Tài liệu Thiết kế trạm biến áp

LỜI MỞ ĐẦU ----- ----Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Đặc điểm chính của hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối là cung cấp điện trực tiếp cho người tiêu dùng . vì thế mạng điện được thiết kế phải đảm bảo chất lượng điện năng ,đáp ứng nhu cầu sử dụng điện năng của nhân dân và các công ty xí nghiệp . Mạng điện 110kV và trạm biến áp 110/22kV là bộ phận quan trọng của hệ thống điện truyền tải và phân phối . nếu bị sự cố sẽ ảnh hưởng tới độ tin cậy cung cấp điện của toàn hệ thống. Để Thiết kế mạng điện đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và phù hợp về vấn đề kinh tế, ta cần tính toán lựa chọn phương án tối ưu nhất . Mặc dù ,tôi đã cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức có hạn nên luận văn tốt nghiệp khó tránh khỏi những sai sót .Rất mong đón nhận được những đóng góp quý báu từ thây cô và các bạn . Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh ,tháng 01 năm 2010 Sinh Viên :Nguyễn Thanh Tuyền LỜI CẢM ƠN ** ** Luận văn tốt nghiệp này là kết quả của quá trình học tập và cũng là sự kết tinh của những kiến thức quý báu mà tôi đã tích luỹ được trong suốt thời gian học tập tại Đại Học Tôn Đức Thắng. Để hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này ,tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của nhiều người.Tôi xin chân thành biết ơn và gởi lời cảm ơn đến: Toàn thể quý thầy cô Khoa Điện –Điện Tử -Trường Đại Học Tôn Đức Thắng. đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường cũng như thời gian thực hiện luận văn . Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy : Tiến Sĩ –Hồ Văn Hiến Giảng viên Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh người đã trực tiếp hướng dẫn và luôn tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cảm ơn gia đình bạn bè luôn luôn bên cạnh và động viên tôi . Mặc dù ,tôi đã cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức có hạn nên luận văn tốt nghiệp khó tránh khỏi những sai sót .Rất mong đón nhận được những đóng góp quý báu từ thây cô và các bạn . Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh ,tháng 01 năm 2010 Sinh Viên :Nguyễn Thanh Tuyền NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................. ĐỀ BÀI THIẾT KẾT MẠNG ĐIỆN 110 kV I.Vị trí nguồn và phụ tải 4 3 1 N 2 6 5 10 km/khoảng chia II. Số liệu phụ tải Phụ tải 1 2 3 4 5 6 Pmax (MW) 14 16 18 15 17 14 Pmin (%Pmax) 40% 40% 40% 40% 40% 40% Tmax 5000 5000 5000 5000 5000 5000 cosφ 0.8 0.75 0.8 0.75 Udm(kV) 22 22 22 22 0.8 0.75 Độ lệch điện +5% +5% +5% +5% +5% +5% áp cho phép Yêu cầu LT cung cấp LT LT điện III. Số liệu nguồn : Đủ cung cấp cho phụ tải LT LT LT IV.Các yêu cầu : 1- Phân tích nguồn và phụ tải 2- Dự kiến các phương án về mặt kỹ thuật 3- So sánh phương án về kinh tế 4- Sơ đồ nối dây mạng điện và máy biến áp 5- Bù kinh tế trong mạng điện 6- Tính toán chính xác cân bằng công suất kháng 7- Tính toán điện áp lúc phụ tải cực đại, cực tiểu, sự cố 8- Điều chỉnh điện áp 9- Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật . V. Bản vẽ 1. Các phương án khu vực, bảng số liệu so sánh phương án 2. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 3- Sơ đồ nguyên lý ĐỀ BÀI THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 1- Đường dây nối từ hệ thống đến trạm biến áp 2- Số đường dây cao áp từ thanh cái cao áp của trạm đi đến các trạm khác: 1 đường . 3. Phụ tải của trạm : Phía hạ áp : - Công suất : 14 MW, cosφ = 0.8 - Số đường dây : 6 - Đồ thị phụ tải : Giờ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 %Pmax 30 30 30 30 40 50 60 60 60 60 70 70 Giờ 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 %Pmax 60 60 60 70 80 80 100 100 60 40 40 30 4. Nhiệm vụ : - Giới thiệu trạm thiết kế - Xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp . - Chọn cấp điện áp tải điện từ hệ thống về trạm . - Các phương án sơ đồ trạm – Chọn số lượng và công suất máy biến áp . - Chọn phương án trạm . - Sơ đồ nguyên lý . - Tính toán ngắn mạch chọn thiết bị và khí cụ . - Chọn thiết bị đo lường . - Chọn dây cho các đường dây cao áp , trung áp , lộ ra hạ áp, các dây dẫn trong trạm . - Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt . - Nối đất trạm – Chống sét đánh trực tiếp vào trạm . - ...................................................................................................................... - ...................................................................................................................... Luận văn tốt nghiệp Thiết kế mạng điện110kV và trạm biến áp110/22kV CHƯƠNG 1 CÂN BẲNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 NỘI DUNG 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 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 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. GVHD:TS.Hồ Văn Hiến SVTH: Nguyễn Thanh Tuyền 10 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế mạng điện110kV và trạm biến áp110/22kV 1.2 Cân bằng công suất tác dụng : Cân bằng công suất tác dụng là cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống và được biểu diễn bằng biểu thức sau: ∑PF = m ∑ p pt + ∑ Δp md + ∑ p td + ∑ p dt với: ∑ p f : tổng công suất tác dụng phát ra do các máy phát điện . ∑ p pt : tổng phụ tải tác dụng cực đại . ∑ p td : tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện . ∑ p dt : tổng công suất dự trữ ∑ p md : tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và trạm biến áp. m : hệ số đồng thời ( giả thiết chọn 0.8 ) Tổng phụ tải ∑ p pt : ppt1 + ppt2 +ppt3 +ppt4 + ppt5 + ppt6 ∑ p pt =14+16+18+15+17+14=94 (MW) Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp : ∑ Δp md : 10%*m* ∑ p pt ∑ Δp md : 0.1*0.8*94 = 7.52 (MW ) Trong thiết kế môn học giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhu cầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp của nhà máy điện .Nên tính cân bằng công suất tác dụng theo biểu thức sau : ∑PF = m ∑ p pt + ∑ Δp md ∑PF = 0.8*94+7.52 = 82.72 (MW ) 1.3 Cân bằng công suất phản kháng GVHD:TS.Hồ Văn Hiến SVTH: Nguyễn Thanh Tuyền 11 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế mạng điện110kV và trạm biến áp110/22kV Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống điện và được biểu diễn bằng biểu thức : ∑Q F = m ∑ Q pt + ∑ ΔQ B + ∑ ΔQ L - ∑ ΔQ c + ∑ ΔQ td + ∑ ΔQ dt với : ∑ Q F : tổng công suất phát ra của máy phát điện m ∑ Q pt : tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời m ∑ Q pt = m [(ppt1* tg ϕ pt1 )+........