Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện Khoa Sư phạm kỹ thuật Phan Thành Trung 1 PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC ĐIỂM NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 1.1. Các số liệu về nguồn cung cấp và phụ tải 1.1.1. Vị trí các nguồn cung cấp và phụ tải Theo đầu bài ta có vị trí các nguồn cung cấp và 9 phụ tải như hình vẽ: Hình 1.1. Sơ đồ vị trí nguồn điện và phụ tải 1.1.2. Nguồn cung cấp a. Hệ thống điện Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp 110 kV của hệ thống là 0,85. Vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa hệ thống và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện Khoa Sư phạm kỹ thuật Phan Thành Trung 2 thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành. Mặt khác, vì hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên chọn hệ thống là nút cân abừng công suất và nút cơ sở về điện áp. Ngoài ra do hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ được lấy từ h ệ thống điện. b. Nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiết điện gồm có 4 tổ máy công suất P đm = 60 MW, cos ϕ =0,85, U đm =10,5 kV. Như vậy tổng công suất định mức của nhà máy bằng: 4 × 60 = 240 MW. Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện có thể là than đá, dầu và khí đốt. Hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện tương đối thấp (khoảng 30 ÷ 40%). Đồng thời công suất tự dùng của nhiệt điện thường chiếm khoảng 6 % đến 15% tùy theo loại nhà máy nhiệt điện. Đối với nhà máy nhiệt điện, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải P ≥ 70 % P đm ; còn khi P ≤ 30 % P đm thì các máy phát ngừng làm việc. Công suất phát kinh tế của các nhà máy nhiệt điện thường bằng (80 ÷ 90 %)P đm . Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 85 % P đm , nghĩa là: P kt =85%P đm Do đó kho phụ tải cực đại cả 4 máy phát đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát ra của nhà máy nhiệt điện là: P kt = 85% × 4 × 60 = 204 MW Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng một máy phát để bảo dưỡng, ba máy phát còn lại sẽ phát 85%P đm , nghĩa là tổng công suất phát ra của nhà máy nhiệt điện là: P kt = 85% × 3 × 60 = 153 MW Khi sự cố ngừng một máy phát, ba máy phát còn lạo sẽ phát 100%P đm , như vậy: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện Khoa Sư phạm kỹ thuật Phan Thành Trung 3 P F = 3 × 60 = 180 MW Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ hệ thống điện. 1.1.3. Số liệu phụ tải Hệ thống cấp điện cho 9 phụ tải có P min = 0,5 P max , T max = 5500 h. Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện được tính như sau: 2 max 2 maxmax maxmaxmax maxmax . jQPS jQPS tgPQ += += = & ϕ Bảng 1.1. Số liệu về các phụ tải Phụ tải Số liệu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P max (MW) 38 29 30 38 29 36 38 28 30 P min (MW) 19 14,5 15 19 14,5 18 19 14 15 cos ϕ 0,9 0,85 0.85 0,85 0,9 0,9 0,9 0,85 0,9 Q max (MVAr) 18,40 18,00 18,60 23,55 14,04 17,43 18,40 17,35 14,53 Q min (MVAr) 9,20 9,00 9,30 11,78 7,02 8,72 9,20 8,68 7,27 S max (MVA) 42,22 34,12 35,29 44,70 32,22 40 42,22 32,94 33,33 S min (MVA) 21,11 17,06 17,65 22,35 16,11 20 21,11 16,47 16,67 Loại phụ tải I I I I I I I I I Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT KT KT KT KT KT KT KT KT Điện áp thứ cấp 10 10 10 10 10 10 10 10 10 1.1.4. Kết luận Ở giữa hai nguồn có phụ tải số 2 nên khi thiết kế đường dây liên lạc giữa nhà máy và hệ thống thì đường dây này sẽ đi qua phụ tải 2. Để đảm bảo Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện Khoa Sư phạm kỹ thuật Phan Thành Trung 4 kinh tế thì các phụ tải được cấp điện từ các nguồn gần nó nhất. Phụ tải 3 và 1 được cấp điện trực tiếp từ nhà máy, phụ tải 8 và 9 được cấp điện từ hệ thống. Khoảng cách từ nguồn đến phụ tải gần nhất là 41,2310km, đến phụ tải xa nhất là 85,440km. Đối với các phụ tải gần nguồn thì xác suất sự cố đường dây ít nên thường được sử dụng sơ đồ cầu ngoài, đối với các phụ tải xa nguồn có xác suất sự cố đường dây lớn nên được sử dụng sơ đồ cầu trong. CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG TRONG MẠNG ĐIỆN 2.1. Cân bằng công suất tác dụng Đặc điểm rất quan trọng của hệ thống điện là truyề n tải tức thời điện năng từ các nguồn đến các hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành số lượng nhận thấy được. Tính chất này xác định sự đồng bộ của quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng. Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thống cầ n phải phát công suất cân bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả các tổn thất công suất trong mạng điện, nghĩa là cần phải thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ. Ngoài ra để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường, cần phải có dự trữ nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống. Dự trữ trong h ệ thống điện là một vấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống. Vì vậy phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điện thiết kế có dạng: P NĐ + P HT = P tt = max td dt P PP P+Δ++ ∑ ∑ (1.1) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện Khoa Sư phạm kỹ thuật Phan Thành Trung 5 trongđó: P NĐ - tổng công suất do nhà máy nhiệt điện phát ra. P HT - công suất tác dụng lấy từ hệ thống. P tt – Công suất tiêu thụ. m – hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại ( m=1). ∑ max P - tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại. ∑ ΔP - tổng tổn thất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy ∑ ∑ = Δ max %5 PP . P td – công suất tự dùng trong nhà máy điện, có thể lấy bằng 10% tổng công suất đặt của nhà máy. P dt – công suất dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy P dt = 10% ∑ max P , đồng thời công suất dự trữ cần phải bằng công suất định mức của tổ máy phát lớn nhất đối với hệ thống điện không lớn. Bởi vì hệ thống điện có công suất vô cùng lớn nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống, nghĩa là P dt = 0. Tổng công suất tác dụng của các phụ tải khi cực đại được xác định từ bảng 1.1 bằng: ∑ max P = 296 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện có giá trị: ∑ =Δ max %5 PP =5% × 296 = 14,80 MW Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện: P td = 10%P đm =10% × 240 = 24 MW Vậy tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện có giá trị: P tt = 296 + 14,80 + 24 = 334,8MW Theo mục 1.1.2.b, tổng công suất do nhà máy điện phát ra theo chế độ kinh tế là: P NĐ = P kt = 204 MW Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện Khoa Sư phạm kỹ thuật Phan Thành Trung 6 Như vậy trong chế độ phụ tải cực đại, hệ thống cần cung cấp công suất cho các phụ tải bằng: P HT = P tt - P NĐ = 334,8 – 204 = 130,8 MW 2.2. Cân bằng công suất phản kháng Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng giữa điện năng sản suất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm. Sự cân bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng mà cả đối với công suất phản kháng. S ự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp. Phá hoại sự cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến thay đổi điện áp trong mạng điện. Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng thì điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy để đảm bả o chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và hệ thống, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng. Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng: Q F + Q HT = Q tt = m ∑ max Q + ∑ ∑ ∑ +−Δ bCL QQQ +Q td +Q dt (1.2) trong đó: Q F – tổng công suất phản kháng do nhà máy phát ra. Q HT – công suất phản kháng do hệ thống cung cấp. Q tt – tổng công suất phản kháng tiêu thụ. ∑ max Q - tổng công suất phản kháng trong chế độ phụ tải cực đại của các phụ tải. ∑ Δ L Q - tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện Khoa Sư phạm kỹ thuật Phan Thành Trung 7 ∑ C Q - tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra, khi tính sơ bộ lấy ∑ ∑ =Δ CL QQ . ∑ b Q - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, trong tính toán sơ bộ lấy ∑ ∑ = max %15 QQ b . Q td – công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện. Q dt – công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy bằng 15% tổng công suất phản kháng ở phần bên phải của phương trình (2.2). Đối với mạng điện thiết kế, công suất Q dt sẽ lấy ở hệ thống nghĩa là Q dt =0. Như vậy tổng công suất phả kháng do nhà máy điện phát ra bằng: Q F = P F .tg F ϕ = 204.0,6197 = 126,4278 MVAr Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp bằng: Q HT = P HT .tg HT ϕ = 130,8.0,6197 = 81,0568 MVAr Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại theo mục (1.1.2.b): ∑ max Q = 160,2871 MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp: ∑ b Q =15% × 160,2871 = 24,0431 MVAr Tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện có giá trị: Q td = P td .tg td ϕ Với cos td ϕ =0,75 thì tg td ϕ =0,8819 thì: Q td = 24.0,8819 = 21,1660 MVAr Như vậy tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện: Q tt = 160,2871 + 24,0431 +21,1660 = 205,4962 MVAr Tổng công suất do nhà máy và hệ thống có thể phát ra: Q F + Q HT = 126,4278 + 81,0568 = 207,4846 MVAr Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện Khoa Sư phạm kỹ thuật Phan Thành Trung 8 Từ kết quả tính toán trên nhận thấy rằng, công suất phản kháng do các nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ, vì vậy không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế. CHƯƠNG 3 CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN HỢP LÝ NHẤT 3.1. Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật củ a mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó. Vì vậy các sơ đồ mạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tả i mới. Trong thiết kế hiện nay, để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện người ta sử dụng phương pháp nhiều phương án. Từ các vị trí đã cho của các phụ tải và các nguồn cung cầp cần dự kiến một số phương án và phương án tốt nhất sẽ chọn được trên cơ sở so sánh kinh tế – kỹ thuật các phương án. Nhữ ng yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất lượng cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Khi dự kiến sơ đồ của mạng điện thiết kế, trước hết cần chú ý đến hai yêu cầu trên. Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I, cần đả m bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động. Vì vậy để cung cấp cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lưới điện Khoa Sư phạm kỹ thuật Phan Thành Trung 9 Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn cung cấp và các phụ tải, cũng như vị trí của chúng, có 5 phương án được dự kiến như ở hình 3.1a, b, c, d, e. Hình 3.1.a Sơ đồ mạch điện phương án 1 . 21, 11 17,06 17 ,65 22,35 16 ,11 20 21, 11 16,47 16 ,67 Loại phụ tải I I I I I I I I I Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT KT KT KT KT KT KT KT KT Điện áp thứ cấp 10 10 10 10 10 10 10 10 10 1. 1.4 2 max 2 maxmax maxmaxmax maxmax . jQPS jQPS tgPQ += += = & ϕ Bảng 1. 1. Số liệu về các phụ tải Phụ tải Số liệu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P max (MW) 38 29 30 38 29 36 38 28 30 P min (MW) 19 14 ,5 15 19 14 ,5 18 19 14 15 cos ϕ 0,9 0,85 0.85. 0,9 0,85 0,9 Q max (MVAr) 18 ,40 18 ,00 18 ,60 23,55 14 ,04 17 ,43 18 ,40 17 ,35 14 ,53 Q min (MVAr) 9,20 9,00 9,30 11 ,78 7,02 8,72 9,20 8,68 7,27 S max (MVA) 42,22 34 ,12 35,29 44,70 32,22 40 42,22