Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong hệ thống năng lượng quốc gia, khâu thiết kế mạng lưới điện đóng vai trò then chốt nhằm đảm bảo khả năng cung cấp điện liên tục, an toàn và đạt tiêu chuẩn chất lượng điện năng cho các trung tâm phụ tải với chi phí đầu tư và vận hành tối ưu. Đồ án môn học "Thiết kế lưới điện" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Tiến Cường (Khoa Kỹ thuật Điện, Trường Đại học Điện Lực, dưới sự hướng dẫn của ThS. Đỗ Thị Loan) nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một mạng lưới điện khu vực cấp điện áp 110 kV kết nối từ nguồn hệ thống đến 5 trạm phụ tải.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định theo các bước kỹ thuật:
- Phân tích đặc tính nguồn điện và các hộ tiêu thụ; tính toán cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng của toàn hệ thống.
- Đề xuất các phương án cấu trúc nối dây khả thi (hình tia, liên thông, mạch kín và phương án kết hợp) nhằm đáp ứng yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện.
- Tính toán lựa chọn cấp điện áp truyền tải định mức theo công thức kinh tế - kỹ thuật và xác định tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn theo mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt}$).
- Kiểm tra toàn diện các điều kiện kỹ thuật của đường dây: điều kiện tổn thất vầng quang, điều kiện phát nóng cho phép ở chế độ vận hành bình thường và chế độ sự cố nặng nề nhất, kiểm tra tổn thất điện áp cho phép.
- Tính toán chỉ tiêu kinh tế qua hàm chi phí quy đổi hàng năm để lựa chọn phương án tối ưu.
- Lựa chọn dung lượng, số lượng máy biến áp cho các trạm hạ áp ($110/22\text{ kV}$) và thiết kế sơ đồ nối điện chính cho toàn mạng.
- Tính toán dòng phân bố công suất, tổn thất công suất, tổn thất điện áp tại các nút và xác định nấc phân áp điều chỉnh điện áp của máy biến áp trong ba chế độ vận hành: cực đại, cực tiểu và sau sự cố.
Đối tượng nghiên cứu là mạng điện khu vực kết nối thanh cái nguồn hệ thống $110\text{ kV}$ đến 5 nút phụ tải có công suất tiêu thụ lớn. Phạm vi không gian nghiên cứu xác định qua khoảng cách địa lý từ nguồn đến các phụ tải dao động từ $41,23\text{ km}$ đến $64,00\text{ km}$, khoảng cách liên kết giữa các phụ tải từ $38,66\text{ km}$ đến $40,00\text{ km}$. Phạm vi thời gian và chế độ phụ tải xét thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{max} = 5395\text{ giờ}$ (và $T_{max} = 4529\text{ giờ}$ trong tính toán $J_{kt}$) với điện áp thứ cấp cấp cho phụ tải là $U_h = 22\text{ kV}$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu áp dụng các quy chuẩn kỹ thuật ngành điện và giáo trình chuyên ngành:
- Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng: Quy định về độ lệch điện áp và chất lượng điện năng theo Thông tư số 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương; lý thuyết thiết kế mạng lưới điện dựa trên tài liệu "Mạng Lưới Điện" của tác giả Nguyễn Văn Đạm; công thức kinh nghiệm Still xác định điện áp vận hành kinh tế; phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt}$.
- Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp giải tích kỹ thuật hệ thống điện kết hợp tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật. Quy trình tính toán bao gồm cân bằng công suất nút, phân tích dòng công suất trong mạng hở và mạng kín bằng phương pháp mô men công suất, tính toán sụt áp và kiểm tra phát nóng dây dẫn theo giới hạn dòng điện cho phép ($I_{cp}$).
