thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện loại i và III

Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

MỤC LỤC

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

1


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

MỞ ĐẦU
Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng
của một quốc gia. Trong điều kiện nước ta hiện nay đang trong thời kì công nghiệp
hoá và hiện đại hoá thì điện năng lại đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Điện năng
là điều kiện tiên quyết cho việc phát triển nền công nghiệp cũng như các ngành sản
xuất khác. Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc sản xuất
điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện,
cung cấp điện cũng như phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ
lưỡng để vừa đảm bảo hợp lí về kĩ thuật cũng như về kinh tế.
Đồ án môn học này đã đưa ra phương án có khả năng thực thi nhất trong việc
thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện loại I và III. Nhìn
chung, phương án được đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng
điện.
Dù đã cố gắng nhưng đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, em
rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy để em có thể tự hoàn thiện
thêm kiến thức của mình trong lần thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này.

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Trần Văn Chương đã giúp đỡ em hoàn
thành đồ án môn học này.

Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2016
Sinh viên

Vũ Văn Kiên

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

2


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

CHƯƠNG I
CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Cân bằng công suất tác dụng
Giả thiết rằng nguồn điện cung cấp đủ công suất tác dụng cho các phụ tải, do đó
ta có công thức cân bằng công suất tác dụng là:
trong đó:
: Công suất tác dụng phát ra của nguồn.
: Công suất tác dụng yêu cầu của phụ tải.
mà:
với:
m

: Hệ số đồng thời, ở đây m=1.

: Tổng công suất tác dụng trong chế độ cực đại.

=P1+P2 +P3 +P4 +P5 +P6 = 40+25+30+28+35+32= 190(MW)
:Tổn thất công suất trong mạng điện(bao gồm tổn thất trên đường dây và
máy biến áp).Tính sơ bộ lấy bằng 5% tổng cstd của phụ tải.
Ptd :Công suất tự dung của nhà máy điện,Ptd =0
Pdt : công suất dự trữ của mạng điện ở đây ta coi hệ thống có công suất vô cùng
lớn nên Pdt = 0.
(MW)
Do giả thiết nguồn cung cấp đủ công suất tác dụng nên ta không cân bằng chúng.
1.2 Cân bằng công suất phản kháng
Để mạng điện vận hành ổn định thì ngoài cân bằng công suất tác dụng ta phải cân
bằng công suất phản kháng, ta có phương trình cân bằng sau:
Trong đó:
:Tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra.
Sinh viên: Vũ Văn Kiên

3


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

trong đó:
(Với )
: Tổng công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải.
mà:
Với :
m: là hệ số đồng thời, m=1.

: Tổng công suất phản kháng của phụ tải ở chế độ cực đại.
mà:
) do đó ta có bảng sau
Bảng 1.1 Bảng công suất
Phụ tải 1

Phụ tải 2

Phụ tải 3

Phụ tải 4

Phụ tải 5

Phụ tải 6

P(MW)

40

25

30

28

35

32

Q(MVAr)

19,37

12,11

14,53

13,56

16,95

15,5

do đó:
QMBA :Tổn thất công suất phản kháng trong các trạm hạ áp được tính bằng
15%,ta có:
QL, QC :Tổn thất công suất phản kháng trên đường dây và dung dẫn do đường
dây sinh ra và chúng cân bằng nhau.
Qtd ,Qdt :Công suất tự dùng và dự trữ của nhà máy , Qtd =Qdt=0
Do đó:
Vì (MVAr) nên không phải bù công suất phản kháng.
Khoảng cách từ nhà máy đến các phụ tải là:
Sinh viên: Vũ Văn Kiên

4


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

+ Đoạn N-1:

= 44,72

(km)

+ Đoạn N-2:

= 63,25

(km)

+ Đoạn N-3:

= 53,85

(km)

+ Đoạn N-4:

= 63,3

(km)

+ Đoạn N-5:

= 58,31

(km)

+ Đoạn N-6:

= 50,99

(km)

Ta có bảng sau:
Bảng 1.2
Đoạn

N-1

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

L(km)

44,72

63,25

53,85

63,3

58,31

50,99

Như vậy ta có bảng các thông số của các phụ tải như sau:
Bảng 1.3
Phụ tải

1

2

3

4

5

6

L(km)

