Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mạng điện khu vực
Fd TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG ------------------- ------------------- ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Thầy giáo hướng dẫn : TS.Nguyễn Văn Điệp Sinh viên thực hiện : Trần Quang Tuấn Lớp : Đ3-QLNL Hà Nội 2011 Hệ Thống Cung Cấp Điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN Độc lập – Tự Do – Hạnh phúc BỘ MÔN -------------------- CUNG CẤP ĐIỆN NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Họ tên sinh viên: Trần Quang Tuấn Lớp: D3- QLNL Ngành: Quản lý năng lượng 1. Đầu đề đồ án môn học Thiết kế mạng điện khu vực 2. Các số liệu ban đầu Hệ thống có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp 110kV là cosφ= 0,85. Nhà máy nhiệt điện có công suất 3x100 MW, Uđm = 10,5kV; cosφ= 0,85. Các số liệu về phụ tải cho ở phần Phụ lục. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán 1. Phân tích các nguồn cung cấp và phụ tải 2. Cân bằng công suất tác dụng, cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện. 3. Xây dựng các phương án nối dây 4. Chọn tiết diện dây dẫn 5. Tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Văn Điệp Electric Power University Page 2 Hệ Thống Cung Cấp Điện PHỤ LỤC Sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải cho trên Hình 1. Các số liệu về phụ tải cho trong Bảng 1. Hình 1.1 Tỷ lệ: 1 đơn vị tương ứng với 10 km Bảng 1.1 Nội dung Các hộ tiêu thụ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Phụ tải cực đại (MW ) 36 50 38 38 38 40 38 36 49 Hệ số công suất cosφ 0,9 Loại hộ tiêu thụ Loại 1 Mức điện áp của lưới điện thứ cấp ( kV) 10 Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại. Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5000 giờ Giá 1 kWh điện năng tổn thất: 500 đồng Electric Power University Page 3 Hệ Thống Cung Cấp Điện Giá 1 kVAr công suất thiết bị bù: 150 000 đồng LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là nguồn năng lượng đặc biệt quan trọng rất cần thiết cho mọi quốc gia trên thế giới. Tại Việt Nam, việc phát triển nguồn năng lượng này cũng đang rất được chú trọng để có thể bắt kịp với tốc độ phát triển kinh tế xã hội của đất nước trong thời kỳ công nghiệp hoá và hiện đại hóa. Để thực hiện yêu cầu đó cần phát triển các nhà máy điện cũng như các mạng và hệ thống điện có công suất lớn. Đó là một yêu cầu rất lớn đối với ngành điện nói chung và do đó việc cung cấp, đào tạo nhân lực kỹ sư điện rất quan trọng. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó cùng với những kiến thức em đã học em đã hoàn thành bản đồ án này. Đồ án của em bao gồm: Chương I: Phân tích các nguồn cung cấp điện và phụ tải Chương II: Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống điện. Chương III: Xây dựng các phương án nối dây. Chương IV: Tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản than, cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo bộ môn, em đã hoàn thành xong đồ án này. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em còn có những sai sót. Em rất mong nhận được sự nhận xét góp ý của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 30 tháng 4 năm 2011 Sinh viên Trần Quang Tuấn Electric Power University Page 4 Hệ Thống Cung Cấp Điện CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH CÁC NGUỒN CUNG CẤP ĐIỆN VÀ PHỤ TẢI Phân tích nguồn và phụ tải qua mạng điện là một phần quan trọng trong tính toán thiết kế. Tính toán thiết kế có chính xác hay không hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ chính xác của công tác thu thập và phân tích phụ tải. Phân tích nguồn là việc làm cần thiết nhằm định hướng phương thức vận hành của nhà máy điện cũng như quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện. Phân tích về những đặc điểm kỹ thuật – kinh tế của từng nhà máy điện như: công suất , hiệu suất, hệ số cosφ, khả năng điều chỉnh. 