Đồ án môn họcThiết Kế Mạng Điện Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 1 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Lời mở đầu Điện năng là một nguồn năng lượng quan trọng của hệ thống năng lượng quốc gia, nó được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực như: sản xuất kinh tế, đời sống sinh hoạt, nghiên cứu khoa học… Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nên nhu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng cao về số lượng cũng như chất lượng. Để đáp ứng được vấn đề đó thì ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm và khai thác tốt các nguồn năng lượng có thể biến đổi chúng thành điện năng.Mặt khác, để đảm bảo về chất lượng của điện năng cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện năng hiện đại, có phương thức vận hành tối ưu nhất đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng như kinh tế. Xuất phát từ điều đó, bên cạnh những kiến thức giảng dạy trên giảng đường, mỗi sinh viên ngành Hệ thống điện đều được giao đồ án môn học về thiết kế điện cho mạng điện khu vực. Quá trình thực hiện đồ án giúp chúng ta hiểu biết tổng quan nhất về mạng lưới điện khu vực, hiểu biết hơn về những nguyên tắc chủ yếu để xây dựng một hệ thống điện như xác định hướng và các thông số của các đường dây, chọn hệ thống điện áp cho mạng điện chính, những nguyên tắc tổ chức và điều khiển hệ thống, tổng vốn đầu tư và các nguồn nguyên vật liệu để phát triển năng lượng …vv. Chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy Đinh Hoàng Bách, cùng toàn thể các thầy cô trong khoa Điện đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành bản đồ án này. Tp HCM. Ngày 5 tháng 5 năm 2011. ( Sinh viên thực hiện ) Đoàn Văn Thúy Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 2 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 3 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Sơ đồ cung cấp điện của hệ thống: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN CUNG CẤP VÀ CÁC PHỤ TẢI I. Nguồn cung cấp ( N ) II. Các phụ tải điện Trong hệ thống điện thiết kế có 06 phụ tải. trong đó phụ tải số 5 và số 6 là hộ loại I (yêu cầu cung cấp điện liên tục ). Thời gian sử dụng công suất cực đại axm T =500(giờ/năm).yêu cầu điều chỉnh điện áp phía thứ cấp là ±5% , điện áp định mức phía thứ cấp là 22kV. Phụ tải cực tiểu bằng 40% phụ tải cực đại. Bảng Kết quả tính toán các thông số của phụ tải cho trong bảng sau : N 1 4 10k m 2 2 2 3 5 6 Phụ tải Sptmax=Pptmax + jQptmax (MVA) Cosϕ Sptmax (MVA) Sptmin=Pptmin + jQptmin (MVA) Sptmin (MVA) 1 12+j11,566 0.72 16.667 4,8 + j4,626 6.667 2 18 + j13,5 0.8 22.5 7,2 + j5,4 9 3 15 + j13,232 0.75 20.0 6 + j5,3 8 4 10 + j8,82 0.75 13.333 4 + j3,528 5.333 5 18 + j13,5 0.8 22.5 7,2 + j5,4 9 6 25 + j17,45 0.82 30.488 10 + j6,98 12.195 Tổng 98 + j78,07 125.488 39,2 + j32,986 50.195 Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 4 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Chƣơng I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I-Cân bằng công suất tác dụng: Đặc điểm quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ nguồn đến các hộ tiệu thụ và khồng 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 trong hệ thống phải phát công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất công suất trong mạng điện, nghĩa là phải thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ trong mạng điện. 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 hệ thống điện là một vấn đế 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 F = mP ptmax + P md + P td + P dt Trong đó:  P F : Tổng công suất tác dụng phát ra do các nhà máy phát điện của các nhà máy trong hệ thống;  P ptmax : Tổng phụ tải tác dụng cực đại của hộ tiêu thụ; m: Hệ số đồng thời.  P md :Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp.  P td : Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện.  P dt : Tổng công suất dự trữ. 1- Xác định P ptmax : P ptmax = P 1 + P 2 + P 3 + P 4 + P 5 + P 6 = 12+18+15+10+18+25 = 98 MW 2. Xác định hệ số đồng thời m : Chọn m = 0,8 3.Tổn thất công suất tác dụng trên đƣờng dây và máy biến áp P md Theo thống kê thì tổn thất công suất tác dụng của đường dây và máy biến áp trong trường hợp lưới cao áp P md  (8 – 10)% mP ptmax . Chọn P md = 10%.mP ptmax P md = 10%.mP ptmax =0,1.0,8. 98= 7,84 MW 4 Công suất tự dùng P td của nhà máy điện và Công suất dự trữ của hệ thống: a). Công suất tự dùng P td của nhà máy điện Công suất tự dùng của các nhà máy điện được tính theo phần trăm của (mP ptmax + P md ) : Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 5 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY - Nhà máy nhiệt điện 3 –7 % - Nhà máy thủy điện 1 – 2% b). Công suất dự trữ cuả hệ thống bao gồm: - Dự trữ sự cố: bằng công suất của tổ máy lớn nhất. - Dự trữ tải: (2 - 3)% phụ tải tổng. - Dự trữ phát triển. P dt = (10 - 15)%.m.P ptmax Theo phạm vi đồ án, 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 tăng áp của nhà máy điện nên bỏ qua P td và P dt . Do đó ta được biểu thức cân bằng công suất tác dụng như sau: P F = mP ptmax + P md = 0,8.98+7,84=86,24 MW II- Cân bằng công suất phản kháng: Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống. Cân bằng công suất phản kháng được biểu bằng công thức sau: Q F + Q bù = mQ ptmax + Q B + (Q L - Q C ) + Q td + Q dt Trong đó : Q F : Tổng công suất phản kháng phát ra từ các nhà máy điện; mQptmax: Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại có xét đến hệ số đồng thời; Q B : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp có thể ước lượng Q B = (8-12%)S ptmax Q L : Tổng tổn thất công suất kháng trên các đoạn đường dây của mạng. Với mạng điện 110kV trong tính toán sơ bộ có thể coi tổn thất công suất kháng trên cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh ra: Q L = Q C . Tương tự như cân bằng công suất tác dụng, trong phạm vi đồ án, chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng áp của nhà máy điện, nên: Q F + Q bù = mQ ptmax + Q B 1 – Xác định hệ số đồng thời : m = 0.8 2 - Xác định Q F Q F = P Fi . tg i Theo yêu cầu đề bài nguồn đủ cung cấp cho phụ tải với cos = 0,8 nên xem như cos của nguồn là 0.8. Suy ra tg = 0.75 Q F = 0,75.86,24=64,68 MVAr 3 - Xác định Q ptmax Q ptmax = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 = 78,07 MVAr S ptmax = S 1 + S 2 + S 3 + S 4 + S 5 + S 6 = 125,488 MVA Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 6 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY 4 - Xác định ∆Q B ∆Q B = (8 - 12)%S ptmax Chọn ax 8%. 