THIẾT-KẾ-LƯỚI-DIỆN-KHU-VỰC-XA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
--------

--------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC
Giáo viên hướng dẫn

: TS. LÊ TUẤN HỘ

Sinh viên thực hiện

: VÕ THANH XA

Lớp

: KTĐ-ĐT K36B

Ngành

: Kỹ thuật Điện, Điện tử


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI...............................................2

1.1. Các số liệu về nguồn và phụ tải........................................................................2
1.1.1.

Sơ đồ địa lý.............................................................................................2

1.1.2.

Bản đồ địa lý nguồn và tải......................................................................2

1.1.3.

Những số liệu nguồn cung cấp...............................................................3

1.1.3.1. Nguồn điện 1: Nhà máy thủy điện A.......................................................3
1.1.3.2. Nguồn điện 2: Hệ thống điện công suất vô cùng lớn B...........................4
1.1.4.

Dữ liệu phụ tải điện:...............................................................................4

1.2. Phân tích nguồn và phụ tải................................................................................6
1.3. Cân bằng công suất trong nhà máy điện...........................................................7
1.3.1.

Cân bằng công suất tác dụng..................................................................7

1.3.2.

Cân bằng công suất phản kháng.............................................................8

CHƯƠNG 2

DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN. SO

SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN ĐÃ ĐỀ RA VỀ MẶT KỸ THUẬT.............................12
2.1. Dự kiến các phương án nối dây trong mạng điện............................................12
2.1.1.

Phương án 1..........................................................................................13

2.1.2.

Phương án 2..........................................................................................13

2.1.3.

Phương án 3..........................................................................................14

2.1.4.

Phương án 4..........................................................................................14

2.2. So sánh các phương án về mặt kỹ thuật..........................................................15
2.2.1.

Tính phân bố công suất trên các đoạn đường dây.................................15

2.2.2.

Chọn cấp điện áp tải điện cho mạng.....................................................15

2.2.3.

Chọn tiết diện dây dẫn..........................................................................15

2.2.4.

Kiểm tra tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường và sự cố................17

2.3. Tính toán kỹ thuật cho từng phương án..........................................................17
2.3.1.

Phương án 1..........................................................................................17

2.3.1.1. Tính phân bố công suất trên các đoạn đường dây.................................17
2.3.1.2. Chọn cấp điện áp tải điện......................................................................19
2.3.1.3. Chọn tiết diện dây dẫn..........................................................................20


2.3.1.4. Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố.................................................22
2.3.1.5. Kiểm tra tổn thất điện áp.......................................................................26
2.3.2.

Phương án 2..........................................................................................28

2.3.2.1. Tính phân bố công suất trên các đoạn đường dây.................................28
2.3.2.2. Chọn cấp điện áp tải điện......................................................................29
2.3.2.3. Chọn tiết diện dây dẫn..........................................................................30

2.3.2.4. Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố.................................................30
2.3.2.5. Kiểm tra tổn thất điện áp.......................................................................32
2.3.3.

Phương án 3..........................................................................................33

2.3.3.1. Tính phân bố công suất trên các đoạn đường dây.................................33
2.3.3.2. Chọn cấp điện áp tải điện......................................................................34
2.3.3.3. Chọn tiết diện dây dẫn..........................................................................35
2.3.3.4. Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố.................................................35
2.3.3.5. Kiểm tra tổn thất điện áp.......................................................................37
2.3.4.

Phương án 4..........................................................................................38

2.3.4.1. Tính phân bố công suất trên các đoạn đường dây.................................38
2.3.4.2. Chọn cấp điện áp tải điện......................................................................39
2.3.4.3. Chọn tiết diện dây dẫn..........................................................................40
2.3.4.4. Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố.................................................41
2.3.4.5. Kiểm tra tổn thất điện áp.......................................................................43
CHƯƠNG 3

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KINH TẾ....................45

3.1. Phương án 1....................................................................................................46
3.1.1.

Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây.................................46

3.1.2.

Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện...................................................46

3.1.3.

Xác định chi phí vận hành hằng năm....................................................47

3.2. Phương án 2....................................................................................................48
3.3. Phương án 3....................................................................................................49
CHƯƠNG 4..

CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT CỦA CÁC CÁC MÁY BIẾN

ÁP TRONG CÁC TRẠM, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ MẠNG ĐIỆN.........51
4.1. Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong các trạm tăng áp của nhà máy
điện ....................................................................................................................... 51


4.2. Chọn số lượng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp.......................51
4.3. Chọn sơ đồ trạm và sơ đồ nối dây chi tiết của mạng điện...............................53
CHƯƠNG 5

TÍNH BÙ KINH TẾ CHO MẠNG ĐIỆN......................................56

5.1. Tính toán tổng quát bài toán bù kinh tế cho mạng điện...................................56
5.2. Tính toán Qb cho từng phụ tải.........................................................................57
5.2.1.

Phụ tải 1................................................................................................57

5.2.2.

Phụ tải 2, 3, 4, 5, 6, 7, và 8...................................................................58

5.2.3.

Phụ tải 9................................................................................................58

CHƯƠNG 6

TÍNH CHÍNH XÁC PHÂN BỐ CÔNG SUẤT, KIỂM TRA SỰ

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG, TÍNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT
TRONG MẠNG ĐIỆN..............................................................................................62
6.1. Chế độ phụ tải cực đại.....................................................................................62
6.1.1.

Đường dây A – 1...................................................................................62

6.1.2.

Các đường dây A – 2, A – 3 và A – 4...................................................63

6.1.3.

Đường dây A – 9 – B............................................................................64

6.1.3.1. Tính dòng công suất từ thủy điện A chạy vào đường dây A – 9............65
6.1.3.2. Tính dòng công suất chạy vào cuộn dây cao áp trạm 9.........................66
6.1.3.3. Tính dòng công suất từ hệ thống chạy vào nút 9...................................67

6.1.4.

Các đường dây B – 5, B – 6, B – 7 và B – 8.........................................67

6.1.5.

Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống......................................69

6.2. Chế độ phụ tải cực tiểu...................................................................................69
6.2.1.

Đường dây A – 1...................................................................................71

6.2.2.

Các đường dây A – 3, A – 4, B – 5 và B – 8........................................72

6.2.3.

Đường dây A – 2...................................................................................73

6.2.4.

Các đường dây B – 6 và B – 7..............................................................74

6.2.5.

Đường dây A – 9 – B............................................................................75

6.2.5.1. Tính dòng công suất từ thủy điện A chạy vào đường dây A – 9............75

6.2.5.2. Tính dòng công suất chạy vào cuộn dây cao áp trạm 9.........................77
6.2.5.3. Tính dòng công suất từ hệ thống chạy vào nút 9...................................77
6.2.6.

Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống......................................80

6.3. Chế độ sau sự cố.............................................................................................80


6.3.1.

Đường dây A – 1...................................................................................80

6.3.2.

Các đường dây A – 2, A – 3 và A – 4....................................................82

6.3.3.

Các đường dây B – 5, B – 6, B – 7 và B – 8.........................................82

6.3.4.

Đường dây A – 9 – B............................................................................82

6.3.4.1. Tính dòng công suất từ thủy điện A chạy vào đường dây A – 9............83
6.3.4.2. Tính dòng công suất chạy vào cuộn dây cao áp trạm 9.........................84
6.3.4.3. Tính dòng công suất từ hệ thống chạy vào nút 9...................................85
6.3.5.

Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống......................................87

CHƯƠNG 7

TÍNH ĐIỆN ÁP TẠI CÁC NÚT CỦA MẠNG ĐIỆN VÀ CHỌN

ĐẦU PHÂN ÁP CHO CÁC TRẠM BIẾN ÁP GIẢM ÁP.......................................88
7.1. Tính điện áp các nút trong mạng điện.............................................................88
7.1.1.

Chế độ phụ tải cực đại (Ucs = 121 kV)..................................................88

7.1.1.1. Đường dây A – 9 – B.............................................................................88
7.1.1.2. Đường dây A – 1...................................................................................88
7.1.1.3. Đường dây B – 5...................................................................................89
7.1.2.

Chế độ phụ tải cực tiểu (Ucs = 115 kV).................................................89

7.1.2.1. Đường dây A – 9 – B.............................................................................89
7.1.2.2. Đường dây A – 1...................................................................................90
7.1.2.3. Đường dây B – 5...................................................................................91
7.1.3.

Chế độ sau sự cố (Ucs = 121 kV)..........................................................91

7.1.3.1. Đường dây A – 9 – B.............................................................................91
7.1.3.2. Đường dây A – 1...................................................................................92
7.1.3.3. Đường dây B – 5...................................................................................92
7.2. Điều chỉnh điện áp trong mạng điện...............................................................93

7.2.1.

Chọn các đầu điều chỉnh trong máy biến áp trạm 1..............................94

7.2.1.1. Chế độ phụ tải cực đại...........................................................................94
7.2.1.2. Chế độ phụ tải cực tiểu..........................................................................96
7.2.1.3. Chế độ sau sự cố...................................................................................96
7.2.2.

Chọn các đầu điều chỉnh trong các máy biến áp của các trạm còn lại. .96

CHƯƠNG 8.......

TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG

ĐIỆN........................................................................................................................... 98


8.1. Vốn đầu tư xây dựng mạng điện.....................................................................98
8.2. Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện..................................................99
8.3. Tổn thất điện năng trong mạng điện................................................................99
8.4. Tính chi phí và giá thành...............................................................................100
8.4.1.

