BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI

Khoa Sư phạm kỹ thuật
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
*** NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Phan Thành Trung
Khóa: K48 Ngành học: Sư phạm kỹ thuật điện
Họ tên giáo viên hướng dẫn: ThS. Lê Huy Tùng

1. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp
Thiết kế mạng điện cho khu vực có hai nguồn cung cấp và 9 phụ tải
2. Các số liệu ban đầu
Nguồn cung cấp thứ nhất: Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, cos trên thanh
góp 110kV là 0,85
Nguồn cung cấp thứ hai: nhà máy nhiệt điện có 4 tổ máy phát. Mỗi tổ máy có công
suất định mức Pđm= 60 MW, cos = 0,85, Uđm=10,5kV
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 đặc điểm của nguồn và phụ tải
2. Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong mạng điện
3. Chọn phương án cung cấp điện
4. Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong các trạm, chọn sơ đồ các
trạm của mạng.
5. Phân tích các chế độ vận hành của mạng


Các số liệu phụ tải

Các số liệu Các hộ tiêu thụ
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Phụ tải cực đại MW 38 29 30 38 29 36 38 28 30
Hệ số công suất 0,9 0.85

0.85

0.85

0.9 0.9 0.9 0.85

0.9

Mức đảm bảo cung cấp điện

I I I I I I I I I
Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT KT KT KT KT KT KT KT KT

Điện áp danh định lưới điện
thứ cấp
10

Phụ tải cực tiểu bằng 50 % phụ tải cực đại
Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5500h
Giá 01kW điện năng tổn thất : 600 đồng

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện

OOKMARK NOT
DEFINED
.

1.1.

CC

S

LIU

V

NGUN

IN

V

PH

TI E
RROR
!

B
OOKMARK NOT
DEFINED
.

CUNG

CP E
RROR
!

B
OOKMARK NOT DEFINED
.

1.1.3.

S

LIU

PH

TI E
RROR
!

B
OOKMARK NOT DEFINED
.

1.1.4.

KT


KHNG

TRONG

MNG

IấN.

2.1.CN

BNG

CễNG

SUT

TC

DNG 5

2.2.

CN

BNG

CễNG

SUT


32.TNH

TON

CH

TIấU

K

THUTCA

CC

PHNG

N 12

3.2.1.

PHNG

N

1 12

3.2.2.

PHNG


K

THUT

CC

PHNG

N 42

3.3.1.

PHNG

N

1 44

3.3.2.

PHNG

N

2 46

3.3.3.

PHNG


CA

CC

PHNG

N 49
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ líi ®iÖn
Khoa S ph¹m kü thuËt Phan Thµnh Trung

2
3.4. SO SÁNH KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN CHƯƠNG

4
CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT CÁC MÁY BIẾN ẢP TRONG CÁC
TRẠM, CHỌN SƠ ĐỒ CÁC TRẠM CỦA MẠNG.
4.1.

CHỌN

SỐ

LƯỢNG,

CÔNG

SUẤT

OOKMARK NOT DEFINED
.

4.2.

CHỌN

SỐ

LƯỢNG

,

CÔNG

SUẤT

CÁC

MÁY

BIẾN

ÁP

TRONG

CÁC

TRẠM


4.1.2.CHỌN

CÔNG

SUẤT

CÁC

MÁY

BIẾN

ÁP E
RROR
!

B
OOKMARK NOT DEFINED
.

4.3.

CHỌN

SƠ

ĐỒ

TRẠM

TĂNG

ÁP E
RROR
!

B
OOKMARK NOT DEFINED
.

4.3.2.

SƠ

ĐỒ

CHO

CÁC

TRẠM

HẠ

ÁP E
RROR
!

B
OOKMARK NOT DEFINED


CHẾ

ĐỘ

VẬN

HÀNH

CỦA

MẠNG

ĐIỆN E
RROR
!

B
OOKMARK NOT
DEFINED
.

5.1.CHẾ

ĐỘ

PHỤ

TẢI


B
OOKMARK NOT
DEFINED
.

5.1.2.

ĐƯỜNG

DÂY
NĐ
-2-HT E
RROR
!

B
OOKMARK NOT DEFINED
.

5.1.4.CÂN

BẰNG

CHÍNH

XÁC

CÔNG

SUẤT

OOKMARK NOT DEFINED
.CHƯƠNG
6
TÍNH
ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN
68

6.1.

TÍNH

ĐIỆN

ÁP

CÁC

NÚT

TRONG

MẠNG

ĐIỆN 68

6.1.1.CHẾ



TI

CC

TIU

(U
CS

=

115
K
V) 69

6.2.

