Đồ án Thiết kế mạng lưới điện khu vực

`` 3.6+-- 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 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. 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 Các số liệu  Các hộ tiêu thụ    1  2  3  4  5  6   Phụ tải cực đại(MW)  36  30  35  20  27  40   Hệ số công suất cosφ  0.85   Mức đảm bảo cung cấp điện  I   Yêu cầu điều chỉnh điện áp  KT   Điện áp danh định của lưới điện thứ cấp  10 KV   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 : ∑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 Các hộ phụ tải  1  2  3  4  5  6   Q(MVAr)  22.311  18.592  21.691  12.395  16.733  24.79   Áp dụng công thức 1.3.2 ta có ∑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 Các hộ tiêu thụ  1  2  3  4  5  6   P(MW)  36  30  35  20  27  40   Q(MVAr)  22.311  18.592  21.691  12.359  16.733  24.79   S(MVA)  42.35  35.29  41.18  23.53  31.76  47.06   cosφ  0.85  0.85  0.85  0.85  0.85  0.85   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 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 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*
(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: Đoạn đường dây  Cống suất truyền tải ,MVA  Chiều dài đoạn đường dây ,km  Điện áp vận hành,kv  Điện áp định mức của cả mạng diện ,kv   N-1  36+j 22.31  70.71  110.4  110   N-2  30+j 18.592  78.1  102.53    N-3  35+j 21.691  85.44  110.26    N-4  20+j 12.395  121.66  91.2    N-5  27+j 16.733  80.62  98.26    N-6  40+j 24.79  60.83  114.89    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 :
(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 Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được tính bằng công thức :
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
=(36+ j22.31)+(30+j18.592)=66+j40.902 MVA

