Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực

Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

LỜI CẢM ƠN
Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các lĩnh vực hoạt
động kinh tế và đời sống của con người. Nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao, chính vì vậy
chúng ta cần xây dựng thêm các hệ thống điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu
thụ. Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, các mạng điện và các hộ tiêu thụ điện được
liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và
tiêu thụ điện năng. Mạng điện là một tập hợp gồm có các trạm biến áp, trạm đóng cắt, các
đường dây trên không và các đường dây cáp. Mạng điện được dùng để truyền tải và phân phối
điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ.
Để đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện ngày càng nhiều và không ngừng của đất nước
của điện năng thì công tác quy hoạch và thiết kế mạng lưới điện đang là vấn đề cần quan tâm
của ngành điện nói riêng và cả nước nói chung.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em được nhà trường và khoa giao cho thực hiện đề tài tốt
nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”. Bản đồ án này bao gồm
hai phần: Phần thứ nhất có nhiệm vụ thiết kế mạng điện khu vực gồm hai nhà máy nhiệt điện
điện, một trạm biến áp trung gian và 10 phụ tải. Phần thứ hai có nhiệm vụ tính toán ổn định
động cho lưới điện đã thiết kế.
Đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên áp dụng được những kiến thức đã học, là cơ hội giúp
sinh viên hiểu được hơn thực tế, đồng thời có những khái niệm cơ bản trong công việc quy
hoạch và thiết kế mạng lưới điện và cũng là bước đầu tiên tập dượt để có những kinh nghiệm
cho công việc sau này nhằm đáp ứng đúng đắn về kinh tế và kỹ thuật trong công việc thiết kế
và xây dựng mạng lưới điện, sẽ mang lại hiệu quả cao đối với nền kinh tế đang phát triển ở
nước ta nói chung và đối với ngành điện nói riêng. Việc thiết kế mạng lưới điện phải đạt được
những yêu cầu về kỹ thuật đồng thời giảm tối đa được vốn đầu tư trong phạm vi cho phép.
Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, cùng với sự
giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS. Trần Thanh Sơn và các thầy cô trong khoa hệ
thống điện, em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp của mình. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn
chế nên đồ án còn nhiều khiếm khuyết. 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 được chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm
Sinh viên
Nguyễn Văn Lương

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

1


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................1
MỤC LỤC............................................................................................................2
DANH MỤC BẢNG............................................................................................6
DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................8
PHẦNITHIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC.....................................................10
CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI............................................11
1.1 Nguồn điện................................................................................................11
1.2 Phụ tải........................................................................................................11
1.3 Kết luận.....................................................................................................12
CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG NGUỒN VÀ PHỤ TẢI. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ
ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN..........................................................................13
2.1 Cân bằng công suất tác dụng.....................................................................13
2.2 Cân bằng công suất phản kháng................................................................14
2.3 Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn...............................................17
2.4 Kết luận.....................................................................................................20
CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT 5 PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN 2 PHƯƠNG

ÁN TỐI ƯU THEO CHỈ TIÊU KỸ THUẬT......................................................21
3.1 Đề xuất các phương án nối dây.................................................................21
3.2 Lựa chọn điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, tính tổn thất điện áp cho
các phương án..................................................................................................25
3.3 Kết luận.....................................................................................................57
CHƯƠNG 4 CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO CHỈ TIÊU KINH TẾ.......58

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

2


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

4.1 Phương pháp tính chỉ tiêu kinh tế..............................................................58
4.2 Tính chỉ tiêu kinh tế cho các phương án đã chọn ở chương 3..................60
4.2 Kết luận.....................................................................................................63
CHƯƠNG 5 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM CHO
PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC CHỌN.............................................................................64
5.1 Chọn số lượng và công suất máy biến áp..................................................64
5.2 Chọn sơ đồ nối dây trạm............................................................................67
5.3 Kết luận.....................................................................................................71
CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG
CÁC CHẾ ĐỘ CỦA PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC CHỌN..........................................72
6.1 Chế độ phụ tải cực đại...............................................................................72
6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu..............................................................................81
6.3 Chế độ sau sự cố........................................................................................91
6.4 Kết luận...................................................................................................102
CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TẠI CÁC NÚT PHỤ TẢI VÀ LỰA
CHỌN PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP.........................................103