IU

CHNH

IN

P

TRONG

MNG


CHNG

7
TNH

CC

CH

TIấU

KINH

T

K

THUT

CA

MNG

IN 75

7.1.

VN

U


TN

THT

IN

NNG

TRONG

MNG

IN 77

7.4.

TNH

CHI

PH

V

GI

THNH 78

7.4.1.


THNH

TRUYN

TI

IN

NNG 78

7.4.4.

GI

THNH

XY

DNG

1

MW

CễNG

SUT

PH

Hệ thống điện gồm có các nhà máy điện, các mạng điện và các hộ tiêu
thụ điện, đợc liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiên quá trình sản
xuất, chuền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng. Việc thiết kế mạng lới điện
một cách chính xác không những đảm bảo an toàn, độ tin cậy và kinh tế mà
còn định hớng cho phơng hớng phát triển điện sau này.
Đồ án tốt nghiệp giúp em tổng hợp các kiến thức cơ bản đã học và vận
dụng những kiến thức đó vào thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, tuy không lớn
nhng toàn diện.
Bản đồ án của em là : Thiết kế mạng điện khu vực có 2 nguồn cung
cấp và 9 phụ tải.
Do thời gian, khả năng và trình độ hiểu biết còn nhiều hạn chế nên bản
đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đợc sự góp ý, chỉ
bảo của các thầy cô.
Để hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn
thầy giáo, Ths_ Lê Huy Tùng đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ em trong quá
trình làm đồ án. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo đã dậy dỗ,
chỉ bảo cho em kiến thức trong những năm học vừa qua. Cuối cùng em xin
chân thành cảm ơn tất cả mọi ngời đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này.
Hà nội, tháng 6 năm2007
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung

2

Chơng 1
Phân tích các đặc điểm nguồn và phụ tải
1.1. Các số liệu về nguồn cung cấp và phụ tải

5
km
50,0000k
m

Hình 1.1. Sơ đồ vị trí nguồn điện và phụ tải
1.1.2. Nguồn cung cấp
a. Hệ thống điện
Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh
góp 110 kV của hệ thống là 0,85. Vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa hệ thống
và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung

3
thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thờng trong các chế độ
vận hành. Mặt khác, vì hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên chọn hệ
thống là nút cân abừng công suất và nút cơ sở về điện áp. Ngoài ra do hệ
thống có công suất vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong
nhà máy điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ đợc
lấy từ hệ thống điện.
b. Nhà máy nhiệt điện
Nhà máy nhiết điện gồm có 4 tổ máy công suất P
đm
= 60 MW,
cos

=0,85, U
đm
=10,5 kV. Nh vậy tổng công suất định mức của nhà máy

=85%P
đm

Do đó kho phụ tải cực đại cả 4 máy phát đều vận hành và tổng công
suất tác dụng phát ra của nhà máy nhiệt điện là:
P
kt
= 85%

4

60 = 204 MW
Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng một máy phát để bảo
dỡng, ba máy phát còn lại sẽ phát 85%P
đm
, nghĩa là tổng công suất phát ra
của nhà máy nhiệt điện là:
P
kt
= 85%

3

60 = 153 MW
Khi sự cố ngừng một máy phát, ba máy phát còn lạo sẽ phát 100%P
đm
,
nh vậy:
P
F





Bảng 1.1. Số liệu về các phụ tải

Phụ tải

Số liệu
1 2 3 4 5 6 7 8 9
P
max

(MW)

38

29

30

38

29

36

38

28


0.85

0,85

0,9 0,9 0,9 0,85

0,9
Q
max

(MVAr)

18,40

18,00

18,60

23,55

14,04

17,43

18,40

17,35

14,53

35,29

44,70

32,22

40

42,22

32,94

33,33

S
min
(MVA) 21,11

17,06

17,65

22,35

16,11

20 21,11

16,47


ở giữa hai nguồn có phụ tải số 2 nên khi thiết kế đờng dây liên lạc
giữa nhà máy và hệ thống thì đờng dây này sẽ đi qua phụ tải 2. Để đảm bảo
kinh tế thì các phụ tải đợc cấp điện từ các nguồn gần nó nhất. Phụ tải 3 và 1
đợc cấp điện trực tiếp từ nhà máy, phụ tải 8 và 9 đợc cấp điện từ hệ thống.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung

5
Khoảng cách từ nguồn đến phụ tải gần nhất là 41,2310km, đến phụ tải xa nhất
là 85,440km. Đối với các phụ tải gần nguồn thì xác suất sự cố đờng dây ít
nên thờng đợc sử dụng sơ đồ cầu ngoài, đối với các phụ tải xa nguồn có xác
suất sự cố đờng dây lớn nên đợc sử dụng sơ đồ cầu trong.

