Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do LỜI NÓI ĐẦU Điện năng luôn đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy kinh tế phát triển và là nhu cầu không thể thiếu cho đời sống sinh hoạt hằng ngày.vì vậy ngành điện được coi là ngành công ngiệp hàng đầu cần phải được phát triển trước các ngành công ngiệp khác, cho nên việc cung cấp điện đóng vai trò quan trọng. Hệ thống điện là tập hợp các nhà máy điện trạm biến áp,trạm đóng cắt, hộ tiêu thụ. Trong đó mạng điện có nhiệm vụ truyền tải điện năng và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ. Kết cấu mạng điện bao gồm các đường dây trên không , đường dây cáp,trạm biến áp thiết bị đóng cắt…ở đây nội dung đề tài môn học là “thiết kế mạng điện khu vực cung cấp cho các hộ tiêu thụ từ thanh góp cao áp của nhà máy điện” Nội dung gồm 8 chương: Chương I: Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống. Xác định sơ bộ lượng bù công suất phản kháng Chương II: Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện,so sánh các phương án về mặt kỹ thuật Chương III: So sánh về mặt kinh tế các phương án đã thỏa mãn về mặt kỹ thuật Phân tích và chọn phương án hợp lý nhất Chương IV: Xác định số lượng và công suất các máy biến áp. Sơ đồ nối dây chi tiết Chương V: Tính bù kỹ thuật Chương VI: Tính phân bố chính xác công suất trong các chế độ.Kiểm tra lại Sự cân bằng công suất phản kháng trong toàn mạng,nếu thiếu thì bù kỹ thuật Chương VII: Tính điện áp các nút mạng điện ,chọn đầu phân áp cho các máy biến áp giảm áp Chương VIII: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Trong thời gian qua được sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần ngọc Do em đã hoàn thành đồ án.tuy nhiên trong đồ án không tránh khỏi một số thiếu sót.Rất mong được sự góp ý của các thầy để đồ án em được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện Lê Ngọc Luân SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 2 Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do CHƯƠNG I: ĐỊNH PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH CỦA CÁC NHÀ MÁY CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG BÙ SƠ BỘ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Công suất và tính chất của 6 hộ tiêu thụ điện cho ở bảng sau : Các số liệu Các hộ tiêu thu 1 2 3 4 5 6 Phụ tải cực đại 31 24 21 23 22 30 Hệ số công suất cosϕ 0,8 0,75 0,8 0,8 0,8 0.75 Yêu cầu đảm bảo cung cấp điện I I III I III I Điện áp định mức mạng thứ cấp KV 22 KV Cân bằng công suất sơ bộ trong hệ thống nhằm mục đích xem xét khả năng cung cấp của các nguồn cho các hộ tiêu thụ điện, trên cơ sở đó định ra phương thức vận hành cho các nguồn trong hệ thống ở các trạng thái vận hành cực đại, cực tiểu và sự cố dựa trên sự cân bằng từng khu vực. Ở đây ta cân bằng cả công suất tác dụng và công suất phản kháng. 1.Cân bằng công suất tác dụng: Sự cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống được biễu diễn bằng biểu thức: ∑P F = m.∑P pt + ∑∆P md + ∑P td + ∑P dt Trong đó: - P F : Tổng công suất tác dụng phát ra do các các nhà máy điện trong hệ thống. - m : hệ số đồng thời của phụ tải. Lấy m =1 - ∑P pt : Tổng phụ tải tác dụng cực đại của các hệ tiêu thụ ∑P pt = P 1 + P 2 + P 3 +P 4 +P 5 +P 6 = 31 + 24 + 21 + 23 + 22 + 30 = 151 [MW] - ∑∆P mđ : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và MBA. ∑∆P mđ = (5÷10)%. ∑P pt Chọn : ∑∆P mđ = 10%.