MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Phần thứ nhất Thiết kế mạng điện khu vực Chương I. cân bằng công suất và vạch các phương án nối điện i.1.1. Các số liệu về nguồn cung cấp và phụ tải 1.1.1 phân tích nguồn và tải a. nguồn Nguồn cung cấp là một trong những điều kiện chủ yếu của việc lựa chọn kết cấu sơ đồ mang điện, nó cung cấp cho các phụ tải và đương dây liên lạc. Theo đầu bài cho nguồn công suất vô cùng lớn, có nghĩa khi phát ra bao nhiêu thì tải bấy nhiêu. b. Phụ tải Mạng điện khu vực mà ta cần thiết kế gồm có 6 phụ tải với tổng công suất lớn nhất là: ΣS max = 229,406 MVA, tổng công suất cực tiểu là: ΣS min = 160,583 MVA. Nguồn điện đủ cung cấp cho tất cả các phụ tải, Các phụ tải 1,3,5,6 có mức độ đảm bảo cung cấp điện cao nhất (loại I), nên sẽ được cung cấp bởi đường dây kép hoặc mạch vòng để đảm bảo cung cấp điện liên tục. Phụ tải 2 và 4 có mức độ đảm bảo cung cấp điện loại III nên sẽ được cung cấp điện bằng đường dây một mạch Dựa vào bảng 1.1, sau khi tính toán ta được bảng số liệu sau: Phụ tải Hộ P max +j.Q max (MVA) S max (MVA) P min +j.Q min (MVA) S min (MVA) 1 III 25 +j.15,493 29,411 17,5 +j.10,845 20,587 2 I 40 +j.24,789 47,058 28 +j.17,352 32,940 Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 1 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH 3 I 45 +j.27,888 52,940 31,5 +j.19,521 37,058 4 I 35 +j.21,691 41,176 24,5 +j.15,183 28,823 5 I 30 +j.18,592 35,293 21 +j.13,014 24,705 6 III 20 +j.12,394 23,258 14 +j.8,676 16,470 ∑ 195 +j.120,847 229,406 136,5 +j.84,546 160,583 1.1.2. Cân bằng công suất tác dụng Để hệ thống điện làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải thì nguồn điện phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q cho các hộ tiêu thụ và cả tổn thất công suất trên các phần tử của hệ thống. Nếu sự cân bằng giữa công suất tác dụng và phản kháng phát ra với công suất tác dụng và phản kháng tiêu thụ bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảm, dẫn đến giảm chất lượng của các sản phẩm hoặc có thể dẫn đến mất ổn định hoặc làm tan rã hệ thống. Mục đích của phần này là tính toán xem nguồn phát có đáp ứng đủ công suât tác dụng và phản kháng cho các phụ tải không? Từ đó định ra phương thức vận hành cho nhà máy, lưới điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng tức là đảm bảo tần số và điện áp luôn ổn định trong giới hạn cho phép. Công suất tác dụng của các phụ tải liên quan với tần số của dòng điện xoay chiều. Tần số trong hệ thống sẽ thay đổi khi sự cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống bị phá vỡ. Giảm công suất tác dụng phát ra dẫn đến giảm tân số và ngược lại, tăng công suất tác dụng phát ra dẫn đến tăng tần số. Cân băng công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống, tần số mọi nơi trong hệ thống điện luôn như nhau. Vì vậy tại mỗi thời điểm trong các chế độ xác lập của hệ thống điện, các nhà máy điện trong hệ thống điện cần phải phát công suất bằng công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong hệ thống. Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cực đại của hệ thống. Phương trình công suất tác dụng được biểu diễn bằng biểu thức sau: P trạm = m. + ∑ = 6 1i pti p ∆P md Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 2 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Trong đó P trạm : công suất của trạm m. ∑ = 6 1i pti p : tổng công suất của các phụ tải trong trạm ở chế độ cực đại. ∆P md : tổn thất trong máy biến áp m: là hệ số m = 1 tổn thất trong máy biến áp bằng 5% tổng công suất của các phụ tải trong trạm m. ∑ = 6 1i pti p = 195 MW ∆P md = 5%. m. ∑ = 6 1i pti p = 0,05.195 = 9,75 MW ⇒ P trạm = 195 + 9,75 = 204,75 MW 1.1.3 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 cả đối với công suất phản kháng. Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp. Phá sự cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến thay đổi điện áp trong mạch điện. Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm. Khác với công suất tác dụng, cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống, vừa có tính chất địa phương, có nghĩa là chỗ này của hệ thống có thể đủ nhưng chỗ khác của hệ thống lại thiếu công suất phản kháng. Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng. Sự cân bằng công suất phản kháng được biểu diễn bằng biểu thức sau: Q bù + Q trạm = m. ∑ = 6 1i pti Q + ∆Q B Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 3 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH m. ∑ = 6 1i pti Q : Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại. ∆Q B : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp. Q trạm = P trạm . tgử HT = 204,75. 85,0 85,01 2 − = 126,892 MVAr m. ∑ = 6 1i pti Q = 120,847 MVAr ∆Q B = 15%. m. ∑ = 6 1i pti Q = 100 15 .124,847 = 18,127 MVAr Q bù = 120,847 + 18,127 - 126,892 = 12,082 MVAr Đ 1.2. vạch các phương án nối điện 1.2.1. Dự kiến các phương án Các chỉ tiêu kinh tế kỹ - thuật của mạng điện 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 cung cấp điện 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, tiếp nhận phụ tải mới. Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động. Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng. Trong sơ đồ một cạnh ô vuông nhỏ tương ứng 10km ngoài thực địa Sơ đồ mạch điện phương án I. Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 4 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Sơ đồ mạch điện phương án II. Sơ đồ mạch điện phương án III. Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 5 6 5 4 3 2 1 iiI iiI i i i i nguån 42,42 41,23 51 40 40 67,08 5,1 5 4 3 2 1 i i i i nguån 42,42 41,23 40 36,05 40 iii iii MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Sơ đồ mạch điện phương án IV. 1.2.3 Tính bù công suất phản kháng Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 6 6 5 4 3 2 1 i i i i nguån iii 41,23 41,23 51 40 40 67,08 iii 4,242 6 5 4 3 2 1 i i i i nguån iii 41,23 50 40 51 67,0840 iii MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Ta thấy phụ tải 3 và phụ tải 5,phụ tải 6 ở xa nguồn lại chịu tải lớn lên ta sẽ bù sơ bộ cho hai phụ tải này để nâng hệ số công suất của các phụ tải này lên từ (0,85 ữ 0,95) Dung lượng bù cho mỗi phụ tải 3 và 5 và 6 là: ∆Q b3 = 6 MVAr, ∆Q b5 = 3,041 MVAr, ∆Q b6 = 3,041 MVAr • Phụ tải 3 Công suất tại nút 3 trước khi bù S 3 = 45 +j.27,888 MVA Công suất phản kháng cần bù Q 3 , = Q 3 - ∆Q b3 = 21,888 MVAr Hệ số công suất tại nút 3 sau khi bù ⇒ tgử 3 , = 3 , 3 P Q = 45 888,21 = 0,486 Cosử 3 , = 1486,0 1 1 1 2, 3 2 + = + ϕ tg = 0,899 ≈ 0,9 • Phụ tải 5 Công suất tại nút 5 trước khi bù S 5 = 30 +j.18,592 MVA Công suất phản kháng cần bù Q 5 , = Q 5 - ∆Q b5 = 15,551 MVAr Hệ số công suất tại nút 5 sau khi bù ⇒ tgử 5 , = 5 , 5 P Q = 30 551,15 = 0,518 Cosử 5 , = 1518,0 1 1 1 2, 5 2 + = + ϕ tg = 0,888 Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 7 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH • Phụ tải 6 Công suất tại nút 6 trước khi bù S 6 = 20 +j.12,394 MVA Công suất phản kháng cần bù Q 6 , = Q 6 - ∆Q b6 = 9,353 MVAr Hệ số công suất tại nút 6 sau khi bù ⇒ tgử 6 , = 6 , 6 P Q = 20 353,9 = 0,467 Cosử 6 , = 1467,0 1 1 1 2, 6 2 + = + ϕ tg = 0,906 Ta có bảng phụ tải sau khi bù Đường dây L (km) P max +j.Q max (MVA) U đmi (kV) U đm (kV) Nguồn – 1 42,42 25 +j.15,493 91,267 110 Nguồn - 2 41,23 40 +j.24,789 82,486 Nguồn – 3 51 45 +j.21,888 87,985 Nguồn - 4 40 35 +j.21,691 77,636 Nguồn – 5 40 30 +j.15,551 72,622 Nguồn – 6 67,08 20 +j.9,353 85,386 Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 8 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Chương 2. tính toán chọn phương án tối ưu A. phương án I. Đ 2.1 chọn cấp điện áp cho mạng điện phương án I Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng. Khi tăng điện áp định mức, tổn thất công suất và điện năng sẽ giảm, nghĩa là giảm chi phí vận hành, giảm tiết diện dây dẫn và chi phí về kim loại khi xây dựng mạng điện, đồng thời tăng công suất giới hạn truyền tải trên đường dây, đơn giản hoá sự phát triển tương lai của mạng điện, nhưng tăng vốn đầu tư để xây dựng mạng điện. Ngược lại, khi mạng điện áp định mức nhỏ, yêu cầu về vốn đầu tư không lớn, nhưng chi phí vận hành lớn vì tổn thất công suất và điện năng đều lớn, ngoài ra khả năng truyền tải nhỏ. Tuỳ thuộc vào giá trị công suất cần truyền tải và độ dài đường dây tải điện mà chọn độ lớn của điện áp vận hành sao cho thích hợp nhất. áp dụng công thức kinh nghiệm sau để tính điện áp định mức của đường dây: 2.1.1 Chọn cấp điện áp cho từng đoạn áp dụng công thức kinh nghiệm sau để tính điện áp định mức của đoạn dây: U đmi = 4,34 i i L 16 P× + × kV Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 9 51 67,0840 40 41,23 6 5 4 3 2 1 iii iii i i i i nguån 42,42 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Trong đó : - U đmi : Điện áp định mức của đoạn dây thứ i, kV − L i : Chiều dài đoạn dây thứ i, km − P i : Công suất truyền tải trên đoạn dây thứ i, MW Điện áp trên đoạn 1- Nguồn U đm1 = 4,34 25.1642,4234,416 11 +=+ PL = 91,2670 kV Tương tự ta có điện áp đối vơi các đoạn khác Đường dây L (km) P max +j.Q max (MVA) U đmi (kV) U đm (kV) Nguồn – 1 42,42 25 +j.15,493 91,267 110 Nguồn - 2 41,23 40 +j.24,789 82,486 Nguồn – 3 51 45 +j.21,888 87,985 Nguồn - 4 40 35 +j.21,691 77,636 Nguồn – 5 40 30 +j.15,551 72,622 Nguồn – 6 67,08 20 +j.9,353 85,386 Từ kết quả trên với U i nằm trong khoảng (70 ữ160) nên ta chọn điện áp cho toàn lưới 110 kV Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn phương án I Mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không. Các đường dây được sử dụng là dây nhôm lõi thép AC, đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tuỳ theo địa hình đường dây chạy qua. Đối với các đường dây 110 kV, khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (D tb =5m). Đối với mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện, nghĩa là: F = kt J I I = 3 22 10. .3. Un QP + − I : Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 10 [...]... Icphc = 391,6A Vậy dây đảm bảo Đ 2.3 Tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố phương án I Phương pháp chung: Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 12 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH * Tính tổn thất điện áp trong chế độ bình thường + Tính tổn thất điện áp max cho lưới điện hình tia: tính ∆U từ nguồn đến tất cả các nút phụ tải ∆Ui% = ∑ ∆U j = ∑P R + ∑Q X j j Dj Dj j j Dj U2 ®m × 100% Sau khi chọn các tiết diện... phương án II 2 i 1 iii 42,42 51 3 41,23 40 4 nguån i i Khoa diÖn 40 5 trõ¬ng i 36,05 iii ®¹i häc ®iÖn lùc 17 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Đ 2.1 chọn cấp điện áp cho mạng điện phương án II 2.1.1Chọn cấp điện áp cho từng đoạn Làm tương tự như phương án 1 ta có: Uđm = 110 kV Vậy ta chọn điện áp cho toàn lưới 110 kV Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn phương án II Tính toán như phương án 1 ta có bảng kết quả Bảng 4.2... h Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 21 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH 2.4.2 Tổn thất điện năng trên đường dây ∆A = ∆PΣ.