Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
Lời nói đầu
Ngày nay điện năng đã trở thành dạng năng lượng không thể thay thế
trong các lĩnh vực của đời sống và sản xuất. Đi đôi với việc tăng cường năng
lực sản xuất điện phục vụ đời sống là vấn đề truyền tải điện năng.
Việc truyền tải điện là một trong ba khâu cơ bản của quá trình sản xuất,
tiêu thụ và phân phối điện năng. Thực tế một hệ thống điện có vận hành ổn
định hay không là phụ thuộc rất nhiều và các hệ thống truyền tải. Tổn thất
điện áp cao hay thấp phụ thuộc hoàn toàn và các đường dây tải điện. Đồng
thời mức độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện cũng được quyết định bởi hệ
thống truyền tải điện năng. Do vậy việc thiết kế, xây dựng và vận hành hệ
thống điện luôn luôn phải được đề cao.
Trong khuôn khổ của đồ án này có rất nhiều chi tiết đã được đơn giản
hoá nhưng đây là những cơ sở quan trọng cho việc thiết kế một hệ thống điện
lớn. Đồ án tốt nghiệp của em bao gồm hai nhiệm vụ lớn như sau:
Phần 1: Thiết kế lưới điện khu vực
Phần 2: Thiết kế trạm biến áp kiểu treo 100 kVA, 22/0,4 kV
Với sự nỗ lực của bản thân em cũng như sự giúp đỡ tận tình của các
thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện, bản đồ án này đã được hoàn thành. Cuối
cùng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Lân Tráng là
người trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đồ án này. Em kính mong được sự
góp ý, chỉ bảo của các thầy cô để bản đồ án của em được hoàn thiện.
Hà Nội, tháng 11 năm 2006
Sinh viên
Thiết kế lưới điện khu vực và kế trạm biến áp kiểu treo 100 kVA, 22-0,4
kV
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
Nguyễn Ngoc Hùng
PHẦN 1: THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

×
60 =
240 MW.
Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện có thể là than đá, dầu và khí đốt. Hiệu suất
của các nhà máy nhiệt điện tương đối thấp (khoảng 30
÷
40%). Đồng thời
công suất tự dùng của nhiệt điện thường chiếm khoảng 6 % đến 15 % tùy 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
; còn khi P
≤
30 % P
đm
thì các máy phát ngừng làm việc.
Công suất phát kinh tế của các nhà máy nhiệt điện thường bằng
(80
÷
90 %)P
đm
. Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 85 % P
đm
,
nghĩa là:
P
kt

P
F
= 3
×
60 = 180 MW
Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ hệ thống
điện.
1.1.3. Số liệu phụ tải
Hệ thống cấp điện cho 9 phụ tải có P
min
= 0,5 P
max
, T
max
= 5300 h.
Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện được tính như sau:
2
max
2
maxmax
maxmaxmax
maxmax
.
jQPS
jQPS
tgPQ
+=
+=
=


T KT T KT T T T KT T
Điện áp thứ
cấp
22 22 22 22 22 22 22 22 22
Tổng công suất
max (MVA) 278 + j133,72
Bảng 1.1. Số liệu về các phụ tải
1.1.4. Kết luận
Ở giữa hai nguồn có phụ tải số 6 nên khi thiết kế đường dây liên lạc giữa nhà
máy và hệ thống thì đường dây này sẽ đi qua phụ tải 6. Để đảm bảo kinh tế thì
các phụ tải được cấp điện từ các nguồn gần nó nhất. Phụ tải 4 và 1 được cấp
điện trực tiếp từ nhà máy, phụ tải 8 và 9 được cấp điện từ hệ thống. Khoảng
cách từ nguồn đến phụ tải gần nhất là 53,8 km, đến phụ tải xa nhất là 80,6 km.
Đối với các phụ tải gần nguồn thì xác suất sự cố đường dây ít nên thường
được sử dụng sơ đồ cầu ngoài, đối với các phụ tải xa nguồn có xác suất sự cố
đường dây lớn nên được sử dụng sơ đồ cầu trong.
1.2. 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 lượng
nhận thấy được. Tính chất này xác định sự đồng bộ của quá trình sản xuất và
tiêu thụ điện năng.
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
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 thường, cần phải có dự trữ
nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống. Dự trữ trong hệ thống điện

