đồ án lưới điện

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

Phạm Thành Trung

``

Lời nói đầu

Quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nước ta hiện nay đang diễn

ra hết sức mạnh mẽ.Trên khắp cả nước các khu trung tâm công nghiệp mới mọc

lên ngày càng nhiều. Điều này đỏi hỏi chúng ta phải xây dựng các mạng lưới

điện mới để truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ này.Thiết kế các mạng và

hệ thống điện là một nhiệm vụ quan trọng của các kỹ sư nói chung và đặc biệt

là các kỹ sư hệ thống điện.

Đồ án môn học “Thiết kế mạng lưới điện khu vực” giúp chúng ta vận dụng

những kiến thức đã học vào thực tế công việc. Tuy đây mới chỉ là đồ án môn

học nhưng nó đã trang bị những kỹ năng bổ ích cho đồ án tốt nghiệp đồng thời

nó cũng cho chúng ta hình dung ra một phần công việc thực tế sau này

Trong quá trình làm đồ án , em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các

thầy cô giáo trong bộ môn và các thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy trên lớp.Em

xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lã Minh Khánh đã tận tình giúp đỡ em hoàn

thành đồ án này

Sinh viên

Phạm Thành Trung

1

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

Nguyễn Văn Bắc

Mục lục

Chương 1:Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống.

Chương 2:Dự kiến các phương án nối dây và so sánh các phương án về mặt

kỹ thuật.

Chương 3:So sánh kinh tế các phương án

Chương 4: Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây chi tiết của mạng điện

Chương 5:Tính phân bố công suất của mạng điện và tính chính xác điện áp

tại các nút trong mạng điện.

Chương 6:Lựa chọn phương thức điều c hỉnh điện áp trong mạng điện.

Chương 7:Tính toán các chỉ tiêu kinh tế của mạng điện.

2

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

Nguyễn Văn Bắc

Chương 1 Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong

hệ thống

1.1 Phân tích nguồn và phụ tải

Bảng số liệu phụ tải

1.2 Cân bằng công suất tác dụng

Một đặc điểm quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện

năng từ các nguồn điện đến các hộ tiêu thụ và không thẻ tích luỹ điện năng

thành số lượng nhìn thấy được.Tính chất này xác định sự đồng bộ của quá trình

sản xuất và tiêu thụ điện năng.

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ

thống cần phải phát công suất bằng công suất của các hộ tiêu thụ,kể cả tổn thất

công suất trong các mạng điện,nghĩa là cần thực hiện đúng sự cân bằng giữa

công suất phát và công suất tiêu thụ.

Ngoải ra để hệ thống vận hành bình thường ,cần phải có sự dự trữ nhất định

của công suất tác dụng trong hệ thống..Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề

quan trọng ,liên quan đến vận hành cũng như phát triển của hệ thống điện.

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống:

∑PF =∑PYC = m∑Ppt +∑∆P +∑Ptd+∑Pdt

(1.2.1)

Trong đó :

∑PF:Tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn phát.

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

∑∆P :Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện

∑Ptd :Tổng công suất tự dùng của nhà máy điện

∑Pdt :Tổng công suất dự trữ trong mạng điện

m   :hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại

Một cách gần đúng ta có thể thay bằng công thức:

∑PF = ∑Ppt +15%∑Ppt. (1.2.2)

Theo bảng số liều vê phụ tải đã cho ở trên ta có :

3

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

Phạm Văn Trường

∑PF =∑Pyc = 1.15*(36+30+35+20+27+40)=216.2(MW)

Việc cân bằng công suất tác dụng giúp cho tần số của lưới điện luôn được

giữ ổn định.

1.3 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống

Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân

bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm.Sự cân

bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng ,mà còn đối với cả

công suất phản kháng.

Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp.Phá hoại sự cân

bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến sự thay đổi điện áp trong mạng điện.Nếu

công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp

trong mạng điện sẽ tăng ,ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp

trong mạng sẽ giảm.Vì vậy để đảm bảo chất lượng của điện áp ở các hộ tiêu thụ

trong mạng điện và trong hệ thống ,cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản

kháng.