7.1 Tính điện áp tại các nút của lưới điện trong các chế độ phụ tải cực đại, cực
tiểu và sau sự cố............................................................................................103
7.2 Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp cho các trạm.........................109
7.3 Kết luận...................................................................................................116
CHƯƠNG 8 TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG
ĐIỆN..................................................................................................................118
8.1 Vốn đầu tư xây dựng mạng điện.............................................................118
8.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện..........................................119
8.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện........................................................119
SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

3


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

8.4 Tính chi phí và giá thành.........................................................................120
PHẦN II KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA LƯỚI ĐIỆN THIẾT KẾ......123
CHƯƠNG 9 TÌM HIỂU VỀ ỔN ĐỊNH............................................................124
9.1 Định nghĩa ổn định của hệ thống điện.....................................................124
9.2 Phương trình chuyển động tương đối......................................................125
CHƯƠNG 10 LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ, TÍNH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP BAN ĐẦU
...........................................................................................................................127
10.1 Thông số các phần tử.............................................................................127
10.2 Tính quy chuyển thông số hệ thống và chế độ......................................129
CHƯƠNG 11 KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH BA PHA
PHÍA NHÀ MÁY 1...........................................................................................137
11.1 Biến đổi sơ đồ thay thế lưới điện...........................................................137
11.2 Đặc tính công suất khi ngắn mạch.........................................................140
11.3 Đặc tính công suất sau khi cắt ngắn mạch.............................................143

11.4 Tính góc cắt và thời gian cắt.................................................................145
11.5 Kết luận.................................................................................................153
CHƯƠNG 12 KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH BA PHA
PHÍA NHÀ MÁY 2...........................................................................................154
12.1 Đặc tính công suất khi ngắn mạch.........................................................154
12.2 Đặc tính công suất sau khi ngắn mạch..................................................158
12.3 Tính góc cắt và thời gian cắt.................................................................160
12.4 Kết luận.................................................................................................169
KẾT LUẬN CHUNG.......................................................................................170
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................171
SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

4


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

5


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1 Bảng tính toán phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiểu......................12
Bảng 2-2 Bảng tổng kết phương thức vận hành của 2 nhà máy..........................19
Bảng 3-3 Bảng chọn điện áp định mức cho các đường dây................................28
Bảng 3-4 Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 1.........32
Bảng 3-5 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường.....................................33

Bảng 3-6 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường và sự cố......................34
Bảng 3-7 Bảng chọn điện áp định mức cho các đường dây................................36
Bảng 3-8 Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 2.........40
Bảng 3-9 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường của các đường dây còn
lại.........................................................................................................................41
Bảng 3-10 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường và sự cố.....................42
Bảng 3-11 Bảng chọn điện áp định mức cho các đường dây..............................44
Bảng 3-12 Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 3.......45
Bảng 3-13 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường...................................50
Bảng 4-14 Giá thành 1 km đường dây trên không mạch 110 kV........................59
Bảng 4-15 Tổn thất công suất tác dụng và điện năng của phương án 1..............60
Bảng 4-16 Vốn đầu tư xây dựng đường dây phương án 1..................................61
Bảng 4-17 Tổn thất công suất tác dụng và điện năng của phương án 5..............62
Bảng 4-18 Vốn đầu tư xây dựng đường dây phương án 5..................................62
Bảng 4-19 Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật............................................63
Bảng 7-20 Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp..........................105

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

6


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

Bảng 7-21 Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp..........................107
Bảng 7-22 Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp..........................109
Bảng 7-23 Thông số điều chỉnh của MBA không điều chỉnh dưới tải..............110
Bảng 7-24 Thông số điều chỉnh của MBA điều chỉnh dưới tải.........................111
Bảng 7-25 Chọn các đầu điều chỉnh trong các máy biến áp các trạm còn lại.. .116
Bảng 8-26 Giá thành trạm biến áp truyền tải có một máy biến áp điện áp

