TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN 1
TÊN ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN 110kV
Giảng viên hướng dẫn: TS. TRẦN HOÀNG QUANG MINH
Sinh viên thực hiện: LÂM MINH KHANG
Lớp:41301399
Khóa:
TP. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2016
Lời cảm ơn!
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Hoàng Quang Minh-giảng viên trường Đại học Tôn Đức Thắng, thầy là người trực tiếp đã hướng dẫn, giảng dạy giúp tôi trong quá trình nghiên cứu đề tài thiết kế mạng điện 110kV. Đồ án này là kết quả của quá trình tìm tòi học hỏi, cùng quá trình học tập trong gần 5 học kỳ tại trường. Chình vì thế tôi cũng xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thấy cô khoa Điện-Điện tử của trường Đại học Tôn Đức Thắng những người đã tham gia vào quá trình giảng dạy vã đã trang bị cho tôi đủ kiến thức để hoàn thành tốt đồ án này.
Tiếp đến là lời cảm ơn tới người thân, bạn bè đã động viên tôi trong suốt thời gian làm đồ án cũng như thời gian học tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Lâm Minh Khang
CHƯƠNG I
CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
THU THẬP SỐ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH VỀ PHỤ TẢI:
Công tác phân tích phụ tải chiếm vị trí hết sức quan trọng cần được thực hiện một cách chu đáo.
Việc thu thập số liệu về phụ tải chủ yếu là để nắm vững về vị trí và yêu cầu của các hộ tiêu thụ lớn, dự báo nhu cầu tiêu thụ, sự phát triển của phụ tải trong tương lai.
Sau khi thu thập số liệu và phân tích về phụ tải, ta có bảng số liệu tổng hợp như sau:
Giá tiền 1KWh điện năng tổn thất: 0.05$
Giá tiền 1 Kvar thiết bị bù 5$
Phân tích nguồn cung cấp điện:
Trong thiết kế môn học thường chỉ cho một nhà máy điên cung cấp điện cho phụ tải trong vùng. Nguồn điện được giả thiết cung cấp đủ công suất tác dụng theo nhu cầu của phụ tải với một hệ số công suất được qui định (0.9). Điều này cho thấy nguồn có thể không cung cấp đủ yêu cầu về công suất và việc đảm bảo nhu cầu điện năng phản kháng có thể thực hiện trong quá trình thiết kế bằng cách bù công suất kháng tại các phụ tải mà không cần phải tải đi từ nguồn.
Cân bằng công suất trong hệ thống điện:
Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng cung cấp của các nguồn cho phụ tải thông qua mạng điện.
Tại mỗi thời điểm phải luôn đảm bảo cân bằng giữacông suất sản xuất và công suất tiêu thụ. Mỗi mức cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng 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 ảnh hưởng chủ yếu đến tần số, còn sự cân bằng công suất phản kháng ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp. Cụ thể là khi nguồn phát không đủ công suất tác dụng cho phụ tải thì tần số bị giảm đi và ngược lại. Khi thiếu công suất phản kháng 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 suất 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 là vì khi bù công suất phản kháng giá thành kinh tế hơn, chỉ cần dùng bộ tụ điện để phát ra công suất phản kháng. Trong khi thay đổi công suất tác dụng thì phải thay đổi máy phát, nguồn phát dẫn đến chi phí tăng lên nên không được hiệu quả về kinh tế.
1.3.1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG:
Một đặc điểm quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ cácnguồn điện đến các hộ tiêu thụ và không thể tích luỹ điện năng thành số lượng nhìn 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 cần phải phát công suất bằng công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong các mạng điện, nghĩa là cần thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ.
Ngoài ra để hệ thống vận hành bình thường, cần phải có sự dự trữ nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống. Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành cũng như phát triển của hệ thống điện.
Cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống điện. Cân bằng công suất trong hệ thống được biểu diễn bằng biểu thức sau:
Trong đó:
: Tổng công suất tác dụng phát ra của các nhà máy điện trong hệ thống.
: Tổng phụ tải cực đại của các hộ tiêu thụ.
: Hệ số đồng thời (giả thiết chọn 0,8).
: Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp.
: Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện.
: Tổng công suất dự trữ.
Xác định hệ số đồng thời của một khu vực phải căn cứ vào tình hình thực tế của phụ tải.
Theo tài liệu thống kê thì tổn thất công suất tác dụng của đường dây và máy biến áp trong trường hợp mạng cao áp khoảng 8÷10%.
Ta có:
Công suất tự dùng của các nhà máy điện:
Tính theo phần trăm của
Nhà máy nhiệt điện 3 ÷ 7%.
Nhà máy thuỷ điện 1 ÷ 2%.
Công suất dự trữ của hệ thống:
Dự trữ sự cố thường lấy bằng công suất của một tổ máy lớn nhất trong hệ thống điện.
Dự trữ phụ tải là dự trù cho phụ tải tăng bất thường ngoài dự báo: 2-3% phụ tải tổng.
Dự trữ phát triển nhằm đáp ứng phát triển phụ tải 5-15 năm sau.
Tổng quát dự trữ hệ thống lấy bằng 10 – 15% tổng phụ tải của hệ thống. 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 tăng của nhà máy điện nên tính cân bằng công suất tác dụng như sau:
Từ số liệu công suất tác dụng cực đại của các phụ tải ta tính được công suất tác dụng của nguồn phát ra là:
Vây ta cần nguồn có công suất tác dụng là
1.3.2 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 xuất 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 còn đối với cả công suất phản kháng.
Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp. Phá hoại sự cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến sự thay đổi điện áp trong mạng điện. Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng điện sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy để đảm bảo chất lượng của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng.
Ta có mối quan hệ của công suất tác dụng phản kháng: Qi =Pi×tgφi
Từ các số liệu của phụ tải và của nguồn tính ở trên ta có các công suất phản kháng của nguồn và của các phụ tải như sau:
Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống.
Cân bằng công suất phản kháng được biểu diễn bằng biểu thức sau :
Trong đó:
: tổng công suất phát ra của các máy phát điện.Trong thiết kế môn học chỉ thiết kế từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy nên chỉ cần cân bằng từ thanh cái cao áp.
= 110 × tg(acos(0,92)) = 110 × 0,43 = 46,86(MVAr)
:tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời.
:tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp có thể ước lượng với:
Ta chọn:
: tổng tổn thất công suất kháng trên các đoạn đường dây của mạng điện. Với mạng điện 110 kV trong tính toán sơ bộ có thể xem 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.
: tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống
với
: công suất phản kháng dự trữ của hệ thống.
với:
Công suất bù sơ bộ cho phụ tải thứ I được tính:
Qbi=pi(tgI – tgI’)
Trong thiết kế môn học, chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của nhà máy điện có thể không cần tính Qtd và Qdt. Từ công thức trên có thể suy ra lượng công suất kháng cần bù QbùƩ. Nếu QbùƩdương có nghĩa hệ thống cần cài đặt thêm thiết bị bù để cân bằng công suất kháng.
Trong phần này ta chỉ xét cung cấp công suất bù cho các phụ tải ở xa nguồn và có hệ số cosφ thấp hay phụ tải có công suất tiêu thụ lớn. Và ta có thể tạm cho một lượng Qbùi ở các phụ tải này sao cho tổng Qbù i bằng QbùƩ. Sau đó, ta tính lại công suất biểu kiến và hệ số công suất cosφ mới theo công thức:
, và
Từ biểu thức và các số liệu bảng trên ta có QbùƩ:
-= 0,8×103.5 + 16.250 – 46.86 = 52.19 (MVAr)
Chọn = 53(MVAr)
Sau khi bù sơ bộ công suất kháng ta có bảng số liệu phụ tải:
Số liệu này sẽ được dùng trong phần so sánh phương án chọn dây chọn công suất máy biến áp. Nếu sau này khi tính chính xác lại sự phân bố thiết bị bù mà một phụ tải không được bù nhưng lại được bù sơ bộ thì ta phải kiểm tra lại tiết diện dây và công suất máy biến áp đã chọn.
CHƯƠNG 2
ĐỀ RA PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN
VÀ CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THỎA MÃN KỸ THUẬT
2.1 LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN:
Điện áp vận hành của cả mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện.
Điện áp định mức của cả 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 tương đối giữa các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện.
Điện áp định mức của mạng điện được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện. Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của công suất trên mỗi đoạn đường dây trong mạng điện.
Vì chưa có sơ đồ nối dây cụ thể, sơ bộ về một số đường dây hình tia nối từ nguồn đến phụ tải ở xa hoặc có công suất tiêu thụ lớn cấp điện áp phụ thuộc vào công suất và khoảng cách truyền tải. Dựa vào công thức Still để tìm điện áp tải điện U(kV):
U =
Trong đó : P : công suất truyền tải (KW).
L : khoảng cách truyền tải (km).
Theo các cấp điện áp của Việt Nam thì chỉ có cấp 110 KV là cao gần nhất so với 28.57kV nên ta sẽ chọn cấp điện áp 110 kV để truyền tải cho hệ thống này.
2.2. CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN:
Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc nhiều yếu tố: số lượng phụ tải, vị trí phụ tải, mức độ liên tục cung cấp điện, công tác vạch tuyến, sự phát triển của phụ tải và khả năng vận hành của mạng điện.
Trong phạm vi đồ án môn học có thể chia ra làm nhiều vùng để cung cấp điện cho các nút phụ tải. Đối với phụ tải có nhu cầu cung cấp điện liên tục cần đưa ra phương án đường dây lộ kép hay phương án mạch vòng kín.
Theo yêu cầu cung cấp điện ta chia ra làm 2 loại phụ tải:
Phụ tải loại 1: gồm tải 2, tải 3, tải 5, tải 6 yêu cầu cung cấp điện liên tục.
Phụ tải loại 2: gồm tải 1, tải 4 không yêu cầu cung cấp điện liên tục.
Theo yêu cầu của đồ án, vị trí của các phụ tải, loại phụ tải, ta chia phụ tải thành 2 khu vực để giảm thiểu các phương án tính toán cũng như thời gian thực hiện thiết kế.
Vị trí các phụ tải và nguồn điện
Theo đề
Tải 2, tải 3: Yêu cầu cung cấp điện liên tục mạch kép.
Tải 5, tải 6: Yêu cầu cung cấp điện liên tục mạch vòng.
Ta chia ra làm 3 khu vực
Khu vực 1: Gồm tải 5, tải 6.
Khu vực 2: Gồm tải 3, tải 4.
Khu vực 3: Gồm tải 1, tải 2.
2.2.1.KHU VỰC 1:
Tải 5, tải 6 yêu cầu cung cấp điện liên tục mạch vòng:
Ta có các phương án đi dây như sau:
Các phương án đi dây khu vực 1
2.2.2.KHU VỰC2:
Tải 2 yêu cầu cung cấp điện liên tục mạch kép.
Ta có các phương án đi dây như sau:
`
Liên ThôngTia
Các phương án đi dây khu vực 2
2.2.3. Khu vực 3:
Tải 3 yêu cầu cung cấp điện liên tục mạch kép.
Ta có các phương án đi dây như sau:
Liên thôngTia
Ta có các phương án nối điện như sau:
-Phương án 1: vòng –liên thông
-Phương án 2: vòng-liên thông- tia:
-Phương án 3: vòng-tia
-phương án 4: vòng-tia-liên thông:
Hình 2.4: Các phương án nối điện
* Chọn phương án tối ưu: Ta tính ∑Pi.Li của từng phương án sau đó so sánh các phương án với nhau, chọn 02 phương án tối ưu dựa vào ∑Pi.Li nhỏ nhất và đảm bảo yêu cầu của đề bài:
+ Phương án 1: Vùng I làmạch vòng, vùng II là mạch tia, vùng III mạch liên thông.
+ Phương án 2: Vùng I là mạch tia, vùng II là mạch liên thông, vùng III là mạch liên thông.
Thông số ∑P*L của phương án 1
Thông số ∑P*L của phương án 2
Thông số ∑P*L của phương án 3
Thông số ∑P*L của phương án 1
Tổng hợp so sánh ∑P*L của các phương án
Trong thực tế, kết cấu lưới điện có xu hướng đi dây mạch vòng nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện; Tuy nhiên, trong phạm vi đồ án này, tác giả muốn nghiêng cứu kết cấu lưới điện của mạch ở phương án mạch vòng-tia và phương án mạch tia-liên thông hoặc ngược lại.
Qua bảng số liệu so sánh của 4 phương án, ta thấy như sau:
+ Phương án số 1: có ∑P*L xếp thứ 3 nhưng có tổng chiều dài dây dẫn thấp nhất nên giảm được chí phí lắp đặt dây dẫn và trụ điện truyền tải đồng thời cũng giảm được chi phí hao tổn điện năng trên dây dẫn, có cơ cấu vủng 1 mạch vòng, vùng 2 và 3 là mạch liên thông nên độ tin cậy khá cao=> chọn làm phương án thứ 2.
+ Phương án số 2: tổng chiều dài dây dẫn xếp thứ 3 nhưng có ∑P*L thấp nhất, đồng thời có cơ cấu vùng 1 mạch vòng, vùng 2 mạch tia, vùng 3 mạch liên thông nên độ tin cậy cũng cao => chọn làm phương án thứ 1.
+ Phương án số 3: có ∑P*L đứng thứ 2 nhưng lại có tổng chiều dài dây dẫn là cao nhất, và có cơ cấu vùng 1 mạch vòng, vùng 2 và vùng 3 mạch tia nên độ tin cậy không cao, và lượng tổn thất điện năng trên dây dẫn là khá cao=> không chọn.
+ Phương án số 4: có chiều dài đường dây dẫn ngắn xếp thứ 2 nhưng chỉ số ∑P*L lại cao xếp thứ 4 => không chọn.
Vậy, ta chọn phương án số 4 làm phương án 1 và phương án số 3làm phương án 2 để tính.
2.3. TÍNH TOÁN CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN, TRỤ,SỨ, TỔN THẤT ĐIỆN ÁP, TỔN THẤT CÔNG SUẤT CHO PHƯƠNG ÁN 1:
