Đồ án thiết kế một mạng điện khu vực

LỜI NÓI ĐẦU Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá,ngành điện phải được ưu tiên phát triển để đáp ứng nhu cầu phát triển kink tế. Trong quá trình phát triển kinh tế phụ tải điện phát triển ngày càng nhanh đòi hỏi phải quy hoạch và xây dựng mới mạng điện. Đồ án môn học lưới điện giúp sinh viên áp dụng những kiến thức đã học để thiết kế một mạng điện khu vực, từ đó giúp sinh viên hiểu sâu sắc hơn những kiến thức lý thuyết đã học. Đồng thời đây là bước đầu tập dượt để có kinh nghiệm trong đồ án tốt nghiệp sau này. Trong quá trình làm đồ án em rất biết ơn các thầy trong bộ môn hệ thống điện, em xin chân thành cảm ơn T.S Nguyễn Văn Đạm đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Sinh viên: Trần Tất Đạt CHƯƠNG I CÂN BĂNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG TRONG MẠNG ĐIỆN I.Cân bằng công suất tác dụng. Giả thiết nguồn điện cung cấp đủ công suất tác dụng cho mạng điện.
Trong đó:
tổng công suất phát.
tổng công suất yêu cầu. m: hệ số đồng thời.
: tổng công suất các phụ tải


tổng công suất tự dùng trong nhà máy điện, đối với mạng điện

tổng công suất dự trữ của hệ
thống,
do đó

II.Cân bằng công suất phản kháng Công suất phản kháng do nguồn phát ra là:
với



MVAR Tổng công suất phản kháng mà hệ thống tiêu thụ là:
Coi công suất tự dùng và công suất dự trữ bằng không:
Tổng công suất phản kháng trên đường dây bằng tổng công suất phản kháng do điện dung của đường dây phát ra:

MVAr
???????????
Tổng công suất phản kháng trong các MBA.
Ta có
nên ta không phải bù sơ bộ. Bảng số liệu tính toán sơ bộ Số liệu  Phụ tải 1  Phụ tải 2  Phụ tải 3  Phụ tải 4  Phụ tải 5  Phụ tải 6   Pmax  30  32  26  28  30  26   Qmax  14,52  15,49  12,58  13,55  14,52  12,58   cos(  0,9  0,9  0,9  0,9  0,9  0,9   CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KINH TẾ, KỸ THUẬT I .Phương án I sơ đồ nối dây. Thông số của sơ đồ nối dây.( cách tính Pmax ????????????) Đoạn  O-2  2-1  0-4  4-3  0-6  6-5   Pmax(MW)  62  30  54  26  56  30   Qmax(MVar)  30,01  14,52  26,14  12,58  27,10  14,52   L(km)  63,25  41,23  76,16  42,43  63,25  41,23   2.Tính điện áp danh định cho hệ thống. Điện áp danh định của hệ thống được xác định theo công công thức kinh nghiệm
Li:chiều dài đoạn thứ i,km Pi:công suất tác dụng chạy trên đoạn đường dây thứ i,MW Từ công thức trên ta có





Vây ta chọn điện áp danh định của lưới điện là 110kV 3. Xác định tiết diện dây dẫn của các đoạn đường dây. -Dự kiến dùng dây AC,cột thép,Dtb=5m. -Ta dùng phương pháp mật độ kinh tế của dòng điện để chọn tiến diện dây dẫn. Tra phụ lục trong giáo trình”Mạng lưới điện” với dây AC và Tmax=5000h ta được Jkt=1,1A/mm2. Dòng điện chạy trên các đoạn đường dây được tính theo công thức.

