Đồ án thiết kế lưới điện

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Phân tích nguồn

1.1.1 Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải

(1 ô = 10km 10 km) Hình 1.1 sơ đồ phân bố phụ tải

- Nguồn có công suất vô cùng lớn có khả năng đáp ứng mọi yêu cầu về công suất của phụ tải và đảm bảo chất lượng của điện áp.

Nguồn điện có công suất lớn giúp duy trì điện áp ổn định trên thanh góp cao áp, ngay cả khi có sự biến động về công suất phụ tải hoặc khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch.

- Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, hệ số cosφ=0,85

Bảng 1.1 Khoảng cách từ nguồn đến các phụ tải.

Phụ tải Khoảng cách (km)

Phân tích phụ tải

Bảng 1.2 Số liệu của các phụ tải

Thông số Tải 1 Tải 2 Tải 3 Tải 4 Tải 5

YCĐC điện áp Theo quy định của thông tư 39/2015/TT-BCT

- Hệ thống điện thiết kế có 5 phụ tải:

Các hộ phụ tải loại 1 đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, vì vậy cần đảm bảo dự phòng điện năng một cách chắc chắn Mỗi hộ phụ tải cần được cấp điện qua hai đường dây kép và hai máy biến áp hoạt động song song, nhằm duy trì nguồn điện liên tục và đảm bảo chất lượng điện năng Việc ngừng cấp điện có thể gây hư hại thiết bị và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của phụ tải, do đó việc đảm bảo nguồn điện ổn định là rất cần thiết.

- Yêu cầu trong điều chỉnh điện áp :

+ Trong mạng điện thiết kế có yêu cầu điều chỉnh điện áp phải thỏa mãn các chế độ sau:

- Chế độ phụ tải cực đại: dU% = ±5%Udm

- Chế độ phụ tải cực tiểu: dU% = ±5%Udm

- Chế độ sau sự cố: dU% = +5%và -10%Udm

- Số liệu của các phụ tải như bảng sau:

Bảng 1.3 Số liệu tính toán của các phụ tải

Tải Loại Pmax Smax Qmax Pmin Smin Qmin cosφ Tmax(h) Uh(kV)

Sau khi phân tích nguồn và phụ tải ta khái quát được:

Nguồn điện có khả năng đáp ứng tất cả các yêu cầu về công suất của phụ tải, đồng thời đảm bảo chất lượng điện áp Đặc biệt, điện áp trên thanh góp cao áp sẽ được duy trì ổn định ngay cả khi có biến động về công suất phụ tải, bao gồm cả tình huống xảy ra ngắn mạch.

Có 5 phụ tải đặt tại các vị trí khác nhau xung quanh Nguồn, với công suất tiêu thụ dao động từ 21,74 đến 50 MW ở mức lớn nhất và từ 15,65 đến 36 MW ở mức nhỏ nhất.

- Các phụ tải 1,2,3,5 thuộc loại I, phụ tải 4 thuộc loại III

CÂN BẰNG NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Cân bằng công suất tác dụng

Trong đồ án ta giả thiết:

+ Nguồn điện đủ cung cấp cho nhu cầu công suất tác dụng

+ Tổng công suất tự dùng và công suất dự trữ trong hệ thống bằng không

Trong hệ thống điện, sự cân bằng công suất tác dụng được thể hiện qua công thức: ΣPF = ΣPyc = m.ΣPpt + ΣΔP mđ + ΣP td + ΣPdt Ở đây, ΣPF là tổng công suất phát, ΣPyc là tổng công suất yêu cầu, và hệ số đồng thời m được quy định là 1 trong đồ án môn học.

∑Ptd : Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống

∑Pdt: Tổng công suất dự trữ trong hệ thống

(Trong phạm vi đồ án lấy ∑Ptd = 0, ∑Pdt = 0) ΣΔPmđ: Tổng tổn thất công suất trong mạng điện, ΣΔPmđ = 5%*ΣPpt ΣPpt: Tổng công suất các nút phụ tải

Cân bằng công suất phản kháng

Để duy trì tần số ổn định trong hệ thống điện, việc cân bằng công suất tác dụng là rất quan trọng Bên cạnh đó, để đảm bảo điện áp ổn định, cần thiết phải đạt được sự cân bằng công suất phản kháng.

Sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống được biểu diễn bằng biểu thức: ΣQF = Σqyc

+ ΣQF là tổng công suất phản kháng phát ra trên lưới + ΣQyc là tổng công suất phản kháng yêu cầu ΣQF = ΣPF*tgϕF cosϕF = 0,85 ⇒ tgϕF = 0,62

⇒ ∑Qyc = m*∑Qpt + ∑QL - ∑QC + ∑Qdt + ∑Qtd + ∑Qba

∑QL: Tổng tổn thất công suất phản kháng trên đường dây

∑QC: Tổng tổn thất công suất do điện dung của các đường dây sinh ra

(Trong khi tính sơ bộ ta giả thiết ∑QL = ∑QC )

∑Qdt: Tổng công suất phản kháng dự trữ (lấy = 0)

∑Qtd: Tổng công suất phản kháng tự dùng (lấy = 0) ⇒ ∑Qyc = m*∑Qpt + ∑ΔQba

∑Qpt là tổng công suất phản kháng của phụ tải

∑ΔQba: Tổng tổn thất công suất phản kháng trên máy biến áp

 Ta thấy ΣQyc = 77,027 < ΣQF= 116,794 MVAr, nên ta không phải bù công suất phản kháng.