110/10kV...........................................................................................................118
Bảng 8-27 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thông điện thiết kế................122
Bảng 10-28 Thông số của máy phát điện..........................................................127
Bảng 10-29 Thông số của các lộ đường dây.....................................................127
Bảng 10-30 Thông số của các phụ tải...............................................................128
Bảng 10-31 Tổng trở tương đối của các đường dây..........................................132
Bảng 10-32 Qui chuyển các phụ tải điện...........................................................134
Bảng 10-33 Tổng kết kết quả tính chế độ trước ngắn mạch..............................136
Bảng 11-34 Giá trị các tổng trở qui đổi.............................................................138
Bảng 11-35 Kết quả góc tương đối ..................................................................147
Bảng 12-36 Kết quả góc tương đối ..................................................................161

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

7


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 3-1 Sơ đồ nối dây phương án 1..................................................................22
Hình 3-2 Sơ đồ nối dây phương án 2..................................................................23
Hình 3-3 Sơ đồ nối dây phương án 3..................................................................24
Hình 3-4 Sơ đồ nối dây phương án 4..................................................................24
Hình 3-5 Sơ đồ nối dây phương án 5..................................................................24
Hình 5-6 Sơ đồ trạm tăng áp của các nhà máy nhiệt điện...................................67
Hình 5-7 Sơ đồ trạm trung gian 9.......................................................................69
Hình 5-8 Sơ đồ cầu trong....................................................................................70
Hình 5-9 Sơ đồ cầu ngoài....................................................................................71
Hình 9-10 Sơ đồ của hệ thống điện gồm hai nhà máy điện làm việc song song.

...........................................................................................................................126
Hình 10-11 Sơ đồ đẳng trị của nhà máy điện 1.................................................129
Hình 10-12 Sơ đồ đẳng trị của nhà máy điện 2.................................................130
Hình 10-13 Sơ đồ thay thế của phụ tải..............................................................133
Hình 10-14 Sơ đồ thay thế lưới điện ở chế độ xác lập......................................135
Hình 11-15 Sơ đồ đơn giản thứ tự thuận...........................................................140
Hình 11-16 Đồ thị tính góc cắt δC12................................................................148
Hình 11-17 Đồ thị δC12(t) xác định thời gian tCắt...........................................153
Hình 12-18 Đồ thị tính góc cắt δC21................................................................162
Hình 12-19 Đồ thị δC21(t) xác định thời gian tCắt...........................................169

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

8


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

9


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

PHẦNITHIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

10

Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI
Thiết kế mạng điện là đưa ra phương án nối dây hợp lý nhất nhằm đạt yêu cầu về mặt
kinh tế và kỹ thuật, đáp ứng tốt được các nhu cầu của phụ tải và hệ thống. Để đưa ra được
phương án hợp lí đó người thiết kế cần phải có sự tổng hợp, đánh giá về nguồn cung cấp và
phụ tải tiêu thụ. Trên cơ sở nắm vững được các đặc điểm của chúng như số nguồn điện, đặc
điểm nguồn phát, công suất phát kinh tế, công suất phát định mức, công suất phụ tải yêu cầu
tính chất phụ tải, mức độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng ,... để từ đó đưa ra
phương thức tính toán, lựa chọn hợp lý và phương thức vận hành của mạng điện mình thiết
kế, đảm bảo sao cho mạng điện vận hành kinh tế, an toàn tin cậy.
1.1 Nguồn điện
Hệ thống điện được cung cấp từ 2 nhà máy nhiệt điện với các thông số sau:
1. Nhà máy nhiệt điện 1 có:
- Công suất thiết kế: 4.70MW = 280 MW
- Hệ số cosϕđm = 0,83
- Điện áp định mức phát: Uđm = 10,5 kV
- Công suất định mức: Pđm = 70 MW
2. Nhà máy nhiệt điện 2 có:
- Công suất thiết kế: 4.60MW = 240 MW
- Hệ số cosϕđm = 0,85
- Điện áp định mức phát: Uđm = 10,5 kV
- Công suất định mức: Pđm = 60 MW
+ Nhiên liệu của nhiệt điện 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 P 70%
Pđm; khi phụ tải P < 30% Pđm các máy phát ngừng làm việc. Công suất phát kinh