- Nguồn dữ liệu đầu vào: Thông số phụ tải và nguồn điện được cho cụ thể tại đề bài thiết kế:
| Nút phụ tải |
Loại phụ tải |
$P_{max}\text{ (MW)}$ |
$Q_{max}\text{ (MVAr)}$ |
$S_{max}\text{ (MVA)}$ |
$P_{min}\text{ (MW)}$ |
$Q_{min}\text{ (MVAr)}$ |
$S_{min}\text{ (MVA)}$ |
Khoảng cách $L_{i.HT-PT}\text{ (km)}$ |
| Phụ tải 1 |
Loại I |
39,00 |
24,18 |
$39 + j24,18$ |
28,08 |
17,41 |
$28,08 + j17,41$ |
51,00 |
| Phụ tải 2 |
Loại I |
36,00 |
22,32 |
$36 + j22,32$ |
25,92 |
16,07 |
$25,92 + j16,07$ |
60,00 |
| Phụ tải 3 |
Loại I |
30,00 |
18,60 |
$30 + j18,60$ |
21,60 |
13,39 |
$21,60 + j13,39$ |
64,00 |
| Phụ tải 4 |
Loại I |
32,00 |
19,84 |
$32 + j19,84$ |
23,04 |
14,28 |
$23,04 + j14,28$ |
44,72 |
| Phụ tải 5 |
Loại III |
24,00 |
14,88 |
$24 + j14,88$ |
17,28 |
10,71 |
$17,28 + j10,71$ |
41,23 |
Hệ số công suất của các phụ tải và hệ thống là $\cos\varphi = 0,85$ ($\text{tg}\varphi = 0,62$). Khoảng cách giữa các trạm: $L_{1-3} = 38,66\text{ km}$; $L_{2-4} = 40,00\text{ km}$. Nguồn điện hệ thống (HTD) có công suất vô cùng lớn, điện áp thanh góp nguồn ở chế độ cực đại/sự cố là $U_{HT} = 1,1 \cdot U_{đm} = 121\text{ kV}$ và ở chế độ cực tiểu là $U_{HT} = 1,05 \cdot U_{đm} = 115,5\text{ kV}$ (hoặc $115\text{ kV}$).
Thiết kế kỹ thuật và kiểm tra vận hành
Quá trình tính toán kỹ thuật đường dây và trạm biến áp được thiết lập qua các bước:
-
Công thức Still tính toán điện áp vận hành kinh tế:
$$U_i = 4,34 \cdot \sqrt{L_i + 16 \cdot \frac{P_i}{n}}$$
Trong đó $L_i$ là chiều dài đoạn đường dây ($\text{km}$), $P_i$ là công suất truyền tải ($\text{MW}$), $n$ là số mạch đường dây ($n=1$ đối với lộ đơn, $n=2$ đối với lộ kép). Kết quả tính toán cho các đoạn dao động từ $47,66\text{ kV}$ đến $106,57\text{ kV}$, dẫn đến quyết định chuẩn hóa cấp điện áp danh định toàn mạng là $110\text{ kV}$.
-
Tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt} = 1,1\text{ A/mm}^2$:
- Dòng điện làm việc cực đại: $I_{lv.max} = \frac{S_{max}}{\sqrt{3} \cdot U_{đm} \cdot n}$
- Tiết diện tính toán: $F_{tt} = \frac{I_{lv.max}}{J_{kt}}$
- Lựa chọn dây dẫn nhôm lõi thép tiêu chuẩn (dây AC) trên cột bê tông ly tâm hoặc cột thép, khoảng cách trung bình hình học giữa các pha $D_{tb} = 5\text{ m}$.
-
Tiêu chuẩn kiểm tra kỹ thuật bắt buộc:
- Tổn thất vầng quang: Tiết diện dây dẫn tối thiểu cho cấp $110\text{ kV}$ là $\text{AC-70}$.
- Điều kiện phát nóng: Ở chế độ bình thường $I_{lv.max} \le I_{cp}$; ở chế độ sự cố đứt 1 mạch của đường dây kép $I_{sc} = 2 \cdot I_{lv.max} \le I_{cp}$.
- Tổn thất điện áp cho phép: Chế độ bình thường $\Delta U_{bt.max} \le 10% \div 15%$; chế độ sự cố $\Delta U_{sc.max} \le 15% \div 20%$ (đối với mạng kín $\Delta U_{bt.max} \le 15% \div 20%$, $\Delta U_{sc.max} \le 20% \div 25%$).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Cân bằng công suất và đề xuất phương án nối dây
Chương này thực hiện phân tích đặc tính nguồn điện, phụ tải và tính toán cân bằng công suất tác dụng, phản kháng nhằm xác định nhu cầu phát và truyền tải của hệ thống.