Xét chi tiết từng đoạn. *Đoạn 0-2
I0-2sc=2.I0-2=361,6A Vậy ta chọn Ftc0-2=150mm2 với Icp=445A>Isc=361,6A *Đoạn 2-1
I2-1sc=2.I2-1=174,97A
Vậy ta chọnFtc2-1=70mm2 với Icp=265A>Isc=174,97A *Đoạn 0-4
I0-4sc=2.I0-4=314,90A
Vậy ta chọnFtc0-4=150mm2 với Icp=445A>Isc=314,90A *Đoạn 4-3
I4-3sc=2.I4-3=151.60A
Vậy ta chọnFtc4-3=70mm2 với Icp=265A>Isc=151,60A *Đoạn 0-6
I0-6sc=2.I0-6=326,54A
Vậy ta chọnFtc0-6=150mm2 với Icp=445A>Isc=326,54A*Đoạn 0-2 *Đoạn 6-5
I6-5sc=2.I6-5=174,94A
Vậy ta chọnFtc6-5=70mm2 với Icp=265A>Isc=174,94A Từ tiết diện tìm được của các đoạn đường dây,tra phụ lục trong giáo trình “Mạng lưới điện” ta được bảng sau. đoạn  0-2  2-1  0-4  4-3  0-6  6-5   Pmax,MW  62  30  54  26  56  30   Qmax,MVAr  31,01  14,52  26,14  12,58  27,10  14,52   L,km  63,25  41,23  76,16  42,43  63,25  41,23   Ftt,mm2  164,36  79,52  146,38  72,82  151,68  79,52   Ftc,mm2  150  70  150  70  150  70   r0,(/km  0,21  0,46  0,21  0,46  0,21  0,46   x0,(/km  0,416  0,44  0,416  0,44  0,416  0,44   b0,10-6S/km  2,74  2,58  2,74  2,58  2,74  2,58   R,(  6,64  9,48  8,00  9,76  6,64  9,48   X,(  13,16  9,07  15,84  9,33  13,16  9,07   B,10-6S  173,31  106,37  208,68  109,47  173,31  106,37   4.Tính tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây ở chế độ bình thường và khi sự cố. Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây được tính theo công thức
Trongđó: PI,QI:Công suất tác dụng vàphản kháng chạy trên đoạn thứ i. RI,XI:đIửn trở và đIửn kháng của đoạn thứ i. *Đoạn 0-2-1
Khi có sự cố đứt 1 mạch trên đoạn 0-2.

(,
(
*Đoạn 0-4-3
Khi có sự cố đứt 1 mạch trên đoạn 0-4.

(,
(
*Đoạn 0-6-5
Khi có sự cố đứt 1 mạch trên đoạn 0-6.

(,
(
5.Tổng kết phương án 1.

Vậy phương án 1thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật. II .Phương án II. 1.sơ đồ nối dây. Thông số của sơ đồ nối dây. Đoạn  O-2  2-1  0-3  0-4  0-6  6-5   Pmax(MW)  62  30  26  28  56  30   Qmax(MVar)  30,01  14,52  12,58  13,55  27,10  14,52   L(km)  63,25  41,23  100  76,16  63,25  41,23   2.Lựa chọn tiết diện dây dẫn. Tính Ftt tương tự như phương án 1,tra phụ lục giáo trình “Mạng lưới điện” ta lập được bảng sau. Đoạn  0-2  2-1  0-3  0-4  0-6  6-5   Pmax,MW  62  30  26  28  56  30   Qmax,MVAr  31,01  14,52  12,58  13,55  27,10  14,52   L,km  63,25  41,23  100  76,16  63,25  41,23   Ftt,mm2  164,36  79,52  68,92  74,22  151,68  79,52   Ftc,mm2  150  70  70  70  150  70   r0,(/km  0,21  0,46  0,46  0,46  0,21  0,46   x0,(/km  0,416  0,44  0,44  0,44  0,416  0,44   b0,10-6S/km  2,74  2,58  2,58  2,58  2,74  2,58   R,(  6,64  9,48  23  17,52  6,64  9,48   X,(  13,16  9,07  22  16,76  13,16  9,07   B,10-6S  173,31  106,37  258  196,49  173,31  106,37   3.Tính tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây ở chế độ bình thường và khi sự cố. *Đoạn 0-2-1 Tính tương tự như phương án 1 ta được.

*đoạn 0-3.

*đoạn 0-4.

*đoạn 0-6-5.

4.Tổng kết phương án 2.

Vậy phương án 2 thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật. III .Phương án III. 1.sơ đồ nối dây. Thông số của sơ đồ nối dây. Đoạn  O-1  0-2  2-3  0-4  0-6  6-5   Pmax(MW)  30  58  26  28  56  30   Qmax(MVar)  14,52  28,07  12,58  13,55  27,10  14,52   L(km)  92,20  63,25  44,72  76,16  63,25  41,23   2.Lựa chọn tiết diện dây dẫn. Tính Ftt tương tự như phương án 1,tra phụ lục giáo trình “Mạng lưới điện” ta lập được bảng sau. Đoạn  0-1  0-2  2-3  0-4  0-6  6-5   Pmax,MW  30  58  26  28  56  30   Qmax,MVAr  14,52  28,07  12,58  13,55  27,10  14,52   L,km  92,20  63,25  44,72  76,16  63,25  41,23   Ftt,mm2  79,53  153,75  68,92  74,22  151,68  79,52   Ftc,mm2  70  150  70  70  150  70   r0,(/km  0,46  0,21  0,46  0,46  0,21  0,46   x0,(/km  0,44  0,416  0,44  0,44  0,416  0,44   b0,10-6S/km  2,58  2,74  2,58  2,58  2,74  2,58   R,(  21,21  6,64  10,29  17,52  6,64  9,48   X,(  20,28  13,16  9,84  16,76  13,16  9,07   B,10-6S  232,72  173,31  115,38  196,49  173,31  106,37   3.Tính tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây ở chế độ bình thường và khi sự cố. Tính tương tự phương án 1 ta được *đoạn 0-1 .

