Đồ án môn học lưới điện
vực
Thiết kế lưới điện khu
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Điện năng là nguồn năng lượng chính của các nghành công nghiệp, là điều kiện
để phát triển xã hội. Chính vì đó khi lập dế hoạch phát triển kinh tế xã hội thì kế hoạch
phát triển điện năng phải đi trước một bước nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không
1
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Đồ án môn học lưới điện
vực
Thiết kế lưới điện khu
những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai năm
năm, mười năm, hai mươi năm hoặc lâu hơn nữa.
Ngày nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống xã hội được
nâng cao. Đặc biệt với nền kinh tế nước ta đang hội nhập với nền kinh tế thế giới và
nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước làm cho nhu cầu
về điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng
trưởng không ngừng. Muốn vậy trước hết phải có một hệ thống điện đảm bảo yêu cầu
phục vụ cho quá trình này. Để thực hiện điều đó cần phát triển và mở rộng các nhà
máy điện cũng như các mạng và hệ thống điện công suất lớn. Điều này đặt ra những
nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư nghành hệ thống điện. Một trong những nhiệm
vụ đó là thiết kế các mạng và hệ thống điện.
0.9. Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax = 5000 h. 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 hạ
áp bằng 22kV, phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại. Hệ số đồng thời m = 1
Các phụ tải được phân bố trên mặt bằng như trong hình 1. Xác định khoảng cách từ
nguồn đến các phụ tải điện:
Bảng 1.1: Khoảng cách phụ tải đến nguồn điện
Phụ tải
1
2
3
4
5
6
Khoảng cách (km)
53.7
74.6
51.3
78.1
51.5
70.8
3
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Đồ án môn học lưới điện
vực
27.78
34.78
28.89
31.11
27.78
Pmax+jQmax
30 + j14.53
25 + j12.11
32 + j13.63
26 + j12.59
28 + j13.56
25 + j12.11
Smin (MVA)
16.67
13.89
17.39
14.44
15.55
13.89
Pmin+jQmin
15 + j7.27
12.5 + j6.05
16 + j6.81
13 + j6.3
14 + j6.78
12.5 + j6.05
nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống. Dự trữ trong hệ thống 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:
∑PF = ∑Py/c = m*∑Ppt + ∆P + Ptd + Pdt
Trong đó:
∑PF : Tổng công suất phát.
∑Pyc : Tổng công suất yêu cầu.
∑Ppt : Tổng công suất của các phụ tải
∑Ppt = P1+ P2+ P3+ P4+ P5+ P6
= 30 + 25 + 32 + 26 + 28+25 =166 MW
∆P= 10% ∑Ppt : Tổn thất công suất tác dụng.
=10% 166 =16.6 MW
Ptd : Công suất tự dùng trong nhà máy điện, Ptd = 0
Pdt : Công suất dự trữ trong hệ thống, Pdt = 0
m: Hệ số đồng thời. m=1
∑PF = 166 +16.6 =182.6 MW
Vậy hệ thống cần 182.6 MW để cung cấp cho các phụ tải
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 chỉ đối với công suất tác dụng mà còn đối với cả công xuất phản khảng
Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp. Nếu công suất phản kháng
phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược
lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy để đảm bảo
6
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Đồ án môn học lưới điện
Đồ án môn học lưới điện
vực
Thiết kế lưới điện khu
Chương 3
CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÍ VỀ KINH TẾ - KỸ THUẬT
1. Các phương án nối dây
Yêu cầu chủ yếu đối với mạng điện là độ tin cậy và chất lượng điện năng cung
cấp cho các hộ tiêu thụ. Đối với các hộ tiêu thụ loại I cần sử dụng đường dây hai mạch
hay mạch vòng. Các hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện bằng đường dây một mạch
Đặt ra 5 phương án cung cấp điện
8
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Đồ án môn học lưới điện
vực
1.1.
Thiết kế lưới điện khu
Phương án 1: Sơ đồ mạng điện
1.1.1. Xác định điện áp định mức
Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm:
Uđm= 4.34
toán U, kV
mức của mạng
9
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Đồ án môn học lưới điện
vực
N-1
N-2
N-3
N-4
N-5
N-6
Thiết kế lưới điện khu
MW
30
25
32
26
28
25
km
53.7
74.6
S max
*103
n * 3 *U dm
n: Số mạch của đường dây
Uđm: Điện áp định mức của mạng điện, kV
Smax: Công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA
Jkt: Mật độ kinh tế của dòng điện, nó phụ thuộc vào thời gian sử dụng công
suất lớn nhất (Tmax) và loại dây dẫn A/mm2
Với dây AC và Tmax = 5000 h tra sổ tay thì Jkt = 1.1 A/mm2
* Các điều kiện kiểm tra:
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố:
Isc
≤
Icp
Trong đó: Isc : dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố
10
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Đồ án môn học lưới điện
vực
Thiết kế lưới điện khu
Icp: dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn.