44,72

63,25

53,85

63,25

58,31

50,99

Pi(MW)

40

25

30

28

35

32

Qi(MVAr)

19,37

12,11

14,53

13,56

16,95

15,5

CHƯƠNG 2
CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KINH TẾ-KĨ THUẬT
2.1.Lựa chọn sơ đồ cấp điện
- Hộ loại một là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu như ngừng cung cấp điện có
thể gây nguy hiểm đến tính mạng và sức khoẻ con người, gây thiệt hại nhiều về kinh
tế, hư hỏng thiết bị, làm hỏng hàng loạt sản phẩm, rối loạn quá trình công nghệ phức
tạp. Do đó các phương án cung cấp cho các hộ phải được cấp từ hai nguồn.
Sinh viên: Vũ Văn Kiên

5


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

- Hộ loại ba là nhữn hộ tiêu thụ chỉ được cấp 1 nguồn.
Các phương án nối dây

a

b

d

c

e

Hình2.1 Dự kiến các phương án nối dây
2.1.1 Chọn điện định mức
- Để chọn điện áp định mức của hệ thống ta dựa vào công thức kinh nghiệm sau:
Ui= 4,34 (kV,km,MW)
trong đó:
Li : là khoảng cách từ NĐ đến phụ tải i
Pi: là công suất truyền tải trên đường dây đến phụ tải i.
Sinh viên: Vũ Văn Kiên

6


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Sau đây ta tính chọn điện áp định mức cho mạng hình tia các phương án sau sử
dụng kết quả tương tự như phương án này.

Ta có bảng số liệu sau:
Bảng 2.1 Tính toán điện áp
Đoạn

N-1

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

Pi(MW)

40

25

30

28

35

32

Li(km)

44,72

63,25

53,85

63,25

58,31

50,99

U(kV)

113,57

93,41

100,28

98,13

107,92

102,98

Vì điện áp nằm trong khoảng từ 70-170(kV) nên ta chọn điện áp chung cho toàn mạng
là Uđm = 110(KV).

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

7

Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

2.1.2.Chọn tiết diện dây dẫn

Hình 2.2 Sơ đồ nối dây phương án 1
-Mạng điện mà ta đang xét là mạng điện khu vực, do đó người ta thường lựa chọn tiết
diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện.Ta dự kiến sử dụng loại dây dẫn (ACACO) đặt trên đỉnh của tam giác đều có cạnh là 5 m.
-Tiết diện kinh tế được tính theo công thức sau:
Imax: là dòng điện lớn nhất chạy qua dây dẫn ở chế độ phụ tải cực đại.
Jkt : là mật độ dòng điện kinh tế.
-Căn cứ vào tiết diện kinh tế ta chọn tiết diện gần nhất. Sau khi chọn xong tiết diện
tiêu chuẩn của dây dẫn ta tiến hành kiểm tra 2 điều kiện sau:
+ Điều kiện vầng quang: theo điều kiện này tiết điện dây dẫn được chọn phải lớn
hơn hoặc bằng tiết diện cho phép của cấp điện áp:
Uđm =110(kV)=>Fmin= 70(mm2)
+ Điều kiện phát nóng: Tiết diện dây dẫn sau khi được chọn cũng phải thoả mãn
Isc max< Icp. Mà đối với mạng hình tia hoặc mạng liên thông thì I sc max là dòng điện lớn
nhất chạy qua dây dẫn khi xảy ra sự cố đứt một trong hai mạch của đường dây (khi đó
Isc max= 2Imax ), còn đối với mạng kín đó là dòng điện đứt một trong hai đoạn đầu đường
dây.
Sinh viên: Vũ Văn Kiên

8


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Ta có:
Với Tmax=5000 h ta tra được Jkt =1,1A/mm 2

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

9


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Các dây dẫn đã thỏa mãn độ bền cơ.
Tính Ubt,Usc
Với N-1:dây AC-95 ta có:

r0=0,33

( /km);
Ω

x0=0,429 ( /km);
Ω

Vì đường dây 2 mạch nên:

Vậy:

Tính tương tự cho các đoạn N-2, N-3, N-4, N-5, N-6 ta được bảng sau:

Bảng 2.2
Đoạn

N-1

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

L(km)

44,72

63,25

53,85

63,25

58,31

50,99

I max(A)

