Đồ án 2 Nguyễn Vũ Nhật Nam 2018 1231 PDF

Preview

Summary

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIViện Điện ĐỒ ÁN IIĐỀ TÀI: Thiết kế lưới điện khu vựcĐIỂM NHẬN XÉT VÀ CHỮ KÝ CỦA GIẢNG VIÊNSinh viên thực hiện: Nguyễn Vũ Nhật Nam - 20181231Giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Thị Minh ChâuHà nội, tháng 08 năm 202 1MỤC LỤC Lời nói đầu CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI, CÂN...

Description

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Điện ****************

ĐỒ ÁN II ĐỀ TÀI: Thiết kế lưới điện khu vực

ĐIỂM

NHẬN XÉT VÀ CHỮ KÝ CỦA GIẢNG VIÊN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Vũ Nhật Nam - 20181231 Giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Thị Minh Châu Hà nội, tháng 08 năm 2021

Đồ án II: Thiết kế lưới điện khu vực

GV hướng dẫn: Lê Thị Minh Châu

MỤC LỤC Lời nói đầu ..................................................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT .................. 5

1.

Phân tích nguồn và phụ tải ....................................................................................... 5

2.

Cân bằng công suất ................................................................................................... 7 a.

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

b.

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

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KINH TẾ - KỸ THUẬT ................ 9

2.1

Các phương án dự kiến sẽ thực hiện.................................................................... 9 a.

Phương án 1: .................................................................................................. 9

b.

Phương án 2: ................................................................................................ 10

c.

Phương án 3: ................................................................................................ 10

d.

Phương án 4: ................................................................................................ 10

e.

Phương án 5: ................................................................................................ 11

2.2. Tính toán thông số kỹ thuật ..................................................................................... 11

2.3.

2.2.1.

Phương án 1: ......................................................................................... 11

2.2.2.

Phương án 2: ......................................................................................... 16

2.2.3.

Phương án 3: ......................................................................................... 22

2.2.4.

Phương án 4: ......................................................................................... 27

2.2.5.

Phương án 5: ......................................................................................... 34

2.2.6.

Tổng kết chỉ tiêu kỹ thuật .................................................................... 40

Tính toán kinh tế ................................................................................................. 40 2.3.1.

Phương án 1: ......................................................................................... 41

2.3.2.

Phương án 2: ......................................................................................... 42

2.3.3.

Phương án 3: ......................................................................................... 43

2.3.4.

Phương án 4: ......................................................................................... 43

2.3.5.

Phương án 5: ......................................................................................... 44

Tổng hợp so sánh chỉ tiêu kinh tế các phương án: ........................................... 45 CHƯƠNG 3. CHỌN MÁY BIẾN ÁP TRONG TRẠM VÀ SƠ ĐỒ NỐI DÂY .................... 46

3.1.

Chọn MBA (chọn công suất MBA hạ áp).......................................................... 46

NGUYEN VU NHAT NAM 20181231

2

Đồ án II: Thiết kế lưới điện khu vực

GV hướng dẫn: Lê Thị Minh Châu

3.1.1.

Thanh góp.............................................................................................. 47

3.1.2.

Sơ đồ trạm biến áp hạ áp ..................................................................... 48

3.1.3.

Sơ đồ toàn hệ thống .............................................................................. 49

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN ..................... 51

4.1. Các phương án dự kiến ........................................................................................... 51 4.1.1. Chế độ phụ tải cực đại .............................................................................. 51 4.1.2. Chế độ phụ tải cực tiểu ............................................................................. 56 4.1.3. Chế độ đường dây sau sự cố ..................................................................... 60 CHƯƠNG 5: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN ............................................... 63

5.1. Lựa chọn đầu phân áp cho MBA ............................................................................ 65 5.1.1. Chế độ max ................................................................................................ 65 5.1.2. Chế độ min ................................................................................................. 66 5.1.3. Chế độ đường dây sau sự cố ..................................................................... 67 CHƯƠNG 6: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT TỔNG HỢP .................................... 68

6.1. Vốn đầu tư xây dựng cho mạng điện: .................................................................... 68 6.2. Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện ....................................................... 68 6.3. Tổn thất điện năng trong mạng điện ...................................................................... 69 6.4. Chi phí hàng năm và giá thành xây dựng: ............................................................ 69 6.4.1. Chi phí vận hành hàng năm:.................................................................... 69 6.4.2. Giá thành truyền tải điện năng:............................................................... 70 6.4.3. Giá thành xây dựng 1MW công suất phụ tải ở chế độ cực đại:............ 70 PHỤ LỤC..................................................................................................................................... 71

NGUYEN VU NHAT NAM 20181231

3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

VIỆN ĐIỆN

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

*****

*****

ĐỒ ÁN II

LƯỚI ĐIỆN 1. Tên đề tài thiết kế

: Thiết kế lưới điện khu vực

Đề tài số: 05

2. Họ và tên sinh viên

: Nguyễn Vũ Nhật Nam

3. Cán bộ hướng dẫn

: Lê Thị Minh Châu

4. Các số liệu

: Sơ đồ mặt bằng của nguồn và các phụ tải cho trên hình 1. Các số liệu của phụ tải cho trong bảng 1.

Hình 1. Sơ đồ mặt bằng của nguồn và các phụ tải Tỉ lệ: 1 ô = 10 km

15

Ghi chú: Nguồn 6

Tải

3 10

4 1 5

N

5

2

0

5

10

15

Bảng 1. Các số liệu của phụ tải Các thông số Phụ tải cực đại (MW)

Các hộ tiêu thụ 1

2

3

4

5

6

20

25

30

28

30

32

I

I

Hệ số công suất Mức đảm bảo cung cấp điện

0,9 I

Yêu cầu điều chỉnh điện áp

I

I

I

δUmax = 5%; δUmin = 0%; δUsc = 5%

Thời gian sử dụng công suất cực đại (h) Điện áp định mức lưới điện hạ áp (kV)

5100 22

Ghi chú: δ Umax, δUmin, δ Usc – tương ứng là độ lệch điện áp so với điện áp định mức trong chế độ max, chế độ min và chế độ sau sự cố một phần tử (tính theo % điện áp định mức của mạng).

Phụ tải cực tiểu bằng 60% phụ tải cực đại. Hệ số công suất trung bình trên thanh góp cao áp của nguồn điện bằng 0,85. Hệ số đồng thời m = 1. Điện áp vận hành trên thanh góp cao áp của nguồn điện khi phụ tải cực đại bằng 110%, khi phụ tải cực tiểu bằng 105%, khi sự cố bằng 110% điện áp định mức. 5. Nhiệm vụ thiết kế a. Phân tích nguồn và phụ tải. Cân bằng công suất trong hệ thống điện. b. Chọn phương án hợp lý về kinh tế - kỹ thuật. c. Chọn số lượng và công suất của máy biến áp trong trạm giảm áp. Vẽ sơ đồ nối dây chi tiết của mạng điện. d. Tính toán các chế độ vận hành của mạng điện. Chọn phương thức điều chỉnh điện áp phù hợp với yêu cầu của các phụ tải. e. Tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tổng hợp của mạng điện thiết kế.

Ngày nhận đề: 07/2021

Ngày hoàn thành: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Lê Thị Minh Châu

