Đồ án thiết kế lưới điện khu vực

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

1

Đồ án môn học 2


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

2

Đồ án môn học 2


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2
CHƯƠNG 1.

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Cân bằng công suất tác dụng.
Để đảm bảo yêu cầu vận hành ổn định, giả thiết rằng nguồn điện cung cấp đủ cơng suất
tác dụng cho các phụ tải, do đó ta có phương trình cân bằng cơng suất tác dụng là, ([3]) :
trong đó:
: Cơng suất tác dụng phát ra từ nguồn.
: Công suất tác dụng yêu cầu của phụ tải.
mà:
với:
m

: Hệ số đồng thời, với lưới truyền tải lấy m=1.

: Tổng công suất tác dụng trong chế độ cực đại.

=P1+P2 +P3 +P4 +P5 +P6 = 33+22+28+27+30+34= 174

(MW)

:Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện.Tính sơ bộ lấy bằng 5% tổng
cstd của phụ tải.
Ptd : Công suất tự dùng của nhà máy điện, ở đây Ptd = 0.
Pdt : công suất dự trữ của mạng điện ở đây ta coi hệ thống có cơng suất vơ cùng lớn
nên Pdt = 0.
(MW)
Do giả thiết nguồn điện có cơng suất vơ cùng lớn, công suất tác dụng được coi là cân bằng.
1.2 Cân bằng công suất phản kháng.
Để lưới điện vận hành ổn định thì ngồi cân bằng cơng suất tác dụng cịn cần có cân
bằng cơng suất phản kháng, với phương trình cân bằng như sau ([3]):
Trong đó:
:Tổng cơng suất phản kháng do nguồn phát ra.
Tính theo hệ số cơng suất của nguồn:

3


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

(Với )
: Tổng công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải.
mà:

Với :
m: là hệ số đồng thời, m=1.
: Tổng công suất phản kháng của phụ tải ở chế độ cực đại.
mà:
) do đó ta có bảng sau:
Bảng 1.1: Thơng số của các phụ tải
Phụ tải 1

Phụ tải 2

Phụ tải 3

Phụ tải 4

Phụ tải 5

Phụ tải 6

33

22

28

27

30

34

0,9

0,92

0,9

0,9

0,9

0,9

15,98

9,37

13,56

13,08

14,53

16,47

P(MW)

Q(MVAr)
do đó:

QMBA :Tổn thất công suất phản kháng trong các trạm hạ áp được tính bằng 15%,ta có:

QL, QC :Tổn thất cơng suất phản kháng trên đường dây và dung dẫn do đường dây sinh
ra và chúng cân bằng nhau.
Qtd ,Qdt :Công suất tự dùng và dự trữ của nhà máy , Qtd =Qdt=0
Do đó:
Vì (MVAr) nên khơng phải bù sơ bộ cơng suất phản kháng.
Khoảng cách từ nhà máy đến các phụ tải là:

4

+ Đoạn N-1:

= 55,22

(km)

+ Đoạn N-2:

= 67,62

(km)


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

+ Đoạn N-3:

= 61,66

(km)

+ Đoạn N-4:

= 65,55

(km)

+ Đoạn N-5:

= 50,36

(km)

+ Đoạn N-6:

= 51,09

(km)

Ta có bảng sau:
Bảng 1.2: Khoảng cách từ nhà máy đến các phụ tải
Đoạn
L(km)

5

N-1
55,22

N-2
67,62

N-3
61,66

N-4
65,55

N-5
50,36

N-6
51,09


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KỸ THUẬT
2.1.Lựa chọn sơ đồ cấp điện:
Hộ tiêu thụ điện loại I là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu ngừng cung cấp điện
có thể gây nguy hiểm đến tính mạng và sức khoẻ con người, gây thiệt hại nhiều về kinh tế,
hư hỏng thiết bị, làm hỏng hàng loạt sản phẩm, rối loạn q trình cơng nghệ phức tạp. Do đó
các phương án cung cấp cho các hộ này phải được thiết kế cấp điện từ hai nguồn (sử dụng
đường dây mạch kép hoặc mạch vịng kín, trạm biến áp 2 máy).
Hộ loại III là những hộ tiêu thụ chỉ yêu cầu được cấp từ 1 nguồn, trong đồ án này sử
dụng đường dây mạch đơn và trạm biến áp 1 máy.
Dự kiến các phương án nối dây:

+ Phương án 1:

Hình 2.1

6


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

+ Phương án 2:

Hình 2.2
+ Phương án 3:

Hình 2.3

7


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

+ Phương án 4:

Hình 2.4
+ Phương án 5:

Hình 2.5

8


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

2.2.Chọn cấp điện áp định mức cho hệ thống:
- Để chọn điện áp định mức của hệ thống ta dựa vào cơng thức kinh nghiệm (Stile, [3]):
Ui= 4,34 (kV,km,MW)
trong đó:
Li : là khoảng cách từ NĐ đến phụ tải i
Pi: là công suất truyền tải trên đường dây đến phụ tải i.
Sau đây ta tính chọn điện áp định mức cho mạng hình tia các phương án sau sử dụng kết
quả tương tự như phương án này.