1.1/ Nguồn điện Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện. 1.1.1/ Hệ thống điện: Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp 110kV bằng 0,85. Vì vậy cần có sự liên hệ giữa HT và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành. Mặt khác vì hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên chọn HT là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp. Ngoài ra do HT có công suất vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy nhiệt điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ được lấy từ hệ thống điện. 1.1.2/ Nhà máy nhiệt điện: Nhà máy nhiệt điện có ba tổ máy phát. Mỗi máy phát có công suất định mức. Như vậy tổng công suất định mức của NĐ bằng: 3×100 = 300 (MW). Nhiên liệu của NĐ có thể là than đá, dầu và khí đốt. Hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện tương đối thấp (khoảng 30 ÷ 40%). Đồng thời công suất tự dung của NĐ thường chiếm khoảng 6 đến 15% tùy theo loại nhà máy nhiệt điện. Đối với nhà máy nhiệt điện, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải P ≥ 70%P đm các máy phát ngừng làm việc. Công suất phát kinh tế của các nhà máy NĐ thường bằng (80 ÷ 90%)P đm . Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 80%P đm , nghĩa là: P đm = 80%P đm Do đó khi phụ tải cực đại cả ba máy phát đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát ra của NĐ bằng: P kt = 80 3 100 240 100 × × = MW Electric Power University Page 5 Hệ Thống Cung Cấp Điện Trong chế độ phụ tải cực tiểu, cho hai máy phát vận hành song song, một máy phát để bảo dưỡng, nghĩa là tổng công suất phát của NĐ bằng: P kt = 80 2 100 100 × × = 160 MW Khi sự cố ngừng một máy phát, hai máy phát còn lại sẽ phát 100%P đm , như vậy: P F = 2×100 = 200 MW Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ hệ thống điện 1.2/ Các phụ tải điện: Trong hệ thống điện thiết kế có 9 phụ tải. Tất cả các hộ phụ tải đều là hộ loại I và có hệ số cosφ = 0,9. Thời gian sử dụng phụ tải cực đại T max = 5000h. Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường. Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của các trạm biến áp bằng 10kV. Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại. Các phụ tải hầu hết đều phân bố tập trung xung quanh các nguồn điện, phần còn lại nhận từ thanh góp 110kV của hệ thống. Kết quả tính giá trị công suất của phụ tải trong các chế độ cực đại và cực tiểu như bảng sau: Bảng1.2 thông số của phụ tải Hộ tiêu thụ S max =P max +jQ max (MVA) S max (MVA) S min =P min +jQ min (MVA) S min (MVA) 1 36+17,44j 40 25.2+12,21j 48,5 2 50+24,23j 55,56 35+16,96j 39,5 3 38+18,4j 42,22 26.6+12,88j 36,5 4 38+18,4j 42,22 26.6+12,88j 37,5 5 38+18,4j 42,22 26.6+12,88j 39,4 6 40+19,36j 44,44 28+13,55j 34,4 7 38+18,4j 42.22 26.6+12,88j 39,4 8 36+17,44j 40 25.2+12,21j 47,5 9 49+23,72j 54,44 34.3+16,6j 38,5 Tổng 363+175,79j Electric Power University Page 6 Hệ Thống Cung Cấp Điện CHƯƠNG II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1/ Cân bằng công suất tác dụng: Đặc điểm rất quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ các nguồn đến hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành số lượng nhận thấy được.Tính chất này xác định sự đồng bộ của quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng. Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thộng điện cần phải phát công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ,kể cả tổn thất công suất trong các mạng điện,nghĩa là cần phải thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ. Ngoài ra để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường cần phải có dự trữ nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống. Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống. Vì vậy phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điện thiết kế có dạng: P ND + P HT = P tt = m.∑P max + ∑∆P + P td + P dt Trong đó: P ND : tổng công suất do nhà máy điện phát ra P HT : công suất tác dụng lấy từ hệ thống m: hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại(m=1) ∑P max : tổng công suất của các phụ tải ∑∆P: tổng tổn thất trong mạng điện,khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆P = 5% ∑P max P td : công suất tự dùng trong nhà máy điện, có thể lấy bằng 10% tổng công suất đặt của nhà máy. P dt : công suất dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ ta cũng có thể lấy P dt =10% ∑P max , đồng thời công suất dự trữ cần phải bằng công suất định mức của tổ máy phát lớn nhất đối với hệ thống điện không lớn.Bởi vì hệ thống điệ có công suất vô cùng lớn, cho nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống,nghĩa là P dt = 0. P tt : công suất tiêu thụ trong mang điện. Tổng công