Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện Bùi minh đức

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
1

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 xã hội,
nghiên cứu khoa học… Đối với mỗi đất nước, sự phát triển của ngành điện là tiền đề cho
các lĩnh vực khác phát triển.
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 yêu cầu thực tế, em được nhà trường và khoa Hệ Thống Điện giao cho
thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế lưới điện khu vực và tính ổn định động cho mạng
điện”. Đồ án tốt nghiệp gồm 2 phần:
Phần I: Thiết kế lưới điện khu vực.
Phần II: Tính ổn định động cho mạng điện.
Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến các thầy cô giáo trong trường 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 cô giáo: Th.S Hoàng Thu Hà, cô đã tận
tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng 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 bản đồ án tốt nghiệp của em
không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự nhận xét góp ý của các thầy cô
để bản thiết kế của em thêm hoàn thiện và giúp em rút ra được những kinh nghiệm cho bản
thân.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 09 tháng 01 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Bùi Minh Đức
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
2


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
3


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
4

MỤC LỤC
PHẦN I: THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC 9
CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CÂN BẰNG
CÔNG SUẤT 10
1.1 Phân tích đặc điểm của các nguồn cung cấp và phụ tải: 10
1.1.1 Nguồn cung cấp điện: 10
1.1.2 Phụ tải: 13
1.2 Cân bằng công suất trong hệ thống điện: 15

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng: 15
1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng: 16
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 18
2.1 Cơ sở đề xuất các phương án nối dây: 18
2.1.1 Một số yêu cầu thiết kế mạng điện: 18
2.1.2 Yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện: 18
2.1.3 Vị trí địa lý: 19
2.2 Một số loại sơ đồ nối điện cơ bản: 19
2.2.1 Sơ đồ hình tia: 19
2.2.2 Sơ đồ liên thông: 20
2.2.3 Sơ đồ kiểu mạch vòng: 20
2.2.4 So sánh các sơ đồ nối điện cơ bản 21
2.3 Các phương án thiết kế mạng điện: 21
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 26
3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật: 26
3.1.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện: 26
3.1.2 Chọn tiết diện dây dẫn: 27
3.1.3 Kiểm tra tổn thất điện áp lúc bình thường và lúc sự cố: 28
3.2 Tính toán: 29
3.2.1 Nhóm I: 29
3.2.2 Nhóm II: 34
3.2.3 Nhóm III: 36
3.2.4. Nhóm IV: 43
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
5

3.2.5 Đường dây liên lạc HT-6-NĐ: 52
CHƯƠNG 4: SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN 56
4.1 Cơ sở lý thuyết tính các chỉ tiêu kinh tế: 56

4.1.1 Tổn thất công suất: 56
4.1.2 Tổn thất điện năng: 56
4.1.3 Vốn đầu tư xây dựng mạng điện: 57
4.1.4 Chi phí tính toán hàng năm: 57
4.2 Tính toán: 57
4.2.1 Nhóm I: 57
4.2.2 Nhóm II: 59
4.2.3 Nhóm III 60
4.2.4 Nhóm IV: 61
4.2.4 Đường dây liên lạc 63
4.3 So sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án: 63
CHƯƠNG 5: CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT CÁC MÁY BIẾN ÁP
TRONG CÁC TRẠM, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN 65
5.1 Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong các trạm tăng áp…….… 68
5.2 Chọn số lượng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp 65
5.3 Chọn sơ đồ trạm và sơ đồ hệ thống điện: 67
5.3.1 Sơ đồ nối cho các trạm tăng áp: 67
5.3.2 Sơ đồ nối cho các trạm hạ áp: 68
5.3.3 Sơ đồ cho trạm trung gian: 70
CHƯƠNG 6: TÍNH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN 71
6.1 Chế độ phụ tải cực đại: 71
6.1.1 Đường dây HT – 1 71
6.1.2 Các đường dây HT-2, HT-3: 72
6.1.3 Đường dây HT-4-NĐ: 74
6.1.3 Đường dây NĐ– 6- 5: 76
6.1.4 Các đường dây NĐ-6, 6-5, NĐ-7, NĐ-8, NĐ-9 80
6.1.5 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống 80
6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu: 81
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức

6

6.2.1 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống: 84
6.3 Chế độ sự cố: 84
6.3.1 Chế độ sau sự cố hỏng một tổ máy phát có công suất lớn nhất: 84
6.3.2 Chế độ sau sự cố đứt một mạch đường dây: 88
6.3.3 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống: 90
CHƯƠNG 7 : TÍNH ĐIỆN ÁP TẠI NÚT PHỤ TẢI VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 91
7.1. Tính điện áp tại các nút trong mạng điện: 91
7.1.1. Chế độ phụ tải cực đại (U
cs
= 121 kV) 91
7.1.2. Chế độ phụ tải cực tiểu (U
cs
= 115 kV) 94
7.1.3. Chế độ sau sự cố (U
cs
= 121 kV) 98
7.2. Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp: 99
7.2.1.Chọn đầu điều chỉnh trong MBA trạm 1: 102
7.2.2.Chọn đầu điều chỉnh trong MBA trạm 3: 104
CHƯƠNG 8: TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG
ĐIỆN 108
8.1 Vốn đầu tư xây dựng mạng điện: 108
8.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện: 109
8.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện: 109
8.4 Tính chi phí và giá thành: 110
8.4.1 Chi phí vận hành hàng năm: 110
8.4.2 Chi phí tính toán hàng năm: 110

8.4.3 Giá thành truyền tải điện năng 110
8.4.4 Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại 110
PHẦN II: TÍNH ỔN ĐỊNH ĐỘNG CHO MẠNG ĐIỆN 112
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện: 113
1.1.1 Hệ thống điện: 113
1.1.2 Chế độ của hệ thống điện 113
1.1.3 Điều kiện tồn tại chế độ xác lập. Định nghĩa ổn định của hệ thống điện 114
1.2 Mục tiêu và phương pháp khảo sát ổn định động: 117
1.2.1 Mục tiêu của khảo sát ổn định động: 117
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
7

1.2.2 Các phương pháp khảo sát ổn định động 117
CHƯƠNG 2: LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ. TÍNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BAN
ĐẦU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 122
2.1 Lập sơ đồ thay thế: 122
2.1.1 Sơ đồ hệ thống điện và thông số các phần tử: 122
2.1.2 Tính toán quy đổi các thông số: 124
2.2 Tính toán chế độ làm việc ban đầu 126
2.2.1 Sơ đồ tính toán chế độ xác lập: 127
2.2.2 Tính toán chế độ xác lập trước khi ngắn mạch: 127
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH
BA PHA Ở ĐẦU ĐƯỜNG DÂY LIÊN LẠC 128
3.1 Tính đặc tính công suất khi ngắn mạch: 128
3.1.1 Tính tổng trở phụ tải: 128
3.1.2 Tính đặc tính công suất khi ngắn mạch: 128
3.2 Đặc tính công suất sau ngắn mạch: 131
3.3 Tính góc cắt và thời gian cắt: 133

3.3.1 Tính góc cắt: 133
3.3.2 Tính thời gian cắt: 134

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
8


KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
HT
Hệ thống điện
NĐ
Nhà máy nhiệt điện
MF
Máy phát điện
MBA
Máy biến áp
TBA
Trạm biến áp
PA
Phương án






ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
9

PHẦN I:
THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

Chương 1: Phân tích nguồn và phụ tải. Tính toán cân bằng công
suất.
Chương 2: Xây dựng phương án nối dây.
Chương 3: Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuật.
Chương 4: So sánh kinh tế-kĩ thuật các phương án.
Chương 5: Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong trạm, sơ
đồ các trạm và sơ đồ hệ thống điện.
Chương 6: Tính các chế độ vận hành của mạng điện.
Chương 7: Tính điện áp tại nút phụ tải và lựa chọn phương thức
điều chỉnh điện áp.
Chương 8: Tính các chỉ tiêu kinh tế-kĩ thuật của mạng điện.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
10


CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI.
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Để chọn được phương án tối ưu, cần tiến hành phân tích những đặc điểm của các

nguồn cung cấp điện và các phụ tải. Trên cơ sở đó xác định công suất phát của các nguồn
cung cấp và dự kiến các sơ đồ nối điện sao cho đạt được hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao
nhất.
1.1 Phân tích đặc điểm của các nguồn cung cấp và phụ tải:
1.1.1 Nguồn cung cấp điện:
Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy
nhiệt điện.
1. Hệ thống điện:
Công suất vô cùng lớn.
Hệ số công suất :
cos 0,9

.
2
2
HT
HT
HT
1 cos
1 0,9
tg 0,484
cos 0,9
 

   


