Đồ án Mạng điện khu vực cung cấp cho các hộ tiêu thụ từ thanh góp cao áp nhà máy điện

CHƯƠNG I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Trong hệ thống điện cần phải có sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng. Cân bằng công suất là một trong những bài toán quan trọng nhằm đánh giá khả năng cung cấp của các nguồn cho phụ tải, từ đó lập ra phương án đi dây thích hợp và xác định dung lượng bù hợp lý, đảm bảo hệ thống điện vận an toàn, liên tục và kinh tế. I - CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG Sơ đồ cung cấp điện (nguồn và phụ tải) 6 5 4 3 2 1 N 1cm=15km Cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống. Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống được biểu diễn bằng công thức sau : åPF = måPpt + åDPmd + åPtd + åPdt Trong đó : åPF : Tổng công suất tác dụng phát ra do các nhà máy phát điện của các nhà máy trong hệ thống; åPpt : Tổng phụ tải tác dụng cực đại của hộ tiêu thụ; åPpt = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 = 30 + 22 + 20 + 24 + 23 + 29 = 148 MW m: Hệ số đồng thời. åDPmd : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp. åPtd : Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện. åPdt : Tổng công suất dự trữ. 1 – Xác định hệ số đồng thời m : Chọn m = 1 2 - Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp åDPmd Theo thống kê thì tổn thất công suất tác dụng của đường dây và máy biến áp trong trường hợp lưới cao áp åDPmd » (8 – 10)% mSPpt. Chọn åDPmd = 10%.mSPpt åDPmd = 10%.mSPpt =0,1.148 = 14,8 MW 3 - Công suất tự dùng åPtd của nhà máy điện Có thể bỏ qua công suất tự dùng 4 - Công suất dự trữ cuả hệ thống bao gồm: Dự trữ tải: (2 - 3)% phụ tải tổng. Dự trữ phát triển. åPdt = (10 - 15)%.m.åPpt ; Chọn åPdt = 10%.m.åPpt åPdt = 10%.m.åPpt = 0,1.148 = 14.8 MW STT Công suất phụ tải (MW) måPpt (MW) åDPmd (MW) åPtd (MW) åPdt (MW) åPF (MW) 1 30 148 14,8 0 14,8 162,8 2 22 3 20 4 24 5 23 6 29 Theo phạm vi đồ án, ta chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng áp của nhà máy điện. Do đó: åPF = måPpt + åDPmd = 148+14,8 = 162,8 MW II - CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống. Cân bằng công suất phản kháng được biểu bằng công thức sau : åQF + Qbùå = måQpt + åDQB + (åDQL - åDQC) + åQtd + åQdt Trong đó : åQF : Tổng công suất phản kháng phát ra từ các nhà máy điện; måQpt : Tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời; åDQB : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp có thể ước lượng åDQB = 20% Qpt åDQL : Tổng tổn thất công suất kháng trên các đoạn đường dây của mạng. Với mạng điện 110kV trong tính toán sơ bộ có thể coi tổn thất công suất kháng trên cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh ra :åDQL = åDQC. 1 – Xác định hệ số đồng thời : m = 1 Tương tự như cân bằng công suất tác dụng, trong phạm vi đồ án, ta chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng áp của nhà máy điện, nên: åQF + Qbùå = måQpt + åDQB + åDQL - åDQC 2 - Xác định åQF Theo yêu cầu, hệ số công suất tại các phụ tải được bù đến trị số 0,8 nên có thể xem hệ số công suất chung lưới điện là 0,8 (cosj = 0,8 Þ tgj = 0,75). åQF = åPF ´ tgj = 162,8 ´ 0,75 = 122,1 MVAr 3 - Xác định åQpt Các công thức tính toán: STT Công suất phụ tải (MW) cosj S (MVA) Q (MVAr) 1 30 0,70 42,80 30,50 2 22 0,80 27,50 16,50 3 20 0,80 25,00 15,00 4 24 080 30,00 18,00 5 23 0,80 28,75 17,25 6 29 0,80 36,25 21,75 åQpt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = 119 MVAr åSpt = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 + S6 = 190,3 MVA 4 - Xác định åQB Chọn 5 - Xác định QbùS Qbùå = måQpt + åDQB - åQF = 1.119 + 23.8 –122.1 = 20.7 MVAr 6 - Xác định lượng công suất phản kháng cần bù tại các phụ tải Hệ số công suất yêu cầu: cosj = 0,8 Q = P.tgj cosjT : trước khi bù; cosjS : sau khi bù. Do phụ tải 1 có hệ số cosj thấp nên ta có thể bù lên cao hơn, bù lên cosj = 0,9,nếu còn thừa thì bù tiếp cho phụ tải 3 ( ở xa nhất) Ta có: MVAr MVAr MVAr Còn lại ta bù hết cho phụ tải 3 MVAr STT Công suất phụ tải (MW) cosjT cosjS QT (MVAr) QS (MVAr) Qbù (MVAr) S’ (MVA) 1 30 0,70 0,90 30,50 14,52 15,98 2 22 0,80 0,80 16,50 16,50 0 3 20 0,80 0,89 15,00 10,28 4,72 4 24 0,80 0,80 18 18 0 5 23 0,80 0,80 17,25 17,25 0 6 29 0,80 0,80 21,75 21,75 0 Tổng 20,7 Qbù å = 20,7 MVAr CHÖÔNG II DÖÏ KIEÁN CAÙC PHÖÔNG AÙN VEÀ MAËT KYÕ THUAÄT I - CHOÏN ÑIEÄN AÙP TAÛI ÑIEÄN 6 5 4 3 2 1 N 1cm=15km STT Pt (MW) L (km) Loaïi phuï taûi Coâng thöùc Still kV 1 30 43,5 1 99,30 2 22 61,5 1 88,25 3 20 64,5 3 85,10 4 24 37,5 1 89,10 5 23 58,5 3 89,63 6 29 40,5 1 97,48 Do dựa trên thực tế coù thể chọn U = 110 kV. II - CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN Sơ đồ nối dây mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: số lượng, vị trí phụ tải, mức độ cung cấp điện liên tục của phụ tải, công tác vạch tuyến, sự phát triển của lưới điện trong tương lai. Trong phạm vi đồ án môn học tạm thời nối các điểm để có phương án đi dây (điều này chưa hợp lý vì còn thiếu số liệu khảo sát thực tế). Theo vị trí nguồn và phụ tải, ta chia phụ tải thành 2 khu vực như sau: Đối với phụ tải loại 1: phụ tải1, 2, 4và 6. Yêu cầu cung cấp điện liên tục, sử dụng phương án mạch vòng kín hoặc phương án đường dây lộ kép. Đối với phụ tải loại 3: phụ tải3,5. Không yêu cầu cung cấp điện liên tục, chỉ cần thiết lập đường dây đơn từ nguồn đến khu vực này. Các phương án cung cấp theo đặc tính tải (liên tục và không liên tục) Phương án 1 6 5 4 3 2 1 N 10km Phương án 2 6 5 4 3 2 1 N 1cm=15km Phương án 3 6 5 4 3 2 1 N 1cm=15km III - TÍNH TOÁN CÁC PHƯƠNG ÁN 1 – Phương án 1 6 5 4 3 2 1 N 10km Phân bố công suất và chọn dây Do phân bố sơ bộ và đã tính bù nên phân bố công suất trong lưới điện kín theo chiều dài, công suất tính theo độ lớn. Phân bố công suất trong các nhánh bỏ qua tổn thất công suất và thành phần dung dẫn đường dây. Đoạn N1 Đoạn N2 Ñoaïn 1-2: Ñoaïn N4 Đoạn 4-3 Ñoaïn N6 Ñoaïn 6-5 Các tải có chung Tmax = 5100 h. Tra bảng mật độ dòng điện kinh tế: jkt = 1,0 A/mm2. Các công thức tính (trong các công thức, điện áp được lấy bằng giá trị định mức) Tiết diện kinh tế của từng đường dây (tính theo công thức trên) được chọn theo bảng sau: Đường dây Công suất MVA Dòng điện A Tiết diện tính toán mm2 Mã dây tiêu chuẩn N – 1 30,32+17,10j 182,70 182,70 AC – 185 N – 2 21,67+13,92j 135,18 135,18 AC – 150 N – 4 44,00+28,28j 274,53 137,26 AC – 150 N– 6 52,00+39,00j 341,16 170,58 AC – 185 1 – 2 0,32+2,58j 13,64 13,64 AC – 70 6 – 5 23,00+17,25j 150,89 150,89 AC – 150 4 -- 3 20,00+10,28J 118,02 118,02 AC--120 Với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh lúc chế tạo là 25°C và nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế dây dẫn làm việc là 40°C, vì vậy cần phải hiệu chỉnh dòng điện cho phép của dây dẫn theo nhiệt độ xung quanh thực tế. Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ k = 0,81 (tra bảng phụ lục 2.7). Đường dây Dây tiêu chuẩn Dòng cho phép ở 25°C (A) Dòng cho phép ở 40°C (A) N – 1 AC - 185 515 417,15 N – 2 AC - 150 445 360,45 N – 4 AC - 150 445 360,45 N– 6 AC - 185 515 417,15 1 – 2 AC - 70 275 222,75 4 – 3 AC - 120 360 291,60 6 – 5 AC - 150 445 360.45 Nguồn: Phụ lục – Bảng PL2.6 (Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến) Kiểm tra phát nóng trong sự cố: Có 1 trường hợp cần kiểm tra phát nóng: Khi lưới kín N12 bị cắt đường dây N –2 1 2 N 30+14,52j 22+16,5j AC – 70 Icp= 222,75A AC -185 Icp=417,15A Các dòng điện cưỡng bức đều thỏa trị dòng điện cho phép. Bảng số liệu đường dây của phương án 1 Đường dây Số lộ Mã hiệu dây Chiều dài km r0 W/km x0 W/km R= r0.l X= x0.l N – 1 1 AC – 185 43,5 0,17 0,409 7,39 17,79 N– 2 1 AC – 150 61,5 0,21 0,416 12,91 25.58 N – 4 2 AC – 150 37,5 0,21 0,416 3,94 7,80 N– 6 2 AC – 185 40,5 0,17 0,409 3,44 8,28 1 – 2 1 AC - 70 43,5 0,46 0,440 20,01 19,14 4 – 3 1 AC - 120 40,5 0,27 0,423 10,93 17,13 6 – 5 1 AC - 150 34,5 0,21 0,416 7,24 14,35 Tính toán công suất, tổn thất công suất và điện áp : A:Lúc bình thường - Đường dây N12 Đoạn N1: Đoạn N2: Đoạn 12: Đường dây N6-5: Đoạn N-6: Đoạn 6-5: Đường dây N4-3: Đoạn N-4: Đoạn 4-3: Như vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường B:lúc sự cố Đứt đoạn N-1 của dây kín N-1-2-N: 2 1 N 22+16,5j 30+14,52j AC – 70 AC -150 Đoạn 2-1: (MVA) Đoạn N-2: MVA Đứt đoạn N-4 của dây kín N-6-4-N: 6 4 N 22+16,5j 24+18j 58,5km 43,5km AC – 185 AC – 150 Đoạn 6-4: MVA Đoạn N-6: MVA Như vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc sự cố là Phương án 2 Phần lưới N12 tương tự như trong phương án 1. Phần lưới N65 và N43 được chọn khác đi như sau: 6 5 4 3 2 1 N 1cm=15km * Phân bố công suất và chọn dây cho các đường dây lộ kép N4 và N6 Đường dây N 6 –5 : MVA MVA Đường dây lộ kép N6 – Công suất trên 1 lộ: MVA Đường dây N 4 –3 : MVA MVA Đường dây lộ kép N6 – Công suất trên 1 lộ: MVA Các tải có chung Tmax = 5200h. Tra bảng mật độ dòng điện kinh tế (Bảng 2.3 sách Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến): jkt = 1,0 A/mm2. Các công thức tính (trong các công thức, điện áp được lấy bằng giá trị định mức) Dòng trên từng lộ đơn được xác định theo công thức: Cho ta: Bảng phân bố công suất chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn Đoạn Công suất MVA Dòng điện A Tiết diện tính toán mm2 Mã dây tiêu chuẩn N – 1 29,36+16,91j 177,9105 177,9105 AC – 185 N – 2 22,36+14,86j 142,0953 142,0953 AC – 150 N – 4 135,3308 135,3308 AC – 150 N – 6 137,7768 137,7768 AC – 150 4– 3 124,2160 124,2160 AC – 150 6 – 5 20+15j 131,2160 131,2160 AC - 150 1 – 2 2,36+3,872j 23,8001 23,8001 AC - 70 (*) : dòng trên từng lộ của đường dây lộ kép. Với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh lúc chế tạo là 25°C và nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế dây dẫn làm việc là 40°C, vì vậy cần phải hiệu chỉnh dòng điện cho phép của dây dẫn theo nhiệt độ xung quanh thực tế. hiệu chỉnh nhiệt độ là k = 0,81. Icp = Imax.k Đoạn Dây tiêu chuẩn Dòng Imax ở 25°C (A) Dòng cho phép ở 40°C (A) N – 1 AC –1850 510 413,1 1 – 2 AC – 150 445 360.45 N – 4 AC – 150 445 360.45 N – 6 AC – 150 445 360.45 4– 3 AC – 150 445 360.45 6 – 5 AC - 150 445 360.45 1 – 2 AC - 70 265 214,65 Nguồn: Phụ lục – Bảng PL2.6 (Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến) * Kiểm tra phát nóng khi sự cố: Có 2 trường hợp cần kiểm tra phát nóng: Khi lưới kín N12 bị cắt đường dây N – 1 hay N – 2 (tương tự PA 1). Khi lộ kép N6 bị cắt 1 lộ bất kì. Khi lộ kép N4 bị cắt 1 lộ bất kì. Xét trường hợp lộ kép N6 bị cắt 1 lộ bất kì: AC – 150 Icp= 360,45A N 6 IN6,cb = 2x 137,7768A =275,55< Icp =360,45A Xét trường hợp lộ kép N4 bị cắt 1 lộ bất kì: AC – 150 Icp= 360,45A N 4 IN6,cb = 2x 135,3308A =270,66< Icp =360,45A Vậy các dây được chọn đều thỏa điều kiện phát nóng. Bảng số liệu đường dây của phương án 2 Đường dây Số lộ Mã hiệu dây Chiều dài km r0 W/km x0 W/km R = r0.l W X = x0.l W N – 1 1 AC - 185 43,5 0,17 0,409 7,395 17,7915 N– 2 1 AC - 150 61,5 0,21 0,416 12,915 25,586 N – 4* 2 AC - 150 37,5 0,21 0,208 3,9375 7,8 N – 6* 2 AC – 150 43,5 0,21 0,208 4,5675 9,048 4– 3 1 AC – 150 61,5 0,21 0,416 12,915 25,586 6 – 5 1 AC– 150 58,5 0,21 0,416 12,285 24,336 1– 2 1 AC – 70 43,5 0,46 0,44 20,01 19,14 (*) : đường dây lộ kép. 2.2 - Tính sơ bộ tổn thất điện áp và tổn thất công suất theo phương án 2 * Đường dây N-3-4-N, đường dây N-1-2: Đường dây mạch kín lộ đơn N-1-2-N ở phương án 2 có mã hiệu dây giống như ở phương án 1 vì vậy tổn thất điện áp và công suất khi vận hành bình thường và khi sự cố được tính như phương án 1. * Đường dây mạch kép N-5, N-6 Khi vận hành bình thường NhánhN-6-5 Đoạn N-5 MVA Đoạn N-6 MVA NhánhN-4-3: Đoạn N-3: MVA Đoạn N-4: MVA Như vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường - Khi đường dây bị sự cố : - Đứt dây kín N-1-2-N ở N-1: Giống phương án 1 - Đứt 1 dây của lộ kép N-6: AC – 150 Icp= 360,45A N 6 Đứt 1 dây của lộ kép N-4: AC – 150 Icp= 360,45A N 4 Như vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc sự cố là 3 - Phương án 3 Phần lưới N65 tính toán như trong phương án 1. Phần lưới N1,N4,N2-3 được chọn như sau: 6 5 4 3 2 1 N 1cm=15km * Phân bố công suất và chọn dây cho các đường dây lộ kép N-5 và 5-6 Đường dây lộ kép N-1 : Công suất trên 1 lộ: MVA Đường dây lộ kép N-4 : Công suất trên 1 lộ: MVA Đường dây lộ đơn N-2-3: MVA Đường dây lộ kép N-2 : Công suất trên 1 lộ: MVA Các tải có chung Tmax = 5200h. Tra bảng mật độ dòng điện kinh tế: jkt = 1,0 A/mm2. Các công thức tính (trong các công thức, điện áp được lấy bằng giá trị định mức) Dòng trên từng lộ đơn được xác định theo công thức: Cho ta: Bảng phân bố công suất chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn Đoạn Công suất MVA Dòng điện