Đồ án Môn học Lưới điện Đại học bách khoa

LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC Lời nói đầu Chương 1: Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng. 1. Cân bằng công suất tác dụng………………………………………… 2. Cân bằng công suất phản kháng………………………………..……. 3. Tính toán bù sơ bộ công suất phản kháng………………………...… Chương 2: Dự kiến các phương án nối dây. 1. Dự kiến các phương án nối dây………………………………………. 2. Tính điện áp danh định…………………………………………….…. Chương 3: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án. 1. Tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật……………………………………….. 1.1. Phương án 1……………………………………………………… a. Lựa chọn tiết diện dây dẫn………………………………..... b. Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố…… c. Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép……………... 1.2. Phương án 2……………………………………………………… a. Lựa chọn tiết diện dây dẫn………………………………..... b. Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố…… c. Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép……………... 1.3. Phương án 3……………………………………………………… a. Lựa chọn tiết diện dây dẫn………………………………..... b. Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố…… c. Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép……………... 1.4. Phương án 4……………………………………………………… a. Lựa chọn tiết diện dây dẫn………………………………..... b. Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố…… c. Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép……………... 1.5. Phương án 5……………………………………………………… a. Lựa chọn tiết diện dây dẫn………………………………..... b. Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố…… c. Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép……………... 1.6. Kết luận…………………………………………………………... 2. So sánh kinh tế các phương án……………………………………….. 2.1. Phương án 1……………………………………………………… a. Tính chi phí cho đường dây………………………………… b. Tính tổn thất công suất lớn nhất trong mạng điện……….. 2.2. Phương án 2……………………………………………………… a. Tính chi phí cho đường dây………………………………… b. Tính tổn thất công suất lớn nhất trong mạng điện……….. 2.3. Phương án 3……………………………………………………… a. Tính chi phí cho đường dây………………………………… b. Tính tổn thất công suất lớn nhất trong mạng điện……….. 2.4. Phương án 4……………………………………………………… a. Tính chi phí cho đường dây………………………………… b. Tính tổn thất công suất lớn nhất trong mạng điện……….. 2.5. Phương án 5……………………………………………………… a. Tính chi phí cho đường dây………………………………… b. Tính tổn thất công suất lớn nhất trong mạng điện……….. 2.6. Kết luận…………………………………………………………... Chương 4: Lựa chọn sơ đồ nối dây và lựa chọn máy biến áp. 1. Lựa chọn máy biến áp………………………………………………… 2. Lựa chọn trạm biến áp………………………………………………... Chương 5: Tính toán chính xác chế độ vận hành của mạng điện. 1. Tính toán chế độ bình thường phụ tải cực đại………………………. 1.1. Đoạn N-1………………………………………………………….. 1.2. Đoạn N-2………………………………………………………….. 1.3. Đoạn N-3………………………………………………………….. 1.4. Đoạn N-4………………………………………………………….. 1.5. Đoạn N-5………………………………………………………….. 1.6. Đoạn N-6………………………………………………………….. 1.7. Cân bằng chính xác công suất phản kháng…………………….. 2. Tính toán chế độ bình thường phụ tải cực tiểu..……………………. 2.1. Đoạn N-1………………………………………………………….. 2.2. Đoạn N-2………………………………………………………….. 2.3. Đoạn N-3………………………………………………………….. 2.4. Đoạn N-4………………………………………………………….. 2.5. Đoạn N-5………………………………………………………….. 2.6. Đoạn N-6………………………………………………………….. 3. Tính toán chế độ sau sự cố……………………………………………. 3.1. Đoạn N-1………………………………………………………….. 3.2. Đoạn N-2………………………………………………………….. 3.3. Đoạn N-3………………………………………………………….. 3.4. Đoạn N-4………………………………………………………….. 3.5. Đoạn N-5………………………………………………………….. 3.6. Đoạn N-6………………………………………………………….. Chương 6: Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp. 1. Chế độ phụ tải cực đại………………………………………………... 2. Chế độ phụ tải cực tiểu……..………………………………………… 3. Chế độ phụ tải sau sự cố……………………………………………… Chương 7: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện. 1.Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường phụ tải cực đại………….….. 2.Tổn thất điện áp ở chế độ sau sự cố…………………………………... 3.Tổng chiều dài đường dây…………………………………………….. 4.Tổng dung lượng các trạm biến áp…………………………………… 5.Tổng vốn đầu tư cho đường dây và trạm biến áp………………….... 6.Tổng công suất phụ tải cực đại………………………………………... 7.Điện năng tải hàng năm……………………………………………….. 8.Tổng tổn thất công suất của mạng điện…………………………….... 9.Tổng tổn thất công suất của mạng điện tính theo %........................... 10.Tổng tổn thất điện năng của mạng điện…………………………….. 11.Tổng tổn thất điện năng của mạng điện tính theo %......................... 12.Chi phí vận hàng năm……………………………………………....... 13.Giá thành truyền tải điện…………………………………………...... 14.Giá thành xây dựng mạng điện 1MW phụ tải……………………… Kết luận Chương 1: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG. 1. 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 thể 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. Ngoài 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∑Pimax +∑∆Pmđ +∑Ptd+∑Pdt (1.1) Trong đó : ∑PF : Tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn phát. ∑Pimax : Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ phụ tải ∑∆Pmđ : 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 = ∑Pimax + 5%∑Pimax. (1.2) Ta có bảng số liệu công suất tác dụng của các phụ tải sau: Các hộ phụ tải  1  2  3  4  5  6   P (MW)  32  27  35  25  32  30   Theo bảng số liều vê phụ tải đã cho ta có : ∑PF =∑Pyc = 1,05*(32+27+35+25+32+28) ≈ 187,95 (MW) Việc cân bằng công suất tác dụng giúp cho tần số của lưới điện luôn được giữ ổn định. 2. Cân bằng công suất phản kháng: 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∑Qimax +∑∆Qba +∑∆QL -∑∆Qc +∑Qtd +∑Qdt (1.3) Trong đó: ∑QF : Tổng công suất phản kháng do nguồn điện phát ra ∑Qyc: Tổng công suất yêu cầu của hệ thống ∑Qimax : 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 ∑∆Qba : 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 = ∑Qimax + 15%∑Qimax (1.4) Công suất phản kháng của các phụ tải được tính theo công thức sau Qimax =Pimax * tgφ (1.5) Từ cosφ = 0.90 ta suy ra tgφ = 0,48 Ta có bảng số liệu công suất phản kháng của các phụ tải sau: Các hộ phụ tải  1  2  3  4  5  6   Q(MVAr)  15,36  12,96  16,8  12  15,36  13,44   Áp dụng công thức (1.4) ta có ∑Qyc =1,15*(15,36+12,96+16,8+12+15,36+13,44) ≈ 85,92 MVAr Ta lại có :∑QF = ∑PF * tgφ = 187,95 *0,48 ≈ 90,216 MVAr Ta thấy: ∑QF > ∑Qyc Vậy ta không phải tiến hành bù công suất phản kháng. 3.Kết luận: Sau khi tính toán ta có số liệu của các phụ tải được cho trong bảng sau: Các hộ tiêu thụ  1  2  3  4  5  6   P (MW)  32  27  35  25  32  28   Q (MVAr)  15,36  12,96  16,8  12  15,36  13,44   S (MVA)  35,56  30  38,89  27,78  35,56  31,11   cosφ  0,9  0,9  0,9  0.9  0.9  0.9   Chương 2: DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY Dự kiến các phương án nối dây:



 2. Tính điện áp danh định: 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 danh định 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 danh định của mạng điện được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện. Điện áp danh định 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 danh định của đường dây theo công thức kinh nghiệm sau: U = 4.34*
(2.1) Trong đó : L : Khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây (km) P : Công suất truyền tải trên đoạn đường dây (MW) Dựa vào sơ đồ mặt bằng của phương án 1, ta có điện áp vận hành trên các đoạn đường dây như sau: Đoạn đường dây  Cống suất tác dụng ( MW )  Chiều dài đoạn đường dây ( km )  Điện áp vận hành ( kV )  Điện áp định mức của cả mạng diện ( kV )   N-1  32  51  102,9  110   N-2  27  70,7  97,3    N-3  35  41,2  106,4    N-4  25  76,2  94,7    N-5  32  60  103,8    N-6  28  80,6  99,8    Điện áp vận hành tính trong phương án này có thể dùng làm điện áp vận hành chung cho các phương án tiếp theo. Vậy điện áp danh định của cả mạng điện là 110 kV. Chương 3: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN. 1. Tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật: 1.1. Phương án 1:
a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn: Các mạng điện 110 kV 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:
(3.1) 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) (3.2) 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:
= 35 + j15,36 MVA Imax =
= 93,32 A => Fkt =
= 84,83 mm2 Ta chọn Ftc = 95 mm2 => 2xAC-95 * Tính toán tương tự đối với các đoạn đường dây còn lại ta có bảng số liệu sau: Đoạn đường dây  Kiểu dây dẫn  Icp (A) 
(MVA)  r0 (Ω/km)  x0 (Ω/km)  b0 (10-6/Ωkm)   N-1  2xAC-95  335  32+j15,36  0.33  0.43  2,64   N-2  2xAC-95  335  27+j12,96  0.33  0.43  2,64   N-3  2xAC-95  335  35+j16,8  0.33  0.43  2,64   N-4  2xAC-70  275  25+j2  0.46  0.441  2,57   N-5  2AC-95  335  32+j15,36  0.33  0.43  2,64   N-6  2xAC-95  335  28+j13,44  0.33  0.43  2,64   b) Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố: Ở điều kiện làm việc bình thường, dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được tính bằng công thức (3.2) 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. Isc = 2 Ilvmax (3.3) Tiết diện đã chọn sẽ thoả mãn nếu dòng điến sự cố vẫn nhỏ hơn dòng điện cho phép Isc ≤ Icp 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. Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1: * Đoạn N-1:
= 32 + j15,36 MVA Imax =
= 93,32 A => Isc = 2*Imax = 2*93,32 = 186,64 A * Tính toán tương tự đối với các đoạn đường dây còn lại 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  2xAC-95  335  154,4  Thoả mãn   N-2  2xAC-95  335  157,46  Thoả mãn   N-3  2xAC-95  335  204,12  Thoả mãn   N-4  2xAC-70  275  145,8  Thoả mãn   N-5  AC-95  335  186,64  Thoả mãn   N-6  2xAC-95  335  163,38  Thoả mãn   c) Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp ΔUcp%: Tổn thất điện áp trên mỗi đoạn đường dây trong chế độ vận hành bình thường được tính bằng công thức:
(3.4) 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. (MW, MVAr) ri, xi : điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dây thứ i. (Ω/km) Trong chế độ sự cố, đối với mạng điện trong phương án này đều đường dây hai mạch nên tổn thất điện áp trong chế độ sự cố (đứt một đoạn đường dây ) được tính theo công thức : ∆Uisc =2*∆Uibt (3.5) Tiết diện đã chọn sẽ thoả mãn nếu tổn thất điện áp trong trường hợp sự cố vẫn nhỏ hơn tổn thất điện áp cho phép: ∆Usc% < ∆Ucp% Trong đó: Ở chế độ làm việc bình thường : ∆Ucp% = 15%. Ở chế độ làm việc sự cố : ∆Ucp% = 25% Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1: * Đoạn N-1:
Trong trường hợp ngừng một mạch trên đoạn đường dây N-1 ,ta có: ∆U N-1sc= 2*3,61 = 7,22 % * Tính toán tương tự đối với các đoạn đường dây còn lại ta có bảng số liệu sau: Đường dây  Kiểu dây dẫn  Chiều dài đường dây ( km )  R0 (Ω/m)  X0 (Ω/m)  ∆Ubt (%)  ∆Usc (%)   N-1  2xAC-95  51  0.33  0.43  3,61  7,22   N-2  2xAC-95  70,7  0.33  0.430  4,23  8,46   N-3  2xAC-95  41,2  0.33  0.430  3,19  6,38   N-4  2xAC-70  76,2  0.46  0.441  5,29  10,58   N-5  2AC-95  58,3  0.33  0.430  4,14  8,28   N-6  2xAC-95  80,6  0.33  0.430  5  10   Từ các kết quả trên nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là ∆UN-4bt = 5,29% và tổn thất điện áp trong chế độ sự cố là ∆UN-4sc = 10,58%. Thỏa mãn điều kiện ∆U<=15% và sự cố là 25 % 1.2. Phương án 2:
a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn: Tính toán như ở phương án 1, ta có bảng số liệu sau: Đường dây  Dây dẫn  Icp (A) 
(MVA)  R0 (Ω/m)  X0 (Ω/m)  b0 (10-6/Ωkm)   N-1  2xAC-185  510  59+j28,32  0.17  0.409  2,82   1-2  2xAC-95  335  27+j12,96  0.33  0.430  2,64   N-3  2xAC-95  335  35+j16,8  0.33  0.43  2,64   N-4  2xAC-70  275  25+j12  0.46  0.441  2,57   N-5  2AC-95  335  32+j15,36  0.33  0.43  2,64   N-6  2xAC-95  335  28+j13,44  0.33  0.43  2,64   b) Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố: Tính toán như ở phương án 1, ta có bảng số liệu sau: Đường dây  Dây dẫn  Dòng điện cho phép Icp (A)  Dòng điện sự cố Isc (A)  Kết luận   N-1  2xAC-185  510  343,36  Thoả mãn   1-2  2xAC-95  335  157,46  Thoả mãn   N-3  2xAC-95  335  204,12  Thoả mãn   N-4  2xAC-70  275  145,8  Thoả mãn   N-5  AC-95  335  186,64  Thoả mãn   N-6  2xAC-95  335  163,38  Thoả mãn   c) Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp ΔUcp%: Tính toán như ở phương án 1, ta có bảng số liệu sau: Đường dây  Dây dẫn  Chiều dài đường dây ( km )  R0 (Ω/m)  X0 (Ω/m)  ∆Ubt (%)  ∆Usc (%)   N-1  2xAC-185  51  0.17  0.409  4,55  9,1   1-2  2xAC-95  40  0.33  0.430  2,39  4,78   N-3  2xAC-95  41,2  0.33  0.430  3,19  6,38   N-4  2xAC-70  76,2  0.46  0.441  5,29  10,58   N-5  2AC-95  58,3  0.33  0.430  4,14  8,28   N-6  2xAC-95  80,6  0.33  0.430  5  10   Từ bảng số liệu trên ta có: + Tổng tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-1-3 trong chế độ vận hành bình thường và trong chế độ sự cố là : ∆UN-1-3bt = 9,1+4,78=13,88 % 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 1-3. Do đó ta có tổn thất điện áp trong chế độ sự cố là: ∆UN-1-3sc = 18,2+4,78=22,98 % Ta có bảng số liệu sau: Đường dây  ∆Ubt (%)  ∆Usc (%)   N-1-2  6,94  11,49   N3  3,19  6,38   N-4  5,29  10,58   N-5  4,14  8,28   N-6  5  10   Từ các kết quả trên nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là ∆UN-1-2bt=6,94% và tổn thất điện áp trong chế độ sự cố là ∆UN-1-2sc= 11,49%. Thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp trong chế độ bình thường là 10 đến 15 % và sự cố là 20 đến 25 % 1.3. Phương án 3:
a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn: Tính toán như ở phương án 1, ta có bảng số liệu sau: Đường dây  Dây dẫn  Icp (A) 
(MVA)  R0 (Ω/m)  X0 (Ω/m)  b0 (10-6/Ωkm)   N-1  2xAC-95  335  32+j15,36  0.33  0.43  2,64   2-3  2xAC-95  335  27+j12,96  0.33  0.430  2,64   N-3  2xAC-185  510  62+j29,76  0.17  0.409  2,82   N-4  2xAC-70  275  25+j12  0.46  0.441  2,57   N-5  2AC-95  335  32+j15,36  0.33  0.43  2,64   N-6  2xAC-95  335  28+j13,44  0.33  0.43  2,64   b) Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố: Tính toán như ở phương án 1, ta có bảng số liệu sau: Đường dây  Dây dẫn  Dòng điện cho phép Icp (A)  Dòng điện sự cố Isc (A)  Kết luận   N-1  2xAC-95  335  154,4  Thoả mãn   3-2  2xAC-95  335  157,46  Thoả mãn   N-3  2xAC-185  510  360,94  Thoả mãn   N-4  2xAC-70  275  145,8  Thoả mãn   N-5  AC-95  335  186,64  Thoả mãn   N-6  2xAC-95  335  163,38  Thoả mãn   c) Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp ΔUcp%: Tính toán như ở phương án 1, ta có bảng số liệu sau: Đường dây  Dây dẫn  Chiều dài đường dây ( km )  R0 (Ω/m)  X0 (Ω/m)  ∆Ubt (%)  ∆Usc (%)   N-1  2xAC-95  51  0.33  0.43  3,61  7,22   3-2  2xAC-95