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ TÍNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

Đề xuất các phương án nối dây

3.1.1 Ưu nhược điểm của các phương án nối dây

Thiết kế mạng điện cần đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục, đồng thời vẫn phải tiết kiệm chi phí Để đạt được điều này, cần tìm ra phương án hợp lý nhất trong các lựa chọn đã được đề xuất, đồng thời đảm bảo tuân thủ các tiêu chí kỹ thuật.

Các yêu cầu kỹ thuật chính đối với mạng điện bao gồm độ tin cậy và chất lượng cao của điện năng cung cấp Khi thiết kế sơ đồ mạng, cần chú trọng đến hai yếu tố này Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1, mạng điện cần có dự phòng 100% và khả năng tự động đóng dự phòng Do đó, có thể sử dụng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1, trong khi các hộ tiêu thụ loại 3 có thể được cung cấp bằng đường dây một mạch Để chọn sơ đồ tối ưu cho mạng điện, cần đề ra phương án nối dây dựa trên các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nhằm tìm ra phương án tối ưu nhất.

- Một phương án nối dây hợp lí phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục.

+ Đảm bảo chất lượng điện.

+ Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

+ Đảm bảo thuận lợi cho thi công, vận hành và phải có tính linh hoạt cao.

+ Đảm bảo tính kinh tế

+ Đảm bảo tính phát triển của mạng điện trong tương lai.

Khi lập kế hoạch cho các phương án nối dây, cần xem xét các ưu nhược điểm của từng sơ đồ mạng điện và phạm vi sử dụng của chúng.

Hệ thống điện này có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng sử dụng các thiết bị đơn giản và giá rẻ, cũng như các thiết bị bảo vệ role tiện lợi, giúp phát triển và cải tạo mạng điện hiện có mà không làm ảnh hưởng đến các đường dây khác khi xảy ra sự cố Điều này dẫn đến tổn thất thấp hơn so với lưới điện liên thông Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống là chi phí đầu tư dây cao, quá trình khảo sát và thiết kế thi công tốn nhiều thời gian, và có thể dẫn đến lãng phí khả năng tải.

+ Ưu điểm: Việc tổ chức thi công sẽ thuận lợi vì hoạt động trên cùng một đường dây

Nhược điểm của hệ thống này bao gồm việc cần thêm trạm trung gian và yêu cầu bảo vệ bằng role trong thiết kế bố trí Hệ thống cũng cần thiết kế cắt tự động khi gặp sự cố, điều này phức tạp hơn Độ tin cậy trong việc cung cấp điện thấp hơn so với lưới hình tia.

+ Ưu điểm: Độ tin cậy cung cấp điện cao, khả năng vận hành lưới linh hoạt.

+ Nhược điểm: Số lượng máy cắt cao áp nhiều hơn, bảo vệ role phức tạp hơn, tổn thất điện áp lúc sự cố lớn.

Ta chia phụ tải thành các nhóm như sau :

Nhóm 1: phụ tải 1, 2 thuộc phụ tải loại I yêu cầu tính cung cấp điện cao, sử dụng dây đôi để cung cấp điện cho phụ tải.

Nhóm 2: phụ tải 4, 5 thuộc phụ tải III và I yêu cầu tính cung cấp điện cao sử dụng dây đôi và dây đơn với mạng tia và liên thông.

Nhóm 3: phụ tải 3 thuộc phụ tải I yêu cầu tính cung cấp điện cao sử dụng dây đôi với mạng tia.

3.1.2 Đề xuất phương án nối dây Để thuận tiện ta chia phụ tải thành 3 nhóm:

Nhóm 1 ta chia thành 2 phương án đi dây:

1a mạch hình tia 1b mạch liên thông

Nhóm 2 ta chia thành 2 phương án nối dây:

2a mạch hình tia 2b mạch vòng

Nhóm 3 đề xuất 1 phương án: 3a mạch hình tia

P hương án 1 hình 3.1 (sử dụng 1a 2a 3a)

P hương án 2 hình 3.3 (sử dụng 1a 2b 3a)

P hương án 3 hình 3.4 (sử dụng 1b 2a 3a)

P hương án 4 hình 3.5 (sử dụng 1b 2b 3a)

Lựa chọn điện áp định mức

Điện áp định mức của mạng điện đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và đặc trưng kỹ thuật của hệ thống Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và khoảng cách từ phụ tải đến nguồn điện Việc lựa chọn điện áp định mức phải đồng thời xem xét sơ đồ cung cấp điện Đối với mạng điện sơ bộ, điện áp định mức có thể được xác định dựa trên công suất trên mỗi đường dây và chiều dài từ nguồn đến phụ tải.

Có thể tính điện áp định mức của đường dây bằng công thức kinh nghiệm của Still sau đây:

Trong đó: - Li: Khoảng cách truyền tải của đoạn đường dây thứ i(km)

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

- Ui: Điện áp vận hành trên đoạn đường dây thứ i (kv)

- Nếu lộ đơn n=1; lộ kép n=2

- Ta có bảng số liệu tính toán:

Tải n Pmax (MW) L(km) U(kV)

- Từ bảng số liệu trên ta thấy điện áp U nằm trong khoảng (65,04 – 88,73) kV nên ta chọn điện áp định mức là Uđm= 110kV.

