Thiết kế lưới điện khu vực và ứng dụng phần mềm PSSE

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: TRẦN MINH NGỌC
Lớp: D4H3 Ngành: Hệ thống điện
Cán bộ hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Đức Thuận
PHẦN I. THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN CAO ÁP
1) Dữ liệu nguồn điện
a. Nhà máy nhiệt điện:
Số tổ máy và công suất của một tổ máy: 4x45 MW
Hệ số công suất: 0,8
Điện áp định mức: 10,5 kV
b. Hệ thống:
Công suất vô cùng lớn
Hệ số công suất: 0,85
2) Dữ liệu phụ tải điện:
Các số liệu
Phụ tải
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Công suất cực đại (MW)

36
33
20
29
32
22
30
29
31
33
Công suất cực tiểu (MW)
Bằng 70% công suất cực đại
Hệ số công suất
0,9
0,
9
0,
9
0,
9
0,
9
0,
9
0,
9
0,
9
0,
9

0,
9
Thời gian sử dụng công suất
lớn nhất (h)
5200
Mức yêu cầu cấp điện
I
I
III
I
I
I
III
I
I
I
Yêu cầu điều chỉnh điện áp
KT
K
T
T
K
T
K
T
K
T
T
K
T

K
T
K
T
Điện áp định mức phía hạ áp
(kV)
22

Sơ đồ bố trí nguồn điện và phụ tải

Một ô vuông có kích thƣớc 10x10 km
PHẦN II. PSS/E
Ngày giao:
Ngày nộp:
TRƢỞNG KHOA




TS TRẦN THANH SƠN
Hà Nội, ngày tháng 10 năm
2013
Cán bộ hƣớng dẫn thiết kế



Th.S NGUYỄN ĐỨC THUẬN
.
.
.

.

.
.
.
.
2
6
10
7
8
1
3
4
5
9
HT
NM


LỜI MỞ ĐẦU
Điện năng là một nguồn năng lƣợng quan trọng của hệ thống năng lƣợng quốc
gia, nó đƣợc sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực nhƣ: sản xuất kinh tế, đời sống
xã hội, nghiên cứu khoa học… Đối với mỗi đất nƣớc, sự phát triển của ngành điện là
tiền đề cho các lĩnh vực khác phát triển.
Hiện nay nƣớc ta đang phát triển theo hƣớng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nên
nhu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng cao về số lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng. Để đáp
ứng đƣợc về số lƣợng thì ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm và khai thác tốt
các nguồn năng lƣợng có thể biến đổi chúng thành điện năng. Mặt khác để đảm bảo về
chất lƣợng có điện năng cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện năng

hiện đại, có phƣơng thức vận hành tối ƣu nhất đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng
nhƣ kinh tế.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em đƣợc nhà trƣờng và khoa Hệ Thống Điện giao
cho thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế lƣới điện khu vực và ứng dụng phần mềm
PSS/E để mô phỏng lƣới điện thiết kế”. Đồ án tốt nghiệp gồm 2 phần:
 Phần I: từ chƣơng 1 đến chƣơng 7 với nội dung: “Thiết kế mạng lƣới
điện khu vực 110 kV”.
 Phần II: gồm chƣơng 8 với nội dung: “Ứng dụng phần mềm PSS/E để
mô phỏng lƣới điện thiết kế”.
Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến các thầy cô giáo trong trƣờng Đại
học Điện lực nói chung và các thầy cô giáo trong khoa hệ thống điện bộ môn mạng và
hệ thống điện nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý
báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy ThS. Nguyễn
Đức Thuận, thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hƣớng dẫn em trong suốt quá
trình làm đồ án tốt nghiệp.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do hạn chế về kiến thức nên chắc chắn bản đồ án tốt
nghiệp của em còn nhiều khiếm khuyết. Em rất mong nhận đƣợc sự nhận xét góp ý của
các thầy cô để bản thiết kế của em thêm hoàn thiện và giúp em rút ra đƣợc những kinh
nghiệm cho bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 6 tháng 1 năm 2014
Sinh viên

Trần Minh Ngọc

MỤC LỤC
PHẦN I. THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN CAO ÁP 3
CHƢƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ
ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN 2
1.1. Nguồn điện 2

1.1.1. Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn: 2
1.1.2. Nhà máy nhiệt điện (NĐ) gồm 4 tổ máy: 2
1.2. Phụ tải: 3
1.3. Cân bằng công suất tác dụng 4
1.4. Cân bằng công suất phản kháng 5
1.5. Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn 7
1.5.1. Chế độ phụ tải cực đại 7
1.5.2. Chế độ phụ tải cực tiểu 8
1.5.3. Chế độ sự cố 9
CHƢƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN ĐIỆN ÁP
TRUYỀN TẢI 11
2.1. Đề xuất các phƣơng án nối dây 11
2.1.1. Cơ sở lý thuyế t: 11
2.1.2. Ƣu, nhƣợ c điể m và phạ m vi sƣ̉ dụ ng củ a mộ t số loạ i sơ đồ nố i dây: 11
2.1.3. Đề xuấ t cá c phƣơng á n nố i dây: 13
2.2. Tính toán kỹ thuật các phƣơng án 14
2.2.1 Phƣơng án 1: 14
2.2.2. Phƣơng án 2: 22
2.2.3. Phƣơng án 3: 29
2.2.4. Phƣơng án 4 36
2.2.5. Phƣơng án 5: 40
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN KINH TẾ, LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU 46
3.1. Các cơ sở lý thuyết tính toán kinh tế: 46
3.1.1. Tổn thất công suất: 46
3.1.2. Tổn thất điện năng: 46
3.1.3. Vốn đầu tƣ xây dựng mạng điện 46
3.1.4. Hàm chi phí tính toán Z 47