τ = 1,219 3410 = 4156,79 MWh C phương án III 2 41,23 1 i iii 51 3 i 41,23 40 4 nguån 40 i 67,08 5 i 6 iii Đ 2.1 chọn cấp điện áp cho mạng điện phương án III 2.2.2 Chọn cấp điện áp cho từng đoạn Chọn tương tự như phương án 1 ta có điện áp cho toàn lưới 110 kV Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn... đường dây trong đường dây kép, tổn thất điện áp sự cố bằng tổn thất điện áp nhân đôi: ∆Usc% = 2×∆Ubt% Chỉ tiêu kỹ thuật : ∆Umaxbt% ≤ 10% Khoa diÖn ∆Umaxsc% ≤ 14% trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 13 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH 2.3.1 Trường hợp bình thường: Đường dây Nguồn – 1 Nguồn - 2 Nguồn – 3 Nguồn – 4 Nguồn – 5 Nguồn – 6 Ibt A 154,370 123,496 131,323 108,060 88,678 115,884 Ftt mm2 140,366 112,268 119,384... Nguồn -2 : r/2 l/2 110kv 40+j24,78 ∆UbtN-2 = 40.0,270.41,23.0,5 + 24,789.0,423.41,23.0,5 100% 110 2 = 3,62 % Đoạn Nguồn-3 : r/2 l/2 110kv 45+j21,847 Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 14 MÔN LƯỚI ĐIỆN ∆UbtN-3% = BÙI ĐÌNH ẢNH 45.0,270.51.0,5 + 21,847.0,423.51.0,5 100% 110 2 = 4,475% Đoạn Nguồn-4: l/2 r/2 110kv 35+j21,691 ∆UbtN-4% = 35.0,270.40.0,5 + 21,691.0,423.40.0,5 100% = 3,07% 110 2 Đoạn Nguồn-5: l/2... + 6,353.0,423.67,08 100% 110 2 = 4,483% 2.3.2 Trường hợp sự cố: Đứt một mạch trên đường dây kép: Đoạn Nguồn -2: ∆UscN-2% = 2×∆UbtN-2% = 2 × 3,62 = 7,24% Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 15 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Đoạn Nguồn -3: ∆UscN-3% = 2×∆UbtN-3% = 2 × 4,475 = 8,95% Đoạn Nguồn -4: ∆UscN-4% = 2×∆UbtN-4% = 2× 3,07 = 6,14% Đoạn Nguồn -5: ∆UscN-5% = 2×∆UbtN-5% = 2× 2,95 = 5,9% Kết quả tính tổn thất... Nguồn- 1 IbtN-1 = 154,370 A Tổn thất công suất: ∆PN-1 = I2N-1.R = 154,3702 0,210.42,42 = 0,212 MW - đoạn Nguồn- 2 IbtN-2 = 123,496 A Tổn thất công suất: Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 16 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH ∆PN-2 = I2N-2.R = 123,4962 0,270.41,23 = 0,169 MW - đoạn Nguồn- 3 IbtN-3 = 131,323 A Tổn thất công suất: ∆PN-3 = I2N-3.R = 131,3232 0,270.51 = 0,237 MW - đoạn Nguồn- 4 IbtN-4 = 108,060... điều kiện phát nóng của dây dẫn trong chế độ sau sự cố: Phương pháp chung: - Khi sự cố đứt một mạch đường dây kép, dòng điện chạy trên đường dây còn lại: Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 11 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Isc = 2×Imaxbt ≤ Icphc Icphc = khc Icp khc = QCP − QXQ 70 − 35 = = 0,88 QCP − QCH 70 − 25 Ta có bảng sau Đường dây Số mạch 1 2 2 2 2 1 Ibt A 154,370 123,496 131,323 108,060 88,678 115,884... 131,323 108,060 146,591 115,884 Ftt mm2 140,366 112,268 119,384 98,236 133,264 105,349 Dây dẫn AC-150 AC-120 AC-120 AC-120 AC-150 AC-120 Icp A 445 380 380 380 445 380 trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 18 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH 2.2.1 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn trong chế độ sau sự cố: Tính toán như phương án 1 ta có bảng kết quả Đường dây Nguồn – 1 Nguồn - 2 Nguồn – 3 Nguồn - 4 Nguồn – 5 Đoạn 5 -... Icp A 445 380 380 380 445 380 ro Ù/km 0,210 0,270 0,270 0,270 0,210 0,270 xo Ù/km 0,416 0,423 0.423 0,423 0,416 0,423 • Đối với đường dây nguồn-5 Nguồn-5: Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 19 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH r/2 l/2 110kv ∆UbtN-5% = 50+j24,945 50.0,270.40.0,5 + 24,904.0,423.40.0,5 100% = 3,975% 110 2 Nguồn – 5 – 6: ∆UbtN-6 = ∆UbtN-5 + ∆Ubt5-6 = 3,975 + 4,483 = 8,458 kV Các đoạn còn lại tính . MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Phần thứ nhất Thiết kế mạng điện khu vực Chương I. cân bằng công suất và vạch các phương án nối điện i.1.1. Các số liệu. địa Sơ đồ mạch điện phương án I. Khoa diÖn trõ¬ng ®¹i häc ®iÖn lùc 4 MÔN LƯỚI ĐIỆN BÙI ĐÌNH ẢNH Sơ đồ mạch điện phương án II. Sơ đồ mạch điện phương án