Chọn tiết diện dây dẫn, so sánh các phương án về mặt kĩ thuật

Dây dẫn lựa chọn, được làm từ nhôm lõi thép (AC), là loại dây dẫn có khả năng dẫn điện tốt và độ bền cơ học cao Loại dây này phù hợp cho mọi cấp điện áp và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

Do mạng điện thiết kế có Uđm0kV nên tiết diện dây dẫn thường được chọn theo phương pháp mật độ kinh tế của dòng điện Jkt.

Mật độ kinh tế của dòng điện (Jkt) được xác định dựa trên điện áp định mức (kV) và công suất tối đa trên đường dây thứ i (MVA) khi phụ tải đạt cực đại Số lộ đường dây (n) và dòng điện cực đại trong chế độ làm việc bình thường cũng được xem xét Jkt có thể tra cứu trong bảng 4.1 của sách "Mạng Lưới Điện" của Nguyễn Văn Đạm Đối với dây AC và Tmax nhỏ hơn 5000 giờ, Jkt được xác định là 1,1 A/mm².

Dựa vào công thức, cần chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện liên quan đến sự hình thành vầng quang Đồng thời, cũng cần xem xét độ bền cơ của đường dây và điều kiện pháp nóng của dây dẫn.

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang:

Để ngăn chặn hiện tượng vầng quang trên các dây dẫn AC ở cấp điện áp 110kV, tiết diện tối thiểu cho phép của các dây dẫn là 70mm².

+ Kiểm tra phát nóng dây dẫn:

Hệ số quy đổi theo nhiệt độ được xác định là 0,88 tương ứng với nhiệt độ t, trong khi dòng điện cho phép của dây dẫn phụ thuộc vào bản chất và tiết diện của dây.

- Đối với đường dây đơn khi gặp sự cố sẽ mất điện nên không cần xét sau sự cố

- Đối với đường dây kép:

+ Tiêu chuẩn tổn thất điện áp

Các mạng điện 1 cấp điện áp được coi là đạt tiêu chuẩn kỹ thuật khi trong chế độ phụ tải cực đại, các tổn thất điện áp lớn nhất trong cả chế độ làm việc bình thường và chế độ sau sự cố đều nằm trong khoảng cho phép.

Đối với các mạng điện phức tạp, hay còn gọi là mạng điện kín, mức tổn thất điện áp lớn nhất có thể chấp nhận trong chế độ phụ tải cực đại và sau sự cố thường nằm trong một khoảng nhất định.

Trong đó: - ∆Ubt max là tổn thất điện áp khi bình thường lớn nhất

- ∆Usc max là tổn thất điện áp lúc sau sự cố lớn nhất.

- Nếu không thỏa mãn ta chọn lại tiết diện dây dẫn

- Tổn thất điện áp được tính theo công thức:

+ Pi , Qi là công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây thứ i (MW, MVAr).

+ Ri, Xi là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây thứ i ().

Ri= và Xi - Dây đơn n=1, dây kép n=2

- Đối với dây kép nếu đứt một dây thì tổn thất điện áp trên đường dây là :

Xét nhóm 2a

- Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Tra bảng lựa chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây AC-120 thông số như sau: ro=0,27Ω/km, xo=0,423 Ω/km, có Icp= 380 (A)

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd0 mm 2 (thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng: vì đoạn N-1 là đường dây kép nên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại vẫn phải làm việc bình thường.

 Dây AC-120 thỏa mãn điền kiện phát nóng

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên N-1

-Chế độ sau sự cố khi xảy ra đứt 1 lộ đường dây N-1

+ Tương tự cho đường dây Đường dây N-2 Đd P Q n L(km) I max F tt Loại dây

2 119,29 AC-120 380 0,27 0,423 6.75 10.58 Đường dây ΔUbt% ΔUsc%

Tra bảng lựa chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây AC-95 thông số như sau: ro=0,33Ω/km, xo= 0,429Ω/km, có Icp= 330(A)

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd= 95 mm 2 (thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng: vì đoạn là đường dây đơn nên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại không làm việc.

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên N-4

Tính tương tự cho đường dây N-5 và Nhóm 3 (N-3) ta có: Đd P Q n L(km) I max F tt Loại dây

N-5 21 8,9 2 56,57 59,56 54,15 AC-70 265 0,46 0,44 13,01 12,45 Đường dây ΔUbt% ΔUsc%

Vậy phương án thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật.

) Tra bảng lựa chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây AC-95 thông số như sau: ro=0,33Ω/km, xo= 0,429Ω/km, có Icp= 330(A)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng: vì đoạn là đường dây đơn nên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại không làm việc.

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên 5-4

) Tra bảng lựa chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây AC-95 thông số như sau: ro=0,33Ω/km, xo= 0,429Ω/km, có Icp= 330(A)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng: vì đoạn N-5 là đường dây kép nên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại vẫn phải làm việc bình thường.