Chi phí vận hành hàng năm................................................................100

8.4.2.

Chi phí tính toán hàng năm.................................................................100

8.4.3.

Giá thành truyền tải điện năng............................................................100

8.4.4.

Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại.....100

KẾT LUẬN............................................................................................................... 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................103


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Công suất và tính chất các phụ tải.................................................................4
Bảng 1.2. Thông số các phụ tải......................................................................................6
Bảng 1.3. Số liệu các phụ tải trước và sau khi bù.........................................................11
Bảng 2.1. Thông số các dây dẫn..................................................................................16
Bảng 2.2. Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện................................20
Bảng 2.3. Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 1..................25
Bảng 2.4. Các giá trị tổn thất điện áp trong mạng điện................................................28
Bảng 2.5. Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện phương án 2............29
Bảng 2.6. Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 2..................31
Bảng 2.7 Các giá trị tổn thất điện áp trong mạng điện.................................................33
Bảng 2.8. Điện áp tính toán và điện áp của mạng điện PA 3........................................34
Bảng 2.9. Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 3..................36
Bảng 2.10. Các giá trị tổn thất trong mạng điện...........................................................38
Bảng 2.11. Điện áp tính toán và điện áp định mức mạng điện PA 4.............................40
Bảng 2.12. Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 4................42
Bảng 2.13. Các giá trị tổn thất trong mạng điện...........................................................44
Bảng 3.1. Giá thành đường dây trên không một mạch điện áp 110 kV (106 đ/km).....46

Bảng 3.2. Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của PA 1...........47
Bảng 3.3. Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của PA 2...........48
Bảng 3.4. Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của PA 3...........49
Bảng 3.5. Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - Kỹ thuật của các phương án so sánh...........50
Bảng 4.1. Các thông số kỹ thuật của MBA tăng áp......................................................51
Bảng 4.2. Kết quả chọn công suất của MBA tong mạng điện......................................52
Bảng 4.3. Các thông số kỹ thuật của máy biến áp........................................................53
Bảng 5.1. Kết quả bù kinh tế các phụ tải......................................................................61
Bảng 6.2. Các dòng công suất và tổn thất công suất trong tổng trở MBA...................68
Bảng 6.3. Công suất của các phụ tải trong chế độ cực tiểu..........................................69
Bảng 6.4. Giá trị Spt và Sgh của các trạm hạ áp.............................................................70
Bảng 6.5. Các dòng công suất và tổn thất công suất trong tổng trở MBA...................79


Bảng 6.6. Các dòng công suất và tổn thất công suất trong tổng trở MBA...................86
Bảng 7.1. Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp......................................89
Bảng 7.2. Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp......................................91
Bảng 7.3. Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp......................................93
Bảng 7.4. Chế độ điện áp trên các thanh góp hạ áp quy đổi về phía cao áp.................94
Bảng 7.5. Thông số điều chỉnh của MBA điều chỉnh dưới tải......................................95
Bảng 7.6. Đầu điều chỉnh được chọn cho các MBA ở các trạm...................................97
Bảng 8.2. Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện thiết kế...............................101


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Bản đồ địa lý nguồn và tải..............................................................................2
Hình 1.2. Sơ đồ địa lý của lưới điện..............................................................................3
Hình 2.1. Sơ đồ mạng điện của phương án 1...............................................................13
Hình 2.2. Sơ đồ mạng điện của phương án 2...............................................................13
Hình 2.3. Sơ đồ mạng điện của phương án 3...............................................................14

Hình 2.4. Sơ đồ mạng điện của phương án 4...............................................................14
Hình 4.1. Sơ đồ nối điện chi tiết của mạng điện thiết kế..............................................54
Hình 5.1. Sơ đồ nối và thay thế khi tính bù..................................................................57
Hình 5.2. Sơ đồ nối điện và thay thế khi tính bù..........................................................58
Hình 6.1. Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế của đường dây A – 1.................................62
Hình 6.2. Tính chế độ mạng điện A – 9 – B.................................................................65
Hình 6.3. Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế đường dây A – 1.......................................71
Hình 6.4. Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế đường dây A – 2.......................................73
Hình 6.5. Tính chế độ mạng điện A – 9 – B.................................................................75
Hình 6.6. Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế đường dây A – 1.......................................80
Hình 6.7. Tính chế độ mạng điện A – 9 – B.................................................................83


DANH MỤC VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nguyên nghĩa

TĐ

Thủy điện

HT

Hệ thống

PA

Phương án

HTĐ

Hệ thống điện

MBA

Máy biến áp

LỜI NÓI ĐẦU
Trong tình hình đất nước ta hiện nay thì điện năng chiếm một vai trò hết sức quan
trọng. Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Vì vậy,
điện năng được sử dụng rộng rãi không những trong các khu công nghiệp mà còn sử
dụng trong nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế, giáo dục và đời sống con người. Điều
này đặt ra những nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư ngành hệ thống điện. Một
trong những nhiệm vụ đó là thiết kế các mạng và hệ thống điện.
Những năm gần đây nhiều công trình điện lớn đã và đang được xây dựng, trong
tương lai sẽ xuất hiện nhiều công trình lớn hơn. Cùng với sự xuất hiện của các công
trình điện lớn thì phụ tải cũng không ngừng phát triển và mở rộng. Để đáp ứng yêu cầu
đó, việc truyền tải và phân phối điện chiếm một vai trò hết sức quan trọng. Vì vậy mà
nhiệm vụ đặt ra đối với kỹ sư ngành hệ thống điện là cực kỳ khó khăn và phức tạp.
Thiết kế các mạng và hệ thống điện đòi hỏi người kỹ sư cần phải biết vận dụng tốt
kiến thức lý thuyết và kinh nghiệm thực tiễn để giải quyết đúng đắn những vấn đề về
kinh tế - kỹ thuật. Có như vậy nó mới mang lại lợi ích cho nền kinh tế nói chung và
ngành điện nói riêng.
Thiết kế lưới điện nhằm giúp sinh viên tổng hợp lại kiến thức đã được đào tạo khi
học trong môi trường đại học và học hỏi thêm nhiều điều giá trị, cần thiết cho công
việc. Đặc biệt là trong công tác thiết kế, thi công và vận hành hệ thống, và thiết kế
mạng điện khu vực.

Bản thiết kế đã được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cộng với sự giúp đỡ
nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn TS. Lê Tuấn Hộ cùng với sự góp ý chân thành của
quý thầy cô trong bộ môn giúp em hoàn thành thiết kế tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Tuấn Hộ cùng quý thầy cô trong bộ môn Kỹ
thuật điện, khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ, trường Đại học Quy Nhơn.
Quy nhơn, ngày 4 tháng 1 năm 2018.
Sinh viên thực hiện:

VÕ THANH XA
CHƯƠNG 1
PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI
1.1.

Các số liệu về nguồn và phụ tải

1.1.1. Sơ đồ địa lý

Tỉ lệ đơn vị = 10 km


Hình 1.1. Bản đồ địa lý nguồn và tải
Dựa vào bản đồ vị trí nguồn và tải, sau khi tính toán thì ta được sơ đồ địa lý như
Hình 1.2.
4

m
32k

3

41km

5

61km

54km

63km

54km

50km

A

9

6

40km

B

36km
45km

54km
61km
km

45

1
km
36

2

7

8

Hình 1.2. Sơ đồ địa lý của lưới điện
1.1.2. Những số liệu nguồn cung cấp
1.1.2.1. Nguồn điện 1: Nhà máy thủy điện A
Số tổ máy và công suất tổ máy: 2*30 MW.
Điện áp định mức: Uđm = 10,5 kV.
Hệ số công suất định mức: cosφđm = 0,85.
Ưu điểm: Vận hành kinh tế, hiệu suất cao, khởi động nhanh và mang tải nhanh,
công suất tự dùng nhỏ (2%Sđm).
Nhược điểm: Thời gian xây dựng dài, vốn đầu tư lớn, công suất giới hạn bởi lưu
lượng và chiều cao mực nước.
Công suất phát kinh tế của các máy phát thủy điện thường bằng (80 – 90)%P đm. Khi
thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 85%Pđm, nghĩa là:
Pkt = 85% × Pđm.


Do đó phụ tải cực đại cả 2 máy phát đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát
ra của thủy điện bằng:

Pkt 

85
�2 �30  51 (MW).
100

Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng 1 máy phát để bảo dưỡng, 1 máy còn
lại sẽ phát 85%Pđm, nghĩa là tổng công suất phát của thủy điện bằng:

Pkt 

85
��
1 30  25,5 (MW).
100

Khi sự cố ngừng 1 máy phát, 1 máy phát còn lại sẽ phát 100%P đm, như vậy:
PF  1�30  30 (MW).
Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ hệ thống điện.
1.1.2.2. Nguồn điện 2: Hệ thống điện công suất vô cùng lớn B
Điện áp định mức: Uđm = 110 kV.
Hệ số công suất định mức: cosφđm = 0,85.
1.1.3. Dữ liệu phụ tải điện:
Bảng 1.1. Công suất và tính chất các phụ tải

Điện áp trên thanh góp cao của trạm biến áp tăng áp khi phụ tải cực đại là 1,1U đm,
khi phụ tải cực tiểu là 1,05Uđm, khi sự cố là 1,1Uđm.


Đối với tất cả các hộ tiêu thụ có:

- Phụ tải cực tiểu bằng 55% phụ tải cực đại.
- Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 4500h.
- Giá 1kWh điện năng tổn thất bằng 600đ.
- Hệ số đồng thời m = 1.
Nhà máy thủy điện A cung cấp cho các phụ tải 1, 2 , 3, 4 với tổng công suất là 37
MW.
Hệ thống điện công suất vô cùng lớn B cung cấp cho các phụ tải 5, 6, 7, 8, 9 với
tổng công suất là 47 MW.
Công suất của các phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu được tính theo công
thức sau:
g

Smax = Pmax + jQ max
Qmax =Pmax  tgφ

(1.1)

2
2
Và Smax = Pmax
+ Q max

Trong đó: + Pmax, Qmax: công suất tác dụng và phản kháng của phụ tải ở chế độ phụ
tải cực đại.
+ Smax: công suất biểu kiến của phụ tải ở chế độ cực đại.
Theo yêu cầu của đề bài thiết kế chế độ phụ tải cực tiểu bằng 55% chế độ phụ tải
cực đại.
Do vậy:
g

g

g

Smin = 55%.Smax = 0,55.Smax
Và

•

2
2
Smin = Pmin
+Q min

Trong đó: + Pmin, Qmin là công suất tác dụng và phản kháng của phụ tải ở chế độ phụ
tải cực tiểu.
•

+ Smin là công suất biểu kiến của phụ tải ở chế độ cực tiểu.
Kết quả tính giá trị công suất các phụ tải trong chế độ làm việc cực đại và cực tiểu
cho trong Bảng 1.2.


Bảng 1.2. Thông số các phụ tải

1.2.

Phân tích nguồn và phụ tải

Từ những số liệu trên ta có thể rút ra những nhận xét sau:

+ Hệ thống được thiết kế bởi 1 nhà máy thủy điện và 1 hệ thống công suất vô cùng
lớn cung cấp cho 9 hộ phụ tải, tất cả đều là hộ loại I.
+ Đa số các phụ tải đều nằm lân cận 2 nguồn điện đây là điều kiện rất thuận lợi để
đề ra các phương án nối dây, kết hợp việc cung cấp điện cho các hộ phụ tải và nối liên
lạc giữa 2 nguồn điện thành 1 hệ thống điện.
+ Để đảm bảo cung cấp điện ta chú ý đến các hộ phụ tải, tính chất của các hộ tiêu
thụ có phương thức cung cấp điện nhằm đáp ứng được yêu cầu của các hộ dùng điện.
Theo như sơ đồ bố trí vị trí các phụ tải và vị trí của các nguồn cung cấp điện ta thấy
rằng:
+ Phụ tải xa nguồn nhất đó là phụ tải 6 với khoảng cách là 63 km còn phụ tải gần
nguồn nhất là phụ tải 1 với khoảng cách là 36 km.


+ Các hộ phụ tải 1, 2, 3, 4 ở gần nhà máy thủy điện A, nên phương án nối dây có xu
hướng do nhà máy thủy điện A cung cấp.
+ Các hộ phụ tải 5, 6, 7, 8, 9 ở gần hệ thống điện B nên phương án nối dây chủ yếu
do nguồn của hệ thống điện B cung cấp.
Tóm lại khi ta thiết kế mạng điện này ta cần chú ý các điều kiện sau:
+ Phân tích và dự báo các phụ tải phải chính xác.
+ Đảm bảo cho nhà máy vận hành với công suất tối thiểu và ở chế độ cực đại thì
phải thỏa mãn nhu cầu của phụ tải.
+ Đảm bảo về các điều kiện về khí tượng, thủy văn, địa chất, địa hình, giao thông
vận tải.
+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải.
Dựa vào khả năng cung cấp điện của các nhà máy và yêu cầu của các phụ tải ta định
chế độ vận hành cho các nhà máy điện sao cho kinh tế nhất và đảm bảo ổn định cho hệ
thống.
1.3.

Cân bằng công suất trong nhà máy điện

Để hệ thống điện làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho các hộ phụ tải điện
thì nguồn điện phải đảm bảo đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q cho
các hộ phụ tải, tức là ở mỗi thời điểm nào đó phải luôn luôn tồn tại sự cân bằng giữa
công suất phát và công suất tiêu thụ của các phụ tải và công suất tiêu tán trên các phần
tử của hệ thống. Mục đích của phần này là ta tính toán xem phần phát có đáp ứng đủ
công suất tác dụng và công suất phản kháng cho các hộ phụ tải không? Từ đó định ra
phương thức vận hành cho nhà máy cũng như lưới điện nhằm đảm bảo cung cấp điện
cũng như chất lượng điện năng tức là đảm bảo tần số và điện áp luôn luôn ổn định
trong giới hạn cho phép.
1.3.1. Cân bằng công suất tác dụng
Nếu công suất tác dụng của nguồn điện nhỏ hơn yêu cầu của phụ tải thì tần số sẽ
giảm và ngược lại. Cân bằng công suất tác dụng sẽ có tính chất toàn hệ thống, tần số ở
mọi nơi trong hệ thống điện luôn luôn như nhau.
Phương trình cân bằng công suất tác dụng có dạng tổng quát như sau:

�P + P
F

Trong đó:

HT

= Ptt = m.�Pmax +ΔP
� +max P�+ td P� dt

(1)




�P



PHT là tổng công suất tác dụng lấy từ hệ thống;



Ptt là công suất tác dụng tiêu thụ trong mạng điện;

F

là tổng công suất tác dụng định mức của các nhà máy điện;

 m là hệ số đồng thời, trong đồ án này lấy m = 1;


�P

max

là tổng công suất của tất cả các phụ tải trong chế độ cực đại của hệ

thống;


�P

td

là tổng công suất tự dùng trong các nhà máy điện có giá trị trong khoảng

(2– 3%) �Pptmax , ở đây ta chọn bằng 2%;


�P

dt

là tổng công suất dự trữ của hệ thống, và lấy bằng (10 - 15)% công suất

cực đại trong hệ thống hay lấy bằng hoặc lớn hơn công suất của một tổ máy của
hệ thống. Ở đây hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, cho nên công suất dự
trữ lấy ở hệ thống, nghĩa là: �Pdt = 0;


�ΔP

max

là tổng các tổn thất công suất trong hệ thống, trong đồ án này ta lấy

�ΔP

max

= (8-10%).m . �Pmax , ở đây ta chọn là 10%;

Thay số vào ta được:

 Tổng công suất tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ:

�P

max

= 8 + 11 + 10 + 8 + 9 + 7 + 11 + 9 + 11 = 84 (MW).

 Tổng các tổn thất công suất trong hệ thống:

�ΔP

max

= 10%.m. �ΔP max = 10% �1 �84 = 8,4 (MW).

 Tổng công suất tự dùng trong các nhà máy điện:

�P

td

= 2% �2 �30 = 1,2 (MW).

 Vậy công suất tiêu thụ trong mạng điện là:

Ptt = 84 + 8,4 + 1,2 = 93,6 (MW).
 Trong mục 1.1.2.1 đã tính được tổng công suất do thủy điện phát ra theo chế độ
kinh tế bằng:

�P

F

= Pkt = 51 (MW).


Như vậy trong chế độ phụ tải cực đại hệ thống cần cung cấp công suất cho hệ thống
bằng:

PHT = Ptt -

�P

F

= 93,6 – 51 = 42,6 (MW).

Vậy nguồn cung cấp đủ công suất tác dụng cho các phụ tải.
1.3.2. Cân bằng công suất phản kháng
Nếu công suất phản kháng phát nhỏ hơn yêu cầu thì điện áp giảm và ngược lại.
Khác với công suất tác dụng, cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống
vừa có tính chất địa phương, có nghĩa là chỗ này của hệ thống có thể đủ nhưng chỗ
khác của hệ thống lại thiếu công suất phản kháng.
Phương trình cân bằng công suất phản kháng có dạng tổng quát như sau:

�Q

F

+ QHT = Q tt = m�Q max +ΔQ
ΔQ � +BA �

L

Q + Q
Q
�
�+ �
C

td

dt

(2)

Trong đó:


�Q



Q HT là công suất phản kháng do hệ thống cung cấp;



Q tt là công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện;

F

là tổng công suất phản kháng phát ra do các máy phát;

 m là hệ số đồng thời suất hiện các phụ tải cực đại;


�Q



�ΔQ

max

là tổng công suất phản kháng cực đại của các phụ tải;

BA

là tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp, trong đồ án

này ta lấy �ΔQ BA  15%�Q max ;


�ΔQ

L

là tổng tổn thất công suất phản kháng trên các đường dây của mạng

điện;


�Q

C

là tổng công suất phản kháng do dung dẫn của đường dây cao áp sinh ra,

đối với bước tính sơ bộ điện ở điện áp 110 kV, ta coi:

�Q =ΔQ
�
C



�Q

td

L

 0.

là tổng công suất phản kháng tự dùng của các nhà máy điện được xác

định theo công thức:

�Q =�P ×tgφ

td

td

td

Khi tính sơ bộ ta có thể lấy Cosφtd = (0,7 - 0,8).


Ta chọn Cosφtd = 0,80
Ta có: Tagφtd = 0.75


�Q

dtr

là tổng công suất phản kháng dự trữ của trong mạng điện, khi cân bằng

sở bộ có thể lấy bằng (15-17%) tổng công suất phản kháng ở phần bên phải của
công thức (2);
Đối với mạng điện thiết kế, công suất dự trữ sẽ lấy từ hệ thống, nghĩa là: Q dt = 0.
Thay số vào ta được:
 Tổng công suất phản kháng định mức của các nhà máy điện:
Ta có: cosφF = 0,85 → tgφF = 0,62
Nên:

�Q =�P .tgφ
F

F

F

= 51 �0,62 = 31,36 (MVAr).

 Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp bằng:
Q HT = PHT .tgφ HT = 42,6 �0,62 = 26,412 (MVAr).

 Tổng công suất khản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định
theo Bảng 1.2 là:

�Q

max

= 52,074 (MVAr).

 Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp:

�ΔQ

BA

= 15%�Q max = 15% �52,074 = 7,8111 (MVAr).

 Tổng công suất phản kháng tự dùng của các nhà máy:

�Q =�P
td

td

.tgφ td = 1,2 �0,75 = 0,9 (MVAr).

Vậy công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện:

Q tt = 52,074 + 7,8111 + 0,9 = 60,7851 (MVAr).
 Tổng công suất phản kháng do hệ thống và thủy điện có thể phát ra bằng:

� Q

F

+QHT  = 31,36 + 26,412 = 57,772 (MVAr).

So sánh công suất phản kháng tiêu thụ với tổng công suất phản kháng của hệ thống
và nhà máy thủy điện phát ra trong mạng điện, ta thấy:

Q tt = 60,7851 (MVAr) >

� Q

F

+Q HT  = 57,772 (MVAr).

Như vậy để hệ thống cân bằng công suất phản kháng ta cần bù thêm một lượng
công suất phản kháng cho hệ thống là:

Q B = Q tt -� Q F +QHT  = 60,7851 – 57,772 = 3,0131 (MVAr).

Dự kiến bù sơ bộ theo nguyên tắc: Bù ưu tiên cho những hộ ở xa, cosφ thấp, phụ tải
có công suất tiêu thụ lớn và bù đến cosφ = (0,9 - 0,95). Còn thừa ta bù thêm cho các hộ
ở gần có cosφ cao hơn và bù đến cosφ = (0,85 - 0,90).
Như vậy:
Bù công suất phản kháng cho hộ 7 (có cosφ thấp).
Trước khi bù hệ số cosφ = 0,8 � tgφ = 0,75.
Sau khi bù hệ số cosφb = 0,91 � tgφb = 0,456.
Công suất phản kháng cần bù cho hộ 7 là:
Q b7  P7 tg7  P7 tgb7  P7 (tg7  tg b7 )
= 11 �( 0,75 – 0,456 ) = 3,234 (MVAr).
Bảng 1.3. Số liệu các phụ tải trước và sau khi bù


CHƯƠNG 2
DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN. SO SÁNH CÁC
PHƯƠNG ÁN ĐÃ ĐỀ RA VỀ MẶT KỸ THUẬT
2.1.

Dự kiến các phương án nối dây trong mạng điện

Trong thiết kế hiện nay, để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện người ta sử dụng rất
nhiều phương án. Từ vị trí đã cho của các phụ tải, cần dự kiến một số phương án và
phương án tốt nhất sẽ được lựa chọn trên cơ sở so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật các
phương án.
Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó.
Vì vậy các sơ đồ mạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất đảm bảo độ tin cậy cung
cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an

toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới.
Phương án được lựa chọn là phương án đảm bảo độ tin cậy cao, tính kinh tế, tính
linh hoạt cần thiết.
Theo yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải loại I, cần đảm bảo dự
phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động. Vì vậy để cung cấp
điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng.
Trên cơ sở phân tích đặc điểm các nguồn cung cấp và các phụ tải cũng như vị trí
của chúng, ta có thể đưa ra 4 phương án dự kiến như sau:


2.1.1. Phương án 1
Sơ đồ mạng điện của phương án 1 cho trên Hình 2.1.
6

4
3

5

8+j4,957
MVA

7+j4,338
MVA

9+j5,578
MVA

10+j6,197
MVA

61km

54km

A

63km

54km

50km

9

40km

B

36km
11+j6,817
MVA

54km

45km
61km

1
7

2

8+j4,957
MVA
8

11+j6,817
MVA

11+j3,583
MVA

9+j5,578
MVA

Hình 2.1. Sơ đồ mạng điện của phương án 1
2.1.2. Phương án 2
Sơ đồ mạng điện của phương án 2 cho trên Hình 2.2.


m
32k

3

6

4
5

8+j4,957
MVA

7+j4,338
MVA

9+j5,578
MVA

10+j6,197
MVA

61km

50km

A

63km

54km

9

40km

45km

11+j6,817
MVA

54km

B

61km

1

km
45

7
8+j4,957
MVA

2

11+j3,583
MVA

8
11+j6,817
MVA

9+j5,578
MVA

Hình 2.2. Sơ đồ mạng điện của phương án 2
2.1.3. Phương án 3

Sơ đồ mạng điện của phương án 3 cho trên Hình 2.3.
6

4
3

5

8+j4,957
MVA

7+j4,338
MVA

9+j5,578
MVA

10+j6,197
MVA

63km

61km

A

50km

9

11+j6,817
MVA

54km

40km

B

61km

1
7
2

8+j4,957
MVA
8

11+j6,817
MVA

11+j3,583
MVA

9+j5,578
MVA

Hình 2.3. Sơ đồ mạng điện của phương án 3
2.1.4. Phương án 4

Sơ đồ mạng điện của phương án 4 cho trên Hình 2.4.


6

4
3

5

8+j4,957
MVA

7+j4,338
MVA

9+j5,578
MVA

10+j6,197
MVA

61km

54km

A

63km

54km

50km

9

40km

B

36km
11+j6,817
MVA

54km

61km

1
7
8+j4,957
MVA

2

8
11+j6,817
MVA

11+j3,583

MVA

9+j5,578
MVA

Hình 2.4. Sơ đồ mạng điện của phương án 4
2.2.

So sánh các phương án về mặt kỹ thuật

Nội dung so sánh các phương án về mặt kỹ thuật bao gồm:
2.2.1. Tính phân bố công suất trên các đoạn đường dây
g

Sử dụng công thức sau: Si  Pi  jQi (MVA)
g

Trong đó: Si là dòng công suất chạy trên đoạn thứ i;

Pi , Qi là công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đoạn dây thứ i.
2.2.2. Chọn cấp điện áp tải điện cho mạng
Để chọn cấp điện áp tải điện ta dựa vào công thức tương đối chính xác trong phạm
vi chiều dài l �200 km và P �60 KW của Still, như sau:
Uđm = 4,34 � l  16.P (KV)

(2.1)

Trong đó: l là khoảng cách truyền tải (Km);
P là công suất truyền tải (MW).
2.2.3. Chọn tiết diện dây dẫn

Mạng thiết kế là mạng điện khu vực nên ta chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng
kinh tế: Jkt.
Chọn loại dây dẫn truyền tải cho mạng điện là loại dây nhôm lõi thép (AC).
Tiết diện tính toán dây dẫn được tính theo công thức sau:


Ftt =

I max
(mm 2 )
J kt

(2.2)

Trong đó: I max là dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cực đại (A);
Jkt là mật độ kinh tế của dòng điện (A/mm2).
Với đường dây AC và T max = 4500h. Từ Bảng 44, trang 295, sách “Những nguyên
tắc thiết kế các mạng điện và hệ thống điện’’ của tác giả Nguễn Văn Đạm. Ta tra được
Jkt = 1,1 (A/mm2).
Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được xác định theo
công thức sau:

I max =

Smax
×103 (A)
n. 3.U đm

(2.3)

Trong đó: Uđm là điện áp định mức của mạng điện (KV);
Smax là công suất chạy trên đường dây chế độ phụ tải cực đại (MVA).
Từ tiết diện tính toán (Ftt) ta chọn tiết diện tiêu chuẩn (Ftc) gần nhất. Sau khi đã chọn
tiết diện tiêu chuẩn ta cần kiểm tra tiết diện vừa chọn theo điều kiện vầng quang, độ
bền cơ và điều kiện phát nóng lúc sự cố.
+ Điều kiện vầng quang: Để đảm bảo không có phát sinh vầng quang thì dây dẫn
phải chọn có tiết điện tối thiểu là 70 mm 2 (Đối với đường dây AC có điện áp 110 kV,
tra từ Bảng 10, trang 268, sách “Những nguyên tắc thiết kế các mạng điện và hệ thống
điện ’’ của tác giả Nguyễn Văn Đạm).
+ Điều kiện độ bền cơ: Được phối hợp với điều kiện vầng quang, vì vậy nếu đã thỏa
mãn điều kiện vầng quang thì thỏa mãn điều kiện độ bền cơ.
+ Điều kiện phát nóng lúc sự cố: Dòng điện chạy trên đường dây lúc sự cố (I sc) phải
thỏa mãn điều kiện: Isc �Icp.
Với Isc được tính:

Isc =

Smax
= 2 × I max (A)
3.U đm

(2.4)

Trong đó: Isc là dòng điện sự cố khi đứt một mạch trong lộ kép;
Icp là dòng điện cho phép tương ứng với các tiết diện tiêu chuẩn của dây
dẫn tra trong Bảng 33, trang 288, sách “Những nguyên tắc thiết kế các mạng điện và
hệ thống điện’’ của tác giả Nguyễn Văn Đạm.