Ta có bảng số liệu cho các đoạn đường dây như sau:
Bảng 2.1: Số liệu cho các đoạn đường dây
Đoạn

N-1

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

Pi(MW)

33

22

28

27

30

34

Li(km)

55.22

67.62

61.66

65.55

50.36

51.09

U(kV)

104.81

88.90

97.98

96.81

99.95

105.87

Vì điện áp tối ưu nằm trong khoảng từ 70-170 kV nên điện áp định mức chung cho toàn lưới
điện được chọn là Uđm = 110(KV).
2.3.So sánh các phương án về mặt kĩ thuật:
2.3.1.Phương án 1:

9


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

a.Chọn tiết diện dây dẫn:

Lưới điện mà ta đang xét là lưới điện truyền tải khu vực, trong đó tiết diện dây dẫn
được lựa chọn theo điều kiện kinh tế ([1]). Dự kiến sử dụng loại dây nhôm lõi thép, ký hiệu
AC-ACO-ACSR, đặt trên đỉnh của tam giác đều có cạnh là 5m (thông số tiêu chuẩn).
Tiết diện kinh tế được tính theo cơng thức sau ([1]):
Với Imax: là dịng điện lớn nhất chạy qua dây dẫn ở chế độ phụ tải cực đại.
Jkt : là mật độ dòng điện kinh tế.
Căn cứ vào tiết diện kinh tế tính được để chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất, sau đó tiến
hành kiểm tra 2 điều kiện sau:
- Điều kiện vầng quang: theo điều kiện này tiết điện dây dẫn được chọn phải lớn hơn
hoặc bằng tiết diện cho phép của cấp điện áp:
Uđm =110(kV) => Fmin= 70 mm2
- Điều kiện phát nóng: Tiết diện dây dẫn sau khi được chọn cũng phải thoả mãn I sc max<
Icp. Mà đối với mạng hình tia hoặc mạng liên thơng thì I sc max là dòng điện lớn nhất chạy qua
dây dẫn khi xảy ra sự cố đứt một trong hai mạch của đường dây (khi đó I sc max= 2.Imax ), cịn
đối với mạng kín đó là dịng điện đứt một trong hai đoạn đầu đường dây.
Ta có:
Với Tmax=5000 h ta tra được Jkt =1,1A/mm 2
→2 AC-95
10


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

→1 AC-120

→ 2AC-70

→2AC-70

→2AC-95

Các tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn cả điều kiện độ bền cơ do lớn hơn 70mm2.
b.Tính Ubt,Usc :
Cho đoạn N-1, dây dẫn AC-95 có:
11

r0=0,33( Ω /km); x0=0,429 ( Ω /km);


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

Vì đường dây mạch kép nên tổng trở tương đương là:

Vậy tổn thất điện áp lúc bình thường và sự cố sẽ là:

Tính tương tự cho các đoạn N-2, N-3, N-4, N-5, N-6 ta được bảng sau:
Bảng 2.2
Đoạn
N-1
N-2
N-3
N-4
N-5
L(km)
55,22
67,62

61,66
65,55
50,36
I max(A)
96,23
125,51
81,65
78,73
87,48
I sc(A)
192,46
125,51
163,3
157,46
174,96
Fkt
87,48
114,1
74,23
71,57
79,53
Mã dây
AC-95 AC-120 AC-70
AC-70
AC-70
R(Ω)
9,11
18,26
14,18
15,08

11,58
X(Ω)
11,84
29,01
13,57
14,42
11,08
n
2
1
2
2
2
I cp (A)
330
380
265
265
265
P (MW)
33
22
28
27
30
Q (MVAr)
15,98
9,37
13,56
13,08

14,53
∆Ubt%
4,05%
5,57%
4,80%
4,92%
4,20%
∆Usc%
8,10%
5,57%
9,60%
9,85%
8,40%
Từ bảng trên ta thấy tổn thất điện áp lớn nhất của phương án này là:

2.3.2.Phương án 2:

12

N-6
51,09
99,14
198,28
90,13
AC-95
8,43
10,96
2
330
34

16,47
3,86%
7,72%


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

Các dịng cơng suất trên các nhánh như sau:

Tính tương tự như phương án 1, ta được bảng sau:
Bảng 2.3
Đoạn
L(km)
I max(A)
I sc(A)
Fkt
Mã dây
R(Ω)
X(Ω)
n
I cp (A)
P (MW)
Q (MVAr)
∆Ubt%
∆Usc%
13

N-1

55.22
96.23
192.46
87.48
AC-95
9.11
11.84
2
330
33
15.98
4.05%
8.10%

3-2
18.11
125.51
125.51
114.10
AC-120
4.89
7.77
1
380
22
9.37
1.49%
1.49%

N-3

61.66
224.53
449.06
204.12
AC-185
5.24
12.79
2
515
77
36.01
7.14%
14.29%

3-4
33.00
78.73
157.46
71.57
AC-70
7.59
7.26
2
265
27
13.08
2.48%
4.96%

N-5

50.36
87.48
174.96
79.53
AC-70
11.58
11.08
2
265
30
14.53
4.20%
8.40%

N-6
51.09
99.14
198.28
90.13
AC-95
8.43
10.96
2
330
34
16.47
3.86%
7.72%

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

Từ bảng ta thấy tổn thất điện áp lớn nhất trong phương án này là:

2.3.3.Phương án 3:

Các dịng cơng suất:

Tính tương tự, ta được bảng sau:
Bảng 2.4
Đoạn
L(km)
I max(A)
I sc(A)
Fkt
Mã dây
14

N-1
55,22
160,38
320,76
145,80
AC-150

1-2
18,38
125,51

125,51
114,10
AC-120

5-3
18,31
81,65
163,30
74,23
AC-70

6-4
29,15
78,73
157,46
71,57
AC-70

N-5
50,36
169,12
338,24
153,75
AC-150

N-6
51,09
177,87
355,74
161,70

AC-150


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
R(Ω)
5,80
X(Ω)
11,65
n
2
I cp (A)
445
P (MW)
55
Q (MVAr)
25,35
∆Ubt%
5,08%
∆Usc%
10,15%
Từ bảng ta thấy :

4,96
7,89
1
380
22
9,37
1,51%
1,51%

Đồ án môn học 2
4,21
4,03
2
265
28
13,56
1,43%
2,85%

6,70
6,41
2
265
27
13,08
2,19%
4,38%

2.3.4.Phương án 4:

Các dịng cơng suất:

Tính tương tự, ta được bảng sau:
Bảng 2.5
15

5,29
10,63

2
445
58
28,09
5,00%
10,00%

5,36
10,78
2
445
61
29,55
5,34%
10,67%


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
Đoạn
N-1
L(km)
55.22
I max(A)
160.38
I sc(A)
320.76
Fkt
145.80
Mã dây
AC-150

R(Ω)
5.80
X(Ω)
11.65
n
2
I cp (A)
445
P (MW)
55
Q (MVAr)
25.35
∆Ubt%
5.08%
∆Usc%
10.15%
Từ bảng ta thấy :

2.3.5.Phương án 5:

a.Chọn tiết diện dây dẫn.
16

1-2
18.38
125.51
125.51
114.10
AC-120
4.96

7.89
1
380
22
9.37
1.51%
1.51%

Đồ án môn học 2
5-3
18.31
81.65
163.30
74.23
AC-70
4.21
4.03
2
265
28
13.56
1.43%
2.85%

5-4
20.84
78.73
157.46
71.57
AC-70

4.79
4.58
2
265
27
13.08
1.57%
3.13%

N-5
50.36
247.85
495.70
225.32
AC-240
3.32
10.40
2
610
85
41.17
5.87%
11.75%

N-6
51.09
177.87
355.74
161.70
AC-150

5.36
10.78
2
445
61
29.55
5.34%
10.67%


Trường đại học Bách Khoa Hà Nợi
Các dịng sơng suất:

Ta có:

Sự cố đứt dây N-4:

Sự cố đứt dây N-6:

Sự cố 6-4:

Các dây dẫn đã thỏa mãn độ bền cơ.
b.Tính ΔUbt , ΔUsc
Với mạch vịng N-6-4:
Chế độ bình thường:
Chế độ sự cố:
+Sự cố đứt dây N-6:
17