 Dây AC-95 thỏa mãn điền kiện phát nóng.

+Kiểm tra tổn thất điện áp trên N-5.

-Chế độ sau sự cố trên N-5 khi xảy ra đứt 1 lộ :

Ta có: ΔUbt%max = 7,44 < 15 % ΔUsc%max = 14,88 < 20%

Vậy phương án thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

- Giả sử mạch điện đồng nhất và các đoạn đường dây có cùng tiết diện

- Ta tính công suất trên các đoạn N-1= 58,31(km); 1-2= 22,36(km); 2-N= 50(km) như sau:

- Vậy phụ tải 1 là điểm phân công suất trong mạch kín trên.

- Chọn tiết diện dây dẫn

) - Tra bảng lựa chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây AC-240 thông số như sau: ro=0,13Ω/km, xo=0,39Ω/km, có Icp= 605A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd$0 mm 2 > 70mm 2 (thỏa mãn điều kiện)

- Do dây AC-70 không thỏa mãn điều kiện phát nóng khi có sự cố nên ta chọn dây AC- 95

- Tra bảng lựa chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây AC-95 thông số như sau: ro=0,33Ω/km, xo=0,429 Ω/km, có Icp= 330A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd= 95mm 2 (thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd = 240 mm 2 >70mm 2 (thỏa mãn điều kiện)

Kiểm tra điều kiện phát nóng:

- Dòng công suất truyền tải trên đoạn N-1 và 1-2 khi sự cố đoạn N-2 là:

SmaxN-1sc = Smax1 + Smax2 = + = 90 + j38,15 (MVA)

IscN-1= = 10 3 = 513.06 (A), Đoạn N-1 sử dụng dây AC-240 có Icp = 605 (A)

Vậy dâyAC-240 thỏa mãn điều kiện phát nóng

Isc1-2 = 10 3 = 262,24 (A), Đoạn 1-2 sử dụng dây AC-95 có Icp30(A)

Dây AC-95thỏa mãn điều kiện phát nóng

IscN-2 = = 10 3 = 513.06 (A), Đoạn N-2 sử dụng dây AC-240 có Icp = 605 (A)

Isc2-1 = = 10 3 = 250,83(A) Đoạn 2-1 sử dụng dây AC-95 có Icp= 330(A)

Vậy dây AC-95 thỏa mãn điều kiện phát nóng

IscN-1 = ; IscN-1< 0,88.IcpN-1 = 0,88.605= 532,4(A) Vậy dây AC-240 thỏa mãn điều kiện phát nóng

IscN-2 = = 262,24 (A); IscN-2 70mm 2 (thỏa mãn điều kiện)

- Do dây AC-70 không thỏa mãn điều kiện phát nóng khi có sự cố nên ta chọn dây AC- 95

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd= 95mm 2 (thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd = 240 mm 2 >70mm 2 (thỏa mãn điều kiện)

Kiểm tra điều kiện phát nóng:

IscN-1= = 10 3 = 513.06 (A), Đoạn N-1 sử dụng dây AC-240 có Icp = 605 (A)

Vậy dâyAC-240 thỏa mãn điều kiện phát nóng

Isc1-2 = 10 3 = 262,24 (A), Đoạn 1-2 sử dụng dây AC-95 có Icp30(A)

Dây AC-95thỏa mãn điều kiện phát nóng

IscN-2 = = 10 3 = 513.06 (A), Đoạn N-2 sử dụng dây AC-240 có Icp = 605 (A)

Isc2-1 = = 10 3 = 250,83(A) Đoạn 2-1 sử dụng dây AC-95 có Icp= 330(A)

Vậy dây AC-95 thỏa mãn điều kiện phát nóng

IscN-1 = ; IscN-1< 0,88.IcpN-1 = 0,88.605= 532,4(A) Vậy dây AC-240 thỏa mãn điều kiện phát nóng

IscN-2 = = 262,24 (A); IscN-2 1) được tính toán theo công thức cụ thể.

Simax phụ tải cực đại của trạm i k được xác định bởi hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố, với k=1,4 và n là số máy biến áp trong trạm Đối với phụ tải loại I, yêu cầu SiđmB phải lớn hơn hoặc bằng Simax, trong khi đó đối với phụ tải loại III, cũng cần SiđmB lớn hơn hoặc bằng Simax.

+ Công suất của máy biến áp đặt ở phụ tải 1 là:

+ Tra bảng 18 - Thiết kế các mạng và hệ thống điện- Nguyễn Văn Đạm ta chọn máy biến áp loại TPDH-40000/110

Phụ tải 2, 3, 5 tính tương tự phụ tải 1

+ Công suất của máy biến áp đặt ở phụ tải 4 là:

S4đmB ≥ S4max = 21,74 (MVA) + Chọn máy biến áp dùng cho tải 4 là TPDH-25000/110

Ta có bảng chọn sơ bộ máy biến áp

Phụ tải Loại Số MBA Smax

Số liệu kỹ thuật Số liệu tính toán

5.2 Chọn sơ đồ nối dây cho các trạm

Để đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục cho phụ tải loại I, hệ thống sử dụng sơ đồ hai thanh góp hoạt động song song Trong quá trình vận hành, một thanh góp sẽ hoạt động trong khi thanh góp còn lại giữ vai trò dự trữ.

