Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 1 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University Lời nói đầu Trong thời đại kinh tế phát triển nhanh chóng như ngày nay, việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa là một điều tất yếu. Từng ngày, từng giờ các khu công nghiệp, các nhà máy xí nghiệp, các khu chung cư… mọc lên không ngừng. Đòi hỏi việc thiết kế mạng lưới điện cũng phải thay dổi từng ngày nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội. Vì vậy môn học Lưới Điện trong chương trình đại học cũng là một bộ môn vô cùng quan trọng với những kỹ sư điện tương lai. Đồ án môn học” THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC” giúp sinh viên lần đầu tiên vận dụng những kiến thức đã học vào công việc thực tế. Việc thực hiện đồ án giúp sinh viên nắm vững kiến thức, và biết cách vận dụng các kiến thức dã học để thiết kế một mạng lưới điện. Ngoài ra nó còn giúp sinh viên hình dung phần nào công việc của mình sau này. Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo bộ môn Lưới Điện và các thầy cô giáo trong khoa Điện. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Trung đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn để em có thể hoàn thành đồ án này. Sinh Viên Nguyễn Trọng Khuê MỤC LỤC : Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 2 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University Chương 1 : Phân tích nguồn và phụ tải- cân bằng công suất trong hệ thống điện. -3- Chương 2 Dự kiến các phương án và tính toán sơ bộ. -7- Chương 3 So sánh kinh tế các phương án. -34- Chương 4 Tính toán lựa chọn MBA và sơ đồ nối dây -39- Chương 5 Tính toán chế độ xác lập trong mạng điện. -44- Chương 6 Lựa chọn phương pháp điều chỉnh điện áp trong mạng điện. -69- Chương 7 Tính toán bù công suất phản kháng. -77- Chương 8 Tính toán các chỉ tiêu kinh tế của mạng điện. -85- Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 3 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University Chương 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Sơ đồ địa lí nguồn và phụ tải của mạng lưới điện thiết kế: 6 5 N 4 3 1 2 1.1 Phân tích nguồn và phụ tải. 1.1.1 Nguồn: - Nguồn có công suất vô cùng lớn. - Công suất nguồn vô cùng lớn so với công suất phụ tải ( từ 5  7 lần) - Mọi biến đổi của phụ tải thì điện áp trên thanh góp của nguồn không thay đổi. Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 4 9 km Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University 1.1.2 Phụ Tải: Bảng 1.1: Thông số dữ kiện ban đầu. Phụ Tải Thuộc hộ loại S max (MVA) S min (MVA) cosφ T max (h) U H (KV) Yêu cầu điều chỉnh điện áp I 50 24 2 I 43 25 3 I 31 20 4 I 39 26 5 III 28 17 6 I 48 23 Ta có .P jP tg S ϕ ∗ = + .cosP S ϕ → = Ta có bảng sau: Bảng 1.2: Bảng các thông số của các phụ tải ở các chế độ cực đại và cực tiểu Phụ tải P max +jQ max (MVA) S max P min + jQ min (MVA) S min Loại hộ 1 42.5+ j26.35 50 20.4 + j12.65 24 I 2 36.55 + j22.66 43 21.25 + j13.18 25 I 3 26.36 + j16.34 31 17 + j10.54 20 I 4 33.15 + 20.55 39 22.1 + j13.7 26 I 5 23.8 + j14.76 28 14.45 + j8.96 17 III 6 40.8 + j25.3 48 19.55 + j12.12 23 I Tổng 203.15 +j125.96 239 114.75+j71.15 135 1.2 Cân bằng công suất trong hệ thống điện Để hệ thống làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải thì nguồn điện phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q cho các họ tiêu thụ và cả tổn thất công suất trên các phần tử hệ thống. Nếu sự cân Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 5 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng phát ra với công suất tiêu thụ bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảm dẫn đến thiệt hại kinh tế hoặc làm phá vỡ hệ thống. Vì vậy cần phải cân bằng công suất. 1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cực đại của hệ thống. Phương trình cân bằng công suất tác dụng: 6 1 PT F i m p i P P = = + ∆ ∑ Trong đó: m là hệ số đồng thời ra, ở đây m=1 P F là công suất tác dụng phát ra từ nguồn về các phụ tải P pt i là công suất tác dụng của phụ tải thứ i ∆P là tổn thất công suất tác dụng trong mạng lưới điện. Trong tính toán sơ bộ ta lấy 6 1 5% i P P = ∆ = ∑ => 5%.203.15 10.15( )P MW∆ = = Như vậy : P F = 203.15 + 10.15 = 213.3 (MW) 1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng . Trong hệ thống, chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có sự cân bằng công suất phản kháng và tác dụng. Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 6 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University Cân bằng công suất tác dụng , trước tiên cần thiết để giữ được tần số bình thường trong hệ thống, còn để giữ được điện áp bình thường thì cần phải có sự cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống nói chung và ở từng khu vực nói riêng. Sự thiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm điện kháng giảm. Mặt khác sự thay đổi điện áp ảnh hưởng tới tần số và ngược lại. Như vậy giảm điện áp sẽ làm tăng tần số trong hệ thống và giảm tần số sẽ làm tăng điện áp. Sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống được biểu diễn bằng biểu thức sau: 6 1i pt bu F Q Q Q Q m i = ∑ + = + ∆ ∑ Trong đó : F Q là công suất phản kháng phát ra từ nguồn tới các phụ tải. bu Q ∑ là công suất phản kháng cần bù. pt Q i là công suất phản kháng cực đại của phụ tải thứ i của mạng có xét đến hệ số đồng thời ra ở đây m=1. Q ∆ tổn thất công suất phản kháng trong mạng lưới điện. 6 1 15% 15%*125.96 18.894( ) i MVAr pt Q Q i = = = = ∆ ∑ ( ) bu pt F Q Q Q Q ∑ ⇒ = + − ∆ Nếu 0 bu Q ∑ ≥ ⇒ cần bù Nếu 0 bu Q ∑ < ⇒ không cần bù (125.96 18.894) 144.854( )MVAr bu Q ∑ = + = CHƯƠNG 2 DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN SƠ BỘ LỰA Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 7 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Tính điện áp vận hành của mạng điện 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 định mức 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 định mức của mạng điện được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện. Điện áp định mức 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 định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm sau: U vhi = 4.34* Pili *16 + (2.1) Trong đó : l i : khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (km) P i :Công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (MW) Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện áp vận hành trên các đoạn đường dây của sơ đồ hình tia như sau: Đoạn đường dây Công suất truyền tải, S max (MVA) Công suất truyền tải P max (MW) Chiều dài đoạn đường dây (km) Điện áp vận hành (KV) Điện áp định mức của cả mạng điện N-1 50 42.5 45.89 116.93 Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 8 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University N-2 43 36.55 48.47 109.22 N-3 31 26.35 52.48 94.50 N-4 39 33.15 36 103.29 N-5 28 23.8 56.92 90.80 N-6 48 40.8 32.45 113.61 Bảng 2.1: Điện áp vận hành của từng đoạn đường dây và điện áp vận hành của cả mạng điện. Như vậy ta chọn điện áp định mức cho toàn mạng điện là U dm = 110 kv 2.2 Dự kiến các phương án Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó. Vì vậy các sơ đồ mạng điện cần phải có chi phí nhỏ nhất, đảm bảo độ tin cậy 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 và tiếp nhận phụ tải mới. Từ sơ mặt bằng nguồn điện và các phụ tải đã cho ta có thể đưa ra các phương án nối dây cho các mạng điện nói trên. Các hộ phụ tải loại I được cấp điện bằng đường dây 2 mạch, các hộ loại III được cấp điện bằng đường dây 1 mạch. Các yêu cầu chính đối với mạng điện: - Cung cấp điện liên tục. - Đảm bảo chất lượng điện. - Đảm bảo tính linh hoạt cao. - Đảm bảo an toàn. Để thực hiện yêu cầu cho các hộ cung cấp điện loại I cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời phải dự phòng tự động. Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ loại I cần sử dụng đường dây 2 mạch hay mạch vòng. Trên cơ sở phân tích có sơ đồ nối dây các phương án như sau: Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 9 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University 2.2.1 Phương án 1 6 5 N 4 3 1 2 Đoạn đường dây N-1 N-2 N-3 N-4 N-5 N-6 Chiều dài L (km) 45.89 48.47 52.48 36 56.92 32.45 2.2.2 Phương án 2 6 5 Nguyễn Trọng Khuê – D1H3 10 [...]