Tài liệu 08 luoi_dien_dung_le_minh_full_2744

Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh LỜI MỞ ĐẦU Điện năng là một nguồn năng lượng quan trọng của hệ thống năng lượng quốc gia, nó được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực như: sản xuất kinh tế, đời sống sinh hoạt, nghiên cứu khoa học… Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nên nhu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng cao về số lượng cũng như chất lượng. Để đáp ứng được về số lượng thì ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm và khai thác tốt các nguồn năng lượng có thể biến đổi chúng thành điện năng.Mặt khác, để đảm bảo về chất lượng có điện năng cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện năng hiện đại, có phương thức vận hành tối ưu nhất đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng như kinh tế. Xuất phát từ điều đó, bên cạnh những kiến thức giảng dạy trên giảng đường, mỗi sinh viên ngành Hệ thống điện đều được giao đồ án môn học về thiết kế điện cho mạng điện khu vực. Quá trình thực hiện đồ án giúp chúng ta hiểu biết tổng quan nhất về mạng lưới điện khu vực, hiểu biết hơn về những nguyên tắc chủ yếu để xây dựng hệ thống điện như xác định hướng và các thông số của các đường dây, chọn hệ thống điện áp cho mạng điện chính…những nguyên tắc tổ chức và điều khiển hệ thống, tổng vốn đầu tư và các nguồn nguyên vật liệu để phát triển năng lượng … Em xin chân thành cảm ơn đến thầy Phạm Văn Hòa, cùng toàn thể các thầy cô trong khoa Hệ thống Điện đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội, ngày 5 tháng 3 năm 2012. SINH VIÊN Lê Minh Dũng 1 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM MỘT NGUỒN ĐIỆN VÀ MỘT SỐ PHỤ TẢI KHU VỰC CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY I. Tính toán công suất I.1. Sơ đồ địa lý I.2. Phân tích nguồn Nguồn cung cấp cho các hộ phụ tải ở đây là một nguồn công suất vô cùng lớn, hệ số công suất của nguồn là cos  = 0,85. I.3. Phân tích phụ tải Tổng công suất các hộ tiêu thụ trong chế độ cực đại là 150 MW. Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại. Trong số 6 hộ phụ tải thì có 1 hộ phụ tải thuộc loại I, 2 hộ thuộc loại II có mức đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất , nghĩa là nếu mất điện sẽ gây hậu quả 2 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh nghiêm trọng. Ba hộ phụ tải còn lại thuộc họ loại III có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện thấp hơn, là những hộ mà việc mất điện không gây hậu quả nghiêm trọng. Thời gian sử dụng công suất cực đại là Tmax = 5000 giờ Ta có bảng số liệu tổng hợp về phụ tải như sau: STT 1 2 3 4 5 6  Phụ tải max P(MW) Q(MVAr) S(MVA) 15 9,30 17,65 40 24,19 46,84 Phụ tải min P(MW) Q(MVAr) S(MVA) 10,5 6,51 12,35 28 32,94 25 35 30 30 175 17,35 17,5 24,5 21 21 122,5 15,49 21,69 18,59 18,59 107,85 29,41 41,18 35,29 35,29 205,66 10,85 15,18 13,01 13,01 75,91 20,59 28,82 24,70 24,70 144,1 Trong đó: Smin = 70% Smax. Smax = Pmax + jQmax. Smin= Pmin + jQmin. I.4. Tính toán cân bằng công suất Tổng công suất tác dụng do nguồn sinh ra bằng tổng công suất tác dụng do các hộ phụ tải tiêu thụ và tổn thất công suất tác dụng trên lưới. a) Cân bằng công suất tác dụng Sự cân bằng công suất tác dụng trông khu vực xét được biểu diễn bằng công thức sau : P = mP + P Trong đó : P : Tổng công suất phát của trạm điện P: Tổng công suất tải cực đại của phụ tải P: tổn thất công suất toàn lưới phía cao áp P = 5%  P 3 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh P = 1.175+ 0,05.175 = 183,75 ( MW) m : Hệ số đồng thời, phản ánh khả năng đồng thời cùng một lúc đều sử dụng công