Điện áp định mức thanh cái :
đm
U 110kV


.
HTĐ có công suất vô cùng lớn, Vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa hệ thống điện (HT)
và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo
cho HT thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành. Mặt khác, vì HT có công
suất vô cùng lớn cho nên chọn HT là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp. Ngoài
ra do HT có công suất vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy
điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ được lấy từ HT.
2. Nhà máy nhiệt điện:
Công suất đặt :
NĐ
P 4 50 200MW
  
.
Hệ số công suất :
cos 0,85
 
.
2
2
F
F
F
1 cos
1 0,85
tg 0,62
cos 0,85
 

   



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
11

Điện áp định mức :
đm
U 10,5kV

.
Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện (NĐ) có thể là than đá, dầu và khí đốt… Hiệu suất
của các nhà máy nhiệt điện tương đối thấp (khoảng
30 40 %

). Đồng thời công suất tự dùng
của nhiệt điện thường chiếm khoảng 6% đến 15% tùy theo loại nhà máy nhiệt điện.
Đối với nhà máy nhiệt điện, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải
đm
P 70%P

.
Còn khi
đm
P 30%P

thì các máy phát ngừng làm việc.
Công suất phát kinh tế của các máy phát NĐ thường bằng
đm
(80 90%)P


. Khi thiết kế
chọn công suất phát kinh tế bằng
đm
85%P
, nghĩa là :
kt
đm
P 85%P


Tổng công suất phát yêu cầu:
ΣP
yc
= ΣP
pt
+ P
td
+ ΔP
trong đó:
- ΣP
yc
: tổng công suất yêu cầu của phụ tải;
- ΣP
pt
: công suất của phụ tải;
- P
td
: công suất tự dùng của nhà máy, P
td

=10%P
đm
= 10%.200 = 20 MW;
- ΔP : tổn thất công suất, ΔP = 5%ΣP
pt
.
+) Trong chế độ cực đại:
Cả bốn máy phát đều vận hành và tổng công suất phát kinh tế là:
P
F
= P
kt
= 85%P
đm
= 85. 200 = 170 MW
Công suất phản kháng mà nhà máy phát ra là:
Q
F
= P
F
.tgφ
F
= 170.0,62 = 105,4 MVAr
Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy tính sơ bộ như sau:
W20200.1,0%10 MPP
đmtd


Tổng công suất phụ tải trong chế độ cực đại là:
ΣP

ptmax
= 28 + 25 + 21 + 30 + 31 + 25 + 30 + 22 + 32 = 244 MW
Tổn thất công suất trong chế độ cực đại là:
ΔP = 5%.244 = 12,2 MW
Ở chế độ này ta có tổng công suất yêu cầu là:
ΣP
yc
= 244 + 12,2 + 20 = 276,2 MW
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
12

=> Như vậy hệ thống sẽ cung cấp:
P
HT
= ΣP
yc
– P
kt
= 276,2 – 170 = 106,2 MW
Q
HT
= P
HT
.tgφ
HT
= 106,2.0,484 = 51,4 MVAr
+) Trong chế độ phụ tải cực tiểu:
Dự kiến ngừng một tổ máy phát để sửa chữa, bảo dưỡng, ba máy phát còn lại sẽ phát
85%P

đm
, nghĩa là tổng công suất phát:
P
F
= 85%.3.50 = 127,5 MW
Công suất phản kháng mà nhà máy phát ra là:
Q
F
= P
F
.tgφ
F
= 127,5.0,62 = 79,05 MVAr
Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy:
W15150.1,0%10 MPP
đmtdND


Tống công suất phụ tải trong chế độ cực tiểu là:
ΣP
ptmin
= 18 + 15 + 13 + 16 + 15 + 13 + 23 + 10 + 20 = 143 MW
Tổn thất công suất trong chế độ cực đại là:
ΔP = 5%.143 = 7,15 MW
Ở chế độ này ta có tổng công suất yêu cầu là:
ΣP
yc
= 143 + 7,15 + 15= 165,15 MW
=> Như vậy hệ thống sẽ cung cấp:
P

HT
= ΣP
yc
– P
kt
= 165,15 – 127,5 = 37,65 MW
Q
HT
= P
HT
.tgφ
HT
= 37,65.0,484 = 18,223 MVAr
+) Trong chế độ sự cố:
Ngừng một tổ máy phát, ba máy phát còn lại có quyền phát hết 100% công suất, như
vậy ta có công suất phát:
P
F
= 3. 50 = 150 MW
Công suất phản kháng mà nhà máy phát ra là:
Q
F
= P
F
.tgφ
F
= 150.0,62 = 93 MVAr
Công suất phản kháng tự dùng của nhà máy:
MW15150.1,0P%10P
sctdND




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
13


Ở chế độ này ta có tổng công suất yêu cầu là:
ΣP
yc
= 244 + 12,2 + 15 = 271,2 MW
=> Như vậy hệ thống sẽ cung cấp:
P
HT
= ΣP
yc
– P
kt
= 271,2 – 150 = 121,2 MW
Q
HT
= P
HT
.tgφ
HT
= 121,2.0,484 = 58,66 MVAr
Bảng 1.1: Sơ bộ phương thức vận hành cho nhà máy

Chế độ cực đại Chế độ cực tiểu Chế độ sự cố

P
F
,
MW
Q
F
,
MVA
r
Số tổ
máy
làm
việc
P
F
,
MW
Q
F
,
MVA
r
Số tổ
máy
làm
việc
P
F
,

MW
Q
F
,
MVAr
Số tổ
máy
làm
việc
Nhà
máy
170 105,4 127,5 79,05 150 93
Hệ
thống
106,2 51,4
4
37,65 18,223

3
121,2

58,66
3
1.1.2 Phụ tải:
Hệ thống thiết kế gồm có 9 phụ tải, trong đó có 8 phụ tải loại I, 1 phụ tải loại III.
- Hộ loại I là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu như ngừng cung cấp điện có thể
gây ra nguy hiểm đến tính mạng và sức khỏe của con người, gây thiệt hại nhiều về kinh tế,
hư hỏng thiết bị…
- Hộ loại II là những hộ nếu như ngừng cung cấp điện chỉ gây thiệt hại kinh tế do quá
trình sản xuất bị gián đoạn.

- Hộ loại III là tất cả những hộ tiêu thụ không thuộc hai loại trên (như các hộ sinh
hoạt, các phân xưởng sản xuất không theo dây chuyền…).
Hệ số công suất cosφ = 0,9 cho ta thấy các hộ phụ tải tiêu thụ ít công suất phản khảng.
Thời gian sử dụng phụ tải cực đại T
max
= 5000h tương đối lớn, nghĩa là mạng điện phải
chuyên chở nhiều điện năng.
Điện áp định mức của các phụ tải thứ cấp là 10 kV.Các phụ tải có yêu cầu điều chỉnh
điện áp thường và khác thường.
Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện được tính như sau:
2 2
max max max max max max max max
Q P .tg ; S P jQ ; S P jQ     


Kết quả tính giá trị công suất của các phụ tải trong các chế độ cực đại và cực tiểu cho
trong Bảng 1-2.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
14


Bảng 1.2: Thông số của các phụ tải
Hộ phụ
tải
P
max
,
MW
max max max

S P jQ
 

,
MVA
S
max
,
MVA
P
min
,
MW
min min min
S P jQ

 

MVA
S
min
,
MVA
1 28 28+13,561j 31,111 18 18+8,718j 20,000
2 25 25+12,108j 27,778 15 15+7,265j 16,667
3 21 21+10,17j 25,537 13 13+6,296j 14,444
4 30 30+14,53j 32,923 16 16+7,749j 17,778
5 31 31+15,014j 34,444 15 15+7,265j 16,667
6 25 25+12,108j 27,778 13 13+6,296j 14,444
7 30 30+14,53j 32,923 23 23+11,139j 25,555

8 22 22+10,655j 24,444 10 10+4,843j 11,111
9 32 32+15,5j 35,556 20 20+9,686j 22,222
Tổng
244+118,174j 272,494
Mặt bằng bố trí nguồn và phụ tải như hình vẽ:
1
3
HT
NĐ
2
7
9
6
8
5
4
53,67
56,57
6
0
,
9
3
58,24
3
5
,
7
8
6

2
,
4
8
35,78
3
2
,
9
8
46,65
72
8 km
64,5
43,08

Hình 1-1.Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
15

Nhận xét :
Theo sơ đồ phân bố phụ tải cho ta thấy phụ tải được phân bố tập trung về hai phía, do
đó có xu hướng khi thiết kế có thể phân thành 2 vùng phụ tải như sau:
- Vùng 1 được cấp điện từ HT: Gồm 3 phụ tải 1, 2 và 3 .
- Vùng 2 được cấp điện từ NĐ: Gồm 4 phụ tải 5, 6, 7, 8 và 9.
- Riêng phụ tải 4 nằm giữa NĐ và HT nên được cấp điện từ 2 nguồn.
Trong 9 phụ tải, 8 phụ tải loại 1 có yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cũng như chất
lượng điện năng cao. Vì hộ loại 1 nếu xảy ra mất điện sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế, chính
trị và an toàn cho tính mạng con người, nên khi thiết kế đối với các phụ tải loại 1 ta phải cấp

điện bằng đường dây kép hoặc mạch vòng.
- Phụ tải ở xa nguồn nhất là phụ tải 5 (82,36 km).
- Phụ tải gần nguồn nhất là phụ tải 6 (35,78 km).
1.2 Cân bằng công suất trong hệ thống điện:
Đặc điểm của HTĐ là truyền tải tức thời điện năng từ nguồn tới hộ tiêu thụ và không có
khả năng tích trữ lại điện năng với một lượng lớn.Tính chất này xác định sự đồng bộ của
quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng.
Tại từng thời điểm của chế độ xác lập của hệ thống, các nguồn điện phải phát ra công
suất đúng bằng công suất tiêu thụ, trong đó bao gồm cả tổn thất công suất trong lưới điện.
Nếu không cân bằng được công suất trong hệ thống điện sẽ dẫn tới việc mất ổn định điện
áp và tần số trong hệ thống.
1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng:
Công suất phát của các nhà máy trong hệ thống tại mỗi thời điểm phải bằng với công
suất của hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong mạng điện.
Ngoài ra để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường, cần phải có dự trữ công suất
nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống. Dự trữ trong HTĐ là một vấn đề quan
trọng, liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống.
Sự cân bằng công suất tác dụng được thể hiện bằng phương trình cân bằng công suất
như sau:
ΣP
F
= P
NĐ
+ P
HT
= mΣP
max
+ ΣΔP + P
td
+ P

dt

trong đó:
ΣP
F
– tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn;
P
NĐ
– tổng công suất do nhà máy nhiệt điện phát ra;
P
HT
– công suất tác dụng lấy từ hệ thống;
m –hệ số đông thời xuất hiện các phụ tải cực đại (m=1);
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
16

ΣP
max
– tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại;
ΣΔP– tổng tổn thất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy ΣΔP = 5% ΣP
max
;
P
td
– công suất tự dùng trong nhà máy điện, có thể lấy bằng 10% tổng công suất đặt của
nhà máy;
P
dt
– công suất dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy P

dt
= 10% ΣP
max
,
đồng thời công suất dự trữ cần phải bằng công suất định mức của tổ máy phát lớn nhất đối
với HTĐ không lớn. Bởi vì HTĐ 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 khi cực đại được xác định từ bảng 1.2 bằng:
ΣP
max
= 244 MW
Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện có giá trị:
ΣΔP = 5% ΣP
max
= 5% x 244 = 12,2 MW
Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện bằng:
P
td
= 10%P
đm
= 10% x 200 =20 MW
Vậy tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn có giá trị bằng:
ΣP
F
= 244 + 12,2 + 20 = 276,2 MW
Ta có tổng công suất do nhà máy nhiệt điện phát ra bằng:
P
NĐ

= P
kt
= 200 MW
Như vậy, trong chế độ phụ tải cực đại, công suất tác dụng cần lấy từ hệ thống bằng:
P
HT
= ΣP
F
- P
NĐ
= 276,2 – 200 = 76,2 MW
Do HTĐ có công suất vô cùng lớn, nên có khả năng điều chỉnh nhanh công suất tác
dụng. Vì vậy ta chọn HTĐ là nút cân bằng công suất, và cũng là nút cơ sở về điện áp.
1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng:
Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng không
chỉ đối với công suất tác dụng mà cả đối với công suất phản kháng.
Sự cân bằng công suất tác dụng liên quan đến tần số của hệ thống điện. 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 công suất phản kháng phát ra lớn hơn công
suất tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng thì
điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ
tiêu thụ trong mạng điện và HT, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng.
Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện có dạng:
Q
tt
= Q
NĐ
+ Q
HT
= mΣQ

max
+ ΣΔQ
L
- ΣQ
c
+ ΣΔQ
b
+ Q
td
+ Q
dt

Trong đó:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
17

Q
tt
– tổng công suất phản kháng tiêu thụ;
Q
NĐ
– tổng công suất phản kháng do nhiệt điện phát ra;
Q
HT
– công suất phản kháng do hệ thống cung cấp;
m –hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại (m=1);
ΣQ
max
– tổng công suất phản kháng của phụ tải trong chế độ cực đại;

