Đồ án Thiết kế lưới điện khu vực nguyễn đăng giang

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN ĐĂNG GIANG
Lớp: D4H3 Ngành: Hệ thống điện
Cán bộ hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Đức Thuận
PHẦN I. THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC
1) Dữ liệu nguồn điện
a. Nhà máy nhiệt điện:
Số tổ máy và công suất của một tổ máy: 4x55 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

34
35
29
34
30
30
29
28
28
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)
4600
Mức yêu cầu cấp điện
I
I
III
I

I
I
III
I
I
I
Yêu cầu điều chỉnh điện áp
KT
KT
T
KT
KT
KT
T
KT
KT
KT
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. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E MÔ PHỎNG LƢỚI ĐIỆN
THIẾT KẾ
Ngày giao:
Ngày nộp:

TRƢỞNG KHOA

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


Th.S NGUYỄN ĐỨC THUẬN


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

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”.
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 Th.S
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 1 tháng 1 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Đăng Giang



NHẬN XÉT
CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

NHẬN XÉT
CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ
LÀM VIỆC CỦA NGUỒN 1
1.1. Phân tích nguồn điện và phụ tải 1
1.1.1. Nguồn điện 1
1.1.2. Phụ tải điện 1
1.2. Cân bằng công suất 3
1.2.1. Cân bằng công suất tác dụng 3
1.2.2. Cân bằng công suất phản kháng 4
1.3. Xác đinh sơ bộ chế độ làm việc của nguồn 5
1.3.1. Chế độ cực đại 5
1.3.2. Chế độ cực tiểu 6
1.3.3. Chế độ sự cố 6
CHƢƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY. TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KỸ
THUẬT CHO CÁC PHƢƠNG ÁN 7
2.1 Đề xuất các phƣơng án nối dây 7
2.2 Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho các phƣơng án 11
2.2.1 Tính toán phân bố công suất: bỏ qua tổn thất công suất trên đƣờng dây 11

2.2.2 Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện 11
2.2.3 Chọn tiết diện dây dẫn 12
2.2.4 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện 13
2.3 Tính toán cụ thể cho từng phƣơng án 13
2.3.1 Phƣơng án 1 13
2.3.2 Phƣơng án 2 20
2.3.3 Phƣơng án 3 24
2.3.4 Phƣơng án 4 27
2.3.5 Phƣơng án 5 30
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ, CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU 36
3.1 Cơ sở tính toán các chỉ tiêu 36
3.1.1 Tính tổn thất công suất 36
3.1.2 Tổn thất điện năng. 36
3.1.3 Tính vốn đầu tƣ xây dựng mạng điện. 37
3.1.4. Xác định chi phí tính toán hàng năm 37
3.2 Tính toán cho từng phƣơng án 37
3.2.1 Phƣơng án 1 37
3.2.2 Phƣơng án 2 38
3.2.3 Phƣơng án 3 39
3.2.4 Phƣơng án 4 40
3.2.5 Phƣơng án 5 40
CHƢƠNG 4: CHỌN SỐ LƢỢNG, CÔNG SUẤT CÁC MÁY BIẾN ÁP TRONG
CÁC TRẠM, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 42
4.1 Chọn số lƣợng, công suất các máy biến áp trong trạm tăng áp của nhà máy
điện 42
4.2 Chọn số lƣợng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp 42
4.3 Sơ đồ nối điện chính 44
4.3.1 Sơ đồ trạm tăng áp 44
4.3.2 Sơ đồ nối điện của các trạm hạ áp 45
CHƢƠNG 5: TÍNH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN 48

