Thiết kế mạng điện 110kv

Mục lục


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

CHƯƠNG 1:
CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐIỆN
XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG
1.1. THU THẬP SỐ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH VỀ PHỤ TẢI:
Xác định phụ tải điện là giai đoạn đầu tiên nhằm mục đích vạch ra sơ đồ, lựa
chọn và kiểm tra các phần tử của mạng điện như máy phát, đường dây, máy biến áp và
các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật. Nên công tác phân tích phụ tải chiếm một vị trí hết sức
quan trọng cần được thực hiện một cách chu đáo.
Thu thập số liệu về phụ tải để nắm vững vị trí và yêu cầu cùa các hộ tiêu thụ
lớn, dự báo nhu cầu tiêu thụ, sự phát triển của phụ tải trong tương lai. Có nhiều phương
pháp dựa trên cơ sở khoa học để xác định phụ tải điện.
Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện, phụ tải phân ra làm ba loại:
Loại một: bao gồm các phụ tải quan trọng, phải đảm bảo liên tục cung cấp điện
nên các đường dây phải bố trí sao cho vẫn đảm bảo cung cấp ngay cả khi sự cố trong
mạng điện.
Loại hai: bao gồm những phụ tải tuy quan trọng nhưng việc mất điện chỉ gây
giảm sút về số lượng sản phẩm, mức độ đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục cho
các phụ tải này cần được cân nhắc mới có thể quyết định được.

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 2

Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

Loại ba: bao gồm các phụ tải không quan trọng, việc mất điện không gây ra
những hậu quả nghiêm trọng, không cần phải xem xét đến các phương tiện dự trữ để
đảm bảo cung cấp.
Sau khi thu thập số liệu và phân tích về phụ tải, ta có bảng số liệu tổng hợp như
sau:
Bảng 1.1: Số liệu phụ tải

Đủ cung cấp cho tải với cos ϕ = 0.9
Điện áp thanh cái cao áp:
Nguồn điện

1.1 x Uđm lúc phụ tải cực đại
1.05 x Uđm lúc phụ tải cực tiểu
Uđm lúc sự cố

Phụ tải

1

2

3

4

5

6

P (MW)

25

24

23

27

25

28

cos j

0,82

0,83

0,86

0,84

0,82

0,85

P min (% Pmax)

40%

40%

40%

40%

40%

40%

T max (giờ/năm)

5000

5000

5000

5000

5000

5000

Kép

Kép

Vòng

Vòng

Yêu cầu cung cấp
điện
Điện áp định mức
(kV)
Yêu cầu điều chỉnh
điện áp phía thứ cấp

22

22

22

22

22

22

±5%

±5%

±5%

±5%

±5%

±5%

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 3


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

1.2. PHÂN TÍCH NGUỒN CUNG CẤP ĐIỆN
Nguồn điện cung cấp đủ công suất tác dụng theo nhu cầu của phụ tải với hệ số
công suất là 0,9. Điều này cho thấy nguồn có thể không cung cấp đủ yêu cầu về công
suất phản kháng và vì thế mà việc đảm bảo nhu cầu điện năng phản kháng có thể thực
hiện trong quá trình thiết kế bằng cách bù công suất phản kháng tại các phụ tải mà
không cần phải đi từ nguồn.
1.3. CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN:
Cần phải có sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong hệ
thống điện. Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng cung cấp của
các nguồn cho phụ tải thông qua mạng điện.
Tại mỗi thời điểm luôn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng công suất sản xuất và
tiêu thụ. Mỗi mức cân bằng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q xác định

một giá trị tần số và điện áp.
Trong mạng điện, tổn thất công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng,
Khi trong mạng thiếu hụt công suất kháng sẽ làm xấu tình trạng làm việc của các hộ
dùng điện, thậm chí làm ngừng sự truyền động của các máy công cụ trong xí nghiệp
gây thiệt hại rất lớn, đồng thời làm hạ điện áp của mạng và làm xấu tình trạng làm việc
của mạng. Cho nên việc bù công suất kháng là vô cùng cần thiết.
1.4. CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG:
Cân bằng công suất tác dụng là cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong
hệ thống và được biểu diễn bằng biểu thức sau:

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 4


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

∑ Pf = m ∑ Ppt + ∑ ∆ Pmd + ∑ Ptd + ∑ Pdt
Với:

∑ Pf : tổng công suất tác dụng phát ra do các máy phát điện .
∑ Ppt : tổng phụ tải tác dụng cực đại .

∑ Ptd : tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện .
∑ Pdt : tổng công suất dự trữ
∑ Pmd : tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và trạm biến áp.
m : hệ số đồng thời ( giả thiết chọn 0.8 )
Tổng phụ tải:

∑ p pt = p pt1 + p pt 2 + p pt 3 + p pt 4 + p pt 5 + p pt 6
∑ p pt = 25 + 24 + 23 + 27 +25 + 28 = 152 (MW)

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 5


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp :

∑ ∆ pmd

= 10%*m* ∑

p pt

∑ ∆ pmd = 0.1*0.8*152 = 12,16 (MW )
Trong thiết kế môn học giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhu cầu
công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp của nhà
máy điện. Nên tính cân bằng công suất tác dụng theo biểu thức sau :

∑ Pf = m ∑ p pt + ∑ ∆ pmd
∑ Pf = 0.8 * 152 + 12,16 = 133,76 (MW )
1.5. 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 còn đối với cả công suất phản kháng.
Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp. Phá hoại sự cân bằng
công suất phản kháng sẽ dẫn đến sự 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 điện
sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 6


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

để đảm bảo chất lượng 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.
Ta có mối quan hệ của công suất tác dụng phản kháng: Qi =Pi*tgφi
Từ các số liệu của tải và của nguồn tính ở trên ta có các công suất phản kháng
của nguồn và của các phụ tải như sau:
Bảng 1.5.1: Thông số công suất nguồn và phụ tải

Nguồn
ΣP (MW)

152

ΣS (MVA)

Tải 2

Tải 3

Tải 4

Tải 5

Tải 6

25

24

23

27

25

28

0,82

0,83

0,86

0,84

0,82

0,85

99,47

17,45

16,13

13,65

17,44

17,45

17,35

181,72

30,49

28,92

26,74

32,14

30,49

32,94

Cosφ
ΣQ (MVAr)

Tải 1

Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống.
Cân bằng công suất phản kháng được biểu diễn bằng biểu thức sau:

Trong đó:
: tổng công suất phát ra của các máy phát điện.Trong thiết kế môn học chỉ thiết
kế từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy nên chỉ cần cân bằng từ
thanh cái cao áp.
= 133,76 × tg(acos(0,9)) = 64,78 (MVAr)

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 7


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

: tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời.
: tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp có thể ước lượng với :

Ta chọn:
: tổng tổn thất công suất kháng trên các đoạn đường dây của mạng điện. Với

mạng điện 110 kV trong tính toán sơ bộ có thể xem tổn thất công suất phản kháng trên
cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh
ra.
: tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống
với
: công suất phản kháng dự trữ của hệ thống.
với:
Trong thiết kế môn học, chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của nhà máy điện có
thể không cần tính Qtd và Qdt. Từ công thức trên có thể suy ra lượng công suất kháng
cần bù QbùƩ.
Trong phần này ta chỉ xét cung cấp công suất bù cho tất cả các phụ tải. Và ta có
thể tạm cho một lượng Qbùi ở các phụ tải này sao cho tổng Qbù i bằng QbùƩ. Sau đó, ta
tính lại công suất biểu kiến và hệ số công suất cosφ mới theo công thức:
, và

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 8


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

Từ biểu thức và các số liệu bảng trên ta có QbùƩ:
- = 32,96 (MVAr)
Để nâng cao cos cho các phụ tải, ta phân bố dung lượng đến từng phụ tải thứ i
theo công thức:
= ()
: được tính bằng cách, sau khi nâng lên nhưng phải với điều kiện ∑.

Ta bù theo nguyên tắc sau:
Ưu tiên bù cho phụ tải ở xa nguồn.
Bù cho phụ tải có cos thấp.
Bù cho phụ tải lớn.

Bảng 1.5.2 : Bảng số liệu phụ tải sau khi bù sơ bộ công suất kháng:

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 9


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

Số liệu này sẽ được dùng trong phần so sánh phương án chọn dây chọn công
suất máy biến áp. Nếu sau này khi tính chính xác lại sự phân bố thiết bị bù mà một phụ
tải không được bù nhưng lại được bù sơ bộ thì ta phải kiểm tra lại tiết diện dây và công
suất máy biến áp đã chọn.

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 10


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

CHƯƠNG 2:
DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ
THUẬT
2.1. LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN:
Điện áp định mức của cả 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 tương đối giữa
các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện.
Vì chưa có sơ đồ nối dây cụ thể, sơ bộ về một số đường dây hình tia nối từ
nguồn đến phụ tải ở xa hoặc có công suất tiêu thụ lớn cấp điện áp phụ thuộc vào công
suất và khoảng cách truyền tải. Dựa vào công thức Still để tìm điện áp tải điện U(kV):
U=
Trong đó :
P : công suất truyền tải (KW).
L : khoảng cách truyền tải (km).
Bảng 2.1: Lựa chọn cấp điện áp tải điện.

Phụ
tải
P(MW
)

1

2

3

4

5

6

25

24

23

27

25

28

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 11


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

L(km)
U(kV)

5

GVHD:

44,7

2

41,2
3

41,2
3

44,7
2

44,7
2

44,7
2

89,6
3

87,6
4

85,9
8

92,7
9

89,6

3

94,3
4

2

1

Theo các cấp điện áp của Việt Nam thì chỉ

N

có
kV

cấp 110 KV là cao gần nhất so với 94,34

6
2.2.

4

nên ta sẽ chọn cấp điện áp 110 kV để
truyền tải cho hệ thống này.
CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG

3

ĐIỆN:

Vị trí nguồn và phụ tải

Dựa vào sơ đồ vị trí nguồn và yêu cầu cung cấp điện cho 6 phụ tải. Ta chia sơ
đồ theo 3 khu vực sau:
Khu vực 1 gồm phụ tải 1, 2

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 12


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

Khu vực 2 gồm phụ tải 3, 4
Khu vực 3 gồm phụ tải 5, 6

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 13


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

2

2

1

N

2
1

N

1
N

• Khu vực 1:
Khu vực này gồm phụ tải 1, 2 cung cấp điện không liên tục nên ta có các
phương án nối dây sau:

L1-N-2 = 85,95 Km

LN-1-2 = 80,78 Km

LN-2-1 = 77,29 Km

• Khu vực 2:
Bao gồm các phụ tải 3 và 4, theo yêu cầu đề bài thì cung cấp điện bằng đường
dây lộ kép nên ta có các phương án nối dây sau:

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 14

Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

5
N

6

L3-N-4 = 85,95 Km

LN-3-4 = 77,29 Km

N

LN-4-3 = 80,78 Km

N

N

4

4

3

3

4

3

• Khu vực 3:
Bao gồm các phụ tải 5 và 6, theo yêu cầu đề bài thì cung cấp điện bằng mạch
nên ta có các phương án nối dây sau:

L = 129,4 Km

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 15


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

• Từ các phương
án trên ta kết
2

2

hợp được những phương án đi

5

1

dây như sau :

5

1

PHƯƠNG ÁN 1N

N

PHƯƠNG ÁN 2

6

4

6

4

2

3
5

3
1

N

6

4
3

PHƯƠNG ÁN 3

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 16


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 17


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

2

2
PHƯƠNG ÁN 4

5

5

PHƯƠNG ÁN 51

1
N

N
6

6

4
3

4
3

2
5

1
N

6

4
3

PHƯƠNG ÁN 6

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 18


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

2

2
PHƯƠNG ÁN 7

5

5

PHƯƠNG ÁN 81

1
N

N
6

6

4
3

4
3

2
5

1
N

6

4
3
PHƯƠNG ÁN 9

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 19


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

2.3. TÍNH TOÁN CÁC PHƯƠNG ÁN
Tính toán chi tiết các phương án để ta chọn được phương án tối ưu trong việc đi
dây. Để chọn được phương án tối ưu: Ta tính ΣPiLi của từng phương án sau đó so sánh

các phương án với nhau, chọn 2 phương án tối ưu dựa vào ΣPiLi nhỏ nhất và đảm bảo
yêu cầu đề bài.
• Tải 1 và 2 mắc liên thông lộ đơn
N

1

2

S1 = 25 +j17,45

S2 = 24 + j16,13

 SN1 = S1 + S2 = 49 + j33,58
 S12 = S2 = 24 + j16,13

N

2

1

S2 = 24 + j16,13

S1 = 25 +j17,45

 SN2= S1 + S2 = 49 + j33,58
 S21 = S1= 25 + j17,45

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 20


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

• Tải 3 và 4 mắc liên thông kép
N

3

4

S3 = 23 + j13,65

S4 = 27 + j17,44

 SN3 = S3 + S4 = 50 + j31,09
 S34 = S4 = 27 + j17,44

N

4

3

S3 = 23 + j13,65

S4 = 27 + j17,44

 SN4 = S3 + S4 = 50 + j31,09
 S43 = S3 = 23 + j13,65

• Tải 5 và 6 mắc vòng kín
N

L5 = 44,72

5

L56 = 40

S5 =25 +j17,45

6

L6 = 44,72

S6 = 28 +j17,35

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 21


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

o

GVHD:

Đoạn N-5

PN5 = 26,04 (MW)
= 17,42 (MWAr)
 SN5 = 26,04 + j17,42 (MVA)
Cho P và Q có chiều như hình vẽ:
PN5

P56

5

QN5

Q56

P56 = PN5 – P5 = 26,04 – 25 = 1,04 (MW)
Q56 = QN5 – Q5 = 17,42 – 17,45 = -0,03 (MVAr)
 S56 = 1,04 - j0,03 (MVA)

P56

6

PN6

Q56

QN6
S6 = 28 + j17,35

PN6 = P6 – P56 = 28 – 1,04 = 26,96 (MW)

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 22


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

QN6 = Q6 - Q56 = 17,35 + 0,03 = 17,38 (MVAr)
 SN6 = 26,96 + j17,38 (MVA)
Bảng 2.3.1: Tổng hợp thông số đường dây:

Đường
dây

P
(MW)

Q
(MVAr)

S
L (km)

(MVA)

N-1

25

17,45

30,49

44,72

N-2

24

16,13

28,92

41,23

N-3

23

13,65

26,74

41,23

N-4

27

17,44

32,14

44,72

N-1-2

49

33,58

59,40

44,72

N-2-1

49

33,58

59,40

41,23

1-2

24

16,13

28,92

36,06

2-1

25

17,45

30,49

36,06

N-3-4

50

31,09

58,88

41,23

N-4-3

50

31,09

58,88

44,72

3-4

27

17,44

32,14

36,06

4-3

23

13,65

26,74

36,06

N-5

26,04

17,42

31,33

44,72

N-6

26,96

17,28

32,02

44,72

5-6

1,04

0,03

1,04

40,00

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 23


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

Bảng 2.3.2: Thông số ∑P*L của phương án 1
Phương án 1
Đường dây

N-1

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

5-6

Công suất (MW)

25

24

23

27

26,04

26,96

1,04

Chiều dài (km)

44,72

41,23

41,23

44,72

44,72

44,72

40,0

0

P*L (MW.km)

1.118,0
0

989,5
2

948,2
9

1.207,4
4

1.164,5
1

1.205,6
5

41,6
0

Tổng Pi*Li

6.675,01

Bảng 2.3.3: Thông số ∑P*L của phương án 2

Phương án 2
Đường dây

N-1

N-2

N-3-4

3-4

N-5

N-6

5-6

Công suất (MW)

25

24

50

27

26,04

26,96

1,04

Chiều dài (km)

44,72

41,23

41,23

36,06

44,72

44,72

40,0
0

P*L (MW.km)

1.118,0
0

989,5
2

2.061,5
0

973,6
2

1.164,5
1

1.205,6
5

41,6
0

Tổng Pi*Li

7.554,40

Bảng 2.3.4: Thông số ∑P*L của phương án 3
Phương án 3

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 24


Đồ án thiết kế mạng điện 110kV

GVHD:

Đường dây

N-1

N-2

N-4-3

4-3

N-5

N-6

5-6

Công suất (MW)

25

24

50

23

26,04

26,96

1,04

Chiều dài (km)

44,72

41,23

44,72

36,06

44,72

44,72

40,0
0

P*L (MW.km)

1.118,0
0

989,5
2

2.236,0
0

829,3

8

1.164,5
1

1.205,6
5

41,6
0

Tổng Pi*Li

7.584,66

Bảng 2.3.5: Thông số ∑P*L của phương án 4
Phương án 4
Đường dây

N-1-2

1-2

N-3

N-4

N-5

N-6

5-6

49

24

23

27

26,04

26,96

1,04

Chiều dài (km)

44,72

36,06

41,23

44,72

44,72

44,72

40,0
0

P*L (MW.km)

2.191,2
8

865,4
4

948,2
9

1.207,4
4

1.164,5
1

1.205,6
5

41,6
0

Công suất (MW)

Tổng Pi*Li

7.624,21

Bảng 2.3.6: Thông số ∑P*L của phương án 5
Phương án 5
Đường dây
Công suất (MW)

N-1-2

1-2

N-3-4

3-4

N-5

N-6

5-6

49

24

50

27

26,04

26,96

1,04

SVTH: Nguyễn Cường Thịnh

Trang 25