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

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

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:

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

: 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

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
+

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

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

thỏa mãn các yêu cầu sau:
• Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kĩ thuật.
• Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
• Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế.
• Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành.
• An toàn cho người và thiết bị.
• Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải.
3.2. Dự kiến các phương án
Các chỉ tiêu kinh tế kĩ 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 lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ, thuận
tiện an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ
tải mới.
Dựa vào việc phân tich nguồn và phụ tải ở chương 1 ta thấy:
Các phụ tải phân bố tập trung gần hai nguồn và đều là các hộ loại I có yêu cầu
cung cấp điện rất cao. Do đó phải sử dụng lộ đường dây mạch kép hoặc mạch vòng để
cung cấp điện cho phụ tải.
Các phụ tải 3,4,5,6,7 phân bố gần nhà máy nhiệt điện do đó sẽ lấy điện từ nhà
máy. Các phụ tải 1,2,8,9 phân bố gần hệ thống có công suất vô cùng lớn nên sẽ nhận
điện từ thanh góp 110 kV của hệ thống.
Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chế độ vận hành linh hoạt giữa hệ
thống và nhà máy nhiệt điện ta sẽ sử dụng một đường dây liên lạc giữa chúng.Đường
dây liên lạc này sử dụng mạch kép.
Khi dự kiến các phương án nối dây phải dựa trên các ưu khuyết điểm của một
số sơ đồ mạng điện cũng như phạm vi sử dụng của chúng. Từ vị trí tương quan giữa
các phụ tải với nhau, giữa các phụ tải với nguồn và các nhận xét ở trên ta vạch ra 6
phương án như sau:
Electric Power University Page 11
Hệ Thống Cung Cấp Điện
Phương án 1


K
m
6
3
.
2
5

K
m
5
3
.
8
5

K
m
6
3
.
2
5

K
m
5
3
.

3
2
1
7
4
1
.
2
3

K
m
50 Km
5
0

K
m
5
0
.
9
9

K
m
5
3
.
8

.
3
1

K
m
4
1
.
2
3

K
m
Hệ Thống Cung Cấp Điện
Phương án 3
Phương án 4
Electric Power University Page 13
4
NÐ
HT
5
6
8
9
3
2
1
7
4

3
.
8
5

K
m
5
3
.
8
5

K
m
6
0
.
8
3

K
m
5
8
.
3
1

K

0

K
m
5
3
.
8
5

K
m
5
3
.
8
5

K
m
6
0
.
8
3

K
m
5
8

4
NÐ
HT
5
6
8
9
3
2
1
7
4
1
.
2
3

K
m
50 Km
5
0

K
m
5
0
.
9
9

8
3

K
m
5
8
.
3
1

K
m
4
1
.
2
3

K
m
4
1
.
2
3

K
m
4

K
m
5
3
.
8
5

K
m
5
8
.
3
1

K
m
4
1
.
2
3

K
m
4
1
.
2

9
3
2
1
7
4
1
.
2
3

K
m
50 Km
5
0

K
m
5
0
.
9
9

K
m
6
3
.

0
.
8
3

K
m
5
8
.
3
1

K
m
Hệ Thống Cung 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:
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 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 từ nguồn đến phụ tải.
Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm sau

Q
max
MVAr
17.44 24.23 18.40 18.40 18.40 19.36 18.40 17.44 23.72
S
max
MVA
40.00 55.56 42.22 42.22 42.22 44.44 42.22 40.00 54.44
Phương án 1 là mạng hình tia nên công suất truyền tải trên các lộ nối từ nguồn
đến phụ tải tương ứng chính là các P
i
. Với đoạn đến phụ tải 7 sẽ được tính như sau:
Xét đoạn liên lạc NĐ-7-HT:
P
ND
= P
kt
– P
td
– P
N
- ∆P
N
Trong đó:
P
N
: tổng công suất phát kinh tế của NĐ.
P
td
:

N
= P
3
+P
4
+P
5
+P
6
= 38+38+38+40= 154 MW
∆P
N
= 5% P
N
= 5%×154 = 7,7 MW
Do đó :
P
ND-7
= 240 – ( 154 + 30 + 7,7) = 48,3 MW
Electric Power University Page 16
Hệ Thống Cung Cấp Điện
Công suất phản kháng do NĐ truyền vào đường dây NĐ-7 có thể tính gần
đúng như sau:
Q
ND-7
= P
ND-7
× tgφ
7
= 48,3×0,62 = 29,95 MVAr

= 4,34 ×
√
50+16×10,3
= 63,607 kV
Đối với đoạn đường dây HT-1:
U
HT-1
= 4,34 ×
√
58,31+16 ×36
= 109,305 kV
Tính điện áp các đoạn đường dây còn lại được tiến hành tương tự như đối với
đường dây trên.
Kết quả tính điện áp định mức của các đường dây trong phương án 1 cho trong
bảng 4.1.1.1:
Electric Power University Page 17
Hệ Thống Cung Cấp Điện
Đường dây Công suất
truyền tải
Ṡ,MVA
Chiều dài
đường dây
l,km
Điện áp tính
toán U,kV
Điện áp định
mức của mạng
U
đm,
kV

Đối với đường dây 110 kV khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha
bằng 5m(D
tb
=5m).
Dòng điện cực đại chạy trên mỗi đoạn đường dây trong chế độ phụ tải cực đại
được tính theo công thức:
I
max
=
S
imax
×10
3
n×
√
3×U
đ m
=
P
max
×10
3
n×
√
3U
đ m
×cos φ
i
(A)
Trong đó:

I
imax
: dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại (A)
J
kt
: mật độ kinh tế của dòng điện(A/mm
2
). Với dây AC và T=5000h thì J
kt
=1,1(A/mm
2
)
Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được theo công thức trên,tiến hành chọn tiết
diện tiêu chuẩn và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ của
đường dây và phát nóng dây dẫn trong các chế độ sự cố.
Đối với đường dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi
thép cần phải có tiết diện F≥ 70mm
2
Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp với điều kiện về
vầng quang của dây dẫn, cho nên không cần phải kiểm tra điều kiện này.
Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sự cố cần
phải có điều kiện sau:
I
sc
=
S
sc
√
3U
đ m

40×10
3
2×
√
3×110
=104,973 A
Tiết diện dây dẫn:
F
HT-1
=
1HT
kt
I
j
−
=
104,973
1,1
=95,43 mm
2
Tra bảng Dòng điện lâu dài cho phép trên dây nhôm trần và dây nhôm lõi thép
(đặt bên ngoài) ta chọn dây dẫn AC-120 có I
cp
=380 A
b. Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây HT-2:
Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại:
I
HT-2
=
3

2
Chọn dây dẫn AC-150 có I
cp
=445 A.
c.Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây HT-8:
Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại:
I
HT-8
=
3
8
10
3
HT
dm
S
n U
−
×
× ×
=
40×10
3
2×
√
3×110
=104,973 A
Tiết diện dây dẫn:
F
HT-8

×
× ×
=
54,44×10
3
2×
√
3×110
= 142,868 A
Tiết diện dây dẫn:
F
HT-9
=
9HT
kt
I
j
−
=
142,868
1,1
= 129,88 mm
2
Chọn dây dẫn AC-150 có I
cp
= 445 A.
e.Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây HT-7:
Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại:
I
HT-7

1,1
= 36,92 mm
2
Để không xuất hiện vầng quang trên đường dây cần chọn dây dẫn AC có tiết
diện F =70 mm
2
và dòng điện I
cp
=265 A.
g.Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây NĐ-3:
Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại:
I
ND-3
=
3
3
10
3
ND
dm
S
n U
−
×
× ×
=
42,22×10
3
2×
√

S
n U
−
×
× ×
=
42,22 ×10
3
2×
√
3×110
= 110,799 A
Tiết diện dây dẫn:
Electric Power University Page 21
Hệ Thống Cung Cấp Điện
F
ND-4
=
4ND
kt
I
j
−
=
110,799
1,1
= 100,73 mm
2
Chọn dây dẫn AC-120 có I
cp

I
j
−
=
110,799
1,1
=100,73 mm
2
Chọn dây dẫn AC-120 có I
cp
=380A.
k.Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây NĐ-6:
Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại:
I
ND-6
=
3
6
10
3
ND
dm
S
n U
−
×
× ×
=
44,44 ×10
3

ND
dm
S
n U
−
×
× ×
=
64,24×10
3
2×
√
3×110
=149,146A
Tiết diện dây dẫn:
F
ND-7
=
S
ND−7
j
kt
=
149,146
1,1
= 135,59 mm
2
Chọn dây dẫn AC-150 có I
cp
= 445 A.

td
– P
N
- ∆P
N
Trong mục 1 ta đã tính được:
P
N
= 154 MW ; ∆P
N
= 7,7 MW
Do đó:
P
NĐ-7
= 200 – 20 – 154 – 7,7 = 18,3 MW
Như vậy trong chế độ sự cố này nhà máy điện còn cung cấp cho hệ thống 18,3
MW.
Công suất phản kháng chạy trên đường dây có thể tính gần đúng như sau:
Q
NĐ-7
= P
NĐ-7
× tgφ
F
= 18,3 × 0,62 = 11,346 MVAr
Do đó:
S
NĐ-7
= 18,3 + 11,346 MW
Dòng công suất từ hệ thống truyền vào đường dây HT-7 bằng:

mạch còn lại có giá trị bằng:
I
1HT-7SC
= 2 ×40,613 = 81,226 A
Như vậy:
I
1HT-7SC
< I
CP
Trường hợp ngừng một tổ máy phát, dòng điện chạy trên đường dây bằng:
I
2HT-7SC
=
√
19,7
2
+7,054
2
×10
3
2×
√
3×110
= 54,91 A
Có thể nhận thấy rằng:
I
2HT-7SC
< I
CP
Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn cần xác định các

o
× L
Trong đó: n là số mạch đường dây. Đối với đường dây có hai mạch thì n = 2.
Kết quả tính các thông số của tất cả các đường dây trong mạng điện như bảng 4.1.2:
Electric Power University Page 24
Hệ Thống Cung Cấp Điện
BẢNG 4.1.1.2 THÔNG SỐ CỦA CÁC ĐƯỜNG DÂY TRONG MẠNG ĐIỆN
(Phương án 1)
Đườn
g
dây
Công suất
truyền tải Ṡ
(MVA)
I
max
(A)
F
tt
(mm
2
)
F
tc
(mm
2
)
I
cp
(A)

95.43 120
38
0
AC - 120 209.95
58.3
1
0.27 0.423 2.69 7.87
12.3
3
156.85
HT-2 50+24.23j
145.80
7
132.55 150
44
5
AC - 150 291.61
60.8
3
0.21 0.416 2.74 6.39
12.6
5
166.67
HT-8 36+17.44j
104.97
3
95.43 120
38
0
AC - 120 209.95

53.8
5
0.27 0.423 2.69 7.27 11.39 144.86
NĐ-4 38+18.4j 110.799 100.73 120
38
0
AC - 120 221.60
63.2
5
0.27 0.423 2.69 8.54
13.3
8
170.13
Electric Power University Page 25