Đồ án thiết kế lưới điện trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

đồ án1nhà máy điện nguồn 6 phụ tải loại 1,yêu cầu chọn đường đi, dây dẫn, công suất,máy biến áp sao cho đạt chỉ tiêu cả về kỹ thuật lẫn kinh tếNgành năng lượng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Chính vì vậy nó luôn được ưu tiên hàng đầu và phát điện trước một bước so với các ngành công nghiệp khác. Việc xây dựng các nhà máy điện mới, xuất hiện các phụ tải mới đòi hỏi các yêu cầu về thiết kế lưới điện để nối liền nhà máy điện với các phụ tải, nối liền nhà máy điện mới với hệ thống điện cũ và nối liền hai nhà máy điện với nhau.Đồ án môn học: Thiết kế mạng lưới điện giúp sinh viên áp dụng một cách tổng quan nhất những kiến thức đã học và tích luỹ trong quá trình học tập để giải quyết vấn đề trên.Việc thiết kế mạng lưới điện phải đạt đuợc những yêu cầu về kỹ thuật đồng thời giảm tối đa được vốn đầu tư trong phạm vi cho phép là nhiệm vụ quan trọng đối với nền kinh tế của nước ta hiện nay.

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU VỀ KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT

Yêu cầu thành lập phương án

Để lựa chọn phương án cung cấp điện hợp lý, cần tuân thủ nhiều nguyên tắc, trong đó nguyên tắc quan trọng nhất là cung cấp điện kinh tế, đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cao với chi phí tối thiểu Mục tiêu của quá trình thiết kế là tìm ra phương án phù hợp, bắt đầu từ việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện Các công việc cần thực hiện đồng thời bao gồm lựa chọn điện áp làm việc, xác định tiết diện dây dẫn và tính toán các thông số kỹ thuật cũng như kinh tế.

Trong quá trình thành lập phương án nối điện ta phải chú ý tới các nguyên tắc sau đây :

Mạng điện cần đảm bảo an toàn và cung cấp điện liên tục, ổn định, với mức độ an toàn phụ thuộc vào hộ tiêu thụ Đối với phụ tải loại 1, việc cung cấp điện phải được duy trì liên tục, không được phép gián đoạn trong bất kỳ tình huống nào Do đó, trong phương án nối dây, việc sử dụng đường dây kép hoặc mạch vòng là cần thiết.

Hộ tiêu thu loại III chỉ cần cung cấp điện bằng đường dây 1 mạch

- Đảm bảo chất lượng điện năng theo yêu cầu

- Chỉ tiêu kinh tế cao, vốn đầu tư thấp, tổn thất nhỏ, chi phí vận hành hàng năm nhỏ

Đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị là ưu tiên hàng đầu Hệ thống được thiết kế để vận hành đơn giản và linh hoạt, đồng thời có khả năng mở rộng trong tương lai khi có thêm các phụ tải mới.

Thành lập các phương án

Dựa trên việc phân tích các đặc điểm của nguồn và phụ tải, cùng với vị trí địa lý của các phụ tải, chúng tôi đã đưa ra nhiều phương án thiết kế hệ thống điện Sau khi thực hiện tính toán sơ bộ, năm phương án tối ưu nhất đã được lựa chọn để triển khai.

8 tính toán chi tiết sau đó sẽ so sánh và chọn ra phương án tối ưu nhất

Từ bản đồ vị trí của nhà máy điện , hệ thống và các phụ tải ta vẽ được sơ đồ dưới dây:

Tỷ lệ: 1 đơn vị = 10km

Hình 2.1: Vị trí phân bố phụ tải

- Các phương án dự kiến để tính toán

Hình 2.2: Các phương án xây dựng để tính toán

Tính toán chi tiết kỹ thuật các phương án

Để so sánh các phương án về mặt kĩ thuật, ta phải xét tới các nội dung sau:

- Chọn lựa cấp điện áp định mức của hệ thống

- Chọn lựa tiết diện dây dẫn

- Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn khi có sự cố

- Tính toán tổn thất điện áp

Lựa chọn điện áp định mức cho mạng điện là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và đặc trưng của lưới điện Khi điện áp định mức tăng, tổn thất công suất và điện năng giảm, dẫn đến giảm chi phí vận hành và tăng khả năng truyền tải, nhưng đồng thời làm tăng vốn đầu tư Ngược lại, điện áp định mức thấp giúp giảm vốn đầu tư nhưng lại làm tăng tổn thất và chi phí vận hành Do đó, việc xác định đúng điện áp định mức trong thiết kế lưới điện là cần thiết Điện áp của lưới điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và nguồn cung cấp, vị trí tương đối giữa các phụ tải, cùng với sơ đồ lưới điện Việc lựa chọn điện áp định mức chủ yếu dựa trên các điều kiện kinh tế, và có nhiều phương pháp khác nhau để xác định sơ bộ điện áp cho lưới điện.

