Luận văn thạc sĩ Ngành điện
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
Viện đài tạo sau đại học
-------------o0o-------------
Đề tài:
“ Lựa chọn thông số cấu trúc Hệ thống cung cấp điện đô thị có xét đến chỉ tiêu
độ tin cậy cung cấp điện”
Chuyên ngành: Điện
Mã số ngành:
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đặng Quốc Thống
Học viên thực hiện: Bùi Thị Thiệp
Lớp: Cao học điện
Khoá: 17
HÀ NỘI - 2010
1
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu, kết quả trình bày trong bản luận văn này là trung thực và chưa được
công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào trước đó.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của
tôi đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả
Bùi Thị Thiệp
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
2
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng cảm ơn trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, khoa
sau đại học, khoa Cơ-Điện trường đại học Nông nghiệp Hà Nội.
Tôi xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS Đặng Quốc Thống,
4
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Hình dáng chung của HTCCĐĐT
Hình1.2 Sơ đồ HTĐ đô thị ở giai đoạn phát triển
Hình 1.4 Đồ thị biến thiên theo thời gian của các hàm p(t) và q(t)
Hình 1.5 Đồ thị hàm λ(t) theo thời gian t
Hình 1.6: Sơ đồ khối nguyên lý tự động thiết kế
Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc TBAPP
Hình 2.2: Sơ đồ khối các bước tính toán chọn thông số cấu trúc LHA
Hình 3.1 sơ đồ cấu trúc TBATG
Hình 3.2 : Sơ đồ khối các bước tính toán chọn thông số cấu trúc LTA
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
5
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các cấp điện áp của HTĐ đô thị một số thành phố trên thế giới
Bảng 2.1 Giá mất điện cho quy hoạch, thiết kế hệ thống điện của Canada
[USD/kwh]
Bảng 2.2 Các thông số của ĐDRN
Bảng 2.3 Kiểm tra điều kiện phát nóng dài hạn của ĐDRN.
Bảng 2.4 Tiết diện hợp lý của ĐDRN
Bảng 2.5 Các thông số của ĐDTC
Bảng 2.6 Tiết diện hợp lý của ĐDTC
Bảng 2.7: Thông số các máy biến áp của phương án TBAPP
Bảng 2.8 Công suất TBAPP hợp lý khi không thực hiên giải pháp nâng cao
ĐTC cung cấp điện.
Bảng 2.9 Thông số các máy biến áp của phương án TBAPP
Bảng 2.10 Công suất TBAPP hợp lý khi thực hiên giải pháp nâng cao ĐTC
cung cấp điện.
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
7
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
thiết kế được một hệ thống cơ sở hạ tầng trong đó có Hệ thống cung cấp
điện vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ quan đô thị mà vẫn kinh tế trong một
thời gian đủ dài đang là vấn đề được quan tâm. Chính vì vậy đề tài “ Lựa
chọn thông số cấu trúc Hệ thống cung cấp điện đô thị có xét đến chỉ tiêu
độ tin cậy cung cấp điện” đưa ra giải pháp đáp ứng được yêu cầu thực tế
trên.
II: Đối tượng, mục tiêu và ý nghĩa khoa học thực tiễn của luận văn.
Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện
đến việc lựa chọn thông số cấu trúc của HTCCĐĐT.
Mục tiêu của luận văn là xây dựng được phương pháp lựa chọn thông số
cấu trúc của HTCCĐĐT khi có xét đến chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện.
Trong luận văn này sử dụng nguyên lý tự động thiết kế, hàm chi phí
vòng đời và phương pháp khoảng chia kinh tế để xây dựng nên phương pháp
lựa chọn thông số cấu trúc cho HTCCĐĐT .
Kết quả nghiên cứu, tính toán trong luận văn giúp những người làm
công tác quan lý thấy được Hệ thống điện đang vận hành còn kinh tế không,
khi nào thì cần phải đầu tư cải tạo mới; giúp những nguời làm công tác quy
hoạch, thiết kế hệ thống cung cấp điện cho đô thị dễ dàng lập được một dự
án có chất lượng tốt, ngoài ra luận văn còn là một tài liệu tham khảo có giá
trị cho các bạn đồng nghiệp.