Chơng 2
CÂN BằNG công suất tác dụng và phản kháng trong
mạng điện
2.1. Cân bằng công suất tác dụng
Đặc điểm rất quan trọng của 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 cân bằng với công suất của các hộ tiêu thụ,
kể cả các tổn thất công suất trong 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
của hệ thống.
Vì vậy phơng trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải


max
P
- 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



max
%5 PP
.
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 có thể lấy
P
dt
= 10%

max
P
, 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 nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống,

kinh tế là:
P
NĐ
= P
kt
= 204 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
= 334,8 204 = 130,8 MW
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung

7
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 suất 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 tiêu thụ thì điện áp trong
mạng sẽ tăng, ngợc lại nếu thiếu công suất phản kháng thì 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 hệ thống, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất

HT
công suất phản kháng do hệ thống cung cấp.
Q
tt
tổng công suất phản kháng tiêu thụ.


max
Q
- tổng công suất phản kháng trong chế độ phụ tải cực đại
của các phụ tải.



L
Q
- tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của
các đờng dây trong mạng điện.


C
Q
- tổng công suất phản kháng do điện dung của các đờng
dây sinh ra, khi tính sơ bộ lấy



CL
QQ
.

=0.
Nh vậy tổng công suất phả kháng do nhà máy điện phát ra bằng:
Q
F
= P
F
.tg
F

= 204.0,6197 = 126,4278 MVAr
Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp bằng:
Q
HT
= P
HT
.tg
HT

= 130,8.0,6197 = 81,0568 MVAr
Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại theo
mục (1.1.2.b):

max
Q
= 160,2871 MVAr
Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp:

b
Q
=15%

= 126,4278 + 81,0568 = 207,4846 MVAr
Từ 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.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung

9

Chơng 3
Chọn phơng án cung cấp điện hợp lý nhất
3.1. dự kiến các phơng án nối dây của mạng điện.
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 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.
Trong thiết kế hiện nay, để chọn đợc sơ đồ tối u của mạng điện
ngời ta sử dụng phơng pháp nhiều phơng án. Từ các vị trí đã cho của các
phụ tải và các nguồn cung cầp cần dự kiến một số phơng án và phơng án tốt
nhất sẽ chọn đợc trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật các phơng án.
Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất
lợng cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Khi dự kiến sơ đồ của
mạng điện thiết kế, trớc hết cần chú ý đến hai yêu cầu trên. 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

3
12
k
m
3
6
,
0
5
5
5
k
m
4
1
,
2
3
1
1
k
m
7
0
,
7
1
0
7
k

k
m
6
3
,
2
4
5
6
k
m
6
4
,
03
1
2k
m
3
6
,
0
5
5
5
k
m
5
0
,

0
0
0
k
m
3
6
,
0
5
5
5
k
m

Hình 3.1.c. Sơ đồ mạch điện phơng án 3
3
6
,
0
5
5
5
k
m

Hình 3.1.d. Sơ đồ mạch điện phơng án 4.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung


Hình 3.2. Sơ đồ mạng điện phơng án 1

a. Chọn điện áp định mức của mạng điện
Điện áp định mức của đờng dây đợc tính theo công thức kinh
nghiệm:
PU 16.34,4
dm

kV (3.1)
trong đó:


- khoảng cách truyền tải, km
P công suất truyền tải trên đờng dây, MW
Tính điện áp định mức trên đờng dây NĐ - 2 HT:
Công suất tác dụng từ NĐ truyền vào đờng dây NĐ - 2 đợc xác định
nh sau:
P
N2
=P
kt
P
td
P
N
-

P
N




P
N
= 5%P
N

Theo kết quả tính toán trong phần (1.2) ta có:
P
kt
= 204 MW, P
td
= 24 MW
Từ sơ đồ mạng điện (3.2) ta có:
P
N
= P
1
+ P
3
+ P
4
+ P
6
= 142 MW

P
N
= 5%P
N

2

N
U
kV
Đối với đờng dây HT-2:
00,429,11625,6334,4
2

H
U
kV
Tính điện áp trên các đờng dây còn lại đợc tiến hành tơng tự nh
đối với các đờng dây trên. Kết quả tính toán cho trong bảng 3.1: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung

15
Đờng
dây
Công suất truyền
tải
Chiều dài đ-
ờng dây


các dây dẫn thờng đợc đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tùy theo
địa hình đờng dây chạy qua. Đối với các đờng dây 110 kV, khoảng cách
trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5 m (D
tb
= 5m).
Đối với các mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn đợc chọn theo
mật độ kinh tế của dòng điện, nghĩa là:
kt
J
I
F
max


Trong đó:
I
max
- dòng điện chạy trên đờng dây trong chế độ phụ tải cực đại,
A
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung

16
J
kt
- mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm
2
. Với dây AC và
T
max

Đối với đờng dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang các dây
nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F

70 mm
2
.
Độ bền cơ của đờng dây trên không thờng đợc phối hợp về vầng
quang của dây dẫn, cho nên không cần phải kiểm tra điều kiện này.
Để đảm bảo cho đờng dây vận hành bình thờng trong các chế độ sau
sự cố, cần phải có điều kiện sau:
I
sc


I
CP
trong đó:
I
sc
- dòng điện chạy trên đờng dây trong chế độ sự cố.
I
CP
- dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn.
Khi tính tiết diện các dây dẫn cần sử dụng các dòng công suất ở bảng
3.1.
* Chọn tiết diện các dây dẫn của đờng dây NĐ-2:
Dòng điện chạy trên đờng dây khi phụ tải cực đại bằng:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung


kt
N
J
I
,mm
2

Để không xuất hiện vầng quang trên đờng dây, cần chọn dây AC có
tiết diện F=95 mm
2
và dòng điện I
CP
= 330 A.
Sau khi chọn tiết diện tiêu chuẩn cần kiểm tra dòng điện chạy trên
đờng dây trong các chế độ sau sự cố. Đối với đờng dây liên kết NĐ-2-HT,
sự cố có thể xảy ra trong hai trờng hợp sau:
- Ngừng một mạch trên đờng dây.
- Ngừng một tổ máy phát điện.
Nếu ngừng một mạch của đờng dây thì dòng điện chạy trên mạch còn
lại bằng:
I
1sc
= 2I
N2
= 2.95,40 = 190,80 A
Nh vậy I
sc
< I
cp
.

P
N
= 7,10 MW
Do đó:
P
N2
= 180-18-142-7,10 = 12,9 MW
Q
N2
= 12,9.0,6197 = 8,00 MVAr
Vì vậy dòng điện chạy trên đờng dây NĐ-2 sẽ không lớn hơn trờng
hợp đứt một mạch.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điện
Khoa S phạm kỹ thuật Phan Thành Trung

18
* Chọn tiết diện cho đờng dây 2-HT
Dòng điện chạy trên đờng dây trong chế độ phụ tải cực đại bằng:
80,610.
110.32
76,19,1
3
22
2



H
I
A

7077,4910.
110.3.2
9779,91,16
3
22
2



sc
I
A
Nh vậy I
2sc
< I
CP

* Chọn tiết diện của đờng dây NĐ-1
Dòng điện chạy trên đờng dây bằng:
8046,11010.
110.32
4042,1838
3
22
1


I
A
Tiết diện của đờng dây có giá trị:

0
và tiến hành tính các thông số tập trung
R, X và B/2 trong sơ đồ thay thế hình

của các đờng dây theo công thức
sau:
R=

1
0
r
n
; X=

1
0
x
n
;

2
1
2
0
bn
B

(2.2)
trong đó n là số mạch đờng dây.
Tính toán đối với các đờng dây còn lại đợc tiến hành tơng tự nh

1,33
1,70
0,97
1,09
1,87

Bảng 3.2. Thông số của các đờng dây trong mạng điện phơng án 1
X,
8,65
9,52
13,9
12,9
17,93

10,75

13,76

7,58
8,86
15,20

R,
5,56
7,31
14,54

9,90
11,53


0,43

0,44

0,43

0,42

0,43

0,43

0,42

0,43

0,43

r
0
,
/k
m
0,27

0,33

0,46

0,33

36,1

41,2

70,7

I
SC
,
A
221,60

190,80

13,6
185,24

231,92

169,14

209,96

221,60

172,89

174,96

I


95
70
95
120

95
95
120

95
95
F
tt
,
mm
2
110,80

95,40
6,80
92,62
115,96

84,57
104,98

110,80

86,44

Đờng
dây
NĐ-1
NĐ-2
2-HT
NĐ-3
NĐ-4
HT-5
NĐ-6
HT-7
HT-8
HT-9