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống:

∑QF = ∑Qyc =m∑Qpt +∑∆Qb +∑QL -∑Qc +∑Qtd +∑Qdt (1.3.1)

Trong đó:

∑QF :Tổng công suất phản kháng do nguồn điện phát ra

∑Qyc: Tổng công suất yêu cầu của hệ thống

∑Qpt :Tổng công suất phản kháng của các phụ tải ở chế độ cực đại

∑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

sinh ra

∑∆Qb : tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp

∑Qtd: tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện.

∑Qdt : Tổng công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống.

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:

∑Qyc = ∑Qpt + 15%∑Qpt (1.3.2)

Công suất phản kháng của các phụ tải được tính theo công thức sau

Q =P* tgφ (1.3.3)

Từ cosφ= 0.85 ta suy ra tgφ= 0.62

Ta có bảng số liệu sau:

bảng 1.3.1:công suất phản kháng của các phụ tải

Áp dụng công thức 1.3.2 ta có

4

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

Phạm Thành Trung

∑Qyc=    1.15*(22.311+18.592+21.691+12.395+16.733+24.79)=133.988

MVAr

Ta lại có :∑QF = ∑PF *tgφ = 216.2 *0.62=133.988 MVAr

Từ các kết quả tính toán trên ta nhận thấy tổng công suất phản kháng do

nguồn phát ra vừa dúng bằng lượng công suất phản kháng yêu cầu của hệ

thống.Vây ta không phải tiến hành bù công suất phản kháng.

KẾT LUẬN

Sau khi tính toán ta có số liệu của các phụ tải được cho trong bảng 1.3.2

Bảng 1.3.2 Số liệu tính toán của các hộ phụ tải

Chương 2 Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện

5

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

và so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật

2.1 Mở đầu

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng diện 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 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 và tiếp nhận

các phụ tải mới.

Từ sơ đồ mặt bằng của nguồn điện và các phụ tải đã cho chúng ta có thể

đưa ra các phương án nối dây cho mạng điện trên.Qua tiến hành đánh giá sơ bộ

chúng ta có thể giữ lại 4 phương án sau và tiến hành tính toán các thông số cơ

bản của các phương án này..

2.2 Phương án nối dây 1

2.2.1 Sơ đồ nối dây

N

1

6

2

5

3

4

Hình 2.2.1 :sơ đồ mạng điện phương án 1

2.2.2 Tính điện áp vận hành của mạng điện

6

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

Nguyễn Văn Bắc

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,sơ đồ mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp

điện. Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của

công suất trên mỗi đoạn đường dây trong mạng điện.

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

sau:

Uvhi = 4.34*

li16 * Pi

(2.1)

Trong đó :

li : khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (km)

Pi :Công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i  (MW)

Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện áp

vận hành trên các đoạn đường dây như sau:

Bảng 2.1 Điện áp vận hành trên các đoạn đường dây và điện áp vận hành

của cả mạng điện

Điện áp vận hành tính trong phương án này có thể dùng làm điện áp vận

hành chung cho các phương án tiếp theo.

2.2.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn trên mỗi đoạn đường dây

của phương án đã chọn

Các mạng điện 110kv được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên

không.Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC). Đối với mạng

điện khu vực ,các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện

nghĩa là :

Fkt

I max

J kt

(2.2)

Trong đó :

Imax : dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cực đại,A;

Jkt

: mật độ kinh tế của dòng điện,A/mm2

Với dây AC và Tmax =5000h ta tra bảng có được :

Jkt = 1.1A/mm2

7

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

Nguyễn Văn Bắc

Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được tính

bằng công thức :

I max

Smax

n *U dm 3

*103

A (2.3)

Trong đó :

