Thiết kế lưới điện khu vực

Thiết kế lưới điện khu vực

MỞ ĐẦU

Quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá nước ta đang đòi hỏi trình

độ khoa học kỹ thuật cao Ngành điện là ngành hạ tầng cơ sở được ưu tiên phát triển cũng yêu cầu trình độ theo kịp và đáp ứng được nhu cầu Trong hệ thống điện của nước ta hiện nay quá trình phát triển phụ tải ngày càng nhanh nên việc quy hoạch và thiết kế mới và phát triển mạng điện đang là vấn đề cần quan tâm của ngành điện nói riêng và cả nước nói chung

Đồ án môn học Lưới điện giúp sinh viên áp dụng những kiến thức

đã học để thực hiện những công việc thực tế Tuy là đồ án môn học nhưng

đã giúp sinh viên có những khái niệm cơ bản trong công việc và nó cũng là bước đầu tập dược để có những khái niệm cơ bản trong đồ án tốt nghiệp sắp tới và công việc sau này để đáp ứng tốt những nhiệm vụ đề ra

Trong quá trình làm đồ án em rất biết ơn các thầy cô giáo trong bộ môn và các thầy trực tiếp phụ trách môn học trên lớp Em chân thành cảm

ơn thầy giáo Nguyễn Hoàng Việt đã hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này

Sinh viên

NGUYỄN BÁ TÙNG

CHƯƠNG I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

VÀ PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG

Điện năng có đặc điểm là không thể dự trữ được Phụ tải yêu cầu đến đâu thì HTĐ đáp ứng đến đó, do đó công suất phát của các nhà máy điện phải luôn thay đổi theo sự thay đổi nhu cầu công suất tác dụng P và điện áp của các nhà máy điện phải luôn thay đổi để đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng Q của phụ tải

Công suất tác dụng và công suất phản kháng của nguồn điện phải luôn cân bằng với công suất phụ tải trong mọi thời điểm vận hành

I Phân tích phụ tải điện

Trong hệ thống thiết kế có 6 phụ tải.Tất cả các phụ tải đều là hộ loại I và hệ

số cosϕ = 0.85.Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax=5000 h.Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của các trạm hạ áp bằng 10KV

Bảng 1.1 Thông số của các phụ tải điện

II.Cân bằng công suất trong hệ thống điện

1.Cân bằng công suất tác dụng.

Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ được tần số bình thường trong hệ thống Cân bằng công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống và

nó được xác định bằng biểu thức sau :

∑P : Tổng công suất tác dụng phát ra do các máy phát điện của các nhà F

máy điện trong hệ thống

P : Tổng công suất tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ.

∑∆P md : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và MBA

∑P td : Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện, khi tính toán ta sơ

bộ ta lấy giá trị bằng không

∑P dt : Tổng công suất dự trữ, khi tính toán sơ bộ ta cũng lấy giá trị bằng không

m : hệ số đồng thời, khi tính toán ta lấy m = 1

i Pt

1 ∑P td= 0 MVA

∑P dt = 0 MVA

∑P = 181 + 12.67 =193.67 MVA F

2 Cân bằng công suất phản kháng.

Để giữ cho điện áp bình thường phải có sự cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống nói chung và từng khu vực nói riêng Sự cân bằng công suất phản kháng được xác định bởi biểu thức sau :

∑Q F =∑Q YC

∑Q YC =m∑Q Pt +∑∆Q L −∑Q C +∑Q td +∑Q dt +∑∆Q mba

Trong đó :

∑Q Pt : Tổng công suất phản kháng cực đại của mạng.

∑∆Q L : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong lưới điện

∑ QC : Tổng công suất phản kháng điện dung trên đường dây sinh ra Trong khi tính toán sơ bộ ta lấy : ∑∆Q L =∑Q C

∑ Qtd : Tổng công suất phản kháng tự dùng

∑ Qdt : Tổng công suất phản kháng dự trữ Trong khi tính toán sơ bộ ta lấy: ∑∆Q mba : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các MBA của hệ thống ∑ QF :Tổng công suất phản kháng phát ra bởi các máy phát điện và có trị số:

Σ QF = Σ PF tg ϕF =193.67*0.62=120.08 MVAr

Dung lượng cần bùΣQB =8.973MVAR.