Đồ án môn học 2

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

+Sự cố đứt dây N-4:
+Đoạn 6-4

Tính tương tự, ta được bảng sau:
Bảng 2.6
Đoạn
L
I max (A)
I sc (A)
Fkt
Mã dây
R (Ω)

N-1
55.22
160.38
320.75
145.80
AC-150
5.80

X (Ω)
11.65
n

2
I cp (A)
445
P (MW)
55
Q
25.35
(MVAr)
∆Ubt %
5.08%
∆Usc %
10.15%
Từ bảng ta thấy :

1-2
18.38
125.51
125.51
114.1
AC-120
4.96

N-3
61.66
81.65
163.3
74.23
AC-70
14.18

N-4
65.55
156.3
355.75
142.09
AC-150
13.77

N-5
50.36
87.48
174.96
79.53
AC-70
11.58

N-6
51.09
199.45
355.75
181.32
AC-185
8.69

6-4
29.15
41.99
198.29
38.17
AC-70

13.41

7.89
1
380
22

13.57
2
265
28

27.66
1
445
26.8

11.08
2
265
30

21.20
1
510
34.2

12.83
1
265

7.2

9.37

13.56

12.97

14.53

16.58

3.5

1.51%
1.51%

4.80%
9.60%

6.01%
13.70%

4.20%
8.40%

5.36%
9.56%

1.17%

5.51%

Ta có bảng sau:
Bảng 2.7
Phương án
1
2
3
4
5
ΔUbt,%
5,57
9,62
7,53
7,44
6,59
ΔUsc,%
9,85
16,77
12,86
13,32
19,21
Từ bảng trên ta thấy cả 5 PA đều có tổn thất điện áp lúc bình thường nhỏ hơn 15% và tổn
thất điện áp lúc sự cố nhỏ hơn 20%, vậy cả 5 PA thỏa mãn điều kiện kĩ thuật. Do đó, ta sẽ xét
cả 5 PA để so sánh về mặt kinh tế để tìm ra phương án tối ưu.
18


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

19

Đồ án môn học 2


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

CHƯƠNG 3. SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN
Để so sánh về mặt kinh tế các phương án ta dựa vào hàm chi phí tính tốn hàng năm
sau:
Z = (avh+atc).KD+ ∆ A.C;
trong đó:
avh: Hệ số vận hành đường dây
Cột bê tông cốt thép : avh= 0,04
Cột thép

: avh= 0,07

KD: Vốn đầu tư để xây dựng đường dây(Xét phần đường dây)
KD =K0 .L
K0 :Suất vốn đầu tư(tỉ đồng/km)
L :chiều dài đường dây(km)
Bảng K0 (phụ thuộc tiết diện): đúng với đường dây 1 mạch, đối với đường dây 2 mạch
thì nhân hệ số 1,6.
atc: hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư, atc=0,125.
C: Giá của 1kwh, C = 1000đ/kWh.
A :Tổn thất điện năng
A = Pmax .

:Thời gian tổn thất công suất lớn nhất (giờ), tính theo cơng thức kinh nghiệm:
Dự kiến các phương án đều dùng cột bê tông cốt thép, vốn đầu tư cho 1km đường dây
là:
AC-70

: K0= 2 tỉ đồng/km.

AC-95

: K0= 2,1 tỉ đồng/km.

AC-120 : K0= 2,2 tỉ đồng/km.
AC-150 : K0= 2,3 tỉ đồng/km.
AC-185 : K0= 2,4 tỉ đồng/km.
AC-240 : K0= 2,5 tỉ đồng/km.

20


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

3.1.Phương án 1:
Đối với đường dây hai mạch vốn đầu tư tăng 1,6 lần so với vốn đầu tư đường dây một
mạch, ta có:

Tổn thất trên mỗi đoạn đường dây:
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 3.1

Đoạn
L(km)
Mã dây
Số mạch
K0
6
(10 đ/km)
K(tỉ đồng)

N-1

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

55,22
AC-95
2

67,62
AC-120
1

61,66

AC-70
2

65,55
AC-70
2

50,36
AC-70
2

51,09
AC-95
2

2,1

2,2

2

2

2

2,1

185,54
1,01

148,76
0,86

197,31
1,13

209,76
1,12

161,15
1,06

171,66
0,99

3-4
33,00

N-5
50,36

Từ bảng ta có:
Pmax=6,19MW
=

3.2.Phương án 2:
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 3.2
Đoạn
L(km)

21

N-1
55,22

3-2
18,11

N-3
61,66

N-6
51,09


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
Mã dây
Số mạch
K0
6
(10 đ/km)
K(tỉ đồng)

