Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Thiết kế mạng điện khu vực
Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Lời nói Đầu Hệ thống điện là tập hợp các nhà máy điện, trạm biến áp, đờng dây tải điện và hộ tiêu thụ. Hệ thống điện thực hiện nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng tin cậy, kinh tế và đảm bảo chất lợng điện năng cung cấp cho các phụ tải. Thiết kế, xây dựng mạng điện là những công việc hết sức quan trọng của ngành điện, có ảnh hởng lớn tới các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện. Giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung và hệ thống điện nói riêng. Thiết kế lới điện nhằm giúp sinh viên tổng hợp lại kiến thức đã đợc đào tạo khi học trong môi trờng đại học và học hỏi thêm đợc nhiều điều giá trị, cần thiết cho công việc. Đặc biệt là trong công tác thiết kế, thi công và vận hành hệ thống. Nhiệm vụ thiết kế gồm ba phần chính: Phần I: thiết kế mạng điện khu vực có một nhà máy nhiệt điện, tổng công suất tác dụng 300MW, một hệ thống có công suất vô cùng lớn và 9 phụ tải. Phần II: thiết kế trạm biến áp 320 KVA - 10/0,4 kV. Bản thiết kế đã đợc hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cộng với sự giúp đỡ nhiệt huyết của thầy giáo hớng dẫn TS. Nguyễn Văn Đạm cùng với sự góp ý chân thành của các thầy cô trong bộ môn và của các bạn trong lớp, các bạn trong ngành hệ thống điện em đã hoàn thành thiết kế tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đạm cùng các thấy cô trong bộ môn cùng toàn thể thầy cô và các bạn trong lớp và trong ngành hệ thống điện. 1 1 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 PhÇn I ThiÕt kÕ M¹ng ®iÖn khu vùc 2 2 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Chơng I Phân tích các đặc điểm nguồn và phụ tải 1.1. Phân tích đặc điểm của các nguồn cung cấp và các phụ tải. Tổng hợp thông tin về nguồn điện và phụ tải là bớc đầu quan trọng trong thiết kế mạng điện, đây là bớc quyết định việc thành công hay thất bại của công việc. Từ đó đa ra đợc những phơng án nối dây hợp lý, đáp ứng đợc nhu cầu của phụ tải. Trớc khi thiết kế phải nắm đợc chính xác các đặc điểm của nguồn và phụ tải nằm trong phạm vi thiết kế nh: số nguồn điện, đặc điểm của nguồn phát, khả năng phát, nhiên liệu sử dụng. Đặc điểm của phụ tải: số phụ tải, công suất yêu cầu, sơ đồ bố trí, mức độ đảm bảo cung cấp điện sao cho đạt đợc hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất. 1.1.1. Nguồn cung cấp điện Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện. 1.Hệ thống điện Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp 110kV của HT bằng 0,85. Vì vậy cần phải 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 thờng trong các chế độ vận hành. Mặt 3 3 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 khác, vì hệ thống 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 dợc lấy từ hệ thống điện. 2.Nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện (NĐ) gồm 3 tổ máy phát. Mỗi máy phát có công suất định mức P đm = 100MW, điện áp định mức máy phát U đm =10,5KV, hệ số công suất Cos=0,85. Nh vậy tổng công suất định mức của NĐ bằng 3x100 = 300MW. Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện có thể là than đá, dầu và khí đốt. Hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện tơng đối thấp (khoảng 30-40%). Đồng thời công suất tự dùng của NĐ thờng chiếm khoảng 6 đến 15% tuỳ 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 ; khi phụ tải P < 30% P đm , các máy phát ngừng làm việc. Công suất phát kinh tế của các máy phát NĐ thờng bằng (80 ữ 90%) P đm . Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 80% P đm , nghĩa là: P kt = 80% P đm Do đó khi phụ tải cực đại cả 3 máy phát đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát ra của NĐ bằng: MWP kt 240100.3. 100 80 == Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến dừng 1 máy phát để bảo dỡng, hai máy phát còn lại sẽ phát 80%P đm tức là tổng công suất phát của NĐ bằng: MWP kt 160100.2. 100 80 == Khi sự cố ngừng 1 máy phát, hai máy phát còn lại sẽ phát 100%P đm , nh vậy: 4 4 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 P F = 2x100 = 200 MW Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ đợc cung cấp từ hệ thống điện. 1.1.2.Các phụ tải điện Trong hệ thống điện thiết kế có 9 phụ tải. Tất cả các phụ tải đều là hộ tiêu thụ loại 1 và có hệ số cos = 0,9. Thời gian sử dụng công suất cực đại T max = 5000h. Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thờng. Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của các trạm hạ áp bằng 10kV. Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại. Kết quả tính giá trị công suất trong các chế độ cực đại và cực tiểu cho trong bảng 1. Bảng 1. Thông số của các 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 2 3 4 5 6 7 8 9 40 + j 19,2 50 + j 24 38 + j 18,24 50 + j 24 38 + j 18,24 40 + j 19,2 30 + j 14,4 40 + j 19,2 30 + j 14,4 44,37 55,46 42,15 55,46 42,15 44,37 33,28 44,37 33,28 28 + j 13,4 35 + j 16,8 26,6 + j 12,77 35 + j 16,8 26,6 + j 12,77 28 + j 13,4 21 + j 10,08 28 + j 13,4 21 + j 10,08 31,05 38,82 29,5 38,82 29,5 31,05 23,29 31,05 23,29 Tổng 356 + j 170,88 5 5 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Từ các số liệu về nguồn và phụ tải cho thấy ở chế độ max nhà máy chỉ cung cấp đợc khoảng 70% công suất phụ tải (cha kể tổn thất) do đó phải có sự liên hệ chặt chẽ giữa nhà máy điện và hệ thống để vận hành đợc linh hoạt. 6 6 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Chơng 2: cân bằng công suất 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 các hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành số lợng nhận thấy đợc. 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 thống 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 thờng, 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 nh sự phát triển hệ thống. Vì vậy phơng trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điện có dạng: P NĐ + P HT = P tt = mP max + P + P td + P dt Trong đó: P NĐ - tổng công suất do nhà máy nhiệt 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); 7 7 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 P max - tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại; 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 toàn nhà máy; P dt - công suất dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ 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 điện 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 mạng điện Tổng công suất tác dụng của các phụ tải khi cực đại đợc xác định từ bảng 1 bằng: P max = 356 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện có giá trị: P = 5%P max = 5%.356 = 17,8 MW Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện bằng: P td = 10%P đm = 0,1.300 = 30 MW Do đó công suất tiêu thụ trong mạng điện có giá trị bằng: P tt = 356 + 17,8 + 30 = 403,8 MW Trong mục 1.1 đã tính đợc tổng công suất do NĐ phát ra theo chế độ kinh tế bằng: P NĐ = P kt = 240 MW Nh 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 NĐ = 403,8 - 240 = 163,8 MW 8 8 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 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 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 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 sẽ tăng, ngợc lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy để đảm bảo chất lợng 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. Phơng trình cân bằng trong mạng điện thiết kế có dạng: Q F + Q HT = Q tt = mQ max + Q L - Q C + Q b + Q dt + Q dt Trong đó: 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; Q L - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các cảm kháng của các đờng dây trong mạng điện; Q C - tổng công suất phản kháng do điện dung của các đờng dây sinh ra, khi tính sơ bộ lấy Q C = Q L ; Q b - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, trong tính toán sơ bộ lấy Q b = 15%Q max ; Q td - công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện; Q dt - công suất phản kháng dự trữ trong HT, khi cân bằng sơ bộ có 9 9 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 thể lấy bằng 15% tổng công suất phản kháng ở phần bên phải của ph- ơng trình cân bằng công suất phản kháng; Đối với mạng điện thiết kế, công suất P dt sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Q dt = 0. Nh vậy, tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra bằng: Q F = P F .tg F = 240x0,62 = 148,8 MVAr Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp bằng: Q HT = P HT .tg HT = 163,8x0,62 = 101,56 MVAr Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại đợc xác định theo bảng 1.1, bằng: Q max = 170,88 MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp hạ áp bằng: Q b = 15%Q max = 0,15x170,88 = 25,63 MVAr Tổng công suất phản kháng tự dùng trong các nhà máy điện có giá trị: Q td = P td .tg td Đối với cos td = 0,75 thì tg td = 0,88. Do đó: Q td = 30x0,88 = 26,40 MVAr Nh vậy, tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện: Q tt = 170,88 + 25,63 +26,40 = 222,91 MVAr Tổng công suất phản kháng do HT và NĐ có thể phát ra bằng: Q F + Q HT = 148,8 + 101,56 = 250,36 MVAr Từ các kết quả tính toán trên nhận thấy rằng, công suất phản kháng do các nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ. Vì vậy không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế. 10 10 [...]... 7 2 3 S3 S9 S2 Hình 2 Sơ đồ mạng điện phơng án I 3.2.1 Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện Lựa chọn hợp lý cấp điện áp định mức là một trong những vấn đề rất quan trọng khi thiết kế mạng điện, bởi vì nó ảnh hởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của mạng điện thiết kến nh: Vốn đầu t, tổn thất điện năng, phí tổn kim loại mầu, phí tổn vận hành Để chọn đợc cấp điện áp hợp lý phải thoả mãn... Bảng 3 Thông số của các đờng dây trong mạng điện 24 24 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 3.2.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện Điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ đợc dặc trng 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 các mạng điện thờng giả thiết rằng hệ thống hoặc nguồn cung cấp... chỉ tiêu chất lợng điện năng là giá trị của độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp Khi chọn sơ bộ các phơng án cung cấp điện có thể đánh giá chất lợng điện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp 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 không vợt quá... km 2 S2 S8 Hình 1e Sơ đồ mạng điện phơng án V Để tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện, trớc hết cần chọn điện áp định mức của mạng điện, chọn tiết diện các dây dẫn, tính các chỉ tiêu chất lợng của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ của các phơng án so sánh 14 14 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 3.2 phơng án I Sơ đồ mạng điện của phơng án I cho trên... 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 lợng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tơng lai và tiếp nhận các phụ tải mới Để chọn đợc sơ đồ tối u của mạng điện ta sử dụng phơng pháp nhiều... các kết quả nhận đợc trong bảng 2, chọn điện áp định mức của mạng điện Uđm = 110kV 3.2.2 Chọn tiết diện dây dẫn Các mạng điện 110kV đợc thực hiện chủ yếu bằng các đờng dây trên không Các dây dẫn đợc sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), đồng thời các dây dẫn thờng đợc đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép, khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb = 5m ) Đối với các mạng điện. .. quả tính tổn thất điện áp trên các đờng dây cho trong bảng sau: Bảng 4 Các giá trị tổn thất điện áp trong mạng điện Đờng dây Ubt , % Usc , % Đờng dây NĐ-1 4,21 8,42 HT-4 NĐ-2 4,56 9,12 HT-6 NĐ-3 4 8 HT-7 NĐ-4 4,03 8,06 HT-8 NĐ-5 4,7 9,4 HT-9 Ubt , % Usc , % 2,14 4,27 4,95 9,89 3,58 7,16 4,77 9,54 4,2 8,4 Từ các kết quả trong bảng 4 ta thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện trong phơng án... ứng đợc yêu cầu mở rộng phụ tải sau này - Cấp điện áp phải phù hợp với lới điện hiện tại và lới điện quốc gia - Cấp điện áp đợc lựa chọn phải làm cho mạng điện có chi phí tính toán nhỏ nhất Trong thực tế tính toán sử dụng công thức kinh nghiệm U dmi = 4,34 Li +16Pi 15 , kV 15 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Uđmi - điện áp định mức của nhánh thứ i, kV Li - Chiều... dây trong phơng án I cho ở bảng sau: 17 17 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Bảng 2 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đờng dây Công suất truyền tải S , MVA Chiều dài đờng dây l , km Điện áp định Điện áp tính mức của toán U , kV mạng Uđm, kV NĐ-1 40 + j 19,2 53,85 114.32 NĐ-2 50 + j 24 53,85 126,82 NĐ-3 38 + j 18,24 53,85 111,65 NĐ-4 35,7 + j17,14... Hình 3 Sơ đồ mạng điện phơng án II 3.3.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện 27 27 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Dòng công suất chạy trên đoạn đờng dây NĐ-1 có giá trị: SN-1 = S1 + S5 = 40 + j 19,2 + 38 + j 18,24 = = 78 + j 37,44 MVA Dòng công suất chạy trên đờng dây 1-5 bằng: S1-5 = S5 = 38 + j 18,24 MVA Kết quả tính toán trên các đoạn đờng dây và chon điện áp định