- Theo khả năng tải và khả năng truyền tải của dây

- Theo các đường cong thực nghiệm

- Theo các công thức kinh nghiệm

- Ta sử dụng công thức Still để tính điện áp tối ưu về kinh tế của lưới điện:

Trong đó: L: Là khoảng cách truền tải (km)

P: Là công suất tải (kW) Khi điện áp tính được rơi và khoảng (40 ÷ 70) kV thì ta chọn điện áp định mức là 110kV

2.3.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

➢ Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Với việc sử dụng đường dây trên không dung dây AC, cột bê tông cốt thép điện áp định mức của mạng là 110kv ta sẽ có

- Khoảng cách trung bình hình học giữa các pha 𝐷 𝑡𝑏 = 5𝑚

- Sử dụng phương pháp mật độ dòng điện kinh tế để lựa chọn tiết diện dây dẫn

* Phương pháp mật độ dòng kinh tế:

Dòng điện chạy trên đoạn đường dây được tính theo công thức:

Với: 𝐹 𝑖 : Tiết diện dây dẫn

I lv max 𝑖 : Dòng nhánh cực đại tính trên lộ cần cần xác định tiết diện(kA) n : Số mạch đường dây trên nhánh

𝑆 lv max 𝑖 : Công suất truyền tải cực đại trên đường dây đang xét

𝐽 𝑘𝑡 : Mật độ kinh tế dòng điện tra Dây AC, 𝑇 𝑚𝑎𝑥 = 5000ℎ tra được

Dựa vào tiết diện dây dẫn đã tính toán, chúng ta chọn dây dẫn có tiết diện tiêu chuẩn gần nhất từ phụ lục T197 trong sách "Mạng lưới điện 1" của TS Nguyễn Văn Đạm Sau khi hoàn tất việc lựa chọn, cần tiến hành kiểm tra các điều kiện kỹ thuật liên quan.

+ Điều kiện phát nóng lâu dài khi sự cố: I 𝑠𝑐 ≤ I 𝑐𝑝

+ Điều kiện vầng quang điện

+ Điều kiện độ bề cơ

Tiết diện dây cần phải đáp ứng điều kiện vầng quang điện để đảm bảo độ bền cơ Do đó, tiết diện dây tối thiểu phải thỏa mãn yêu cầu về vầng quang điện.

2.3.3 Xác định tổn thất công suất cực đại

Tính tổn thất điện áp cực đại của mạng điện là tổn thất điện áp tính từ nguồn điện tới điểm có điện áp thấp nhất trong mạch

➢ Chế độ làm việc bình thường

Tổn thất điện áp cực đại bt ( ) 2 đm

P i, Q i : Công suất tác dụng và phản kháng cực đại trên nhánh thứ i

R i , X i : Giá trị điện trở và điện kháng trên nhánh thứ i

U đm 2 : Điện áp định mức của mạng điện

➢ Chế độ làm việc sực cố

- Ngừng 1 mạch trên đường dây 2 mạch

- Ngừng đường dây 1 mạch ở mạch vòng

Các phương án cần đảm bảo rằng tổn thất điện áp trong chế độ phụ tải cực đại không vượt quá giới hạn cho phép của mạng điện 1 cấp điện áp.

• Lúc làm việc chế độ bình thường: ∆𝑈 𝑏𝑡 𝑚𝑎𝑥 % = 10 ÷ 15%

• Lúc làm việc ở chế độ sự cố: ∆𝑈 𝑠𝑐 𝑚𝑎𝑥 % = 15 ÷ 20%

Tính toán kỹ thuật các phương án

Hình 2.3: Sơ đồ đi dây phương án 1

- Phân bố công suất, chọn điện áp định mức của mạng

Theo sơ đồ đi dây phân bố công suất ở phương án 1 như sau:

Bảng 2.1 Phân bố công suất

Chọn điện áp đinh mức của mạng

Theo số liệu và công thức(2-1) ta có:

Bảng 2.2: Tính toán điện áp định mức phương án 1

Chiều dài đường dây (L,km) Điện áp tính toán công thức (2-1), kV Điện áp định mức của mạng (kV)

Vậy điện áp định mức của mạng là 𝑈 đ𝑚 = 110𝑘𝑉

Theo công thức (2-5) và (2-6), chúng ta tính tiết diện dây dẫn và chọn dây dẫn tiêu chuẩn Với 𝐷 𝑡𝑏 = 5𝑚, ta tra bảng phụ lục bảng 2,3,4,6 trong sách mạng lưới điện 1 để có thông số các dây dẫn tương ứng.

Dòng điện chạy trên đoạn đường dây được tính theo công thức:

1,1= 61 (𝐴) Các lộ N-2, N-3, N-4, N-5, N-6 tính toán tương tự

Bảng 2.3: Kết quả tính toán chọn dây dẫn

Xét đoạn đường dây NĐ – 1:

Dây AC-70 có: r0 = 0,46/km ; x0 = 0,442/km; b0 = 2,58.10 -6 S/km

Bảng 2.4: Thông số đường dây

(km ) số mạch đườn g dây r 0 (Ω/km) x 0 (Ω/k m) b 0 10 -

Kiểm tra điều kiện kỹ thuật

- Điều kiện phát nóng khi sự cố

- Ngừng 1 mạch của đường dây 2 mạch

- Đương dây 1 mạch khi sự cố mất diện nên không xét Khi đó: Dòng điện sự cố 𝐼 𝑠𝑐 = 2 𝐼 𝑚𝑎𝑥