ΣΔQ
L
– tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong
mạng điện;
ΣQ
c
– tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra, khi tính sơ
bộ lấy ΣQ
c
= ΣQ
L
;
ΣΔQ
b
– tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, trong tính toán sơ
bộ lấy ΣΔQ
b
= 15%ΣQ
max
;
Q
td
– tổng công suất phản kháng tự dùng của nhà máy điện;
Q
dt
– công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống, có hệ thống có công suất vô cùng
lớn nên Q
dt
= 0.
Có tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiệt điện phát ra bằng:

F F F
Q P .tg 200.0,62 124MVAr
   

Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp bằng:
Q
HT
= P
HT
tgφ
HT
= 106,2 . 0,484 = 51,4 MVAr
Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định theo
bảng 1.2 bằng:
ΣQ
max
= 118,174 MVAr
Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp hạ áp bằng:
ΣΔQ
b
= 15% ΣQ
max
= 15% . 118,174 = 17,73 MVAr
Tổng công suất phản kháng tự dùng trong các nhà máy điện bằng:
Q
td
= P
td
.tgφ
td

Ta có: cosφ
td
= 0,8.
=>tgφ
td
= 0,75 => Q
td
= 20 . 0,75 = 15 MVAr
Như vậy, tổng công suất tiêu thụ của mạng điện:
Q
tt
= 118,174 + 17,73 + 15 = 150,904 MVAr
Tổng công suất phản kháng do hệ thống và nhà máy nhiệt điện phát ra bằng:
Q
NĐ
+ Q
HT
= 124 + 51,4 = 175,4 MVAr
Có công suất phản kháng do 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.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
18


CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY
Khi thiết kế một mạng điện phải đảm bảo các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật. Do đó
việc thiết kế phải dựa theo một số nguyên tắc nhất định, nhằm thỏa mãn các yêu cầu trên.
Việc thiết kế phải dựa trên sơ đồ địa lý, vị trí của các phụ tải và nguồn cung cấp, phải

đảm bảo đi dây đơn giản, nhưng vẫn đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật.
2.1 Cơ sở đề xuất các phương án nối dây:
Để lựa chọn ra một phương án phù hợp đáp ứng được cả chỉ tiêu về kinh tế cũng như
kỹ thuật, ta sẽ vạch ra nhiều phương án nối dây khác nhau, làm thế nào để không bỏ sót mất
phương án nối dây tối ưu nhất. Thực ra không có một phương pháp nhất định nào để lựa
chọn sơ đồ nối dây của mạng điện. Một sơ đồ nối dây mạng điện có thích hợp hay không là
do rất nhiều yếu tố khác nhau quyết định, như là: vị trí phân bố của phụ tải, mức độ yêu cầu
về đảm bảo liên tục cung cấp điện, đặc điểm và khả năng cung cấp điện của các nhà máy
điện, vị trí phân bố giữa các nhà máy điện. Ngoài ra cũng còn nhiều yếu tố phụ cũng ảnh
hưởng đến kết cấu và vạch tuyến đường dây của mạng, như các điều kiện về địa chất, khí
tượng, thuỷ văn, địa hình, tình hình tổ chức, quản lý, thi công
2.1.1 Một số yêu cầu thiết kế mạng điện:
- Các sơ đồ mạng điện phải có chi phí nhỏ nhất.
- Đảm bảo độ tin cậy và chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ.
- Đảm bảo an toàn đối với người và thiết bị.
- Sơ đồ an toàn, linh hoạt trong vận hành, đáp ứng được khả năng phát triển của mạng
điện trong tương lai.
- Sơ đồ đi dây không được chồng chéo lên nhau.
- Tổn thất nhỏ.
2.1.2 Yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện:
- Đối với phụ tải loại I: phải được cung cấp điện từ hai nguồn độc lập, chỉ cho ngừng
cung cấp điện trong thời gian đóng tự động nguồn dự trữ. Do đó phụ tải loại I thường sử
dụng đường dây kép hoặc mạch vòng để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
- Đối với phụ tải loại II: đa số các trường hợp cung cấp bằng hai đường dây riêng biệt,
hoặc đường dây kép. Các hộ tiêu thụ loại II cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian
nhân viên dự phòng đóng nguồn dự trữ.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
19