+( ppt6* tg ϕ pt6 )] m ∑ Q pt =0.8*[(14*0.75)+(16*0.8819)+(18*0.75)+(15*0.8819)+(17*0.75)+(14*0.8819)] = 76.437*0.8 =61.149 (Mvar) ∑ ΔQ B : tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp có thể ước lượng ∑ ΔQ B = 12% ∑ S pt = 12% ∑P 2 pt + ∑ Q 2 pt = 0.12 94 2 + 76.437 2 =14.538 (MVAr) ∑ ΔQ L: tổng tổn thất công suất kháng trên các đoạn đường dây của mạng điện. Với mạng điện 110KV trong tính toán sơ bộ có thể coi tổn thất công suất phản kháng trên cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh ra . ∑ ΔQ td : tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống ∑ ΔQ td = ∑ p td* tg ϕ td Qdt : công suất phản kháng dự trữ của hệ thống Qdt = (5- 10%) ∑ Q pt Do trong thiết kế, chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của nhà máy điện nên có thể bỏ qua Qtd và Qdt Tổng công suất kháng phát lên thanh cái cao áp của máy biến áp tăng : GVHD:TS.Hồ Văn Hiến SVTH: Nguyễn Thanh Tuyền 12 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế mạng điện110kV và trạm biến áp110/22kV ∑ Q F = m ∑ Q pt + ∑ ΔQ B =61.149 +14.538=75.687 (MVAr) Trong phần tính toán này không bù sơ bộ công suất phản kháng Hệ số công suất nguồn : tg ϕ F= QF 75.687 = =0.915 PF 82.72 cos ϕ F =0.738. Dựa vào số liệu ban đầu ta lập được số liệu phụ tải sau: Bảng 1.1 Phụ tải P (MW) Q (MVar) cos ϕ S (MVA) 1 14 10.5 0.8 17.5 2 16 14.111 0.75 21.33 3 18 13.5 0.8 22.5 4 15 13.229 0.75 20 5 17 12.75 0.8 21 6 14 12.347 0.75 18.667 GVHD:TS.Hồ Văn Hiến SVTH: Nguyễn Thanh Tuyền 13 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế mạng điện110kV và trạm biến áp110/22kV CHƯƠNG 2 DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT Đưa ra các phương án về mặt nối dây của mạng điện một cách cụ thể và đúng kĩ thuật . Để so sánh và lựa chọn phương án tối ưu nhất 2.1 LỰACHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN 4 Khu vực 2 3 1 N Khu vực 1 Khu vực 3 2 6 5 10 km/khoảng chia Cấp điện áp tải điện phụ thuộc vào công suất và khoảng cách truyền tải . Ngoài ra còn phụ thuộc rất nhiều yếu tố khác ngoài P và L , do đó công thức dưới đây chỉ là sơ bộ gần đúng . Dựa vào công thức STILL để tìm điện áp tải điện U(kV) U = 4.34 l + 0.016 * P Trong đó : P : công suất truyền tải (kW) l : khoảng cách truyền tải (km) Tính cho các phụ tải ta được : GVHD:TS.Hồ Văn Hiến SVTH: Nguyễn Thanh Tuyền 14 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế mạng điện110kV và trạm biến áp110/22kV Bảng điện áp: Bảng 2.1 Phụ tải l (km) Upt (kV) N-1 31.113 69.3196 N-2 39.661 74.6254 N-3 49.193 79.6947 N-4 56.089 74.6794 N-5 49.1936 77.7809 N-6 93.98 77.3908 Từ số liệu trên ta chọn cấp điện áp : 110(kV) ; Uđm = 110(kV) 2.2 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố : sản lượng phụ tải , vị trí phụ tải, mức độ liên tục cung cấp điện, công tác vạch tiến, sự phát triển của mạng điện Dựa vào sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải gồm nguồn (N) và 6 phụ tải. Ta chia sơ đồ theo 3 khu vực sau: ¾ Khu vực 1gồm phụ tải 1&2 yêu cầu cung cấp điện liên tục ¾ Khu