đồ án thiết kế lưới điện khi vực

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

Giảng viên hướng dẫn : TRẦN ANH TÙNG
Sinh viên thực hiện

: MAI MẠNH DŨNG

Lớp

: Đ8-H3B

Mã sinhviên

: 1381210025

STT

:

Hà Nội, tháng 06 năm 2018


Đồ án:Lưới điện

Mục Lục

2

2


Đồ án:Lưới điện

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

3

3


Đồ án:Lưới điện

Chương 1
PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CƠNG SUẤT
1.1. Phân tích nguồn, phụ tải
1.1.1.Phân tích nguồn
Hệ thống cơng suất vơ cùng lớn. có hệ số cơng suất là 0,88.
1.1.2. Phân tích phụ tải
Trong hệ thống thiết kế có 5 phụ tải . Có 4 phụ tải loại III và 1 phụ tải loại I. Các phụ tải
có hệ số công suất cosφ là 0,88.
Thời gian sử dụng công suất lớn nhất: Tmax = 4800h
Tổng công suất cực đại: ∑Pmax = 126 (MW)
Điện áp danh định thứ cấp là 10 kV

Kết quả tính tốn giá trị cơng suất của phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiều ở bảng
1.1.
Bảng 1.1: Thông số của các phụ tải

1.2. Cân bằng công suất
1.2.1. Cân bằng công suất tác dụng
5

PN = Pyêu cầu

5

= m.∑ Pmaxi + ∑ ∆Pmax + P
dt
i =1
i =1

Trong đó:
• m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại (m = 1);

4
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện
7

∑P
•

i =1

max

- tổng cơng suấtcủa các phụ tải trong chế độ cực đại.

5

∑ ∆P

•

i =1

max

- tổng tổn thất cơng suất tác dụng của lưới, khi tính tốn sơ bộ ta có thể lấy

5

5

i =1

i =1

∑ ∆P = 5%∑ P

max

• Pdt - cơng suất tác dụng dự trữ (Pdt=0 vì nguồn cơng suất vơ cùng lớn)

Tổng cơng suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ cực đại là:
5

∑P
i =1

max

=126(MW)

Tổng tổn thất công suất tác dụng của lưới là :
5

5

Pmax = 0.05*126 = 6.3( MW)
∑ ∆P = 5%∑
i
=
1
i =1

Ta có: PN = 1*126 + 6.3 + 0 = 132.3 (MW)
1.2.2. Cân bằng công suất phản kháng
5

5

5

5

QYC = m.∑ Q
+ ∆Q + ∑ ∆ Q − ∑ ∆ Q + Q
max ∑
ba i =1
L i =1
C
dt
i =1
i =1

Trong đó
• m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại (m=1).
5

∑ Qmax
•

i =1

- tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại.

5

∑ ∆QL
•

i =1

- tổng tổn thất cơng suất phản kháng của các đường dây trong mạng điện.

5
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện
5

∑ ∆QC
•

i =1

- tổng cơng suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh ra, khi tính
5

5

i =1

i =1

∑ ∆QL = ∑ ∆QC
tốn sơ bộ có thế lấy

.

5

∑ ∆Qba
•

i =1

- tổng tổn thất cơng suất phản kháng của máy biến áp, khi tính tốn sơ bộ có
5

5

i =1

i =1

∑ ∆Qb = 5%∑ Qmax
thể lấy

• Qdt : cơng suất phản kháng dự trữ.

Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại là:
5

∑ Qmax = 68.04(MVAr )
i =1

Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp bằng:
7

5

∆Q = 5%∑ Q
= 0.05*68.04 = 3.4( MVAr )
∑
ba
max
i =1
i =1

Ta có:
Hệ số cơng suất của nhà máy là cosφ = 0,88 => tgφN = 0,54
Như vậy tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra là:
QN = PN.tgφN = 132.3*0.54 = 71.442(MVAr)
QYC = 1*68.4+3.4 = 71.44(MVAr)
So sánh: Qyc >< QN
• Qyc < QN : khơng bù cơng suất phản kháng.
Sơ đồ mặt bằng vị trí nguồn điện và các phụ tải:

6
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Chương 2 :
DỰ KIẾN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY
2.1. Đề suất các phương án nối dây
Một trong các yêu cầu của thiết kế mạng điện là đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên
tục, nhưng vẫn đảm bảo tính kinh tế. Muốn đạt được yêu cầu này người ta phải tìm ra các

phương án hợp lý nhất trong các phương án vạch ra đồng thời đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ
thuật.
Các yêu cầu chính đối với mạng điện:
7
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện
•
•
•
•
•

Đảm bảo an tồn cho người và thiết bị.
Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
Đảm bảo chất lượng điện năng.
Đảm bảo tính linh hoạt của mạng điện.
Đảm bảo tính kinh tế và có khả năng phát triển.

Để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng hai mạch đường dây.
Để vạch ra được các phương án nối dây, ta phải dựa trên ưu điểm, nhược điểm của các
sơ đồ hình tia, liên thơng, mạch vịng và u cầu về độ tin cậy của các phụ tải.
2.2. Phương án hình tia

- Ưu điểm:
+ Sử dụng các thiết bị đơn giản, rẻ tiền và bảo vệ rơle đơn giản.
+ Thuận tiện khi phát triển và thiết kế cải tạo các mạng điện hiện có.
- Nhược điểm:
+ Độ tin cậy cung cấp điện thấp.

+ Khoảng cách dây lớn nên thi công tốn kém.
2.3 Phương án liên thông

8
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

- Ưu điểm:
+ Việc thi công sẽ thuận lợi hơn vì hoạt động trên cùng một đường dây.
+ Độ tin cậy cung cấp điện tốt hơn hình tia.
- Nhược điểm:
+ Tiết diện dây dẫn lớn
+ Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng cao.

2.4 Phương án lưới kín

9
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

-

Ưu điểm: Đa dạng, độ tin cậy cung cấp điện cao.
- Nhược điểm:
+ Giá thành xây dựng tăng
+ Tổn thất điện áp lúc sự cố lớn.

+ Thiết kế, vận hành, bảo vệ role phức tạp hơn.
10
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

11
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Chương 3
TÍNH TỐN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN
3.1. Phương án hình tia

3.1.1. Phân bố cơng suất
N1

= 1 = 28+j15.113

N2

= 2 = 25+j13.494

N3

= 3 =20+j12.954

N4

= 4 = 24+j12.954

N5

= 5 = 29+j15.653

3.1.2. Chọn điện áp định mức (Uđm)
Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật, cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện.
Nếu điện áp cao thì dòng điện nhỏ sẽ được lợi về dây dẫn, khối lượng kim loại nhỏ,
tổn thất nhỏ nhưng xà sứ cách điện phải lớn.
Nếu điện áp thấp chi phí cho dây dẫn sẽ cao hơn nhưng lợi về cách điện, cột xà nhỏ
hơn.
Ta có điện áp tối ưu
Utính tốn=
12
SVTH:Mai Mạnh Dũng

= 4.34 L + 16* P

(KV)


Đồ án:Lưới điện

L: là chiều dài đường dây (km)
P: công suất tác dụng cực đại (MW)

-

Ta tính đường dây N-1
Chọn Uđm =110 (KV)
Bảng 3.1: Bảng tính tốn điện áp

=> Chọn điện áp định mức là 110kv
3.1.3 Chọn dây dẫn (theo mật độ dòng điện kinh tế )
Mạng điện 110kv được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không. Các dây
dẫnđược sử dụng thường là dây nhôm lõi thép, đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên
cột bê tơng cốt thép hoặc cột thép tùy theo địa hình đường dây chạy qua. Đối với đường dây
110kv, khoảng cách trung bình DTB=5m.
Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn ở đây được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế.
Tiết diện kinh tế của đường dây:
Fkt =
Trong đó
+)Imax: dịng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, (A)
+) Jkt:mật độ kinh tế của dòng điện, (A/mm2). Với dây AC và Tmax=5000 giờ thì Jkt
=1,1 A/mm2
Dịng điện lớn nhất chạy trên đường dây:
Imax=
•
•
•

n : số mạch đường dây
Uđm : điện áp định mức của mạng điện Uđm=110kv
Smax: công suất chạy tên đường dây khi phụ tải cực đại, (MVA)