∑
∆
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,
nghĩa là P
dt
= 0.
Tổng công suất tác dụng của các phụ tải khi cực đại được xác định từ bảng
1.1 bằng:

NĐ
= P
kt
= 204 MW
Như 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
= 315,9 – 204 = 111,9 MW
1.3. 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, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng thì 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 hệ thống, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất
phản kháng.
Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có
dạng:
Q
F
+ Q

∑
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
đường dây trong mạng điện.
∑
C
Q
- tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây
sinh ra, khi tính sơ bộ lấy
∑ ∑
=∆
CL
QQ
.
∑
b
Q
- tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp,
trong tính toán sơ bộ lấy
∑ ∑
=
max
%15 QQ

HT
ϕ
= 111,9.0,75 = 83,93 MVAr
Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại theo mục
(1.1.2.b):
∑
max
Q
= 133,72 MVAr
Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp:
∑
b
Q
=15%
×
133,72 = 20,06 MVAr
Tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện có giá trị:
Q
td
= P
td
.tg
td
ϕ
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
Với cos
td
ϕ

dụng phương pháp nhiều phương án. Từ các vị trí đã cho của các phụ tải và
các nguồn cung cầp cần dự kiến một số phương án và phương án tốt nhất sẽ
chọn được trên cơ sở so sánh kinh tế – kỹ thuật các phương án.
Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất lượng
cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Khi dự kiến sơ đồ của mạng
điện thiết kế, trước 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 cung cấp
cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng.
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
Đối với các hộ tiêu thụ loại II, trong nhiều trường hợp được cung cấp bằng
đường dây hai mạch hoặc bằng đường dây riêng biệt. Nhưng nói chung cho
phép cung cấp điện cho các hộ loại II bằng đường dây trên không một mạch,
bởi vì thời gian sửa chữa sự cố cho các đường dây trên không rất ngắn.
Các hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện bằng đường dây một mạch.
Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn cung cấp và các phụ tải, cũng
như vị trí của chúng, có 5 phương án được dự kiến như ở hình 2.1a, b, c, d, e.
Hình 2.1.a Sơ đồ mạch điện phương án 1
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
10
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
Hình 2.1.b. Sơ đồ mạch điện phương án 2.
Hình 2.1.c. Sơ đồ mạch điện phương án 3
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
11
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
Hình 2.1.d. Sơ đồ mạch điện phương án 4.
Hình 2.1.e. Sơ đồ mạch điện phương án 5.

P
N
trong đó:
P
kt
– tổng công suất phát kinh tế của NĐ
P
td
– công suất tự dùng trong nhà máy điện
P
N
– tổng công suất các phụ tải nối với NĐ (1, 2,3 4, 5)
P
N
= P
1
+ P
2
+ P
3
+ P
4
+ P
5

Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
13
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
∆
P

P
N
= 5%P
N
= 7,60 MW
Do đó: P
N6
= 204- 24- 152- 7,60 = 20,4 MW
Công suất phản kháng do NĐ truyền vào đường dây NĐ - 6 có thể tính gần
đúng như sau:
Q
N6
= P
N6

