Tìm hiểu và tính toán thiết kế hệ thống lưới điện cho khu vực

Page | 1
Phạm Văn Thái
Lời nói đầu
Quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nước ta hiện nay đang
diễn ra hết sức mạnh mẽ.Trên khắp cả nước các khu trung tâm công
nghiệp mới mọc lên ngày càng nhiều. Điều này đỏi hỏi chúng ta phải xây
dựng các mạng lưới điện mới để truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ
này.Thiết kế các mạng và hệ thống điện là một nhiệm vụ quan trọng của
các kỹ sư nói chung và đặc biệt là các kỹ sư hệ thống điện.
Đồ án môn học “Thiết kế mạng lưới điện khu vực” giúp chúng ta vận
dụng những kiến thức đã học vào thực tế công việc. Tuy đây mới chỉ là
đồ án môn học nhưng nó đã trang bị những kỹ năng bổ ích cho đồ án tốt
nghiệp đồng thời nó cũng cho chúng ta hình dung ra một phần công việc
thực tế sau này
Trong quá trình làm đồ án , em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình
của các thầy cô giáo trong bộ môn và các thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy
trên lớp.Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lã Minh Khánh đã tận tình
giúp đỡ em hoàn thành đồ án này
Sinh viên
Nguyễn Văn Thái
1
Page | 2
Phạm Văn Thái
2
Page | 3
Phạm Văn Thái
Mục lục
Chương 1:Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ
thống.
Chương 2:Dự kiến các phương án nối dây và so sánh các phương án
về mặt

kỹ thuật.
Chương 3:So sánh kinh tế các phương án
Chương 4: Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây chi tiết của mạng
điện
Chương 5:Tính phân bố công suất của mạng điện và tính chính xác
điện áp
tại các nút trong mạng điện.
Chương 6:Lựa chọn phương thức điều c hỉnh điện áp trong mạng
điện.
Chương 7:Tính toán các chỉ tiêu kinh tế của mạng điện.
3
Page | 4
Phạm Văn Thái
4
Page | 5
Phạm Văn Thái
Chương 1 Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng
trong
hệ thống
1.1 Phân tích nguồn và phụ tải
Bảng số liệu phụ tải
Các số liệu Các hộ tiêu thụ

1
2 3 4 5 6
Phụ tải cực đại(MW) 3
6
3
0
3

5
2
0
2
7
4
0
Hệ số công suất cosφ 0.85
Mức đảm bảo cung cấp điện I
Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT
Điện áp danh định của lưới
điện thứ cấp
10 KV
5
Page | 6
Phạm Văn Thái
1.2 Cân bằng công suất tác dụng
Một đặc điểm quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời
điện năng từ các nguồn điện đến các hộ tiêu thụ và không thẻ 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.
Ngoải 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.
Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống:

∑P
F
=∑P
YC
= m∑P
pt
+∑∆P +∑P
td
+∑P
dt
(1.2.1)
Trong đó :
∑P
F
:Tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn phát.
∑P
pt
:Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ
phụ tải
6
Page | 7
Phạm Văn Thái
∑∆P :Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện
∑P
td
:Tổng công suất tự dùng của nhà máy điện
∑Pdt :Tổng công suất dự trữ trong mạng điện
m :hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại
Một cách gần đúng ta có thể thay bằng công thức:
∑P

F
= ∑P
pt
+15%∑P
pt.
(1.2.2)
Theo bảng số liều vê phụ tải đã cho ở trên ta có :
∑P
F
=∑P
yc
= 1.15*(36+30+35+20+27+40)=216.2(MW)
Việc cân bằng công suất tác dụng giúp cho tần số của lưới điện luôn
được giữ ổn định.
1.3 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống
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
7
Page | 8
Phạm Văn Thái
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.
Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống:

∑Q
F
= ∑Q
yc
=m∑Q
pt
+∑∆Q
b
+∑Q
L
-∑Q
c
+∑Q
td
+∑Q
dt
(1.3.1)
Trong đó:
∑Q
F
:Tổng công suất phản kháng do nguồn điện phát ra
∑Q
yc
: Tổng công suất yêu cầu của hệ thống
∑Q
pt
:Tổng công suất phản kháng của các phụ tải ở chế độ
cực đại
∑Q
L

:Tổng công suất phản kháng trong cảm kháng của các
đường
dây trong mạng điện.
∑Q
c
: tổng công suất phản kháng do điện dung của các
đường dây
sinh ra
∑∆Q
b
: tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm
biến áp
∑Q
td
: tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy
điện.
∑Q
dt
: Tổng công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống.
8
Page | 9
Phạm Văn Thái
m :hệ số đồng thời
Trong tính toán sơ bộ ta có thể tính tổng công suất phản kháng yêu
cầu trong hệ thống bằng công thức sau đây:
∑Q
yc
= ∑Q
pt
+ 15%∑Qpt (1.3.2)