suất tác dụng của các phụ tải khi cực đại được xác đinh từ bảng 1.2 bằng: ∑P max = 363 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện có giá trị: Electric Power University Page 7 Hệ Thống Cung Cấp Điện ∆P = 5%∑P max = 5%.363 = 18,15 MW Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện bằng: P td = 10%P đm = 10% × 300 = 30 MW Do đó công suất tiêu thụ trong mạng điện có giá trị bằng: P tt = 363+ 18,15 + 30 = 411,15 MW Trong mục 1.1 đã tính được tổng công suất do NĐ phát ra theo chế độ kinh tế bằng: P ND = P kt = 240 MW Như vậy trong chế độ phụ tải cực đại hệ thống cần cung cấp công suất cho các phụ tải bằng: P HT = P tt – P ND = 411.15 - 240 = 171.15 MW Nếu trong mạng thiết kế có 2 nhà máy điện, khi đó cần chọn một nhà máy điện làm nhiệm vụ cân bằng công suất trong HT, nhà máy điện còn lại sẽ phát công suất theo dự kiến. Trong thực tế thường chọn các nhà máy có công suất lớn và có khả năng điều chỉnh nhanh công suất tác dụng là nút cân bằng công suất. Để thuận tiện khi tính, nút cơ sở về điện áp thường được chọn trùng với nút cân bằng công suất. Cân bằng công suất trong hệ thống điện trước hết là xem khả năng cung cấp điện và tiêu thụ trong hệ thống có cân băng không.Sau đó sơ bộ định hướng phương thức vận hành cho từng nhà máy điện trong các chế dộ vận hành lúc phụ tải cực đại, cực tiểu hay sự cố dựa vào khả năng cung cấp điện của từng nguồn điện.Cân bằng công suất chính là nhằm ổn định chế đọ vận hành của hệ thống điện. Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ tấn số ổn định trong hệ thống. Để giữ được điện áp bình thường ta cần phải có sự cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống nói chung và khu vực nói riêng. Mặt khác sự thay đổi điện áp cũng ảnh hưởng tới sự thay đổi tần số và ngược lại. 2.2. Cân bằng công suất phản kháng Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng giũa điện năng sản xuất và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm.Sự cân băng 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 hoại sự cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến thay đổi điện áp trong mạng điện. Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng. Electric Power University Page 8 Hệ Thống Cung Cấp Điện Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng: Q F + Q HT = Q tt = m ∑ Q max + ∑ ΔQ L - ∑ ΔQ C + ∑ ΔQ b + Q td +Q dt (*) Trong đó: • m = 1 • Q F : Tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra. • Q HT : Công suất phản kháng do HT cung cấp. • Q tt : Tổng công suất phản kháng tiêu thụ. • ∑ ΔQ L : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện. • ∑ ΔQ C : Tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra, khi tính sơ bộ lấy ∑ ΔQ L = ∑ ΔQ C . • ∑ ΔQ b : Tổng tổn thất công suất trong các trạm biến áp, trong tính toán sơ bộ lấy ∑ ΔQ b = 15% ∑ Q max • Q td :Công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện( cosφ td =0 ,75 ÷0 ,8 ) • Lấy cosφ td =¿ 0,75%. • Q dt :Công suất phản kháng dự trữ trong HT, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy bằng 15% tổng công suất phản kháng ở phần bên phải của phương trình (*). Đối với mạng điện thiết kế, công suất P dt sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Q dt = 0. Như vậy tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra bằng: Q F = P F φ=¿ × tan ¿ 240 × 0,62 = 148,8 MVAr Công suất phản kháng do HT cung cấp bằng: Q HT = P HT φ=¿ × tan ¿ 171,15× 0,62 = 106,113 MVAr Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định theo bảng 1.2 bằng: Q max =¿ ∑ ¿ 175,79 MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp hạ áp bằng: ∑ ΔQ b =¿ 0,15 × 175,79 = 26,3685 MVAr Tổng công suất phản kháng tự dùng trong các nhà máy điện có giá trị bằng: Q td =P td × tgφ td Electric Power University Page 9 Hệ Thống Cung Cấp Điện Đối với cosφ td = 0,75 thì tgφ td = 0,88. Do đó: Q td = 30× 0,88 =26,4 MVAr Như vậy tổng công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện bằng: Q tt = 175,79 + 26,3685 + 26,4 + 0= 228,5585 MVAr Tổng công suất phản kháng do HT và NĐ có thể phát ra bằng: Q F + Q HT = 148,8 +106,113 = 254,913 MVAr Từ các kết quả tính toán ở trên nhận thấy các nguồn có khả năng phát ra công suất phản kháng lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ. Vì vậy không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế. Electric Power University Page 10 [...]