3.2. Tính toán cho từng phƣơng án 47
3.2.1. Phƣơng án I: 47

3.2.2. Phƣơng án II: 49
3.2.3. Phƣơng án III 49
3.2.4. Phƣơng án IV 50
3.2.5. Phƣơng án V 51
CHƢƠNG 4: LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ CÁC TRẠM CHO
PHƢƠNG ÁN ĐƢỢC CHỌN 53
4.1. Chọn số lƣợng và công suất máy biến áp 53
4.1.1. Chọn số lƣợng và công suất các máy biến áp trong các trạm tăng áp của nhà máy
nhiệt điện 53
4.1.2. Chọn số lƣợng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp 54
4.2. Chọn sơ đồ nối dây cho các trạm 54
4.2.1. Trạm trung gian 54
4.2.2. Trạm hạ áp 55
4.2.3. Trạm tăng áp 56
CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA
MẠNG ĐIỆN 58
5.1. Tính toán chế độ cực đại 58
5.1.1. Nhánh N – 7 : 58
5.1.2. Nhánh N – 6 –2 : 59
5.1.3. Đƣờng dây H – 1 – N : 64
5.2. Tính toán chế độ phụ tải cực tiểu 70
5.3. Chế độ sau sự cố 71
CHƢƠNG 6: TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHÍNH ĐIỆN ÁP TRONG
MẠNG ĐIỆN 73
6.1. Tính điện áp các nút 73
6.1.1. Chế độ phụ tải cực đại 73
6.1.2. Chế độ phụ đại cực tiểu: 74
6.1.3. Chế độ sau sự cố: 74
6.2. Chọn phƣơng thức điều áp cho trạm 4 74
6.2.1. Các tiêu chuẩn điều chỉnh điện áp với máy biến áp 74

6.2.2. Chọn các đầu điều chỉnh trong máy biến áp 77

CHƢƠNG 7: TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG
ĐIỆN 80
7.1. Vốn đầu tƣ xây dựng mạng điện 80
7.2. Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện 81
7.3. Tổn thất điện năng trong mạng điện 81
7.4. Tính chi phí và giá thành 82
7.4.1. Chi phí vận hành hàng năm 82
7.4.2. Chi phí tính toán hàng năm 82
7.4.3. Giá thành truyền tải điện năng 82
7.4.4. Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại 82
PHẦN II 84
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E MÔ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN THIẾT KẾ 84
CHƢƠNG 8: MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƢỚI ĐIỆN THIẾT KẾ
BẰNG PHẦN MỀM PSS/E 85
8.1. GIỚI THIỆU CHƢƠNG TRÌNH PSS/E 85
8.2. NHẬP DỮ LIỆU ĐẦU VÀO 86
8.2.1. Nhập dữ liệu nút 86
8.2.2. Nhập dữ liệu đƣờng dây 87
8.2.3. Nhập dữ liệu máy biến áp 89
8.2.4. Nhập dữ liệu của nguồn 90
8.2.5. Nhập dữ liệu phụ tải 91
8.3. CHẠY CHƢƠNG TRÌNH VÀ XUẤT KẾT QUẢ 91
8.3.1. Chế độ phụ tải cực đại 94
8.3.2. Chế độ phụ tải cực tiểu 97
8.3.3. Chế độ sự cố
10
1

DANH MỤC BẢNG
▪ Bảng 1.1: Số liệu các phụ tải 3
▪ Bảng 1.2: Bảng tính toán số liệu phụ tải ở chế độ cực đại và cực tiểu 4
▪ Bảng 1.3: Tổng kết phƣơng thức vận hành của nhà máy và hệ thống 10
▪ Bảng 2.1: Chọn điện áp định mức của mạng điện 17
▪ Bảng 2.2: Bảng thông số tính toán chọn tiết diện dây dẫn 19
▪ Bảng 2.3: Thông số đƣờng dây: 20
▪ Bảng 2.4: Bảng tính toán tổn thất điện áp 22
▪ Bảng 2.5: Phân bố công suất phƣơng án 2 23
▪ Bảng 2.6: Chọn điện áp định mức của mạng điện 24
▪ Bảng 2.7: Bảng thông số tính toán chọn tiết diện dây dẫn 26
▪ Bảng 2.9: Thông số đƣờng dây: 27
▪ Bảng 2.10: Bảng tính toán tổn thất điện áp 29
▪ Bảng 2.11: Phân bố công suất phƣơng án 3 30
▪ Bảng 2.12 Chọn điện áp định mức của mạng điện 31
▪ Bảng 2.13: Bảng thông số tính toán chọn tiết diện dây dẫn 33
▪ Bảng 2.14: Thông số đƣờng dây: 34
▪ Bảng 2.15: Bảng tính toán tổn thất điện áp 35
▪ Bảng 2.16: Phân bố công suất phƣơng án 4 36
▪ Bảng 2.17: Chọn điện áp định mức của mạng điện 37
▪ Bảng 2.18: Bảng thông số tính toán chọn tiết diện dây dẫn 38
▪ Bảng 2.19: Thông số đƣờng dây: 39
▪ Bảng 2.20: Bảng tính toán tổn thất điện áp 40
▪ Bảng 2.21: Phân bố công suất phƣơng án 5 41
▪ Bảng 2.22: Chọn điện áp định mức của mạng điện 42
▪ Bảng 2.23: Bảng thông số tính toán chọn tiết diện dây dẫn 43
▪ Bảng 2.24: Thông số đƣờng dây: 44
▪ Bảng 2.25: Bảng tính toán tổn thất điện áp 45

▪ Bảng 2.26: So sánh chỉ tiêu kỹ thuật của các phƣơng án 45
▪ Bảng 3.1 Tổn thất điện năng và tổng chi phí đầu tƣ phƣơng án I 48
▪ Bảng 3.2:Tổn thất điện năng và tổng chi phí đầu tƣ phƣơng án II 49
▪ Bảng 3.3:Tổn thất điện năng và tổng chi phí đầu tƣ phƣơng án III 49

▪ Bảng 3.4:Tổn thất điện năng và tổng chi phí đầu tƣ phƣơng án IV 50
▪ Bảng 3.5:Tổn thất điện năng và tổng chi phí đầu tƣ phƣơng án V 51
▪ Bảng 3.6: Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật: 51
▪ Bảng 4.1: Các thông số của máy biến áp tăng áp 54
▪ Bảng 4.2 Các thông số của máy biến áp hạ áp 53
▪ Bảng 4.3: Sơ đồ cầu của các phụ tải 56
▪ Bảng 5.1: Tính toán chính xác công suất trên đƣờng dây Nhiệt điện 63
▪ Bảng 5.2: Tổng hợp công suất trên các đƣờng dây về HT 68
▪ Bảng 5.3: Dòng công suất trên các đƣờng dây trong chế độ phụ tải cực đại 69
▪ Bảng 6.1: Tính toán điện áp ở chế độ cực đại 74
▪ Bảng 6.2: Bảng thông số điều chỉnh của MBA điều chỉnh không tải 75
▪ Bảng 6.3: Thông số điều chỉnh của MBA điều chỉnh điện áp dƣới tải 76
▪ Bảng 6.4: Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy đổi về cao áp trong các
chế độ 77
▪ Bảng 7.1: Vốn đầu tƣ cho các trạm hạ áp và tăng áp 80
▪ Bảng 7.2: Công suất và số lƣợng máy biến áp trong các trạm hạ áp 80
▪ Bảng 7.3: Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện thiết kế 83
▪ Bảng 8.1: Nhập dữ liệu nút 87
▪ Bảng 8.2: Thông số của đƣờng dây dạng đơn vị tƣơng đối cơ bản 88
▪ Bảng 8.3: Nhập dữ liệu thông số đƣờng dây 88
▪ Bảng 8.4: Thông số của máy biến áp trạm giảm áp dạng đơn vị tƣơng đối . 89
▪ Bảng 8.5: Thông số của máy biến áp trạm tăng áp dạng đơn vị tƣơng đối 89
▪ Bảng 8.6: Nhập dữ liệu máy biến áp 90
▪ Bảng 8.7: Nhập dữ liệu phụ tải chế độ phụ tải cực đại 91
▪ Bảng 8.8: Bảng kết quả tính toán trào lƣu công suất ở chế độ phụ tải cực đại

94
▪ Bảng 8.9: Bảng tổng kết so sánh về dòng công suất truyền tải 96
▪ Bảng 8.10: Bảng tổng kết so sánh về điện áp nút 96
▪ Bảng 8.11: Nhập dữ liệu nguồn trong chế độ phụ tải cực tiểu 97
▪ Bảng 8.12: Nhập dữ liệu phụ tải ở chế độ phụ tải cực tiểu 98
▪ Bảng 8.13: Nhập dữ liệu máy biến áp ở chế độ phụ tải cực tiểu 98
▪ Bảng 8.14: Nhập dữ liệu nút trong chế độ phụ tải cực tiểu 99
▪ Bảng 8.15: Nhập dữ liệu nguồn 101

▪ Bảng 8.16: Nhập dữ liệu phụ tải ở chế độ sự cố 101
▪ Bảng 8.17: Nhập dữ liệu máy biến áp ở chế độ sự cố 102
▪ Bảng 8.18: Nhập dữ liệu đƣờng dây ở chế độ sự cố 102
▪ Bảng 8.19: Bảng kết quả tính toán trào lƣu công suất ở chế độ phụ tải cực
đại 103