Công suất phản kháng của các phụ tải được tính theo công thức sau
Q =P* tgφ (1.3.3)
Từ cosφ= 0.85 ta suy ra tgφ= 0.62
Ta có bảng số liệu sau:
bảng 1.3.1:công suất phản kháng của các phụ tải
Các hộ phụ tải 1 2 3 4 5 6
Q(MVAr) 22.31
1
18.59
2
21.69
1
12.39
5
16.73
3
24.7
9
Áp dụng công thức 1.3.2 ta có
∑Q
yc
=
1.15*(22.311+18.592+21.691+12.395+16.733+24.79)=133.988 MVAr
Ta lại có :∑Q
F
= ∑P
F
*tgφ = 216.2 *0.62=133.988 MVAr
Từ các kết quả tính toán trên ta nhận thấy tổng công suất phản kháng
do nguồn phát ra vừa dúng bằng lượng công suất phản kháng yêu cầu của

hệ thống.Vây ta không phải tiến hành bù công suất phản kháng.
KẾT LUẬN
9
Page | 10
Phạm Văn Thái
Sau khi tính toán ta có số liệu của các phụ tải được cho trong bảng
1.3.2
Các hộ tiêu
thụ
1 2 3 4 5 6
P(MW) 36 30 35 20 27 40
Q(MVAr) 22.311 18.592 21.691 12.359 16.733 24.79
S(MVA) 42.35 35.29 41.18 23.53 31.76 47.06
cosφ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85
Bảng 1.3.2 Số liệu tính toán của các hộ phụ tải
10
Page | 11
Phạm Văn Thái
Chương 2 Dự kiến các phương án nối dây của mạng
điện
và so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật
2.1 Mở đầu
Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng diện 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 cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của
11
Page | 12
Phạm Văn Thái
các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành ,khả năng phát triển
trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới.

Từ sơ đồ mặt bằng của nguồn điện và các phụ tải đã cho chúng ta có
thể đưa ra các phương án nối dây cho mạng điện trên.Qua tiến hành đánh
giá sơ bộ chúng ta có thể giữ lại 4 phương án sau và tiến hành tính toán
các thông số cơ bản của các phương án này
2.2 Phương án nối dây 1
2.2.1 Sơ đồ nối dây

N
1

6
2
12
Page | 13
Phạm Văn Thái
5
3

4
Hình 2.2.1 :sơ đồ mạng điện phương án 1
2.2.2 Tính điện áp vận hành của mạng 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
13
Page | 14
Phạm Văn Thái
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.
Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh
nghiệm sau:
U
vhi
= 4.34*
Pili *16
+
(2.1)
Trong đó :
l
i
: khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây thứ i
(km)
P
i
:Công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i
(MW)
Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện
áp vận hành trên các đoạn đường dây như sau:
Đoạn đường
dây
Cống suất
truyền tải
,MVA
Chiều dài
đoạn đường
dây ,km
Điện áp vận

hành,kv
Điện áp định
mức của cả
mạng diện
,kv
N-1 36+j 22.31 70.71 110.4
110
N-2 30+j 18.592 78.1 102.53
N-3 35+j 21.691 85.44 110.26
N-4 20+j 12.395 121.66 91.2
N-5 27+j 16.733 80.62 98.26
N-6 40+j 24.79 60.83 114.89
14
Page | 15
Phạm Văn Thái
Bảng 2.1 Điện áp vận hành trên các đoạn đường dây và điện áp vận
hành của cả mạng điện
Điện áp vận hành tính trong phương án này có thể dùng làm điện áp
vận hành chung cho các phương án tiếp theo.
2.2.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn trên mỗi đoạn đường
dây của phương án đã chọn
Các mạng điện 110kv được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây
trên không.Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC). Đối
với mạng điện khu vực ,các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh
tế của dòng điện nghĩa là :
kt
kt
J
I
F

max
=
(2.2)
Trong đó :
I
max
: dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cực
đại,A;
J
kt
: mật độ kinh tế của dòng điện,A/mm
2

Với dây AC và Tmax =5000h ta tra bảng có được :
J
kt
= 1.1A/mm
2
Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được
tính bằng công thức :
15
Page | 16
Phạm Văn Thái
3
max
max
10*
3*
dm
Un

S
I =
A (2.3)
Trong đó :
n: số mạch của đường dây
Uđm

: điện áp định mức của mạng điện,kv
S
max
: công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực
đại,MVA
Đối với các đường dây trên không , để không xuất hiện vầng quang
các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F
≥
70 mm
2
Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1
Đoạn N-1
∗
S
=(36+ j22.31)+(30+j18.592)=66+j40.902 MVA
Aax 77.20310*
110*32
902.4066
Im
3
22
=
+

