CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 1. Khái quát chung về thiết kế lưới điện Thiết kế lưới điện (TKLD) là một quá trình thực hiện các công đoạn tìm hiểu thông tin từ các đối tượng thiết kế, phân tích -tính toán cho từng đối tượng, nghiên cứu - đề ra các phương án thiết kế hợp lý, đánh giá - thảo luận rút ra phương án tối ưu phương án có thể phát trển. Mỗi công đoạn đều phải thực hiện chính xác, có sự phối hợp chặt chẽ và gắn bó với nhau để xây dụng được một mạng lưới điện hiệu quả, tin cậy, và mang lại giá trị kinh tế. Muc ̣t tiêu của thiết kế hê ̣tthống lướ i điêṇ (LĐ) là phân tích, nghiên cứ u các giải pháp cung cấp điêṇ cho phu ̣ttải (PT) đat ̣t chất lương điêṇ năng cao nhất vớ i chi phí thấp nhất, vì để đưa ra phương án tối ưu nhất ta cần vâ y phân tích nguồn và phu ̣ttải.
Phân tích nguồn điện mạng lưới N 5 1 4 3 2 10 Hình 1. Sơ đồ phân bố nguồn điện và phụ tải 11 Mạng lưới điện được cung cấp bởi một nguồn (HTD). Nguồn là thanh góp hệ thống 110kV có công suất vô cùng lớn, có khả năng đáp ứng yêu cầu về công suất của phụ tải và đảm bảo chất lượng điện năng. Với công suất vô cùng lớn, nguồn HTD đảm bảo diện áp trên thanh góp cao áp không đổi khi xảy ra các biến động về công suất phụ tải, dù xảy ra ngắn mạch.
Trong đồ án thiết kế mạng lưới điện HT có các thông số kỹ thuật như sau: - Hệ số công suất cosφ = 0,85 - Điện áp trên thanh cái nguồn điện: - Khi phụ tải có chế độ cực đại hoặc khi phụ tải gặp sự cố nặng nề không mong muốn: U HT = 1,1.U đm - Khi phụ tải ở chế độ cực tiểu là: U HT = 1,05. Phân tích phụ tải điện Phụ tải thiết kế bao gồm 5 hộ phụ tải: Trong đó: + Loại I: PT1 PT2 PT3 PT4 + Loại III: PT5 Thời gian tiêu thụ công suất lớn nhất là: Tmax=5395 h Yêu cầu độ lệch điện áp được quy định theo thông tư 39/2015/TT-BCT Điện áp thứ cấp cho các PT: Uh = 22Kv Đặc điểm của 3 loại hộ phụ tải điện: - Loại I: là những hộ tiêu thụ điện mà khi cung cấp điện bị gián đoạn sẽ ảnh hưởng đến an ninh Quốc gia, ảnh hưởng đến các cơ quan trọng yếu của Nhà nước, gây nguy hiểm chết người, tổn thất nghiêm trọng về kinh tế hoặc theo nhu cầu cấp điện đặc biệt của khách hàng. Vì vậy đối với phụ tải loại I Phải được cung cấp điện bằng ít nhất hai nguồn cung cấp điện độc lập và một nguồn dự phòng tại chỗ. Chỉ được phép ngừng cung cấp điện trong thời gian tự động đóng nguồn dự 12 phòng.
Nguồn điện dự phòng tại chỗ có thể là trạm cố định hoặc lưu động có máy phát điện hoặc bộ lưu điện (UPS) - Loại II: là những hộ tiêu thụ điện mà khi cung cấp điện bị gián đoạn sẽ gây tổn thất lớn về kinh tế, rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp, rối loạn hoạt động bình thường của thành phố. Phụ tải điện loại II được phép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết để đóng nguồn dự phòng. - Loại III: là những hộ tiêu thụ điện không thuộc hai loại trên (có thể dừng cung cấp điện trong thời gian sửa chữa mà không ảnh hưởng xấu đến hoạt động xã hội). Ta có công thức tính toán công suất phản kháng Qpt.max, S của các phụ tải như sau: (1.6) cosⱷ = 0,85 Để xác định thêm các giá trị công suất phụ vụ cho thiết kế, áp dụng công thức (1.6) ta tiến hành tính toán công suất Pmin, Qmax, Qmin, Smax, Smin và khoảng cách.