Sơ đồ hệ thống 2 thanh góp

- Đối với trạm cuối ta có 2 trường hợp:

+ Phụ tải loại I ta dùng sơ đồ cầu trong

+ Phụ tải loại III ta dùng sơ đồ bộ đường dây- máy biến áp

Sơ đồ bộ đường dây- máy biến áp

Vậy cần sử dụng 9 máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây,

Chúng tôi đã chọn sơ đồ hệ thống 2 thanh góp để đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục Trong quá trình vận hành, một thanh góp sẽ hoạt động trong khi thanh góp còn lại giữ vai trò dự trữ.

- Phụ tải 1, 2, 3, 5 sử dụng sơ đồ cầu trong.

- Phụ tải 4 sử dụng sơ đồ đường dây máy biến áp.

TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG CÁC CHẾ ĐỘ

Phương pháp chung

6.1.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp

Sơ đồ thay thế MBA 2 cuộn dây

- Tổn thất công suất trong máy biến áp gồm 2 thành phần, tổn thất sắt trong lõi thép và tổn thất đồng trong cuộn dây máy biến áp:

+ Tổn thất trong lõi thép máy biến áp:

+ P0 : Tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép máy biến áp và bằng tổn thất không tải trong máy biến áp (MW)

+ Q0: Tổn thất công suất từ hóa trong lõi thép máy biến áp (MVAr)

+ n: Số lượng máy biến áp

+ I0%: Dòng điện không tải phần trăm

+ SđmB: Công suất định mức của máy biến áp.

+ Tổn thất đồng trong máy biến áp

+ S: Công suất phụ tải (MVA)

+ZB: Tổng trở máy biến áp

6.1.2 Tổn thất công suất trên đường dây

Sơ đồ thay thế đường dây

- Tổn thất công suất chạy trên đường dây được xác định theo công thức:

S: Công suất toàn phần chạy trên đường dây (MVA)

Rd: Điện trở trên đường dây (Ω)

Xd: Điện kháng trên đường dây (Ω)

Phụ tải cực đại

- Tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp là:

- Tổn thất trong tổng trở máy biến áp là:

- Công suất trước tổng trở máy biến áp bằng:

- Tổn thất công suất trên đường dây N-3 là:

- Dòng công suất trước tổng trở đường dây là:

- Công suất điện dung đầu đường dây là:

Các đường N4, N5 tính tương tự:

Bảng 6.1 Thông số các phần tử trong sơ đồ thay thế đường dây ở chế độ cực đại Đd N-3 N-4 N-5

Tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp là:

Tổn thất trong tổng trở máy biến áp là :

Khi đó tổn thất công suất trong tổng trở bằng:

Tổn thất trong tổng trở máy biến áp là :

Công suất do nguồn cung cấp vào mạng điện N-1-2-N là:

Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống

- Từ bảng ta có tổng công suất yêu cầu trên thanh góp của nguồn 110kV:

Để duy trì sự cân bằng công suất trong hệ thống, nguồn điện cần cung cấp đủ công suất theo yêu cầu Do đó, tổng công suất tác dụng từ nguồn cung cấp phải được đảm bảo.

- Khi hệ số công suất của nguồn cos = 0,85 thì tổng công suất phản kháng nguồn cung cấp là:

Công suất phản kháng do nguồn cung cấp lớn hơn yêu cầu, do đó không cần bù công suất phản kháng trong chế độ phụ tải cực đại.

Phụ tải cực tiểu

Tính toán tương tự ta có bảng

Bảng 6.2 Thông số các phần tử trong sơ đồ thay thế đường dây ở chế độ cực tiểu Đd N-3 N-4 N-5

Tổn thất trong tổng trở máy biến áp là:

- Tổn thất trong tổng trở máy biến áp là:

Công suất do nguồn cung cấp vào mạng điện N-1-2-N là:

- Từ bảng ta có tổng công suất yêu cầu trên thanh góp của nguồn 110kV:

Để duy trì sự cân bằng công suất trong hệ thống, nguồn điện cần cung cấp đủ công suất theo yêu cầu Do đó, tổng công suất tác dụng mà nguồn cung cấp phải đạt được là rất quan trọng.

- Khi hệ số công suất của nguồn cos = 0,85 thì tổng công suất phản kháng nguồn cung cấp là:

Công suất phản kháng do nguồn cung cấp vượt quá công suất phản kháng yêu cầu, do đó, trong chế độ phụ tải cực tiểu, không cần thiết phải bù công suất phản kháng.

Chế độ sau sự cố

Trong hệ thống điện, có nhiều loại sự cố không thể dự đoán hết Khi phân tích sự cố, ta không giả định sự cố chồng chéo mà tập trung vào sự cố đứt dây trong các đường dây mạch lộ kép (phụ tải loại I) khi phụ tải đạt mức cực đại.

Khi một dây trong các đoạn bị đứt, khả năng cung cấp điện cho phụ tải vẫn được duy trì, nhưng điện trở R và điện kháng X của đường dây đó sẽ tăng gấp đôi, trong khi điện dung ngang B giảm một nửa do chỉ còn một lộ dây cung cấp Tuy nhiên, nhờ vào sơ đồ cầu, phụ tải vẫn có hai máy biến áp (MBA) hoạt động, nên tổn thất công suất trong máy biến áp và tổng trở MBA không thay đổi.