∑P pt =0,1. 151 = 15,1 [MW] - ∑P td : Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện . Vì chỉ tính từ thanh cái cao áp nên ∑P td = 0. - ∑P dt : Tổng công suất dự trữ của hệ thống. ∑P dt = 10%∑P pt =15,1[MW] - Như vậy ta có: ∑P F = 151+15,1+15,1 = 181,2[MW] 2.Cân bằng công suất phản kháng Q : Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống biểu diễn bằng biểu thức: ∑Q F +∑Q b = m. ∑Q pt + ∑∆Q B + ∑∆Q DZ + ∑Q td - ∑∆Q C + ∑Q dt Trong đó: -∑QF : Tổng công suất phản kháng do nhà máy phát ra: ∑Q F = ∑P F .tgϕ F ta có : Cosϕ = 0,8 ⇒ tgϕ = 0,75 Vậy ∑Q F = 181,2. 0,75 = 135,9[MVAR] SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 3 Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do - m : hệ số đồng thời của phụ tải phản kháng; m= 1 - ∑Q pt : Tổng công suất phản kháng cực đại do tải yêu cầu. ∑Q pt = ( ) ∑ = 6 1 . i ipti tgP ϕ Ứng với cosϕ = 0,8 ⇒ tgϕ = 0,75 cosϕ =0,75 ⇒ tgϕ =0,88 Vậy ⇒ ∑Q pt = 120,27 [MVAR] - ∑∆Q B : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các MBA của hệ thống Mỗi cấp BA thì : ∑∆Q B = (15÷20 )%. ∑Q pt ∑∆Q B =20%.∑Q pt = 20%.120,27 = 24,054 [MVAR] - ∑∆Q DZ : Tổng tổn thất công suất phản kháng trên các đường dây của mạng điện. - ∑∆Q C : Tổng công suất phản kháng do dung dẫn của đường dây sinh ra. Có thể lấy ∑∆Q DZ = ∑∆Q C - ∑Q td : Tổng công suất phản kháng tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống .Do chỉ tính từ thanh cái cao áp ∑Q td = 0 . - ∑Q dt : Tổng công suất phản kháng dự trữ của các nhà máy điện. ∑Q dt = 10% ∑Q pt =12,027[MVAr] - ∑ Q b : Tổng công suất phản kháng cần bù sơ bộ. ∑ Q b = m. ∑Q pt + ∑∆ Q B - ∑Q F - ∑Q dt = 120,27 + 24,054 +12,027 – 135,9 = 20,451 [MVAr] Như vậy để cân bằng công suất phản kháng, ta cần bù thêm lượng công suất phản kháng cho hệ thống là 20,451 [MVAr]. Như vậy ưu tiên bù cho các hộ hộ có Cosϕ thấp và ở xa. 3.Bù sơ bộ công suất phản kháng Q: Trên cơ sở đó ta bù cho các hộ sau: + Ta bù cho hộ 2.(Hộ 2 ở xa nguồn và có Cosϕ bé nhất ) Giả sử sau khi bù, hệ số công suất của hộ số 2 là: Cosϕ 2 = 0,9 ⇒ tgϕ 2 = 0,4843 Vậy Q b2 = Q 2 - P 2 .tgϕ 2 = 21,12 -24.0,4843 = 9,497 [MVAR] Dung lượng cần bù còn : 20,451 – 9,497 =10,954[MVAR]. Dung lượng cần bù còn lại : 10,954(MVAR) ta bù hết cho hộ 6. 515,0 30 954,104,26 ' 6 66 6 = − = − = P QQ tg b ϕ  Cosϕ 6 ’ = 0,89 SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 4 THAM SỐ HỘ 1 HỘ 2 HỘ 3 HỘ 4 HỘ 5 HỘ 6 P(MW) 31 24 21 23 22 30 Cosϕ 0,8 0,75 0,8 0,8 0,8 0,75 tgϕ 0,75 0,88 0,75 0,75 0,75 0,88 Q(MVAR) 23,25 21,12 15,75 17,25 16,5 26,4 Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do Vậy hộ 5 được bù đến Cosϕ 5 ’ = 0,89 . Ta có bảng số liệu phụ tải trước và sau khi bù sơ bộ : Phụ t ả i P max (M W) Q max (MVAr) Cosϕ Q b (MVAr) Q' max (MVAr) Cosϕ' S' max (MVA) 1 31 23,25 0,8 0 23,25 0,8 31 + j23,25 2 24 21,12 0,75 9,496 11,62 0,9 24 + j11,62 3 22 15,75 0,8 0 15,75 0,8 22 + j15,75 4 23 17,25 0,8 0 17,25 0,8 23+ j17,25 5 22 16,5 0,8 0 16,5 0,8 22+ j16,5 6 30 26,4 0,75 10,954 15,45 0,89 30+ j15,45 SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 5 Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do CHƯƠNG II: DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KĨ THUẬT I. DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY : Khi thiết kế một hệ thống điện, vấn đề đặt ra là phải lựa chọn phương án kết lưới tối ưu, dựa trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật của phương án. Việc so sánh các phương án về kỹ thuật chủ yếu dựa trên các mặt sau: - Đảm bảo tính an toàn cung cấp điện theo đúng yêu cầu của các hộ tiêu thu điện. - Đảm bảo tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường cũng như lúc sự cố nằm trong giới hạn cho phép. - Đảm bảo sự phát nóng cho phép của dây dẫn, đảm bảo độ bền cơ học dây dẫn. Khi dự kiến các phương án nối dây của mạng điện ta dựa vào tính chất quan trọng của các hộ tiêu thụ điện (loại I, loại III): + Hộ loại 1 : Yêu cầu cung cấp điện liên tục do đó ta sử dụng đường dây kép hoặc mạng kín để cung cấp điện . + Hộ loại 3 : Yêu cầu cung cấp điện thấp hơn do đó ta dùng đường dây đơn để cung cấp điện . Khoảng cách từ nguồn - phụ tải ; phụ tải - phụ tải và phương thức vận hành cũng như công suất nhà máy. 1 Xác định khoảng cách nguồn- phụ tải ; phụ tải - phụ tải : Đoạn Chiều dài A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 1-2 5-6 Chiều dài trên bản đồ (cm) 2,9 4,5 5,2 2,9 3,5 3,1 3,3 2,2 Độ dài thực tế (km) 43,5 67,5 78 43,5 52,5 46,5 49,5 33 2. Dự kiến các phương án nối dây: Vì số lương phương án không nhiều nên ta không tính tổng mô men phụ tải để loại sơ bộ, mà tiến hành so sánh các phương án về mặt kỹ thuật để chọn phương án tối ưu. SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 6 Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4 II. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT : 1.Nội dung so sánh các phương án về mặt kỹ thuật : a/ Chọn cấp điện áp tải điện của mạng điện : Việc chọn cấp điện áp tải điện rất quan trọng đối với mạng điện.Vì nó ảnh hưởng rất nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện . Trong thực tế tính toán để xác định trị số điện áp của mạng điện người ta thường sử dụng 1 số công thức kinh nghiệm. Ơ đây ta sử dụng công thức Still, công thức này khá chính xác với P < 60[MW], L < 250 [Km] U = 4,34. PL .16+ [KV] Với L : chiều dài truyền tải [Km] P : công suất truyền tải [MW] SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 7 Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do b/Chọn tiết diện dây dẫn : Mạng điện thiết kế là mạng điện khu vực, do đó tiết diện dây dẫn được chọn theo J k.tế . Ta chọn loại dây AC. Với T max = 5100 h Tra bảng ta được J k.tế = 1 A/mm 2 . Chọn tiết diện dây dẫn như sau : - Đối với đường dây đơn : ktdm kt JU S J I F 3 maxmax == - Đối với đường dây kép : ktdm kt JU S J I F 3.2 .2 maxmax == Ngoài ra với mạng điện 110 [KV] phải chọn tiết diện dây dẫn loại AC_70 trở lên và mạng 220[KV] phải chọn tiết diện dây dẫn từ AC_240 trở lên để giảm tổn thất vầng quang. c/Kiểm tra phát nóng dây dẫn lúc sự cố : Kiểm tra theo điều kiện : I scmax < K.I cp Trong đó : I scmax : Dòng điện làm việc khi có sự cố lúc phụ tải lớn nhất . I cp : Dòng điện cho phép lâu dài trong dây dẫn, phụ thuộc vào loại và tiết diện dây dẫn. K : Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc chọn t lv = 35 o C, K= 0,82. d/Tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường và sự cố : ∆U% = 100. U XQRP + % Trong đó : P, Q, U : công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp của đường dây. R , X : điện trở, điện kháng của đường dây. - Lúc làm việc bình thường ∆U max % : là tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải xa nhất lúc phụ tải cực đại điều kiện : ∆U btmax % ≤ 10 ÷15% - Lúc sự cố nặng nề nhất : Điều kiện : ∆U scmax % ≤ 20 ÷ 25% SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 8 Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do 2.Tính toán kỹ thuật cho từng phương án: 1.Phương án 1: a.Tính phân bố công suất: - Nhánh A-1 11A SS • − • = = 31 + j23,25 (MVA) ⇒ S A-1 = 38,75 (MVA) - Nhánh A-2 22A SS • − • = = 24 + j11,62 (MVA) ⇒ S A-2 = 26,67 (MVA) - Nhánh A-3 33A SS • − • = = 21 + j15.75 (MVA) ⇒ S A-3 = 26,25 (MVA) - Nhánh A-4 44A SS • − • = = 23 + j17,25 (MVA) ⇒ S A-4 = 28,75 (MVA) - Nhánh 6-5 556 SS • − • = = 22 + j16,5(MVA) ⇒ 56 S − = 27,5(MVA) SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 9 Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do - Nhánh A-6 566A SSS •• − • += = (30 + j15,4) + (22 + j16,5) = 52 +j31,9(MVA) ⇒ 6-A S = 61 (MVA) b.Chọn cấp điện áp tải điện : Nhánh :A1 U A1 = 4,34. ][8.10031.165,43 KV=+ A2 U A2 = 4,34. ][2,9224.165,67 KV=+ A3 U A3 = 4,34. ][3,8821.1678 KV=+ A4 U A4 = 4,34. ][8823.165,43 KV=+ A6 U A6 = 4,34. ][6,12852.165,46 KV=+ 56 U A6 = 4,34. ][2,8522.1633 KV=+ Vì đây là mạng điện khu vực nên ta chọn điện áp vận hành110 [KV] c.Chọn tiết diện dây dẫn : - Nhánh A-1: F k.t = )(7,10110 110.3.2 25,2331 23 22 mm= + → Ta chọn dây AC_95 - Nhánh A-2: F k.t = )(7010 110.3.2 62,1124 23 22 mm= + → Ta chọn dây AC_70 - Nhánh A-3: F k.t = )(8,13710 110.3 75,1521 23 22 mm= + → Ta chọn dây AC_150 - Nhánh A-4: F k.t = )(4,7510 110.3.2 25,1723 23 22 mm= + → Ta chọn dây AC_95 - Nhánh A-6: F k.t = )(1,16010 110.3.2 9,3152 23 22 mm= + → Ta chọn dây AC_150 - Nhánh 5-6: F k.t = )(3,14410 110.3 5,1622 23 22 mm= + → Ta chọn dây AC_150 SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 10 Đồ án môn học : Mạng Điện GVHD : Trần Ngọc Do Nhánh U(kV) F(mm 2 ) Chọn dây Số d â y r o x o I cp A1 100,8 101,7 AC_95 2 0,33 0,43 335 A2 92,2 70 AC_70 2 0,46 0,441 275 A3 88,3 137,8 AC_150 1 0,21 0,415 445 A4 88 75,4 AC_95 2 0,33 0,43 335 A6 128,6 160,1 AC_150 2 0,21 0,415 445 56 85,2 144,3 AC_150 1 0,21 0,415 445 d.Tính tổn thất điện áp và kiểm tra điệu kiện phát nóng của dây dẫn : ∆U m bt %= 100. 2 dm U XQRP + *Lúc bình thường: - Nhánh A1: ∆U m bt %= %64,3100.5,43. 110.2 43,0.25,2333,0.31 2 = + - Nhánh A2: ∆U m bt % = %51,4100.5,67. 110.2 441,0.62,1146,0.24 2 = + - Nhánh A3: ∆U m bt % = %06,7100.78. 110 415,0.75,1521,0.21 2 = + - Nhánh A4: ∆U m bt %= %7,2100.5,43. 110.2 43,0.25,1733,0.23 2 = + - Nhánh A6: ∆U m bt %= %64,4100.5,46. 110.2 415,0.9,3121,0.52 2 = + - Nhánh 56: ∆U m bt %= %13,3100.33. 110 415,0.5,1621,0.22 2 = + - Nhánh A56: ∆U m bt %=4,64 + 3,13 = 7,77% }{ { } %77,7% 7,77% 2,7%; 7,06%; 4,51%; 3,64%;max%ΔU %ΔU %,ΔU %,ΔU %,ΔU %,ΔUmax% max bt max 56A4-A3A2A1Amax =∆⇒ = =∆ −−−− bt bt U U %10% =∆ bt cp U ⇒ % max bt U ∆ < % bt cp U ∆ SVTH : Lê Ngọc Luân – Nhóm 14-Lớp 09D1 Trang 11