=
2
185
1.1
77.203
mmF
kt
==
Ta chọn F
tc=
185 mm
2
Đoạn 1-2
MVAjS 592.1830 +=
∗
16
Page | 17
Phạm Văn Thái
Aax 62.9210*
110*3*2
592.1830
Im
3
22
=
+
=
2
02.84
1.1

62.92
mmF
kt
==
Chọn Ftc=95 mm
2
Đoạn N-3
MVAjjjS 09.3455)395.1220()691.2135(
+=+++=
∗
AI 8.16910*
110*3*2
09.3455
3
22
max
=
+
=
2
kt
4.154
1.1
8.169
F mm==
Chọn F
tc
= 150 mm
2
Đoạn 3-4

AI 75.6110*
2*3*110
395.1220
3
22
max
=
+
=
2
13.56
1.1
75.61
mmF
kt
==
Chọn F
tc
= 70mm
2
Đoạn N-6
17
Page | 18
Phạm Văn Thái
MVAjjjS 523.4167)79.2440()733.1627(
+=+++=
∗
AI 86.20610*
110*3*2
523.4167

3
22
max
=
+
=
2
05.188
1.1
86.206
mmF
kt
==
Chọn F
tc
=185 mm
2
Đoạn 5-6
AI 36.8310*
110*3*2
733.1627
3
22
max
=
+
=
AF
kt
78.75

1.1
36.83
==
Chọn F
tc
=70 mm
2
Từ tiết diện tiêu chuẩn của các đoạn đường dây đã chọn ,tra bảng 33
trong sách mạng lưới điện 1 ta có dòng điện lâu dài cho phép chạy trên
các đoạn đường dây và tra bảng 6 cho ta điện trở và điện kháng đơn vị
tương ứng với mỗi đoạn đường dây đã chọn
Đoạn
đường dây
Kiểu dây
dẫn
I
cp
(A)
∗
S
MVA
R
0
(Ω/m) X
0
(Ω/m)
N-1 AC-185 510 66+j40.902 0.17 0.409
18
Page | 19
Phạm Văn Thái

1-2 AC-95 330 30+j18.592 0.33 0.429
N-3 AC-150 445 55+j34.09 0.21 0.416
3-4 AC-70 265 20+j12.395 0.45 0.44
N-6 AC-185 510 67+j41.523 0.17 0.409
6-5 AC-70 265 27+j16.733 0.45 0.44
Bảng2.2 Dòng điện cho phép lâu dài chạy trên mỗi đoạn đường dây và
điện trở và điện kháng đơn vị tương ứng với mỗi đoạn đường dây.
2.2.4 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện trong trường
hợp vận hành bình thường và trong chế độ sự cố
Tổn thất điện áp trên mỗi đoạn đường dây trong chế dộ vận hành bình
thường được tính bằng công thức
(%)100*
**
2
dmU
xQrP
U
iiii
ibt
∑ ∑
+
=∆
(2.4)
Trong đó
∆U
ibt
: tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i,%
Pi, Qi

: Công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy

trên đoạn
đường dây thứ i
r
i
, x
i
: điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dây thứ
i

19
Page | 20
Phạm Văn Thái
Trong chế độ sự cố , đối với mạng điện trong phương án này đều đường
dây 2 mạch nên tổn thất điện áp trong chế độ sự cố (đứt một đoạn đường
dây ) được tính theo công thức :
∆Uisc =2*∆U
ibt
(2.5)
Đối với đoạn đường dây N-1
%2.8100*
110*2
71.70*409.0*902.4071.70*17.0*66
2
1
=
+
=∆
−
btN
U

Trong trường hợp ngừng một mạch trên đoạn đường dây N-1 ,ta có:
∆U
N-1sc
= 2*8.2=16.4%
Tính toán tương tự đối với các đoạn đường dây còn lại ta có bảng số liệu
sau:
Đường
dây
∆U
bt
(%) ∆U
sc
(%) Đường
dây
∆U
bt
(%) ∆U
sc
(%)
N-1 8.2 16.4 3-4 2.5 5
1-2 3 6 N-6 7.1 14.2
N-3 6.6 13.2 6-5 5.1 10.2
Bảng 2.3 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện
Từ bảng số liệu trên ta có:
Tổng tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-1-2 trong chế độ vận hành
bình thuờng và trong chế độ sự cố là :
∆U
N-1-2 bt
=8.2+3=11.2 %
20