III: Các nội dung nghiên cứu trong luận văn.
1: Tổng quan chung về lưới điện đô thị, xu hướng phát triển hệ thống cung
cấp điện đô thị, các phương pháp quy hoạch lưới điện đô thị và khái niệm
chung về độ tin cậy cung cấp điện.
2: Lựa chọn thông số cấu trúc lưới điện hạ áp đô thị khi xét đến độ tin cậy
cung cấp điện.
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
tiêu thụ.
Lưới điện đô thị còn có đặc điểm là thường được thiết kế theo dạng vòng kín
với những trạm biến áp có công suất từ 250 kVA đến 400 kVA, cung cấp
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
10
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
cho các xí nghiệp công nghiệp, trạm điện kéo (giao thông), khu dân cư và
vùng nông nghiệp ngoại thành.
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
11
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
12
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
Một đặc trưng quan trọng của hệ thống cung cấp điện đô thị là sử
dụng mức điện áp cao (trên 1kV) và xuất hiện nhiều lần biến áp. Ví dụ trên
hình 1.1 có hai lần biến áp35-110 kV/6-10 kV và 6-10 KV/0,4 kV và được
coi là hệ thống hai cấp điện áp. Việc lựa chọn mức điện áp, số lần biến áp và
dung lượng TBA được giải quyết trên cơ sở tính toán kinh tế- kỹ thuật, xuất
phát từ cách tiếp cận hệ thống, coi hệ thống cung cấp điện đô thị như một
tổng thể, khi đó việc chia thành hai bộ phận: Lưới cung cấp và lưới phân
phối như trên chỉ là quy ước. Tuy nhiên cách tiếp cận hệ thống vẫn cho phép
giải tích phân rã các phần và có xét đến những mối liên hệ giữa chúng.
I.2 Xu hướng phát triển HTCCĐĐT.
Việc lựa chọn cấu trúc tối ưu của HTCCĐĐT phụ thuộc rất nhiều vào
lịch sử phát triển của đô thị và HTCCĐ của nó cũng như vào điều kiện cụ
thể của đô thị hiện tại. Tuy nhiên dựa vào những yêu cầu, những tính chất
chung của các HTĐ đô thị cũng như xu hướng phát triển chung của các đô
thị hiện nay người ta đã tiến hành nghiên cứu xây dựng một HTĐ lý tưởng
cho đô thị nói chung. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này có thể làm cơ sở cho
xây dựng hệ thống lưới 380 kV bao quanh đô thị. Khi ấy lưới 110 kKV cũ
biến thành lưới phân phối. Đường vòng 110 kV bị tách dần và cuối cùng các
đoạn đường dây 110 kV được nối với các trạm 380 kV và biến thành các
đường đưa sâu. Sơ đồ nguyên lý HTĐ ở giai đoạn phát triển có thể được
trình bày như hình 1.2.
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
14
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
Có thể thấy rằng quá trình phát triển HTĐ ở đây tương đối tuần tự và
dễ dàng, cấu trúc HTĐ những năm trước tạo điều kiện thuận lợi cho việc
phát triển HTĐ ở những năm tiếp sau nó. Tuy nhiên thực hiện quá trình phát
triển này cần đặc biệt lưu ý đến điều kiện cụ thể của đô thị cũng như các tiến
bộ khoa học trong công nghiệp nói chung.
Đối với các HTĐ đang hoặc sẽ xây dựng, vấn đề xây dựng hệ thống cung
cấp điện theo sơ đồ phát triển HTĐ lý tưởng có thể thực hiện tương đối dễ
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
15
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
dàng. Tuy nhiên hiện nay đa số các đô thị lớn lại có lịch sử phát triển rất lâu
đời ( thườn trước cả khi ngành điện lực ra đời ) và HTCCĐ của các đô thị đó
chịu ảnh hưởng rất lớn của việc này. Mặt khác, ở mỗi nước khác nhau thì
phương pháp tính toán kinh tế- kỹ thuật cũng khác nhau nên HTĐ của mỗi
nước cũng khác nhau. Tuy nhiên có thể thấy rằng HTĐ của các đô thị đều có
xu hướng cải tạo, phát triển theo hướng HTĐ lý tưởng và cho đến nay cấu
trúc của chúng đã tương đối giống loại HTĐ này.