116,64

145,8

87,48

81,65

102,06

93,31

I sc(A)

233,28

-

174,96

163,3

204,12

186,62

Fkt(mm2)

106,04

132,55

79,53

74,23

92,78

84,83

Mã dây

AC-95

AC-120

AC-70

AC-70

AC-95

AC-95

R(Ω)

7,38

17,08

12,39

14,55

9,62

8,41

X(Ω)

9,59

26,75

11,85

13,92

12,51

10,94

n

2

1

2

2

2

2

I cp(A)

330

380

265

265

330

330

P(MW)

40

25

30

28

35

32

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

10


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Q(MVAr)

19,37

12,11

14,53

13,56

16,95

15,5

∆Ubt%

3,97

6,21

4,49

4,93

4,54

3,63

∆Usc%

7,94

-

8,98

9,86

9,08

7,26

Từ bảng ta thấy :

Nhận xét: Ta thấy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường là trên
đoạn N-2, trong chế độ sự cố là trên đoạn N-4 và đã đảm bảo điều kiện kỹ thuật.

Hình 2.2 Sơ đồ nối dây phương án 2
Các dòng công suất:

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

11


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Các dây dẫn đã thỏa mãn độ bền cơ.

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

12


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Tính tương tự phương án 1, ta được bảng sau:
Bảng 2.3
Đoạn

N-3

3-2

N-1

N-4

N-5

N-6

L(km)

53,85

41,23

44,72

63,25

58,31

50,99

I max(A)

160,38

145,8

116,64

81,65

102,06

93,31

I sc(A)

320,76

-

233,28

163,3

204,12

186,62

Fkt(mm2)

145,8

132,55

106,04

74,23

92,78

84,83

Mã dây

AC-150

AC-120

AC-95

AC-70

AC-95

AC-95

R(Ω)

5,65

11,13

7,38

14,55

9,62

8,41

X(Ω)

11,2

17,44

9,59

13,92

12,51

10,94

n

2

1

2

2

2

2

I cp(A)

445

380

330

265

330

330

P(MW)

55

25

40

28

35

32

Q(MVAr)

26,64

12,11

19,37

13,56

16,95

15,5

∆Ubt%

5,03

4,05

3,97

4,93

4,54

3,63

∆Usc%

10,06

-

7,94

9,86

9,08

7,26

Từ bảng ta thấy :

Nhận xét: Ta thấy tổn thất điện áp trong chế độ làm việc bình thường là trên đoạn N3-2, trong chế độ sự cố là trên đoạn N-3-2 và đã đảm bảo điều kiện kỹ thuật.

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

13


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Hình 2.2 Sơ đồ nối dây phương án 3
Các dòng công suất:

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

14


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Các dây dẫn đã thỏa mãn độ bền cơ.
Tính tương tự, ta được bảng sau:
Bảng 2.4
Đoạn

N-3

3-2

N-1

N-6

6-5

N-4

L(km)

53,85

41,23

44,72

50,99

44,72

63,25

I max(A)

160,38

145,8

116,64

195,37

102,06

81,65

I sc(A)

320,76

-

233,28

390,74

204,12

163,3

Fkt(mm2)

145,8

132,55

106,04

177,61

92,78

74,23

Mã dây

AC-150

AC-120

AC-95

AC-185

AC-95

AC-70

R(Ω)

5,65

11,13

7,38

4,33

7,38

14,55

X(Ω)

11,2

17,44

9,59

10,43

9,59

13,92

n

2

1

2

2

2

2

I cp(A)

445

380

330

510

330

265

P(MW)

55

25

40

67

35

28

Q(MVAr)

26,64

12,11

19,37

32,45

16,95

13,56

∆Ubt%

5,03

4,05

3,97

5,19

3,48

4,93

-

7,94

10,38

6,96

9,86

10,06
∆Usc%
Từ bảng ta thấy :

Nhận xét: Ta thấy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường là trên
đoạn N-3-2, trong chế độ sự cố là trên đoạn N-3-2 và đã đảm bảo điều kiện kỹ thuật.