*đoạn 0-2-3.

*đoạn 0-4.

*đoạn 0-6-5.

4.Tổng kết phương án 3.

Vậy phương án 3 thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật. IV .Phương án IV. 1.sơ đồ nối dây. Thông số của sơ đồ nối dây. Đoạn  O-1  0-2  2-3  0-4  0-5  0-6   Pmax(MW)  30  58  26  28  30  26   Qmax(MVar)  14,52  28,07  12,58  13,55  14,52  12,58   L(km)  92,20  63,25  44,72  76,16  92,20  63,25   2.Lựa chọn tiết diện dây dẫn. Tính Ftt tương tự như phương án 1,tra phụ lục giáo trình “Mạng lưới điện” ta lập được bảng sau. đoạn  0-1  0-2  2-3  0-4  0-5  0-6   Pmax,MW  30  58  26  28  30  26   Qmax,MVAr  14,52  28,07  12,58  13,55  14,52  12,58   L,km  92,20  63,25  44,72  76,16  92,20  63,25   Ftt,mm2  79,53  153,75  68,92  74,22  79,53  75,82   Ftc,mm2  70  150  70  70  70  70   r0,(/km  0,46  0,21  0,46  0,46  0,46  0,46   x0,(/km  0,44  0,416  0,44  0,44  0,44  0,44   b0,10-6S/km  2,58  2,74  2,58  2,58  2,58  2,58   R,(  21,21  6,64  10,29  17,52  21,21  14,55   X,(  20,28  13,16  9,84  16,76  20,28  13,92   B,10-6S  232,72  173,31  115,38  196,49  232,72  163,19   3.Tính tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây ở chế độ bình thường và khi sự cố. Tính tương tự phương án 1 ta được *đoạn 0-1

*đoạn 0-2-3.

*đoạn 0-4.

*đoạn 0-6-5.

4.Tổng kết phương án 4.

Vậy phương án 4 thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật. V.TỔNG KẾT CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT. Ta có bảng tổng kết sau.
 Phương án    I  II  III  IV  
 10,11  10,11  9,47  9,47  
 17,05  16,77  15,71  15,71   VI.SO SÁNH VỀ KINH TẾ. Giả thiết các phương án có cùng số lượng MBA ,dao cách ly máy cắt điện.Ta so sánh về mặt kinh tế giữa các phương án nhờ hàm chi phí hàng năm Z,phương án nào có Zmin là phương án tối ưu nhất. Hàm chi phí Z được tính theo công thức.
Trong đó: avh:hệ số vận hành,avh=0,04 atc:hệ số tiêu chuẩn,atc=0,125 C:giá 1kW điện năng tổn thất,C=500đ/kW.h=5.105đ/MW.h
:tổn thất điện năng hàng năm.
(:thời gian tổn thất công suất lớn nhất,(=(0,124+Tmax.10-4)2.8760=3411h
:tổng tổn thất công suất ở chế độ cực đại ,
Kd:tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây,Kd=
K0i:giá 1km đường dây tiết diện Fi,vớiđường dây 2 mạch ta nhân hệ số 1,6 vậy ta có công thức tính Z
Sau đây là bảng giá xây dựng 1km đường dây trên không điện áp 110kV , 1 mạch, cột thép Loại dây  AC-70  AC-95  AC-120  AC-150  AC-185  ACO-240   K0,106đ/km  208  283  354  403  441  500   Tính chi tiết từng phương án 1.Phương án 1 *đoạn 0-2: dây AC-150 K02=403.1,6.63,25.106=40,78.109đ
*đoạn 2-1:dây AC-70 K21=208.1,6.41,23.106=13,72.109đ
*đoạn 0-4 dây AC-150 K04=403.1,6.76,16.106=49,12.109đ
*đoạn 4-3 dây AC-70 K21=208.1,6.42,43.106=14,12.109đ
*đoạn 0-6:dây AC-150 K06=403.1,6.63,25.106=40,78.109đ
*đoạn 6-5:dây AC-70 K65=208.1,6.41,23.106=13,72.109đ
Từ kết quả trên ta lập được bảng sau đoạn  0-2  2-1  0-4  4-3  0-6  6-5   K,109đ  40,78  13,72  49,12  14,12  40,78  13,72  
,MW  2,60  0,87  2,38  0,67  2,12  0,87   Ta có:Kd=
=K02 +K21 +K04 +K43 +K06 +K65 =(40,78+13,72+49,12+14,12+40,18+13,72).109=171,64.109đ