Ta chọn Ftc= 185 mm2 Đoạn 1-2


Chọn Ftc=95 mm2 Đoạn N-3


Chọn Ftc= 150 mm2 Đoạn 3-4

Chọn Ftc= 70mm2 Đoạn N-6



Chọn Ftc=185 mm2 Đoạn 5-6

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 Đoạn đường dây  Kiểu dây dẫn  Icp (A) 
MVA  R0(Ω/m)  X0(Ω/m)   N-1  AC-185  510  66+j40.902  0.17  0.409   1-2  AC-95  330  30+j18.592  0.33  0.429   N-3  AC-150  445  55+j34.09  0.21  0.416   3-4  AC-70  265  20+j12.395  0.45  0.44   N-6  AC-185  510  67+j41.523  0.17  0.409   6-5  AC-70  265  27+j16.733  0.45  0.44   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
(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 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
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: Đường dây  ∆Ubt(%)  ∆Usc(%)  Đường dây  ∆Ubt(%)  ∆Usc(%)   N-1  8.2  16.4  3-4  2.5  5   1-2  3  6  N-6  7.1  14.2   N-3  6.6  13.2  6-5  5.1  10.2   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 Ta có bảng số liệu sau: Đoạn đường dây  Kiểu dây dẫn  Dòng điện cho phép Icp(A)  Dòng điện sự cố Isc(A)  Kết luận   N-1  AC-185  510  407.54    1-2  AC-95  330  185.24    N-3  AC-150  445  339.6    3-4  AC-70  265  123.5    N-6  AC-185  510  413.72    6-5  AC-70  265  151.56    Bảng 2.4 Từ bảng số liều trên ta nhận thấy tất cả các tiết diện của dây dẫn đã chọn đều thoả mãn điều kiện phát nóng . 2.3 Phương án nối dây 2 2.3.1 Sơ đồ nối dây Hình 2.2.2 Sơ đồ nối dây phương án 2 Các số liệu tính toán cho phương án 2 Đoạn đường dây  Công suất truyền tải (MVA)  Chiều dài đoạn đường dây (km)   N-1  66 + j 40.902  70.71   1-2  30+ j 18.592  41.23   N-3  55+ j 34.09  85.44   3-4  20+ j 12.395  41.23   N-5  27 + j 16.733  80.62   N-6  40 + j 24.79  60.83   Bảng 2.5 Số liệu tính toán của phương án 2.3.2 Chọn điện áp vận hành của mạng điện Như đã trình bày ở phần trên ,chúng ta có thể lựa chọn điện áp vận hành chung cho tất cả các phương án nối dây là 110kv. 2.3.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn Tính toán tương tự như đối với phương án 1, ta có tiết diện của các đoạn dây dẫn được cho trong bảng 2.6: Đoạn đường dây  Cống suất truyền tải  Imax(A)  Fkt (mm2)  Ftc(mm2  ISC(A)  Icp(A)   N-1  66+j40.902  203.77  185.25  185  407.54  510   1-2  30+j18.592  92.6  84.2  95  185.2  330   N-3  55 +j34.09  169.81  154.37  150  339.62  445   3-4  20+j12.395  61.7  56.1  70  123.4  265   N-5  27+j16.733  83.4  75.78  70  166.8  265   N-6  40+j24.79  123.5  112.3  120  247  380   Bảng 2.6 Tiết diện của các đoạn dường dây tính theo mật độ kinh tế của dòng điện Từ bảng số liệu trên ta nhận thấy tất cả các tiết diện tiêu chuẩn đã chọn đều thoả mãn điều kiện phát nóng . 2.3.4 Tính tổn thất điện áp trong chế độ vận hành bình thường và trong chế độ sự cố. Tính toán tương tự như đối với phương án 1 ta có bảng số liệu sau đây: Đoạn đường dây  Kiểu dây dẫn  Chiều dài L(km)  R0(Ω/km)  X0(Ω/km)  ∆Ubt(%)  ∆Usc(%)   N-1  AC-185  70.71  0.17  0.409  8.2  16.4   1-2  AC-95  41.23  0.33  0.429  3.05  6.1   N-3  AC-150  85.44  0.21  0.416  9.08  18.16   3-4  AC-70  41.23  0.45  0.44  2.46  5.92   N-5  AC-70  80.62  0.45  0.44  6.5  13   N-6  AC-120  60.83  0.27  0.423  5.4  10.8   Bảng 2.7 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây của mạng điện Từ bảng số liệu trên ta có tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây như sau Đoạn đường dây N-1-2 ∆Ubt = 8.2+3.05=11.25 % ∆Usc= 16.4+3.05=19.45 % Đoạn đường dây N-3-4 ∆Ubt = 9.08+2.46=11.54 % ∆Usc= 18.16+2.46=20.62 % Từ kết quả tính toán trên ta nhận thấy Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là : ∆UN-3-4bt =11.54% Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là : ∆UN-3-4sc= 20.62 % 2.4 Phương án nối dây 3 2.4.1 Sơ đồ nối dây N 1 6 2 5 3 4 2.4.2 Các số liệu tính toán trong phương án Đoạn đường dây  Công suất truyền tải (MVA)  Chiểu dài đường dây(Km)   N-1  66+j 40.902  70.71   1-2  30+ j18.592  41.23   N-3  82 +j 50.82  85.44   3-4  20+ j 12.395  41.23   3-5  27+ j 16.733  70.71   N-6  40 + j 24.79  60.83   2.4.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng . Áp dụng công thức 2.2 và 2.3 ta có bảng số liệu tính toán sau đây: Đoạn đường dây  Công suất truyền tải  Imax (A)  Fkt (mm2)  Ftc(mm2)  Isc (A)  Icp(A)   N-1  66+j40.902  203.77  185.25  185  407.54  510   1-2  30+j18.592  92.6  84.2  95  185.2  330   N-3  82+j50.82  253.17  230.15  185  506.34  510   3-4  20+j12.395  61.75  56.13  70  123.5  265   3-5  27+j16.733  83.36  75.78  70  166.72  265   N-6  40+j24.79  123.5  112.27  120  247  380   Các tiết diện đã chọn đều thoả mãn điều kiện phát nóng. 2.4.4 Tính tổn thất điện áp Tính toán tương tự như đối với các phương án trên ta có bảng số liệu sau: Đoạn đưởng dây  Kiểu dây dẫn  Chiều dài (Km)  R0(Ω/km)  X0(Ω/km)  ∆Ubt(%)  ∆Usc(%)   N-1  AC-185  70.71  0.17  0.409  8.2  16.4   1-2  AC-95  41.23  0.33  0.429  3.05  6.1   N-3  AC-185  85.44  0.17  0.409  12.26  24.52   3-4  AC-70  41.23  0.45  0.44  2.5  5   3-5  AC-70  70.71  0.45  0.44  5.7  11.4   N-6  AC-120  60.83  0.27  0.423  5.4  10.8   Từ bảng số liệu thu đựơc ta có : Tổn thất diện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là: ∆Ubtmax= 12.26+5.7=17.96% ∆Uscmax = 24.52+5.7=30.22% Phương án này không thoả mãn yêu cầu. 2.5 Phương án nối dây thứ 4 2.5.1 Sơ đồ nối dây của phương án 2.5.2 Các thông số tính toán của phương án Đoạn đường dây  Công suất truyền tải(MVA)  Chiều dài đoạn đường dây(Km)   N-1  36+ j 22.31  70.71   N-2  30+ j 18.592  78.1   N-3  55+j 34.09  85.44   3-4  20+ j 12.395  41.23   N-5  27+ j 16.733  80.62   N-6  40+ j 24.79  60.83   2.5.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng Tính toán tương tự như những phương án trên ta có bảng số liệu sau đây: Đoạn đường dây  Công suất truyền tải  Imax(A)  Fkt(mm2)  Ftc(mm2)  Isc(A)  Icp(A)   N-1  36+j22.31  111.15  101.04  95  222.3  330   N-2  30+j18.592  92.6  84.2  70  185.2  265   N-3  55+j34.09  170  154.4  150  340  445   3-4  20+j12.395  61.74  56.13  70  123.48  265   N-5  27+j16.733  83.36  75.78  70  166.72  265   N-6  40+j24.79  123.5  112.27  95  247  330   Sau khi tính toán ta nhân thấy tất cả các tiết diện đã chọn đều thoả mãn điều kiện phát nóng. 2.5.3 Tính tổn thất điện áp trong các đoạn đường dây Sau khi tính toán ta có bảng số liệu sau đây. Đoạn đường dây  Kiểu dây dẫn  Chiều dài  R0(Ω/km)  X0(Ω/Km)  ∆Ubt(%)  ∆Usc(%)   N-1  AC-95  70.71  0.33  0.429