+ Kiểm tra điều kiện tổn thất vầng quang: Đối với đường dây 110kV dây nhôm lõi
87.47
1.1
= 79.52 mm2
Chọn tiết diện dây dẫn cho đoạn N-1 tiết diện tiêu chuẩn 70 mm2 dây
AC-70 có Icp =265 A
Tiết diện chọn thoả mãn điều kiện tổn thất vầng quang và độ bền cơ, cần kiểm tra
trong trường hợp sự cố đứt một mạch trên đường dây:
Dòng điện chạy trên mạch còn lại bằng:
Isc= 2*IN-1=2*87.47=174.94 A
≤
Isc Icp
Như vậy tiết diện dây dẫn của nhánh N-1 đã chọn thoả mãn điều kiện kiểm tra.
* Tính toán tương tự đối với các nhánh còn lại ta có bảng
Bảng 3.2: Thông số của các đường dây trong mạng điện
Nhánh
S (MVA)
I (A)
N-1
N-2
30 + j14.53 87.47
25 + j12.11 72.9
70
R0
R (Ω)
X (Ω)
(Ω/km) (Ω/km)
0.42
0.44
11.28
11.81
0.42
X0
0.44
15.67
11
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
16.41
78.1
0.42
0.44
16.4
17.18
265
2
163.2
51.5
0.42
0.44
10.82
11.33
375
8
145.8
4
1.1.3. Tính tổn thất điện áp trong mạng điện
Tổn thất điện áp phải đảm bảo:
Trong chế độ làm việc bình thường : ∆Umax bt% = 10%
Trong chế độ làm việc sự cố: ∆Umax sc% = 20%
Tính tổn thất điện áp trên nhánh thứ i trong chế độ vận hành bình thường:
U ibt % =
PR
i i + Qi X i
*100%
U dm 2
Trong đó: Pi, Qi: Công suất chạy trên nhánh thứ i
Ri, Xi: Điện trở và điện kháng của nhánh i
Trường hợp sự cố đứt một mạch thì tổn thất điện áp:
∆Ui sc% = 2∆Ui bt%
Tính tổn thất điện áp trên đường dây N-1:
Nhánh N-1 là dây AC-70 và có R=11.28Ω, X= 11.81Ω
U1bt % =
P1R1 + Q1 X 1
30*11.28 + 14.53*11.81
*100% =
*100%
2
U dm
1102
N-2
N-3
N-4
N-5
N-6
30 + j14.53
25 + j12.11
32 + j13.63
26 + j12.59
28 + j13.56
25 + j12.11
Thiết kế lưới điện khu
11.28
15.67
7.95
16.4
10.82
17.7
11.81
16.41
11.03
17.18
11.33
29.95
4.21
4.88
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Đồ án môn học lưới điện
vực
Thiết kế lưới điện khu
Kết quả tính toán điện áp các đoạn đường dây và chọn điện áp định mức cho mạng
điện:
Bảng 3.4: Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện
Nhánh
N-1
N-2
N-3
N-4
N-5
5-6
Công suất
Chiều dài
Điện áp tính
Điện áp định
truyền tải P
110
1.2.2. Chọn tiết diện dây dẫn
Bảng 3.5: Thông số của các đường dây trong mạng điện
Nhánh
S (MVA)
I (A)
Ftt
Ftc
Icp(A)
Isc(A)
(mm2) (mm2)
N-1
N-2
N-3
70
30+j14.53
25+ j12.11
87.47
72.9
5-6
25+j12.11
145.8
150
120
L(km
R0
X0
R
)
(Ω/km
(Ω/km)
(Ω)
0.44
11.28
X (Ω)
4
151.6
78.1
0.42
0.44
16.4
17.18
440
2
309.0
51.5
0.19
0.415
4.89
10.69
375
Thiết kế lưới điện khu
PN −5 R5 + QN −5 X 5
53* 4.89 + 25.67 *10.69
*100% =
*100%
2
U dm
1102
=4.41%
Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây 5-6:
∆U5-6% =
P6 R6 + Q6 X 6
25*5.7 + 12.11*9.64
*100% =
*100%
2
U dm
1102
= 2.14%
Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-5-6:
∆UN-5-6%= 4.41+2.14 =6.55%
