TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN ĐĂNG GIANG Lớp: D4H3 Ngành: Hệ thống điện Cán bộ hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Đức Thuận PHẦN I. THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC 1) Dữ liệu nguồn điện a. Nhà máy nhiệt điện: Số tổ máy và công suất của một tổ máy: 4x55 MW Hệ số công suất: 0,8 Điện áp định mức: 10,5 kV b. Hệ thống: Công suất vô cùng lớn Hệ số công suất: 0,85 2) Dữ liệu phụ tải điện: Các số liệu Phụ tải 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Công suất cực đại (MW) 36 34 35 29 34 30 30 29 28 28 Công suất cực tiểu (MW) Bằng 70% công suất cực đại Hệ số công suất 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h) 4600 Mức yêu cầu cấp điện I I III I I I III I I I Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT KT T KT KT KT T KT KT KT Điện áp định mức phía hạ áp (kV) 22 Sơ đồ bố trí nguồn điện và phụ tải Một ô vuông có kích thƣớc 10x10 km PHẦN II. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E MÔ PHỎNG LƢỚI ĐIỆN THIẾT KẾ Ngày giao: Ngày nộp: TRƢỞNG KHOA TS TRẦN THANH SƠN Hà Nội, ngày tháng năm Cán bộ hƣớng dẫn thiết kế Th.S NGUYỄN ĐỨC THUẬN . . . . . . . . . . 8 9 7 6 10 5 4 3 2 1 HT NM LỜI MỞ ĐẦU Điện năng là một nguồn năng lƣợng quan trọng của hệ thống năng lƣợng quốc gia, nó đƣợc sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực nhƣ: sản xuất kinh tế, đời sống xã hội, nghiên cứu khoa học… Đối với mỗi đất nƣớc, sự phát triển của ngành điện là tiền đề cho các lĩnh vực khác phát triển. Hiện nay nƣớc ta đang phát triển theo hƣớng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nên nhu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng cao về số lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng. Để đáp ứng đƣợc về số lƣợng thì ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm và khai thác tốt các nguồn năng lƣợng có thể biến đổi chúng thành điện năng. Mặt khác để đảm bảo về chất lƣợng có điện năng cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện năng hiện đại, có phƣơng thức vận hành tối ƣu nhất đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng nhƣ kinh tế. Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em đƣợc nhà trƣờng và khoa Hệ Thống Điện giao cho thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế lƣới điện khu vực và ứng dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng lƣới điện thiết kế”. Đồ án tốt nghiệp gồm 2 phần: Phần I: từ chƣơng 1 đến chƣơng 7 với nội dung: “Thiết kế mạng lƣới điện khu vực”. Phần II: gồm chƣơng 8 với nội dung: “Ứng dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng lƣới điện thiết kế”. Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến các thầy cô giáo trong trƣờng Đại học Điện lực nói chung và các thầy cô giáo trong khoa hệ thống điện bộ môn mạng và hệ thống điện nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Th.S Nguyễn Đức Thuận , thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hƣớng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã rất cố gắng, song do hạn chế về kiến thức nên chắc chắn bản đồ án tốt nghiệp của em còn nhiều khiếm khuyết. Em rất mong nhận đƣợc sự nhận xét góp ý của các thầy cô để bản thiết kế của em thêm hoàn thiện và giúp em rút ra đƣợc những kinh nghiệm cho bản thân. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 1 tháng 1 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Đăng Giang NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN 1 1.1. Phân tích nguồn điện và phụ tải 1 1.1.1. Nguồn điện 1 1.1.2. Phụ tải điện 1 1.2. Cân bằng công suất 3 1.2.1. Cân bằng công suất tác dụng 3 1.2.2. Cân bằng công suất phản kháng 4 1.3. Xác đinh sơ bộ chế độ làm việc của nguồn 5 1.3.1. Chế độ cực đại 5 1.3.2. Chế độ cực tiểu 6 1.3.3. Chế độ sự cố 6 CHƢƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY. TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CHO CÁC PHƢƠNG ÁN 7 2.1 Đề xuất các phƣơng án nối dây 7 2.2 Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho các phƣơng án 11 2.2.1 Tính toán phân bố công suất: bỏ qua tổn thất công suất trên đƣờng dây 11 2.2.2 Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện 11 2.2.3 Chọn tiết diện dây dẫn 12 2.2.4 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện 13 2.3 Tính toán cụ thể cho từng phƣơng án 13 2.3.1 Phƣơng án 1 13 2.3.2 Phƣơng án 2 20 2.3.3 Phƣơng án 3 24 2.3.4 Phƣơng án 4 27 2.3.5 Phƣơng án 5 30 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ, CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU 36 3.1 Cơ sở tính toán các chỉ tiêu 36 3.1.1 Tính tổn thất công suất 36 3.1.2 Tổn thất điện năng. 36 3.1.3 Tính vốn đầu tƣ xây dựng mạng điện. 37 3.1.4. Xác định chi phí tính toán hàng năm 37 3.2 Tính toán cho từng phƣơng án 37 3.2.1 Phƣơng án 1 37 3.2.2 Phƣơng án 2 38 3.2.3 Phƣơng án 3 39 3.2.4 Phƣơng án 4 40 3.2.5 Phƣơng án 5 40 CHƢƠNG 4: CHỌN SỐ LƢỢNG, CÔNG SUẤT CÁC MÁY BIẾN ÁP TRONG CÁC TRẠM, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 42 4.1 Chọn số lƣợng, công suất các máy biến áp trong trạm tăng áp của nhà máy điện 42 4.2 Chọn số lƣợng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp 42 4.3 Sơ đồ nối điện chính 44 4.3.1 Sơ đồ trạm tăng áp 44 4.3.2 Sơ đồ nối điện của các trạm hạ áp 45 CHƢƠNG 5: TÍNH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN 48 5.1 Phƣơng pháp chung 48 5.1.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp 48 5.1.2 Tổn thất công suất trên đƣờng dây 48 5.2 Chế độ phụ tải cực đại 49 5.2.1 Đƣờng dây NM-8 49 5.2.2 Đƣờng dây NM-6-7 50 5.2.6 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống 62 CHƢƠNG 6: TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 67 6.1 Tính điện áp các nút 67 6.1.1 Chế độ phụ tải cực đại 67 6.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 68 6.1.3 Chế độ sau sự cố 68 6.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 68 6.2.1 Các tiêu chuẩn điều chỉnh điện áp với máy biến áp 68 6.2.2 Chọn các đầu điều chỉnh điện áp của máy biến áp 69 CHƢƠNG 7: TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 73 7.1 Vốn đầu tƣ xây dựng mạng điện 73 7.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện 74 7.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện 74 7.4 Tính chi phí và giá thành 75 7.4.1 Chi phí vận hành hàng năm 75 7.4.2 Chi phí tính toán hàng năm 75 7.4.3 Giá thành truyền tải điện năng 75 7.4.4 Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại 75 CHƢƠNG 8: MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƢỚI ĐIỆN THIẾT KẾ BẰNG PHẦN MỀM PSS/E 77 8.1. GIỚI THIỆU CHƢƠNG TRÌNH PSS/E 77 8.2. NHẬP DỮ LIỆU ĐẦU VÀO 77 8.2.1. Nhập dữ liệu nút 8.2.2. Nhập dữ liệu đƣờng dây 79 8.2.3. Nhập dữ liệu máy biến áp 80 8.2.4. Nhập dữ liệu của nguồn 82 8.2.5. Nhập dữ liệu phụ tải 83 8.3. CHẠY CHƢƠNG TRÌNH VÀ XUẤT KẾT QUẢ 86 8.3.2. Chế độ phụ tải cực đại 88 8.3.3. Chế độ phụ tải cực tiểu 92 8.3.4. Chế độ sự cố 96 KẾT LUẬN CHUNG 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 1 CHƢƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN Trong thiết kế lƣới điện để chọn đƣợc phƣơng án tối ƣu, cần tiến hành phân tích những đặc điểm của các nguồn cung cấp điện và các phụ tải. Từ đó ta có thể xác định đƣợc công suất phát của các nguồn cung cấp và xây dựng đƣợc các sơ đồ nối điện hợp lý. Trong chƣơng này chúng ta sẽ phân tích các đặc điểm của nguồn và phụ tải cũng nhƣ tính toán sơ bộ công suất phát của các nguồn cho các chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu và sự cố của lƣới điện thiết kế. 1.1. Phân tích nguồn điện và phụ tải 1.1.1. Nguồn điện Lƣới điện thiết kế gồm hai nguồn cung cấp, đó là nhà máy nhiệt điện và hệ thống điện. a. Nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện (NĐ) gồm 4 