Đồ án II: Thiết kế lưới điện khu vực

GV hướng dẫn: Lê Thị Minh Châu

Lời nói đầu 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. Cùng với sự phát triển công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Công nghiệp điện lực giữ vai trò quan trọng do điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong nền kinh tế quốc dân. Ngày nay nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ,các khu đô thị,dân cư khu công nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều, do đó nhu cầu về điện năng tăng trưởng không ngừng. 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 chungKhi các nhà máy, xí nghiệp, khu liên doanh, các khu công nghiệp liên tục được quy hoạch và xây dựng thì các yêu cầu cho hệ thống cung cấp điện cũng cần được thiết kế và xây dựng. Cùng với đó là việc phân bổ nguồn điện sao cho hợp lý để tránh có nơi thừa điện, có nơi lại thiếu điện, qua đó đảm bảo cung cấp đủ công suất cho các phụ tải cũng là bài toán được đặt ra. Từ bối cảnh thực tế đó, và những kiến thức đã được học, em đã được nhận đề tài đồ án II: “ Thiết kế lưới điện khu vực”. Cùng với những cố gắng, nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của cô Lê Thị Minh Châu, em đã hoàn thành xong những yêu cầu của đồ án này. Trong quá trình hoàn thiện đồ án không tránh khỏi có những sai sót nhất định mặc dù đã rất cố gắng, mong các thầy( cô) góp ý thêm. Cuối cùng, em xin gửi đến cô Lê Thị Minh Châu lời cảm ơn chân thành nhất. Hà Nội, ngày 11 tháng 8năm 2021. Sinh viên Nguyễn Vũ Nhật Nam

NGUYEN VU NHAT NAM 20181231

4

Đồ án II: Thiết kế lưới điện khu vực

GV hướng dẫn: Lê Thị Minh Châu

CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1. Phân tích nguồn và phụ tải Trong đề tài yêu cầu thiết kế từ thanh góp cao áp của trạm tăng áp của nhà máy điện trở đi, nên cũng không cần phân tích về nguồn cung cấp điện. Nguồn điện được giả thiết cung cấp đủ công suất tác dụng theo nhu cầu của phụ tải với một hệ số công suất được quy định. Điều này cho thấy nguồn có thể không cung cấp đủ yêu cầu về công suất kháng và việc đảm bảo nhu cầu điện năng phản kháng có thể thực hiện trong quá trình thiết kế bằng cách bù công suất kháng tại các phụ tải mà không cần phải tải đi từ nguồn Phụ tải điện là số liệu ban đầu để giải quyết những vấn đề tổng hợp kinh tế kỹ thuật phức tạp khi thiết kế mạng điện. Xác định phụ tải điện là giai đoạn đầu tiên khi thiết kế hệ thống 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 kỹ thuật. Vì thế công tác phân tích phụ tải chiếm một vị trí hết sức quan trọng cần được thực hiện một cách chu đáo. Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện, phụ tải phân ra làm ba loại: Loại một: bao gồm các phụ tải quan trọng. Việc ngưng cung cấp điện cho các phụ tải này có thể nguy hiểm cho tính mạng con người, thiệt hại đến sản xuất, ảnh hưởng đến an ninh quốc phòng. Vì 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 có sự cố trong mạng điện. Chú ý rằng không nhất thiết tất cả các thành phần tiêu thụ điện trong phụ tải yêu cầu phải cung cấp điện liên tục vì vậy có thể cắt bớt một phần nhỏ các thành phần không quan trọng của phụ tải để đảm bảo cung cấp trong các trường hợp sự cố nặng nề 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. Vì vậy 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. Loại ba: bao gồm các phụ tải không quan trọng, việc mất điện không gây rahậu quả nghiêm trọng. Trong trường hợp này không cần phải xét đến các phương tiện dữ trự để đảm bảo cung cấp Ở đề tài này chúng ta xét yêu cầu cung cấp điện cho phụ tải loại một Sơ đồ mặt bằng nguồn theo đề bài thiết kế

NGUYEN VU NHAT NAM 20181231

5

Đồ án II: Thiết kế lưới điện khu vực

GV hướng dẫn: Lê Thị Minh Châu

Thông số phụ tải Các thông số Phụ tải cực đại (MW) Hệ số công suất Mức đảm bảo cung cấp điện Yêu cầu điều chỉnh điện áp Thời gian sử dụng công suất cực đại Điện áp định mức lưới hạ áp

Các hộ tiêu thụ 3 4 5 6 30 28 30 32 0,9 I I I I I I 𝛿𝑈 𝑚𝑎𝑥 = 5%, 𝛿𝑈 𝑚𝑖𝑛 = 0%,𝛿𝑈 𝑠𝑐 = 5% 5100 22

1 20

2 25

Phụ tải cực tiểu bằng 60% phụ tải cực đại. Hệ số công suất trung bình trên thanh góp cao áp của nguồn điện bằng 0,85. Hệ số đồng thời m = 1. Điện áp vận hành trên thanh góp cao áp của nguồn điện khi phụ tải cực đại bằng 110%, khi phụ tải cực tiểu bằng 105%, khi sự cố bằng 110% điện áp định mức.