Z=0,165.171,64.109+1,7055.9,51.109=44,54.109đ 2.Phương án 2. Tính tương tự phương án 1 ta có bảng sau đoạn  0-2  2-1  0-3  0-4  0-6  6-5   K,109đ  40,78  13,72  33,28  25,35  40,78  13,72  
,MW  2,60  0,87  1,59  1,40  2,12  0,87   Ta có:Kd=
=K02 +K21 +K03 +K04 +K06 +K65 =(40,78+13,72+33,28+25,35+40,18+13,72).109=167,63.109đ

Z=0,165.167,63.109+1,7055.9,45.109=43,78.109đ 3.Phương án 3. Tính tương tự phương án 1 ta có bảng sau đoạn  0-1  0-2  2-3  0-4  0-6  6-5   K,109đ  30,68  40,78  14,88  25,35  40,78  13,72  
,MW  1,95  2,28  0,71  1,40  2,12  0,87   Ta có:Kd=
=K01 +K02 +K23 +K04 +K06 +K65 =(30,68+40,78+14,88+25,35+40,18+13,72).109=166,19.109đ

Z=0,165.166,19.109+1,7055.9,33.109=43,33.109đ 4.Phương án 4. Tính tương tự phương án 1 ta có bảng sau đoạn  0-1  0-2  2-3  0-4  0-5  0-6   K,109đ  30,68  40,78  14,88  25,35  30,68  21,05  
,MW  1,95  2,28  0,71  1,40  1,95  1,00   Ta có:Kd=
=K01 +K02 +K23 +K04 +K05 +K06 =(30,68+40,78+14,88+25,35+30,68+21,05).109=163,42.109đ

