THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN CHO KHU VỰC NHỎ

Nguyễn Thùy Dung
LỜI NÓI 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 về số lượng 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 có
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 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
1
Nguyễn Thùy Dung
điều khiển hệ thống, tổng vốn đầu tư và các nguồn nguyên vật liệu để
phát triển năng lượng …
Chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy Phạm Văn Hòa, cùng
toàn thể các thầy cô trong khoa Hệ thống Điện đã tận tình hướng dẫn
chúng em hoàn thành bản đồ án.
2
Nguyễn Thùy Dung
CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI
*********
I – SƠ ĐỒ ĐỊA LÝ:

3
Nguyễn Thùy Dung
1.1. Những số liệu nguồn cung cấp.
Nguồn có công suất vô cùng lớn.
1.2. Những số liệu về phụ tải.
Trong hệ thống điện thiết kế gồm 6 phụ tải ( từ phụ tải 1 đến phụ
tải 6).
+ Trong đó có phụ tải I và IV thuộc hộ loại I
+ Trong đó có phụ tải II và V thuộc hộ loại II
+ Trong đó có phụ tải III và VI thuộc hộ loại III
Số liệu tính toán của các phụ tải cho trong bảng dưới đây
Phụ
tải
Thuộc
hộ
loại
Min Max cosφ
P(MW) Q(MVAr) S(MVA) P(MW) Q(MVAr) S(MVA)
0.85
1 I 14 8.68 14+j8.68 20 12.39 20+j12.39
2 II 14 8.68 14+j8.68 20 12.39 20+j12.39
3 III 21 13.01 21+j13.1 30 18.59 30+j18.59
4 I 24.5 15.18 24.5+j15.18 35 21.69 35+j21.69
5 II 10.5 6.5 10.5+j6.5 15 9.3 15+j9.3
6 III 28 17.4 28+j17.4 40 24.79 40+j24.79
∑ 112 69.45 112+j69.45 160 99.15 160+j99.15
4
Nguyễn Thùy Dung
Trong đó:
Công suất tiêu thụ của các phụ tải khác nhau, công suất tiêu thụ

cực tiểu bằng 70 % tải cực đại.
P
min
= 70%.P
max
.
S
max
= P
max
+ jQ
max.
S
min
= P
min
+jQ
min.
T
max
= 5000h (thời gian sử dụng công suất cực đại).
II- Phân tích nguồn và phụ tải
2.1 Nguồn điện
Ta sử dụng nguồn có công suất vô cùng lớn:
- Nguồn công suất vô cùng lớn là nguồn có điện áp đầu cực không
thay đổi về biên độ dù có xảy ra sự cố gì sau nó
- Công suất nguồn lớn (5÷7) lần công suất tải.
2.2 Phụ tải
- Các hộ phụ tải loại I,II là những hộ quan trọng, vì vậy phải dự
phòng chắc chắn. Mỗi phụ tải phải được cấp điện bằng một lộ đường dây

5
Nguyễn Thùy Dung
kép và hai máy biến áp làm việc song song để đảm bảo cấp điện liên tục
cũng như đảm bảo chất lượng điện năng ở một chế độ vận hành. Khi
ngừng cấp điện có thể làm hỏng sản phẩm, hư hại thiết bị gây ảnh hưởng
lớn đến hoạt động của phụ tải.
- Các hộ phụ tải loại III là các hộ phụ tải ít quan trọng hơn nên để
giảm chi phí đầu tư ta chỉ cần cấp điện bằng một đường dây đơn và một
máy biến áp.
- Yêu cầu điều chỉnh điện áp.
Các phụ tải có yêu cầu điều chỉnh điện áp thường nên phạm vi
chỉnh điện áp ở chế độ cực đại, cực tiểu, sự cố là:
-2,5% U
đm.
≤ du% ≤ +10% U
đm
.
- Tất cả các phụ tải đều có điện áp hạ như nhau là 22 kV, hệ số
công suất của các hộ đều cosϕ = 0.85.
III- Cân bằng công suất trong hệ thống điện
1.Cân bằng công suất tác dụng
Trong trường hợp trạm biến áp cấp điện cho các phụ tải khu vực thì công
suất trạm P
trạm
chỉ có cấp công suất cho các phụ tải cộng them tổn thất
6
Nguyễn Thùy Dung
trong lưới,phần tự dùng của trạm là không đáng kể,còn công suất dự
phòng là không xét vì đây chỉ là cấp điện nội bộ khu vực. Do vậy :
P