- Cân bằng công suất tác dụng: Tổng công suất phụ tải cực đại $P_{pt} = 161\text{ MW}$ (tính toán sơ bộ với tổng tiêu thụ thành phần và tổn thất mạng điện $P_{mđ} = 5%$), công suất phát yêu cầu của nguồn $P_F = P_{yc} = 158 + 8,05 = 169,05\text{ MW}$ (với hệ số đồng thời $m=1$).
- Cân bằng công suất phản kháng: Tổng công suất phản kháng phụ tải $Q_{pt} = 99,82\text{ MVAr}$; tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp $Q_B = 15% \cdot \sum Q_{pt} = 14,973\text{ MVAr}$; giả thiết sơ bộ tổn thất trên đường dây cân bằng với dung dẫn đường dây ($Q_L = Q_C$). Nhu cầu công suất phản kháng $Q_{yc} = 99,82 + 14,937 = 114,757\text{ MVAr}$. Công suất phản kháng phát kinh tế của hệ thống đạt $Q_F = P_F \cdot \text{tg}\varphi = 169,05 \cdot 0,62 = 104,811\text{ MVAr}$. Nguồn điện thanh cái hệ thống có công suất vô cùng lớn đáp ứng đủ nhu cầu vận hành, do đó mạng điện không cần đặt thiết bị bù cưỡng bức sơ bộ.
- Đề xuất 4 phương án nối dây:
- Phương án 1 (Hình tia): Nguồn cấp trực tiếp đến từng phụ tải (HT-1, HT-2, HT-3, HT-4 dùng đường dây lộ kép; HT-5 dùng lộ đơn). Độ tin cậy cao, vận hành đơn giản nhưng tổng chiều dài đường dây và chi phí xây dựng lớn.
- Phương án 2 (Liên thông): HT cấp điện lộ kép cho PT1, từ PT1 kéo tiếp lộ kép sang PT3; các nhánh HT-2, HT-4 đi lộ kép riêng, HT-5 lộ đơn. Tiết kiệm vốn đầu tư đường dây nhưng đòi hỏi trạm trung gian.
- Phương án 3 (Mạch kín): Xây dựng mạch vòng kín liên kết HT - 4 - 2 - HT (các đoạn đi lộ đơn); nhánh HT-1 và HT-3 đi lộ kép riêng, HT-5 đi lộ đơn. Đảm bảo cấp điện từ 2 phía, tính linh hoạt cao.
- Phương án 4 (Kết hợp): Phối hợp các đoạn liên thông HT-1-3 và liên kết mạch vòng HT-4-2.
Chương 2: Lựa chọn điện áp truyền tải điện và tính chọn tiết diện dây dẫn
Chương 2 tính toán cụ thể điện áp Still cho từng đoạn đường dây trên cả 4 phương án, thống nhất lựa chọn điện áp danh định $U_{đm} = 110\text{ kV}$. Tiến hành tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức, xác định tiết diện tính toán $F_{tt}$ và quy chuẩn sang tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn cho từng phương án:
- Phương án 1:
- Đoạn HT-1: $I_{lv.max} = 113,72\text{ A}$, chọn dây kép $2 \times \text{AC-120}$ ($I_{cp} = 380\text{ A}$, $r_0 = 0,27,\Omega/\text{km}$), $I_{sc} = 227,44\text{ A} < I_{cp}$, $\Delta U_{bt} = 4,37%$, $\Delta U_{sc} = 8,74%$.
- Đoạn HT-2: $I_{lv.max} = 104,97\text{ A}$, chọn dây kép $2 \times \text{AC-95}$ ($I_{cp} = 330\text{ A}$, $r_0 = 0,33,\Omega/\text{km}$), $\Delta U_{bt} = 5,32%$, $\Delta U_{sc} = 10,64%$.
- Đoạn HT-3: $I_{lv.max} = 87,48\text{ A}$, chọn dây kép $2 \times \text{AC-95}$ ($I_{cp} = 330\text{ A}$, $r_0 = 0,33,\Omega/\text{km}$), $\Delta U_{bt} = 4,72%$, $\Delta U_{sc} = 9,44%$.