n: số mạch của đường dây

Uđm : điện áp định mức của mạng điện,kv

Smax : công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại,MVA

Đối với các đường dây trên không , để không xuất hiện vầng quang các

dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F≥70 mm2

Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1

Đoạn N-1

∗

Im ax

66 2 40 .902 2

2 3 *110

* 10 3 203 .77 A

Fkt

203 . 77

1.1

185 mm 2

Ta chọn Ftc= 185 mm2

Đoạn 1-2

∗

S 30 j18 .592 MVA

Im ax

30 218 .592

2 * 3 * 110

2

* 10 3 92 .62 A

Fkt

92 .62

1.1

 84 .02 mm 2

Chọn Ftc=95 mm2

Đoạn N-3

∗

S (35 j 21 .691 ) (20 j12 .395 ) 55 j34 .09 MVA

I max

55 2 34.09 2

2 * 3 *110

*10 3169 .8 A

F kt

169 . 8

1.1

154 .4mm 2

Chọn Ftc= 150 mm2

Đoạn 3-4

I max

20 212.395 2

110 * 3 * 2

*10 3 61.75 A

Fkt

61 .75

1.1

 56 .13 mm 2

Chọn Ftc= 70mm2

Đoạn N-6

∗

S (27 j16.733 ) (40 j 24.79) 67 j 41.523 MVA

8

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

Nguyễn Văn Bắc

I max

67 2 41.523 2

2 * 3 *110

*10 3 206 .86 A

Fkt

206 . 86

1.1

188 .05 mm 2

Chọn Ftc=185 mm2

Đoạn 5-6

I max

27 216.733 2

2 * 3 *110

*10 3 83.36 A

Fkt



83 . 36

1.1

 75 .78 A

Chọn Ftc=70 mm2

Từ tiết diện tiêu chuẩn của các đoạn đường dây đã chọn ,tra bảng 33 trong sách

mạng lưới điện 1 ta có dòng điện lâu dài cho phép chạy trên các đoạn đường

dây và tra bảng 6 cho ta điện trở và điện kháng đơn vị tương ứng với mỗi đoạn

đường dây đã chọn

Bảng2.2 Dòng điện cho phép lâu dài chạy trên mỗi đoạn đường dây và điện trở

và điện kháng đơn vị tương ứng với mỗi đoạn đường dây.

2.2.4 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện trong trường hợp vận

hành bình thường và trong chế độ sự cố

Tổn thất điện áp trên mỗi đoạn đường dây trong chế dộ vận hành bình thường

được tính bằng công thức

U dm

(2.4)

Trong đó

∆Uibt : tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i,%

Pi, Qi : Công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên đoạn

đường dây thứ i

ri, xi : điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dây thứ i

9

Thiết kế mạng lưới điện khu vực

Nguyễn Văn Bắc

Trong chế độ sự cố , đối với mạng điện trong phương án này đều đường dây 2

mạch nên tổn thất điện áp trong chế độ sự cố (đứt một đoạn đường dây ) được

tính theo công thức :

∆Uisc =2*∆Uibt

(2.5)

Đối với đoạn đường dây N-1

66 * 0 . 17 * 70 . 71 40 .902 * 0. 409 * 70 . 71

2 * 110 2

* 100 8.2%

Trong trường hợp ngừng một mạch trên đoạn đường dây N-1 ,ta có:

∆U N-1sc= 2*8.2=16.4%

Tính toán tương tự đối với các đoạn đường dây còn lại ta có bảng số liệu sau:

Bảng 2.3 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện

Từ bảng số liệu trên ta có:

Tổng tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-1-2 trong chế độ vận hành bình

thuờng và trong chế độ sự cố là :

∆UN-1-2 bt=8.2+3=11.2 %

Trên đoạn đường dây này ta nhận thấy sự cố đứt một mạch đường dây ở đoạn

N-1 là nguy hiểm hơn trường hợp dứt một mạch đường dây ở đoạn 1-2 . Do đó

ta có tổn thất điện áp trong chế độ sự cố là:

∆UN-1-2sc=16.4+3=19.4 %

Tương tự như vậy đối với đoạn đường dây N-3-4 ta có:

∆UN-3-4bt =6.6+2.5=9.1 %

∆UN-3-4 sc=13.2+2.5=15.7 %

Đối với đoạn đường dây N-6-5

∆UN-6-5 = 7.1+5.1=12.2 %

∆UN-6-5sc=14.2+5.1=19.3 %

Từ các kết quả trên nhận thấy rằng ,tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận

hành bình thường là:

∆UN-6-5=12.2%

Tổn thất điện áp trong chế độ sự cố bằng :

∆UN-6-5sc= 19.3%

2.2.5 .Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố

Sự cố nguy hiểm nhất là đứt một đoạn đưòng dây ,khi đó dòng điện sự cố sẽ gấp

đôi giá trị của dòng điện trong chế độ vận hành bình thường.

Tiết diện đã chọn sẽ thoả mãn nếu dòng điến sự cố vẫn nhỏ hơn dòng điện cho

phép

Isc ≤ k*Icp (2.5)

Trong đó :

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

Icp:Dòng điện cho phép ứng với kiểu dây dẫn đã chọn

10