DANH MỤC HÌNH
▪ Hình 2.1: Sơ đồ mạch điện phƣơng án 1 13
▪ Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện phƣơng án 2 13
▪ Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện phƣơng án 3 14
▪ Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện phƣơng án 4 14
▪ Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện phƣơng án 5 14
▪ Hình 4.1: Sơ đồ trạm biến áp trung gian 54
▪ Hình 4.2: Sơ đồ cầu trong và sơ đồ cầu ngoài 55
▪ Hình 4.3: Sơ đồ bộ đƣờng dây - máy biến áp 55
▪ Hình 4.4: Sơ đồ trạm biến áp tăng áp 57
▪ Hình 5.1: Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế đƣờng dây N-7: 58
▪ Hình 5.2: Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế đƣờng dây N-6-2: 60
▪ Hình 5.3: Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế đƣờng dây H-1-N: 64

▪ Hình 5.4: Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế đƣờng dây H-4: 70
▪ Hình 5.5: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế của đƣờng dây HT – 4 71

GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

1








PHẦN I. THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN CAO ÁP
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

2


CHƢƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI. XÁC
ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN
Trong công việc thiết kế lƣới điện khu vực, ta phải nắm đƣợc những yếu tố
mấu chốt và điển hình về nguồn cung cấp và phụ tải trong phạm vi thiết kế. Qua đó
có thể định hƣớng rõ ràng trong bản dự án hiện tại cũng nhƣ sự phát triển của nó
trong tƣơng lai. Với các thông số nhƣ tổng công suất đặt của nguồn, công suất cần
cung cấp cho các phụ tải, hệ số công suất, loại hộ tiêu thụ,… ta có thể xác định
đƣợc kết cấu của mạng điện và nhu cầu gia tăng phụ tải.
1.1. Nguồn điện
Lƣới điện thiết kế gồm 2 nguồn cung cấp là nhà máy nhiệt điện và hệ thống

điện.
1.1.1.Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn:
Điện áp trên thanh góp hệ thống: U = 110 kV.
Hệ số công suất trên thanh góp: cosφ
đm
= 0,85.
Để trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ
thống thiết kế làm việc bình thƣờng trong các chế độ vận hành cần phải có sự liên
hệ giữa hệ thống và nhà máy điện. Mặt khác, vì hệ thống có công suất vô cùng lớn
nên chọn hệ thống là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp. Ngoài ra do hệ
thống có công suất vô cùng lớn nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy
điện, nói cách khác công suất tác dụng và công suất phản kháng dự trữ sẽ đƣợc lấy
từ hệ thống điện.
1.1.2. Nhà máy nhiệt điện (NĐ) gồm 4 tổ máy:
Công suất định mức: 4 x 45 MW.
Hệ số công suất định mức: cosφ
đm
= 0,8.
Điện áp định mức: U
đm
= 10,5 kV.
Tổ ng công suấ t định mƣ́ c củ a nhà má y NĐ là :
∑P
F
=4 x45 =180 MW
Tuy nhiên, trên thƣ̣ c tế , công suấ t kinh tế củ a cá c nhà má y nhiệ t điệ n chỉ đạ t
tƣ̀ 70% đến 90% công suấ t định mƣ́ c.
Hệ số tƣ̣ dù ng củ a nhà má y Nhiệ t Điệ n là khoả ng (5-10)% công suấ t phá t củ a
nhà máy, cosφ
td

=0,75 => tanφ
td
=0,882.
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

3


1.2. Phụ tải:
Nguồn điện cung cấp cho 10 phụ tải với các thông số cơ bản:
▪ Bng 1.1: Số liệu các phụ ti

Thông số
Phụ tải
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
P
max
, MW
36
33
20

29
32
22
30
29
31
33
P
min
, MW
0,7.P
max

cosφ
đm

0,9
T
max
, h
5200
YC điều
chỉnh U
KT
KT
T
KT
KT
KT
T

KT
KT
KT
Loại
I
I
III
I
I
I
III
I
I
I
U
đm
phía
hạ áp (kV)
22

Trong hệ thống điện thiết kế có tất cả 10 phụ tải trong đó có 8 hộ phụ tải là
phụ tải loại I với hệ số cosφ
đm
= 0,9. Phụ tải loại I là những phụ tải quan trọng phải
đƣợc cung cấp điện một cách liên tục. Nếu gián đoạn cung cấp điện sẽ gây hậu quả
nghiêm trọng ảnh hƣởng lớn đến tình hình an ninh, quốc phòng, tính mạng con
ngƣời, gây thiết hại lớn về kinh tế do đó các hộ phụ tải loại I cần phải đƣợc cấp điện
từ hai nguồn hoặc hai phía trở lên, cụ thể là sử dụng đƣờng dây mạch kép hoặc trạm
biến áp có hai máy biến áp làm việc song song để đảm bảo cung cấp điện liên tục
cũng nhƣ đảm bảo chất lƣợng điện năng ở mọi chế độ vận hành.