Bảng 2.5: Kiểm tra điều kiện phát nóng 𝐼 𝑠𝑐 ≤ 𝐼 𝑐𝑝

N-2 AC-120 2 131.1 262.30 330 I sc < I cp N-3 AC-95 2 102.0 204.01 330 I sc < I cp

N-4 AC-120 2 122.4 244.81 380 I sc < I cp N-5 AC-95 2 107.8 215.67 330 I sc < I cp

- Điều kiện vầng quang điện và độ bền cơ Điện áp 110kV: 𝐹 𝑚𝑖𝑛 = 70𝑚𝑚 2 các đường dây đã chọn đều có 𝐹 ≥ 70𝑚𝑚 2

⇒ Các đường dây đã chọn đều thỏa mãn điều kiện vầng quang điện

⇒ Sẽ thỏa mãn điều kiện cơ

- Xác định tổn thất điện áp lớn nhất

Tính ΔU trong chế độ bình thường và sự cố

Tổn thất điện áp trong chế độ làm việc bình thường:

 =    Tổn thất điện áp khi có sự cố đứt 1 mạch của đường dây kép:

Tính toán tương tự cho các đoạn đường dây còn lại

Các lộ N-2, N-3, N-4, N-5, N-6 tính toán tương tự

Bảng 2.6: Tổn thất điện áp max

⇒∆U 𝑠𝑐 % = ∆𝑈 𝑁−1𝑠𝑐 = 12,5% ⇒ Thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp

Kết luận: Phương án 1 thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

Hình 2.4: Sơ đồ đi dây phương án 2

Tính toán tương tự như phương án 1, ta có kết quả bảng cho từng nội dung chính như sau:

Bảng 2.7: Phân bố công suất

+ Chọn điện áp định mức của mạng:

Theo số liệu và công thức (2-1) ta có bảng

Bảng 2.8: Tính toán điện áp định mức phương án 2 Đường dây

+ Lựa chọn tiết dây dẫn: Điện áp của mạng là 110kV tính toán tiết diện dây dẫn như sau:

Như sơ đồ nối dây lien thông phương án 4 đến phương án 5 nên ta có

Các lộ còn lại ta tính toán như lộ N-1 kết quả tính toán được điền trong bảng sau

Bảng 2.9: Kết quả tính toán chọn ĐD

Bảng 2.10 Thông số đường dây ĐD

(km) n số mạch ĐD r 0 (Ω/km) x 0 (Ω/km) b0.10 -6 (S/km)

Kiểm tra các điều kiện kỹ thuật

+ Điều kiện phát nóng khi sự cố

- Đối với đường dây một mạch khi sự cố mất điện nên không xét

- Khi đó: Dòng điện sự cố 𝐼 𝑠𝑐 = 2 𝐼 𝑚𝑎𝑥

Bảng 2.11 Kiểm tra điều kiện phát nóng 𝑰 𝒔𝒄 ≤ 𝑰 𝒄𝒑

Lộ Loại ĐD Số mạch dây

- Điều kiện vầng quang điện và độ bền cơ Điện áp 110kV: 𝐹 𝑚𝑖𝑛 = 70𝑚𝑚 2 các đường dây đã chọn đều có 𝐹 ≥ 70𝑚𝑚 2

Ta có phụ tải 4 liên thông với phụ tải 5

𝑄 4 = 𝑄 4 + 𝑄 5 = 38 (𝑀𝑉𝐴𝑟) Theo công thức (2-2) và (2-4) với số liệu ta lập bảng:

Lộ Số mạch đường dây

N-6 AC-95 40 19.2 10.6 13.856 5.690 11.379 Điện áp tổn thất % cho cả 2 chế độ lúc bình thường và sự cố nhánh N-4-5

Kết luận: phương án 2 thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

Tính toán tương tự như phương án 1 và 2 ta có các bảng kết quả cho từng nội dung chính như sau:

Bảng 2.13 Bảng phân bố công suất

+ Lựa chọn tiết dây dẫn: Điện áp của mạng là 110kV

(km) số mạch đường dây r 0 (Ω/km) x 0 (Ω/km) b0.10 -6

2.-1 AC-70 53 2 0.46 0.442 2.58 10.35 9.945 232.20 265 N-2 AC-185 70 2 0.17 0.409 2.84 6.04 14.52 403.28 510 N-3 AC-95 64 2 0.33 0.429 2.65 10.56 13.728 339.20 330 N-4 AC-120 60 2 0.27 0.426 2.69 8.10 12.78 322.80 380 N-5 AC-95 58 2 0.33 0.429 2.65 9.57 12.441 307.40 330 N-6 AC-95 64 2 0.33 0.429 2.65 10.56 13.73 339.20 330

- Điều kiện vầng quang điện và độ bền cơ Điện áp 110kV: 𝐹 𝑚𝑖𝑛 = 70𝑚𝑚 2 các đường dây đã chọn đều có 𝐹 ≥

Theo công thức (2-2) và (2-4) với số liệu ta lập bảng:

N-6 2 40 19.2 10.56 13.73 5.669 11.338 Điện áp tổn thất % cho cả 2 chế độ lúc bình thường và sự cố nhánh N-2-1