Ta thấy rằng ΣQB > 0 nghĩa là nguồn điện thiếu công suất phản kháng Lượng công suất phản kháng thiếu hụt là 8.973MVAR ta phải dùng các tụ điện đặt tại các nút phụ tải để bù vào cho đủ

* Nguyên tắc bù :

- Bù ở hộ xa nhất (tính từ hai nguồn điện đến), nếu chưa đủ thì bù ở

hộ gần hơn, quá trình tiếp tục như vậy cho đến khi bù hết số lượng cần bù

Khi ta bù đến cosϕ’= 0,95 (tgy’= 0,33) Nếu công suất phản kháng cần bù lần cuối nhỏ hơn công suất phản kháng lúc đến cosϕ’= 0,95 thì chỉ bù đến số lượng cần bù, sau đó tính cosϕ’ sau khi bù

Sau đây ta lần lượt bù tại các phụ tải theo nguyên tắc đã nêu :

+ Phụ tải 1 bù đến cosϕ’= 0,95 (tgy’= 0,33)

QB2= (tgϕ2 - tgϕ’2) = 22*(0,62– 0,33) = 6.38MVARSau khi bù cho phụ tải 1 thì lượng công suất phản kháng của hệ thống còn thiếu là

Q’B = QB - QB2 = 8.973 – 6.38 = 2.593 MVAR

Ta bù cho nút phụ tải 3, trước khi bù ta có Ppt3= 24 ; cosϕ = 0,85

Qpt3 = 24*0.62= 14.88MVARSau khi bù ta có :

pt P

Q pt

Q arctg

Kết luận sau khi bù ta có :

+ Phụ tải 1 được bù đến cosϕ’= 0,95

+ Phụ tải 3 được bù đến cosϕ’= 0,89

Tổng dung lượng bù : 8.973MVAR

Từ kết quả trên ta có bảng thông số cosϕ và dung lượng bù tại các nút phụ tải như sau :

Phụ tải Pi(MW) Qi(MVAR

)

cosϕ

(trước khi bù)

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY LỰA CHỌN Uđm

DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Dựa vào tính chất của các hộ tiêu thụ điện (loại I) cấn có hai đường dây cung cấp điện, vị trí tương đối giữa nguồn và phụ tải và vị trí giữa các phụ tải với nhau ta dự kiến 5 phương án có thể thực hiện như sau:

nd

1

2

4 3

5

6

Hình 1 Sơ đồ mạch điện phương án I

1

2

4 3

5

6

1

2

4 3

5

6Hình 4 Sơ đồ mạch điện phương án IV

nd

1

2

4 3

5

6

Hình 5 Sơ đồ mạch điện phương án V

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT –KINH TẾ

CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN HỢP L Ý NHẤT

5

6

Hình 6 Sơ đồ mạch điện phương án I

1.Chọn điện áp định mức của mạng điện

Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm sau:

U i = 4,34 l i +16.P i ,kV

Trong đó :

l –khoảng cách truyền tảI ,km

P-công suất truyền tảI trên đường dây ,MW

Tính điện áp định mức trên đường dây từ NĐ-1

U1 = 4,34 58.31+ 22.16 =86.63 kV

Các điện áp từ nguồn điện tới các phụ tải khác tính tương tự

Kết quả tính toán được cho dưới bảng sau:

Bảng 3.1 Điện áp tính táon và điện áp định mức của mạng

Đường dây

Công suất truyền tải S,MVA

Chiều dài đường dây l,km

điện áp tính toán U,kV

điện áp định mức mạng

Từ bảng kết quả trên ta chọn điện áp định mức mạng điện là Uđm=110kV

2.Chọn tiết diện dây dẫn

Các mạng điện 110kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Các đường dây được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC)

Thiết kế mạng điện khu vực ta chọn dây dẫn bằng mật độ kinh tế Tra bảng trong giáo trình mạng lưới điện với dây AC và Tmax=5000h ta có :

Jkt=1,1A/mm2

F =

kt

max

JI

*Trong đó :

+Jkt : là mật độ kinh tế của dòng điện

+Imax :là dòng điện lớn nhất chạy qua dây dẫn trong chế độ làm việc bình thường

Imax =

dm

max

U32

Đối với đường dây 110kV ,để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có F≥ 70 mm2

Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp với điều kiện vầng quang của dây dẫn ,cho nên không cần kiểm tra điều kiện này

Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau

sự cố cần phải có điều kiện sau :

Isc≤ Icp

Isc –dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố

Icp –dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

103 = 60 8

110

* 3

* 2

167 23

FN1 = 54 45

1 1

8

60 = mm2

Khi sự cố đứt 1 dây ta có :

I1SC=2.IN-1 = 121.6 (A)

Vậy ta chọn dây AC- 70 có ,Icp =275 A

Các tiết diện dây dẫn được tính tương tự

Kết quả tính toán được cho trong bảng

Bảng 3.2 Thông số của các đường dây trong mạng điện

3.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Tính tổn thất điện áp thì có tính trong chế độ bình thường và trong chế

U

+

Trong đó:

+Pi, Qi là công suất chạy trên đoạn đường dây thứ i

+Ri, Xi là điện trở, điện kháng của đoạn đường dây thứi

Lúc sự cố nguy hiểm nhất là lúc đứt một trong hai lộ trên các đoạn đường dây Ta sẽ tính tổn thất điện áp lớn nhất trong các đoạn đường dây để

so sánh với điều kiện tổn thất lớn nhất cho phép

Tính tổn thất điện áp NĐ-1

∆U1bt = 2 * 100 3 036 0

110

858 12

* 26 7 245 12

Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đường dây cho trong bảng :

Bảng 3.3 Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện

Bảng 3.5 Thông số của các đường dây trong mạng điện

Bảng 3.6 Giá trị tổn thất điện áp trong mạng điện

6

Hình.8 Sơ đồ mạch điện phương án III

1.Tính điện áp định mức của mạng điện

Dòng công suất chạy trong đoạn đường dây NĐ-2

SND−2 = S1 + S2 = 56 + j28 7MVA

Dòng công suất chạy trên đường dây 2-1

S2−1 = S1 = 22 + j7 26MVA

2.Chọn tiết diện dây dẫn

Tiết diện dây NĐ-2

IN2 =

dm

max

U32

S

103 = 164 87

110

* 3

* 2

926 62

FN2 = 149 88

1 1

87

164 = mm2

Khi sự cố đứt 1 dây ta có :

I2SC=2.IN-2 = 329.74 (A)

Vậy ta chọn dây AC- 150 có ,Icp =445 A

Tiết diện dây 2-1

max

110

* 3

* 2

167 23

60.8A

FN2-1 =54.45 mm2

Khi sự cố đứt 1 dây ta có :

I2-1SC=2.IN-1 = 121.6 (A)

Vậy ta chọn dây AC-70,Icp =275A

Các tiết diện dây dẫn được tính tương tự

Kết quả tính toán được cho trong bảng

Bảng 3.8 Thông số của các đường dây trong mạng điện

3.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-2-1 trong chế độ làm việc bình thưòng :

Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây NĐ-2

110

28 9

* 7 28 25 4

* 56

% 100

0 2

2

2 2 2

Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây 2-1:

110

09 9

* 26 7 66 8

* 22

% 100

X Q R

P

như vậy tổn thất điện áp trênđoạn đường dây NĐ-2-1 bằng :

∆UNĐ-2-1%=∆UNĐ-2% +∆U2-1% =4.17% + 2.15% =6.32%

Tính tổn thất điện áp trên đường dây trong chế độ sự cố :

Đối với đường dây NĐ-2-1 ,khi ngừng một mạch trên đoạn NĐ-2 sẽ nguy hiểm hơn so với trường hợp sự cố một mạch trên đoạn 2-1 Khi ngừng một mạch trên đường dây NĐ-2, tổn thất điện áp trên đoạn này bằng :

∆UNĐ-2SC% =2*∆UNĐ-2% = 2*4.17 %= 8.34%

Trường hợp ngừng một mạch trên đoạn 2-1:

∆U2-1SC% =2*∆U2-1% =2*2.15% = 4.3%

Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đoạn còn lại cho trong bảng :

Bảng 3.9 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện

Sơ đồ mạng điện phương án IV cho trên hình

nd

1

2

4 3

5

6Hình 9 Sơ đồ mạch điện phương án IV

1.Chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện

Bảng 3.11.thông số của các đường dây trong mạng điện

3.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Bảng 3.12.tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện

5

6

Hình 10 Sơ đồ mạch điện phương án V

Việc tính toán các dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây nối từ

nguồn đến từng phụ tải riêng lẻ tương tự như các phương án trên.Riêng

) ( 04 19 5 32 31

138

31 58

* ) 287 12 24 ( 31 88

* ) 7 21 35 ( 50

31 58 30

31 58 ) 31 58 30

+ +

=

1 5

MVA j

j j

S A0 = 35 + 21 7 − 32 465 − 19 135 = 2 54 + 2 67

SA2=SA0+S3=2.54+j2.67+24+j12.287=26.5+j14.95 MVA

Sau đó dựa vào các công thức tính dòng điện và tiết diện chạy trên dây dẫn tương tự như các phương án trên ta có kết quả sau:

1.Chọn điện áp định mức cho mạng điện

Bảng 3.13.Điện áp tính toán và điện áp định mức mạng điện

2 Tính tiết diện dây dẫn cho mạng điện

Bảng 3.14 Thông số của các đường dây trong mạng điện

Đường dây

Công suất truyền tải S,MVA

Chiều dài đường dây l,km

điện áp tính toán U,kV

Điện áp định mức ,kV

3.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Bảng 3.15 Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện

VI.So sánh kinh tế các phương án

Từ bảng kết quả ta chọn 4 phương án I,III,IV để tiến hành so sánh kinh

Z=(atc +avhđ)*Kđ +∆Α*c

Trong đó :

atc-hệ số hiệu quả vốn đầu tư (atc=0.125)

avhđ-hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện (avhđ=0.07)

Kđ-tổng các vốn đầu tư về đường dây

∆Α- tổng tổn thất điện năng hàng năm

c- giá 1 kWh điện năng tổn thất (c=500đ/kwh)

Đối với các đường dây trên không hai mạch đặt trên cùng một cột, tổng vốn đầu tư để xây dựng các đường dây có thể xác định theo công thức:

Kđ = ∑1,6*k0i * li

k0i : giá thành 1km đường dây một mạch (đ/km)

li :chiều dài đoạn đường dây thứ i (km)

Tổn thất điện năng trên đường dây được xác định theo công thức:

∆A = ∑ ∆Pi max*τ

∆Pi max : tổn thất công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại

τ : thời gian tổn thất công suất cực đại.

Tổn thất công suất trên đường dây thứ i có thể tính:

i dm

i i

U

Q P

P 2 .

2 max

2 max max

Ri : điện trở tác dụng của đường dây thứ i

Uđm : điện áp định mức của mạng điện

Thời gian tổn thất công suất cực đại có thể tính:

τ = ( 0,124 +Tmax10-4)2* 8760

Tmax - thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong năm

Bảng : giá thành 1km đường dây một mạch (triệu/km)

Đường dây Cột bê tông(triệu/km) Cột thép(triệu/km)

a.Tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây

- Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây NĐ-1:

MVA R

U

Q P P

dm

110

26 7 22

2 2

1 2

2 1

2 1

Bảng 3.17 Tổn thất công suất trên đường dây của phương án I

b.Tính vốn đầu tư xây dung mạng điện

Giả thiết đường dây trên không hai mạch được đặt trên cùng loại cột thép

- Vốn đầu tư xây dựng đường dây NĐ-1:

K1 = 1.6*koi*Li = 1.6 * 380 106 *58.31 =35452.48 *106 đ

- Vốn đầu tư xây dựng các đường dây còn lại được tính tương tự

Bảng 3.18 Vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án I

* Chi phí tính toán hàng năm:

a.Tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây

Bảng 3.19 Tổn thất công suất trên đường dây của phương án III

b.Tính vốn đầu tư xây dung mạng điện

Bảng 3.20 Vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án III

* Chi phí tính toán hàng năm:

Z = atc* Kđ + Y = 0,125 *162059.904 106 + 21300.902 106

= 41558.39 106 đ

Phương án IV

a.Tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây

Bảng 3.21 Tổn thất công suất trên đường dây của phương án IV

b.Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện

Bảng 3.22 Vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án IV

- Tổn thất điện năng trong mạng điện:

= 38814.459 106 đ

Từ các kết quả tính toán trên ta có bảng tổng hợp các chỉ tiêu kính tế – kỹ thuật của

3 phương án như sau:

Bảng 3.23 Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của các phương án

so sánh

Các chỉ tiêu

SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN.

I.Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong các trạm hạ áp

Do các phụ tải đều là loại I nên trong mỗi trạm hạ áp cần phải đặt 2 máy biến áp

Trong trường hợp xảy ra sự cố 1 máy biến áp thì máy biến áp còn lại phải cung cấp đủ công suất cho các phụ tải loại I đồng thời cho phép máy biến áp làm việc quá tải với k = 40%Sđm hay k = 1,4Sđm và cho phép quá tải trong 5 ngày đêm, mỗi ngày đêm không quá 6 giờ

Công suất của mỗi máy biến áp được xác định theo CT :

S

S b

Khi

4 , 1 )

1 2 ( 4 , 1 4

, 1

S k

26 7 22 4

, 1

2 2

08 21 34 4

, 1

2 2

287 12 24 4

, 1

2 2

6 18 30 4

, 1

2 2

7 21 35

4 , 1

2 2

32 22 36

4 , 1

2 2

6

Bảng 4.1 Bảng tổng kết chọn máy biến áp các phụ tải

Số liệu kỹ thuật Số liệu tính toán

Do phụ tải là các hộ tiêu thụ loại I nên để đảm bảo cung cấp điện an toàn

và liên tục ta sử dụng sơ đồ hai hệ thống thanh góp làm việc song song Khi vận hành một hệ thống thanh góp vận hành còn một hệ thống thanh góp dự trữ

Nếu đường dây dài (l ≥ 70 km) và trên đường dây hay xảy ra sự cố Khi

đó các máy cắt đặt ở cuối đường dây (dùng sơ đồ cầu máy cắt) (Hình a) Nếu đường dây ngắn (l < 70 km) và ít xảy ra sự cố thì máy cắt đặt phía máy biến áp Mục đích để thao tác đóng cắt máy biến áp theo chế độ công suất của trạm (phụ tải cực đại, phụ tải cực tiểu của trạm) Khi đó sơ đồ của trạm cuối như (Hình b)

(Hình a) (Hình b)