CHƯƠNG I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1. Nội dung: Trong hệ thống điện cần phải có sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng. Cân bằng công suất là một trong những bài toán quan trọng nhằm đánh giá khả năng cung cấp của các nguồn cho phụ tải, từ đó lập phương án nối dây thích hợp và xác định dung lượng bù hợp lý. Tại mỗi thời điểm luôn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất và tiêu thụ.
Mỗi mức cân bằng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q để xác định một giá trị tần số và điện áp. Để đơn giản bài toán, ta coi sự thay đổi công suất tác dụng P ảnh hưởng chủ yếu đến tần số, 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 thì điện áp bị giảm và ngược lại.
Trong mạng điện, tổn thất công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng, nên khi các máy phát điện được lựa chọn theo sự cân bằng công suất tác dụng thì trong mạng điện thiếu công suất phản kháng. Điều này dẫn đến xấu các tình trạng làm việc của các hộ dùng điện, thậm chí làm ngừng sự truyền động của các máy công cụ trong xí nghiệp, gây thiệt hại rất lớn, đồng thời làm hạ thấp điện áp của mạng và làm xấu tình trạng làm việc của mạng. cho nên việc bù công suất phản kháng là vô cùng cần thiết 2. Cân bằng công suất tác dụng: Cân bằng công suất tác dụng để giữ tần số ổn định trong hệ thống và được biểu diễn bằng biểu thức tổng quát: ∑ 𝑃F=∑ 𝑃yc=m∑ 𝑃pt+∑ ∆𝑃md+∑ 𝑃td+ ∑ 𝑃dt ∑ 𝑃F : Tổng công suất tác dụng phát ra do các nhà máy phát điện của các nhà máy trong hệ thống.
∑ 𝑃yc : Tổng công suất yêu cầu. m: Hệ số đồng thời ( giả thiết chọn 0. ∑ 𝑃pt : Tổng phụ tải tác dụng cực đại của hộ tiêu thụ. ∑ ∆𝑃md: Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp.
∑ 𝑃td: Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện. ∑ 𝑃dt: Tổng công suất dự trữ. 1 Đồ án thiết kế mạng điện 110kV SVTH: TRẦN MINH HẢI 2. Tổng phụ tải: ∑ 𝑃pt=Ppt1+Ppt2+Ppt3+Ppt4+Ppt5+Ppt6=15+17+23+20+14+16=105(MW).
Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp. Theo thống kê thì tổn thất công suất tác dụng của đường dây và máy biến áp trong trường hợp lưới cao áp. ∑ ∆𝑃md=10% × m × ∑ 𝑃pt ∑ ∆𝑃md=0,1× 0,8 × 105=8,4(MW). Công suất tự dùng ∑ 𝑷pt của nhà máy điện và Công suất dự trữ của hệ thống.
Công suất tự dùng của nhà máy điện: Tính theo phần trăm của (m× ∑ 𝑃pt +∑ ∆𝑃md) Nhà máy phát điện 3 ÷ 7% Nhà máy thủy điện 1 ÷ 2% b). Công suất dự trữ của hệ thống: - Dự trữ sự cố thường lấy bằng công suất của một tổ máy lớn nhất trong hệ thống điện. - Dự trữ phụ tải là dự trù cho phụ tải tăng bất thường ngoài dự báo: 2 - 3% phụ tải tổng. - Dự trữ phát triển nhằm đáp ứng phát triển phụ tải 5 - 15 năm sau Tổng quát dự trữ hệ thống lấy bằng 10 - 15% tổng phụ tải của hệ thống.
Trong thiết kế môn học giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhu cầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy điện nên tính cân bằng công suất tác dụng như sau: ∑ 𝑃F=m× ∑ 𝑃pt + ∑ ∆𝑃md = 0,8 × 105 + 8,4 = 92,4(MW) 3. Cân bằng công suất phản kháng. Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điênh áp bình thường trong hệ thống điện. Cân bằng công suất phản kháng được biểu thị qua công thức sau: ∑QF +Qbù∑=m∑Qpt+∑∆QB+∑∆QL-∑QC+∑Qtd+∑Qdt Trong đó: ∑QF: Tổng công suất phát ra của các máy phát điện.
Trong thiết kế môn học chỉ thiết kế từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy nên chỉ cần cân bằng từ thanh cái cao áp. Qbù∑: Dung lượng công suất phản kháng cần bù trong hệ thống. m∑Qpt: Tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời. ∑∆QB: Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp có thể ước lượng với ΣΔQB = (8 ÷ 12%)ΣSpt.
∑∆QL: Tổng tổn thất công suất kháng trên cảm kháng đường dây. ∑QC : Tổng tổn thất công suất kháng do điện dung đường dây. 2 Đồ án thiết kế mạng điện 110kV SVTH: TRẦN MINH HẢI ∑Qtd : Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống. ∑Qdt : Tổng công suất phản kháng dự trữ của hệ thống.
Tổng công suất phát ra của máy điện: Theo yêu cầu đề bài nguồn đủ cung cấp cho phụ tải với cosφ = 0,8 nên xem như cosφ nguồn là 0,8. ∑QF = ∑ 𝑃F × tgφF ∑QF= 92,4 × tan(cos-1(0,8)) = 69,3 ( MVAr). Tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời. 𝑃 S= ; Q = √𝑆 2 − 𝑃2 𝑐𝑜𝑠𝜑 STT Công suất phụ tải cosφ Spt (MVA) Qpt(MVAr) (MW) 1 15 0,8 18,75 11,25 2 17 0,75 22,67 14,50 3 23 0,75 30,67 20,29 4 20 0,8 25 15 5 14 0,75 18,67 12,35 6 16 0,8 20 12 Tổng 105 135,76 85,39 Bảng 1.1 Tổng phụ tải phản kháng của mạng điện ∑Spt= Spt1+ Spt2 + Spt3 + Spt4 + Spt5 + Spt6 = 26,25+25,33+31,25+32,5+18,66+25 = 135,76 (MVAr).