tổ máy phát. Công suất định mức của mỗi tổ máy phát là 55 MW. Nhƣ vậy tổng công suất định mức của nhà máy điện bằng: 4.55 = 220 MW. Hệ số công suất cosφ đm = 0,8. Điện áp định mức là U đm = 10,5 kV. b. Hệ thống điện Hệ thống điện có hệ số công suất cosφ đm = 0,85. Mặt khác, hệ thống có công suất vô cùng lớn nên ta chọn hệ thống là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp. Công suất của hệ thống vô cùng lớn nên ta không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng dự trữ sẽ đƣợc lấy từ hệ thống điện. 1.1.2. Phụ tải điện Nguồn điện cung cấp cho 10 phụ tải với các thông số cơ bản nhƣ trong bảng sau: Bảng 1.1: Số liệu các phụ tải Các số liệu Phụ tải 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Công suất cực đại (MW) 36 34 35 29 34 30 30 29 28 28 Công suất cực tiểu (MW) Bằng 70% công suất cực đại Hệ số công suất 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h) 4600 Mức yêu cầu cấp điện I I III I I I III I I I Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT KT T KT KT KT T KT KT KT Điện áp định mức phía hạ áp (kV) 22 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 2 Từ bảng số liệu ta thấy trong 10 phụ tải trên gồm có: - Gồm 2 phụ tải loại III là phụ tải 3 và 7. - Gồm 8 phụ tải loại I là các phụ tải 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10. Cấp điện áp hạ áp 22kV. Phụ tải 3 và 7 điều chỉnh điện áp thƣờng. Các phụ tải còn lại điều chỉnh điện áp khác thƣờng. Các phụ tải đều có hệ số công suất cosφ đm = 0,9. Phụ tải loại 1 là những phụ tải quan trọng phải đƣợc cung cấp điện một cách liên tục. Sử dụng đƣờng dây mạch kép và trạm biến áp có hai máy biến áp để đảm bảo cung cấp điện liên tục cũng nhƣ đảm bảo chất lƣợng điện năng ở mọi chế độ vận hành. Phụ tải loại 3 là phụ tải có độ quan trọng thấp hơn, nếu gián đoạn cung cấp điện thì sẽ không gây thiệt hại lớn, do đó ta chỉ cần sử dụng đƣờng dây đơn và trạm biến áp có một máy biến áp để cung cấp điện. Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện đƣợc tính nhƣ sau:  tg.PQ maxmax maxmax max . jQPS  2 max 2 maxmax QPS  Kết quả giá trị công suất của phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiểu: Bảng 1.2: Bảng tính toán số liệu phụ tải ở chế độ cực đại và cực tiểu Hộ tiêu thụ Pmax, MW Q max , MVAr Ṡ max(MVA) P min , MW Q min , MVAr Ṡ min(MVA) 1 36 17,424 36 + j17,424 25,2 12,2 25,2 + j12,2 2 34 16,456 34 + j16,456 23,8 11,52 23,8 + j11,52 3 35 16,94 35 + j16,94 24,5 11,86 24,5 + j11,86 4 29 14,036 29 + j14,036 20,3 9,825 20,3 + j9,825 5 34 16,456 34 + j16,456 23,8 11,52 23,8 + j11,52 6 30 14,52 30 + j14,52 21 10,16 21 + j10,16 7 30 14,52 30 + j14,52 21 10,16 21 + j10,16 8 29 14,036 29 + j14,036 20,3 9,825 20,3 + j9,825 9 28 13,552 28 + j13,552 19,6 9,486 19,6 + j9,486 10 28 13,552 28 + j13,552 19,6 9,486 19,6 + j9,486 Tổng 313 151,49 313 + j151,49 219,1 106 219,1 + j106 [...]... Tính toán phân bố công suất và lựa chọn điện áp định mức Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 27 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận Tính toán phƣơng án 4 tƣơng tự nhƣ các phƣơng án trên, ta có điện áp tính toán và điện áp định mức của phƣơng án 3 đƣợc tổng hợp trong bảng 2.13: Bảng 2.13: Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đƣờng dây Điện áp Điện áp định mức Chiều dài tính toán của... Giang Page 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận 10 7 6 1 5 NM 2 8 HT 9 4 3 Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện phương án 3 10 7 6 1 5 NM 2 8 HT 9 4 3 Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện phương án 4 Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận 10 7 6 1 5 NM 2 8 HT 9 4 3 Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện phương án 5 2.2 Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho các phƣơng án Để tính toán chỉ tiêu... Nguyễn Đăng Giang Page 24 