN=115,5 (kV);

Ở chế độ phụ tải cực tiểu thì công suất phụ tải bằng 50% công suất phụ tải ở chế độ cực đại

Vì công suất phụ tải nhỏ nên để vận hành kinh tế ta xem xét có thể cắt bớt một máy biến áp ở các trạm hay không Điều kiện để cắt bớt một máy biến áp trong trạm là:

.

0 min C dm

∆P0: Tổng tổn thất công suất khi không tải

∆Pn: Tổng tổn thất công suất khi ngắn mạch

Xét trạm 1:

2 2

=> Vậy trạm 1 được cắt bớt 1 MBA

Tính toán cho các tr m khác ta ạm khác ta được bảng sau: được bảng sau: c b ng sau: ảng sau: