Tài liệu Môn Lưới điện_ Bùi Đình Ảnh docx

Cân bằng công suất tác dụngĐể hệ thống điện làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải thì nguồn điện phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q

Phần thứ nhất

Thiết kế mạng điện khu vực

Chương I cân bằng công suất và vạch các phương án nối điện

i.1.1 Các số liệu về nguồn cung cấp và phụ tải 1.1.1 phân tích nguồn và tải

Dựa vào bảng 1.1, sau khi tính toán ta được bảng số liệu sau:

1.1.2 Cân bằng công suất tác dụng

Để hệ thống điện làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải thì nguồn điện phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q cho các hộ tiêu thụ và cả tổn thất công suất trên các phần tử của hệ thống Nếu sự cân bằng giữa công suất tác dụng và phản kháng phát ra với công suất tác dụng và phản kháng tiêu thụ bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảm, dẫn đến giảm chất lượng của các sản phẩm hoặc có thể dẫn đến mất

ổn định hoặc làm tan rã hệ thống Mục đích của phần này là tính toán xem nguồn phát có đáp ứng đủ công suât tác dụng và phản kháng cho các phụ tải không? Từ

đó định ra phương thức vận hành cho nhà máy, lưới điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng tức là đảm bảo tần số và điện áp luôn ổn định trong giới hạn cho phép

Công suất tác dụng của các phụ tải liên quan với tần số của dòng điện xoay chiều Tần số trong hệ thống sẽ thay đổi khi sự cân bằng công suất tác dụng trong

hệ thống bị phá vỡ Giảm công suất tác dụng phát ra dẫn đến giảm tân số và ngược lại, tăng công suất tác dụng phát ra dẫn đến tăng tần số Cân băng công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống, tần số mọi nơi trong hệ thống điện luôn như nhau Vì vậy tại mỗi thời điểm trong các chế độ xác lập của hệ thống điện, các nhà máy điện trong hệ thống điện cần phải phát công suất bằng công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong hệ thống

Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cực đại của hệ thống Phương trình công suất tác dụng được biểu diễn bằng biểu thức sau:

Ptrạm = m.∑ +

=

6 1

i pti

Trong đú Ptrạm: cụng suất của trạm

p : tổng cụng suất của cỏc phụ tải trong trạm ở chế độ cực đại

∆Pmd : tổn thất trong mỏy biến ỏp

i ppti = 0,05.195 = 9,75 MW

⇒ Ptrạm = 195 + 9,75 = 204,75 MW

1.1.3 Cõn bằng cụng suất phản khỏng.

Sản xuất và tiờu thụ điện năng bằng dũng điện xoay chiều, đũi hỏi sự cõn bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiờu thụ tại mỗi thời điểm Sự cõn bằng đũi hỏi khụng những chỉ đối với cụng suất tỏc dụng, mà cả đối với cụng suất phản khỏng

Sự cõn bằng cụng suất phản khỏng cú quan hệ với điện ỏp Phỏ sự cõn bằng cụng suất phản khỏng sẽ dẫn đến thay đổi điện ỏp trong mạch điện Nếu cụng suất phản khỏng phỏt ra lớn hơn cụng suất phản khỏng tiờu thụ thỡ điện ỏp trong mạng

sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu cụng suất phản khỏng điện ỏp trong mạng sẽ giảm Khỏc với cụng suất tỏc dụng, cõn bằng cụng suất phản khỏng vừa cú tớnh chất hệ thống, vừa cú tớnh chất địa phương, cú nghĩa là chỗ này của hệ thống cú thể đủ nhưng chỗ khỏc của hệ thống lại thiếu cụng suất phản khỏng Vỡ vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện ỏp ở cỏc hộ tiờu thụ trong mạng điện, cần tiến hành cõn bằng sơ bộ cụng suất phản khỏng

Sự cõn bằng cụng suất phản khỏng được biểu diễn bằng biểu thức sau:

Qbự + Qtrạm = m.∑

=

6 1

i pti

Q + ∆QB

Khoa diện trừơng đại học điện lực 3

m.∑

=

6 1

85 , 0

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ - thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của

nó Vì vậy các sơ đồ mạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai, tiếp nhận phụ tải mới

Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng

Trong sơ đồ một cạnh ô vuông nhỏ tương ứng 10km ngoài thực địa

Sơ đồ mạch điện phương án I.

Sơ đồ mạch điện phương ỏn II.

Sơ đồ mạch điện phương ỏn III.

Khoa diện trừơng đại học điện lực 5

6 5

4 3

2 1

iiI

iiI

i

i i

i

nguồn

42,42 41,23

2 1

i

i i

i

nguồn

42,42 41,23 40

36,05 40

iii

iii

Sơ đồ mạch điện phương án IV.

1.2.3 Tính bù công suất phản kháng

6 5

4 3

2 1

i

i i

4 3

2 1

i

i i

i

nguån

40 51

67,08 40

iii

Ta thấy phụ tải 3 và phụ tải 5,phụ tải 6 ở xa nguồn lại chịu tải lớn lên ta sẽ bù sơ

bộ cho hai phụ tải này để nâng hệ số công suất của các phụ tải này lên từ (0,85 ữ 0,95)

Dung lượng bù cho mỗi phụ tải 3 và 5 và 6 là:

∆Qb3 = 6 MVAr, ∆Qb5 = 3,041 MVAr, ∆Qb6 = 3,041 MVAr

= 0,486

Cosử3, =

1 486 , 0

1 1

1

2 ,

= 0,518

Cosử5, =

1 518 , 0

1 1

1

2 ,

= 0,467

Cosử6, =

1 467 , 0

1 1

1

2 ,

6

Ta có bảng phụ tải sau khi bù

Đường dây L (km) Pmax+j.Qmax(MVA) Uđmi (kV) Uđm (kV)

Chương 2 tớnh toỏn chọn phương ỏn tối ưu

A phương ỏn I.

Đ 2.1 chọn cấp điện ỏp cho mạng điện phương ỏn I

Điện ỏp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến cỏc chỉ tiờu kinh tế -

kỹ thuật, cũng như cỏc đặc trưng kỹ thuật của mạng Khi tăng điện ỏp định mức, tổn thất cụng suất và điện năng sẽ giảm, nghĩa là giảm chi phớ vận hành, giảm tiết diện dõy dẫn và chi phớ về kim loại khi xõy dựng mạng điện, đồng thời tăng cụng suất giới hạn truyền tải trờn đường dõy, đơn giản hoỏ sự phỏt triển tương lai của mạng điện, nhưng tăng vốn đầu tư để xõy dựng mạng điện Ngược lại, khi mạng điện ỏp định mức nhỏ, yờu cầu về vốn đầu tư khụng lớn, nhưng chi phớ vận hành lớn vỡ tổn thất cụng suất và điện năng đều lớn, ngoài ra khả năng truyền tải nhỏ Tuỳ thuộc vào giỏ trị cụng suất cần truyền tải và độ dài đường dõy tải điện mà chọn độ lớn của điện ỏp vận hành sao cho thớch hợp nhất ỏp dụng cụng thức kinh nghiệm sau để tớnh điện ỏp định mức của đường dõy:

2.1.1 Chọn cấp điện ỏp cho từng đoạn

ỏp dụng cụng thức kinh nghiệm sau để tớnh điện ỏp định mức của đoạn dõy:

Uđmi = 4,34ì Li+ ì 16 Pi kVKhoa diện trừơng đại học điện lực 9

51

67,08 40

40 41,23

6 5

4 3

2 1

iii

iii

i

i i

i

nguồn 42,42

Trong đó :

- Uđmi : Điện áp định mức của đoạn dây thứ i, kV

− Li : Chiều dài đoạn dây thứ i, km

− Pi : Công suất truyền tải trên đoạn dây thứ i, MW

Điện áp trên đoạn 1- Nguồn

Uđm1 = 4,34 L1 + 16 P1 = 4 , 34 42 , 42 + 16 25 = 91,2670 kVTương tự ta có điện áp đối vơi các đoạn khác

Đường dây L (km) Pmax+j.Qmax(MVA) Uđmi (kV) Uđm (kV)

Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn phương án I

Mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Các đường dây được sử dụng là dây nhôm lõi thép AC, đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tuỳ theo địa hình đường dây chạy qua Đối với các đường dây 110 kV, khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb=5m)