Phân tích quá trình phát triển của các HTĐ đô thị trên thế giới nói chung
cho thấy tình trạng hiện nay và xu hướng phát triển của HTĐ lý tưởng ngoài
các điểm đã nêu còn có các nét chung sau:
1. Đại đa số các HTĐ hiện nay đều tồn tại 4 cấp điện áp là: Siêu cao áp,
cao áp, trung áp và hạ áp.
dáng cấu trúc HT đúng như xu hướng phát triển chung của HTCCĐĐT
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
17
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
Trung tâm thành phố là trạm 110kV Đồng Niên, xung quang thành phố là
các trạm Nhị Chiểu, Tiền Trung, Nghĩa An, Phúc Diền, Ngọc Sơn, Lai
Khê…Các tạm này được cấp điện bởi đường 220kV Hải Dương- Phố Cao và
Tràng Bạch- Phúc Sơn. Nguồn phát điện ngoại thành là nhà máy nhiệt điện
Phả Lại. Tuy hệ thống điện này cũng chỉ là cấu trúc sơ khai của cấu trúc tối
ưu nhưng việc phát triển đến cấu trúc tối ưu là không khó khăn.
I.3 Khái niệm chung về độ tin cậy cung cấp điện.
Việc ngừng cung cấp điện sẽ ngày càng gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế
quốc dân bởi quá trình sản xuất, tiêu dùng ngày càng gắn bó chặt chẽ với
điện năng. Mà đô thị lại là một phụ tải lớn và quan trọng không những về
kinh tế mà còn về chính trị nên khi thiết kế, quy hoạch lưới điện đô thị thì
yếu tố chất lượng điện năng và chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện là rất quan
trọng.
I.3.1 khái niệm về độ tin cậy cung cấp điện.
Độ tin cậy của HTĐ được hiểu là khả năng của hệ thống đảm bảo về cung
cấp đầy đủ và liên tục điện năng cho các hộ tiêu thụ điện với chất lượng
(điện áp, tần số) hợp chuẩn.
I.3.2 Những chỉ tiêu đặc trưng cho quá trình hỏng hóc của HTĐ.
1. Xác suất làm việc tin cậy.
Là xác suất không xảy ra hỏng hóc trong giới hạn thời gian làm việc đã
cho. Xác suất này có thể tính được trong khoảng thời gian T bất kỳ theo
công thức sau:
p(0,t) = p(t) = p(T≥t) (1.1)
Trong đó: T- Đại lượng ngẫu nhiên đặc trưng cho khoảng thời gian từ khi
bắt đầu làm việc đến lần hỏng hóc đầu tiên ( gọi là thời gian làm việc tin
cậy).
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
p(t),q(t)
1
0,5
0
p(t)
q(t)
t
Hình 1.4 Đồ thị biến thiên theo thời gian của các hàm p(t) và q(t)
3. Mật độ xác suất làm việc tin cậy.
Mật độ xác suất làm việc tin cậy là đạo hàm của xác suất hỏng hóc q(t)
(1.5)
Trong đó: f(t)- mật độ xác suất ( luật phân bố vi phân) của đại lượng ngẫu
nhiên T.
4. Cường độ hỏng hóc.
Là mật độ xác suất có điều kiện của việc phát sinh hỏng hóc của các phần
tử không phục hồi xác định đối với thời điểm đã cho với điều kiện trước đó
hỏng hóc chưa xảy ra. Cường độ hỏng hóc được xác định theo công thức
sau:
(1.6)
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
20
( ) ( )
( )
dq t dp t
f t
dt dt
= = −
( )
( )
21
*
( )
( )
( ).
n t
t
n t t
λ
∆
=
∆
[ ]
0
. ( ).
t
m M T t f t dt
∞
= =
∫
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
(1.9)
Tích phân từng phần (1.9) ta được:
(1.10)
Như vậy thời gian làm việc tin cậy trung bình có thể biểu diễn bằng diện
tích giới hạn giữa đường cong p(t) với các trục toạ độ.