Kết luận: Phương án 3 thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

Tính toán tương tự như phương án 1,2 và 3 ta có các bảng kết quả cho từng nội dung chính như sau:

Bảng 2.19 Phân bố công suất

+ Lựa chọn tiết dây dẫn: Điện áp của mạng là 110kV

(km) số mạch đường dây r0 (Ω/km) x0 (Ω/km) b0.10 -6

- Điều kiện vầng quang điện và độ bền cơ Điện áp 110kV: 𝐹 𝑚𝑖𝑛 = 70𝑚𝑚 2 các đường dây đã chọn đều có 𝐹 ≥

Ta có lộ N-3 liên thông với N-2

Tổn thất điện áp cực đại

 =  Tổn thất điện áp sự cố

Theo công thức (2-2) và (2-4) với số liệu ta lập bảng:

N-6 2 40 19.2 10.56 13.728 5.669 11.338 Điện áp tổn thất % cho cả 2 chế độ lúc bình thường và sự cố nhánh N-3-2

Kết luận: Phương án 4 không thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

Tính toán tương tự như phương án 1,2 và 3 ta có các bảng kết quả cho từng nội dung chính như sau:

Bảng 2.25: Phân bố công suất

= 31,01 + 𝑗14,64(𝑀𝑉𝐴) 𝑆̇ 1−2 = 𝑆̇ 𝑁−2 − 𝑆̇ 2 = 31,01 + 𝑗14,64 − 23 − 𝑗11 = 8,01 + 𝑗3,79 (𝑀𝑉𝐴) Nút 2 nhận công suất từ 2 phía

Vậy nút 1 là điểm cân bằng công suất

+ Lựa chọn tiết dây dẫn: Điện áp của mạng là 110kV tính toán tương tự như phương án 1ta có kết quả tính trong bảng:

Li (km) n số mạch ĐD r 0 (Ω/km) x 0 (Ω/km) b 0 10 -6

Lộ Loại ĐD Số mạch dây

❖ Riêng đoạn N-1-2 kiểm tra như sau:

− =   Dòng điện chạy trên đoạn N-2 bằng:

− =   Điều kiện vầng quang điện và độ bền cơ Điện áp 110kV: 𝐹 𝑚𝑖𝑛 = 70𝑚𝑚 2 các đường dây đã chọn đều có 𝐹 ≥ 70𝑚𝑚 2

Bảng 2.29 tổn thất điện áp max

Riêng mạch vòng (N-1-2) tổn thất điện áp khi xảy ra sự cố như sau:

❖ Tổn thất điện áp trên đoạn N – 1:

❖ Tổn thất điện áp trên đoạn 1 – 2:

❖ Tổn thất điện áp trên đoạn N – 2:

❖ Tổn thất điện áp trên đoạn 1– 2:

Kết luận: Phương án 5 không đạt yêu cầu về kỹ thuật

So sánh kinh tế các phương án đạt yêu cầu kỹ thuật

- Theo tính toán về mặt kỹ thuật các phương án ta so sánh kinh tế các phương án 1,2,3

- Phần giống nhau giữa các phương án ta không so sánh (Phần máy biến áp, trạm biến áp)

⇒ Ta chỉ tiến hành so sánh về đường dây Sử dụng hàm kinh tế để so sánh

2.5.1 Phương pháp hàm kinh tế

Hàm kinh tế là hàm chi phí tính toán hằng năm Z

Trong đó: a 𝑡𝑐 : Hằng số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư a 𝑡𝑐 = 1

𝑇 𝑡𝑐 : Thời gian tiêu chuẩn thu hồi vố đầu tư 𝑇 𝑡𝑐 = 8 năm a 𝑣ℎ : Hằng số vận hành đường dây a 𝑣ℎ = 0,04 – Cột bê tong cốt thép a 𝑣ℎ =0,07 – Cột thép

K: vốn đầu tư của từng mạng điện

K0i: giá trị tiền cho 1 km đường dây một mạch thứ i Đối với đường dây lộ kép thì giá trị tiền tăng 1,6 lần so với lộ đơn (đ/km)

Li: chiều dài đoạn đường dây thứ i (km) ΔA: tổng tổn thất điện năng trong mạng điện

 =  (2-7) ΔPi: tổn thất công suất tác dụng trên đoạn đường dây thứ i

: thời gian tổn thất công suất lớn nhất

➢ Đề bài cho Tmax = 5000 h do đó  = 3410,934 h c: giá 1 kWh điện năng tổn thất: 1000 đồng

Dự kiến sẽ triển khai các phương án sử dụng đường dây trên không được lắp đặt trên cột bê tông cốt thép Bảng tổng hợp suất giá đầu tư cho 1 km đường dây trên không có điện áp 110 kV đã được chuẩn bị.