Tính tổn thất điện áp trên đường dây trong trường hợp sự cố, xét sự cố ở đoạn mà tổn
5.7
X (Ω)
11.81
16.41
11.03
17.18
10.69
9.64
∆Ubt%
4.21
4.88
3.34
5.31
4.41
2.14
∆Usc%
8.42
9.76
6.68
10.62
8.82
2.14
Từ kết quả trên cho thấy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường
và sự cố đều thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp:
∆Umax bt% = ∆UN-5-6bt% = 6.55%
∆Umax sc% = ∆UN-5-6sc% =10.96%
Công suất
Chiều dài
Điện áp tính
Điện áp định
truyền tải P
đường dây l,
toán U, kV
mức của mạng
MW
53
25
32
26
53
25
km
53.7
40
51.3
78.1
Icp(A)
Isc(A)
L(km)
(mm2) (mm2)
h
N-1
1-2
N-3
N-4
N-5
Thiết kế lưới điện khu
R0
X0
R
(Ω/km
(Ω/km)
(Ω)
0.415
82.98
68.92
140.4
150
70
95
70
150
440
265
320
265
440
320.76
145.8
182.54
151.62
309.08
53.7
40
51.3
78.1
51.5
)
0.19
Tính tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-1-2:
Tổn thất điện áp trên đoạn N-1:
∆UN-1% =
PN −1 R1 + QN −1 X 1
55*5.1 + 26.64*11.14
*100% =
*100%
2
U dm
110 2
=4.77%
Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây 1-2:
∆U5-6% =
P2 R2 + Q2 X 2
25*8.4 + 12.11*8.8
*100% =
*100%
2
U dm
1102
= 2.62%
Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-1-2:
25 + j12.11
32 + j13.63
26 + j12.59
53 + j25.67
25 + j12.11
R (Ω)
5.1
8.4
7.95
16.4
4.89
5.7
X (Ω)
11.14
8.8
11.03
17.18
10.69
9.64
∆Ubt%
4.77
2.62
3.34
5.31
4.41
2.14
S3-4 = S4 = 26 + j12.59 MVA
Kết quả tính toán điện áp các đoạn đường dây và chọn điện áp định mức cho mạng
điện:
Bảng 3.10: Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện
Nhánh
Công suất
Chiều dài
Điện áp tính
Điện áp định
truyền tải P
đường dây l,
toán U, kV
mức của mạng
MW
53
25
58
26
53
25
I (A)
Ftt
Ftc
Icp(A)
Isc(A)
(mm2) (mm2)
N-1
1-2
N-3
160.3
150
55+j26.64
25+j12.11
8
72.9
167.0
145.8
66.28
151.8
145.8
150
120
L(km
)
R0
X0
R
X (Ω)
(Ω/km) (Ω/km
(Ω)
5.1
11.14
440
320.7
53.7
151.6
37.8
0.42
0.44
7.94
8.32
440
2
309.0
51.5
0.19
0.415
4.89
10.69
375
8
58* 4.87 + 26.22*10.64
*100% =
*100%
2
U dm
1102
=4.64%
Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây 3-4:
∆U3-4% =
P4 R4 + Q4 X 4
26*7.94 + 12.59*8.32
*100% =
*100%
2
U dm
1102
= 2.57%
Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-3-4:
∆UN-3-4%= 4.64+2.57 =7.21%
Tính tổn thất điện áp trên đường dây trong trường hợp sự cố, xét sự cố ở đoạn mà tổn
thất điện áp trên đường dây có giá trị cực đại.
Trường hợp sự cố đứt 1 mạch đường dây N-3:
∆UN-3sc%= 2*∆UN-3%=2*4.64= 9.28%
Tổn thất điện áp trong chế độ sự cổ đường dây N-3-4:
8.32
10.69
9.64
∆Ubt%
4.77
2.62
4.64
2.57
4.41
2.14
∆Usc%
9.54
2.62
9.28
2.57
8.82
2.14
Từ kết quả trên cho thấy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường
và sự cố đều thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp:
∆Umax bt% =∆UN-1-2bt = 7.39%
∆Umax sc% = =∆UN-1-2sc = 12.16%
1.5.