suất cực đại. Trong thiết kế lấy m = 1 b) Cân bằng công suất phản kháng Sự cân bằng công suất phản kháng được thể hiện bằng công thức: Q + Q = mQ + Q Q = 15%.mQ = = 16,18 (MVAr) => Q = mQ + Q - Q = 107,85 + 16,18 – 113,93= 10,1 (MVAr) Ta phân bù về các phụ tải theo nguyên tắc ưu tiên các hộ ở xa, và có cos  thấp: Bù 4,1( MVAr ) tại phụ tải 2: S ptmoi2 = 40 + j(24,19 - 4,1) = 40 + 20,09 MVA Bù 3 MVAr tại phụ tải 3: S ptmoi3 = 25 + j(15,49 - 3) = 25 + 12,49 MVA Bù 3 MVAr tại phụ tải 4: S ptmoi4 = 35 + j(21,69 - 3) = 35 + 18,69 MVA Kết quả sau khi bù như sau : STT Pmax Qmax (MW) (MVAr) cos  1 2 3 4 5 6 15 40 25 35 30 30 9,30 20,09 12,49 18,69 18,59 18,59 4 0,85 0,89 0,89 0,88 0,85 0,85 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh II. Vạch các phương án nối dây Phương án 1 Phương án 2 5 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh Phương án 3 Phương án 4 6 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh Phương án 5 Phương án 6 7 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh - Sơ đồ hình tia có ưu điểm là : Đơn giản về sơ đồ nối dây, bố trí thiết bị đơn giản; các phụ tải không liên quan đến nhau , khi sự cố trên 1một đường dây không ảnh hưởng đến đường dây khác, tổn thất nhỏ hơn sơ đồ liên thông. Tuy vậy sơ đồ hình tia có nhược điểm là : khảo sát thiết kế thi công mất nhiều thời gian và tốn nhiều chi phí. - Sơ đồ liên thông có ưu điểm là khảo sát thiết kếgiảm nhiều so với sơ đồ hình tia, thiết bị dây dẫn có chi phí giảm. Tuy vậy nó có nhược điểm là cần có thêm trạm trung gian , thiết bị bố trí đòi hỏi bảo vệ rơle , thiết bị tự động hoá phức tạp hơn, độ tin cậy cung cấp diện thấp hơn so với sơ đồ hình tia. - Mạng kín có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp cao, khả năng vận hành lưới linh hoạt, tổn thất ở chế độ bình thường thấp. Tuy nhiên nhược điểm của mạng kín là bố trí bảo vệ rơle và tự động hoá phức tạp, khi xảy ra sự cố tổn thất lưới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn. Dựa vào ưu nhược điểm đã phân tích ở trên ta chọn phương án 4 và phương án 6 để tính toán tiếp. III. Chọn điện áp định mức cho lưới điện Lựa chọn cấp điện áp định mức cho mạng điện là nhiệm vụ rất quan trọng, vì trị số điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến các chi phí kinh tế, kỹ thuật của mạng điện. Để chọn được cấp điện áp hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Phải đáp ứng được yêu cầu mở rộng phụ tải sau này. - Đảm bảo tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải. - Khi điện áp càng cao thì tổn thất công suất càng bé, sử dụng ít kim loại màu (I nhỏ). Nhưng điện áp càng tăng cao thì chi phí xây dựng mạng điện càng lớn và giá thành thiết bị càng tăng. Vì vậy phải chọn điện áp định mức như thế nào cho phù hợp về kinh tế và kĩ thuật. Chọn điện áp tối ưu theo công thức : Ui = 4,34. li  16 P - đối với lộ đơn. P Ui = 4,34. li  16 - đối với lộ kép. 2 Ui - điện áp đường dây thứ i (kV). li - khoảng cách từ nguồn đến phụ tải thứ i ( km). Pi - công suất lớn nhất trên đường dây thứ i (MW). 8 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh IV. Tính toán chọn tiết diện dây dẫn IV.1. Chọn tiết diện dây Do mạng điện thiết kế có Uđm=110kV, tiết diện dây dẫn thường được chọn theo phương pháp mật độ kinh tế của dòng điện Jkt. Fkt = (*) Với Imax là dòng điện cực đại trên đường dây trong chế độ làm việc bình thường, được xác định theo công thức: Imax = S max i n  3.U dm Trong đó : Jkt - mật độ kinh tế của dòng điện (mm2) Uđm - điện áp định mức của dòng điện. (kV) Smaxi - công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại.(MVA) n - số lộ đường dây. Ta sử dụng dây nhôm lõi thép để truyền tải với thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải là 4000h. Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức (*), tiết hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang. Độ bền cơ về đường dây và điều kiện pháp nóng của dây dẫn. IV.2. Kiểm tra điều kiện vầng quang Theo điều kiện, tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn trị số cho phép đối với mỗi cấp điện áp. Với cấp điện áp 110kV, để không xuất hiện vầng quang tiết diện dây dẫn tối thiểu được phép là 70mm2 . * Kiểm tra phát nóng dây dẫn. Theo điều kiện: Isc max < k. Icp. Trong đó : Icp - dòng điện cho phép của dây dẫn, nó phụ thuộc vào bản chất và tiết diện của dây. k - hệ số quy đổi theo nhiệt độ Khc = 0.82 ứng với nhiệt độ là 25oc. Đối với đường dây kép : Isc max = 2.Ibt max < 0.82 Icp. Đối với đường dây đơn khi có sự cố sẽ dẫn đến mất điện. 9 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh V. Tiêu chuẩn tổn thất điện áp Các mạng điện 1 cấp điện áp đạt tiêu chuẩn kĩ thuật nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cố nằm trong khoảng sau đây: U max bt 10%  15% U max sc 15%  20% Đối với những mạng điện phức tạp (mạng điện kín), có thế chấp nhận tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ phụ tải cực đại và chế độ sự cố nằm trong khoảng: U max bt 15%  20% U max sc  20%  25% Trong đó Ubt Max , Usc Max là tổn thất điện áp lúc bình thường và lúc sự cố nặng nề nhất. Ta tính tổn thất theo công thức: Ui % =  Pi.Ri  Qi.Xi U 2dm 100 % Trong đó: Pi ,Qi là công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây thứ i (MW, MVAr). Ri, Xi là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây thứ i(  ). 10 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh CHƯƠNG II TÍNH TOÁN KINH TẾ KĨ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU PHẦN A: TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN 4 I. Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp I.1.Tính toán phân bố công suất sơ bộ Sơ đồ nối dây của phương án 4 : Sự phân bố công suất trong mạng: (30  j18,59).(33, 06  41, 23)  (30  j18,59).41, 23 S&.(l  l )  S&5 .lN 5 S&N 6  6 N 5 N 6 = 28, 28  36, 06  41, 23 lN 5  l56  lN 6 = 32,83 + j20,34 MVA S&N 5  S&6  S&5  S&N 6 = (30 + j18,59) + (30 + j18,59) - (32,83 + j20,34) = 27,17 + j16,84 MVA S&5 6  S&N 6  S&6 = 32,83 + j20,34 - (30 + j18,59) = 2,83 + j1,75 MVA 11 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh Ta có bảng số liệu sau : Nhánh Công suất MVA N-1 N-2 N-3 N-4 N-5 N-6 5-6 Chiều dài 15 + j9,3 40 + j20,09 25 + j12,49 35 + j 18,69 27,17 + j16,84 32,83 + j20,34 36,06 2,83 + j1,75 I.2.Tính toán chọn cấp điện áp U N 1  4,34. 44,72  16.15  73,23 kV U N  2  4,34. 50  16. 40  83,48 kV 2 U N 3  4,34. 58,31  16.25  92,91 kV U N  4  4,34. 64, 03  16.35  108,42 kV U N 5  4,34. 41, 23  16.27,17  94,68 kV U N 6  4,34. 28, 28  16.32,83  102,11 kV U 56  4,34. 36, 06  16.2,83  39,14 kV Ta chọn cấp điện áp 110 kV để truyền tải là hợp lý. II. Chọn tiết diện dây dẫn II.1. Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế Nhánh N-1 I= 152  9,32 .103 = 92,63 (A) 3.110 92, 63 F = 1,1 = 84,21 ( mm2 ) � Chọn dây AC-95 12 (km) 44,72 50,00 58,31 64,03 41,23 28,28 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh Nhánh N-2 402  20, 092 .103 = 117,47 (A) I= 2. 3.110 117, 47 F = 1,1  106,79 ( mm 2 ) � Chọn dây AC-120 Nhánh N-3 252  12, 492 .103  146,68 (A) 3.110 I= 146, 68 F = 1,1 = 133,35 ( mm 2 ) � Chọn dây AC-150 Nhánh N-4 352  18, 692 .103  208,25 (A) I= 3.110 F= 208, 25  189,32 ( mm 2 ) 1,1 � Chọn dây AC-240 Xét mạch vòng N5-6 Đoạn N-5 I= 27,17 2  16,842 .103  167,78 (A) 3.110 13 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh 167, 78 F = 1,1  152,53 ( mm 2 ) � Chọn dây AC-185 Đoạn N-6 32,832  20,342 .103  202,70 (A) 3.110 I= 202, 70 F = 1,1  184,17 ( mm 2 ) � Chọn dây AC-185 Đoạn 5-6 I= 2,832  1, 752 .103  17,46 (A) 3.110 17, 46 F = 1,1  15,87 ( mm2 ) � Chọn dây AC-70 II.2. Kiểm tra phát nóng khi tải cưỡng bức Nhánh N-1 I = I = 92,63 (A) Dây AC-95 có I = 330 (A) � K.I = 0,88.330 = 290,4 > I (t/m) Nhánh N-2 I = 2.I= 2.117,47 = 234,94 (A) Dây AC-120 có I = 380 (A) � K.I = 0,88.380 = 334,4 >I (t/m) Nhánh N-3 I = I = 146,68 (A) Dây AC-150 có I = 445 (A) � K.I = 0,88.445 = 391,6 >I (t/m) Nhánh N-4 I = I = 208,25 (A) Dây AC-240 có I = 610 (A) � K.I = 0,88.610 = 536,8 > I (t/m) 14 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh Xét mạch vòng N5-6 Sự cố đứt dây N-5 I 602  37,182 3 10  370,48 (A) 3.110 Dây AC-185 có I = 510 (A) � K.I = 0,88.510 = 448,8 > I (t/m) 302  18,592 3 10  185,24 (A) I= 3.110 Dây AC-70 có I = 265 (A) � K.I = 0,88.265 = 233,2 > I ( t/m ) 15 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh Sự cố đứt dây N-6 602  37,182 3 10  370,48 (A) 3.110 Dây AC-185 có I = 510 ( A ) � K.I = 0,88.510 = 448,8 > I ( t/m ) I I= 302  18,592 3 10  185,24 (A) 3.110 Dây AC-70 có I = 265 (A) � K.I = 0,88.265 = 233,2 > I Sự cố đứt dây 5-6 : 302  18,592 3 10  185,24 I= 3.110 Dây AC-185 có I = 510 ( A ) � K.I = 0,88.510 = 448,8 > I (t/m) 16 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh 302  18,592 3 10  185,24 I= 3.110 Dây AC-185 có I = 510 ( A ) � K.I = 0,88.510 = 448,8 >I ( t/m ) Bảng thông số tiết diện đường dây của phương án 4: Nhóm N-1 N-2 N-3 N-4 Lộ 1 2 1 1 l (km) Loại dây r0 x0 Icp Ω/km Ω/km A R (kΩ) X (kΩ) 44,72 50,00 58,31 AC-240 AC-95 AC-120 AC-150 0,13 0,33 0,27 0,21 0,40 0,43 0,43 0,42 610 330 380 445 8,32 14,76 6,75 12,24 25,61 19,23 10,75 24,49 41,23 28,28 36,06 AC-185 AC-185 AC-70 0,17 0,17 0,42 0,40 0,40 0,40 510 510 265 7,01 4,81 15,15 16,49 11,31 14,42 64, N-5 N-6 5-6 03 1 1 1 III. Tính tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố nguy hiểm nhất Nhánh N-1 U=U = 15.14, 76  9,3.19, 23 = 3,64(kV) 110 U% = U = .100 = 3,31% Nhánh N-2: U = 40.6, 75  20, 09.10, 75 = 4,42(kV) 110 U = 2. U = 2.4,42 = 8,84(kV) U = .100 = 4,02% U = .100 = 8,04% 17 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh Nhánh N-3 U = U = 25.12, 24  12, 49.24, 49 = 5,56(kV) 110 U% = U% = .100 = 5,05% Nhánh N-4 U = U = 35.8,32  18, 69.25, 61 = 7,00 (kV) 110 U% = U% = .100 = 6,36% Xét mạch vòng 0-5-6: U = 27,17.7, 01  16,84.16, 49 = 4,26(kV) 110 U = 32,83.4,81  20,34.11,31  3,53(kV) 110 U = 2,83.15,15  1, 75.14,42  0,62(kV) 110 � U = 4,26(kV) � U% = 4, 26 .100  3,87 % 110 Sự cố đứt đoạn 0-5 U = U + U = 60.4,81  37,18.11,31 30.15,15  18,59.14, 42  110 110 = 13,02(kV) Sự cố đứt đoạn 0-6 U = U + U = 60.7, 01  18,59.16, 49 30.15,15  18,59.14,42  110 110 = 13,18( kV) 18 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh Sự cố đứt đoạn 5-6 U = 30.7, 01  18,59.16, 49  4,70( kV) 110 U = 30.4,81  18,59.11,31  3,22(kV) 110 � U = 13,18(kV) � U% = 13,18 .100  11,98% 110 Từ kết quả tính toán ở trên ta có : U% =U% = 6,36% < 10% U% = U% = 11,98% < 20% Vậy phương án 4 thoả mãn các tiêu chuẩn kĩ thuật. 19 Đồ án môn lưới điện Dũng Lê Minh PHẦN B: TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN 6 I. Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp I.1.Tính toán phân bố công suất sơ bộ Sơ đồ nối dây của phương án 6: Sự phân bố công suất trong mạng: S&N 1 = 15 + j9,3 MVA S&N  2 = 40 + j24,19 MVA S&N 3 = 25 + j15,49 MVA S&N  4 = 35 + j21,69 MVA S&N 5 = 30 + j18,59 MVA S&N 6 = 30 + j18,59 MVA 20