Trường hợp sự cố đứt dây N-1

Tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp ở phụ tải 1 là:

Tổn thất trong tổng trở máy biến áp ở phụ tải 1 là:

Tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp ở phụ tải 2 là:

Tổn thất trong tổng trở máy biến áp ở phụ tải 2 là:

Trường hợp sự cố đứt dây N-2

Tính toán tương tự sự cố đứt dây N-1 ta được:

Trường hợp sự cố đứt dây 1-2

Do sự cố đứt đoạn 1-2 nên mạch kín N-1-2-N sẽ trở thành mạch tia với 2 tia N-1 và N-2 nên chế độ sau sự cố sẽ tính tương tự đoạn N-3 và N-5

Bảng 6.3 Thông số các phần tử trong sơ đồ thay thế đường dây ở chế độ sau sự cố Đd N-3 N-5 N-1 N-2

- Từ bảng ta có tổng công suất yêu cầu trên thanh góp của nguồn 110kV theo các trường hợp là:

Trong các trường hợp sự cố, công suất phản kháng do nguồn cung cấp thường lớn hơn công suất phản kháng yêu cầu Do đó, không cần thiết phải bù công suất phản kháng trong chế độ sau sự cố.

Thông số Đứt dây N-1 Đứt dây N-2 Đứt dây 1-2

TÍNH ĐIỆN ÁP TẠI CÁC NÚT PHỤ TẢI VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

Tính điện áp tại các nút của lưới điện trong các chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu và

tiểu và sau sự cố

Tính toán điện áp nút và điều chỉnh điện áp trong mạng điện là nhiệm vụ quan trọng nhằm đánh giá tổn thất điện áp và điện năng của hệ thống Qua đó, chúng ta có thể áp dụng các phương pháp hiệu quả để giảm thiểu tổn thất trên các đường dây truyền tải.

Thanh góp 110 kV của hệ thống được xác định là nút điện áp cơ sở Trong chế độ phụ tải cực đại và sau sự cố, điện áp được chọn là Ucs = 110% của 110 kV, tương đương 121 kV Ngược lại, trong chế độ phụ tải cực tiểu, điện áp Ucs được lấy là 105% của 110 kV, tương đương 115 kV.

7.1.1 Chế độ phụ tải cực đại (U cs 1 kV) Đường dây N-3

- Điện áp trên thanh góp cao của trạm 3 là:

- Điện áp trên thanh góp hạ áp 3 quy về phía cao là:

= 116,38 - = 112,857 (kV) Đường dây N-4 và N-5: tính tương tự như N-3

Bảng 7.1 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại

Nút đd RN-i XN-i P'N-i Q'N-i RB-i XB-i PB-i QB-i Ui(kV) Uqdi(kV)

Xét mạch kín N-1-2-N Điện áp trên thanh góp cao của trạm 1 bằng:

Mô đun điện áp bằng:

= (44,22+j22,494) – (0,084+j0,56)= 44,136+j21,934 (MVA) Điện áp trên thanh góp hạ áp của trạm 1, quy đổi về phía cao là:

= = 109,89 (kV) Điện áp trên thanh góp cao của trạm 2 bằng:

= (46,233+j23,65) – (0,084+j0,56)= 46,149+j23,09 (MVA) Điện áp trên thanh góp hạ áp của trạm 2, quy đổi về phía cao là:

7.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu (U cs 5 kV) Đường dây N-3, N-4, N-5:

Tính toán tương tự chế độ cực đại ta có

Bảng 7.2 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu

Nút Đd RN-i XN-i P'N-i Q'N-i RB-i XB-i PB-i QB-i Ui(kV) Uqdi(kV) N-3 13,8 13,2 20,05 8,277 1,27 27,95 19,487 9,27 111,644 109,102 N-4 26,6 34,59 15,024 6,842 2,54 55,9 14,451 7,23 109,467 105,44 N-5 13,01 12,45 15,489 5,937 1,27 27,95 15,148 7,033 112,605 110,688 N-1

7.1.3 Chế độ phụ tải sau sự cố (U cs 1 kV) Đường dây N-3, N-5:

Ta xét đứt một dây trong lộ kép, tính toán tương tự chế độ cực đại và cực tiểu ta có

Bảng 7.3 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải sau sự cố

Nút Đd RN-i XN-i P'N-i Q'N-i RB-i XB-i PB-i QB-i Ui(kV) Uqdi(kV) N-3 27,6 26,4 29,164 14,655 1,27 27,95 27,09 13,437 111,15 107,46 N-5 26,02 24,9 22,231 10,516 1,27 27,95 21,055 10,102 114,06 111,35

Nút Đd RN-i XN-i P’N-i Q’N-i RB-i XB-i PB-i QB-i Ui(kV) Uqdi(kV) N-2 27,6 26,4 29,164 14,655 1,27 27,95 27,09 13,437 111,15 107,46 2-1 26,02 24,9 22,231 10,516 1,27 27,95 21,055 10,102 114,06 111,35