Có 2 phụ tải loại III, đây là phụ tải có độ quan trọng thấp hơn, nếu gián đoạn
cung cấp điện thì sẽ không gây thiệt hại lớn do đó ta chỉ cần sử dụng đƣờng dây đơn
và trạm biến áp có một máy biến áp để cung cấp điện.
Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện đƣợc tính nhƣ sau:
 tg.PQ
maxmax

maxmax
max
.
jQPS 

2
max
2
maxmax
QPS 

Từ cosφ
đm
= 0,9 => tgφ
đm
= 0,484
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

4


Kết quả giá trị công suất của phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiểu:
▪ Bng 1.2: Bng tính toán số liệu phụ ti ở chế độ cực đại và cực tiểu

Hộ tiêu
thụ
P
max
,
MW
Q
max
,
MVAr
S
max
,

MVA
P
min
,
MW
Qmin,
MVAr
Smin,
MVA
1
36
17,424
39,9949
25,2
12,1968
27,9965

2
33
15,972
36,662
23,1
11,1804
25,6634
3
20
9,68
22,2194
14
6,776
15,5536
4
29
14,036
32,2182
20,3
9,8252
22,5527
5
32
15,488
35,5511
22,4
10,8416
24,8857
6
22

10,648
24,4414
15,4
7,4536
17,1089
7
30
14,52
33,3291
21
10,164
23,3304
8
29
14,036
32,2182
20,3
9,8252
22,5527
9
31
15,004
34,4401
21,7
10,5028
24,1081
10
33
15,972
36,662

23,1
11,1804
25,6634
Tổng
295
142,78
327,736
206,5
99,946
229,415

1.3. Cân bằng công suất tác dụng
Đặc điểm quan trọng của năng lƣợng điện đó là khả năng truyền tải một cách
tức thời từ nguồn cung cấp tới hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành số
lƣợng nhận thấy đƣợc. 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 điện, các nhà máy của hệ
thống cần phải phát công suất bằng tổng công suất của các hộ tiêu thụ và 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 thƣờng, cần phải có 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 nhƣ sự phát triển của hệ thống.
Vì vậy, phƣơng trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại
đối với hệ thống điện thiết kế có dạng:
dttdmaxttNDHT
PPPPmPPP 


(1.1)

trong đó:
▪ P
NĐ
- tổng công suất do nhà máy nhiệt điện phát ra;
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

5


▪ P
HT
- công suất tác dụng lấy từ hệ thống;
▪ P
tt
- công suất tiêu thụ trong mạng điện;
▪ m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại (m = 1);
▪ ∑P
max
- tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại;
▪ ∑ΔP - tổng tổn thất công suất trong mạng điện, khi tính toán sơ bộ ta có thể
lấy


max
P%5P
;
▪ P
td
- công suất tự dùng của các nhà máy, có thể lấy bằng 10% tổng công suất
đặt trong nhà máy;

▪ P
dt
- công suất dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ lấy P
dt
= 10%∑P
max
,
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, cho nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống, nghĩa là P
dt
= 0.
Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ cực đại:

295
max
MWP 


Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện có giá trị:
W75,14295.05,0%5
max
MPP 


Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện bằng:
W1845.4.1,0%10 MPP
dmtd


Tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện có giá trị:
W75,3271875,14295
max
MPPPP
tdtt



Nhƣ vậy, công suất mà hệ thống cung cấp cho phụ tải lúc này là:
W75,14745.475,327 MPPP
NDttHT


1.4. 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 xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm. Sự cân bằng đòi
hỏi không những đối với công suất tác dụng mà 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 thay đổi điện áp trong mạng điện. Nếu nhƣ
công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp
trong mạng sẽ tăng, ngƣợc lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng
sẽ giảm.
Vì vậy để đảm bảo chất lƣợng cần thiết 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.
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

6


Phƣơng trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng thiết kế có dạng:

dttdbCLmaxttHTF
QQQQQQmQQQ 

(1.2)

trong đó:
▪ Q
F
- tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra;
▪ Q
HT
- công suất phản kháng do hệ thống cung cấp;
▪ Q
tt
- công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện;
▪ m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại (m=1);
▪ ∑Q
max
- tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại.
▪ ∑ΔQ
L
- tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đƣờng
dây trong mạng điện;
▪ ∑Q
C
- tổng công suất phản kháng do điện dung của đƣờng dây sinh ra, khi
tính toán sơ bộ có thế lấy


CL

QQ
;
▪ ∑ΔQ
b
- tổng công suất phản kháng trong các trạm biến áp, khi tính toán sơ
bộ có thể lấy


maxb
Q%15Q
;
▪ Q
td
- công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện, ta lấy cosφ
td
= 0,75;
▪ 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 phƣơng trình. Đối với
mạng điện thiết kế, công suất Q
dt
sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Q
dt
= 0.
Hệ số công suất của nhà máy là cosφ
NĐ
= 0,8 => tgφ
NĐ
= 0,75

Hệ số công suất của hệ thống là cosφ
HT
= 0,85 => tgφ
HT
= 0,62
Hệ số công suất tự dùng là cosφ
td
= 0,75 => tgφ
td
= 0,882
Nhƣ vậy, tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiệt điện phát ra là:
MVArtgPQ
FdmF
13575,0.180. 


Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp là:
MVArtgPQ
HTHTHT
605,9162,0.75,147. 


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

VAr142,78
max
MQ 


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

MVArQQ
b
417,2178,142.15,0%15
max



Tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện có giá trị:
MVArtgPQ
tdtdtd
876,15882,0.18. 


Tổng công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện:
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

7


MVArQQQQ
tdbtt
0738,10876,15417,2178,142
max



Tổng công suất phản kháng đƣợc cung cấp từ hệ thống và nhà máy:
MVArQQ
HTF
605,226605,91135 

Từ các 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.
1.5. Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn
Vì trong mạng điện thiết kế, hệ thống có công suất vô cùng lớn nên ta chọn hệ
thống làm nhiệm vụ cân bằng công suất.
1.5.1. Chế độ phụ tải cực đại
Nhà máy nhiệt điện cho phát kinh tế từ 70% đến 90% tổng công suất định
mức, trong hệ thống này ta cho nhà máy phát cố định 90%P
đm
. Ta xác định công
suất phát của hệ thống để công suất đƣợc cân bằng.
Công suất phát kinh tế của nhà máy:
W162180.9,0%.90 MPP
dmkt


Công suất phản kháng của nhà máy ở chế độ phụ tải cực đại:
VAr5,12175,0.162. MtgPQ
NDktND



Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy tính sơ bộ nhƣ sau:
W2,16162.1,0%10 MPP
kttd


Công suất phản kháng tự dùng của nhà máy lúc này là:

VAr288,14882,0.2,16. MtgPQ
tdtdtd



Tổng công suất tác dụng yêu cầu của lƣới ở chế độ cực đại:
MWPPPP
tdyc
95,3252,1675,14295
maxmax

 

Lƣợng công suất tác dụng phát lên lƣới do hệ thống đảm nhiệm:
W95,16316295,325
maxmax
MPPP
ktycvhHT



Lƣợng công suất phản kháng phát lên lƣới do hệ thống đảm nhiệm:
VAr649,10162,0.95,163.
maxmax
MtgPQ
HTvhHTvhHT



Tổng công suất phản kháng yêu cầu của lƣới ở chế độ cực đại:

VAr485,178288,14417,2178,142
maxmax
M
QQQQ
tdbyc




GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

8


Tổng công suất phản kháng đƣợc cung cấp từ nhà máy và hệ thống:
MVArQQ
vhHTND
149,233649,1015,121
max


Ta thấy công suất phản kháng do các nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản
kháng yêu cầu nên không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế ở
chế độ phụ tải cực đại.
1.5.2. Chế độ phụ tải cực tiểu
Ở chế độ phụ tải cực tiểu ta cho bốn tổ máy phát trong khoảng kinh tế bằng
80% công suất định mức.
Công suất tác dụng kinh tế của nhà máy nhiệt điện lúc này là:
0,8.4.45 114 W
kt

PM

Công suất phản kháng của nhà máy ở chế độ phụ tải cực tiểu:
. 114.0,75 108 VAr
ND kt ND
Q P tg M

  

Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy:
10% 0,1.114 11,4 W
tdND kt
P P M  

Công suất phản kháng tự dùng của nhà máy lúc này là:
. 11,4.0,882 10,055 VAr
td td td
Q P tg M

  

Tổng công suất tác dụng yêu cầu của lƣới ở chế độ cực tiểu:
min min
206,5 0,05.206,5 11,4 227,725
yc td
P P P P
MW
   
   
  

Lƣợng công suất phát lên lƣới do hệ thống đảm nhiệm:
min min
227,125 114 113,725 W
vhHT yc kt
P P P M    


Lƣợng công suất phản kháng phát lên lƣới do hệ thống đảm nhiệm:
min min
. 113,725.0,62 70,509
vhHT vhHT HT
Q P tg MVAr

  

Tổng công suất phản kháng yêu cầu của lƣới ở chế độ cực tiểu:
VAr059,125121,10946,99.15,0946,99
minmin
M
QQQQ
tdbyc




Tổng công suất phản kháng đƣợc cung cấp từ nhà máy và hệ thống:
min
86,063 70,509 156,572
ND vhHT

Q Q MVAr   

GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

9


1.5.3.Chế độ sự cố
Ta xét với trƣờng hợp sự cố nghiêm trọng nhất xảy ra là hỏng một tổ máy của
nhà máy nhiệt điện. Khi đó nhà máy phát lên lƣới 100% công suất định mức thì
công suất phát của nhà máy lúc này là:
W13545.3 MP
sc


Công suất phản kháng của nhà máy lúc này là:
MVArtgPQ
NDscsc
25,10175,0.135. 


Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy:
MW5,13135.1,0%10 
sctdND
PP

Công suất phản kháng tự dùng của nhà máy lúc này là:
VAr907,11882,0.5,13. MtgPQ
tdtdtd




Tổng công suất tác dụng yêu cầu của lƣới ở chế độ sự cố:
MWPPPP
tdy
25,3235,13295.05,0295
maxcsc

 

Lƣợng công suất tác dụng phát lên lƣới do hệ thống đảm nhiệm:
W25,18813525,323
csc
MPPP
scyvhHTsc



Lƣợng công suất phản kháng phát lên lƣới do hệ thống đảm nhiệm:
MVArtgPQ
HTvhHTscvhHTsc
715,11662,0.25,188. 