Đối với mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh

tế của dòng điện, nghĩa là:

F =

kt

J I

I = 3

2 2

10 3 U n

Q

− I: Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A

− Jkt : Mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm2

− n : số mạch

2.2.2 Tính tiết diện của đường dây Nguồn – 1

Dòng chạy trên đường dây bằng:

110 3

493 , 15 25

10 3

3 2 2

3 2 2

A

− Tiết diện của dây dẫn

Ftt = 140 , 336

1 , 1

370 , 154

Với dây AC và Tmax=5000h thì Jkt=1,1A/mm2

− Điều kiện vầng quang

Đối với đường dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F /70mm2 Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp với điều kiện vầng quang của đường dây, cho nên không cần phải

kiểm tra điều kiện này

Chọn dây nhôm lõi thép: AC – 150 có ICP = 445 A

Tính toán đối với các đường dây còn lại được tiến hành tương tự như đối với đường dây Nguồn -1

Bảng 4.2 Chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế

Isc = 2×Imaxbt ≤ Icphc

Icphc = khc Icp

khc =

25 70

XQ CP

Q Q

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

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

− Icphc : Dòng điện hiệu chỉnh cho phép

− Imaxbt : Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại

Vậy dây đảm bảo

Đ 2.3 Tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố phương án I

Phương pháp chung:

* Tớnh tổn thất điện ỏp trong chế độ bỡnh thường.

+ Tớnh tổn thất điện ỏp max cho lưới điện hỡnh tia: tớnh ∆U từ nguồn đến tất

- ∆Ui% : Tổn thất điện ỏp từ nguồn đến nỳt i

- ∆Uj% : Tổn thất điện ỏp trờn đường dõy j

- Di : Tập hợp cỏc đường dõy nối nguồn với nỳt i

- Pj : Cụng suất tỏc dụng chạy trờn đường dõy thứ j , MW

- Qj : Cụng suất phản khỏng chạy trờn đường dõy thứ j , MVAr

- Ri : Điện trở của đường dõy thứ j , Ω

- Xj : Điện khỏng của đường dõy thứ j , Ω

- Uđm : Điện ỏp định mức của mạng điện , ( 110kV)

+ Nếu là đường dõy liờn thụng nối 2 phụ tải thỡ tớnh đến nỳt xa nhất

+ Nếu là mạch vũng kớn thỡ ta tớnh từ nguồn đến điểm phõn cụng suất

+ Tổn thất cụng suất trờn đường dõy liờn lạc thỡ tớnh từ trạm đến điểm phõn cụng suất

* Tớnh tổn thất điện ỏp trong chế độ sự cố:

+ Đối với đường dõy cấp điện cho một phụ tải : sự cố đứt một đường dõy trong đường dõy kộp, tổn thất điện ỏp sự cố bằng tổn thất điện ỏp nhõn đụi:

∆Usc% = 2ì∆Ubt% Chỉ tiờu kỹ thuật : ∆Umaxbt% ≤ 10%

∆Umaxsc% ≤ 14%

Khoa diện trừơng đại học điện lực 13

42 , 42 416 , 0 493 , 15 42 , 42 210 , 0 25

110

5 , 0 23 , 41 423 , 0 789 , 24 5 , 0 23 , 41 270 , 0 40

45+j21,847

110kv

25+j15,493 l r

∆UbtN-3% = 100 %

110

5 , 0 51 423 , 0 847 , 21 5 , 0 51 270 , 0 45

5 , 0 40 423 , 0 691 , 21 5 , 0 40

08 , 67 423 , 0 353 , 6 08 , 67 270 , 0 20

2

+

= 4,483%

2.3.2 Trường hợp sự cố:

Đứt một mạch trờn đường dõy kộp:

Đoạn Nguồn -2: ∆UscN-2% = 2ì∆UbtN-2% = 2 ì 3,62 = 7,24%

Khoa diện trừơng đại học điện lực 15

110kv

35+j21,691

l/2 r/2

110kv l r 20+j6,353

110kv

30+j18,592 l/2 r/2

Đoạn Nguồn -3: ∆UscN-3% = 2×∆UbtN-3% = 2 × 4,475 = 8,95%

Đoạn Nguồn -4: ∆UscN-4% = 2×∆UbtN-4% = 2× 3,07 = 6,14%

Đoạn Nguồn -5: ∆UscN-5% = 2×∆UbtN-5% = 2× 2,95 = 5,9%

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

Bảng 4.5 Tổn thất điện áp trên các đường dây

Đường dây ∆Ui bt

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sau sự cố bằng:

∆Umax sc % = ∆UscN-2 % = 8,95% < 14%

Kết luận: Phương án I thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật.

Tính toán đối với các phương án còn lại được tiến hành tương tự như với phương án I

Để thuận tiện, trong mỗi phương án còn lại chỉ trình bày phương pháp xác định các thông số chế độ đối với những trường hợp đặc biệt có trong sơ đồ mạng điện

Đ 2.4 tính tổn thất công suất, tổn thất điện năng

2 1

i

i i

i

nguån

iii 42,42 41,23

40 51

40 36,05 iii

Đ 2.1 chọn cấp điện áp cho mạng điện phương án II

2.1.1Chọn cấp điện áp cho từng đoạn

Làm tương tự như phương án 1 ta có:

Uđm = 110 kV

Vậy ta chọn điện áp cho toàn lưới 110 kV

Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn phương án II

Tính toán như phương án 1 ta có bảng kết quả

Bảng 4.2 Chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế

2.2.1 Kiểm tra điều kiện phỏt núng của dõy dẫn trong chế độ sau sự cố:

Tớnh toỏn như phương ỏn 1 ta cú bảng kết quả

Vậy dõy đảm bảo

Đ 2.3 Tổn thất điện ỏp lỳc bỡnh thường và khi sự cố phương ỏn II

* Tớnh tổn thất điện ỏp trong chế độ bỡnh thường và khi sự cố được tớnh như phương ỏn 1

• Đối với đường dõy nguồn-5

Nguồn-5:

Khoa diện trừơng đại học điện lực 19

∆UbtN-5% =

% 100 110

5 , 0 40 423 , 0 904 , 24 5 , 0 40 270 , 0 50

2

Nguồn – 5 – 6: ∆UbtN-6 = ∆UbtN-5 + ∆Ubt5-6 = 3,975 + 4,483 = 8,458 kV

Các đoạn còn lại tính như PAI

2.3.2 Trường hợp sự cố:

∆UscN-5% = 2.3,975 = 7,95%

∆UscN-5-6% = 2 ∆UbtN-5 + ∆Ubt5-6 = 12,433%

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

Bảng 4.5 Tổn thất điện áp trên các đường dây

Đường dây ∆Ui bt

Kết luận: Phương ỏn II thoả món yờu cầu về kỹ thuật.

Đ 2.4 tớnh tổn thất cụng suất, tổn thất điện năng 2.4.1 Tổn thất cụng suất

- đoạn Nguồn- 1

IbtN-1 = 154,370 ATổn thất cụng suất:

∆PN-1 = I2

N-1.R = 154,3702 0,210.42,42 = 0,212 MW

- đoạn Nguồn- 2

IbtN-2 = 123,496 ATổn thất cụng suất:

∆PN-2 = I2

N-2.R = 123,4962 0,270.41,23 = 0,169 MW

- đoạn Nguồn- 3

IbtN-3 = 131,323 ATổn thất cụng suất:

∆PN-3 = I2

N-3.R = 131,3232 0,270.51 = 0,237 MW

- đoạn Nguồn- 4

IbtN-4 = 108,060 ATổn thất cụng suất:

∆PN-4 = I2

N-4.R = 108,0602 0,270.40 = 0,126 MW

- đoạn Nguồn- 5

IbtN-5 = 146,591ATổn thất cụng suất:

∆PN-5 = I2

N-5.R = 146,5912 0,270.40 = 0,232 MW

- đoạn 5- 6

Ibt5-6 = 115,884 ATổn thất cụng suất:

∆P5-6 = I2

5-6.R = 115,8842 0,270.67,08 = 0,243 MWTổng tổn thất cụng suất của phương ỏn I

∆PΣ = ∆PN-1 + ∆PN-2 + ∆PN-3 + ∆PN-4 + ∆PN-5 + ∆P5-6 = 1,219 MW

Thời gian tổn thất cụng suất cực đại

τ = (0,124 + Tmax.10-4)2.8760 = 3410 hKhoa diện trừơng đại học điện lực 21

2.4.2 Tổn thất điện năng trên đường dây

∆A = ∆PΣ.τ = 1,219 3410 = 4156,79 MWh

C phương án III

Đ 2.1 chọn cấp điện áp cho mạng điện phương án III

2.2.2 Chọn cấp điện áp cho từng đoạn

Chọn tương tự như phương án 1 ta có điện áp cho toàn lưới 110 kV

Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn phương án III

Được tính như phương án 1

Bảng 4.2 Chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế

6 5

4 3

2 1

i

i i

40 67,08

iii

2.2.2 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn trong chế độ sau sự cố:

Được tính như phương án 1

Đ 2.3 Tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố phương án III

* Tính tổn thất điện áp trong chế độ bình thường và khi sự cố được tính như phương án 1

110

5 , 0 23 , 41 377 , 0 282 , 40 5 , 0 23 , 41 170 , 0 65

2

+

= 4,469 %Đoạn N- 2- 1: ∆UbtN-2-1 = ∆UbtN-2 +∆Ubt2-1 = 4,469 + 3,91 = 8,379%

2.3.2 Trường hợp sự cố:

Đứt một mạch trên đường dây kép:

Đoạn Nguồn -2: ∆UscN-2% = 2×∆UbtN-2% = 2 × 1.882 = 3,765%

Đoạn Nguồn -3: ∆UscN-3% = 2×∆UbtN-3% = 2 × 4,475 = 8,95%

Đoạn Nguồn -4: ∆UscN-4% = 2×∆UbtN-4% = 2× 3,07 = 6,14%

Đoạn Nguồn -5: ∆UscN-5% = 2×∆UbtN-5% = 2× 2,95 = 5,9 %

Đoạn N- 2- 1: ∆UscN-2-1% = 2×∆UbtN-2% + ∆Ubt2-1% = 12,848%

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

Bảng 4.5 Tổn thất điện áp trên các đường dây

Đường dây ∆Ui bt

%

∆Ui sc ĐD

%Đoạn 1 –2 3,91 -

Tổn thất điện ỏp lớn nhất trong chế độ sau sự cố bằng:

∆Umax sc % = ∆UscN-2 % = 12,848% < 14%

Kết luận: Phương ỏn III thoả món yờu cầu về kỹ thuật.

2.4 Tớnh tổn thất cụng suất, tổn thất điện năng

2.4.1 Tổn thất cụng suất

- đoạn 1- 2

Ibt1-2 = 154,370 ATổn thất cụng suất:

∆P1-2 = I2

1-2.R = 154,3702 0,210.42,42 = 0,212 MW

- đoạn Nguồn- 2

IbtN-2 = 200,681 ATổn thất cụng suất:

∆PN-4 = I2

N-4.R = 108,0602 0,270.40 = 0,126 MW

- đoạn Nguồn- 5

IbtN-5 = 88,678 ATổn thất cụng suất:

∆PN-5 = I2

N-5.R = 88,6782 0,210.40 = 0,066 MWKhoa diện trừơng đại học điện lực 25

- đoạn nguồn- 6

IbtN-6 = 115,884 ATổn thất công suất:

2 1

i

i i

i

nguån

iii 42,42 41,23

40 51

67,08 40

50

Đ 2.1 Chọn điện ỏp định mức của mạng điện.

2.1.1 Tớnh dũng cụng suất chạy trờn cỏc đoạn đường dõy mạch vũng

Nguồn -2-4-Nguồn

Để xỏc định cỏc dũng cụng suất ta cần giả thiết rằng mạng điện đồng nhất và tất

cả cỏc đoạn đường dõy đều cú cựng một tiết diện

Dũng cụng suất chạy trờn đoạn Nguồn-2 bằng:(N-2)

SN-2=

23 , 131

40 ) 691 , 21 35

( 90 ).

789 , 24 40

(

Dũng cụng suất chạy trờn đoạn Nguồn-4 (N-4) bằng:

Khoa diện trừơng đại học điện lực 27

41,23

40

50

42

nguồn

40+j24,789

35+j21,691