Đồ án mơn học 2

AC-95
2

AC-120

1

AC-185
2

AC-70
2

AC-70
2

AC-95
2

2,1

2,2

2,4

2

2

2,1

185.54
1.01

39.84

0.23

236.77
3.13

105.60
0.56

161.15
1.06

171.66
0.99

23,86
Z(tỉ đồng)

172,46

3.3.Phương án 3:
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 3.3
Đoạn
L(km)
Mã dây
Số mạch
K0
6
(10 đ/km)
K(tỉ đồng)

N-1
55,22
AC-150
2

1-2
18,38
AC-120
1

5-3
18,31
AC-70
2

6-4
29,15
AC-70
2

N-5
50,36
AC-150
2

N-6
51,09
AC-150
2

2,3

2,2

2

2

2,3

2,3

203,21
1,76

40,44
0,23

58,59
0,34

93,28
0,50

185,32
1,81

188,01
2,04

22,78
Z(tỉ đồng)

149,64

3.4.Phương án 4:
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 3.4
Đoạn
L(km)
Mã dây
Số mạch
K0
6
(10 đ/km)
K(tỉ đồng)

22

N-1
55.22
AC-150
2

1-2
18.38
AC-120
1

5-3
18.31
AC-70
2

5-4
20.84
AC-70
2

N-5
50.36
AC-240
2

N-6
51.09
AC-150
2

2.3

2.2

2

2

2.5

2.3

203.21

40.44

58.59

66.69

201.44

188.01


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
1.76

Đồ án môn học 2

0.23

0.34

0.36

2.45

2.04

24,46
Z(tỉ đồng)

149,6

3.5.Phương án 5:
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 3.5
Đoạn
L(km)
Mã dây
Số mạch
K0
6
(10 đ/km)
K(tỉ đồng)

N-1
55,22
AC-150
2

1-2
18,38
AC-120
1

N-3
61,6
AC-70

2

N-4
65,55
AC-150
1

N-5
50,36
AC-70
2

N-6
51,09
AC-185
1

6-4
29,15
AC-70
1

2,3

2,2

2

2,3

2

2,4

2

203,21
1,76

64,70
0,23

197,31
1,13

150,77
1,01

161,15
1,06

122,62
1,04

58,30
0,07

21,51
Z(tỉ đồng)

179,59

Dựa vào kết quả tính tốn ta có bảng sau:
Bảng 3.6
Phương án
ΔUbt,%
ΔUsc,%

1
2
3
4
5
5,57
9,62
7,53
7,44
6,59
9,85
16,77
12,86
13,32
19,21
Z (tỉ đồng)
198,35
172,46
149,64
149,6
179,59
Căn cứ vào bảng tổng kết trên ta thấy phương án 3 và phương án 4 có giá trị chênh lệch

3% nên có thể coi giá trị tương đương nhau, tuy nhiên phương án 3 có tổn thất ΔU sc,% nhỏ
hơn phương án 4 nên ta chọn phương án 3 là phương án tối ưu để thiết kế.

23


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

24

Đồ án môn học 2


Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học 2

CHƯƠNG 4. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH
4.1.Lựa chọn máy biến áp:
4.1.1.Chọn số lượng máy biến áp:
-Đối với các hộ loại tiêu thụ là hộ loại một ,để đảm bảo độ tin cậy cho cung cấp điện
một cách liên tục, thì mỗi trạm BA cần chọn hai MBA vận hành song song mỗi máy được
nối vào một phân đoạn thanh góp riêng và giữa các phân đoạn này có một máy cắt tự động
đóng cắt khi cần thiết.
-Đối với các hộ tiêu thụ loại 3 thì chỉ cần 1 MBA vận hành trong trạm biến áp.
4.1.2.Lựa chọn thông số máy biến áp:
- Công suất MBA được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việc
bình thường lúc phụ tải làm việc cực đại khi có sự cố một MBA phải ngừng làm việc thì
MBA cịn lại phải đảm bảo cung cấp cơng suất cho các phụ tải.
-Với trạm có hai MBA làm việc song song, công suất lựa chọn MBA phải thoả mãn:

Trong đó:
n: số MBA trong trạm
k: là hệ số hiệu quả của MBA trong trạm, k=1,4;
Smax: Công suất cực đại của phụ tải:
Vậy:
-Với trạm có 1 MBA,cơng suất của MBA phải thỏa mãn:
Phụ tải 1:

Phụ tải 2:

Phụ tải 3:

25