0,08.125,488 10,04 B ptm Q S MVAr      5 - Xác định Q bù Q bù = mQ ptmax + Q B - Q F = 0,8x78,07 + 10,04 – 64,68=8,176 MVAr 6 - Xác định lƣợng công suất phản kháng cần bù tại các phụ tải Trong phần này chỉ thực hiện bù sơ bộ, dự kiến bù sơ bộ theo nguyên tắc: bù ưu tiên cho các phụ tải ở xa cos thấp hoặc phụ tải có công suất tiêu thụ lớn. Ta có thể tạm cho một lượng Q bù = P(tgφ – tgφ’) ở một số tải sao cho Q bù = Q bù , sau đó tính cos’ sau khi bù theo công thức: cos ' ' i i i P S   với 22 , ' ( ) i i i bu i S P Q Q   Bảng chi tiết bù ( bảng số 2 ) : Phụ tải Li (Km) P ptmax MW Q ptmax MVAr Cosφ Q bù MVAr Q ptmax - Q bù MVAr S’ MVA cosφ’ 1 36.05 12 11.566 0.72 2.566 9 15.000 0.80 2 58.31 18 13.5 0.8 1.374 12.126 21.703 0.83 3 36.05 15 13.232 0.75 1.979 11.253 18.752 0.80 4 47.72 10 8.82 0.75 1.32 7.5 12.500 0.80 5 36.62 18 13.5 0.8 0 13.5 22.500 0.80 6 50 25 17.45 0.82 0.937 16.513 29.961 0.83 Tổng 98 8.176 Chƣơng II DỰ KIẾN CÁC PHƢƠNG ÁN VỀ MẶT KĨ THUẬT I.Chọn điện áp tải điện Lựa chọn cấp điện áp định mức cho mạng điện là nhiệm vụ rất quan trọng, vì trị số điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến các chi phí kinh tế, kỹ thuật của mạng điện. Để chọn được cấp điện áp hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Phải đáp ứng được yêu cầu mở rộng phụ tải sau này. - Đảm bảo tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải là nhỏ nhất. - Khi điện áp càng cao thì tổn thất công suất càng bé, sử dụng ít kim loại màu (I nhỏ). Nhưng điện áp càng tăng cao thì chi phí xây dựng mạng điện càng lớn và giá thành thiết bị càng tăng. Vì vậy phải chọn điện áp định mức như thế nào cho phù hợp về kinh tế và kĩ thuật. Chọn điện áp tối ưu theo công thức kinh nghiệm: Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 7 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY U i = 4,34. 16 ii lP ( kV, km, MW). Trong đó: U i - điện áp đường dây thứ i (kV). l i - khoảng cách từ nguồn đến phụ tải thứ i ( km). P i - công suất lớn nhất trên đường dây thứ i(MW). Ta có bảng số liệu  Từ bảng số liệu tính toán trên chọn cấp điện áp 110 kV làm điện áp truyền tải II. Dự kiến các phƣơng án nối dây. Sơ đồ nối dây mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Vị trí nguồn và phụ tải. + Đảm bảo chất lượng điện năng, kinh tế. + Đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy và linh hoạt. Trong phạm vi đồ án môn học tạm thời nối các điểm để có phương án đi dây . Theo sơ đồ cung cấp điện, nguồn và phụ tải, ta chia phụ tải thành 2 khu vực như sau: + Khu vực I: gồm các phụ tải 5 và 6 . Đây là các phụ tải có yêu cầu cung cấp điện liên tục, nên sử dụng mạch vòng hoặc đường dây lộ đôi. + Khu vực II: gồm các phụ tải 1,2,3 và 4 . Khu vực II là các phụ tải loại 3 không yêu cầu cung cấp điện liên tục nên ta sử dụng đường dây lộ đơn Phụ tải S ptmax P ptmax L i U i U đm 1 12+j11.566 12 36.05 65.54 110 Kv 2 18 + j13.5 18 58.31 80.76 3 15 +j13.232 15 36.05 72.11 4 10 + j8.82 10 44.72 62.55 5 18 + j13.5 18 31.62 78.19 6 25 + j17.45 25 50 92.07 Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 8 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 9 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY III- TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC PHƢƠNG ÁN: 1-Chọn tiết diện dây dẫn Các mạng điện 110kV được thực hiện chủ yếu bằng đường dây trên không. Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép ( AC) , đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột betong ly tâm hoặc cột thép tùy theo địa hình đường dây chạy qua. + Do mạng điện thiết kế có U đm =110kV. Tiết diện dây dẫn thường được chọn theo phương pháp mật độ kinh tế của dòng điện J kt. F kt = kt J I max . (*) +Với I max là dòng điện cực đại trên đường dây trong chế độ làm việc bình thường, được xác định theo công thức: I max = dm i Un S .3 max  = dm 22 .U3n QiPi   Trong đó : J kt - mật độ kinh tế của dòng điện. U đm - điện áp định mức của dòng điện. (kV) S maxi - công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại.(MVA) n - số lộ đường dây. Ta sử dụng dây nhôm lõi thép để truyền tải với thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải là 5000 giờ. J kt được tra theo bảng trang 295_Thiết kế các mạng và hệ thống điện_NXB khoa học kĩ thuật 2008, ta có mật độ kinh tế của dòng điện J kt = 1,1 A/mm 2 . Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức (*), tiết hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang. Độ bền cơ về đường dây và điều kiện pháp nóng của dây dẫn. * Kiểm tra điều kiện vầng quang. Theo điều kiện, tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn trị số cho phép đối với mỗi cấp điện áp. Với cấp điện áp 110kV, để không xuất hiện vầng quang tiết diện dây dẫn tối thiểu được phép là 70mm 2 . * Kiểm tra phát nóng dây dẫn. Theo điều kiện: I sc max < k. I cp. Trong đó : I cp - dòng điện cho phép của dây dẫn, nó phụ thuộc vào bản chất và tiết diện của dây. k - hệ số quy đổi theo nhiệt độ K hc = 0.81 ứng với nhiệt độ là 40 o c. Đối với đường dây kép : I sc max = 2.I bt max < 0.81 I cp. Đối với đường dây đơn khi có sự cố sẽ dẫn đến mất điện. [...]... phụ lục 2.1 và phụ lục 2.5 sách hướng dẫn thiết kế mạng điện- Hồ văn Hiến ta được: d=11.4 mm  r=d/2=5.7 mm GVHD: TS ĐINH HOÀNG BÁCH 13 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện Dây dẫn AC-70 có 7 sợi (6 sợi nhôm và 1 sợi thép) giả thiết đồng nhất kim loại, ta có bán kính tự thân của dây dẫn: r’ = 0,726x5.7=4.138 mm Điện trở : r0=0.46 Ω/km Cảm kháng: x0  2 f  2 104  ln( Dm 4.622 )... Tra phụ lục 2.1 và phụ lục 2.5 sách hướng dẫn thiết kế mạng điện- Hồ văn Hiến ta được: d=19 mm  r=9.5 mm Dây dẫn AC-185 có 35 sợi (28 sợi nhôm và 7 sợi thép) giả thiết đồng nhất kim loại, ta có bán kính tự thân của dây dẫn: r’ = 0,768x9.5=7.296 mm Điện trở : r0=0.17 Ω/km Cảm kháng: GVHD: TS ĐINH HOÀNG BÁCH 29 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện x0  2 f  2 104  ln( Dm 4.622 ) ... PL2.1 và phụ lục PL2.5 sách hướng dẫn thiết kế mạng điện- Hồ văn Hiến ta được: d=11.4 mm  r=d/2=5.7 mm GVHD: TS ĐINH HOÀNG BÁCH 14 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện Dây dẫn AC-70 có 7 sợi (6 sợi nhôm và 1 sợi thép) giả thiết đồng nhất kim loại, ta có bán kính tự thân của dây dẫn: r’ = 0,726x5.7=4.138 mm * Các khoảng cách trung bình hình hình học +Khoảng cách trung bình hình hoc giữa.. .Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện 2- Tính toán sơ bộ tổn thất điện áp và tổn thất công suất Các mạng điện 1 cấp điện áp đạt tiêu chuẩn kĩ thuật nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cố thỏa mãn điều kiện sau đây: U max bt  10% U max sc  20% Trong đó Ubt Max , Usc Max là tổn thất điện áp lúc bình thường... THÚY Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện Isc N-5= 275.23< 0,81.Icp=360.45 A (thỏa mãn điều kiện)  Đoạn N-6: -Chọn tiết diện dây dẫn I max N 5  Fkt = S N 6 max n  3U dm I max N  6 J kt =  19.45802  13.267 2  123.61 A 1 3 110 123.61 2  112.37 mm 1,1 Chọn dây dẫn loại AC- 120, có tiết diện chuẩn là 120mm2 và dòng điện cho phép ở nhiệt độ 25o c là: Icp=380 A (PL 3.1 sách hướng dẫn thiết kế mạng điện. .. VĂN THÚY Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện 1 IN-1 max N I1-2max 2 30km 36.05km S2=18 + j12.126 MVA S1=12+j 9 MVA -Chọn tiết diện dây dẫn I max12  Fkt = S2 max n  3U dm I m ax J kt =  182  12.1262  113.91 A 1 3 110 113.91 2  103.56 mm 1,1 Chọn dây dẫn loại AC- 120, có tiết diện chuẩn là 120mm2 và dòng điện cho phép ở nhiệt độ 25o c là: Icp=380 A (PL 3.1 sách hướng dẫn thiết kế mạng điện _Hồ... dẫn thiết kế mạng điện- Hồ văn Hiến ta được: d=17 mm  r=d/2=8.5 mm Dây dẫn AC-150 có 35 sợi (28 sợi nhôm và 7 sợi thép) giả thiết đồng nhất kim loại, ta có bán kính tự thân của dây dẫn: r’ = 0,768x8.5=6.528 mm Điện trở : r0=0.21 Ω/km Cảm kháng: x0  2 f  2 104  ln( Dm 4.622 )  2  3.14  50  2 104  ln( ) =0.412 Ω/km r' 6.528 103 GVHD: TS ĐINH HOÀNG BÁCH 30 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Đồ án môn học. .. 239 m - Giữa các dây thuộc pha c : DsC  DsA  0, 246 m - Bán kính trung bình hình học của đƣờng dây lộ kép có hoán vị : Ds  3 DsA DsB DsC  3 0, 246  0, 239  0, 246  0, 244 m - Dung dẫn của đường dây lộ kép có hoán vị : GVHD: TS ĐINH HOÀNG BÁCH 15 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Đồ án môn học b0  2 f D  18 106  ln  m   Ds  Thiết Kế Mạng Điện  2  3,1416  50  5, 269 106 1/ km  6, 697  18... thuộc pha b GVHD: TS ĐINH HOÀNG BÁCH 16 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện DsB  r.Dbb  6,75 103 10  0, 260 m - Giữa các dây thuộc pha c : DsC  DsA  0, 268 m Bán kính trung bình hình học của đƣờng dây lộ kép có hoán vị : Dsc  3 DsA DsB DsC  3 0, 268  0, 260  0, 268  0, 265 m - Dung dẫn của đường dây lộ kép có hoán vị : b0  2 f D  18 106  ln  m   Dsc   2  3,1416... 1.1539MVAr 2 U dm 1102 - Tổn thất điện áp trên tổng trở đường dây N-3 U N 3  P3'' R3  Q3'' X 3 25.1284  7.6  17.567 14.9   4.1kV U dm 110 - Phần trăm sụt áp : U N 3 %  U N 3 4.1 100  100  3.73% U dm 110  Đƣờng dây N-5-6: Đây là 1 lưới điện kín, có sơ đồ thay thế tính toán như sau: GVHD: TS ĐINH HOÀNG BÁCH 33 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện 5 S5=18+j13.5 MVA j0.5299MVAr . Đồ án môn họcThiết Kế Mạng Điện Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 1 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Lời mở đầu Điện năng là một nguồn năng. Đồ án môn học Thiết Kế Mạng Điện GVHD: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH 8 SVTH: ĐOÀN VĂN THÚY Đồ án môn học Thiết Kế Mạng. viên ngành Hệ thống điện đều được giao đồ án môn học về thiết kế điện cho mạng điện khu vực. Quá trình thực hiện đồ án giúp chúng ta hiểu biết tổng quan nhất về mạng lưới điện khu vực, hiểu