Nút Đd RN-i XN-i P’N-i Q’N-i RB-i XB-i PB-i QB-i Ui(kV) Uqdi(kV)N-1 27,6 26,4 29,164 14,655 1,27 27,95 27,09 13,437 111,15 107,461-2 26,02 24,9 22,231 10,516 1,27 27,95 21,055 10,102 114,06 111,35

Nút Đd RN-i XN-i P'N-i Q'N-i RB-i XB-i PB-i QB-i Ui(kV) Uqdi(kV) N-1

Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp cho các trạm

7.2.1 Yêu cầu điều chỉnh điện áp: Điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng của chất lượng điện năng Trong thực tế việc giữ ổn định điện áp cho thiết bị điện của các hộ tiêu thụ là việc cần thiết vì điện áp quyết định chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của các thiết bị tiêu thụ điện và độ lệch điện áp cho phép của thiết bị điện tương đối hẹp. Để giữ được độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ nằm trong phạm vi cho phép thì cần phải tiến hành điều chỉnh điện áp của mạng điện.

Theo nhiệm vụ thiết kế và kết quả tính toán điện áp nút trong các chế độ vận hành khác nhau, một trong những biện pháp hiệu quả nhất để đảm bảo điện áp cho thiết bị tiêu thụ là lựa chọn và điều chỉnh các đầu phân áp của máy biến áp tại trạm tăng áp và giảm áp Đối với những trạm yêu cầu điều chỉnh điện áp đặc biệt, độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp cần được quy định rõ ràng.

- Trong chế độ phụ tải cực đại: dUmax% = + 5%

- Trong chế độ phụ tải cực tiểu: dUmin% = 0%

- Trong chế độ sau sự cố: dUsc% = 0 +5% Điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của trạm được xác định theo công thức sau:

Uyc = Uđm + dU% * Uđm Trong thiết kế mạng điện, điện áp định mức Uđm là 22kV Dựa vào yêu cầu điều chỉnh của phụ tải, ta có thể xác định điện áp cần thiết trên thanh góp hạ áp cho các hộ phụ tải.

Máy biến áp có đầu phân áp cố định có phạm vi điều chỉnh điện áp: ±2x2,5%Uđm (kV) với Ucđm = 115 kV, Uhđm = 22 kV

Bảng 7.4 Thông số điều chỉnh của máy biến áp có đầu phân áp cố định

Thứ tự đầu điều chỉnh Điện áp bổ sung

(kV) Điện áp đầu điều chỉnh (kV)

Máy biến áp điều chỉnh dưới tải sở hữu nhiều đầu điều chỉnh điện áp và các mức điều chỉnh đa dạng, với phạm vi điều chỉnh rộng rãi Đặc biệt, máy biến áp hai dây quấn có khả năng điều chỉnh trong khoảng ±9x1,78%Uđm (kV) với Ucđm5 (kV).

Bảng 7.5 Thông số điều chỉnh của MBA điều chỉnh dưới tải

Thự tự đầu điều chỉnh Điện áp bổ sung

(kV) Điện áp đầu điều chỉnh (kV)

7.2.2 Phương pháp chung chọn đầu phân áp cho máy biến áp

Do tính kinh tế của máy biến áp có đầu phân áp cố định, việc kiểm tra khả năng điều chỉnh điện áp của loại máy biến áp này là cần thiết Nếu đầu phân áp cố định được chọn đáp ứng yêu cầu trong cả ba chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu và sau sự cố, chúng ta có thể sử dụng máy biến áp này Ngược lại, nếu không thỏa mãn, việc chọn máy biến áp điều chỉnh dưới tải sẽ được tiến hành.

Các bước tiến hành chọn đầu phân áp của các máy biến áp:

 Xác định điện áp trên thanh cái hạ áp của trạm biến áp quy đổi về phía cao áp:

Để xác định điện áp yêu cầu ở phía hạ áp của máy biến áp, cần xem xét độ lệch điện áp cho phép của hộ tiêu thụ trong các chế độ hoạt động khác nhau.

Uyci = ± dUcpi. Trong đó: UđmH: Điện áp định mức của thanh góp hạ áp dUcpi: Độ lệch điện áp cho phép

 Tính điện áp tại các đầu phân áp ứng với các chế độ phụ tải:

Trong đó: Ukt: Điện áp không tải (vì các máy biến áp đã chọn đều có:

Un% >7,5% nên Ukt = 1,1.UđmH = 1,1.22 = 24,2 kV).

Sau khi thực hiện tính toán, cần kiểm tra lại độ lệch điện áp trong các chế độ phụ tải khác nhau Việc so sánh các kết quả này với các yêu cầu điều chỉnh điện áp thông thường hoặc không thông thường là rất quan trọng.

Tính điện áp thực trên thanh góp hạ áp với các chế độ theo công thức:

Ut = Uqdi. Xác định độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp: dUi% = 100 Sau đó so sánh với dUcp% và kết luận.

Chọn sơ bộ các máy biến áp có đầu phân áp cố định

7.2.3 Chọn đầu phân áp cho các chế độ

 Chế độ phụ tải cực đại: Điện áp tính toán của đầu điều chính của máy biến áp được xác định theo công thức:

Chọn đầu điểu chỉnh tiêu chuẩn n = 4, khi đó điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuẩn Utcmax

= 123,188 kV (xem bảng 7.5) Điện áp thực trên thanh góp hạ áp bằng:

Utmax = = = 22,17 kV Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng: dUmax% = 100 = 100 = 0,77%

Như vậy đầu điểu chỉnh tiêu chuẩn đã chọn là phù hợp.