... 41.23 Điện áp định mức của mạng Uđm,kV 123.826 110 Từ bảng kết quả trên ta thấy điện áp vận hành của các đường dây gần với cấp điện áp 110 kV, nên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện cần thiết kế là Uđm=110kV 2.Chọn tiết diện dây dẫn cho mạng điện: Kết quả tính các thông số của đường dây trong mạng điện như bảng : Electric Power University Page 30 BẢNG 4.1.2.2 THÔNG SỐ CỦA CÁC ĐƯỜNG DÂY TRONG MẠNG ĐIỆN... trưng kĩ thuật của mạng điện Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải với nhau và khoảng cách tư các phụ tải đến nguồn Điện áp định mức của mạng điện thiết kế 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 của mỗi đường dây trong mạng điện và theo chiều dài... lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được đặc trưng bằng tần số của dòng điện và độ lệch điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bị dùng điện Khi thiết kế mạng điện giả thiết rằng hệ thống hoặc các nguồn cung cấp có đủ công suất tác dụng để cung cấp cho các phụ tải Do đó không xét đến những vấn đề duy trì tần số Vì vậy chỉ tiêu chất lượng của điện năng là giá trị của độ lệch điện. .. ta thấy điện áp vận hành của các đường dây gần với cấp điện áp 110 kV, nên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện cần thiết kế là Uđm=110kV 2 Chọn tiết diện dây dẫn cho mạng điện: Kết quả tính các thông số của đường dây trong mạng điện như bảng: BẢNG 4.1.3.2 THÔNG SỐ CỦA CÁC ĐƯỜNG DÂY TRONG MẠNG ĐIỆN (Phương án 3) dây Công suất truyền tải Ṡ (MVA) Imax (A) Ftt (mm2) Ftc (mm2) HT-1 36+17.44j 104.973... của độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức của mạng điện thứ cấp Khi tính sơ bộ các mức điện áp trong các mạng hạ áp, có thể chấp nhận là phù hợp nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện một cấp điện áp không vượt quá 10 ÷ 15 % trong chế độ làm việc bình thường, còn trong các chế độ sau sự cố các tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá 15 -20 %,... 40 + j19.36 MVA Page 29 Hệ Thống Cung Cấp Điện 1 Chọn điện áp định mức cho mạng điện thiết kế: Dựa vào các số liệu đã có và công thức đã cho ta tính toán tương tự như phương án 1 được điện áp định mức, dòng điện cực đại trên các lộ và chọn được tiết diện dây dẫn Từ đó ta có bảng kết quả 4.1.2.1 sau: Đường dây Công suất truyền tải Ṡ,MVA Chiều dài đường dây l,km Điện áp tính toán U,kV HT-1 36+17.44j 58.31... 111.653 NĐ-6 40+19.36j 63.25 115.091 NĐ-7 48.3+29.95j 41.23 Điện áp định mức của mạng Uđm,kV 123.826 110 Từ bảng kết quả trên ta thấy điện áp vận hành của các đường dây gần với cấp điện áp 110 kV, nên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện cần thiết kế là Uđm=110kV 2 Chọn tiết diện dây dẫn: Các mạng điện 110kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép(AC),... MVA 1 Chọn điện áp mạng điện thiết kế: Dựa vào các số liệu đã có và các công thức đã cho ta tính toán tương tự như phương án 1 được điện áp định mức, dòng điện cực đại trên các lộ và chọn được tiết diện dây dẫn Từ đó ta có bảng kết quả 4.1.3.1sau: Đường dây Công suất truyền tải Ṡ,MVA Chiều dài đường dây l,km Điện áp tính toán U,kV HT-1 36+17.44j 58.31 109.305 Electric Power University Page 33 Điện áp... Cấp Điện CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1/ So sánh các phương án về mặt kỹ thuật: 4.1.1/ Phương án 1: 6 8 9 m 5K 63.2 m Km 85 53 5 0K m 50.99 K 5 3 Km 41.2 7 50 Km HT NÐ Km 60.83 K m 3 1 58 85 53 Km 63.25 Km 3 2 1 4 1 Chọn điện áp mạng điện thiết kế: Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật, cung như các đặc trưng kĩ thuật của mạng. .. Power University Page 18 Hệ Thống Cung Cấp Điện Pimax: công suất tác dụng trên đường dây thứ i ở chế độ phụ tải cực đại Đối với mạng điện khu vực các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện, nghĩa là: I i max J kt Ftt = (mm2) Trong đó: Iimax : dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại (A) Jkt : mật độ kinh tế của dòng điện( A/mm2) Với dây AC và T=5000h thì Jkt =1,1(A/mm2) . mạng điện thiết kế: Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật, cung như các đặc trưng kĩ thuật của mạng điện. Điện. nguồn. Điện áp định mức của mạng điện thiết kế 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