5.1 Phƣơng pháp chung 48
5.1.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp 48
5.1.2 Tổn thất công suất trên đƣờng dây 48
5.2 Chế độ phụ tải cực đại 49
5.2.1 Đƣờng dây NM-8 49
5.2.2 Đƣờng dây NM-6-7 50
5.2.6 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống 62
CHƢƠNG 6: TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG
MẠNG ĐIỆN 67
6.1 Tính điện áp các nút 67
6.1.1 Chế độ phụ tải cực đại 67
6.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 68
6.1.3 Chế độ sau sự cố 68
6.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 68
6.2.1 Các tiêu chuẩn điều chỉnh điện áp với máy biến áp 68
6.2.2 Chọn các đầu điều chỉnh điện áp của máy biến áp 69
CHƢƠNG 7: TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 73
7.1 Vốn đầu tƣ xây dựng mạng điện 73
7.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện 74
7.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện 74
7.4 Tính chi phí và giá thành 75
7.4.1 Chi phí vận hành hàng năm 75
7.4.2 Chi phí tính toán hàng năm 75
7.4.3 Giá thành truyền tải điện năng 75
7.4.4 Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại 75
CHƢƠNG 8: MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƢỚI ĐIỆN THIẾT KẾ
BẰNG PHẦN MỀM PSS/E 77
8.1. GIỚI THIỆU CHƢƠNG TRÌNH PSS/E 77
8.2. NHẬP DỮ LIỆU ĐẦU VÀO 77
8.2.1. Nhập dữ liệu nút

8.2.2. Nhập dữ liệu đƣờng dây 79
8.2.3. Nhập dữ liệu máy biến áp 80
8.2.4. Nhập dữ liệu của nguồn 82
8.2.5. Nhập dữ liệu phụ tải 83
8.3. CHẠY CHƢƠNG TRÌNH VÀ XUẤT KẾT QUẢ 86
8.3.2. Chế độ phụ tải cực đại 88
8.3.3. Chế độ phụ tải cực tiểu 92
8.3.4. Chế độ sự cố 96
KẾT LUẬN CHUNG 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO 100
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 1

CHƢƠNG 1
PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI
XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN
Trong thiết kế lƣới điện để chọn đƣợc phƣơng án tối ƣu, cần tiến hành phân tích
những đặc điểm của các nguồn cung cấp điện và các phụ tải. Từ đó ta có thể xác
định đƣợc công suất phát của các nguồn cung cấp và xây dựng đƣợc các sơ đồ nối
điện hợp lý. Trong chƣơng này chúng ta sẽ phân tích các đặc điểm của nguồn và
phụ tải cũng nhƣ tính toán sơ bộ công suất phát của các nguồn cho các chế độ phụ
tải cực đại, cực tiểu và sự cố của lƣới điện thiết kế.
1.1. Phân tích nguồn điện và phụ tải
1.1.1. Nguồn điện
Lƣới điện thiết kế gồm hai nguồn cung cấp, đó là nhà máy nhiệt điện và hệ thống
điện.
a. Nhà máy nhiệt điện
Nhà máy nhiệt điện (NĐ) gồm 4 tổ máy phát. Công suất định mức của mỗi tổ

máy phát là 55 MW.
Nhƣ vậy tổng công suất định mức của nhà máy điện bằng: 4.55 = 220 MW.
Hệ số công suất cosφ
đm
= 0,8. Điện áp định mức là U
đm
= 10,5 kV.
b. Hệ thống điện
Hệ thống điện có hệ số công suất cosφ
đm
= 0,85. Mặt khác, hệ thống có công suất
vô cùng lớn nên ta chọn hệ thống là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp.
Công suất của hệ thống vô cùng lớn nên ta không cần phải dự trữ công suất trong
nhà máy điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng dự trữ sẽ đƣợc lấy từ hệ
thống điện.
1.1.2. Phụ tải điện
Nguồn điện cung cấp cho 10 phụ tải với các thông số cơ bản nhƣ trong bảng sau:
Bảng 1.1: Số liệu các phụ tải
Các số liệu
Phụ tải
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Công suất cực đại (MW)
36
34
35
29
34
30
30
29
28
28
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)
4600
Mức yêu cầu cấp điện
I
I

III
I
I
I
III
I
I
I
Yêu cầu điều chỉnh điện áp
KT
KT
T
KT
KT
KT
T
KT
KT
KT
Điện áp định mức phía hạ áp
(kV)
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 2

Từ bảng số liệu ta thấy trong 10 phụ tải trên gồm có:
- Gồm 2 phụ tải loại III là phụ tải 3 và 7.
- Gồm 8 phụ tải loại I là các phụ tải 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10.

Cấp điện áp hạ áp 22kV. Phụ tải 3 và 7 điều chỉnh điện áp thƣờng. Các phụ tải
còn lại điều chỉnh điện áp khác thƣờng. Các phụ tải đều có hệ số công suất cosφ
đm
=
0,9.
Phụ tải loại 1 là những phụ tải quan trọng phải đƣợc cung cấp điện một cách liên
tục. Sử dụng đƣờng dây mạch kép và trạm biến áp có hai máy biến áp để đảm bảo
cung cấp điện liên tục cũng nhƣ đảm bảo chất lƣợng điện năng ở mọi chế độ vận
hành.
Phụ tải loại 3 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 

Kết quả giá trị công suất của phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiểu:
Bảng 1.2: Bảng tính toán số liệu phụ tải ở chế độ cực đại và cực tiểu
Hộ

tiêu
thụ
Pmax,
MW
Q
max
,
MVAr
Ṡ max(MVA)
P
min
,
MW
Q
min
,
MVAr
Ṡ min(MVA)
1
36
17,424
36 + j17,424
25,2
12,2
25,2 + j12,2
2
34
16,456
34 + j16,456
23,8

11,52
23,8 + j11,52
3
35
16,94
35 + j16,94
24,5
11,86
24,5 + j11,86
4
29
14,036
29 + j14,036
20,3
9,825
20,3 + j9,825
5
34
16,456
34 + j16,456
23,8
11,52
23,8 + j11,52
6
30
14,52
30 + j14,52
21
10,16
21 + j10,16

7
30
14,52
30 + j14,52
21
10,16
21 + j10,16
8
29
14,036
29 + j14,036
20,3
9,825
20,3 + j9,825
9
28
13,552
28 + j13,552
19,6
9,486
19,6 + j9,486
10
28
13,552
28 + j13,552
19,6
9,486
19,6 + j9,486
Tổng
313

151,49
313 + j151,49
219,1
106
219,1 + j106

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 3

Sơ đồ bố trí phụ tải và nguồn:

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí phụ tải và nguồn
1.2. Cân bằng công suất
1.2.1. Cân bằng công suất tác dụng
Đặc điểm quan trọng của năng lƣợng điện đó là 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 giữa 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.
P
N
= P
yc

dttdNĐHT

PPPPmPP 

max



Trong đó:
P
N
- công suất tác dụng của các nguồn phát;
P
yc
- công suất tác dụng yêu cầu của hộ tiêu thụ;
P
HT
- công suất tác dụng lấy từ hệ thống;
P
NĐ
- tổng công suất đặt nhà máy nhiệt điện;
4.55 220 W
NĐ
PM

4
2
3
5
40 km
9
8

6
7
10
NM
HT
1
44,721 km
22,361 km
22,361 km
28,284 km
31,623 km
31,623 km
31,623 km
28,284 km
36,055 km
44,721 km
30 km
31,623 km
22,361 km
22,361 km
31,623 km
22,361 km
53,852 km
44,721 km
72,801 km
58,309 km
72,801 km
53,852 km
30 km
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận

Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 4

∑P
max
- tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ cực đại;
max
313 WPM


m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại (m = 1);
∑ΔP - tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện, khi tính toán
sơ bộ ta có thể lấy:
max
5% 0,05.313 15,65P P MW   


P
td
- công suất tự dùng của các nhà máy, có thể lấy bằng 10% tổng công
suất đặt trong nhà máy:
10% 0,1.4.55 22 W
td dm
P P M  

P
dt
- công suất tác dụng dự trữ:P
dt

= 0 vì hệ thống có công suất vô cùng
lớn nên P
dt
sẽ đƣợc lấy ở hệ thống.
Tổng công suất tác dụng tiêu thụ trong mạng điện có giá trị:
max
313 15,65 22 350,65 W
yc td
P P P P M       


Nhƣ vậy, công suất hệ thống cung cấp cho phụ tải trong chế độ phụ tải cực đại
là:
350,65 4.55 130,65 W
HT yc ND
P P P M    

1.2.2.Cân bằng công suất phản kháng
Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp. 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. Khác
với công suất tác dụng, công suất phản kháng có tính địa phƣơng, có nghĩa là chỗ
này của hệ thống có thể đủ nhƣng chỗ khác của hệ thống lại thiếu.
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.
Phƣơng trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng thiết kế có dạng:
ax
.
F HT b PTm L C ba td dt
Q Q Q mQ Q Q Q Q Q         

    


Trong đó:
Q
F
- tổng công suất phản kháng định mức của nhà máy.

. 4.55.0,75 165
F dm F
Q P tg MVAr

  

Q
HT
- công suất phản kháng do hệ thống cung cấp:

. 130,65.0,62 81,003
HT HT HT
Q P tg MVAr

  

Q
PTmax
- tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại:
Q
PTmax
= 151,49 MVAr.

m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại (m=1);
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 5

∑ΔQ
L
- tổng tổn thất công suất phản kháng trên các đƣờng dây của mạng điện.
∑Q
C
- tổng công suất phản kháng do dung dẫn của đƣờng dây sinh ra, khi tính sơ
bộ có thể coi
LC
QQ

;
∑ΔQ
ba
- tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, khi tính sơ
bộ lấy
ax
15%. 0,15.151,49 22,7235
ba PTm
Q Q MVAr   

;
Q
td
- công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện, ta lấy cosφ

td
= 0,75.
∑
. 22.0,88 19,36
td td td
Q P tg MVAr

  

Q
dt
– công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống. Đối với mạng điện thiết kế,
hệ thống có công suất vô cùng lớn : Q
dt
= 0.
Q
b
– Tổng công suất phản kháng cần bù.
Tổng công suất phản kháng yêu cầu trong mạng điện:
max
151,49 22,7235 19,36 193,5735
yc PT ba td
Q Q Q Q MVAr       
   

Tổng công suất phản kháng cần bù là:

193,5735 165 81,003 52,4295
b F HT
Q Q Q Q MVAr       



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.
1.3. Xác đinh sơ bộ chế độ làm việc của nguồn
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. Nhà máy nhiệt điện cho phát kinh tế từ
70% đến 90% tổng công suất định mức.
1.3.1. Chế độ cực đại
Trong chế độ này ta cho nhà máy phát 80% công suất định mức.
Công suất phát kinh tế của nhà máy:
80%. 0,8.4.55 176 W
kt dm
P P M  

Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy tính sơ bộ:
td dm
P 10%P 10% 220 22MW   

Công suất phát lên lƣới của NĐ là:
NĐ kt td
P P P 176 22 154MW     

Tổng công suất tác dụng yêu cầu của lƣới điện là:

ycmax ptmax
P P P 313 15,65 328,65MW     


Khi đó công suất lấy từ thanh góp HT là:

HT ycmax NĐ
P P P 328,65 154 174,65MW    

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 6

1.3.2. Chế độ cực tiểu
Ở chế độ phụ tải cực tiểu, ta cho nhà máy phát 70% công suất định mức.
Công suất tác dụng kinh tế của nhà máy nhiệt điện lúc này là:

70%.4.55 154 W
kt
PM

Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy tính sơ bộ:

td dm
P 10%P 10% 220 22MW   

Công suất phát lên lƣới của NĐ là:

NĐ kt td
P P P 154 22 132MW     

Tổng công suất tác dụng yêu cầu của lƣới điện là:
ycmin ptmin

P P P 219,1 0,05.219,1 230,055MW     


Khi đó công suất lấy từ thanh góp HT là:

HT ycmin NĐ
P P P 230,055 132 98,055MW    

1.3.3. Chế độ sự cố
Ta xét với trƣờng hợp sự cố một tổ máy trong chế độ phụ tải cực đại của nhà máy
nhiệt điện. Khi đó nhà máy phát cho 3 tổ còn lại phát 100% công suất.
Công suất phát trong chế độ cực đại của nhà máy:

kt
P 3 55 165MW  

Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy tính sơ bộ:
td dm
P 10%P 10% 165 16,5MW   