 Chế độ cực tiểu: Điện áp tính toán của đầu điều chính của máy biến áp được xác định theo công thức:

Chọn đầu điểu chỉnh tiêu chuẩn n = 2, khi đó điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuẩn Utcmax

= 119,094 kV (xem bảng 7.5) Điện áp thực trên thanh góp hạ áp bằng:

Utmin = = = 22,17 kV Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng: dUmin% = 100 = 100 = 0,77%

 Chế độ sau sự cố: Điện áp tính toán của đầu điều chính của máy biến áp được xác định theo công thức:

Udcsc = = = 118,206 kV Chọn đầu điểu chỉnh tiêu chuẩn n = 1, khi đó điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuẩn

Utcmax = 117,047 kV (xem bảng 7.5) Điện áp thực trên thanh góp hạ áp bằng:

Utsc = = = 22,218 kV Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng: dUsc% = 100 = 100 = 0,99%

Các phụ tải còn lại: tính tương tự như phụ tải 3

Bảng 7.6 Kết quả tính toán điều chỉnh điện áp chế độ cực đại

Trạm Uqdimax Udcmax Utc Nấc Utmax dUimax

Bảng 7.7 Kết quả tính toán điều chỉnh điện áp chế độ cực tiểu

Trạm Uqdimin Udcmin Utc Nấc Utmin dUimax

Bảng 7.8 Kết quả tính toán điều chỉnh điện áp chế độ sau sự cố

Trạm Uqdisc Udcsc Utc Nấc Utsc dUimax

TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN

Vốn đầu tư xây dựng lưới điện

Tổng vốn đầu tư xây dựng mạng điện được xác định theo công thức:

K = Kđ + Kt với Kt Trong đó:

Kđ: Tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây (Ở chương 4 đã tính được: Kd = 122,093.10 9 đồng)

Kt: Tổng vốn đầu tư xây dựng các trạm biến áp

KBi là giá thành của 1 máy biến áp Trạm có 1 MBA: a = 1 với; trạm có 2 MBA: a = 1,8

Vốn đầu tư cho các trạm hạ áp:

Bảng 8.1 Bảng giá thành xây dựng các trạm biến áp

Trạm Loại MBA sử dụng a Giá thành

Vậy tổng vốn đầu tư xây dựng lưới điện là:

Tổn thất công suất tác dụng trong lưới điện

Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện bao gồm tổn thất trên đường dây và trong trạm biến áp khi ở chế độ phụ tải cực đại Theo tính toán tại chương 6, mục 6.2, bảng 6.1, chúng ta có bảng thống kê chi tiết về các tổn thất này.

Bảng 8.2 Các thông số tổn thất công suất ở chế độ phụ tải cực đại Đường dây ΔPd ΔP0 ΔPb

Vậy tổn thất công suất công suất tác dụng trong lưới điện bằng:

∆P = ∆Pd + ∆P0 + ∆Pb = 7,432 (MW) Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện tính theo phần trăm (%) bằng:

Tổn thất điện năng trong lưới điện

Tổn thất điện năng trong lưới điện được tính như sau:

Trong đó:: Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây.

: Tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây các máy biến áp.

: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất của các phụ tải. t: Thời gian làm việc trong năm của lưới điện, t = 8760 h.

Ta có bảng tính toán như sau:

Bảng 8.3 Thông số tổn thất của các đường dây

Phụ tải Đường dây ΔPd ΔP0 ΔPb Tmax τ (ΔPd+ΔPb).τ ΔP0.t

8 Tổn thất điện năng trong mạng điện là:

∑∆A = ∑(∆Pd +∆Pb).τ + ∑∆P0.t = 18659,06 (MWh) Tổng điện năng các hộ tiêu thụ nhận được trong năm là:

A = ∑Pmax.Tmax= 158.4500 = 711000 (MWh) Tổn thất điện năng trong mạng điện:

Các loại chi phí và giá thành

8.4.1 Chi phí vận hành hàng năm

Các chi phí vận hành hàng năm trong mạng điện được xác định như sau:

Chi phí vận hành hàng năm cho mạng điện được tính toán dựa trên hệ số vận hành đường dây (avhd = 0,04) và hệ số vận hành các thiết bị trong các trạm biến áp (avht = 0,1), cùng với giá thành 1kWh điện năng tổn thất (c = 1500đ/kWh).

8.4.2 Chi phí tính toán hàng năm

Chi phí tính toán hàng năm được xác định theo công thức:

Z = atc.K + Y Trong đó: atc là hệ số định mức hiệu quả của vốn đầu tư (atc = 0,125).

Do đó chi phí tính toán bằng:

8.4.3 Giá thành truyền tải điện năng

Giá thành truyền tải điện năng được xác định theo công thức: β = 71,185.10 3 (đ/MWh) = 71,185 (đ/kWh)

8.4.4 Giá thành xây dựng 1MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại

Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải được xác định theo biểu thức:

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	650,07 KB