- Đoạn HT-4: $I_{lv.max} = 93,31\text{ A}$, chọn dây kép $2 \times \text{AC-95}$ ($I_{cp} = 330\text{ A}$, $r_0 = 0,33,\Omega/\text{km}$), $\Delta U_{bt} = 3,52%$, $\Delta U_{sc} = 7,04%$.
- Đoạn HT-5: $I_{lv.max} = 147,00\text{ A}$, chọn dây đơn $1 \times \text{AC-120}$ ($I_{cp} = 380\text{ A}$, $r_0 = 0,27,\Omega/\text{km}$), $\Delta U_{bt} = 4,35%$.
- Phương án 2: Đoạn HT-1 gánh tổng công suất PT1 và PT3 ($S = 69 + j42,78\text{ MVA}$), chọn dây kép $2 \times \text{AC-240}$ ($I_{cp} = 605\text{ A}$, $r_0 = 0,13,\Omega/\text{km}$), $\Delta U_{bt} = 5,50%$, $\Delta U_{sc} = 11,00%$. Đoạn liên thông 1-3 chọn dây kép $2 \times \text{AC-120}$ ($\Delta U_{bt} = 3,31%$).
- Phương án 3: Phân bố công suất mạch vòng xác định dòng chạy trên đoạn HT-4 ($S_{HT-4} = 37,04 + j22,96\text{ MVA}$), đoạn 4-2 ($S_{4-2} = 5,04 + j3,12\text{ MVA}$) và đoạn HT-2 ($S_{HT-2} = 30,96 + j19,20\text{ MVA}$). Đoạn HT-2 chọn dây đơn $1 \times \text{AC-240}$ ($\Delta U = 6,27%$), đoạn 2-4 chọn dây đơn $1 \times \text{AC-70}$ ($I_{cp} = 265\text{ A}$, $\Delta U = 1,20%$).
- Tất cả các phương án đều thỏa mãn điều kiện vầng quang ($F \ge 70\text{ mm}^2$), điều kiện phát nóng và độ sụt áp giới hạn.
Chương 3: Tính toán chỉ tiêu kinh tế và lựa chọn phương án tối ưu
Chương này thiết lập mô hình tính toán so sánh kinh tế giữa 4 phương án kỹ thuật thông qua vốn đầu tư xây dựng đường dây và chi phí vận hành hàng năm:
- Công thức tính vốn đầu tư: $K_i = k_{0i} \cdot l_i \cdot x$ (với $x=1$ cho đường dây lộ đơn và $x=1,6$ cho đường dây lộ kép; $k_{0i}$ là suất đầu tư trên $1\text{ km}$ đường dây ứng với từng loại tiết diện).
- Tính toán tổn thất công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại:
$$\Delta P_{i.max} = \frac{P_{i.max}^2 + Q_{i.max}^2}{U_{đm}^2} \cdot R_i$$
- Dựa trên tổng chi phí tính toán quy đổi hàng năm ($Z = E_{tc} \cdot K + Y$), đồ án so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án để chọn ra phương án tối ưu nhất đưa vào thiết kế chi tiết ở các chương sau.
Chương 4: Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính
Thực hiện tính toán công suất định mức cho máy biến áp tại 5 trạm hạ áp $110/22\text{ kV}$:
- Lựa chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây đáp ứng điều kiện quá tải cho phép khi gặp sự cố đứt 1 lộ hoặc hỏng 1 máy biến áp tại các trạm có 2 máy biến áp vận hành song song (áp dụng cho các phụ tải loại I: PT1, PT2, PT3, PT4).
- Thiết kế sơ đồ nối điện chính cho từng trạm: sơ đồ cầu trong, sơ đồ cầu ngoài, sơ đồ hệ thống hai thanh góp có máy cắt liên lạc (MCLL) và sơ đồ bộ đường dây - máy biến áp tùy thuộc vào quy mô, số lượng mạch đến và mức độ quan trọng của phụ tải.