Bảng 2.31 Suất giá đầu tư cho đường dây trên không cấp điện áp 110 kV Loại dây dẫn Giá 1 lộ (10 9 đ/km) 2 lộ trên 1 cột (10 9 đ/km)

Tính tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây

Dựa vào thong số công suất, điện trở, chiều dài đường dây của phương án 1sử dụng công thức (2-8) ta có bảng sau:

Bảng 2.32 Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án 1

Lộ Loại ĐD Ri (Ω) Pmaxi

Xác định tổn thất điện năng và chi phí tính toán hằng năm theo công thức (2-7) và (2-5)

Tương tự như phương án 1 ta có bảng:

Bảng 2.33 tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án 2

Tương tự như phương án 1 ta có bảng:

Bảng 2.34 tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án 3

Lộ Loại ĐD Ri (Ω) Pmaxi

Chọn phương án tối ưu

Bảng 2.37 So sánh kết quả tính toán về mặt kỹ thuật và kinh tế của các phương án:

Phương án Ubtmaxt% U scmax% ∆A(MWh) Z(10^9 Đ)

Các phương án được coi là tương đương nhau về mặt kinh tế khi sự khác nhau về hàm chi phí tính toán Z=±5%

Phương án 3 có 𝑍 𝑚𝑖𝑛 ta lấy phương án 1 làm chuẩn cho những phương án có

Z sai khác lớp hơn ±5% so với phương án 1sẽ bị loại

100× 213 = 223 (10 9 đ) Vậy cả phương án 1,2 và 3 đều thỏa mãn điều kiện cho phép

Khi thỏa mãn chênh lệch về hàm chi phí 5% thì phương án 1 tối ưu nhất do có tổn thất điện áp nhỏ hơn nhiều so với phương án 2 và 3

Kết luận: Vậy ta chọn phương án 1 là phương án thiết kế mạng điện

PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA MẠNG ĐIỆN

Chọn số lượng, công suất các biến áp trong các trạm biến áp

3.1 Lựa chọn kiểu, số lượng và công suất máy biến áp

Mạng cao áp 110kV và hạ áp 22kV với các phụ tải loại I yêu cầu chọn máy biến áp 3 pha hai cuộn dây 110/22kV có điều chỉnh dưới tải Để đảm bảo hiệu suất và không cần điều chỉnh nhiệt độ, ta sẽ lựa chọn máy biến áp sản xuất tại Việt Nam Đối với phụ tải loại I, sẽ sử dụng 2 máy biến áp vận hành song song.

- Công suất các máy biến áp được lựa chọn phải đảm bảo cũng cấp điện cho phụ tải cực đại khi làm việc bình thường đm BA pt max

Công thức áp dụng cho trạm có một máy biến áp, nhưng khi có nhiều máy biến áp hoạt động song song, cần xem xét khả năng quá tải của từng máy trong trường hợp xảy ra sự cố Điều này đặc biệt quan trọng khi một trong hai máy biến áp dừng hoạt động do sự cố, sửa chữa hoặc bảo dưỡng Trong tình huống này, máy biến áp còn lại phải có khả năng chịu quá tải để đảm bảo cung cấp đủ công suất cần thiết, với điều kiện quá tải tối thiểu là 5 ngày đêm, mỗi ngày ít nhất 6 giờ.

- Công suất mỗi máy biến áp trong trạm có n máy được xác định theo công thức pt max đm BA

𝑆 𝑚𝑎𝑥 : công suất luc phụ tải cực đại

N: Số máy biến áp trong trạ

3.2 Lựa chọn chi tiết cho các phụ tải

Theo công thức (3-2) pt max đm BA

Từ kết quả tính toán tra bảng 16 T213 sách mạng lưới điện 1 chọn 02 máy biến áp TDTH – 25000/110 cho phụ tải 1

- Phụ tải 2( loại 1) pt max đm BA

- Phụ tải 3 (loại 1) pt max đm BA

Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật các máy biến áp đã chọn

Số liệu kỹ thuật Số liệu tính toán sử dụng cho phụ tải

Uhđm (kv) Un% Pn kW

3.3 Chọn sơ đồ nối dây hợp lí của các trạm biến áp và vẽ sơ đồ mạng điện 3.3.1 Trạm nguồn

Phụ tải là các hộ tiêu thụ loại 1 ta sẽ sử dụng sơ đồ hệ thống 2 thanh góp làm việc song song

Hình 3.1 Sơ đồ nố trạm nguồn

Hình 3.2 Sơ đồ nối thanh phân đoạn bằng máy cắt 3.3.1 Trạm cuối

Để đáp ứng yêu cầu vận hành kinh tế của trạm biến áp trong điều kiện phụ tải tối thiểu, có thể cần cắt bớt một máy biến áp khỏi trạm Đồng thời, do các lộ đường dây có chiều dài dưới 70 km, sơ đồ cầu ngoài với máy cắt đặt ở phía máy biến áp là lựa chọn tối ưu cho trạm cuối.

Để tối ưu hóa vận hành kinh tế của trạm biến áp trong điều kiện phụ tải tối thiểu, có thể cần cắt bớt một máy biến áp ra khỏi trạm Đồng thời, với các lộ đường dây có chiều dài nhỏ hơn 70 km, việc lựa chọn sơ đồ cầu ngoài cho trạm cuối, với máy cắt đặt ở phía máy biến áp, là phương án hợp lý.