Page | 21
Phạm Văn Thái
Trên đoạn đường dây này ta nhận thấy sự cố đứt một mạch đường dây ở
đoạn N-1 là nguy hiểm hơn trường hợp dứt một mạch đường dây ở đoạn
1-2 . Do đó ta có tổn thất điện áp trong chế độ sự cố là:
∆U
N-1-2sc
=16.4+3=19.4 %
Tương tự như vậy đối với đoạn đường dây N-3-4 ta có:
∆U
N-3-4bt
=6.6+2.5=9.1 %
∆U
N-3-4 sc
=13.2+2.5=15.7 %
Đối với đoạn đường dây N-6-5
∆U
N-6-5
= 7.1+5.1=12.2 %
∆U
N-6-5sc
=14.2+5.1=19.3 %
Từ các kết quả trên nhận thấy rằng ,tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ
vận hành bình thường là:
∆U
N-6-5
=12.2%
Tổn thất điện áp trong chế độ sự cố bằng :
∆U
N-6-5sc

= 19.3%
2.2.5 .Kiểm tra điều kiện phát nóng trong trường hợp sự cố
Sự cố nguy hiểm nhất là đứt một đoạn đưòng dây ,khi đó dòng điện sự cố
sẽ gấp đôi giá trị của dòng điện trong chế độ vận hành bình thường.
Tiết diện đã chọn sẽ thoả mãn nếu dòng điến sự cố vẫn nhỏ hơn dòng
điện cho phép
I
sc
≤ k*I
cp
(2.5)
21
Page | 22
Phạm Văn Thái
Trong đó :
I
sc
:Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố nặng
nề nhất
I
cp
:Dòng điện cho phép ứng với kiểu dây dẫn đã chọn
Ta có bảng số liệu sau:
Đoạn đường
dây
Kiểu dây
dẫn
Dòng điện
cho phép
I

cp
(A)
Dòng điện sự
cố I
sc
(A)
Kết luận
N-1 AC-185 510 407.54
1-2 AC-95 330 185.24
N-3 AC-150 445 339.6
3-4 AC-70 265 123.5
N-6 AC-185 510 413.72
6-5 AC-70 265 151.56
Bảng 2.4
Từ bảng số liều trên ta nhận thấy tất cả các tiết diện của dây dẫn đã chọn
đều thoả mãn điều kiện phát nóng .
2.3 Phương án nối dây 2
2.3.1 Sơ đồ nối dây
22
N
1
2
3
4
5
6
Page | 23
Phạm Văn Thái
23
Page | 24

Phạm Văn Thái
Hình 2.2.2 Sơ đồ nối dây phương án 2
Các số liệu tính toán cho phương án 2
Đoạn đường dây Công suất truyền tải
(MVA)
Chiều dài đoạn đường
dây (km)
N-1 66 + j 40.902 70.71
1-2 30+ j 18.592 41.23
N-3 55+ j 34.09 85.44
3-4 20+ j 12.395 41.23
N-5 27 + j 16.733 80.62
N-6 40 + j 24.79 60.83
Bảng 2.5 Số liệu tính toán của phương án
2.3.2 Chọn điện áp vận hành của mạng điện
Như đã trình bày ở phần trên ,chúng ta có thể lựa chọn điện áp vận hành
chung cho tất cả các phương án nối dây là 110kv.
24
Page | 25
Phạm Văn Thái
2.3.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Tính toán tương tự như đối với phương án 1, ta có tiết diện của các đoạn
dây dẫn được cho trong bảng 2.6:
Đoạn
đường dây
Cống suất
truyền tải
I
max
(A) F

kt
(mm
2
)
F
tc
(mm
2
I
SC
(A) I
cp
(A)
N-1 66+j40.902 203.77 185.25 185 407.54 510
1-2 30+j18.592 92.6 84.2 95 185.2 330
N-3 55 +j34.09 169.81 154.37 150 339.62 445
3-4 20+j12.395 61.7 56.1 70 123.4 265
N-5 27+j16.733 83.4 75.78 70 166.8 265
N-6 40+j24.79 123.5 112.3 120 247 380
Bảng 2.6 Tiết diện của các đoạn dường dây tính theo mật độ kinh tế của
dòng điện
Từ bảng số liệu trên ta nhận thấy tất cả các tiết diện tiêu chuẩn đã chọn
đều thoả mãn điều kiện phát nóng .
2.3.4 Tính tổn thất điện áp trong chế độ vận hành bình thường
và trong chế độ sự cố.
Tính toán tương tự như đối với phương án 1 ta có bảng số liệu sau đây:
Đoạn
đường
dây
Kiểu

dây
dẫn
Chiều
dài
L(km)
R
0
(Ω/km) X
0
(Ω/km) ∆U
bt
(%) ∆U
sc
(%)
N-1 AC-
185
70.71 0.17 0.409 8.2 16.4
25