[Đồ Án Điện Học] Điện Lưới - Thiết Kế Lưới Điện phần 1 doc

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