A Tiết diện tính toán mm2 Mã dây tiêu chuẩn N – 1 27+13,068j 78,196 78,196 AC – 70 N – 2 44+29,215j 138.6057 138.6057 AC – 150 N – 4 24+18j 78,7296 78,7296 AC – 70 N – 6 42+31,5j 137,7768 137,7768 AC – 150 6– 5 20+15j 131,2160 131,2160 AC – 150 2 – 3 19+10,465j 113,8503 113,8503 AC - 120 (*) : dòng trên từng lộ của đường dây lộ kép. Với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh lúc chế tạo là 25°C và nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế dây dẫn làm việc là 40°C, vì vậy cần phải hiệu chỉnh dòng điện cho phép của dây dẫn theo nhiệt độ xung quanh thực tế. hiệu chỉnh nhiệt độ là k = 0,81 với Icp = Imax.k Đoạn Dây tiêu chuẩn Dòng Imax ở 25°C (A) Dòng cho phép ở 40°C (A) N – 1 AC –70 265 214,65 N – 2 AC – 150 445 360,45 N – 4 AC –70 265 214,65 N – 6 AC – 150 445 360,45 6– 5 AC – 150 445 360,45 1 – 2 AC - 120 380 307,8 Nguồn: Phụ lục – Bảng PL2.6 (Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến) * Kiểm tra phát nóng khi sự cố: Có 2 trường hợp cần kiểm tra phát nóng: Khi lộ kép 6-5 bị cắt 1 lộ bất kì. Khi lộ kép N-4 bị cắt 1 lộ bất kì. Khi lộ kép N-2 bị cắt 1 lộ bất kì. Khi lộ kép N-1 bị cắt 1 lộ bất kì. Xét trường hợp lộ kép N - 1 bị cắt 1 lộ bất kì: 27+13,068j AC – 70 Icp= 214,65 A N 1 IN1,cb = 2x 78,7196= 157,4392A< Icp =214,65A Xét trường hợp lộ kép N-4 bị cắt 1 lộ bất kì: 24+18j MVA AC – 70 Icp= 214,65 A N 4 IN4,cb = 2x 78,7296=157,4592A< Icp =214,65 A Xét trường hợp lộ kép N-6 bị cắt 1 lộ bất kì: 42+31,5jMVA AC – 150 Icp= 360,45A N 6 IN6,cb = 2x 131,2160=275,5536A< Icp =360,45A Xét trường hợp lộ kép N-2 bị cắt 1 lộ bất kì: 44+29,215jMVA AC – 70 Icp= 214,65 A N 2 IN2,cb = 2x 138,6057=277,2114A< Icp =307,8A Vậy các dây được chọn đều thỏa điều kiện phát nóng. Bảng số liệu đường dây của phương án 3 Đường dây Số lộ Mã hiệu dây Chiều dài km r0 W/km x0 W/km R = r0.l W X = x0.l W N – 1 2 AC - 70 43,5 0,23 0,22 10,005 9,57 N – 2 2 AC - 150 61,5 0,21 0,208 6,4675 12,792 N – 4 2 AC -70 37,5 0,23 0,22 8,625 8,25 N – 6 2 AC - 150 43,5 0,21 0,208 4,5675 9,048 6– 5 1 AC - 150 58,5 0,21 0,416 12,285 24,336 2 – 3 2 AC– 120 42 0,27 0,423 11,34 17,766 3.2 - Tính sơ bộ tổn thất điện áp và tổn thất công suất theo phương án 3 * khi vận hành bình thường - Đường dây N-6-5 : Đường dây liên thông lộ N-6-5 ở phương án 3 có mã hiệu dây giống như ở phương án 1 vì vậy tổn thất điện áp và công suất khi vận hành bình thường và khi sự cố được tính như phương án 1. – Đường dây mạch kép N-4, N-1,N-2 Đường dây N-4: MVA Đường dây N-1: MVA Đường dây N-2-3: Đoạn 2-3: MVA Đoạn N-2: MVA Tổng tổn thất điện áp trên đường dây N-2-3: 3,3172%+5,4368%= 8,754% Phần trăm tổn thất điện áp lớn nhất trong phương án là trên đường dây 2-3 với 8,754% Như vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường Khi đường dây bị sự cố : Sự cố bị đứt 1 đường dây kép thì lúc này ; - Khi sự cố đứt 1 đường dây kép lộ N-1: =2.3,4% = 6,8% - Khi sự cố đứt 1 đường dây kép lộ N-4: = 2.2,9380% = 5,876% - Khi sự cố đứt 1 đường dây kép lộ N-2: = 2.5,4368% = 10,8736% Khi sự cố đứt 1 đường dây kép lộ N-6: = 2. 5,0474% = 10,0948% Như vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc sự cố là