Chương 5: Tính toán các chế độ vận hành của mạng điện
Thực hiện giải bài toán phân bố trào lưu công suất và tính toán tổn thất công suất chi tiết trên toàn bộ các phân đoạn đường dây và các máy biến áp trong ba chế độ vận hành:
- Chế độ phụ tải cực đại ($P_{max}, Q_{max}$).
- Chế độ phụ tải cực tiểu ($P_{min}, Q_{min}$).
- Chế độ sau sự cố (xét sự cố đứt một mạch đường dây hoặc sự cố máy biến áp tại các nút trọng yếu).
Chương 6: Tính điện áp các nút và điều chỉnh điện áp trong mạng điện
Tính toán chính xác giá trị điện áp thực tế tại các nút thứ cấp $22\text{ kV}$ của các trạm biến áp trong cả 3 chế độ vận hành:
- Nguồn cấp điện áp thanh cái hệ thống ở chế độ cực đại và sau sự cố là $U_{cs} = 121\text{ kV}$, ở chế độ cực tiểu là $U_{cs} = 115\text{ kV}$.
- Tính toán độ lệch điện áp thực tế tại thanh cái hạ áp trạm biến áp so với điện áp yêu cầu theo quy chuẩn.
- Xác định và lựa chọn các nấc phân áp chuẩn của bộ điều chỉnh điện áp dưới tải (hoặc không tải) trên cuộn cao áp máy biến áp nhằm đảm bảo điện áp thanh cái $22\text{ kV}$ luôn nằm trong dải cho phép theo quy định của Thông tư 39/2015/TT-BCT.
Chương 7: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện
Tổng kết và đánh giá toàn diện các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cuối cùng của phương án được lựa chọn, bao gồm: tổng vốn đầu tư xây lắp toàn mạng, tổng tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A$), giá thành truyền tải điện năng và các thông số tổng hợp về khối lượng vật tư xây dựng đường dây và trạm biến áp.
Kết quả và đóng góp
Đồ án hoàn thành các kết quả tính toán kỹ thuật cụ thể:
- Tổng hợp thông số kỹ thuật lựa chọn dây dẫn cho phương án 1 (PA1):
| Đoạn đường dây |
Loại dây dẫn |
Số mạch ($n$) |
Chiều dài $L\text{ (km)}$ |
$I_{lv.max}\text{ (A)}$ |
$I_{cp}\text{ (A)}$ |
$I_{sc}\text{ (A)}$ |
$\Delta U_{bt}\text{ (%)}$ |
$\Delta U_{sc}\text{ (%)}$ |
| HT - PT1 |
$2 \times \text{AC-120}$ |
2 |
51,00 |
113,72 |
380 |
227,44 |
4,37 |
8,74 |
| HT - PT2 |
$2 \times \text{AC-95}$ |
2 |
60,00 |
104,97 |
330 |
209,94 |
5,32 |
10,64 |
| HT - PT3 |
$2 \times \text{AC-95}$ |
2 |
64,00 |
87,48 |
330 |
174,96 |
4,72 |
9,44 |
| HT - PT4 |
$2 \times \text{AC-95}$ |
2 |
44,72 |
93,31 |
330 |
186,62 |
3,52 |
7,04 |
| HT - PT5 |
$1 \times \text{AC-120}$ |
1 |
41,23 |
147,00 |
380 |
— |
4,35 |
4,35 |
-
Các giải pháp kỹ thuật chính được đề xuất:
- Thống nhất quy hoạch cấp điện áp truyền tải toàn vùng là $110\text{ kV}$, hạ áp trực tiếp xuống $22\text{ kV}$ qua các trạm biến áp 3 pha 2 cuộn dây.
- Bố trí đường dây lộ kép cho 4 trạm phụ tải loại I (PT1 đến PT4) đảm bảo tiêu chuẩn cấp điện liên tục khi sự cố đứt một mạch mà không cần sa thải phụ tải; trạm PT5 (loại III) sử dụng đường dây lộ đơn để tối ưu chi phí đầu tư.
- Toàn bộ tiết diện dây dẫn được chọn đều vượt qua kiểm tra điều kiện tổn thất vầng quang ($F \ge \text{AC-70}$), điều kiện phát nóng ($I_{lv} < I_{cp}$, $I_{sc} < I_{cp}$) và tổn thất điện áp cực đại sau sự cố nhỏ hơn giới hạn cho phép ($10,64% \le 20%$).