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

15


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Hình 2.2 Sơ đồ nối dây phương án 4
Các dòng công suất:

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

16


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Các dây dẫn đã thỏa mãn độ bền cơ.
Tính tương tự, ta được bảng sau:
Bảng 2.5
Đoạn

N-3

3-2

N-1

N-5

5-4

N-6

L(km)

53,85

41,23

44,72

58,31

50,99

50,99

I max(A)

160,38

145,8

116,64

183,7

81,65

93,31

I sc(A)

320,76

-

233,28

367,4

163,3

186,62

Fkt(mm2)

145,8

132,55

106,04

167

74,23

84,83

Mã dây

AC-150

AC-120

AC-95

AC-185

AC-70

AC-95

R(Ω)

5,65

11,13

7,38

4,96

11,73

8,41

X(Ω)

11,2

17,44

9,59

11,92

11,22

10,94

n

2

1

2

2

2

2

I cp(A)

445

380

330

510

265

330

P(MW)

55

25

40

63

28

32

Q(MVAr
)

26,64

12,11

19,37

30,51

13,56

15,5

∆Ubt%

5,03

4,05

3,97

5,59

3,97

3,63

∆Usc%

10,06

-

7,94

11,18

7,94

7,26

Từ bảng ta thấy :

Nhận xét: Ta thấy tổn thất điện áp trong chế độ làm việc bình thường là trên đoạn N5-4, trong chế độ sự cố là trên đoạn N-5-4 và đã đảm bảo điều kiện kỹ thuật.

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

17


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Hình 2.2 Sơ đồ nối dây phương án 5
a.Chọn tiết diện dây dẫn.
Các dòng sông suất:

Ta có:

Sự cố đứt dây N-5:

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

18


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Sự cố đứt dây N-4:

Sự cố 4-5:

Các dây dẫn đã thỏa mãn độ bền cơ.
b.Tính ΔUbt , ΔUsc
Với N-3:AC-150 có :
r0=0,21(Ω/km)
x0=0,416(Ω/km)
Vì đường dây 2 mạch nên:

Vậy:
Sinh viên: Vũ Văn Kiên

19


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Với mạch vòng N-4-5:
Chế độ bình thường:

Chế độ sự cố:

+Sự cố đứt dây N-4:
+Sự cố đứt dây N-5:
+Đoạn 4-5
Tính tương tự, ta được bảng sau:
Bảng 2.6
Đoạn

N-4

4-5

N-5

N-3

3-2

N-1

N-6

L(km)

63,3

50,99

58,31

53,85

41,23

44,72

50,99

I max(A)

172,39

9,1

195,02

160,38

145,8

116,64

93,31

I sc(A)

367,4

204,11

367,4

320,76

145,8

233,28

186,62

Fkt(mm2)

156,72

8,27

177,29

145,8

132,55

106,04

84,83

Mã dây

AC-150

AC-70

AC-185

AC-150

AC-120

AC-95

AC-95

R(Ω)

13,29

23,46

9,91

5,65

11,13

7,38

8,41

X(Ω)

26,33

22,44

23,85

11,2

17,44

9,59

10,94

n

1

1

1

2

1

2

2

I cp(A)

445

265

510

445

380

330

330

P(MW)

29,56

1,56

33,44

55

25

40

32

Q(MVAr)

14,31

0,75

16,2

26,64

12,11

19,37

15,5

∆Ubt%

6,03

0,44

6,21

5,03

4,05

3,97

3,63

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

20


Trường đại học SPKT Hưng Yên

∆Usc%

13,56

9,93

Đồ án môn học lưới điện
11,17

10,06

4,05

7,94

7,26

Từ bảng ta thấy :

Nhận xét: Ta thấy tổn thất điện áp trong chế độ làm việc bình thường là trên đoạn N3-2, trong chế độ sự cố là trên đoạn N-4-5 và không đảm bảo điều kiện kỹ thuật.
Ta có bảng sau:
Bảng 2.7
Phương án

1

2

3

4

5

ΔUbt,%

6,21

9,08

9,08

9,56

9,08

ΔUsc,%

9,86

14,11

14,11

15,15

23,49

Từ bảng trên ta thấy 5 PA: 1, 2, 3, 4 đều thỏa mãn điều kiện kĩ thuật. Phương án 5
không thỏa mãn điều kiện kỹ thuật. Do đó ,ta chỉ xét 4 PA: 1, 2, 3, 4 để so sánh về
mặt kinh tế để tìm ra phương án tối ưu.