vực 2 gồm phụ tải 3&4 yêu cầu cung cấp điện liên tục ¾ Khu vực 3 gồm phụ tải 5&6 yêu cầu cung cấp điện liên tục 1. Khu vực 2: cho trước 2 đường dây kép hình tia 2. Khu vực 3:cho trước đường dây kép lien thong 3. Khu vực 1:phải chọn phương án Phương án 1:đường dây kép hình tia 1 N 2 GVHD:TS.Hồ Văn Hiến SVTH: Nguyễn Thanh Tuyền 15 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế mạng điện110kV và trạm biến áp110/22kV Phương án 2:đuờng dây kép liên thông 1 N 2 Phương án 3: mạch vòng kín 1 N 2 Ở điện áp 110 kV, Tmax = 5000 giờ. Tra bảng ta được dòng kinh tế Jkt = 1.1A/ mm2 Đối với mạng truyền tải cao áp, chọn dây theo mật độ dòng kinh tế. Có rất nhiều phương pháp để chọn dây dẫn chẳng hạn như : ¾ Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép, đồng thời thỏa mãn điều kiện tổn thất công suất thấp nhất ¾ Chọn theo điều kiện phát nóng cho phép ¾ Chọn theo điều kiện kinh tế Mật độ kinh tế số ampe lớn hất chạy trong 1 đơn vị tiết diện kinh tế của dây dẫn. Dây dẫn được chọn theo Jkt thì mạng điện vận hành kinh tế nhất, tức thỏa mãn kinh tế nhất, thỏa mãn chi phí tính toán hàng năm thấp nhất. Jkt = b(avh + atc ) Im ax = 3τρβ Fkt Mật độ dòng kinh tế không phụ thuộc vào điện áp mạng điện ƒ Jkt tỷ lệ nghịch với điện trở suất nếu dây dẫn có bé thì Jkt lớn GVHD:TS.Hồ Văn Hiến SVTH: Nguyễn Thanh Tuyền 16 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế mạng điện110kV và trạm biến áp110/22kV ƒ Jkt tỷ lệ nghịch với điện trở suất nếu càng lớn thì Jkt có giá trị càng nhỏ ™ Quy tắc Kelvin: khi dây dẫn có tiết diện tối ưu, phần giá cả phụ thuộc tiết diện dây dẫn bằng chi phí hiện thời hóa do tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong thời gian sống của đường dây ™ Điều kiện thỏa hiệp tối ưu ∂v ∂cp = ∂f ∂f Tức là Lấy đạo hàm ∂vt = ∂f ∂v ∂cp = =0 ∂f ∂f ∂vt theo Vt=V+Cp=A+BU+CLf+3 ρ I2maxLR / f , ta được điều ∂f kiện tối Ưu quy tắc Kelvin K’’. Fcp = 3 ρ I2maxLR / fcp Lúc này chọn dây dẫn thì sẽ thõa mãn chi phí tính toán hàng năm thấp nhất 2.2.1 Phương án 1 khu vực 1 2.2.1.1 chọn dây phương án 1 khu vực 1: I1 1 N 1 N 2 N I2 2 S1=14+j10.5 S2=16+j14.111 a) Dòng điện cực đại trên mỗi lộ của từng đoạn dây I1 max= I2 max= 14 2 + 10.5 2 3 × 110 × 2 16 2 + 14.1112 3 × 110 × 2 3 × 10 =45.9256 (A) 3 × 10 =55.984 (A) Với Tmax = 5000 (giờ \ năm)và mật độ dòng kinh tế Jkt = 1.1 (A/mm2) b) Tiết diện kinh tế tính toán : GVHD:TS.Hồ Văn Hiến SVTH: Nguyễn Thanh Tuyền 17 Luận văn tốt nghiệp F1kt = F2kt = Thiết kế mạng điện110kV và trạm biến áp110/22kV 45.9256 = 41.75 (mm2) ⇒ chọn dây dẫn AC – 95 1 .1 55.984 = 50.89 (mm2) ⇒ chọn dây dẫn AC – 95 1 .1 Chọn tiết diện tiêu chuẩn với nhiệt độ môi trường xung quyanh thực tế là 400c và hệ số hiệu chỉnh K=0.81 c) Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố Khi đứt 1 dây trên đường dây lộ kép, dây còn lại phải tải toàn bộ dòng điện phụ tải còn gọi là dòng điện cưỡng bức (Icb).Khi đó: Bảng dòng cho phép : tra phụ lục 2.6& 2.7 Đoạn Loại dây Dòng cho phép (Icp) N- 1 AC - 95 0.81 × 335=271.35 N- 2 AC - 95 0.81 × 335=271.35 Dòng cưỡng bức khi đứt một lộ I1cb=2 × 45.9256= 91.912 (A) < k × Icp1 = 271.35 (A) I2cb=2 × 55.984= 111.968 (A) - Xem thêm -