... phân tích đánh giá các phương án ta giữ lại 2 phương án thỏa mãn các yêu cầu về kỹ thuật đề ra đó là các phương án:  Phương án 1  Phương án 2 Các phương án này sẽ được so sánh về mặt kinh tế để chọn ra PA tối ưu Nguyễn Trọng Khu – D1H3 33 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University CHƯƠNG 3 SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định... 0.423 ∗ Bảng 2.2 Dòng điện cho phép chạy lâu dài trên mỗi đoạn đường dây và điện trở và điện kháng đơn vị tương ứng với mỗi đoạn đường dây 2.3.1.3 Tổn thất điện áp trong mạng điện Điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được đặc trưng bằng tần số của dòng điện và độ chênh lệnh điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bị dùng điện Khi thiết kế các mạng điện thường giả thiết rằng hệ thống... tiêu chất lượng điện năng là giá trị của độ chênh lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp Khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượng điện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp Tổn thất điện áp trong mỗi đường dây trong chế độ vận hành bình thường được tính bằng công thức : Nguyễn Trọng Khu – D1H3 18 Thiết kế mạng Lưới điện ∆U ibt = Electric... các đoạn đường dây đã chọn ,tra bảng 33 trong sách mạng lưới điện 1 ta có dòng điện lâu dài cho phép chạy trên các đoạn đường dây và tra bảng 6 cho ta điện trở và điện kháng đơn vị tương ứng với mỗi đoạn đường dây đã chọn Imax = Nguyễn Trọng Khu – D1H3 17 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University Với điện trở của đường dây: R= r l n 0 Điện kháng của đường dây: X = Đoạn Kiểu dây dẫn Icp (A) đường.. .Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University N 4 3 1 Đoạn đường dây Chiều dài L (km) 2 N-1 N-2 N-4 3-4 N-6 6-5 45.89 48.47 36 28.46 32.45 37.2 2.2.3 Phương án 3 6 5 N Nguyễn Trọng Khu – D1H3 11 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University 4 3 1 Đoạn đường dây Chiều dài L (km) 2 N-1 N-2 1-2 N-3 N-4 4-5 N-6 45.89 48.47 27 52.48 36 25.46 32.45 2.2.4 Phương án 4 6 5 N 4 Nguyễn Trọng Khu ... D1H3 12 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University 3 1 Đoạn đường dây Chiều dài L (km) 2 N-1 N-2 2-3 N-4 4-5 N-6 45.89 48.47 32.45 36 25.46 32.45 2.2.5 Phương án 5 6 5 N 4 Nguyễn Trọng Khu – D1H3 13 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University 3 1 Đoạn đường dây Chiều dài L (km) 2 N-1 1-2 N-4 4-3 4-5 N-6 45.89 27 36 28.46 25.46 32.45 2.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và tổn thất điện áp trên... trong đó : Isc là dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố ; Icp là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn ; k là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ ; k = 0,8 ; Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong từng phương án: 2.3.1 Phương án 1 2.3.1.1: sơ đồ 6 5 N 4 Nguyễn Trọng Khu – D1H3 15 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University 3 1 2 2.3.1.2: Tính toán tiết diện dây dẫn... nhất, khi đó tổn thất điện áp là: ∆U N −4−5SC % = 7.9 + 2.34 = 10.24% Như vậy tổn thất lớn nhất trong mạng điện là: - Khi làm việc bình thường: Nguyễn Trọng Khu – D1H3 30 Thiết kế mạng Lưới điện ∆U max BT = Electric Power University ∆U N −2−3BT % = 8.65% - Khi xảy ra sự cố: ∆U max SC = ∆U N −2−3SC % = 14.8% 2.3.5 Phương án 5 2.3.5.1 Sơ đồ nối dây 6 5 N 4 3 1 2 2.3.5.2 Tính toán tiết diện dây dẫn -... Nguyễn Trọng Khu – D1H3 19 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University Sự cố nguy hiểm nhất là đứt một đoạn đường dây, khi đó dòng điện sự cố sẽ gấp đôi giá trị dòng điện trong chế độ vận hành bình thường Tiết diện dây dẫn đã chọn sẽ thỏa mãn nếu dòng điện sự cố vẫn nhỏ hơn dòng điện cho phép Isc ≤ k*Icp Trong đó Isc :Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố nặng nề nhất Icp:Dòng điện cho... các đoạn đường dây thỏa mãn điều kiện phát nóng 2.3.3 Phương án 3 2.3.3.1 sơ đồ nối dây: 6 5 Nguyễn Trọng Khu – D1H3 23 Thiết kế mạng Lưới điện N Electric Power University 4 3 1 2 2.3.3.2 Tính tiết diện dây dẫn - Tính tiết diện đoạnN-3 và đoạn N-6 tương tự như ở phương án 1, tiết diện đoạn 4-5 tính toán tương tự như của đoạn N-5 ở phương án 1 Tiết diện đoạn N-4 S =S4 + S5 = 39 + 28 = 67 (MVA) Imax . Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC Nguyễn Trọng Khu – D1H3 1 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University Lời. hội. Vì vậy môn học Lưới Điện trong chương trình đại học cũng là một bộ môn vô cùng quan trọng với những kỹ sư điện tương lai. Đồ án môn học” THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC” giúp sinh viên. PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN SƠ BỘ LỰA Nguyễn Trọng Khu – D1H3 7 Thiết kế mạng Lưới điện Electric Power University CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Tính điện áp vận hành của mạng điện Điện áp vận hành của cả mạng điện