Công suất phát lên lƣới của NĐ là:
NĐ kt td
P P P 165 16,5 148,5MW    

Tổng công suất tác dụng yêu cầu của lƣới điện là:
ycsc ptmax
P P P 313 15,65 328,65MW     


Khi đó công suất lấy từ thanh góp HT là:

HT ycsc NĐ
P P P 328,65 148,5 180,15MW    

Sau khi tính toán, ta đƣợc kết quả nhƣ sau:
Bảng 1.3. Hình thức vận hành của nguồn cung cấp
Chế độ phụ
tải
Nhà máy điện
Hệ thống
Số tổ máy vận hành
Công suất phát
(MW)
Công suất lấy từ
hệ thống (MW)
Max
4
154 (80%P
đm
)
174,65
Min
4
132 (70%P
đm
)
98,055
Sự cố
3
148,5 (100%P
đm

)
180,15






ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 7

CHƢƠNG 2
ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY. TÍNH
TOÁN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CHO CÁC PHƢƠNG ÁN

2.1 Đề xuất các phƣơng án nối dây
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.
Để vạch ra đƣợc các phƣơng án nối dây, ta phải dựa trên ƣu điểm, nhƣợc điểm
của các sơ đồ hình tia, liên thông, mạch vòng và yêu cầu của các phụ tải.
Mạng điện hình tia:
-Ƣu điểm:
 Có khả năng sử dụng các thiết bị đơn giản, rẻ tiền và các thiết bị bảo
vệ rơle đơn giản.
 Khi sự cố một đƣờng dây, không liên quan đến các đƣờng dây khác.
 Thuận tiện khi phát triển và thiết kế cải tạo các mạng điện hiện có.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 8

-Nhƣợc điểm:
 Khảo sát thiết kế, thi công mất nhiều thời gian.
 Khoảng cách dây lớn nên thi công tốn kém.
Mạng điện liên thông:

-Ƣu điểm:
 Việc thi công sẽ thuận lợi hơn vì hoạt động trên cùng một đƣờng dây.
 Thiết bị, dây dẫn có chi phí giảm hơn so với hình tia.
-Nhƣợc điểm:
 Cần có thêm trạm trung gian, thiết bị bố trí đòi bảo vệ rơle, thiết bị tự
động hóa phức tạp hơn so với sơ đồ hình tia.
 Độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn so với sơ đồ hình tia.
 Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng cao.
Mạng điện mạch vòng:
-Ƣu điểm:
 Độ tin cậy cung cấp điện cao.
 Khả năng vận hành lƣới linh hoạt, tổn thất ở chế độ bình thƣờng thấp.
-Nhƣợc điểm:
 Số lƣợng máy cắt cao áp nhiều hơn, bảo vệ rơle phức tạp hơn.
 Tổn thất điện áp lúc sự cố lớn.
 Vận hành phức tạp hơn.
Dựa trên nhu cầu cung cấp điện, cùng vị trí địa lý của các phụ tải, ta đề xuất
5 phƣơng án nối dây nhƣ sau:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 9

4
2
3
5
9
8
6

7
10
NM
HT
1

Hình 2.1: Sơ đồ mạch điện phương án 1

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

Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện phương án 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 10

4
2

3
5
9
8
6
7
10
NM
HT
1

Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện phương án 3


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

Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện phương án 4

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận

Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 11



Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện phương án 5
2.2 Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho các phƣơng án
Để tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho từng phƣơng án ta tiến hành tính toán theo các
bƣớc nhƣ sau:
2.2.1 Tính toán phân bố công suất: bỏ qua tổn thất công suất trên đƣờng dây
2.2.2 Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện
Điện áp định mức của 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 tƣơng đối giữa
các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện.
Các phƣơng án của mạng điện thiết kế hay là các đoạn đƣờng dây riêng biệt của
mạng điện có thể có điện áp định mức khác nhau. Chọn điện áp cho mạng là một
trong những vấn đề cơ bản của việc thiết kế. Việc chọn điện áp ảnh hƣởng trực tiếp
đến chỉ tiêu kinh tế và chỉ tiêu kỹ thuật của mạng điện. Nếu điện áp cao thì dòng
điện nhỏ sẽ đƣợc lợi về dây dẫn nhƣng xà sứ cách điện phải lớn. Ngƣợc lại nếu điện
áp thấp thì đƣợc lợi về cách điện, cột xà nhỏ hơn nhƣng chi phí cho dây dẫn sẽ cao
hơn.
Có thể tính điện áp định mức của đƣờng dây theo công thức kinh nghiệm sau:

4,34 16 ,
i i i
U l P kV

Trong đó:
▪ U

i
- điện áp tính toán của đƣờng dây thứ i, kV;
▪ l
i
- chiều dài đƣờng dây thứ i, km;
▪ P
i
- công suất tác dụng trên đƣờng dây truyền tải thứ i, MW;
4
2
3
5
9
8
6
7
10
NM
HT
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 12

2.2.3 Chọn tiết diện dây dẫn
Các mạng điện 110 kV đƣợc thực hiện chủ yếu bằng các đƣờng dây trên không.
Các dây dẫn đƣợc sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), đồng thời các dây dẫn
thƣờng đƣợc đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tùy theo địa hình đƣờng
dây chạy qua. Đối với các đƣờng dây 100 kV, khoảng cách trung bình hình học giữa

dây dẫn các pha bằng 5 m (D
tb
= 5 m).
Đối với các mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn đƣợc chọn theo mật độ
kinh tế của dòng điện:
axm
kt
I
F
J


Trong đó:
 I
max
– dòng điện chạy trên đƣờng dây chế độ phụ tải cực đại
,(A);
 J
kt
– mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm
2
. Với dây AC và T
max

= 4600 h thì J
kt
= 1,1 A/mm
2
.
Dòng điện chạy trên đƣờng dây trong các chế độ phụ tải cực đại đƣợc xác định

theo công thức:
22
max max
max
max
33
dm dm
PQ
S
I
n U n U




Trong đó:
 n – số mạch của đƣờng dây (đƣờng dây một mạch n = 1; đƣờng
dây hai mạch n = 2);
 U
đm
– điện áp định mức của mạng điện, kV;
 S
max
– công suất chạy trên đƣờng dây khi phụ tải cực đại,
MVA.
Dựa vào tiết diện dẫy dẫn tính đƣợc theo công thức trên, tiến hành chọn tiết diện
tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ
của đƣờng dây và phát nóng dây dẫn trong các chế độ sau sự cố.
Đối với đƣờng dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang, các dây nhôm lõi
thép cần phải có tiết diện F ≥ 70mm

2
.
Độ bền cơ của đƣờng dây trên không thƣờng đƣợc phối hợp với điều kiện về
vầng quang của dây dẫn, cho nên không cần kiểm tra điều kiện này.
Để đảm bảo cho đƣờng dây vận hành bình thƣờng trong các chế độ sau sự cố,
cần phải có điều kiện sau:
cp sc
II


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 13

Trong đó:
 I
cp
– dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn.
 I
sc
– dòng điện chạy trên đƣờng dây trong chế độ sự cố
2.2.4 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện
Chỉ tiêu chất lƣợng điện áp:
 Tổn thất điện áp chế độ bình thƣờng:
max
% 15%
bt
U

 Tổn thất điện áp chế độ sự cố:

max
% 25%
sc
U

Tổn thất điện áp trên đƣờng dây vận hành bình thƣờng đƣợc xác định theo công
thức :

2

% .100
i
i i i i
bt
dm
P R Q X
U
U



Trong đó:
i
bt
U
- tổn thất điện áp khi làm việc bình thƣờng phụ tải cực đại thứ i;
P
i

- công suất tác dụng chạy trên đƣờng dây thứ i, MW;
Q
i
- công suất phản kháng chạy trên đƣờng dây thứ i, MVAr;
R
i
, X
i
- điện trở và điện kháng của đƣờng dây thứ i, Ω;
U
đm
- điện áp định mức của mạng điện, kV;
Tính tổn thất điện áp trong chế độ sự cố:
Đối với đƣờng dây cấp điện cho một phụ tải:
Sự cố đứt một đƣờng dây trong đƣờng dây kép, tổn thất điện áp trên đƣờng dây
đƣợc xác định theo công thức :


2.3 Tính toán cụ thể cho từng phƣơng án
2.3.1 Phƣơng án 1

%.2%
btsc
UU 
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 14

4

2
3
5
9
8
6
7
10
NM
HT
1

Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện phương án 1
1. Tính toán phân bố công suất và lựa chọn điện áp định mức
Công suất tác dụng từ NM truyền vào đƣờng dây NM –5 đƣợc xác định:
P
N-5
= 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 chỉ nối với
nhà máy nhiệt điện (P
N
= P
6
+ P
7
+ P
8
+ P
9
+ P
10
);
 ΔP
N
– tổn thất công suất trên các đƣờng dây do nhiệt điện cung
cấp (ΔP
N
= 5% P
N
);
Theo kết quả tính toán ở phần 1.3.1, ta có: P
kt

= 176 MW, P
td
= 22 MW
Công suất của các phụ tải nối với nhiệt điện:
P
N
= P
6
+ P
7
+ P
8
+ P
9
+ P
10
= 30 + 30 + 29 + 28 + 28 = 145 (MW)
Do đó, công suất tác dụng từ NM truyền vào đƣờng dây NM – 5:
P
N5
= P
kt
– P
td
- P
N
– ΔP
N
= 176 – 145 – 22 – 0,05.145 = 1,75 (MW)
Công suất phản kháng do nhiệt điện truyền vào đƣờng dây NM – 5 có thể tính

gần đúng nhƣ sau:
Q
N5
= P
N5
.tgφ
5
= 1,75 x 0,484 = 0,847 (MVAr)
Nhƣ vậy ta có:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 15


.
5
1,75 0,847 ( )
N
S j MVA


Dòng công suất truyền tải trên đƣờng dây HT – 5 bằng :
. . .
5 5 5
34 16,456 1,75 0,847 32,25 15,609 ( )
HT N
S S S j j j MVA

       

Điện áp tính toán trên đoạn đƣờng dây NM – 5 bằng :
5
4,34. 40 16.1,75 35,78( )
N
U kV  

Điện áp tính toán trên đoạn đƣờng dây HT – 5 bằng :
5
4,34. 36,055 16.32,25 101,97( )
HT
U kV

  

Đối với đƣờng dây NM -10 :
D 10
4,34 44,721 16.28 96,336( )
N
U kV

  

Tính điện áp của các đƣờng dây còn lại đƣợc tiến hành tƣơng tự nhƣ đối với
các đƣờng dây trên.
Kết quả tính điện áp định mức của các đƣờng dây trong phƣơng án 1 :
Bảng 2.1 : Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

Đƣờng dây
Công suất

truyền tảj
S,MVA
Chjều dàj
đƣờng dây
l, km
Đjện áp
tính toán U,
kV
Đjện áp định
mức của mạng
U
đm
, kV
HT-1
36 + 17,424j
44,721
108,13
110
HT-2
34 + 16,456j
22,361
103,28
110
HT-3
35 + 16,94j
31,623
105,56
110
HT-4
29 + 14,036j

22,361
95,713
110
N-6
30 + 14,52j
28,284
97,846
110
N-7
30 + 14,52j
30
98,011
110
N-8
29 + 14,036j
31,623
96,62
110
N-9
28 + 13,552j
31,623
95,047
110
N-10
28 + 13,552j
44,721
96,336
110
N-5
1,75 + 0,847j

40
35,789
110
HT-5
32,25 + 15,61j
36,055
101,97
110


2. Chọn tiết diện dây dẫn
a. Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây NM – 5:
Dòng điện chạy trên đƣờng dây khi phụ tải cực đại bằng:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 16

22
5
5
1,75 0,847
5,13
2. . 3 2. 3.110
N
N
dm
S
I
U




  

Tiết diện dây dẫn :

2
5
5
5,13
4,67
1,1
N
N
kt
I
F mm
J


  