Hình 3.3 sơ đồ nối trạm cuối mạch kép 3.3.3 Sơ đồ nối toàn mạch điện

3.4 Tính toán chế độ xác lập Để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện thiết kế, cần xác định các thông số chế độ xác lập trong các trạng thái chế độ cực đại, cực tiểu và sau sự cố khi phụ tải cực đại Khi xác định các dòng công suất và tổn thất công suất, ta lấy điện áp ở tất cả ác nút trong mạng điện bang điện áp định mức:

𝑈 𝑖 = 𝑈 đ𝑚 = 110 𝑘𝑉 Sau đó ta tính điện áp các nút và chọn phương thức điều chỉnh điện áp ở từng chế độ phụ tải

3.4.1 Tính toán chế độ phụ tải cực đại a, nộ đường dây N-1

1.Sơ đồ nguyên lý 2 AC-70 L= 71km 2xTPDH 25000/110

Hình 4.1 sơ đồ nguyên lỹ và sơ đồ thay thế của mạng điện lộ đường dây N-1 ở chế độ cực đại

Theo bảng 2.1 và 3.1ta có bảng:

Bảng 3.2 Thông số đường dây và các biến áp N-1

Loại DĐ Li (km) n số mạch ĐD r0 (Ω/km) x0 (Ω/km) b0.10 -6 (S/km)

Số liệu kỹ thuật Số liệu tính toán

• Tính toán các thong số máy biến áp trên sơ đồ thay thế

Tổn thất công suất trong tổng trở MBA có thể tính theo công thức:

Công suất trước tổng trở MBA bằng: b 2 b2

Dòng công suất vào cuộn dây cao áp của MBA có giá trị: c b 0

Công suất điện dung cuối đường dây:

= 2 Công suất sau tổng trở đường dây:

Tổn thất công sất trên tổng trở đường dây là:

Dòng công suất trước tổng trở đường dây bằng:

Công suất điện dung đầu đường dây:

Công suất từ nhà máy truyền vào đương dây có giá trị :

Tính toán hoàn toàn tương tự như lộ N-1, ta có bảng tổng hợp kết quả tính toán ở chế độ cực đại của mạng điện ta như sau:

Bảng 3.3 kết quả tính toán các dòng công suất và các tổn thất công suất trên các phần tử của mạng ở chế độ cực đại

P jQ P jQ P jQ P jQ P jQ P jQ P jQ

3.4.1.1 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống ở chế độ phụ tải cực đại

Tổn công suất yêu cầu trên thanh góp 110kv cảu nguồn điện bằng:

(Theo bảng 3.3 ta có ∑Š 𝑁−𝑖 #2,2+j110,18 (MVA))

Tổng công suất tác dụng của nguồn cung cấp là:

Khi hệ số công suất của các nguồn bằng 0,9 thì tổng công suất phản kháng của hệ thống và nhà máy điện có thể cung cấp:

Qcc = Pcctgφ = 232,2 0,48 = 111,45 MVAr Như vậy : Scc

Kết quả cho thấy công suất phản kháng từ các nguồn cung cấp nhỏ hơn công suất phản kháng yêu cầu, do đó không cần thực hiện bù công suất phản kháng trong chế độ phụ tải cực đại.

3.4.2 Chế độ phụ tải cực tiểu

Xét chế độ vận hành kinh tế các trạm hạ áp khi phụ tải cực tiểu

Trong chế độ phụ tải cực tiểu có thể cắt bớt một máy biến áp trong các trạm, song cẩn phải thoả mãn điều kiện sau:

−  Đối với trạm có 2 máy biến áp thì:

 Đối với trạm có 1 máy biến áp thì: S gh =S đm

Bảng 3.4 Kết quả tính các giá trị công suất phụ tải và công suất giới hạn:

(kW) ∆P N (kW) S đm (MVA) S pt (MVA)

Các kết quả tính toán ở trên cho thấy rằng, trong chế độ phụ tải cực tiểu tất cả các trạm đều vận hành hết số máy

Tính toán tương tự chế độ max ta có bảng kết quả tính toán sau

Tính toán tương tự cho các đoạn dây khác ta có bảng kết quả sau:

Bảng 3.5 Kết quả tính các thống số chế độ khi phụ tải cực tiểu

3.4.3 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống

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

Để đảm bảo điều kiện cân bằng công suất trong hệ thống điện, tổng công suất tác dụng mà hệ thống và nhà máy cần cung cấp là 0,54 + j69,54 MVA Các nguồn điện phải đáp ứng đủ công suất theo yêu cầu để duy trì hoạt động hiệu quả.

Pcc = 160,54 MW Khi hệ số công suất của các nguồn bằng 0,9 thì tổng công suất phản kháng của hệ thống và nhà máy điện có thể cung cấp:

Qcc = Pcctgφ = 160,540,48 = 77 MVAr Như vậy : Scc

Kết quả cho thấy rằng công suất phản kháng từ các nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản kháng yêu cầu, do đó không cần thiết phải bù công suất phản kháng trong chế độ phụ tải cực tiểu.

3.5 Chế độ sau sự cố

Khi phân tích sự cố đứt mạch lộ kép, chúng ta không xem xét trường hợp xếp chồng, mà chỉ tập trung vào việc ngừng một mạch trên các đường dây nối từ nguồn đến phụ tải trong điều kiện phụ tải đạt cực đại.