13

SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức trên, tiến hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần
nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ học của đường dây và
phát nóng dây dẫn.
Đối với đường dây 110kv, để khơng xuất hiện vầng quang các đây nhôm lõi thép cần
phải có tiết diện F ≥ 70 mm2.
Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố cần phải
có điều kiện Iscmax ≤ Icp.
=> Kiểm tra:
• 1) Độ bền cơ học.
• 2) Kiểm tra điều kiện xuất hiện vầng quang (để giảm tối thiểu tổn thất vầng quang ở lưới
điện 110kv thì các dây nhơm lõi thép cần có Fmin = 70

mm 2

• 3) Kiểm tra điều kiện phát nóng cho phép: Il/vmaxIcp, Isc Icp
 Xét đường dây N-1:

Dòng điện làm việc lớn nhất:Imax =

=

= (kA)

Tmax = 4800h => jkt = 1,1 A/mm2
Tiết diện kinh tế của dây dẫn :

= mm2

Chọn F = 150 mm2
 Tương tự với các đường dây khác ta có bảng sau
Bảng 3.2: Chọn tiết diện dây dẫn

=> Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ học và điều kiện xuất hiện vầng quang
Gỉa sử sự cố một mạch của đường dây.
14
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Ta có

Iscmax = 2.Imax
Bảng 3.3 : Dịng sự cố của phương án 1

Iscmax ≤ Icp
=> Thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép
3.1.4. Tính tổn thất điện áp
Chế độ bình thường:
Tổn thất điện áp trên đường dây thứ i khi vận hành bình thường được tính:
∆Uibt% = 100
Trong đó:
•
•

Pi,Qi: cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng trên đường dây thứ i
Ri, Xi: điện trở và điện kháng trên đường dây thứ i

Chế độ sự cố: khi đứt một trong hai mạch đường dây thì dây dẫn cịn lại sẽ phải tải
lượng cơng suất gấp đơi, do vậy tổn thất điện áp ở các mạch cũng sẽ tăng gấp đôi.
Tổn thất điện áp trong chế độ sự cố:
∆Uisc% = 2.∆Uibt%
Tổn thất điện áp phải thỏa mãn điều kiện :
o Lúc bình thường : ∆Ubtmax% ≤ ∆Ubtcp% = 15%
o Lúc sự cố : ∆Uscmax% ≤ Usccp% = 20%

Bảng 3.4: Thông số đường dây

15
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Các thông số tập trung R,X,B của đường dây được tính như sau:
R =r0*L (Ω); X = x0*L (Ω); B= b0*L (S)
Tính tổn thất điện áp trên đường dây N-1:

.100

 Đường dây N-1 là đường dây AC-150 thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp.
 Tương tự ta tính được tổn thất điên áp trên đường dây khác :
Bảng 3.5:Tính tổn thất điện áp

Từ bảng 6 => các đường dây khác đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép.

3.2Phương án hình tia và liên thông

16
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

3.2.1 Phân bố công suất
13

= 1 = 28+j15.113

N2

= 2 = 25+j13.494

N3

= 3 +1 =48+j25.908

N4

= 4 = 24+j12.954

N5

= 5 = 29+j15.653

3.2.2. Chọn điện áp định mức (Uđm)
Ta có điện áp tối ưu
Utính tốn = (KV)
Trong đó:
L: chiều dài đường dây (km)
P: công suất tác dụng cực đại (MW)