Tổng công suất phản kháng yêu cầu của lƣới ở chế độ sự cố:
VAr104,176907,1178,142.15,078,142
maxcsc
M
QQQQ
tdby





Tổng công suất phản kháng đƣợc cung cấp từ nhà máy và hệ thống:
MVArQQ
vhHTscND
965,217715,11625,101 

Ta thấy công suất phản kháng do các nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản
kháng yêu cầu nên không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế ở
chế độ phụ tải sau sự cố.
Từ các lập luận cùng với các tính toán ở trên ta có bảng tổng kết phƣơng thức
vận hành của nhà máy và hệ thống trong các chế độ nhƣ sau:

GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc


10


▪ Bng 1.3: Tổng kết phương thức vận hành của nhà máy và hệ thống
Chế độ vận
hành
Giá trị
Nhà máy nhiệt điện
Hệ thống
Chế độ cực đại
P, MW
163(4x90%)

163,95
Q, MVAr
121,5
101,649
Số tổ
4
-
Chế độ cực tiểu
P, MW
114(4x80%)
113,725
Q, MVAr
108
125,059
Số tổ
4
-
Chế độ sự cố
P, MW
135(3x100%)
188,25
Q, MVAr
101,25
116,715
Số tổ
3
-


GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

11


CHƢƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ
CHỌN ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI
2.1. Đề xuất các phƣơng án nối dây
2.1.1.Cơ sở lý thuyế t:
Một trong các yêu cầu của thiết kế mạng điện là đảm bảo cung cấp điện an
toàn và liên tục, nhƣng vẫn phải đảm bảo tính kinh tế. Muốn đạt đƣợc yêu cầu này
ngƣời ta phải tìm ra phƣơng án hợp lý nhất trong các phƣơng án vạch ra đồng thời
đảm bảo đƣợc các chỉ tiêu kỹ thuật.
Các yêu cầu chính đối với mạng điện:
 Đảm bảo an toàn cho ngƣời và thiết bị.
 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
 Đảm bảo chất lƣợng điện năng.
 Đảm bảo tính linh hoạt của mạng điện.
 Đảm bảo tính kinh tế và có khả năng phát triển.
Trong thiết kế hiện nay, để chọn đƣợc sơ đồ tối ƣu của mạng điện ngƣời ta sử
dụng phƣơng pháp nhiều phƣơng án. Từ các vị trí đã cho của các phụ tải và các
nguồn cung cấp, cần dự kiến một số phƣơng án và phƣơng án tốt nhất sẽ chọn đƣợc
trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phƣơng án đó. Đồng thời cần chú ý chọn
các sơ đồ đơn giản. Các sơ đồ phức tạp hơn đƣợc chọn trong trƣờng hợp khi các sơ
đồ đơn giản không thoả mãn yêu cầu kinh tế - kỹ thuật.
Những phƣơng án đƣợc lựa chọn để tiến hành so sánh về kinh tế chỉ là những
phƣơng án thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật của mạng điện.
Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất lƣợng
cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Khi dự kiến sơ đồ của mạng điện
thiết kế, trƣớc 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 đảm bảo dự phòng 100% trong
mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động. Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ
tiêu thụ loại I có thể sử dụng đƣờng dây hai mạch hay mạch vòng.
Các hộ tiêu thụ loại III đƣợc cung cấp điện bằng đƣờng dây một mạch.
2.1.2.Ƣu, nhƣợ c điể m và phạ m vi sƣ̉ dụ ng củ a mộ t số loạ i sơ đồ nố i dây :
a. Sơ đồ hình tia:
 Ƣu điể m:
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc


12



- Các hộ phụ tải nhận điện trực tiếp từ nguồn . Nế u có sƣ̣ cố xả y ra trên mộ t
phụ tải thì các phụ tải khác không bị ảnh hƣởng. Xác xuất mất điện sẽ nhỏ hơn.
- Mƣ́ c tổ n thấ t điệ n á p và tổ n thấ t công suấ t nhỏ hơn cá c loạ i sơ đồ khá c.
- Vậ n hà nh, bảo dƣỡng dễ dàng, phƣơng thƣ́ c bả o vệ rơ le đơn giả n.
 Nhƣợ c điể m:
- Số lƣợ ng trạ m biế n á p tăng á p nhiề u.
- Hành lang tuyến xây dựng các lộ đƣờng dây lớn.
 Chi phí đầ u tƣ ban đầ u lớ n.
 Phạm vi sử dụng:
- Sơ đồ tia mộ t lộ thƣờ ng đƣợ c sƣ̉ dụ ng ở cá c mạ ng điệ n á p thấ p hoặ c cá c
mạng trung áp.
- Sơ đồ tia hai lộ thƣờ ng dù ng trong cá c mạ ng cao á p nhƣ 35, 110, 220 kV.
b. Sơ đồ mạ ch vò ng kí n : Tấ t cá c cá c nú t trong mạ ng đƣợ c liên kế t vớ i
nhau bở i cá c lộ đƣờ ng dây đơn tạ o thà nh vò ng khé p kí n.
 Ƣu điể m:
- Mỗ i phụ tả i đƣợ c cấ p nguồ n tƣ̀ 2 phia nên độ tin cậ y cao.

