Thiết kế mạng lưới điện cho khu vực nhỏ gồm 1 nguồn điện và các thiết bị của khu vực

Nguyễn Thị Luyến
MC LC
1
Nguyễn Thị Luyến
LỜI MỞ 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 điều khiển hệ thống, tổng vốn đầu tư và các nguồn nguyên vật
liệu để phát triển năng lượng …
2
Nguyễn Thị Luyến
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 em hoàn
thành bản đồ án này.
Hà Nội, ngày 5 tháng 3
năm 2012.

SINH VIÊN
Lê Minh Dũng
3
Nguyễn Thị Luyến

THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM MỘT NGUỒN
ĐIỆN VÀ MỘT SỐ PH TẢI KHU VỰC
CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ VẠCH CÁC
PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY
I . Tính toán công suất
I.1. Sơ đồ địa lý

4
Nguyễn Thị Luyến
I.2. Phân tích nguồn
Nguồn cung cấp cho các hộ phụ tải ở đây là một nguồn công suất
vô cùng lớn, hệ số công suất của nguồn là cos
ϕ
= 0,85.
I.3. Phân tích phụ tải
Tổng công suất các hộ tiêu thụ trong chế độ cực đại là 150 MW.
Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại.
Trong số 6 hộ phụ tải thì có 1 hộ phụ tải thuộc loại I, 2 hộ thuộc
loại II có mức đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất , nghĩa là nếu mất
điện sẽ gây hậu quả nghiêm trọng. Ba hộ phụ tải còn lại thuộc họ loại III
có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện thấp hơn, là những hộ mà việc
mất điện không gây hậu quả nghiêm trọng.
Thời gian sử dụng công suất cực đại là Tmax = 5000 giờ
Ta có bảng số liệu tổng hợp về phụ tải như sau:
STT Phụ tải max Phụ tải min

P(MW) Q(MVAr) S(MVA) P(MW) Q(MVAr) S(MVA)
1 15 9,30 17,65 10,5 6,51 12,35
2 40 24,19 46,84 28 17,35 32,94
3 25 15,49 29,41 17,5 10,85 20,59
4 35 21,69 41,18 24,5 15,18 28,82
5 30 18,59 35,29 21 13,01 24,70
6 30 18,59 35,29 21 13,01 24,70
Σ
175 107,85 205,66 122,5 75,91 144,1

Trong đó:
5
Nguyễn Thị Luyến
S
min
= 70% S
max
.
S
max
= P
max
+ jQ
max.
S
min
= P
min
+ jQ
min.

I.4. Tính toán cân bằng công suất
Tổng công suất tác dụng do nguồn sinh ra bằng tổng công suất tác
dụng do các hộ phụ tải tiêu thụ và tổn thất công suất tác dụng trên lưới.
a) Cân bằng công suất tác dụng
Sự cân bằng công suất tác dụng trông khu vực xét được biểu diễn
bằng công thức sau :
P = mΣP + Σ∆P
Trong đó :
P : Tổng công suất phát của trạm điện
ΣP: Tổng công suất tải cực đại của phụ tải
Σ∆P: tổn thất công suất toàn lưới phía cao áp
Σ∆P = 5% Σ P
P = 1.175+ 0,05.175 = 183,75 ( MW)
m : Hệ số đồng thời, phản ánh khả năng đồng thời cùng một lúc đều sử
dụng công suất cực đại. Trong thiết kế lấy m = 1
b) Cân bằng công suất phản kháng
Sự cân bằng công suất phản kháng được thể hiện bằng công thức:
6
Nguyễn Thị Luyến
Q + Q = mΣQ + ∆Q
∆Q = 15%.mΣQ = = 16,18 (MVAr)
=> Q = mΣQ + ∆Q - Q = 107,85 + 16,18 – 113,93= 10,1 (MVAr)
Ta phân bù về các phụ tải theo nguyên tắc ưu tiên các hộ ở xa, và có
cos
ϕ
thấp:
Bù 4,1( MVAr ) tại phụ tải 2:

2
moi

pt
S
= 40 + j(24,19 - 4,1) = 40 + 20,09 MVA
Bù 3 MVAr tại phụ tải 3:

3
moi
pt
S
= 25 + j(15,49 - 3) = 25 + 12,49 MVA
Bù 3 MVAr tại phụ tải 4:

4
moi
pt
S
= 35 + j(21,69 - 3) = 35 + 18,69 MVA
Kết quả sau khi bù như sau :
STT Pmax
(MW)
Qmax
(MVAr)
cos
ϕ
1 15 9,30 0,85
2 40 20,09 0,89
3 25 12,49 0,89
4 35 18,69 0,88
5 30 18,59 0,85
6 30 18,59 0,85