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận 1 Tính toán phân bố công suất và lựa chọn điện áp định mức Tính toán phƣơng án 3 tƣơng tự nhƣ các phƣơng án trên, ta có điện áp tính toán và điện áp định mức của phƣơng án 3 đƣợc tổng hợp trong bảng 2.9: Bảng 2.9: Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện: Đƣờng dây Công suất truyền tải S,MVA Chiều dài đƣờng dây l, km Điện áp... Tổn thất điện áp lúc sự cố lớn  Vận hành phức tạp hơn Dựa trên nhu cầu cung cấp điện, cùng vị trí địa lý của các phụ tải, ta đề xuất 5 phƣơng án nối dây nhƣ sau: Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận 10 7 6 1 5 NM 2 8 HT 9 4 3 Hình 2.1: Sơ đồ mạch điện phương án 1 10 7 6 1 5 NM 2 8 HT 9 4 3 Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện phương án 2 Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page... viên: Nguyễn Đăng Giang Page 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận CHƢƠNG 2 ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CHO CÁC PHƢƠNG ÁN 2.1 Đề xuất các phƣơng án nối dây Một trong các yêu cầu của thiết kế mạng điện là đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục, nhƣng vẫn phải đảm bảo tính kinh tế Muốn đạt đƣợc yêu cầu này ngƣời ta phải tìm ra phƣơng án hợp lý nhất trong các phƣơng án. .. X (Ω) Từ các kết quả tính toán và các kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 2.4 nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện trong phƣơng án 1 có giá trị: ΔUmaxbt % = ΔUHT-1bt % = 3,5767% Tổn thất điện áp lớn nhất khi sự cố bằng: ΔUmaxsc % = ΔUht-1sc% = 7,153% 2.3.2 Phƣơng án 2 10 7 6 1 5 NM 2 8 HT 9 4 3 Hình 2.7: Sơ đồ mạch điện phương án 2 Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 20 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... đƣờng dây trong đƣờng dây kép, tổn thất điện áp trên đƣờng dây đƣợc xác định theo công thức : U sc %  2.U bt % 2.3 Tính toán cụ thể cho từng phƣơng án 2.3.1 Phƣơng án 1 Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận 10 7 6 1 5 NM 2 8 HT 9 4 3 Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện phương án 1 1 Tính toán phân bố công suất và lựa chọn điện áp định mức Công suất tác dụng từ NM... Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận Trong đó:   Icp – dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn Isc – dòng điện chạy trên đƣờng dây trong chế độ sự cố 2.2.4 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện Chỉ tiêu chất lƣợng điện áp: bt U max %  15%  Tổn thất điện áp chế độ bình thƣờng: sc  Tổn thất điện áp chế độ sự cố: U max %  25% Tổn thất điện áp trên... phƣơng án ta tiến hành tính toán theo các bƣớc nhƣ sau: 2.2.1 Tính toán phân bố công suất: bỏ qua tổn thất công suất trên đƣờng dây 2.2.2 Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và các nguồn cung cấp điện, vị trí tƣơng đối giữa các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện Các phƣơng án của mạng điện thiết. .. thất điện áp trên đƣờng dây có giá trị: U N 6 sc %  2.U N 6bt %  2.2,88  5,76% Tính toán tổn thất điện áp trên các đƣờng dây còn lại đƣợc tiến hành tƣơng tự nhƣ với hai đƣờng dây trên Ta có các thông số tập trung và tổn thất điện áp cho các đƣờng dây phƣơng án đƣợc tổng kết ở bảng 2.8 dƣới đây: Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 23 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận Bảng 2.8: Tổn thất điện . HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN ĐĂNG GIANG Lớp: D4H3 Ngành: Hệ thống điện Cán bộ hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Đức Thuận PHẦN I. THIẾT. bản thân. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 1 tháng 1 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Đăng Giang NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN . TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 1 CHƢƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN