Tài liệu Phân tích nguồn và phụ tải

[Type the document title] PHẦN MỞ ĐẦU PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI  I/.THU THẬP SỐ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH PHỤ TẢI Phụ tải điện là số liệu ban đầu để giải quyết những vấn đề tổng hợp kinh tế kỹ thuật phức tạp khi thiết kế mạng điện .Xác định phụ tải điện là giai đoạn đầu tiên khi thiết kế hệ thống nhằm mục đích vạch ra sơ đồ, lựa chọn và kiểm tra các phần tử của mạng điện như máy phát đường dây, máy biến áp và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Vì thế công tác phân tích phụ tải chiếm một vị trí hết sức quan trọng cần được thực hiện một cách chu đáo. Việc thu thập số liệu về phụ tải chủ yếu là đẻ nắm vững vị trí và yêu cầu của các hộ tiêu thụ lớn, dự báo nhu cầu tiêu thụ, sự phát triển của phụ tải trong tương lai. Có nhiều phương pháp dựa trên cơ sở khoa học để xác định phụ tải điện. Ngoài ra cũng cần phải có những tài liệu về đặc tính của vùng, dân số và mật độ dân số, mức sống của cư dân trong khu vực, sự phát triển của công nghiệp, giá điện…các tài liệu về khí tượng, địa chất, thủy văn, giao thong vận tải. Những thông tin này có ảnh hưởng đến dự kiến về kết cấu sơ đồ nối dây của mạng điện sẽ lựa chọn. Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện, phụ tải phân ra làm ba loại: Loại một : bao gồm các phụ tải quan trọng. Việc ngưng cung cấp điện cho các phụ tải này có thể nguy hiểm cho tính mạng con người, thiệt hại đến sản xuất, ảnh hưởng đến an ninh quốc phòng. Vì phải đảm bảo liên tục cung cấp điện nên các đường dây phải bố trí sao cho vẫn đảm bảo cung cấp ngay cả khi có sự cố trong mạng điện. Chú ý rằng không nhất thiết tất cả các thành SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 1 [Type the document title] phần tiêu thụ điện trong phụ tải yêu cầu phải cung cấp điện liên tucjvif vậy có thể cắt bớt một phần nhỏ các thành phần không quan trọng của phụ tải để đảm bảo cung cấp trong các trường hợp sự cố nặng nề trong mạng điện. Loại hai: bao gồm những phụ tải tuy quan trọng nhưng việc mất điện chỉ gây giảm sút về số lượng sản phẩm. Vì vậy mức độ đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục cho các phụ tải này cần được cân nhắc mới có thể quyết định được. Loại ba: bao gồm các phụ tải không quan trọng, việc mất điện không gây ra hậu quả nghiêm trọng. Trong trường hợp này không cần phải xét đến các phương tiện dữ trự để đảm bảo cung cấp. Tuy phân ra làm ba loại phụ tải nhưng khi nghiên cứu sơ đồ nên tận dụng các điều kiện để đảm bảo mức độ cung cấp điện cao nhất có thể được cho các phụ tải trong đó kể cả các phụ tải loại ba. Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax cho các phụ tải chủ yếu sản xuất như sau: -1 ca thì Tmax = 2400÷3000 giờ/năm -2 ca thì Tmax =3000÷4000 giờ /năm -3 ca thì Tmax =4000÷7700 giờ /năm Ngoài ra theo sự phát triển của sản xuất và của hệ thống điện mà việc xác định Tmax phải được xét một cách toàn diện liên quan đến quy luật phát triển của phụ tải. Công suất phụ tải dung để tính toán thiết kế không phải là tổn công suất đặt của các thiết bị trong xí nghiệp, nhà máy, thiết bị gia dụng mà phải kể đến hệ số sử dụng vì không phải tất cả các máy móc đều sử dụng cùng một lúc mà phụ thuộc vào quá trình công nghệ. Nhiều phương pháp để xác định phụ tải tính toán qua các hệ số dựa vào kinh nghiệm hay dựa vào thống kê được đưa SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 2 [Type the document title] ra nhằm có số liệu tin cậy ban đầu dùng cho thiết kế. Phụ tải tiêu thụ điện thay đổi theo đồ thị phụ tải và số liệu dùng cho tính toán là phụ tải cực đại Pmax được coi như phụ tải tính toán Ptt ,vào thời gian thấp điểm phụ tải có trị số Pmin . Ngoài ra do phụ tải cực đại của các phụ tải trong vùng có sự phân tán nghĩa là xảy ra không đồng thời nên khi xác định phụ tải tổng của toàn mạng điện phải xét đến hệ số đồng thời từ đó ước tính được khả năng của nguồn cung cấp. II./ PHÂN TÍCH NGUỒN CUNG CẤP ĐIỆN Trong thiết kế môn học thường chỉ cho một nhà máy điện cung cấp điện cho phụ tải trong vùng và chỉ yêu cầu thiết kế từ thanh góp cao áp của trạm tăng áp của nhà máy điện trở đi, nên cũng không cần phân tích về nguồn cung cấp điện. Tuy vậy cũng có thể giả thiết về một loại nguồn cung cấp để giới thiệu cho đồ án. Nguồn đó có thể là lưới điện quốc gia mà mạng điện sắp được thiết kế được cung cấp từ thanh góp của hệ thống, nhà máy nhiệt ddienj, nhà máy thủy điện, giả thiết về nguồn nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện, thủy năng sẵn có đối với nhà máy thủy điện. Nguồn điện được giả thiết cung cấp đủ công suất tác dụng theo nhu cầu của phụ tải với một hệ số công suất được quy định. Điều này cho thấy nguồn có thể không cung cấp đủ yêu cầu về công suất kháng và việc đảm bảo nhu cầu điện năng phản kháng có thể thực hiện trong quá trình thiết kế bằng cách bù công suất kháng tại các phụ tải mà không cần phải tải đi từ nguồn. Theo đề tài đã cho ta có bản số liệu sau : -Đủ cung cấp cho tải với cos φ =0,80 SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 3 [Type the document title] Nguồn điện -Điện áp thanh cái cao áp : 1.1 x Uđm lúc phụ tải cực đại 1.05 x Uđm lúc phụ tải cực tiểu Uđm lúc sự cố Phụ tải 1 2 3 4 5 6 Pmax (MW) 14 13 27 30 15 30 Cos φ 0,8 0,85 0,8 0,8 0,75 0,75 Pmin (%Pmax) 40% 40% 40% 40% 40% 40% Tmax ( giờ/năm) 5000 5000 5000 5000 5000 5000 Kép Kép Vòng Vòng Yêu cầu cung cấp điện Điện áp định mức phía thứ cấp trạm phân phối 22 22 22 22 22 22 ±5% ±5% ±5% ±5% ±5% ±5% (kV) Yêu cầu điều chỉnh điện áp phía thứ cấp Chương 1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 4 [Type the document title]  I./Mục đích Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng cung cấp của các nguồn phụ tải thông qua mạng điện. Tại mỗi thời điểm, luôn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất và tiêu thụ. Mỗi mức cân bằng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q xác định một giá trị tần số và điện áp. Quá trình biến đổi công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi cân bằng công suất bị phá hoại, xảy ra rất phức tạp vì giữa chúng có quan hệ tương hỗ. Để đơn giản bài toán, ta coi sự thay đổi công suất tác dụng P ảnh hưởng chủ yếu đến tần số, còn sự cân bằng công suất phản kháng Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp. Cụ thể là khi nguồn phát không đủ công suất P cho phụ tải thì tần số bị giảm đi, và ngược lại. Khi thiếu công suất Q điện áp bị giảm thấp và ngược lại. Trong mạng điện, tổn thất công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng, nên khi các máy phát điện được lựa chọn theo sự cân bằng công suát tác dụng, trong mạng thiếu hụt công suất kháng. Điều này dẫn đến xấu các tình trạng làm việc của các hộ dùng điện, thậm chí làm ngừng sự truyền động của các máy công cụ trong xí nghiệp gây thiệt hại rất lớn. Đồng thời làm hạ điện áp của mạng và làm xấu tình trạng làm việc của mạng. Cho nên việc bù công suất kháng là vô cùng cần thiết (mục đích của bù sơ bộ trong phần này là để cân bằng công suất kháng và số liệu để chọn dây dẫn và công suất máy biến áp cho chương sau). Sở dĩ bù công suất kháng Q mà không bù công suất tác dụng P là vì khi bù Q, giá thành kinh tế rẻ hơn, chỉ cần dùng bộ tụ điện để phát ra công suất phản SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 5 [Type the document title] kháng. Trong khi thay đổi công suất tác dụng P thì phải thay đổi máy phát, nguồn phát dẫn đến chi phí tăng lên nên không được hiệu quả về kinh tế. II./ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG Cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống. Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống được biểu diễn bằng công thức sau: ∑PF = m∑Ppt + ∑ΔPmd + ∑Ptd + ∑Pdt (1.1) Trong đó:  ∑PF : Tổng công suất tác dụng phát ra do các máy phát điện của các nhà máy trong hệ thống điện .  ∑Ppt : Tổng phụ tải tacs dụng cực đại của các hộ tiêu thụ  m: hệ số đồng thời ( giả thiết chọn 0.8 )  ∑Ptd ; Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp.  ∑Pdt : Tổng công suất dự trữ . Theo đề bài cho công suất nguồn đủ cung cấp cho các phụ tải và chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp nên biểu thức (1.1) được viết lại như sau : ∑PF = m∑Ppt + ∑ΔPmd Chọn m = 0,8 ∑Ppt =Pmax1 + Pmax2 + Pmax3 + Pmax4 + Pmax5 + Pmax6 = 14 + 13 + 27 + 30 + 15 + 30 = 129 (MW) ∑ΔPmd = ( 08 ÷ 10% ) m∑Ppt = 0,1 x 0,8 x 129 = 10,32 (MW) ( chọn ∑ΔPmd = 10% m∑Ppt ) ∑PF = 0,8 x 129 + 10,32 =113,52 (MW) III./ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 6 [Type the document title] Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống. Cân bằng công suất phản kháng được biểu diễn bằng công thức sau: ∑QF + Qbu∑ = m∑Qpt + ∑ΔQB + ∑ΔQL - ∑QC + ∑Qtd + ∑Qdt (1.2) Trong đó :  ∑QF : : tổng công suất phát ra của các máy phát điện .  Qbu∑ : tổng công suất phản kháng cần bù  ∑QF = ∑PF .tgφF tgφF : suy ra từ hệ số công suất cosφF của các máy phát điện.  m∑Qpt : tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời.  ∑ΔQB : tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp.  ∑ΔQL : : tổng tổn thất công suất phản kháng trên các đường dây của mạng điện.  ∑QC : tổng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh ra.  ∑Qtd : tổng công suất kháng tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống điện . Theo đề bài cho, mạng điện cao áp 110kV ,nên trong tính toán sơ bộ có thê xem tổn thất công suất phản kháng do cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh ra : ΔQL = QC  ∑ΔQL = ∑QC ∑ΔQL - ∑QC = 0 Ngoài ra, do chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp nên có thể bỏ qua tổng công suất phản kháng tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống và tổng công suất phản kháng dự trữ của hệ thống. Vì vậy, biểu thức (1.2) được viết lại như sau : ∑QF + Qbu∑ = m∑Qpt + ∑ΔQB (1.3) Trong đó: ∑QF = ∑PF x tgφtd SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 7 [Type the document title] Từ hệ số công suất của nguồn : cosφF = 0,9 tanφF = tan(cos-1(0.9) =0,48 ∑QF = ∑PF x tanφF = 113,52 x 0,48 =54,49 ( Mvar) Qpt1 =14 x tan(cos-1(0,76) = 11,97 (Mvar) Qpt2 = 13 x tan(cos-1(0,82) = 9,07 (Mvar) Qpt3 = 27 x tan(cos-1(0,77) = 22,37 (Mvar) Qpt3 = 30 x tan(cos-1(0,8) = 22,5 (Mvar) Qpt4 = 15 x tan(cos-1(0,72) = 14,46 (Mvar) Qpt5 = 30 x tan(cos-1(0,82) = 20,94 (Mvar) ∑Qpt = Qpt1 + Qpt2 + Qpt3 + Qpt4 + Qpt5 = 11,97 + 9,07 + 22,37 + 22,5 + 14,46 + 20,94 = 101,31 (Mvar) ∑Spt = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 = 164,26 (MVA) ∑∆QB = ( 8 ÷ 12%)∑Spt ∑ΔQB =0,1 x 164,26 = 16,43 (Mvar) Từ biểu thức (1.3) Qbu∑ = m∑Qpt + ∑∆QB -∑QF = 0,8 x 101,31 + 16,43 – 54,49 = 42,75 (Mvar) SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 8 [Type the document title] Để naamg cao cosφ cho các phụ tải ở xa , ta tiến hành phân bố dung lượng Qbu∑ đến từng phụ tải thứ i theo công thức : Qbi = Pi x ( tanφi – tanφi’) – tanφi’ : được suy ra bằng cách, sau khi nâng cosφi lên cosφi’  tanφi’, nhưng phải với điều kiện ∑Qbi = Qbu∑ Ta bù theo nguyên tắc như sau :  Ưu tiên bù cho phụ tải ở xa nguồn  Bù cho phụ tải có cosφ thấp  Bù cho phụ tải lớn Theo đề bài cho và nhận xét xác điều kiện ưu tiên nên ta chọn thứ tự ưu tiên như sau : phụ tải 1 ,3 , 4 , 5 :  Phụ tải 1 : Cosφ1 = 0,76 nâng lên cosφ1’ = 0,95 Qb1 = 14 x (tan(cos-1(0,76)-tan(cos-1(0,95))) = 7,37 (Mvar)  Phụ tải 3 : Cosφ3 = 0,77 nâng lên cosφ3’ = 0.95 Qb3 = 27 x (tan(cos-1(0,77) – tan(cos-1(0,95))) = 13,49 (Mvar)  Phụ tải 4 : Cosφ4 = 0,8 nâng lên cosφ4’ = 0,95 Qb4 = 30 x (tan(cos-1(0,8)-tan(cos-1(0,95))) = 12,64 (Mvar)  Phụ tải 5 : Cosφ5 = 0,72 nâng lên cosφ5’ = 0,95 SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 9 [Type the document title] Qb5 = 15 x (tan(cos-1(0,72)-tan(cos-1(0,95))) = 9,53 (Mvar) Do lượng Qbu∑ chỉ 42,75 Mvar nên ta chọn bù ta chọn bù tại 4 vị trí phụ tải 1 ,3,4, 5 có hệ số cosφ thấp như sau : Qb1 = 7,37 (Mvar) Qb3 = 13,49 (Mvar) Qb4 = 12,64 (Mvar) Qb5 = 9,53 (Mvar) Công suất biểu kiến của các phụ tải sau khi bù : -  Hệ số cosφ’sau khi bù : Tính bằng công thức cosφ’i = Khoảng cách từ nguồn đến phụ tải : o Phụ tải 1 : l1 = 50 SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 10 [Type the document title] o o o o o Phụ tải Phụ tải Phụ tải Phụ tải Phụ tải Phụ tải : l2 : l3 : l4 : l5 : l6 = = = = = 41,23 (km) 31,62 (km) 41,23 (km) 41,23 (km) 36,05 (km) P Q= Cosφ (MW) P*tanφ Qbu = P*(tgφtgφ’) Q-Qbu S’ Cosφ’ L (km) 1 14 11,97 0,76 7,37 4,6 18,41 0,95 50 2 13 9,07 0,82 0 9,07 15,85 0,82 41,23 3 27 22,37 0,77 13,49 8,88 35,06 0,95 31,62 SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 11 [Type the document title] 4 30 22,5 0,8 12,64 9,86 37,5 0,95 41,23 5 15 14,46 0,72 9,53 4,93 20,83 0,95 41,23 6 30 20,94 0,82 0 0 36,59 0,82 36,05 Chương 2 DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT  Những vấn đề đàu tiên cần được giải quyết là sự lựa chọn sơ đồ nối dây của mạng điện, lựa chọn điện áp tải điện . I./CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN Việc lựa chọn sơ đồ nối dây cho mạng điện phụ thuộc vào vị trí của các phụ tải trong hệ thống điện cũng như xét về đặc điểm công suất và mức độ quan trọng của từng phụ tải. Theo đề bài cho, mạng điện cần thiết kế có 6 phụ tải, trong đó :  Phụ tải 1, 2, 5, 6 : không yêu cầu cung cấp điện liên tục  Phụ tải 3, 4 : yêu cầu cung cấp điện liên tục  Các phương án nối dây : Dựa vào cấp độ quan trọng của từng phụ tải . ta chia làm các khu vực sau: SVTH : Huỳnh Ngọc Vỹ - MSSV : 41301837 –Lớp 13040103 Page 12