• Đáp ứng của m(t):
(1.11)
1
( )
N
i
i
t
t
m m t
N
=
≈ =
∑
0
1
.
t
t
m e dt
λ
λ
∞
−
= =
∫
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
thường được quan tâm là: Thời gian trung bình sửa chữa sự cố; Xác suất
hoàn thành sửa chữa trong khoảng thời gian cho trước;…
+ Xác suất hoàn thành sửa chữa trong khoảng thời gian cho trước: Là xác
suất khắc phục hỏng hóc trong khoảng thời gian cho trước trong những điều
kiện sửa chữa nhất định. Đó chính là xác suất để cho thời gian sửa chữa nhỏ
- Số lần mất điện trung bình cho phụ tải trong năm.
I.4 Các phương pháp tính toán và quy hoạch lưới điện đô thị.
Phụ tải phát triển liên tục nên khả năng tải của các phần tử trong lưới
điện như: Đường dây, TBA… sau một thời gian sẽ không đáp ứng được yêu
cầu của phụ tải. Lúc đó phải tiến hành cải tạo lưới điện để nâng cao khả
năng tải của lưới điện và hiệu quả kinh tế.
Có thể có nhiều biện pháp để tăng khả năng tải của lưới điện như: Tăng
tiết diện dây dẫn của dường dây cũ; xây dựng thêm đường dây mới; tăng
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
23
Luận văn thạc sĩ Ngành điện
công suất TBA cũ; Cấy thêm các trạm biến áp mới…Có thể có những phụ
tải mới xuất hiện ở nơi chưa có đường dây tới và cũng có nhiều biện pháp
cấp điện cho các phụ tải này. Như vậy sẽ có một loạt các biện pháp tăng khả
năng tải của lưới điện liên tục trong thời gian tạo thành một phương án phát
triển lưới điện.
Để có thể phát triển lưới điện một cáchtối ưu cần phải lập và so sánh về
kinh tế của nhiều phương án phát triển lưới điện đã đạt được yêu cầu về mặt
kỹ thuật.
Các phương án phát triển lưới điện được lập và so sánh trong các quy
hoạch phát triển lưới điện. Thông thường có 3 loại quy hoạch.
1- Quy hoạch dài hạn (dự kiến phát triển lưới điện trong khoảng thời
gian 20 đến 30 năm sau).
2- Quy hoạch trung hạn (Chính xác hoá quy hoạch dài hạn trong khoảng
10 đến 20 năm sau).
3- Quy hoạch ngắn hạn (Lập ra kế hoạch chính xác xây dựng các công
trình điện trong khoảng thời gian dưới 10 năm sau).
Trong quy hoạch dài hạn và trung hạn phải làm các bước sau:
- Thu thập tình hình về hiện trạng lưới điện.
- Dự báo sự phát triển của phụ tải (Ở các năm gần thì việc dự báo tương
sở phân tích kinh tế kỹ thuật lựa chọn phương án thiết kế hợp lý. Do xuất
phát từ những điều kiện cụ thể như: địa hình, kinh tế- xã hội, nguồn cung
cấp điện, phụ tải điện…nên kết quả nhận được thường hợp lý và tin cậy. Tuy
nhiên các phương pháp thiết kế này cũng bộc lộ một số nhược điểm: khối
lượng tính toán lớn, có thể đạt tối ưu cục bộ ở hiện tại nhưng rất dê trở nên
kém hiệu quả tong tương lai, số chủng loại thít bị trong toàn hệ thống rất lớn
gây khó khăn cho công tác lắp đặt, sửa chữa và vận hành…
Bùi Thị Thiệp- CHĐ17
25
Copyright: Tài liệu đại học ©