Ta có bảng sau: 13 PT 1 2 3 4 5 Pmax(MW) 39 36 30 32 24 Qmax(MVAR) 24,18 22,32 18,6 19,84 14,88 Smax(MVA) 39+j24,18 36+j22,32 30+j18,6 32+j19,84 24+j14,88 Pmin(MW) 28,08 25,92 21,6 23,04 17,28 Qmin(MVAR) 17,41 16,07 13,39 14,28 10,71 Smin(MVA) 28,08+j17,41 25,92+j16,07 21,6+j13,39 23,04+j14,28 17,28+j10,71 Li.HT-PT(km) 51 60 64 44,72 41,23 Bảng 1. Kết quả thống kê tính toán công suất và khoảng cách các phụ tải 1. Đề xuất các phương án nối dây chính Yêu cầu tổng quát đối với việc thiết kế lưới điện là: cung cấp điện năng cho phụ tải với chất lượng điện năng đảm bảo, độ tin cậy cao, an toàn và đem lại lợi nhuận cao nhất cho doanh nghiệp trong toàn bộ thời gian vận hành, để có được điều đó đời hỏi phải có khâu thiết kế hợp lý và hiệu quả. 14 Về xây dựng các phương án thiết kế đường dây tải điện kết nối từ HTD đến các PT sẽ dựa theo một số đặc điểm như: - Vị trí của các phụ tải với nhau, - Vị trí HT với phụ tải, - Đặc điểm, tính chất, mục đích của từng phụ tải.
Việc thiết kế sơ nối dây đối với phụ tải loại I, ta sẽ thiết kế với 2 lộ đường dây để đảm bảo HTD cung cấp nguồn năng lượng điện cho các PT ổn định, tin cậy và giảm thiểu các thiệt hại về kinh tế, hạn chế hoạt động không bình thường công nghệ phức tạp,.do việc ngừng cung cấp điện gây ra. Các phụ tải thuộc hộ PT loại 3 sẽ thiết kế bởi đường dây lộ đơn để truyền tải điện năng từ HTD đến. Dưới đây, có 4 phương án thiết kế lưới điện như sau: Phương án 1: Nối dây theo kiểu hình tia 15 N 5 1 4 3 2 Hình 1. Phương án nối dây hình tia Sơ đồ hình tia: là sơ đồ nối dây nguồn điêṇ cung cấp điêṇ trưc ̣t tiếp cho các phu ̣ttải.
+ Ưu điểm: sơ đồ nối dây bố trí thiết bi ̣tđơn giản, độc ̣tlập nên khi xảy ra sự cố 1 đường dây sẽ không ảnh hưởng đến đường dây khác, tổn thất nhỏ hơn, đô ̣tin câỵ cao sơ đồ liên thông. Các đường dây đến phụ tải độc lập nên khi 1 phu ̣t tải xuất hiện dao đông lớn cũng không ảnh hưởng đến các phu ̣ttải trên các đường dây độclập khác. Có thể sử dung các thiết bi ̣tđơn giản, rẻ tiền; thiết bi ḅ ảo vê ̣trơle đơn giản. + Nhược điểm: khảo sát, thiết kế, thi công tốn kém nhiều chi phí và thời gian.
Do cần đường dây đi riêng nên chi phí đường dây, thiết bi thường cao hơn các phương án nối dây khác. Chi phí hành lang tuyến nhiều. Thực tế vì dùng 16 Thiết bị ̣triêng cho mỗi đườ ng dây, nên khi 1 đườ ng dây non tải, không thể tận dụng được ̣thết khả năng tải, gây lãng phí điện năng. Phương án 2: Nối dây theo kiểu liên thông N 5 1 4 3 2 Hình 1.