Bảng 3.6: Bảng tính tốn điện áp
17
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Vậy ta chọn điện áp định mức là 110kv
3.2.3. Chọn dây dẫn ( theo mật độ dòng điện kinh tế )
Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn ở đây được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế.
Tiết diện kinh tế của đường dây:
Fkt =
Trong đó
+)Imax: dịng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, (A)
+) Jkt:mật độ kinh tế của dòng điện, (A/mm2). Với dây AC và Tmax=4000 giờ thì Jkt =1,1
A/mm2
Dịng điện lớn nhất chạy trên đường dây:
Imax=
•
•
•

n: số mạch đường dây n=2

Uđm: điện áp định mức của mạng điện Uđm=110kv
Smax: công suất chạy tên đường dây khi phụ tải cực đại, (MVA)

=> Kiểm tra:
• 1) Độ bền cơ học.
• 2) Kiểm tra điều kiện xuất hiện vầng quang (để giảm tối thiểu tổn thất vầng quang ở
lưới điện 110kv thì các dây nhơm lõi thép cần có Fmin = 70
• 3) Kiểm tra điều kiện phát nóng cho phép:ImaxIcp, Isc Icp
 Xét đường dây N-1:

Dòng điện làm việc lớn nhất:Imax =

=

Tmax = 4800h => jkt = 1,1 A/mm2
Tiết diện kinh tế của dây dẫn :
Chọn F = 150 mm2
18
SVTH:Mai Mạnh Dũng

= mm2

= (kA)

mm 2


Đồ án:Lưới điện

 Tương tự với các đường dây khác ta có bảng sau:

Bảng 3.7: Chọn tiết diện dây dẫn

Ta có Imax Icp
=> Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ học và điều kiện xuất hiện vầng quang
Giả sử sự cố một mạch của đường dây: Isc = 2.Imax
Bảng 3.8 Dịng sự cố cho phương án 2

Ta có Iscmax ≤ Icp
=> Thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép
3.2.4. Tính tổn thất điện áp
Chế độ bình thường:
Tổn thất điện áp trên đường dây thứ i khi vận hành bình thường được tính:
∆Uibt% = 100
Trong đó:
•
•

Pi,Qi: cơng suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây thứ i
Ri, Xi: điện trở và điện kháng trên đường dây thứ i

Chế độ sự cố: khi đứt một trong hai mạch đường dây thì dây dẫn cịn lại sẽ phải tải
lượng cơng suất gấp đôi, do vậy tổn thất điện áp ở các mạch cũng sẽ tăng gấp đôi.
Tổn thất điện áp trong chế độ sự cố:
∆Uisc% = 2.∆Uibt%
19
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Tổn thất điện áp phải thỏa mãn điều kiện :
o Lúc bình thường : ∆Ubtmax% ≤ ∆Ubtcp% = 15%
o Lúc sự cố : ∆Uscmax% ≤ Usccp% = 20%

Bảng 3.9: Thông số đường dây

Các thông số tập trung R,X,B của đường dây được tính như sau:
R =r0.L (Ω); X = x0.L (Ω); B= b0.L (S)
Tính tổn thất điện áp trên đường dây 1-3:

 Đường dây 1-3 là đường dây AC-70 thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp.
Áp dụng tương tự đối với đường dây còn lại: N-2,N-3;N-4;N-5

Bảng 3.10: Tính tổn thất điện áp

Từ bảng 10 =>
20
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Các đường dây thảo mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép.

3.3. Phương án lưới kín

3.3.1. Phân bố công suất
Giả thiết tất cả các đường dây giống nhau. Tính tốn bỏ qua tổn thất trên đường dây.
Xét lưới kín: Gỉa sử chiều như chiều hình vẽ.