- Đối với phụ tải loại III: được cung cấp điện từ đường dây đơn, cho phép ngừng cung
cấp điện trong thời gian cần thiết để sửa chữa sự cố hay thay thế các phần tử hư hỏng của
mạng điện, nhưng không quá một ngày.
Ta có phụ tải 3 là phụ tải loại III, sẽ được cung cấp điện bằng đường dây đơn. Còn lại
các phụ tải đều là loại I, sẽ được cấp điện bằng đường dây kép hoặc mạch vòng.
2.1.3 Vị trí địa lý:
Tùy theo vị trí các phụ tải mà trong các sơ đồ sẽ ưu tiên cung cấp điện đến phụ tải nào
trước. Đối với sơ đồ liên thông thì nguồn điện sẽ đi đến phụ tải ở gần hơn, công suất lớn
hơn trước.
Ta có khoảng cách giữa các phụ tải cho trong bảng 2.1 :
Bảng 2.1: Số liệu các đoạn đường dây
Đoạn
Chiều dài
(km)
Đoạn
Chiều dài
(km)
Đoạn
Chiều dài
(km)
NĐ – 4 72 HT – 1 53,67 1 – 3 32,98
NĐ – 5 82,36 HT – 2 58,24 5 – 6 46,65
NĐ – 6 35,78 HT – 3 56,57 6 – 8 32,98
NĐ – 7 62,48 HT – 4 60,93 7 – 9 35,78
NĐ – 8 43,1 5 – 8 64,5
NĐ – 9 64,5
Theo sơ đồ thì phụ tải được phân bố thành các vùng như sau:
- Vùng I: gồm các phụ tải 1, 2, 3 và hệ thống.
- Vùng II: gồm các phụ tải 5, 6, 7, 8, 9 và nhà máy nhiệt điện.
- Phụ tải 4 có nhiệm vụ như một trạm trung gian cung cấp điện từ hệ thống, trong

trường hợp nhà máy thiếu công suất.
2.2 Một số loại sơ đồ nối điện cơ bản:
2.2.1 Sơ đồ hình tia:
Sơ đồ hình tia là sơ đồ mà các phụ tải đều được nhận điện trực tiếp từ nguồn.
+) Ưu điểm:
- Độ tin cậy cung cấp điện khá cao (khi có sự cố ở một đường dây chỉ có phụ tải ở
đường dây đó bị ảnh hưởng, còn lại ít bị ảnh hưởng).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
20

- Đơn giản, dễ tính toán, vận hành và các thiết bị bảo vệ rơle đơn giản.
Thuận tiện khi phát triển và thiết kế cải tạo các mạng điện hiện có.
+) Nhược điểm:
- Vốn đầu tư lớn do tổng chiều dài đường dây và số thiết bị đóng cắt trên đường dây lớn.
- Mức độ an toàn cung cấp điện thấp. Cho dù đường dây có hai lộ, mỗi lộ nằm trên hai
hàng cột cách nhau không xa thì khi bị sét đánh hay bị phá hoại trên một lộ vẫn có thể làm
mất điện toàn đường dây.
2.2.2 Sơ đồ liên thông:
Sơ đồ liên thông là sơ đồ mà trong đấy các phụ tải nhận điện trực tiếp từ một đường
dây nối với nguồn.
+) Ưu điểm:
- Vốn đầu tư rẻ do tổng chiều dài đường dây ngắn, và số thiết bị đóng cắt ít trong
trường hợp các phụ tải nằm gần nhau.
+) Nhược điểm:
- Độ tin cậy không cao, thậm chí còn thấp do nếu gặp sự cố trên đường dây nối với
nguồn thì toàn bộ phụ tải bị ảnh hưởng. Để tránh nhược điểm này, người ta chia đường dây
chính thành các dao phân đoạn, tuy nhiên thiết kế, chỉnh định rơle phức tạp.
- Bị giới hạn công suất chuyền tải trên đường dây, tổng công suất không được quá lớn.
2.2.3 Sơ đồ kiểu mạch vòng:

Sơ đồ kiểu mạch vòng là sơ đồ với một nút chỉ có một đường dây đến và một đường
dây đi, tạo thành một mạch vòng khép kín.
+) Ưu điểm:
- Mỗi phụ tải đều được nhận điện từ hai phía nên độ tin cậy cao.
- Vốn đầu tư có thể rẻ hơn do chiều dài đường dây ngắn, và là đường dây đơn, số thiết
bị đóng cắt ít.
+) Nhược điểm:
- Tính toán và vận hành phức tạp.
- Thiết kế và chỉnh định rơle phức tạp.
- Khi gặp sự cố trên đường dây, tổn thất thường rất lớn, rất khó đảm bảo chất lượng
điện năng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
21