tế của các nhà máy nhiệt điện thường bằng (7090%) Pđm.
+ Vì vậy cần có sự liên hệ giữa 2 nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa 2
nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình
thường trong các chế độ vận hành.
1.2 Phụ tải
Trong hệ thống điện thiết kế có 10 phụ tải. Tất cả các hộ phụ tải đều là phụ tải loại I và
có hệ số cosφ = 0,9. Phụ tải loại I là những phụ tải quan trọng có yêu cầu cung cấp điện liên
tục. Nếu xảy ra hiện tượng mất điện sẽ gây hậu quả và thiệt hại nghiêm trọng về an ninh,
chính trị. Các hộ phụ tải loại I cần phải được cung cấp bằng đường dây mạch kép để đảm bảo
cung cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chất lượng điện năng ở mọi chế độ vận hành.
SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

11


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện được tính như sau:

Q max = Pmax .tgϕ

(1-1)

S&max = Pmax + jQ max

(1-2)

2
2
Smax = Pmax
+ Q max

(1-3)

Từ cosφ =0,9 => tgφ =0,484
Kết quả giá trị công suất của phụ tải trong các chế độ cực đại và cực tiểu được biểu
trong bảng 1.1 sau:
Bảng 1-1 Bảng tính toán phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiểu.
Hộ tiêu
thụ

Pmax+jQmax

Smax

Pmin+ j Qmin

Smin

(MVA)

(MVA)

(MVA)

(MVA)

1

32 + j15,5

35,56

23 + j11,14

25,55

2

34 + j16,47

37,78

25 + j12,11

27,78

3

25 + j12,11

27,78

15 + j7,26

16,67

4

40 + j19,37

44,44

30 + j14,53

33,33

5

45 + j21,79

50

30 + j14,53

33,33

6

30 + j14,53

33,33

20 + j9,69

22,22

7

35 + j16,95

38,89

22 + j10,66

24,44

8

28 + j13,56

31,11

15 + j7,26

16,67

9

40 + j19,37

44,44

28 + j13,56

31,11

10

50 + j24,22

55,56

30 + j14,53

33,33

Tổng

Smax = 359 + j173,87

398,89

Smin = 238 + j115,27

264,44

1.3 Kết luận
Ở chương này, chúng ta đã xét đặc điểm của nguồn điện và sự phân bố của các phụ tải
trong khu vực cần thiết của lưới điện. Chương tiếp theo ta tính toán cân bằng nguồn điện và
phụ tải. Từ đó có thể sơ bộ xác định chế độ làm việc cho nguồn điện.

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

12


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG NGUỒN VÀ PHỤ TẢI. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ
CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN

Trong hệ thống điện, chế độ vận hành ổn định chỉ có khi có sự cân bằng công suất tác
dụng và công suất phản kháng.Cân bằng công suất tác dụng trước tiên cần giữ được tần số
bình thường trong hệ thống, còn để giữ được điện áp bình thường cần có sự cân bằng công
suất phản kháng ở hệ thống nói chung và ở từng khu vực nói riêng.
Để đảm bảo cho mạng điện làm việc ổn định, đảm bảo cung cấp điện cho các hộ phụ tải
thì nguồn điện phải cung cấp đầy đủ cả về công suất tác dụng và công suất phản kháng cho
các phụ tải, tức là mỗi thời điểm luôn luôn tồn tại cân bằng giữa nguồn công suất phát và
nguồn công suất tiêu thụ cộng với công suất tiêu tán trên đường dây và máy biến áp.
Mục đích của phần này ta tính toán xem nguồn điện có đáp ứng đủ công suất tác dụng
và công suất phản kháng không. Từ đó định ra phương thức vận hành cụ thể cho nhà máy
điện, nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải cũng như chất lượng điện năng với
chi phí nhỏ nhất.
Khi tính toán sơ bộ ta coi tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp là
không đổi. Nó được tính theo % công suất của phụ tải cực đại.
2.1 Cân bằng công suất tác dụng
Đặc điểm rất quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ các
nguồn đến hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành số lượng nhận thấy được. 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, các nhà máy của hệ thống điện cần
phải phát công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong các
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 thường 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 như sự phát triển của hệ thống.
Vì vậy, phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với
hệ thống điện thiết kế có dạng:

∑ PF = m∑P

max

+ ∑∆P + ∑Ptd + ∑Pdt

(2-4)

trong đó:
- ∑PF : tổng công suất tác dụng định mức của hai nhà máy
- m: hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại (m = 1).