Tính toán tương tự cho các đoạn dây khác ta có bảng kết quả sau

Trong sơ đồ thay thế đường dây:

Bảng 3.6 kết quả tính được các thông số sau sự cố

3.5.2 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống

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

Để đảm bảo điều kiện cân bằng công suất trong hệ thống, tổng công suất tác dụng mà các nguồn điện và nhà máy cần cung cấp là $0,8+j115 MVA Việc cung cấp đủ công suất theo yêu cầu là rất quan trọng để duy trì hoạt động ổn định của hệ thống điện.

Pcc = 240,8 MW Khi hệ số công suất của các nguồn bằng 0,9 thì tổng công suất phản kháng của hệ thống và nhà máy điện có thể cung cấp:

Qcc = Pcctgφ = 240,80,48 = 116 MVAr Như vậy : Scc

Kết quả cho thấy rằng công suất phản kháng từ các nguồn cung cấp không đủ đáp ứng yêu cầu công suất phản kháng Do đó, trong chế độ phụ tải sự cố, không cần thiết phải bù công suất phản kháng.

3.6 Tính toán điện áp tại các điểm nút của mạng điện

3.6.1 Chế độ phụ tải cực đại

Chọn điện áp trên thanh cái cao áp hệ thống là 121 kV (Ucs = 121 kV) Xét trường hợp sự cố khi ngừng một mạch lộ kép

Tính điện áp tại các nút chế độ cực đại

 = = 4,8(kV) Điện áp trên thanh cái cao áp là:

Tổn thất điện áp trên máy biến áp là:

Vậy điện áp trên thanh góp hạ áp đã quy về điện áp cao là :

Điện áp trên thanh góp hạ áp của các trạm trong chế độ phụ tải cực đại đã được quy về điện áp cao, với kết quả tính toán là U q1 = U c1 − ∆U b1 = 112,6 kV Thông tin chi tiết về các kết quả này được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 3.7 Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp trong chế độ phụ tải cực đại

Lộ ∆Udi(kV) Ui(kV) ∆Ubi(KV) Uqi(kV)

3.6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu

Tính điện áp tại các nút chế độ cực tiểu

= = 3,3(kV) Điện áp trên thanh cái cao áp là:

N− ∆ U d1 = 115 − 3,3 = 116,2 (kV) Tổn thất điện áp trên máy biến áp là:

Vậy điện áp trên thanh góp hạ áp đã quy về điện áp cao là :

U q1 = U c1 − ∆U b1 = 109 (kV) Tính điện áp trên các đường dây còn lại được thực hiện tương tự

Kết quả tính toán điện áp trên thanh góp hạ áp của các trạm đã được chuyển đổi về điện áp cao trong chế độ phụ tải cực tiểu, như được thể hiện trong bảng dưới đây.

Bảng 3.8 Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp trong chế độ phụ tải cực tiểu

Lộ ∆Udi(kV) Ui(kV) ∆Ubi(KV) Uqi(kV) N-1 3.3254 111.67 2.5756 109.1 N-2 4.9615 110.04 3.7863 106.25 N-3 3.8477 111.15 4.0505 107.1 N-4 3.963 111.04 4.9843 106.05 N-5 3.6596 111.34 3.015 108.33 N-6 4.4914 110.51 4.7215 105.79

3.6.3 Chế độ sau sự cố

53 Đường dây N – 1 Điện áp trên thanh góp cao áp trạm biến áp 1:

U1 = Ucs - NĐ 1 NĐ 1 NĐ 1 NĐ 1 cs

= 111,79kV Điện áp trên thanh góp hạ áp trạm biến áp 1 quy về cao áp:

= 108,3kV Tính điện áp trên các đường dây còn lại được thực hiện tương tự

Kết quả tính điện áp trên thanh góp hạ áp của các trạm đã quy về điện áp cao trong chế độ sau sự cố cho trong bảng sau:

Bảng 3.9 Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp trong chế độ sự cố

Lộ ∆Udi(kV) Uci(kV) ∆Ubi(KV) Uqi(kV) N-1 9.2111 111.79 3.7592 108.03 N-2 12.639 108.36 4.1761 104.19 N-3 10.388 110.61 6.0716 104.54 N-4 11.548 109.45 7.6087 101.84 N-5 10.358 110.64 4.4793 106.16 N-6 13.149 107.85 7.2701 100.58

3.7 Điều chỉnh điện áp trong mạng điện Điện áp là một trong những chỉ tiêu chất lượng điện năng quan trọng Nó ảnh hưởng nhiều đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của các hộ tiêu thụ Các thiết bị điện chỉ có thể làm việc tốt trong những trường hợp điện năng có chất lượng cao

Chất lượng điện năng được đánh giá qua các chỉ tiêu như độ lệch điện áp, độ dao động điện áp, sự không đối xứng và không sin, trong đó độ lệch điện áp là chỉ tiêu quan trọng nhất Để duy trì độ lệch điện áp trong giới hạn cho phép tại các hộ tiêu thụ, cần thực hiện điều chỉnh điện áp một cách hợp lý.