×
tg
6
ϕ
= 20,4.0,48 = 9,79 MVAr
Như vậy:
6N
S

=20,4 + j9,79 MVAr
Dòng công suất truyền tải trên đường dây HT- 6 là:
666 NH
SSS

−=

NĐ-3 30 + j14,52 78,1 102,53
NĐ-4 34 +j21,08 51 105,86
NĐ-5 30 +j12,78 80,6 102,76
NĐ-6 20,4 + j9,79 80,6 87,56
HT-6 11,6 + j5,71 63,2 68,46
HT-7 30 +j14,52 63,2 101,15
HT-8 34 +j14,48 53,8 106,11
HT-9 30 +j12,78 63,2 101,15
Bảng 2.1. Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện
Từ kết quả tính toán trên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện ở tất cả các
phương án là U
đm
= 110 kV
b. Chọn tiết diện dây dẫn
Các mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên
không. Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), đồng thời các
dây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tùy theo địa
hình đường dây chạy qua. Đối với các đường 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 được chọn theo mật độ
kinh tế của dòng điện, nghĩa là:
kt
J
I
F
max
=
trong đó:

,A
trong đó:
n-số mạch của đường dây (đường dây một mạch n=1; đường dây hai
mạch n=2).
U
đm
- điện áp định mức của mạng điện, kV
S
max
- công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA
Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được theo công thức trên, tiến hành chọn tiết
diện tiêu chuẩn gần nhất 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 sau
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
≥
70 mm
2
.
Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp 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 sau sự cố,
cần phải có điều kiện sau:
I
sc

≤
I
CP

Tiết diện dây dẫn:
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
16
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
F
N6
=
38,59
1
38,59
6
==
kt
N
J
I
mm
2
Để không xuất hiện vầng quang trên đường dây, cần chọn dây AC có tiết diện
F=70 mm
2
và dòng điện I
CP
= 265 A.
Sau khi chọn tiết diện tiêu chuẩn cần kiểm tra dòng điện chạy trên đường dây
trong các chế độ sau sự cố. Đối với đường dây liên kết NĐ-6-HT, sự cố có thể
xảy ra trong hai trường hợp sau:
- Ngừng một mạch trên đường dây.
- Ngừng một tổ máy phát điện.
Nếu ngừng một mạch của đường dây thì dòng điện chạy trên mạch còn lại

td
-P
N
-
∆
P
N
Trong mục (2.1.1.a) đã tính được:
P
N
= 152 MW,
∆
P
N
= 7,60 MW
Do đó:
P
N6
= 180-18-152-7,60 = 2,4 MW
Q
N6
= 2,4.0,48 = 1,15 MVAr
Vì vậy dòng điện chạy trên đường dây NĐ-6 sẽ không lớn hơn trường hợp đứt
một mạch.
* Chọn tiết diện cho đường dây HT-6
Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại bằng:
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
17
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
93,3310.

< I
CP
.
Trường hợp ngừng một tổ máy phát, hệ thống phải cung cấp cho phụ tải 6
lượng công suất là:
666 NH
SSS

−=
=32 +j15,5 -(2,4 + j1,15) = 29,6 + j14,35 MVAr
Dòng điện chạy trên HT-6 khi đó là:
33,8610.
110.3.2
35,146,29
3
22
2
=
+
=
sc
I
A
Như vậy I
2sc
< I
CP
* Chọn tiết diện của đường dây NĐ-1
Dòng điện chạy trên đường dây bằng:
31,9310.

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn, cần xác định các thông số đơn
vị của đường dây là r
0
, x
0
, b
0
và tiến hành tính các thông số tập trung R, X và
B/2 trong sơ đồ thay thế hình
Π
của các đường dây theo công thức sau:
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
18
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
R=
..
1
0
r
n
; X=
..
1
0
x
n
;
...
2
1

17,33
17,73
13,90
25,91
11,57
13,59
R,Ω
9,62
16,58
13,28
8,42
13,30
18,54
14,54
10,74
8,88
10,43
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
19
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
b
0
(10
-6
).Ω/km
2,65
2,58
2,84
2,65
2,65

0,17
0,33
0,33
l, km
58,3
72,1
78,1
51
80,6
80,6
63,2
63,2
53,8
63,2
I
SC
, A
186,60
151,60
-
209,97
171,15
118,76
86,33
-
193,96
171,15
I
CP
,A