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

13


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
- ∑Pmax: tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại.
- ∑∆P: tổng tổn thất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆P = 5%∑Pmax
- ∑Ptd : công suất tự dùng trong nhà máy điện, có thể lấy bằng 10% tổng công suất
đặt trong nhà máy.
- ∑Pdt: công suất dự trữ trong hệ thống.
Tổng công suất tác dụng định mức của hai nhà máy:

∑P

F

=

∑P

ND1

+ ∑ PND 2 = 4.70 + 4.60 = 520(MW)

Tổng công suất tác dụng của các phụ tải khi cực đại được xác định từ bảng 1.1 bằng :
∑Pmax = 359 (MW).
Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện có giá trị:
∑∆P = 5%∑Pmax = 0,05.359 = 17,95 (MW)
Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện bằng:
∑Ptd = 10% Pđm = 0,1.520 = 52 (MW)
Tổng công suất tác dụng dự trữ:
∑Pdtr = ∑PF – m.∑Ppt - ∑ΔP - ∑Ptd = 520 – 359 - 17,95 – 52 = 91,05 (MW)
Ta thấy rằng:

∑P

dtr

=

91,05
.100 = 25,36%∑ Ppt
359

Và lớn hơn công suất của một tổ máy. Vậy lưới điện thiết kế có khả năng dự trữ công
suất tác dụng.
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 giữa điện
năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm. Sự cân bằng đòi hỏi không những

chỉ đối với công suất tác dụng, mà cả đối với 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 công suất phản kháng phát
ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu
công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy, để đảm bảo chất lượng

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

14


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
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.

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

15


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng:

∑Q + ∑Q
F

b

= m∑Qptmax + ∑∆QL + ∑∆Qb - ∑ QC + Qtd + Qdt

(2-5)

trong đó:
- m = 1: hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại.
- ∑QF: tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiệt điện 1; 2 phát ra.
- ∑∆QL: tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây
trong mạng điện.
- ∑ QC: tổng tổn thất công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh
ra, khi tính sơ bộ lấy ∑QL = ∑QC.
- ∑∆Qb: tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp.
- Qtd: công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện (cosφtd = 0,75 ÷ 0,8) lấy
cosφtd = 0,75.
- Qdt: công suất phản kháng dự trữ trong mạng.
Tổng công suất phản kháng do 2 nhà máy nhiệt điện phát ra bằng:
∑QF1 + ∑QF2 =∑ PF1.tgφ1 + ∑ PF2.tgφ2 = 280.0,672 + 240.0,62 = 336,96 (MVAr)
Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định theo
bảng 1.2 bằng:
∑Qptmax = 173,87 (MVAr).
Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp hạ áp bằng:
∑∆Qb = 0,15.173,87 = 26,08 (MVAr).
Tổng công suất phản kháng tự dùng trong các nhà máy điện có giá trị bằng:
Qtd = Ptd .tgφtd
Đối với cosφtd = 0,75 thì tgφtd = 0,88. Do đó:
Qtd = 52.0,88 = 45,76 (MVAr)

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

16

Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
Tổng công suất phản kháng dự trữ cho mạng

∑Q

dtr

= 15%.(∑ Q pt max + ∑ Q L − ∑ QC + ∑ ∆Q b + ∑ Q td )

= 0,15.(173,87 + 26,08 + 45,76) = 36,86 (MVAr)
Vậy tổng công suất phản kháng cần bù∑Qb:
∑Qb = m∑Qptmax + ∑∆QL + ∑∆Qb - ∑ QC + Qtd + Qdt - ∑QF
= 173,87 + 45,76 + 36,86 – 336,96 = - 80,47 (MVAr)
Do vậy 2 nhà máy có đủ khả năng cung cấp công suất phản kháng cho phụ tải nên
không cần bù sơ bộ cho các phụ tải.
2.3 Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn
Hai nhà máy điện đều là nhiệt điện có cùng số tổ máy nhưng nhà máy 1 có công suất
lớn hơn, nên ta chọn nhà máy nhiệt điện 1 làm nhiệm vụ cân bằng công suất.
2.3.1 Chế độ phụ tải cực đại
Ta có công suất yêu cầu của phụ tải (chưa tính đến công suất tự dùng)

∑P

yc

= ∑ Ppt max + ∑ ∆P = 359 + 17,95 = 376,95MW

Lượng công suất yêu cầu của phụ tải trong chế độ phụ tải cực đại chiếm:
376,95
.100 = 72, 49% tổng công suất đặt của hai nhà máy.

520
Giả sử nhà máy 2 phát lên lưới 80% công suất, ta có:
Công suất nhà máy 2 phát lên lưới là:
Pvh2 = PF2 – Ptd2 = 80%.Pđm2 – 10%.(80%Pđm2)
= 0,8.240 – 0,1.0,8.240 = 172,8 (MW)
Công suất nhà máy 1 phát lên lưới là:
Pvh1 = ∑ Pyc – Pvh2 =376,95-172,8 = 204,15 (MW)
Công suất nhà máy 1 đảm nhận phát ra:
PF1 = Pvh1 + Ptd1 = 204,15 + 0,1.PF1
=> 0,9PF1 = 204,15 => PF1 = 226,833 (MW)

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

17


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
226,833
.100 = 81, 01% đạt giới hạn công
280
suất phát kinh tế của các tổ máy nhiệt điện từ (70%-90%)Pđm .
Lượng công suất phát của nhà máy 1 chiếm:

2.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu
Khi phụ tải cực tiểu yêu cầu công suất thấp vì vậy ta cần phân bố lại công suất cho hai
nhà máy:
Nhà máy 2 chỉ phát lên lưới 3 tổ máy với công suất 180 (MW).
Tacó:

∑P

yc

= ∑ Ppt min + ∑ ∆P = 238 + 0,05.238 = 249,9MW

Giả sử nhà máy 2 phát lên lưới 85 % công suất, ta có:
Công suất nhà máy 2 phát lên lưới là:
Pvh2 = PF2 – Ptd2 = 85%.Pđm2 – 10%.85%Pđm2
= 0,85.180 – 0,1.0,85.180 = 137,7 (MW)
Công suất nhà máy 1 phát lên lưới là:
Pvh1 = ∑ Pyc – Pvh2 = 249,9 – 137,7 = 112,2 (MW)
Công suất nhà máy 1 đảm nhận phát ra:
PF1 = Pvh1 + Ptd1 = 112,2 + 0,1.PF1
=> 0,9PF1 = 112,2 => PF1 = 124,67 (MW)
Như vậy nhà máy 1 chỉ cần phát 2 tổ máy, lượng công suất phát ra của nhà máy 1
124, 67
.100 = 89, 05% đạt giới hạn công suất phát kinh tế của các tổ máy nhiệt điện
chiếm:
140
từ (70%-90%)Pđm.
2.3.3 Chế độ sự cố
Ta xét trường hợp sự cố hỏng 1 tổ máy nhà máy 1 trong khi phụ tải cực đại.
Công suất yêu cầu của phụ tải:

∑P

yc

= ∑ Ppt max + ∑ ∆P = 359 + 17,95 = 376,95(MW)

Khi nhà máy 2 phát lên lưới 95% công suất

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

18


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
Công suất nhà máy 2 phát lên lưới là:
Pvh2sc = PF2sc – Ptd2 = 95%.Pđm2 – 10%.(95%Pđm2)
= 0,95.240 – 0,1.0,95.240 = 205,2 (MW)
Công suất nhà máy 1 phát lên lưới là:
Pvh1sc = ∑ Pyc – Pvh2sc = 376,95 – 205,2=171,75 (MW)
Công suất nhà máy 1 đảm nhận phát ra:
PF1sc = Pvh1 + Ptd1sc = 171,75 + 0,1.PF1sc
=> 0,9PF1sc = 171,75 => PF1sc = 190,833 (MW)
Lượng công suất phát ra của nhà cấp đủ công suất cho hệ máy 1 chiếm:
190,833
.100 = 90,87% . Như vậy trong trường hợp sự cố 2 nhà máy vẫn đảm bảo cung thống.
210
Từ các lập luận cùng với các tính toán ở trên ta có bảng tổng kết phương thức vận hành
của 2 nhà máy trong các chế độ như sau:
Bảng 2-2 Bảng tổng kết phương thức vận hành của 2 nhà máy.
Chế độ vận hành

Phụ tải cực đại

Nhà máy điện 1

Nhà máy điện 2

- 4 tổ máy

- 4 tổ máy

- Phát 226,833 MW

- Phát 192 MW

- Chiếm 81,01% công suất đặt. - Chiếm 80% công suất đặt.

Phụ tải cực tiểu

- 2 tổ máy

- 3 tổ máy

- Phát 124,67 MW

- Phát 153 MW

- Chiếm 89,05 % công suất đặt - Chiếm 85 % công suất đặt

Chế độ sự cố

- 3 tổ máy

- 4 tổ máy

- Phát 190,833 MW

- Phát 228 MW

- Chiếm 90,87 % công suất đặt - Chiếm 95 % công suất đặt

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

19


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
2.4 Kết luận
Trong chương này ta đã đi tính toán cân bằng nguồn và phụ tải qua đó nhận thấy rằng
nhà máy có khả năng dự trữ công suất tác dụng và công suất phản kháng đảm bảo cho hệ
thống vận hành bình thường. Ngoài ra, chế độ vận hành của nhà máy nhiệt điện khi phụ tải
cực đại, cực tiểu, và xảy ra sự cố cũng được xác định. Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ
chọn phương án nối dây cho lưới điện.

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

20


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT 5 PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN 2
PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO CHỈ TIÊU KỸ THUẬT
Mục đích của tính toán thiết kế là nhằm tìm ra phương án phù hợp và đảm bảo những
yêu cầu quan trọng nhất như cung cấp điện kinh tế với chất lượng và độ tin cậy cao.Muốn làm
được điều đó thì vấn đề đầu tiên cần phải giải quyết là lựa chọn sơ đồ cung cấp điện.Trong đó

có những công việc phải tiến hành đồng thời như lựa chọn điện áp định mức, tiết diện dây
dẫn, tổn thất điện áp…
Trong quá trình thành lập các phương án nối điện cần phải chú ý tới những nguyên tắc
sau đây :
- Mạng điện phải đảm bảo tính an toàn cung cấp điện liên tục.Trong đồ án thiết kế
10 hộ phụ tải đều là loại I nên phải đảm bảo cung cấp điện liên tục, không được
phép gián đoạn do vậy trong phương án nối dây ta dùng mạch kép hoặc mạch
vòng.
- Đảm bảo chất lượng điện năng như tần số, điện áp…
- Chỉ tiêu kinh tế cao, vốn đầu tư nhỏ, tổn thất nhỏ, chi phí vận hành nhỏ.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, vận hành đơn giản, linh hoạt có khả năng
phát triển.
Trong chương này chúng ta sẽ đề xuất các phương án nối dây và tính toán chỉ tiêu kỹ
thuật cho các phương án.
3.1 Đề xuất các phương án nối dây
Để có sự liên kết giữa các nhà máy làm việc trong hệ thống điện thì cần phải có sự liên
lạc giữa các nhà máy với nhau. Khi phân tích nguồn và phụ tải ta thấy phụ tải 9 nằm giữa 2
nhà máy nên ta sử dụng một mạch đường dây lộ kép nối 2 nhà máy thông qua phụ tải 9.
Khi dự kiến các phương án nối dây phải dựa trên các ưu khuyết điểm của một số sơ đồ
mạng điện cũng như phạm vi sử dụng của chúng:
Mạng điện hình tia:
- Ưu điểm:
+ Có khả năng sử dụng các thiết bị đơn giản, rẻ tiền 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:
+ Độ tin cậy cung cấp điện thấp.