trạm
= m∑P
pt
+ ∑∆P
Trong đó:
P
trạm
– Công suất tác dụng trạm biến áp ;
∑P
pt
- Tổng công suất tác dụng các phụ tải ở chế độ cực đại;
m – Hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại ( với m = 1 )
∑∆P – Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy
biến á,có thể tính gần đúng bằng 5% của m∑P
pt
;
-Từ đó ta có :
m∑P
pt =
160 MW; ∑∆P= 5%.160= 8 MW
P
trạm
= m∑P
pt
+∑∆P = 160 + 8 = 168 MW
2.Cân bằng công suất phản kháng
Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong trường hợp này như
sau:
Q
trạm

+
Q
∑
b
= m∑Q
pt
+ ∑∆Q
B
(1.6)
7
Nguyễn Thùy Dung
Trong đó :
Q
trạm
– Công suất phản kháng của trạm biến áp;
(Q
trạm
= tgφ
trạm
.P
trạm
, tgφ
trạm
=
ϕ
ϕ
tram
tram
.cos
1

cos
2
−
, cosφ
trạm
là hệ số công suất
trạm biến áp,thường lấy khoảng 0,85 );
Q
∑
b
- Tổng công suất bù sơ bộ
∑Q
pt
– Tổng công suất phản kháng phụ tải ;
∑∆Q
B
– Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp ,có giá trị
khoảng 15% của m∑Q
pt
;
-Từ đó ta có :
tgφ
trạm
=
85,0
85,01
2
−
= 0,62 ; Q
trạm

= 0,62.168 = 104,16
∑Q
pt
= ∑Q
max
; ∑∆Q
B
= 15%* ∑Q
max
= 0,15 . 99,15 = 14,873
Q
∑
b
= (∑Q
max
+ ∑∆Q
B
) - Q
trạm
= ( 168 +14,873 ) – 104,16 = 78,713
8
Nguyễn Thùy Dung
Vậy cần bù công suất phản kháng là
Q
∑
b
= 78,713
CHƯƠNG II: DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN, TÍNH TOÁN SƠ BỘ
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
*********

2.1 Chọn điện áp định mức cho lưới điện
Chọn điện áp tối ưu theo công thức kinh nghiệm:
Ui = 4,34.
Pli 16
+
( kW, km, MW)- đối với lộ
đơn.
`Ui= 4,34.
2
16
P
li +
(kW, km, MW)- đối với lộ kép.
Trong đó:
Ui - điện áp đường dây thứ i (kV).
li - khoảng cách từ nguồn đến phụ tải thứ i ( km).
9
Nguyễn Thùy Dung
Pi - công suất lớn nhất trên đường dây thứ i(MW).
Ta có bảng số liệu:
10
Phụ
tải
Smax
(MVA)
Pmax
(MW)
li
(km)
Ui

(kV)
U đm
(kV)
1
20+j12.39 20
3,605 78,072
110
2
20+j12.39 20
41,23 78,12
3
30+18.59 30
5,831 95,660
4
35+21.69 35
31,622 102,97
5
15+j9.3 15
31,622 67,653
6
40+j24.79 40
22,36 109,966
Nguyễn Thùy Dung
Từ bảng số liệu trên ta thấy rằng điện áp tải điện trong khoảng (78-
110) chọn điện áp định mức cho mạng điện là U
đm
= 110kV.
2.2 Dự kiến các phương án nối dây.
Mạng điện thiết kế gồm 1 nguồn điện và 6 phụ tải, trong đó
có 2 phụ tải loại I , 2 phụ tải loại II , 2 phụ tải loại III. Các phương án nối

dây dựa vào các yếu tố sau:
+ 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.
Ta có thể đưa ra các phương án như sau:
Phương án I:
11
Nguyễn Thùy Dung
Phương án II:

Phương án III:
12
Nguyễn Thùy Dung
Phương án IV:
13
Nguyễn Thùy Dung
Phương án V:
2.3 Tính toán chọn tiết diện dây dẫn
14
Nguyễn Thùy Dung
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
h
. 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.
15
Nguyễn Thùy Dung
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
= 0.8 ứng với nhiệt độ là
25
o
c.
Đối với đường dây kép : I
sc max
= 2.I
bt max
< 0.8 I
cp.
Đối với đường dây đơn khi có sự cố sẽ dẫn đến mất điện.
2.4 Tiêu chuẩn tổn thất điện áp
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 nằm trong khoảng sau đây:
16
Nguyễn Thùy Dung
%15%10
max

−=∆
bt
U
%20%15
max
−=∆
sc
U
Đối với những mạng điện phức tạp (mạng điện kín), có thế chấp
nhận tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ phụ tải cực đại và chế độ sự
cố nằm trong khoảng:
%20%15
max
−=∆
bt
U
max
20% 25%∆ = −
sc
U
Trong đó ∆U
bt Max
, ∆U
sc Max
là tổn thất điện áp lúc bình thường và
lúc sự cố nặng nề nhất.
Ta tính tổn thất theo công thức:
∆U
i
(%) =

100
2

×
∑+∑
dm
iiii
U
XQRP
%
P
i
,Q
i
là công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường
dây thứ i (MW, MVAr).
R
i
, X
i
là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây thứ i(
Ω
).
2.5 Tính toán cụ thể từng phương án
Phương án I
17
Nguyễn Thùy Dung
1. Sơ đồ :
2. Lựa chọn tiết diện dây dẫn
a - Đoạn đường dây N-1

• Chọn tiết diện dây dẫn.
I
max N-1
=
dm
Un
S
.3
1max
×
=
.1103
12,3920
22
×
+
2
.10
3
= 61,74 (A)
F
kt
=
kt
J
I
max
=
1,1
74,61

= 56,129
Chọn dây dẫn loại AC-70 ,có tiết diện chuẩn là 70mm
2
và dòng
điện cho phép I
cp
=265A.
- Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:
F
tc
=70mm
2

≥
70 mm
2
( thỏa mãn điều kiện).
18
Nguyễn Thùy Dung
- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng: vì đoạn N-1 là đường dây kép
nên khi hỏng một đường thì đường còn lại vẫn phải làm việc bình
thường.
Do đó dòng điện trong chế độ sự cố phải nhỏ hơn hệ số k nhân
với dòng điện cho phép của dây dẫn:
I
sc
= 2.I
bt max
= 2.61,74 = 123,48 (A)
I

sc
< 0,8.I
cp
= 212A ( thỏa mãn điều kiện ).
• Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây.
Với loại đường dây AC- 70 ta có: r
o
=0.46
Ω
/km, x
o
=0,44
Ω
/km
Điện trở và điện kháng đường dây :
R=
.
2
1
r
o.
l =
.
2
1
0,46.36,05=8,292 (
Ω
).
X =
.

2
1
x
o
.l =
.
2
1
0,44.36,05=7,931(
Ω
).
- Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường :
∆U
1bt
% =
100
2
1111

×
+
đm
U
XQRP
=
=×
+
100
110
73,7.39,12292,8.20

2
2,183%
- Tổn thất điện áp ở chế độ sự cố : 
∆U
1sc
% =2. ∆U
1bt
% = 2. 2,183 % = 4,365 %

b - Đoạn đường dây N-6
• Chọn tiết diện dây dẫn:
19
Nguyễn Thùy Dung
I
max
=
dm
Un
S
.3
max
×
=
.11031
24,7940
22
×
+
.10
3

=246,995 (A)

F
kt
=
kt
J
I
max
=
=
1,1
995,246
224,541
Chọn dây dẫn loại AC-300 có tiết diện chuẩn là 300mm
2
và dòng
điện cho phép I
cp
= 690A.
- Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:
F
tc
=300mm
2
> 70 mm
2
( thỏa mãn điều kiện).
- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : vì đoạn N-6 là đường dây đơn
nên khi xảy ra sự có sẽ dẫn đến mất điện, không tính đến I

sc
.
• Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây.
Với loại đường dây AC- 300 ta có: r
o
=0.108
Ω
/km, x
o
=0.392
Ω
/km
Điện trở và điện kháng đường dây :
R=
.
1
n
r
o.
l =1.0,108.22,36= 2,414 (
Ω
).
X =
n
1
x
o
.l =
1
.0,392.22,36=8,765 (

Ω
)
- Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường
20
Nguyễn Thùy Dung
∆U
1bt
% =
100
2
1111

×
+
đm
U
XQRP
=
=×
+
100
110
765,8.3,9414,2.20
2
5,188%
- Không tính đến tổn thất điện áp ở chế độ sự cố .
Các đoạn dây còn lại tính tương tự, ta có các bảng số liệu tính toán.
Bảng chọn tiết diện dây dẫn
đoạn
đường

dây
số
lộ
l
(km)
Smax
(MVA)
Imax
(A)
Fkt Loại dây
ro
(
km
Ω
)
xo
(
km
Ω
)
N-1 2 36,05 20+j12.39 61,741 56,129 AC-70 0,46 0,44
N-2 2 41,23 20+j12.39 61,741 56,129 AC-70 0,46 0,44
N-3 1 58,31 30+18.59 185,2396 168,4 AC-185 0,17 0,409
N-4 2 31,622 35+21.69 108,059 98,235 AC-95 0,33 0,429
N-5 2 31,622 15+j9.3 46,31 42,106 AC-70 0,46 0,44
N-6 1 22,36 40+j24.79 246,9954 224,541 AC-300 0,108 0,392
Bảng kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn
21
Nguyễn Thùy Dung
Theo số liệu tính toán bảng trên,các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều

kiện phát nóng.
Bảng tính tổn thất điện áp
22
Đoạn
đường
dây
Imax Isc k,I
cp
(A)
N-1 61,741 123,484 212
N-2 61,741 123,848 212
N-3 185,2396 370,479 408
N-4 108,059 216,117 264
N-5 46,316 92,633 212
N-6 246,9954

493,991
552
Nguyễn Thùy Dung

Theo bảng trên ta thấy:
∆U
bt max
%= 6,122 < 10%
∆U
scmax
% = 7,93 < 20% (thỏa mãn điều kiện)
Vậy phương án I đạt yêu cầu kĩ thuật.
23
Đoạn

đường
dây
R(
Ω
) X(
Ω
)
∆U
bt
% ∆U
sc
%
N-1 8,2 7,9 2,183 7,93
N-2 8,2 7,9 2,183 7,93
N-3 9,91 23,848 6,122
N-4 5,22 6,78 2,725 6,78
N-5 5,22 6,78 1,138 6,78
N-6 2,41 8,76 2,59
Nguyễn Thùy Dung
Phương án V
1. Sơ đồ :
2. Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Ở phương án này các phụ tải 3 và 4 nối với nhau thành mạch kín.
Các
phụ tải còn lại được tính giống phương án I.
Ta chỉ tính toán đoạn mạch kín N-3-4-N.
* Tính phân công suất trên đoạn đường dây.
Giả sử các đường dây có cùng tiết diện, mạch điện đồng nhất ,ta có
:
- Công suất trên đoạn N-4.

24
Nguyễn Thùy Dung
.
S
N-4
=
284,2831,5830
31,58).59,18.30()3031,58).(69,21.35(
)(
3434
3
3
.
334
4
.
++
++++
=
++
++
−−−
−−−
jj
LLL
LSLLS
NN
NN
= 41,51+j25,722 (MVA).
Công suất trên đoạn N-3.

.
S
N-3
=
.
S
4
+
.
S
3
-
.
S
N-4

= (35+j21,69)+(30+j18,59)-(41,51+j25,722) = 23,49+14,558
(MVA).
Công suất trên đoạn 3-4.

.
S
3-4
=
.
S
3
-
.

S
N-3


=(30+j18,59)- (23,49+j14,558) = 6,51+j4,002 (MVA).
a - Đoạn đường dâyN-4
• Chọn tiết diện dây dẫn.
I
max
=
dm
U
S
.3
max
=
đm
U
QP
.3
2
max
2
max
+
=
110.3
69,2135
22
+

.10
3
=108,059
(A)
F
kt
=
kt
J
I
max
. =
1,1
059,108
= 98,235
Chọn dây dẫn loại AC- 240 ,có tiết diện chuẩn là 240mm
2
và
dòng điện cho phép I
cp
=605A.
25