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

21


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

2.3 So sánh kinh tế các phương án
Để so sánh về mặt kinh tế các phương án ta dựa vào hàm chi phí tính toán hàng
năm sau:

Z = (avh+atc).KD+ A.C;
∆
trong đó:
avh: Hệ số vận hành đường dây
Cột bê tông cốt thép : avh= 0,04
Cột thép

: avh= 0,07

KD: Vốn đầu tư để xây dựng đường dây(Xét phần đường dây)
KD =K0 .L
K0 :Suất vốn đầu tư(tỉ đồng/km)
L :chiều dài đường dây(km)
Bảng K0 phụ thuộc vào số mạch và tiết diện dây dẫn, dự kiến sử dụng cột thép:
1 mạch

AC-70
2,01

AC-95
2,04

2 mạch

2,44

2,52

AC-120
2,23

AC-150
2,41

AC-185
2,51

ACO-240
3,15

ACO-300
3,7

2,64

3,13

3,43

4,25

4,89

atc: hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư, atc=0,125.
C: Giá của 1kwh, C = 1200đ/kWh.
A :Tổn thất điện năng
A = Pmax .
:Thời gian tổn thất công suất lớn nhất.
2.3.1.Phương án 1
Vốn đầu tư xây dựng các đường dây :

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

22


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Tổn thất trên mỗi đoạn đường dây:
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 3.1
Đoạn

N-1

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

L(km)

44,72

63,25

53,85

63,25

58,31

50,99

Mã dây

AC-95

AC-120

AC-70

AC-70

AC-95

AC-95

Số mạch

2

1

2

2

2

2

2,52

2,64

2,44

2,44

2,52

2,52

112,69

166,98

131,39

154,33

146,94

128,49

1,2

1,09

1,14

1,16

1,2

0,88

K0
(106 đ/km)
K(tỉ đồng)
Từ bảng ta có:

Pmax=6,67MW
=

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

23


Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

23.2.Phương án 2
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 3.2
Đoạn

N-3

3-2

N-1

N-4

N-5

N-6

L(km)

53,85

41,23

44,72

63,25

58,31

50,99

Mã dây

AC-150

AC-120

AC-95

AC-70

AC-95

AC-95

Số mạch

2

1

2

2

2

2

3,13

2,64

2,52

2,44

2,52

2,52

168,55

108,85

112,69

154,33

146,94

128,49

1,74

0,71

1,2

1,16

1,2

0,88

K0
(106 đ/km)
K(tỉ đồng)

23,5
Z(tỉ đồng)

193,92

2.3.3.Phương án 3:
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 3.3
Đoạn

N-3

3-2

N-1

N-6

6-5

N-4

L(km)

53,85

41,23

44,72

50,99

44,72

63,25

Mã dây

AC-150

AC-120

AC-95

AC-185

AC-95

AC-70

Số mạch

2

1

2

2

2

2

3,13

2,64

2,52

3,43

2,52

2,44

168,55

108,85

112,69

174,9

112,69

154,33

1,74

0,71

1,2

1,98

0,92

1,16

K0
(106 đ/km)
K(tỉ đồng)

26,3
Sinh viên: Vũ Văn Kiên

24

Trường đại học SPKT Hưng Yên

Đồ án môn học lưới điện

Z(tỉ đồng)

193,8

2.3.4.Phương án 4
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 3.4
Đoạn

N-3

3-2

N-1

N-5

5-4

N-6

L(km)

53,85

41,23

44,72

58,31

50,99

50,99

Mã dây

AC-150

AC-120

AC-95

AC-185

AC-70

AC-95

Số mạch

2

1

2

2

2

2

3,13

2,64

2,52

3,43

2,44

2,52

168,55

108,85

112,69

200

124,42

128,49

1,74

0,71

1,2

2,01

0,94

0,88

K0
(106 đ/km)
K(tỉ đồng)

25,51

Z(tỉ đồng)

195

Dựa vào kết quả tính toán ta có bảng sau:
Bảng 3.5
Phương án

1

2

3

4

ΔUbt,%

6,21

9,08

9,08

9,56

ΔUsc,%

9,86

14,11

14,11

15,15

Z

196,26

193,92

193,8

195

Sinh viên: Vũ Văn Kiên

25