- Chiề u dà i đƣờ ng dây nhỏ hơn, số má y cắ t ít hơn so vớ i sơ đồ tia
 Vố n đầ u tƣ ban đầ u nhỏ hơn.
 Nhƣợ c điể m:
- Tính toán và vận hành phức tạp.
- Cài đặt và chỉnh định rơle phức tạp.
- Chấ t lƣợ ng điệ n năng giả m mạ nh và tổ n thấ t tăng cao khi có sƣ̣ cố xả y ra (
mấ t mộ t đƣờ ng dây).
 Phạm vi sử dụng:
- Mạch vòng kín hiện nay đƣợc sử dụng nhiều ở các mạng phân phối trung áp ,
mạch kín hƣng thƣờng vận hành hở.
c. Mạch liên thông:
 Ƣu điể m:
- Tổ ng chiề u dà i toàn bộ đƣờng dây tƣơng đối ngắn , hành lang tuyến của
đƣờ ng dây nhỏ =>vố n đầ u tƣ ban đầ u nhỏ .
- Tậ n dụ ng tố i đa khả năng tả i cả u dây dẫ n.
- Vậ n hà nh và bả o vệ rơle đơn giả n.
 Nhƣợ c điể m:
- Tổ n thấ t điệ n năng , tổ n thấ t điệ n á p lớ n hơn so vớ i mạ ch hì nh tia.
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc


13


- Nế u xả y ra sƣ̣ cố trên đƣờ ng dây nố i tƣ̀ nguồ n tớ i nú t phụ tả i trung gian sẽ
ảnh hƣởng tới cá phụ tải phía sau => độ tin cậ y giả m.
 Phạm vi sử dụng:
- Đƣợc sử dụng ở các cấp điện áp, cung cấ p điệ n cho cá c phụ tả i gầ n nhau.
2.1.3.Đề xuấ t cá c phƣơng á n nố i dây :
Phƣơng án 1

▪ Hnh 2.1: Sơ đồ mạch điện phương án 1
Phƣơng án 2:

▪ Hnh 2.2: Sơ đồ mạch điện phương án 2
Phƣơng án 3:

3
4
5
9
8
10
7
2
6
HT
NM
1
1
3
4
5
9
8
10
7
2
6
1

3
4
5
9
8
10
7
2
6
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc


14


▪ Hnh 2.3: Sơ đồ mạch điện phương án 3
Phƣơng án 4

▪ Hnh 2.4: Sơ đồ mạch điện phương án 4
Phƣơng án 5:

▪ Hnh 2.5: Sơ đồ mạch điện phương án 5
2.2. Tính toán kỹ thuật các phƣơng án
2.2.1 Phƣơng án 1:

a. Phân bố công suất:
- Đoạn đƣờng dây HT-1-NĐ:
1
3
4

5
9
8
10
7
2
6
1
3
4
5
9
8
10
7
2
6
3
4
5
9
8
10
7
2
6
HT
NM
1
GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận SVTH: Trần Minh Ngọc

15


Công suất tác dụng từ NĐ truyền vào đƣờng dây NĐ-1:
P
nđ1
=P
kt
– P
td
– P
N
- ΔP
N

trong đó:
 P
kt
– tổng công suất tác dụng phát kinh tế của nhà máy nhiệt điện;
 P
td
– công suất tự dùng của nhà máy điện;
 P
N
– tổng công suất tác dụng của tất cả các phụ tải nối với nhà máy nhiệt
điện (P
N
= P

8
+ P
10
+ P
7
+ P
2
+ P
6
);
 ΔP
N
– tổn thất công suất trên các đƣờng dây do nhiệt điện cung cấp (ΔP
N
=
5% P
N
)
Ta đã có P
kt
= 162MW, P
td
=16,2MW
Tổng công suất tác dụng của tất cả các phụ tải nối với nhà máy nhiệt điện:
P
N
= P
8
+ P
10

+ P
7
+ P
2
+ P
6
= 29+33+30+33+22 = 147MW
Công suất tác dụng từ NĐ truyền vào đƣờng dây NĐ-1:
P
N-1
=P
kt
– P
td
– P
N
- ΔP
N
= 162 – 16,2 – 147 – 147. 5% = -8,55MW
(dấu “-” chứng tỏ công suất truyền theo chiều HT-1-NĐ)
Công suất phản kháng do nhiệt điện truyền vào đƣờng dây NĐ – 10 có thể tính
gần đúng nhƣ sau:
Q
N
-
1
= P
Nđ1
.tgφ = -8,55 x 0,484 = -4,138 (MVAr)
Nhƣ vậy ta có:

.
1
8,55 4,138 ( )
N
S j MVA

  

Dòng công suất truyền tải trên đƣờng dây HT – 1 bằng :
. . .
1 1 1
36 17,424 8,55 4,138 44,55 21,562 ( )
HT N
S S S j j j MVA

       

- Đoạn đƣờng dây N-2 :
S
N-2
= S
2
= 33+15,972j MVA
- Tƣơng tự với các đoạn dây còn lại :
S
N-6
= S
6
= 22+10,648j MVA
S

N-7
= S
7
= 30+14,52j MVA
S
N-8=
S
8
= 29+14,036j MVA
S
N-10
= S
10
= 33+15,972j MVA
S
HT-3
= S
3
= 20+9,68j MVA
S
HT-4
= S
4
= 29+14,036j MVA
S
HT-5
= S
5
= 32+ 15,488j MVA
S

HT-9
= S
9
= 31+15,004j MVA