Phương án nối dây liên thông Sơ đồ nối dây liên thông: là sơ đồ trong đó có phụ tải được cung cấp điện từ 1 đường dây nối trực tiếp với nguồn. + Ưu điểm: vốn đầu tư giảm do tổng chiều dài đườ ng dây ngắn hơn sơ đồ đấu dây hình tia. Việc khảo sát thực tế & thiết kế giảm chi phí và thời gian hơn. Giảm chi phí hành lang tuyến, và sử dung ít thiết bi ̣thơn sđht.
17 + Nhược điểm: cần có thêm trạm trung gian, thiết bị sử dung đòi hỏi bảo vệ rơle, thiết bị tự động hoá phức tạp hơn. Độ tin cậy cung cấp diện thấp hơn so với sơ đồ hình tia. Phương án 3: Nối dây theo kiểu mạch kín N 5 1 4 3 2 Hình 1. Phương án nối dây mạch kín Sơ đồ nối dây mạch kín: năng truyền đến phu là sơ đồ mà trong đó điện tải ít nhất từ 2 phía + Ưu điểm: Mỗi phu ̣ttải nhâṇ được cung cấp điện từ ít nhất 2 nguồn đảm bảo cung cấp điện liên tục ̣t cho các phu ̣t tải.
Mức kinh tế về vận hành cao, giảm thiểu tổn thất công suất tác dung mạch hở. Thường có vốn đầu tư thấp hơn sơ đồ nối dây hình tia với cùng mức dự trữ như nhau. Tính linh hoạt ̣tcao, thích ứng tốt và 18 đáp ứng kịp ̣t thời trang thái các trang thái làm viêc ̣t khác nhau. Khi có sự c̣t ố làm 1 phu ̣ttải thay đổi đột ̣tbiến thì các phu ̣ttải khác ít biến thiên.
+ Nhược điểm: Vận hành mang điện khá phức tạp, cần sử dụng bảo vệ rơle và tư ̣t đông hóa, đóng cắ t mang điện phứ c tạp (cần nguồn dự phòng) Phương án 4: N 5 1 4 3 2 Hình 1. Phương án 4 Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng 19 - Cân bằng công suất tác dụng Đặc điểm của quá trình sản xuất điện năng là công suất của các nhà máy sản xuất ra phải luôn cân bằng với công suất tiêu thụ của các phụ tải tại mọi thời điểm. Việc cân bằng công suất trong hệ thống điện cho thấy khả năng cung cấp của các nguồn phát và yêu cầu của các phụ tải có cân bằng hay không, từ đó sơ bộ định ra phương thức vận hành của các nhà máy để đảm bảo cung cấp đủ công suất, thỏa mãn các yêu cầu về kỹ thuật và có hiệu quả kinh tế cao nhất. Đặc biệt việc tính toán cân bằng công suất cho hệ thống trong các chế độ cực đại, cực tiểu và chế độ sự cố, nhằm đảm bảo độ tin cậy của hệ thống, đảm bảo chỉ tiêu về chất lượng điện cung cấp cho các phụ tải.
Tổng công suất có thể phát của nguồn điêṇ phải bằng hoặc lớn hơn công suất yêu cầu trong chế độ max, tính theo công thức sau: PF = Pyc = mPpt + Pmđ Trong đó: m: hệ số đồng thời (ở đây lấy m = 1). PF: tổng công suất tác dụng phát của nguồn. Pyc: công suất tác dụng yêu cầu của phụ tải. Ppt: tổng công suất tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ: Ppt = 161(MW).
Pmđ: tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp. Ta chọn: Pmđ = 5%. Ta thấy: PF = Pyc = mPpt + Pmđ = 158 + 8,05 = 169,05 (MW). Cân bằng công suất phản kháng 20 - Việc cân bằng công suất phản kháng có ý nghĩa quyết định đến điện áp của mạng điện.
Quá trình cân bằng công suất phản kháng sơ bộ nhằm phục vụ cho việc lựa chọn dây dẫn chứ không giải quyết triệt để vấn đề thiếu công suất phản kháng. Biểu thức cân bằng công suất phản kháng được biểu diễn như sau: QF = mQpt +QB + QL –QC Trong đó: m: hệ số đồng thời (ở đây lấy m = 1). QF: tổng công suất phản kháng phát kinh tế của nhà máy điện, được tính dựa trên cân bằng công suất tác dụng ở trên.