NGUYEN VU NHAT NAM 20181231

6

Đồ án II: Thiết kế lưới điện khu vực

GV hướng dẫn: Lê Thị Minh Châu

Xét phụ tải 1: -

-

Chế độ cực đại:𝑃𝑚𝑎𝑥 = 20𝑀𝑊, 𝑐𝑜𝑠𝜑1 = 0.9 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 . 𝑡𝑎𝑛𝜑1 = 9,686𝑀𝑉𝐴𝑟 

𝑆𝑚𝑎𝑥 = √𝑃𝑚𝑎𝑥 2 + 𝑄𝑚𝑎𝑥 2 = 22.222𝑀𝑉𝐴



𝑆𝑚𝑖𝑛 = √𝑃𝑚𝑖𝑛 2 + 𝑄𝑚𝑖𝑛 2 = 13.333𝑀𝑉𝐴

Chế độ cực tiểu: 𝑃𝑚𝑖𝑛 = 60%𝑃𝑚𝑎𝑥 = 12𝑀𝑊 𝑄𝑚𝑖𝑛 = 60%𝑄𝑚𝑎𝑥 = 5.812𝑀𝑉𝐴𝑟

Áp dụng tương tự cho các phụ tải còn lại, ta được bảng sau Phụ tải Pmax (MW) Qmax (MVAr) 󰇗 𝑆𝑚𝑎𝑥 (MVA) Smax (MVA) Pmin (MW) Qmin (MVAr) 𝑆󰇗𝑚𝑖𝑛 (MVA) Smin (MVA)

1 20 9.686 20+j9.686 22.222 12 5.812 12+j5.812 13.333

2 25 12.108 25+j12.108 27.778 15 7.265 15+j7.265 16.667

3 30 14.53 30+j14.53 33.333 18 8.718 18+j8.718 20

4 28 13.561 28+j13.561 31.111 16.8 8.137 16.8+j8.137 18.667

5 30 14.53 30+j14.53 33.333 18 8.718 18+j8.718 20

6 32 15.498 32+j15.498 35.555 19.2 9.299 19.2+j9.299 21.333

2. Cân bằng công suất Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng cung cấp của các nguồn phụ tải thông qua mạng điện. Tại mỗi thời điểm, luôn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất và tiêu thụ. M ỗi mức cân bằng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q xác định một giá trị tần số và điện áp. Quá trình biến đổi công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi cân bằng công suất bị phá hoại, xảy ra rất phức tạp vì giữa chúng có quan hệ tương hỗ. Để đơn giản bài toán, ta coi sự thay đổi công suất tác dụng P ảnh hưởng chủ yếu đến tần s ố, còn sự cân bằng công suất phản kháng Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp. Cụ thể là khi nguồn phát không đủ công suất P cho phụ tải thì tần số bị giảm đi, và ngược lại. Khi thiếu công suất Q điện áp bị giảm thấp và ngược lại. a. Cân bằng công suất tác dụng Việc cân bằng công suất tác dụng trong nhà máy được thực hiện trong nhà máy điện bằng các bộ điều tốc thay đổi tốc độ tuabin. Cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống. Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống được biểu diễn bằng công thức sau: ∑ 𝑃𝐹 = ∑ 𝑃𝑦𝑐

Với

∑ 𝑃𝐹 : Công suất tác dụng phát ra từ nguồn

∑ 𝑃𝑦𝑐 : Công suất tác dụng yêu cầu của phụ tải

NGUYEN VU NHAT NAM 20181231

7

Đồ án II: Thiết kế lưới điện khu vực

GV hướng dẫn: Lê Thị Minh Châu

Trong đó ∑ 𝑃𝑦𝑐 = 𝑚. ∑ 𝑃𝑝𝑡 + ∆𝑃𝑚đ + 𝑃𝑡𝑑 + 𝑃𝑑𝑡

Với:

∑𝑃𝑝𝑡 : Tổng phụ tải tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ trong chế độ cực đại

• • • • •

m: hệ số đồng thời (đề tải giả thiết m=1) ∆𝑃𝑚đ : Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện, tính sơ bộ lấy ∑∆𝑃𝑚đ =5%∑ 𝑃𝑝𝑡 ∑𝑃𝑡𝑑 : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp. ∑𝑃𝑡𝑑 = 0 ∑𝑃𝑑𝑡 : Tổng công suất dự trữ. ∑𝑃𝑑𝑡 =0

Áp dụng công thức trên ta được:

∑ 𝑃𝐹 =∑ 𝑃𝑦𝑐 = 𝑚. ∑ 𝑃𝑝𝑡 + ∆𝑃𝑚đ + 𝑃𝑡𝑑 + 𝑃𝑑𝑡 = 165+5%.165=173,25(MW)

b. Cân bằng công suất phản kháng 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 công thức sau: ∑QF + Qbu∑ =∑ 𝑄𝑦𝑐 = m∑Qpt + ∑ΔQB + ∑ΔQL - QC + Qtd + Qdt

Trong đó: • • • • • • • • •

∑QF: tổng công suất phát ra của các máy phát điện Qbu∑: tổng công suất phản kháng cần bù ∑ 𝑄𝑦𝑐 : tổng tổn thất công suất phản kháng yêu cầu phụ tải m∑Qpt: tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời. ∑ΔQMBA: tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp, ∑ΔQMBA=15%∑ΔQmax ∑ΔQL: tổng tổn thất công suất phản kháng trên các đường dây của mạng điện. QC: tổng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh Qtd, Qdt: tổng công suất kháng tự dùng và dự trữ của nhà máy điện. Qtd = Qdt=0 Nếu ∑QF ≥ ∑ 𝑄𝑦𝑐 thì không cần phải bù công suất phản kháng

Áp dụng công thức trên ta được:

∑ 𝑄𝑦𝑐 = m∑Qpt + ∑ΔQB + ∑ΔQL - QC + Qtd + Qdt = 1.79,913+15%.79,913=91,9(MVAr)

∑QF= ∑ 𝑃𝐹 . 𝑡𝑎𝑛𝜑𝐹 = 173,25. tan(arccos(0,85)) =107,371(MVAr) Ta thấy ∑QF > ∑ 𝑄𝑦𝑐 nên ta không cần bù công suất phản kháng.

NGUYEN VU NHAT NAM 20181231

8

Đồ án II: Thiết kế lưới điện khu vực

GV hướng dẫn: Lê Thị Minh Châu

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KINH TẾ - KỸ THUẬT 2.1 Các phương án dự kiến sẽ thực hiện Việc lựa chọn các phương án cung cấp điện hợp lý phải đảm bảo các yếu tố và một số yêu cầu nhất định trong đó hai yếu tố chiếm phần quan trọng nhất là cũng cấp điện kinh tế với chất lượng và độ tin cậy cao. Tính toán thiết kế lưới điện nhằm mục đích đưa ra các phương án và lựa chọn phù hợp cân bằng giữa yếu tố kinh tế và kĩ thuật. Bước đầu của việc tính toán là đưa ra các sơ đồ cung cấp điện hợp lý đảm bảo các điều kiện chọn theo yêu cầu. Trong các phương án cần chú ý các nguyên tắc như đảm bảo cung cấp điện liên tục và phụ thuộc vào hộ tiêu thụ. Với các phụ tải loại I cần đảm bảo cấp điện liên tục trong mọi tình huống vì đây là các phụ tải quan trọng điển hình như: bệnh viện, các khu công nghiệp, nhà máy …. Vì vậy phương án đi dây cho các phụ tải này phải có các đường dây dự phòng cố định như (2 đường dây độc lập: mạch kép hoặc mạch vòng kín). Ngoài ra phải đảm bảo chất lượng điện năng, các chỉ tiêu về kinh tế như: vốn đầu tư, chi phí vận hành và tổn thất nhỏ và đảm bảo an toàn khi vận hành có khả nă...