Z=0,165.163,42.109+1,7055.9,29.109=42,81.109đ 5.Tổng kết các phương án. các chỉ tiêu  phương án    I  II  III  IV  
 10,11  10,11  9,47  9,47  
 17,05  16,77  15,71  15,71   Z,109đ  44,54  43,78  43,33  42,81   Ta thấy phương án 4 là phương án có Zmin đồng thời có các chỉ tiêu kỹ thuật tốt nhất.Vậy phương án 4 là phương án tối ưu,ta chọn phương án 4 là phương án chính thức để tính toán trong đồ án môn học này Thông số của phương án 4 đoạn  0-1  0-2  2-3  0-4  0-5  0-6   Pmax,MW  30  58  26  28  30  26   Qmax,MVAr  14,52  28,07  12,58  13,55  14,52  12,58   L,km  92,20  63,25  44,72  76,16  92,20  63,25   r0,(/km  0,46  0,21  0,46  0,46  0,46  0,46   x0,(/km  0,44  0,416  0,44  0,44  0,44  0,44   b0,10-6S/km  2,58  2,74  2,58  2,58  2,58  2,58   R,(  21,21  6,64  10,29  17,52  21,21  14,55   X,(  20,28  13,16  9,84  16,76  20,28  13,92   B,10-6S  232,72  173,31  115,38  196,49  232,72  163,19   CHƯƠNG III CHỌN SỐ LƯỢNG ,CÔNG SUẤT CÁC MBA VÀ CÁC SƠ ĐỒ TRẠM ,SƠ ĐỒ MẠNG ĐIỆN I.Chọn số lượng MBA. Vì các phụ tải đều là các hộ tiêu thụ loại 1 nên mỗi trạm đều có 2MBA làm việc song song. II.Chọn công suất các MBA. Dựa vào công suất các phụ tải và yêu cầu điều chỉnh điện áp của phụ tải ta sử dụng các MBA 2 cuộn dây điều chỉnh điện áp dưới tải Các MBA có Ucdm=115kV,dải điều chỉnh Uđc=(9.1,78.Ucđm Công suất định mức của các MBA phụ thuộc vào công suất cực đại của các phụ tải và phải thoả mãn điều kiện nếu như 1 trong 2máy dừng làm việc thì MBA còn lại phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho các hộ loại 1 và loại 2 .Đồng thời khi chọn công suất MBA cần biết đến khả năng quá của MBA còn lại khi 1MBA bị sự cố gọi là quá tải sự cố .Hệ số quá tải K=1,4 trong 5 ngày đêm và mỗi ngày đêm không quá 6 giờ. Khi bình thường các MBA làm việc với công suất S=(60(70)%Sđm Nếu trạm có n MBA thì công suất của 1máy phải thoả mãn điều kiện
Trong đó: Smax:công suất cực đại của phụ tải K:hệ số quá tải,K=1,4 n:số MBA,n=2 Tính chi tiết cho từng trạm *Trạm 1.
Vậy ta chọn S1đm=25MVA *Trạm 2.
Vậy ta chọn S2đm=32MVA *Trạm 3.
Vậy ta chọn S3đm=25MVA *Trạm 4.
Vậy ta chọn S4đm=25MVA *Trạm 5.
Vậy ta chọn S5đm=25MVA *Trạm 6.
Vậy ta chọn S6đm=25MVA Vậy ta chọn 2 loại MBA là:TPDH-25000/110 và TPDH-32000/110.Tra phụ lục giáo trình “mạng lưới điện” ta có bảng các thông số kỹ thuật của các MBA như sau. Loại MBA  số lượng  số liệu kỹ thuật  số liệu tính toán     Uc, kV  Uh, kV  Un% 
, kW 
, kW  I0%  R,(  X,( 
, kVAr   TPDH-25000/110  10  115  11  10,5  120  29  0,8  2,54  55,9  200   TPDH-32000/110  2  115  11  10,5  145  35  0,75  1,87  43,5  240   III.Sơ đồ nối dây toàn hệ thống. Trong hệ thống có 3 loại trạm. 1.Trạm nguồn. Dùng sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có máy cát liên lạc. 2.Trạm trung gian. Trong sơ đồ này có 1 trạm trung gian, dùng sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn cung cấp điện cho hộ 2 và trạm 3. 3.Trạm cuối. Gồm các trạm 1,3,4,5,6 Cung cấp điện cho các hộ 1,3,4,5,6. CHƯƠNG IV CHỌN CÔNG SUẤT TỐI ƯU CỦA CÁC THIẾT BỊ BÙ TRONG CÁC TRẠM. Để giảm công suất phản kháng ,giảm tổn thất điện áp và tổn thất công suất ta tiến hành bù công suất phản kháng. Thiết bị bù là các bộ tụ đặt ở phía thanh góp hạ áp của các trạm. Hàm mục tiêu Z=Z1+Z2+Z3 Z1=K0.Qb trong đó:K0-suất đầu tư 1 đơn vị công suất bù, K0=150.103đ/kVAr=150.106đ/MVAr Z2=
P0.Qb.C0 Trong đó:
:suất tổn hao công suất tác dụng trên 1 đơn vị công suất bù,
=0,005MW/MVAr C0:suất đầu tư cho 1đơn vị công suất đặt trong nhà máy điện, C0=15.109đ/MW
Vậy Z
=(K0+(P0.C0).Qb+
Z
=225.106.Qb+
Tính chi tiết từng đoạn 1.Đoạn 0-1. 2AC-70 1 2x25MVA 1, S1max 0 92,2km Qb1 sơ đồ thay thế 0 1 1, Q1 R01 Rb1 Qb1 R01=21,21( ; Rb1=1,27( Z
=225.106.Qb1+
=225.106.Qb1+




>0,97 Ta chỉ bù đến cos(=0,97

2.Đoạn 0-2-3. 2AC-150 2AC-70 3 2x25MVA 3, 0 S3 63,25km 44,72km 2 2x32MVA Qb3 2, Qb2 S2 Sơ đồ thay thế 0 R02 R23 2 3 Rb2 Rb3 2, 3, Qb2 Q2 Qb3 Q3 R02=6,64(;
R23=10,29(;
Rb2=0,935(;
Rb3=1,27(;








Từ (1) và (2) suy ra Qb2=4,3MVAr; Qb3=11,67MVAr
thoả mãn
Ta chỉ bù đến cos(3=0,97
Thay Qb3vào (1)
Ta bù đến cos(2=0,97
4.Đoạn 0-4. 2AC-70 4 2x25MVA 4, S4max 0 76,16km Qb4 sơ đồ thay thế 0 4 4, Q4 R04 Rb4 Qb4 R04=17,52( ; Rb4=1,27( Z
=225.106.Qb4+
=225.106.Qb4+




>0,97 Ta chỉ bù đến cos(=0,97

4.Đoạn 0-5. 2AC-70 5 2x25MVA 5, S5max 0 92,2km Qb5 sơ đồ thay thế 0 5 5, Q5 R05 Rb5 Qb5 R05=21,21( ; Rb5=1,27( Z
=225.106.Qb5+
=225.106.Qb5+




>0,97 Ta chỉ bù đến cos(=0,97

5.Đoạn 0-6. 2AC-70 6 2x25MVA 6, S6max