7
Nguyễn Thị Luyến
II. Vạch các phương án nối dây
Phương án 1
Phương án 2
8
Nguyễn Thị Luyến
9
Nguyễn Thị Luyến
Phương án 3
Phương án 4
10
Nguyễn Thị Luyến
11
Nguyễn Thị Luyến
Phương án 5
Phương án 6
12
Nguyễn Thị Luyến
13
Nguyễn Thị Luyến
- Sơ đồ hình tia có ưu điểm là : Đơn giản về sơ đồ nối dây, bố trí
thiết bị đơn giản; các phụ tải không liên quan đến nhau , khi sự cố trên
1một đường dây không ảnh hưởng đến đường dây khác, tổn thất nhỏ hơn
sơ đồ liên thông. Tuy vậy sơ đồ hình tia có nhược điểm là : khảo sát thiết
kế thi công mất nhiều thời gian và tốn nhiều chi phí.
- Sơ đồ liên thông có ưu điểm là khảo sát thiết kếgiảm nhiều so với
sơ đồ hình tia, thiết bị dây dẫn có chi phí giảm. Tuy vậy nó có nhược
điểm là cần có thêm trạm trung gian , thiết bị bố trí đòi hỏi bảo vệ rơle ,

thiết bị tự động hoá phức tạp hơn, độ tin cậy cung cấp diện thấp hơn so
với sơ đồ hình tia.
- Mạng kín có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp cao, khả năng vận
hành lưới linh hoạt, tổn thất ở chế độ bình thường thấp. Tuy nhiên nhược
điểm của mạng kín là bố trí bảo vệ rơle và tự động hoá phức tạp, khi xảy
ra sự cố tổn thất lưới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn.
Dựa vào ưu nhược điểm đã phân tích ở trên ta chọn phương án 4 và
phương án 6 để tính toán tiếp.
III. Chọn điện áp định mức cho lưới điện

Lựa chọn cấp điện áp định mức cho mạng điện là nhiệm vụ rất
quan trọng, vì trị số điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến các chi phí kinh tế,
14
Nguyễn Thị Luyến
kỹ thuật của mạng điện. Để chọn được cấp điện áp hợp lý phải thỏa mãn
các yêu cầu sau:
- Phải đáp ứng được yêu cầu mở rộng phụ tải sau này.
- Đảm bảo tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải.
- Khi điện áp càng cao thì tổn thất công suất càng bé, sử dụng
ít kim
loại màu (I nhỏ). Nhưng điện áp càng tăng cao thì chi phí xây dựng mạng
điện càng lớn và giá thành thiết bị càng tăng. Vì vậy phải chọn điện áp
định mức như thế nào cho phù hợp về kinh tế và kĩ thuật.
Chọn điện áp tối ưu theo công thức :
Ui = 4,34.
Pli 16
+
- đối với lộ đơn.
Ui = 4,34.
16

2
P
li
+
- đối với lộ kép.
Ui - điện áp đường dây thứ i (kV).
li - khoảng cách từ nguồn đến phụ tải thứ i ( km).
Pi - công suất lớn nhất trên đường dây thứ i (MW).
15
Nguyễn Thị Luyến
IV. Tính toán chọn tiết diện dây dẫn
IV.1. Chọn tiết diện dây
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
= (*)
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
×

Trong đó :
J
kt
- mật độ kinh tế của dòng điện (mm
2
)
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 4000
h
.
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.
16
Nguyễn Thị Luyến
IV.2. Kiểm tra điều kiện vầng quang

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
= 0.82 ứng với nhiệt độ là
25
o
c.
Đối với đường dây kép : I
sc max
= 2.I
bt max
< 0.82 I
cp.
Đối với đường dây đơn khi có sự cố sẽ dẫn đến mất điện.