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

21


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
Mạng điện liên thông:
- Ưu điểm:
+ Việc tổ chức thi công sẽ thuận lợi hơn vì hoạt động trên cùng 1 đường dây.
+ Độ tin cậy cung cấp điện tốt hơn lưới hình tia.
- Nhược điểm:
+ Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng lớn.
Mạng điện mạch vòng
- Ưu điểm:
+ Độ tin cậy cung cấp điện cao.
- Nhược điểm:
+ Số lượng máy cắt cao áp nhiều hơn,bảo vệ rơle phức tạp hơn.
+Tổn thất điện áp lúc sự cố lớn.
Từ vị trí tương quan giữa các phụ tải với nhau, giữa các phụ tải với nguồn và các nhận
xét ở trên ta vạch ra 5 phương án như sau:
Phương án 1
8

53,8
km

4

44,
7km

50

km

m

3

41,2

NÐ2

44,

7km

6

10
km

5

k
31,6
m

2

m
,7k
44

km
36

60km

60, 8k

9

NÐ1
m
4k
,
42

7

1

Hình 3-1 Sơ đồ nối dây phương án 1.

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

22


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
Phương án 2

7

8

km
36

m
41,2k

53,8
km

NÐ1
4

NÐ2
m
,7k

km
31,6

44

10

50
km

44,
7km

2

6
60km

9

m
60,8k

3

m
4k
,
42

5
k
36

m

1
Hình 3-2 Sơ đồ nối dây phương án 2.
Phương án 3

8

44,

7km

2

6

10

41,2k
m

km
31,6

NÐ2
m
7k
44,

9
50
km

m
60,8k

3

NÐ1
km
,4
60km

42

km
36

m

4

7
41,2k

53,8
km

5

km
36

1

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

23


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
Hình 3-3 Sơ đồ nối dây phương án 3.
Phương án 4
7

8

53,8
km

km
36

NÐ1
4

50
km

7km

6
60km

9

m
60,8k

3

m
4k
,
42

44,

S9=40+j19,37

10

7km NÐ2
44,

2

km
31,6

40km

44,
7km

5

km
36

1

Hình 3-4 Sơ đồ nối dây phương án 4.
Phương án 5
8

53,8
k

m

4

60,8k

9

44,
7km

44,
7

40km

NÐ2

km
31,6

2

km

50
km

m

3

7

6

60km

NÐ1
km
,4
2
4

36

km

10

5
km
36

1

Hình 3-5 Sơ đồ nối dây phương án 5.

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

24


Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực”
3.2 Lựa chọn điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, tính tổn thất điện áp cho các phương
án
3.2.1 Phương án 1
8
S8=28+j15,36

m
50
k

km

S3=25+j12,11

S2=34+j16,47

km
31,6

2

7km
44,

7km

6
S6=30+j14,53

S9=40+j19,37

10

41,2k
m

NÐ2

42

km
,4

44,

60km

9

m
60,8k
44,
7

km
36
S7=35+j16,95

NÐ1

S4=40+j19,37
4

3

7

53,8
km

S10=50+j24,22

5

S5=45+j21,79

1
S1=32+j15,5

3.2.1.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ
Phân bố lại công suất cho từng đoạn đường dây không xét đến tổn thất
Các đường dây NĐ2-1, NĐ2-2, NĐ2-3, NĐ2-4, NĐ2-5, NĐ1-6, NĐ1-7, NĐ1-8, NĐ110 là mạng hình tia nên công suất truyền tải trên các lộ nối từ nguồn đến phụ tải tương ứng
chính là các Pi. Với đoạn đến phụ tải 9 sẽ được tính như sau:
Xét đoạn liên lạc NĐ1-9-NĐ2:
P9-NĐ2 = Ptd2+ PN + ∆PN - PF2

(3-6)

trong đó:
- PF2: tổng công suất phát kinh tế của NĐ2.
- Ptd2: công suất tự dùng trong nhà máy điện 2.
- PN: tổng công suất của các phụ tải chỉ nối với NĐ2.
- ∆PN: tổn thất công suất trên các đường dây do nhiệt điện cung cấp (∆P N = 5%
PN).

SVTH: Nguyễn Văn Lương - Lớp Đ1-H2

25