- Xác lập giải pháp điều chỉnh điện áp thông qua việc tính chọn nấc phân áp máy biến áp tại từng chế độ phụ tải, đảm bảo chất lượng điện áp ngõ ra thanh cái $22\text{ kV}$.
-
Đóng góp của đồ án:
- Xây dựng quy trình tính toán thiết kế hoàn chỉnh, logic từ khâu cân bằng công suất, so sánh phương án nối dây, tính toán trào lưu đến điều chỉnh điện áp bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Tập đoàn Điện lực Việt Nam và Bộ Công Thương.
- Cung cấp bảng số liệu tính toán chi tiết về cơ sở dữ liệu đường dây và trạm biến áp khu vực, phục vụ trực tiếp cho công tác thẩm định kinh tế - kỹ thuật mạng điện $110\text{ kV}$.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên phạm vi và các giả thiết được nêu trong văn bản đồ án:
- Hạn chế:
- Trong tính toán phân bố dòng công suất mạch vòng (Phương án 3), tác giả sử dụng giả thiết mạng điện đồng nhất và các đoạn đường dây có cùng tiết diện để giải tích sơ bộ trước khi hiệu chỉnh.
- Cân bằng công suất phản kháng ở giai đoạn sơ bộ giả định tổn thất phản kháng trên đường dây cân bằng với công suất dung dẫn phát ra ($Q_L = Q_C$), chưa xét đến ảnh hưởng chi tiết của điện dung ký sinh trong các chế độ phụ tải thay đổi liên tục.
- Đồ án chưa tích hợp mô hình phân tích ngắn mạch chi tiết để kiểm tra độ ổn định động, ổn định nhiệt của các khí cụ điện (máy cắt, dao cách ly) và chưa xây dựng sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle số chi tiết.
- Hướng mở rộng:
- Ứng dụng các phần mềm mô phỏng chuyên ngành (như PSS/E, ETAP hoặc PowerWorld) để tính toán trào lưu công suất phi tuyến và tối ưu hóa vị trí đặt tụ bù tĩnh/SVC/STATCOM.
- Mở rộng bài toán thiết kế khi xét đến sự thâm nhập của các nguồn năng lượng tái tạo (điện mặt trời áp mái, điện gió) đấu nối vào lưới phân phối $22\text{ kV}$.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:
- Sinh viên và học viên chuyên ngành: Các ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Tự động hóa hệ thống điện tại các trường đại học kỹ thuật làm tài liệu mẫu phục vụ đồ án môn học Thiết kế lưới điện, đồ án Thiết kế trạm biến áp và đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
- Kỹ sư thiết kế và vận hành điện lực: Tham khảo phương pháp tính toán thực tế trong việc lựa chọn cấp điện áp theo Still, quy trình chọn tiết diện dây dẫn theo $J_{kt}$, và thuật toán chọn nấc phân áp máy biến áp $110/22\text{ kV}$ thỏa mãn Thông tư 39/2015/TT-BCT.
- Nội dung giá trị nhất: Phần tính toán so sánh kỹ thuật giữa các cấu hình mạng tia, liên thông, mạch kín và phương pháp kiểm tra điều kiện phát nóng sau sự cố đường dây lộ kép tại Chương 2 và Chương 6.
Câu hỏi thường gặp
1. Đặc tính của nguồn điện và các yêu cầu cấp điện cho 5 phụ tải được xác định như thế nào trong đồ án?
Nguồn điện được cấp từ thanh góp hệ thống điện $110\text{ kV}$ có công suất vô cùng lớn với hệ số công suất $\cos\varphi = 0,85$. Điện áp nguồn ở chế độ cực đại/sự cố là $1,1 \cdot U_{đm} = 121\text{ kV}$, ở chế độ cực tiểu là $1,05 \cdot U_{đm} = 115,5\text{ kV}$ (hoặc $115\text{ kV}$). Hệ thống cung cấp điện cho 5 phụ tải: PT1 ($39\text{ MW}$), PT2 ($36\text{ MW}$), PT3 ($30\text{ MW}$), PT4 ($32\text{ MW}$) đều là phụ tải loại I (bắt buộc dùng đường dây lộ kép để đảm bảo cấp điện liên tục); PT5 ($24\text{ MW}$) là phụ tải loại III (dùng đường dây lộ đơn).
2. Tại sao tác giả lựa chọn cấp điện áp danh định thống nhất là 110 kV cho toàn mạng?
Khi áp dụng công thức kinh nghiệm Still ($U_i = 4,34 \cdot \sqrt{L_i + 16 \cdot P_i/n}$), điện áp tính toán vận hành kinh tế cho các phân đoạn đường dây dao động từ $47,66\text{ kV}$ đến $106,57\text{ kV}$. Để đảm bảo tính thống nhất trong quản lý vận hành, thuận tiện cho việc lựa chọn khí cụ điện, máy biến áp và giảm chi phí xây dựng trạm trung gian nhiều cấp điện áp, cấp điện áp tiêu chuẩn $110\text{ kV}$ được chọn làm điện áp định mức chung cho toàn mạng.
3. Tiêu chuẩn và điều kiện kiểm tra kỹ thuật đối với tiết diện dây dẫn gồm những gì?
Tiết diện dây dẫn nhôm lõi thép (AC) được chọn theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt} = 1,1\text{ A/mm}^2$ và phải vượt qua 3 điều kiện kiểm tra kỹ thuật:
- Tổn thất vầng quang: Tiết diện $F \ge \text{AC-70}$.
- Điều kiện phát nóng: $I_{lv.max} \le I_{cp}$ (chế độ bình thường) và $I_{sc} = 2 \cdot I_{lv.max} \le I_{cp}$ (chế độ đứt 1 mạch đường dây kép).
- Điều kiện tổn thất điện áp: $\Delta U_{bt} \le 10% \div 15%$ và $\Delta U_{sc} \le 15% \div 20%$.
4. Dòng công suất phân bố trong mạch vòng kín HT-4-2-HT (Phương án 3) được tính toán ra sao?
Với giả thiết đường dây đồng nhất và cùng tiết diện, dòng công suất chạy trên đoạn HT-4 đạt $S_{HT-4} = 37,04 + j22,96\text{ MVA}$; dòng trên đoạn liên kết 4-2 là $S_{4-2} = 5,04 + j3,12\text{ MVA}$; dòng trên đoạn HT-2 đạt $S_{HT-2} = 30,96 + j19,20\text{ MVA}$. Kết quả cho thấy dòng công suất chảy từ nguồn qua nút 4 rồi truyền một phần sang nút 2 trước khi khép vòng về nguồn.
5. Mục đích của việc tính toán điện áp nút và lựa chọn nấc phân áp máy biến áp ở Chương 6 là gì?
Mục đích là xác định chính xác tổn thất điện áp trên đường dây và trong máy biến áp ở ba chế độ (cực đại $U_{cs}=121\text{ kV}$, cực tiểu $U_{cs}=115\text{ kV}$, sau sự cố $U_{cs}=121\text{ kV}$), từ đó chọn đầu phân áp thích hợp trên cuộn cao áp máy biến áp để giữ điện áp thanh cái hạ áp $22\text{ kV}$ luôn đạt giá trị định mức và không vượt quá độ lệch cho phép theo Thông tư 39/2015/TT-BCT.
Kết luận
Đồ án môn học "Thiết kế lưới điện" của sinh viên Nguyễn Tiến Cường đã giải quyết trọn vẹn và chuẩn xác bài toán thiết kế kỹ thuật mạng truyền tải $110\text{ kV}$ cấp điện cho 5 phụ tải khu vực. Công trình thể hiện phương pháp tính toán mạch lạc từ cân bằng công suất, xác định cấu hình nối dây, lựa chọn dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế đến kiểm tra vận hành và điều chỉnh điện áp trạm biến áp. Các kết quả tính toán đều thỏa mãn đầy đủ các quy chuẩn kỹ thuật ngành điện, mang lại giải pháp cung cấp điện an toàn, tin cậy và có tính khả thi ứng dụng cao.