N

SN-1

1

S1-3

S1

3

SN-3

N

S3

= N-1 – 1 =

1-3

+20+j10.795-23.63-j12.76

Bảng 11: Bảng phân bố công suất
N-1

1-3

N-3

N-2

N-4

N-5

23.63+j12.76 4.37+j2.353 24.37+j13.148 25+j13.494 24+j12.954 29+j15.653

21
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Ta tìm được điểm 1 là điểm phân bố cơng suất.
3.3.2. Chọn điện áp định mức (Uđm)
Ta có điện áp tối ưu
Utính tốn = (KV)
Trong đó

L: chiều dài đường dây (km)
P: công suất tác dụng cực đại (MW)
Bảng 3.11: Bảng tính tốn điện áp

Vậy ta chọn điện áp định mức là 110 kv
3.3.3 Chọn dây dẫn (theo mật độ dòng điện kinh tế )
Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn ở đây được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế.
Tiết diện kinh tế của đường dây:
Fkt =

Trong đó
+)Imax: dịng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, (A)
+) Jkt: mật độ kinh tế của dịng điện, (A/mm2). Với dây AC và
Tmax=4000 giờ thì Jkt =1,1 A/mm2
Dịng điện lớn nhất chạy trên đường dây:
Imax=
•
•
•

n : số mạch đường dây n=2
Uđm : điện áp định mức của mạng điện Uđm=110kv
Smax: công suất chạy tên đường dây khi phụ tải cực đại, (MVA)

=> Kiểm tra:
• 1) Độ bền cơ học.
22
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

• 2) Kiểm tra điều kiện xuất hiện vầng quang (để giảm tối thiểu tổn thất vầng quang ở
lưới điện 110kv thì các dây nhơm lõi thép cần có Fmin = 70

mm 2

• 3) Kiểm tra điều kiện phát nóng cho phép: Il/vmaxIcp, Isc Icp
 Xét đường dây N-1:

Dòng điện làm việc lớn nhất: Imax =

=

= (kA)

Tmax = 4800h => jkt = 1,1 A/mm2
Tiết diện kinh tế của dây dẫn :

= mm2

Chọn F = 120 mm2
 Tương tự với các đường dây khác ta có bảng sau:

Bảng 3.12: Chọn tiết diện dây dẫn

Ta có Imax Icp
=> Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ học và điều kiện xuất hiện vầng quang
Kiểm tra sự cố:
+ Sự cố N-1: N-3 =1+3 =28+j15.113+20+j10.795= 48+j25.908(MVA)
ISCN-3 = 103= 286.29(A) < ICP = 380(A)
Ta có 13=1=28+j15.113
ISC13 = 103 =167(A) < ICP = 265(A)
+ Sự cố N-3 : N-1 =1+3 = 28+j15.113+20+j10.795= 48+j25.908 (MVA)
ISCN-1 = 103 = 286.29(A) < ICP = 380(A)
23
SVTH:Mai Mạnh Dũng


Đồ án:Lưới điện

Ta có13=3=20+j10.795
ISC17 = 103=119.29(A) < ICP = 265(A)
Ta có Iscmax ≤ Icp
=> Thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép
3.3.4. Tính tổn thất điện áp.
Chế độ bình thường
Tổn thất điện áp trên đường dây thứ i khi vận hành bình thường được tính:
∆Uibt% = 100
Trong đó:
•
•

Pi,Qi: cơng suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây thứ i
Ri, Xi: điện trở và điện kháng trên đường dây thứ i

Tổn thất điện áp phải thỏa mãn điều kiện :
o Lúc bình thường : ∆Ubtmax% ≤ ∆Ubtcp% = 15%
o Lúc sự cố : ∆Uscmax% ≤ Usccp% = 20%

Bảng 3.13: Thông số đường dây

Các thông số tập trung R,X,B của đường dây được tính như sau:
R =r0*L (Ω); X = x0*L (Ω); B= b0*L (S)
Xét ở lưới kín tổn thất điện áp lớn nhất khi làm việc ở chế độ bình thường là tổnthất từ
nguồn đến điểm phân bố công suất là đoạn N-1.
24
SVTH:Mai Mạnh Dũng

Đồ án:Lưới điện

Tính tổn thất điện áp trên đường dây N-1:

100
 Đường dây N-1 là đường dây AC-120 thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp.
Áp dụng tương tự đối với đường dây còn lại: 1-3, N-2;N-3;N-4;N-5

25
SVTH:Mai Mạnh Dũng