+ Thay đổi điện áp các máy phát trong nhà máy điện

+ Thay đổi tỷ số biến trong các trạm biến áp (chọn đầu điều chỉnh của các máy biến áp)

TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ,KĨ THUẬT

Tổn thất điện năng trong mạng điện

4.1.1Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện

Tổn thất công suất trong mạng điện bao gồm tổn thất công suất trên đường dây và tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp (MBA) khi ở chế độ phụ tải cực đại.

Theo kết quả tính toán trong chương 3, tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây đạt 8,94 MW Trong đó, tổn thất công suất trong các cuộn dây của MBA là 0,96 MW và tổn thất công suất trong lõi thép của MBA là 0,34 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện được xác định là 10,24 MW Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện tính theo phần trăm là 4,6%.

4.1.2 Tổn thất điện năng trên đường dây và trạm biến áp

Tổng tổn thất điện nặng trong mạng điện có thể tính theo công thức sau:

𝜏- thời gian tổn thất công suất lớn nhất t- thời gian các máy biến áp làm việc trong năm, t 60h ( Các máy biến áp vận hành song song cả năm )

Tổng điện năng các hộ tiêu thụ nhận được trong năm

A=∑ P max T max = 222 × 5000 = 1110000 (MWh) Tổn thất điện năng tính theo phần trăm

4.2 Tính vốn đầu tư cho lưới điện

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

Kd - vốn đầu tư xây dựng đường dây(đ)

Tính vốn đầu tư cho lưới điện

Kt- vốn đầu tư xây dựng các trạm biến áp(đ)

4.2.1 Tính vốn đầu tư cho đường dây Ở chương II, ta đã tính vốn đầu tư xây dựng các đường dây có giá trị

4.2.2 Vốn đầu tư xây dựng trạm trạm biến áp k b - giá thành 1 máy biến áp(đ) Đối với trạm có 1 máy biến áp thì n=1 Đối với trạm có 2 máy biến áp thì n=1,8 Ở chương III, ta đã tính vốn đầu tư xây dựng các đường dây có giá trị

Bảng 4.1 Bảng giá thành xây dựng trạm biến áp 110/35-10kV(.10 9 đ/trạm)

Loại trạm Công suất định mức (MVA)

Trong hệ thống điện thiết kế có 6 trạm hạ áp, gồm 6 trạm 25KVA

Trong mỗi trạm hạ áp có 2 máy biến áp ( vì có 6 hộ còn lại là hộ tiêu thụ loại I) nên:

4.3 Chi phí vận hành hàng năm

Các Chi phí vận hành hàng năm được xác định theo công thức

Y=a vhđ K d + a vht K t + ∆A c Trong đó avhd - hệ sô vận hành đường dây , avh=0,07 (cột thép )

Avht-hệ số vận hành các thiết bị trong trạm biến áp, a vht = 0,10 c - giá thành 1 kWh điện năng tổn thất

4.4Chi phí tính toán hàng năm

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

Z=atc.K+Y Trong đó : atclà hệ số thu hồi vốn đầu tư , atc=0,125

4.5 Giá thành chuyền tải điện năng

Giá thành truyền tải điện năng được xác định theo công thức: β = A

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

4.7 Bảng tổng kết các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của mạng điện

Kết quả tính chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của mạng điện thiết kế được tổng hợp trong bảng 4.2

Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị

1 Tổng công suất phụ tải khi cực đại MW 222

2 Tổng chiểu dài đường dây Km 388

3 Tổng công suất các máy biến áp hạ áp MVA 328

4.Tổng vốn đầu tư cho mạng điện 10 9 đ 1233

5.Tổng vốn đầu tư về đường dây 10 9 đ 985

6.Tổng vốn đầu từ về các trạm biến áp 10 9 đ 248

7 Tổng điện năng các phụ tải tiêu thụ 10 3 MWh 1110

10.Tổng tốn thất công suất ∆𝑃 MW 8,94

11.Tổng tốn thất công suất ∆𝑃% % 4,6

12 Tổng tổn thất điện năng ∆𝐴 MWh 36816

13.Tổng tổn thất điện năng ∆A % % 3,3

14.Chi phí vận hành hàng năm 10 9 93

15.Chi phí tính toán hàng năm 10 9 247

16.Giá thành truyền tải điện năng đ/kWh 83,78

17.Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải khi cực đại

[1] Nguyễn Văn Đạm Thiết kế các mạng và hệ thống điện Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2004

[2] Trần Bách Lưới điện và hệ thống điện tập 1, 2, 3 Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2004

[3] Trần Bách Ổn định trong hệ thống điện Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2001

[4] Trần Bách Tối ưu hóa các chế độ của hệ thống điện Trường Đại học Bách

[5] Đào Quang Thạch, Phạm Văn Hòa Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2005

[6] Nguyễn Lân Tráng Quy hoạch và phát triển hệ thống điện Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2004

[7] Lã Văn Út Ngắn mạch trong hệ thống điện Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật,

[8] Trần Đình Long Tự động hóa trong hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa

Tiêu đề	Đồ Án Thiết Kế Lưới Điện
Người hướng dẫn	Cô Giáo Nguyễn Thị Thùy Dương
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hưng Yên

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	1,35 MB