17
Nguyễn Thị Luyến
V. 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:
%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
%
Trong đó:
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
).
18
Nguyễn Thị Luyến
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN KINH TẾ KĨ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
PHẦN A: TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN 4
I. Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp
I.1.Tính toán phân bố công suất sơ bộ
Sơ đồ nối dây của phương án 4 :
Sự phân bố công suất trong mạng:
6 5 6 5 5
6
5 5 6 6
.( ) .
N N N
N
N N
S l l S l
S
l l l
−
+ +
=
+ +
& &
&
=
(30 18,59).(33,06 41,23) (30 18,59).41,23
28,28 36,06 41,23

j j+ + + +
+ +
= 32,83 + j20,34 MVA
5 6 5 6N N
S S S S= + −
& & & &
= (30 + j18,59) + (30 + j18,59) - (32,83 + j20,34)
19
Nguyễn Thị Luyến
= 27,17 + j16,84 MVA
5 6 6 6N
S S S
−
= −
& & &
= 32,83 + j20,34 - (30 + j18,59)
= 2,83 + j1,75 MVA
20
Nguyễn Thị Luyến
Ta có bảng số liệu sau :
Nhánh Công suất MVA Chiều dài
(km)
N-1 15 + j9,3 44,72
N-2 40 + j20,09 50,00
N-3 25 + j12,49 58,31
N-4 35 + j 18,69 64,03
N-5 27,17 + j16,84 41,23
N-6 32,83 + j20,34 28,28
5-6 2,83 + j1,75 36,06
I.2.Tính toán chọn cấp điện áp

1
4,34. 44,72 16.15
N
U
−
= + =
73,23 kV
2
40
4,34. 50 16.
2
N
U
−
= + =
83,48 kV
3
4,34. 58,31 16.25
N
U
−
= + =
92,91 kV
4
4,34. 64,03 16.35
N
U
−
= + =
108,42 kV

5
4,34. 41,23 16.27,17
N
U
−
= + =
94,68 kV
6
4,34. 28,28 16.32,83
N
U
−
= + =
102,11 kV
5 6
4,34. 36,06 16.2,83U
−
= + =
39,14 kV
Ta chọn cấp điện áp 110 kV để truyền tải là hợp lý.
II. Chọn tiết diện dây dẫn
II.1. Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế
Nhánh N-1
21
Nguyễn Thị Luyến
I =
2 2
3
15 9,3
.10

3.110
+
= 92,63 (A)
F =
92,63
1,1
= 84,21 (
2
mm
)
⇒
Chọn dây AC-95
Nhánh N-2
I =
2 2
3
40 20,09
.10
2. 3.110
+
= 117,47 (A)
F =
117,47
1,1
=
106,79 (
2
mm
)
⇒

Chọn dây AC-120
Nhánh N-3
I =
2 2
3
25 12,49
.10
3.110
+
=
146,68 (A)
F =
146,68
1,1
= 133,35 (
2
mm
)
⇒
Chọn dây AC-150
Nhánh N-4
I =
2 2
3
35 18,69
.10
3.110
+
=
208,25 (A)

F =
208,25
1,1
=
189,32 (
2
mm
)
⇒
Chọn dây AC-240
Xét mạch vòng N5-6
22
Nguyễn Thị Luyến
Đoạn N-5
I =
2 2
3
27,17 16,84
.10
3.110
+
=
167,78 (A)
F =
167,78
1,1
=
152,53 (
2
mm

)
⇒
Chọn dây AC-185
Đoạn N-6
I =
2 2
3
32,83 20,34
.10
3.110
+
=
202,70 (A)
F =
202,70
1,1
=
184,17 (
2
mm
)
⇒
Chọn dây AC-185
Đoạn 5-6
I =
2 2
3
2,83 1,75
.10
3.110

+
=
17,46 (A)
23
Nguyễn Thị Luyến
F =
17,46
1,1
=
15,87 (
2
mm
)
⇒
Chọn dây AC-70
II.2. Kiểm tra phát nóng khi tải cưỡng bức
Nhánh N-1
I = I = 92,63 (A)
Dây AC-95 có I = 330 (A)
⇒
K.I = 0,88.330 = 290,4 > I (t/m)
Nhánh N-2
I = 2.I= 2.117,47 = 234,94 (A)
Dây AC-120 có I = 380 (A)
⇒
K.I = 0,88.380 = 334,4 >I (t/m)
Nhánh N-3
I = I = 146,68 (A)
Dây AC-150 có I = 445 (A)
⇒

K.I = 0,88.445 = 391,6 >I (t/m)
Nhánh N-4
I = I = 208,25 (A)
Dây AC-240 có I = 610 (A)
⇒
K.I = 0,88.610 = 536,8 > I (t/m)
24
Nguyễn Thị Luyến
Xét mạch vòng N5-6
Sự cố đứt dây N-5
I
2 2
3
60 37,18
10
3.110
+
= =
370,48 (A)
Dây AC-185 có I = 510 (A)
⇒
K.I = 0,88.510 = 448,8 > I (t/m)
I =
2 2
3
30 18,59
10
3.110
+
=

185,24 (A)
Dây AC-70 có I = 265 (A)
⇒
K.I = 0,88.265 = 233,2 > I ( t/m )
25