Thiết kế lưới điện

ành sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung và hệ thống 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 được nhiều điều giá trị, cần thiết cho công việc. Đặc biệt là trong công tác thiết kế, thi công và vận hành hệ thống. Nhiệm vụ thiết kế gồm ba phần chính: Phần I: thiết kế mạng điện khu vực có một nhà máy nhiệt điện, tổng công suất tác dụng 300MW, một hệ thống có công suất vô cùng lớn và 9 phụ tải. Phần II: thiết kế trạm biến áp 320 KVA - 10/0,4 kV. Bản thiết kế đã được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cộng với sự giúp đỡ nhiệt huyết của thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Văn Đạm cùng với sự góp ý chân thành của các thầy cô trong bộ môn và của các bạn trong lớp, các bạn trong ngành hệ thống điện em đã hoàn thành thiết kế tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đạm cùng các thấy cô trong bộ môn cùng toàn thể thầy cô và các bạn trong lớp và trong ngành hệ thống điện. Phần I Thiết kế Mạng điện khu vực Chương I Phân tích các đặc điểm nguồn và phụ tải 1.1. Phân tích đặc điểm của các nguồn cung cấp và các phụ tải. Tổng hợp thông tin về nguồn điện và phụ tải là bước đầu quan trọng trong thiết kế mạng điện, đây là bước quyết định việc thành công hay thất bại của công việc. Từ đó đưa ra được những phương án nối dây hợp lý, đáp ứng được nhu cầu của phụ tải. Trước khi thiết kế phải nắm được chính xác các đặc điểm của nguồn và phụ tải nằm trong phạm vi thiết kế như: số nguồn điện, đặc điểm của nguồn phát, khả năng phát, nhiên liệu sử dụng. Đặc điểm của phụ tải: số phụ tải, công suất yêu cầu, sơ đồ bố trí, mức độ đảm bảo cung cấp điện sao cho đạt được hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất. 1.1.1. Nguồn cung cấp điện Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện. 1.Hệ thống điện Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp 110kV của HT bằng 0,85. Vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa HT và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành. Mặt khác, vì hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy nhiệt điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ dược lấy từ hệ thống điện. 2.Nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện (NĐ) gồm 3 tổ máy phát. Mỗi máy phát có công suất định mức Pđm = 100MW, điện áp định mức máy phát Uđm=10,5KV, hệ số công suất Cosj=0,85. Như vậy tổng công suất định mức của NĐ bằng 3x100 = 300MW. Nhiên liệu của nhà máy 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 NĐ thường chiếm khoảng 6 đến 15% tuỳ theo loại nhà máy nhiệt điện. Đối với nhà máy nhiệt điện, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải P ³ 70% Pđm; khi phụ tải P < 30% Pđm , các máy phát ngừng làm việc. Công suất phát kinh tế của các máy phát NĐ thường bằng (80 á 90%) Pđm . Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 80% Pđm, nghĩa là: Pkt = 80% Pđm Do đó khi phụ tải cực đại cả 3 máy phát đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát ra của NĐ bằng: Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến dừng 1 máy phát để bảo dưỡng, hai máy phát còn lại sẽ phát 80%Pđm tức là tổng công suất phát của NĐ bằng: Khi sự cố ngừng 1 máy phát, hai máy phát còn lại sẽ phát 100%Pđm, như vậy: PF = 2x100 = 200 MW Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ hệ thống điện. 1.1.2.Các phụ tải điện Trong hệ thống điện thiết kế có 9 phụ tải. Tất cả các phụ tải đều là hộ tiêu thụ loại 1 và có hệ số cosj = 0,9. Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5000h. Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường. Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của các trạm hạ áp bằng 10kV. Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại. Kết quả tính giá trị công suất trong các chế độ cực đại và cực tiểu cho trong bảng 1. Bảng 1. Thông số của các phụ tải Hộ tiêu thụ Smax = Pmax + jQmax MVA Smax, MVA Smin = Pmin + jQmin MVA Smin, MVA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 40 + j 19,2 50 + j 24 38 + j 18,24 50 + j 24 38 + j 18,24 40 + j 19,2 30 + j 14,4 40 + j 19,2 30 + j 14,4 44,37 55,46 42,15 55,46 42,15 44,37 33,28 44,37 33,28 28 + j 13,4 35 + j 16,8 26,6 + j 12,77 35 + j 16,8 26,6 + j 12,77 28 + j 13,4 21 + j 10,08 28 + j 13,4 21 + j 10,08 31,05 38,82 29,5 38,82 29,5 31,05 23,29 31,05 23,29 Tổng 356 + j 170,88 Từ các số liệu về nguồn và phụ tải cho thấy ở chế độ max nhà máy chỉ cung cấp được khoảng 70% công suất phụ tải (chưa kể tổn thất) do đó phải có sự liên hệ chặt chẽ giữa nhà máy điện và hệ thống để vận hành được linh hoạt. Chương 2: cân bằng công suất trong hệ thống điện 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 các 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 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 hệ thống. Vì vậy phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điện có dạng: PNĐ + PHT = Ptt = mSPmax + SDP + Ptd + Pdt Trong đó: PNĐ - tổng công suất do nhà máy nhiệt điện phát ra; PHT - công suất tác dụng lấy từ hệ thống m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại ( m = 1); SPmax - tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại; SDP - tổng tổn thất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy SDP = 5%SPmax; Ptd - công suất tự dùng trong nhà máy điện, có thể lấy bằng 10% tổng công suất đặt của toàn nhà máy; Pdt - công suất dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy Pdt = 10%SPmax, đồng thời công suất dự trữ cần phải bằng công suất định mức của tổ máy phát lớn nhất đối với hệ thống điện không lớn. Bởi vì hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, cho nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống, nghĩa là Pdt = 0; Ptt - công suất tiêu thụ trong mạng điện Tổng công suất tác dụng của các phụ tải khi cực đại được xác định từ bảng 1 bằng: SPmax = 356 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện có giá trị: SDP = 5%SPmax = 5%.356 = 17,8 MW Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện bằng: Ptd = 10%Pđm = 0,1.300 = 30 MW Do đó công suất tiêu thụ trong mạng điện có giá trị bằng: Ptt = 356 + 17,8 + 30 = 403,8 MW Trong mục 1.1 đã tính được tổng công suất do NĐ phát ra theo chế độ kinh tế bằng: PNĐ = Pkt = 240 MW Như vậy, trong chế độ phụ tải cực đại hệ thống cần cung cấp công suất cho các phụ tải bằng: PHT = Ptt - PNĐ = 403,8 - 240 = 163,8 MW 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 điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng. Phương trình cân bằng trong mạng điện thiết kế có dạng: QF + QHT = Qtt = mSQmax + SDQL - SQC + SDQb + Qdt + Qdt Trong đó: QF - tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra; QHT - công suất phản kháng do HT cung cấp; Qtt - tổng công suất phản kháng tiêu thụ; SDQL - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các cảm kháng của các đường dây trong mạng điện; SQC - tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra, khi tính sơ bộ lấy SQC = SDQL; SDQb - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, trong tính toán sơ bộ lấy SDQb = 15%SQmax; Qtd - công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện; Qdt - công suất phản kháng dự trữ trong HT, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy bằng 15% tổng công suất phản kháng ở phần bên phải của phương trình cân bằng công suất phản kháng; Đối với mạng điện thiết kế, công suất Pdt sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Qdt= 0. Như vậy, tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra bằng: QF = PF.tgjF = 240x0,62 = 148,8 MVAr Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp bằng: QHT = PHT.tgjHT = 163,8x0,62 = 101,56 MVAr Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định theo bảng 1.1, bằng: SQmax = 170,88 MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp hạ áp bằng: SDQb = 15%SQmax = 0,15x170,88 = 25,63 MVAr Tổng công suất phản kháng tự dùng trong các nhà máy điện có giá trị: Qtd = Ptd.tgjtd Đối với cosjtd = 0,75 thì tgjtd = 0,88. Do đó: Qtd = 30x0,88 = 26,40 MVAr Như vậy, tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện: Qtt = 170,88 + 25,63 +26,40 = 222,91 MVAr Tổng công suất phản kháng do HT và NĐ có thể phát ra bằng: QF + QHT = 148,8 + 101,56 = 250,36 MVAr Từ các kết quả tính toán trên nhận thấy rằng, công suất phản kháng do các nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ. Vì vậy không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế. Chương 3: chọn phương án tối ưu 3.1. Dự kiến 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. Để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện ta sử dụng phương pháp nhiều phương án. Từ các vị trí đã cho của các phụ tải và các nguồn cung cấp dự kiến một số phương án và phương án tốt nhất sẽ được chọn trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án đó. Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng điện là độ tin cậy và chất lượng cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Do tất cả các hộ tiêu thụ đều là hộ tiêu thụ loại 1, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động, nên ta sẽ sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng. Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của các nguồn cung cấp và các phụ tải cũng như vị trí của chúng ta dự kiến 5 phương án như ở hình 1a,b,c,d,e. Hình 1a. Sơ đồ mạng điện phương án I Hình 1b. Sơ đồ mạng điện phương án II Hình 1c. Sơ đồ mạng điện phương án III Hình 1d. Sơ đồ mạng điện phương án IV Hình 1e. Sơ đồ mạng điện phương án V Để tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện, trước hết cần chọn điện áp định mức của mạng điện, chọn tiết diện các dây dẫn, tính các chỉ tiêu chất lượng của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ của các phương án so sánh.  3.2. phương án I Sơ đồ mạng điện của phương án I cho trên hình 2 Hình 2. Sơ đồ mạng điện phương án I 3.2.1. Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện. Lựa chọn hợp lý cấp điện áp định mức là một trong những vấn đề rất quan trọng khi thiết kế mạng điện, bởi vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của mạng điện thiết kến như: Vốn đầu tư, tổn thất điện năng, phí tổn kim loại mầu, phí tổn vận hành. Để chọn được cấp điện áp hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu sau: Phải đáp ứng được yêu cầu mở rộng phụ tải sau này. Cấp điện áp phải phù hợp với lưới điện hiện tại và lưới điện quốc gia. Cấp điện áp được lựa chọn phải làm cho mạng điện có chi phí tính toán nhỏ nhất. Trong thực tế tính toán sử dụng công thức kinh nghiệm. , kV Uđmi - điện áp định mức của nhánh thứ i, kV . Li - Chiều dài của nhánh thứ i, km . Pi - Công suất tác dụng chạy trên nhánh thứ i, MW Tính điện áp định mức trên đường dây NĐ-4-HT. Công suất tác dụng từ NĐ truyền vào đường dây NĐ-4 được xác định như sau: PN4 = Pkt - Ptd - PN - DPN Trong đó: Pkt - tổng công suất phát kinh tế của NĐ; Ptd - công suất tự dùng trong nhà máy điện; PN - tổng công suất của các phụ tải nối với NĐ ( PN = P1 + P2 + P3 +P5); DPN – tổn thất công suất trên các đường dây do NĐ cung cấp (DPN = 5%PN ); Theo các kết quả tính toán được ở chương 1 và chương 2 ta có: Pkt = 240 MW ; Ptd = 30MW Từ sơ đồ mạng điện ta có: PN = P1 + P2 + P3 + P5 = 40 + 50 + 38 + 38 = 166 MW Từ đó: DPN = 0,05.166 = 8,3 MW Do đó: PN4 = 240 - 30 - 166 - 8,3 = 35,7 MW Công suất phản kháng do NĐ truyền vào đường dây NĐ-4 có thể tính gần đúng như sau: QN4 = PN4.tgj4 = 35,7x0,48 = 17,14 MVAr Như vậy: SN4 = 35,7 + j17,14 MVA Dòng công suất truyền tải trên đường dây HT-4 bằng: SH4 = S4 - SN4 = = 50 + j 24- 35,7 - j17,14 = = 14,3 + j6,86 MVA Điện áp tính toán trên đường dây NĐ-4 bằng: Đối với đường dây HT-4: Đối với đường dây NĐ-1: Đối với đường dây NĐ-2: Tính điện áp trên các đoạn đường dây còn lại được tiến hành tương tự như đối với các đường dây trên. Kết quả tính toán điện áp định mức của các đường dây trong phương án I cho ở bảng sau: Bảng 2. Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện. Đường dây Công suất truyền tải S , MVA Chiều dài đường dây l , km Điện áp tính toán U , kV Điện áp định mức của mạng Uđm, kV NĐ-1 NĐ-2 NĐ-3 NĐ-4 NĐ-5 HT-4 HT-6 HT-7 HT-8 HT-9 40 + j 19,2 50 + j 24 38 + j 18,24 35,7 + j17,14 38 + j 18,24 14,3 + j6,86 40 + j 19,2 30 + j 14,4 40 + j 19,2 30 + j 14,4 53,85 53,85 53,85 51 63,25 53,85 63,25 53,85 61 63,2 114.32 126,82 111,65 108,26 112,44 72,96 115,09 100,28 114,91 101,15 110 Từ các kết quả nhận được trong bảng 2, chọn điện áp định mức của mạng điện Uđm = 110kV. 3.2.2. Chọn tiết diện dây dẫn Các mạng điện 110kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không. Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép, khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb = 5m ). Đối với các mạng điện khu vực, tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện, nghĩa là: , Trong đó: Imax - dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A; Jkt - mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm2. Với dây dẫn AC có Tmax = 5000h thì Jkt = 1,1 A/mm2. Dòng điện chạy trên đường dây trong các chế độ phụ tải cực đại được xác định theo công thức: , A Trong đó: n - số mạch của đường dây ( đường dây một mạch n = 1; đường dây hai mạch n = 2 ); Uđm - điện áp định mức của mạng điện, kV; Smax - công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA; Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức trên, tiến hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ của đường dây và phát nóng dây dẫn trong các chế độ sau sự cố. Đối với các đường dây 110kV, để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép phải có tiết diện F ³ 70 mm2. Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp với điều kiện về vầng quang của dây dẫn, cho nên không cần phải kiểm tra điều kiện này. Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố, cần phải có điều kiện sau: Isc Ê Icp Trong đó: Isc - dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố; Icp - dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn; Khi tính tiết diện dây dẫn cần sử dụng các dòng công suất ở bảng 2. 1. Chọn tiết diện các dây dẫn cho đường dây NĐ-4. Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại bằng: A Tiết diện dây dẫn: mm2 Chọn dây AC có tiết diện F = 95 mm2 với dòng điện Icp = 330 A. Sau khi chọn tiết diện tiêu chuẩn cần kiểm tra dòng điện chạy trên đường dây trong các chế độ sau sự cố. Đối với đường dây liên kết NĐ-4-HT, sự cố có thể xảy ra trong hai trường hợp sau: Ngừng một mạch trên đường dây; Ngừng một tổ máy phát điện. * Nếu ngừng một mạch của đường dây thì dòng điện chạy trên mạch còn lại bằng: I1sc = 2.IN4 = 2x103,93 = 207,85 A Như vậy: I1sc < Icp * Khi ngừng một tổ máy phát điện thì hai máy phát còn lại sẽ phát 100% công suất. Do đó tổng công suất phát của NĐ là: PF = 2x100 = 200 MW Công suất tự dùng trong nhà máy bằng: Ptd = 0,1x200 = 20 MW Công suất chạy trên đường dây bằng: PN4 = PF - Ptd - PN - DPN ở phần trên đã tính được: PN = 166 MW; DPN = 8,3 MW Do đó: PN-4 = 200 - 20 - 166 - 8,3 = 5,7 MW Công suất phản kháng chạy trên các đường dây có thể tính gần đúng như sau: QN-4 = PN-4 .tgjF = 5,7x0,62 = 3,53 MVAr Do đó dòng công suất chạy trên NĐ-4 là: SN4 = 5,7 + j 3,53 MVA Dòng công suất từ hệ thống truyền vào đường dây HT-4 bằng: SH-4 = S4 - SN-4 = = 50 + j 24 - 5,7 - j 3,53 = = 44,3 + j 20,47 MVA Dòng điện chạy trên đường dây NĐ-4 bằng: A Kết quả tính cho thấy rằng: I2sc < Icp 2. Chọn tiết diện các dây dẫn cho đường dây HT-4. Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại bằng: A Tiết diện dây dẫn: mm2 Chọn dây AC-70 có dòng điện cho phép Icp = 265 A. * Khi ngừng một mạch đường dây, dòng điện chạy trên mạch còn lại có giá trị: I1sc = 2x41,62 = 83,25 A Như vậy: I1sc < Icp * Trường hợp ngừng một tổ máy phát, dòng điện chạy trên đường dây bằng: A Nhận thấy: I2sc < Icp 3. Tính tiết diện của đường dây NĐ-1. Dòng điện chạy trên đường dây bằng: 4 A Tiết diện dây dẫn: mm2 Chọn dây AC-120 có dòng điện Icp = 380 A. Khi ngừng một mạch đường dây, dòng điện chạy trên mạch còn lại có giá trị: I1sc = 2x116,44 = 232,88 A Như vậy: I1sc < Icp Sau khi chọn các tiết diện tiêu chuẩn cần xác định các thông số đơn vị là x0, r0, b0 và tiến hành tính các thông số tập trung R, X và B/2 trong sơ đồ thay thế hình P của các đường dây theo công thức sau: ; ; Trong đó n là số mạch của đường dây, l là chiều dài đường dây. Việc tính toán đối với các đường dây còn lại được tiến hành tương tự như đối với đường dây NĐ-1. Kết quả tính các thông số của tất cả các đường dây trong mạng điện cho ở bảng sau: Đường dây S , MVA Ibt , A Ftt , mm2 Ftc , mm2 Icp , A Isc , A l , km r0 , W/km x0 , W/km b0.10-6 S/km R , W X , W NĐ-1 40 + j 19,2 116,44 105,85 120 380 232,88 53,85 0,27 0,423 2,69 7,27 11,39 1,45 NĐ-2 50 + j 24 145,55 132,32 150 445 291,10 53,85 0,21 0,416 2,74 5,65 11,20 1,48 NĐ-3 38 + j 18,24 110,62 100,56 120 380 221,23 53,85 0,27 0,423 2,69 7,27 11,39 1,45 NĐ-4 35,7 + j17,14 103,93 94,48 95 330 207,85 51 0,33 0,429 2,65 8,42 10,94 1,35 NĐ-5 38 + j 18,24 110,62 100,56 120 380 221,23 63,25 0,27 0,423 2,69 8,54 13,38 1,70 HT-4 14,3 + j 6,86 41,62 37,84 70 265 83,25 53,85 0,46 0,44 2,58 12,39 11,85 1,39 HT-6 40 + j19,2 116,44 105,85 120 380 232,88 63,25 0,27 0,423 2,69 8,54 13,38 1,70 HT-7 30 + j 14,4 87,33 79,39 95 330 174,66 53,85 0,33 0,429 2,65 8,89 11,55 1,43 HT-8 40 + j19,2 116,44 105,85 120 380 232,88 61 0,27 0,423 2,69 8,24 12,90 1,64 HT-9 30 + j 14,4 87,33 79,39 95 330 174,66 63,2 0,33 0,429 2,65 10,43 13,56 1,67 Bảng 3. Thông số của các đường dây trong mạng điện 3.2.3. Tính tổn thất điện áp trong mạng điện Điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được dặc trưng bằng tần số của dòng điện và độ lệch điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bị dùng điện. Khi thiết kế các mạng điện thường giả thiết rằng hệ thống hoặc nguồn cung cấp có đủ công suất tác dụng để cung cấp cho các phụ tải. Do đó không xét đến vấn đề duy trì tần số. Vì vậy chỉ tiêu chất lượng điện năng là giá trị của độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp. Khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượng điện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp. Khi tính sơ bộ các mức điện áp trong các mạng hạ áp, có thể chấp nhận là phù hợp nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất của mạng không vượt quá 10 á 15% trong chế độ làm việc bình thường, còn trong các chế độ sau sự cố các tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá 15 á 20%, nghĩa là: DUmax bt% = 10 á 15% DUmax sc% = 15 á 20% Trong chế độ sự cố ta giả thiết rằng bị đứt 1 trong 2 đường dây và chỉ đứt ở đoạn đầu nguồn (với các lộ có nhiều phụ tải), còn đối với các mạch vòng kín thì giả thiết rằng bị đứt 1 trong 2 đoạn đầu đường dây. Tổn thất điện áp trên đường dây thứ i nào đó khi vận hành bình thường được xác định theo công thức: DUi bt% = 100 Trong đó: Pi, Qi - công suất chạy trên đường dây thứ i; Ri, Xi - điện trở và điện kháng của đường dây thứ i; Vì công suất truyền tải trên các đoạn đường dây là không đổi nên các đoạn đường dây 2 mạch, nếu ngừng một mạch thì mạch đó sẽ có điện trở và điện kháng tăng lên gấp đôi so với bình thường và do đó tổn thất DU ở đoạn đó sẽ tăng lên 2 lần còn các đoạn đường dây khác DU % không thay đổi. DUi sc % = 2DUi bt % Trước hết ta tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-1. Trong chế độ làm việc bình thường, tổn thất điện áp trên đường dây bằng: Khi một mạch của đường dây ngừng làm việc, tổn thất điện áp trên đường dây có giá trị: DUN1 sc% = 2.DUN1 bt% = 2x4,21 = 8,42% Tính các tổn thất điện áp tên các đường dây còn lại tiến hành tương tự như đối với đường dây trên. Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đường dây cho trong bảng sau: Bảng 4. Các giá trị tổn thất điện áp trong mạng điện. Đường dây DUbt , % DUsc , % Đường dây DUbt , % DUsc , % NĐ-1 NĐ-2 NĐ-3 NĐ-4 NĐ-5 4,21 4,56 4 4,03 4,7 8,42 9,12 8 8,06 9,4 HT-4 HT-6 HT-7 HT-8 HT-9 2,14 4,95 3,58 4,77 4,2 4,27 9,89 7,16 9,54 8,4 Từ các kết quả trong bảng 4 ta thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện trong phương án I có giá trị: DUmax bt% = DU H6 bt% = 4,95 % Tổn thất điện áp lớn nhất khi sự cố bằng: DUmax sc% = DU H6 sc% = 9,89% Tính toán đối với các phương án còn lại được tiến hành tương tự như với phương án I. Để thuận tiện, trong mỗi phương án còn lại ta chỉ trình bày phương pháp xác định các thông số chế độ với những trường hợp đặc biệt có trong sơ đồ mạng điện. 3.3. phương án II Sơ đồ mạng điện phương án II cho trên hình 3 Hình 3. Sơ đồ mạng điện phương án II 3.3.1. Chọn điện áp định mức của mạng điện Dòng công suất chạy trên đoạn đường dây NĐ-1 có giá trị: SN-1 = S1 + S5 = 40 + j 19,2 + 38 + j 18,24 = = 78 + j 37,44 MVA Dòng công suất chạy trên đường dây 1-5 bằng: S1-5 = S5 = 38 + j 18,24 MVA Kết quả tính toán trên các đoạn đường dây và chon điện áp định mức của mạng điện cho ở bảng sau: Bảng 5. Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đường dây Công suất truyền tải , MVA Chiều dài đường dây , km Điện áp tính toán , kV Điện áp định mức của mạng , kV NĐ-1 1-5 NĐ-2 NĐ-3 NĐ-4 HT-4 HT-7 7-6 HT-8 8-9 78 + j 37,44 38 + j 18,24 50 + j 24 38 + j 18,24 35,7 + j 17,14 14,3 + j6,86 70 + j 33,6 40 + j 19,2 70 + j 33,6 30 + j 14,4 53,85 41,23 53,85 53,85 51 53,85 53,85 41,23 61 41,23 156,59 110,58 126,82 111,65 108,26 72,96 148,69 113,28 149,15 99,08 110 3.3.2. Chọn tiết diện dây dẫn Tính toán tương tự như phương án I ta có kết quả tính toán các thông số Bảng 6. Thông số của các đường dây trong mạng điện Đường dây S , MVA Ibt , A Ftt , mm2 Ftc , mm2 Icp , A Isc , A l , km r0 , W/km x0 , W/km b0.10-6 S/km R , W X , W NĐ-1 78 + j 37,44 227,06 206,42 185 510 454,11 53,85 0,17 0,409 2,84 4,58 11,01 1,53 1-5 38 + j 18,24 110,62 100,56 120 380 221,23 41,23 0,27 0,423 2,69 5,57 8,72 1,11 NĐ-2 50 + j 24 145,55 132,32 150 445 291,10 53,85 0,21 0,416 2,74 5,65 11,20 1,48 NĐ-3 38 + j 18,24 110,62 100,56 120 380 221,23 53,85 0,27 0,423 2,69 7,27 11,39 1,45 NĐ-4 35,7+j17,14 103,93 94,48 95 330 207,85 51 0,33 0,429 2,65 8,42 10,94 1,35 HT-4 14,3 + j 6,86 41,62 37,84 70 265 83,25 53,85 0,46 0,44 2,58 12,39 11,85 1,39 HT-7 70 + j 33,6 203,77 185,24 185 510 407,54 53,85 0,17 0,409 2,84 4,58 11,01 1,53 7-6 40 + j 19,2 111,57 101,43 120 380 223,14 41,23 0,27 0,423 2,69 5,57 8,72 1,11 HT-8 70 + j 33,6 203,77 185,24 185 510 407,54 61 0,17 0,409 2,84 5,19 12,47 1,73 8-9 30 + j 14,4 87,33 79,39 95 330 174,66 41,23 0,33 0,429 2,65 6,80 8,84 1,09 3.3.2. Tính tổn thất điện áp trong mạng điện Trước hết ta tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-1-5 trong chế độ làm việc bình thường: Tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-1 bằng: Tổn thất điện áp trên đường dây 1-5 có giá trị: Như vậy, tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-1-5 bằng: DUN-1-5 bt% = DUN-1 bt% + DU1-5 bt% = 6,36% + 3,06% = 9,42 % Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-1-5 trong chế độ sau sự cố: Khi tính tổn thất điện áp trên đường dây ta không xét sự cố xếp chồng, nghĩa là đồng thời xảy ra trên tất cả các đoạn đường dây đã cho, chỉ xét sự cố ở đoạn nào mà tổn thất điện áp trên đường dây có giá trị cực đại, Đối với đường dây NĐ-1-5, khi ngừng một mạch trên đoạn NĐ-1 sẽ nguy hiểm hơn so với sự cố một mạch trên đoạn 1-5. Khi ngừng một mạch trên đường dây NĐ-1, tổn thất điện áp trên đoạn này bằng: DUN-1 sc % = 2. DUN1 bt% = 2x6,36% = 12,72% Trường hợp ngừng một mạch trên đoạn 1-5 thì: DU1-5 sc% = 2.DU1-5 bt% = 2x3,06% = 6,12% Như vậy, tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sau sự cố đối với đường dây NĐ-1-5 bằng: DUN-1 sc% = 12,72% + 3,06% = 15,78% Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây cho trong bảng sau: Bảng 7. Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện Đường dây DUbt , % DUsc , % Đường dây DUbt , % DUsc , % NĐ-1 1-5 NĐ-2 NĐ-3 NĐ-4 6,36 3,06 4,56 4,00 4,03 12,72 6,13 9,12 8,00 8,06 HT-4 HT-7 7-6 HT-8 8-9 2,14 4,40 2,88 4,98 2,74 4,27 8,79 5,76 9,96 5,48 Từ các kết quả ở bảng 8 nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường bằng: DUmax bt% = DUN-1 bt% + DU1-5 bt% = 6,36% + 3,06% = 9,42% Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sau sự cố bằng: DUmax sc% = DUN-1 sc% + DU1-5 bt% = 12,72% + 3,06% = 15,78% 3.4. phương án III Sơ đồ mạng điện phương án III cho trên hình 4 Hình 4. Sơ đồ mạng điện phương án III Kết quả tính toán của phương án III cho trong các bảng 8,9,10 Bảng 8. Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đường dây Công suất truyền tải , MVA Chiều dài đường dây , km Điện áp tính toán , kV Điện áp định mức của mạng , kV NĐ-1 NĐ-2 2-3 NĐ-4 NĐ-5 HT-4 HT-7 7-6 HT-8 8-9 40 + j 19,2 88 + j 42,24 38 + j18,24 35,7 + j 17,14 38 + j 18,24 14,3 + j6,86 70 + j 33,6 40 + j 19,2 70 + j 33,6 30 + j 14,4 53,85 53,85 40 51 63,25 53,85 53,85 41,23 61 41,23 114,32 165,94 110,48 108,26 112,44 72,96 148,69 113,28 149,15 99,08 110 Đường dây S , MVA Ibt , A Ftt , mm2 Ftc , mm2 Icp , A Isc , A l , km r0 , W/km x0 , W/km b0.10-6 S/km R , W X , W NĐ-1 40 + j 19,2 116,44 105,85 120 380 232,88 53,85 0,27 0,423 2,69 7,27 11,39 1,45 NĐ-2 88 + j 42,24 256,17 232,88 240 605 512,33 53,85 0,13 0,39 2,86 3,50 10,50 1,54 2-3 38 + j 18,24 110,62 100,56 120 380 221,23 40 0,27 0,423 2,69 5,40 8,46 1,08 NĐ-4 35,7+j17,14 103,93 94,48 95 330 207,85 51 0,33 0,429 2,65 8,42 10,94 1,35 NĐ-5 38+ j 18,24 110,62 100,56 120 380 221,23 63,25 0,27 0,423 2,69 8,54 13,38 1,70 HT-4 14,3 + j 6,86 41,62 37,84 70 265 83,25 53,85 0,46 0,44 2,58 12,39 11,85 1,39 HT-7 70 + j 33,6 203,77 185,24 185 510 407,54 53,85 0,17 0,409 2,84 4,58 11,01 1,53 7-6 40 + j 19,2 116,44 105,85 120 380 232,88 41,23 0,27 0,423 2,69 5,57 8,72 1,11 HT-8 70 + j 33,6 203,77 185,24 185 510 407,54 61 0,17 0,409 2,84 5,19 12,47 1,73 8-9 30 + j 14,4 87,33 79,39 95 330 174,66 41,23 0,33 0,429 2,65 6,80 8,84 1,09 Bảng 9. Thông số của các đường dây trong mạng điện Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong chế độ vận hành bình thường và sự cố cho trong bảng 10 Bảng 10: Giá trị tổn thất điện áp trong mạng điện Đường dây DUbt , % DUsc , % Đường dây DUbt , % DUsc , % NĐ-1 NĐ-2 2-3 NĐ-4 NĐ-5 4,21 6,21 2,97 4,03 4,7 8,42 12,42 5,94 8,06 9,4 HT-4 HT-7 7-6 HT-8 8-9 2,14 4,40 2,88 4,98 2,74 4,27 8,79 5,76 9,96 5,48 Từ các kết quả ở bảng 8 nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường bằng: DUmax bt% = DUN-2 bt% + DU2-3 bt% = 6,21% + 2,97% = 9,18% Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sau sự cố bằng: DUmax sc% = DUN-2 sc% + DU2-3 bt% = 12,42% + 2,97% = 15,39% 3.5. phương án IV Sơ đồ mạng điện phương án IV cho trên hình 5 Hình 5. Sơ đồ mạng điện phương án IV Tính dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây trong mạch vòng HT-7-6-HT. Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng, mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện. Như vậy dòng công suất chạy trên đoạn HT-7 bằng: = 35,78+j 17,17 MVA Dòng công suất chạy trên đoạn HT-6 bằng: SH6 = (S7 + S6) - SH7 = (30 + j 14,4 + 40 + j 19,2) - (35,78 + j 17,17) = 34,22 + j 16,43 MVA Công suất chạy trên đoạn 7-6 bằng: S7-6 = SH7 - S7 = = 35,78 + j 17,17 - (30 + j 14,4) = 5,78 + 2,77 MVA Như vậy điểm 6 là điểm phân công suất trong mạng kín HT-7-6-HT và chiều của dòng công suất chạy trên đoạn 7-6 sẽ là từ 7 về 6. Kết quả tính toán điện áp của phương án IV cho ở bảng sau: Bảng 11. Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện. Đường dây Công suất truyền tải S , MVA Chiều dài đường dây l km Điện áp tính toán U , kV Điện áp định mức của mạng Uđm, kV ._.