Phương án 5: Sơ đồ mạng điện
20
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Đồ án môn học lưới điện
vực
Thiết kế lưới điện khu
Bảng 3.13: Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện
Nhánh
N-1
1-2
N-3
3-4
N-4
N-5
5-6
Công suất
Chiều dài
Điện áp tính
Điện áp định
truyền tải P
đường dây l,
toán U, kV
1.5.2. Chọn tiết diện dây dẫn:
Xét mạch vòng N-3-4-N
Dòng điện chạy trên đoạn N-3:
S N −3
IN-3 =
3 *U dm
=
34.332 + 15.332
*103 =
3 *110
197.33 A
Kiểm tra sự cố. Dòng điện chạy trên đoạn N-3 khi sự cố đoạn N-4 đứt bằng dòng chạy
trên N-4 khi sự cố đoạn N-3 đứt sự cố nặng nề nhất khi đứt một mạch đường dây N-3
I N-3 sc = IN-4 sc =
I3-4 sc =
S3 + S 4
582 + 26.222
=
*103 =
3 *U dm
Icp(A)
Isc(A)
L(km
(mm2) (mm2)
h
N-1
1-2
N-3
Ftt
160.3
150
55 + j26.64
25 + j12.11
8
72.9
197.3
145.8
66.28
179.3
4
9
132.5
5-6
25 + j12.11
145.8
120
150
120
)
440
320.7
265
440
6
145.8
334.0
265
8
(Ω/km) (Ω/km
(Ω)
(Ω)
)
0.415
5.1
11.1
0.44
0.415
8.4
9.75
4
8.8
21.2
0.44
9
15.88 16.6
0.423
1.5.3. Tính tổn thất điện áp
Điểm phân công suất là nút 4 nên nút này sẽ có điện áp thấp nhất trong mạch vòng,
nghĩa là tổn thất điện áp lớn nhất trong mạch vòng :
∆Umax% = ∆UN-4% =
P4 * R4 + Q4 * X 4
23.67*19.53 + 10.89*33.04
*100% =
*100% =
2
U dm
1102
6.79%
Khi sự cố trên đoạn N-3:
∆UN-4% =
( P3 + P4 ) * R4 + (Q3 + Q4 )* X 4
*100% =
U dm 2
(32 + 26)*19.53 + (13.63 + 12.59)*33.04
*100% =
1102
∆U4-3% =
P3 R3− 4 + Q3 X 3−4
5.14%
∆UN-4-3 sc = ∆Uscmax = 16.52+6.07= 22.59%
Bảng 3.15: Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện
Nhánh
N-1
1-2
N-3
3-4
N-4
N-5
5-6
S (MVA)
55 + j26.64
25 + j12.11
34.33|+ j15.33
2.33 + j1.7
23.67+j10.89
53 + j25.67
25 + j12.11
R (Ω)
5.1
8.4
9.75
15.88
19.53
Tổn thất điện áp khi sự cố trên đoạn N-3 là 22.59%
=> không thỏa mãn điều kiện tốn thất điện áp cho phép loại bỏ phương án 5
2. So sánh kinh tế kỹ thuật các phương án
Từ kết quả tính toán ở trên ta chọn các phương án 1, 2, 3, 4, để tiến hành so sánh
kinh tế kỹ thuật:
Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức, do đó để đơn
giản không cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp.
Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng khi so sánh các phương án là các chi phí tính toán
hằng năm, được xác định theo công thức:
Z = (avh + atc).K + ∆A.C
Trong đó:
atc: hệ số thu hồi vốn đầu tư theo tiêu chuẩn, atc= 0.125
avh: hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện. avh= 0.04
24
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Đồ án môn học lưới điện
vực
Thiết kế lưới điện khu
C: giá tiền tổn thất điện năng 1000đ/kW.h
K: Tổng các vốn đầu tư về đường dây, K= Σ K i
Ki = K0i.li
K0i : giá thành 1km đường dây một mạch, đ/km
li: chiều dài đường dây thứ i, km
nếu đường dây hai mạch thì Ki= 1.6*K0i. li
Tổn thất điện năng trên đường dây: ∆A = Σ∆Ai = Σ ∆Pi max* τ
kim loại). Như vậy vốn đầu tư xây dựng đường dây N-1 được xác định như sau:
K1= 1.6.K01* l1
Trong đó:
l1 chiều dài đường dây l1= 53.7 km
K01: đường dây AC-70 tra được 208.106 đ/km
25
ĐH Bách Khoa Hà Nội – Viện Điện – Bộ môn hệ thống điện, Khóa 57
Copyright: Tài liệu đại học ©