75,80
174,93
104,98
85,58
59,38
33,93
174,93
96,98
85,58
I
BT
, A
93,30
75,80
174,93
104,98
85,58
59,38
33,93
174,93
96,98
85,58
S, MVA
32+j15,49
26+j12,58
30+j14,52
34+j21,08
30+j12,78
20,40+j9,79
11,6+j5,71

điện một cấp điện áp không vượt quá 10
÷
15% trong chế độ làm việc bình
thường, còn trong các chế độ sau sự cố các tổn thất điện áp lớn nhất không
vượt quá 15
÷
20%, nghĩa là:
∆
U
maxbt
%=10
÷
15%
∆
U
maxsc
%=10
÷
20%
Đối với những mạng điện phức tạp, có thể chấp nhận các tổn thất điện áp lớn
nhất đến 15
÷
20% trong chế độ phụ tải cực đại khi vận hành bình thường và
đến 20
÷
25% trong chế độ sau sự cố, nghĩa là:
∆
U
maxbt
%=15

i
, X
i
- điện trở và điện kháng của đường dây thứ i.
Khi tính tổn thất điện áp, các thông số trên được lấy trong bảng 2.2.
Đối với đường dây có hai mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên
đường dây bằng:
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
21
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
∆
U
isc
%=2
∆
U
ibt
%
* Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-1
Trong chế độ làm việc bình thường tổn thất điện áp trên đường dây bằng:
%14,4100
110
51,1249,1562,932
%
2
1
=×
×+×
=∆
bt

, %
NĐ-1 4,14 8,28 NĐ-6 4,56 9,12
NĐ-2 5,21 10,42 HT-6 2,05 4,10
NĐ-3 7,12 - HT-7 5,77 -
NĐ-4 4,27 8,54 HT-8 3,88 7,76
NĐ-5 5,13 10,26 HT-9 4,02 8,04
Bảng 2.3. Các giá trị tổn thất điện áp trong mạng điện phương án 1.
Từ các kết quả trong bảng 2.3 nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất của
mạng điện trong phương án 1 có giá trị:
∆
U
maxbt
% =
∆
U
NĐ2
% = 5,21%
Tổn thất điện áp lớn nhất khi sự cố bằng:
∆
U
maxSC
% =
∆
U
NĐ2SC
% = 10,42%
2.1.2. Phương án 2
Phương án 2 có sơ đồ như sau:
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
22

Đường
dây
Công suất
truyền tải
Chiều dài
đường dây

,
km
Điện áp tính
toán U, kV
Điện áp định mức
của mạng U
đm
, kV
NĐ-1 32 + j15,49 58,3 103,64 110
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
23
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
NĐ-2 26 +j12,58 72,1 95,88
NĐ-4 64 +j35,6 51 142,3
4-3 30 + j14,52 41,2 99,08
NĐ-5 30 +j12,78 80,6 102,76
NĐ-6 20,4 + j9,79 80,6 87,56
HT-6 11,6 + j5,71 63,2 68,46
HT-8 64 + j29 53,8 142,48
8-7 30 + j14,52 41,2 99,08
HT-9 30 +j12,78 63,2 101,15
Bảng 2.4. Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện
b. Chọn tiết diện dây dẫn

7
13,30
18,54
14,54
4,57
7
10,43
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hùng - Hệ thống điện Uông Bí
24
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện
b
0
(10
-6
).Ω/km
2,65
2,58
2,84
2,84
2,65
2,58
2,58
2,84
2,84
2,65
x
0
,
Ω/km
0,43

63,2
53,8
41,2
63,2
I
SC
, A
186,60
151,60
384,38
-
171,15
118,76
86,33
368,78
-
171,15
I
CP
,A
330
265
510
510
330
265
265
510
510
330

BT
, A
93,30
75,80
192,19
174,93
85,58
59,38
33,93
184,39
174,93
85,58
S, MVA
32+j15,49
26+j12,58
64+j35,6
30+j14,52
30+j12,78
20,40+j9,79
11,6+j5,71
64+j29
30+j14,52
30+j12,78
Đường
dây
NĐ-1
NĐ-2
NĐ-4
4-3
NĐ-5