2.2.4 So sánh các sơ đồ nối điện cơ bản:

Hình 2.1: Một số sơ đồ nối điện cơ bản
a, Sơ đồ hình tia. b, Sơ đồ liên thông. c, Sơ đồ mạch vòng
- Sơ đồ hình tia đối với phụ tải loại I lúc nào cũng phải dùng hai lộ đường dây, nếu
trong trường hợp phụ tải không lớn lắm, nhưng để đảm bảo điều kiện vầng quang và sức
bền cơ giới vẫn phải tăng tiết diện dây dẫn sẽ khiến cho vốn đầu tư tăng, tuy nhiên tổn thất
điện áp trên đường dây sẽ ít, dẫn đến chi phí vận hành thấp.
- Sơ đồ mạch vòng kín có mức độ an toàn liên tục cung cấp điện cao, vốn đầu tư có thể
ít hơn do chỉ dùng đường dây đơn. Tuy nhiên về mặt kỹ thuật, khi xảy ra sự cố thì tổn thất
điện áp sẽ rất lớn, việc vận hành cũng phức tạp hơn sơ đồ hình tia.
=> Việc sử dụng loại sơ đồ nào còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
- Sơ đồ hình tia một lộ thường dùng cho mạng chiếu sáng, hay động lực ở cấp điện áp
thấp.
- Sơ đồ hình tia hai lộ thường dùng cho mạng điện có công suất tải điện lớn với các

cấp điện áp 35, 110, 220 kV.
- Sơ đồ mạch vòng kín thường được dùng nhiều ở các mạng điện áp cao trong thành
phố và các mạng điện công xưởng với điện áp 6, 10, 35 kV. Những mạng điện này khi vận
hành thông thường theo chế độ mạng điện kín để hở.
- Sơ đồ liên thông thường được dùng khi cung cấp điện cho một số phụ tải ở gần nhau.
Do vậy trong quá trình thiết kế, ta phải phân tích các điều kiện, đưa ra các phương án
phù hợp nhất, có thể kết hợp các sơ đồ với nhau để đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế cũng như
kĩ thuật.
2.3 Các phương án thiết kế mạng điện:
Dựa vào các phân tích nêu trên, ta chọn phụ tải 4 là phụ tải liên lạc giữa nhà máy và hệ
thống điện, và chia mạng điện ra làm bốn nhóm:
- Nhóm I: gồm các phụ tải 1, 3 và hệ thống điện
- Nhóm II: gồm phụ tải 2 và hệ thống điện
(a) (b) (c)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
22

- Nhóm III: gồm phụ tải 7, 9 và nhà máy nhiệt điện
- Nhóm IV: gồm phụ tải 5, 6, 8 và nhà máy nhiệt điện.
Ưu nhược điểm của phương pháp chia nhóm :
- Ưu điểm: phương pháp này giúp ta chọn được sơ đồ tối ưu nhất mà các phương pháp
khác chưa thực hiện được.
- Nhược điểm: việc chia nhóm phụ thuộc nhiều vào số lượng và vị trí địa lý của các
phụ tải. Khi vị trí địa lý của các phụ tải đan xen nhau, việc chia nhóm sẽ gặp nhiều khó
khăn.
Việc chia nhóm sẽ được thực hiện như sau: trước tiên dựa vào vị trí địa lý và công
suất của các nguồn và phụ tải, chúng ta sẽ xem xét xem các phụ tải được lấy công suất từ
nguồn nào. Ở đây chúng ta có hai nguồn, các phụ tải sẽ được cung cấp từ nguồn gần nó

nhất, nếu phụ tải nằm ở vị trí gần giữa 2 nguồn thì chúng ta sẽ xét đến công suất của nguồn
và tổng công suất của các phụ tải xung quanh nó để đưa ra quyết định nối phụ tải đó với
nguồn nào. Sau đó chúng ta sẽ tiến hành phân chia thành các nhóm. Việc vạch phương án sẽ
được tiến hành đối với mỗi nhóm.

Hình 2.2: Sơ đồ địa lý mạng điện

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
23

Các phương án đi dây của từng nhóm:
Nhóm I:


A, B,
Hình 2.3: Phương án đi dây của nhóm I
Nhóm II:


Hình 2.4: Phương án đi dây của nhóm II
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
24

Nhóm III:

A, B,
C,

Hình 2.5: Phương án đi dây của nhóm III

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà
SVTH: Bùi Minh Đức
25


Nhóm IV:


A, B,

C,
Hình 2.6: Phương án đi dây của nhóm IV