Để không xuất hiện vầng quang trên đƣờng dây, cần chọn dây AC có tiết diện F
= 70 mm
2
với dòng điện I
cp
=265 A.
Sau khi chọn tiết diện tiêu chuẩn cần kiểm tra dòng điện chạy trên đƣờng dây

trong các chế độ sau sự cố. Đối với đƣờng dây liên kết NM – 5 – HT, sự cố có thể
xảy ra trong hai trƣờng hợp sau:
- Ngừng một mạch trên đƣờng dây.
- Ngừng một tổ máy phát điện.
Nếu ngừng một mạch của đƣờng dây thì dòng điện chạy trên mạch còn lại bằng:

15
2. 2.5,13 10,26
sc N
I I A

  

Nhƣ vậy ta có I
cp
> I
sc

Khi ngừng một tổ máy phát điện thì hai máy phát còn lại sẽ phát 100% công suất.
Do đó tổng công suất phát của nhà máy bằng :
P
NĐ
= 3.55 = 165 MW
Công suất tự dùng trong nhà máy bằng :
P
td
= 0,1.165 = 16,5 MW
Công suất chạy trên đƣờng dây bằng :
P
N-5

= P
NĐ
– P
td
– P
N
- ΔP
N

Trong mục 2.3.1 phần 1 đã tính đƣợc :
P
N
= 145 MW; ΔP
N
= 0,05.P
N
= 0,05.145 =7,25 MW
Do đó :
5
165 16,5 145 7,25 3,25 W
N
PM

     

Nhƣ vậy trong chế độ sự cố này hệ thống cần cung cấp cho nhà máy điện bằng 3,25
MW.
Công suất phản kháng chạy trên đƣờng dây có thể tính gần đúng nhƣ sau:
5 5 D
. 3,25.0,75 2,4375

N N N
Q P tg MVAr


    

Do đó:
.
5
3,25 2,4375
N
S j MVA



Dòng công suất từ hệ thống truyền vào đƣờng dây HT – 5 bằng:
. . .
5 5 5
34 16,456 3,25 2,4375 37,25 18,89 ( )
HT N
S S S j j j MVA

       

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Đức Thuận


Sinh viên: Nguyễn Đăng Giang Page 17

Dòng điện chạy trên đƣờng dây NM – 5 bằng:

22
2
3,25 2,4375
10,66
2.110. 3
sc
I



Nhƣ vậy: I
2sc
< I
cp

b. Chọn tiết diện đường dây HT-5
Dòng điện chạy trên đƣờng dây trong chế độ phụ tải cực đại bằng:
22
5
32,25 15,61
94,02
2. 3.110
HT
I




Tiết diện dây dẫn bằng :

2
5
5
94,02
85,47
1,1
HT
HT
kt
I
F mm
J


  


Chọn dây AC-95 có I
cp
= 330 A.
Khi ngừng một mạch đƣờng dây, dòng điện chạy trên mạch còn lại có giá trị:
1
2.94,02 188,04
sc
IA


Nhƣ vậy: I
1sc
< I

cp

Trƣờng hợp ngừng một tổ máy phát, dòng điện chạy trên đƣờng dây bằng:

22
2
43,25 23,3935
129,04
2.110. 3
sc
I



Nhƣ vậy: I
2sc
< I
cp

c. Tính tiết diện của đường dây HT – 1:
Dòng điện chạy trên đƣờng dây bằng:
22
1
36 17,424
104,96
2.110. 3
I



Tiết diện của đƣờng dây có giá trị:

2
104,95
95,41
1,1
F mm

Chọn dây AC-95 có I
cp
= 330 A.
Khi ngừng một mạch của đƣờng dây, dòng điện chạy trên mạch còn lại bằng:
I
sc
= 2.I
1
= 2.104,96= 209,92 A.
Nhƣ vậy : I
sc
< I
cp

Tính toán đối với các đƣờng dây còn lại đƣợc tiến hành tƣơng tự nhƣ đối với
đƣờng dây HT-1.
Kết quả tính các thông số của tất cả các đƣờng dây trong mạng điện cho ở bảng :