∑Qpt= Qpt1 + Qpt2 + Qpt3 + Qpt4 + Qpt5 + Qpt6 =15,75+16,75+18,75+19,5+12,33+15 = 85,39 (MVAr). Tổng công suất phản kháng trên máy biến áp. Có thể ước lượng : ∑∆QB=(8-12)% ∑Spt Chọn ∑∆QB 10% × ∑Spt = 0,1 × 135,76 = 13,58 (MVAr). Lượng công suất kháng cần bù: Qbù∑ = m∑Qpt +∑∆QB-∑QF= 68,31 +13,58 - 69,3 = 12,59 (MVAr).
Do Qbù∑ >0 nên hệ thống cần đặt thêm thiết bị bù để cân bằng công suất kháng. Tính toán bù công suất kháng. Trong phần này chỉ thực hiện bù sơ bộ, dự kiến bù sơ bộ theo nguyên tắc: bù ưu tiên cho các phụ tải ở xa cosφ thấp hoặc phụ tải có công suất tiêu thụ lớn. Ta có thể tạm cho một lượng Qbù ở một số tải sao cho ∑Qbù=Qbù∑.
Sau đó tính cosφ’ 3 Đồ án thiết kế mạng điện 110kV SVTH: TRẦN MINH HẢI Sau khi bù theo công thức. 𝑃 Cosφi’ = ′𝑖 với Si’=√𝑃𝑖2 + (𝑄𝑖 − 𝑄𝑏ù 𝑖 )2 𝑆𝑖 STT P Q Cosφ Qbù Qpt-Qbù S’ Cosφ’ (MW) (MVAr) (MVAr) (MVAr) (MVA) 1 15 11,25 0,80 0 11,25 18,75 0,80 2 17 14,50 0,75 3,53 10,97 20,23 0,84 3 23 20,29 0,75 5,43 14,86 27,38 0,84 4 20 15 0,80 0 15 25 0,80 5 14 12,35 0,75 3,63 8,72 16,49 0,84 6 16 12 0,80 0 12 20 0,80 Tổng 105 85,39 12,59 72,8 127,85 Bảng 1.2 Bảng số liệu phụ tải sau khi bù sơ bộ Số liệu này sẽ được dùng trong phần so sánh phương án chọn dây chọn công suất máy biến áp. Nếu sau này khi tính chính xác lại sự phân bố thiết bị bù mà một phụ tải không được bù nhưng lại được bù sơ bộ thì ta phải kiểm tra lại tiết diện dây và công suất máy biến áp đã chọn. CHƯƠNG II DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT 1.
Lựa chọn điện áp tải điện. Theo đề tài đã cho cấp điện áp của mạng điện là 110kV nên trong phần này ta cần kiểm tra lại cấp điện áp của mạng điện có phù hợp với công suất tải và khoảng cách truyền tải dựa vào công thức: U= 4,34√𝐿 + 16𝑃𝑡 Trong đó: Pt : Công suất truyền tải L : Khoảng cách truyền tải STT P (kW) L (km) U (kV) 1 15 × 10-3 50,99 31,06 2 17 × 10-3 58,30 33,21 3 23 × 10-3 60 33,72 4 20 × 10-3 36,05 26,17 5 14 × 10-3 64,03 34,78 6 16 × 10-3 36,05 26,15 Bảng 2. Bảng điện áp 4 Đồ án thiết kế mạng điện 110kV SVTH: TRẦN MINH HẢI Theo số liệu tính toán ở trên ta chọn cấp điện áp 110kV là phù hợp với công suất tải và khoảng cách truyền tải. Chọn sơ đồ nối dây của mạng điện.
Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc nhiều yếu tố: số lượng phụ tải, vị trí phụ tải, mức độ liên tục cung cấp điện, công tác vạch tuyến, sự phát triển của phụ tải và khả năng vận hành của mạng điện. Trong phạm vi đồ án môn học tạm thời nối các điểm để có phương án đi dây. Theo sơ đồ cung cấp điện nguồn và phụ tải, ta chia phụ tải thành khu vực như sau : Khu vực 1: Gồm các phụ tải 2,3,4 và 5 có yêu cầu cung cấp điện liên tục. Ta thiết kế phương án cấp điện cho các phụ tải trên là mạch kín hoạc kép.
Khu vực 2: Gồm các phụ tải 1 và 6 không yêu cầu cung cấp điện liên tục. Ta thiết kế phương án cấp điện cho các phụ tải trên là mạch đơn. Từ đó ta có các phương án sau : Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 5 Đồ án thiết kế mạng điện 110kV SVTH: TRẦN MINH HẢI 3. Tính toán các phương án 3.
Phân bố công suất và chọn dây. 5 4 14+j8,72 20+j15 3 N 60km 1 23+j14,86 6 15+j11,25 16+j12 2 17+j10,97 Công suất đường dây khu vực tải 3 và 4. -Đường dây lộ kép N-2, công suất trên 1 lộ. 2 -Đường dây lộ kép N-5, công suất trên 1 lộ: 14+𝑗8,72 𝑆̇N-5/1lo= = 7+j4,36 (MVA).
2 6 Đồ án thiết kế mạng điện 110kV SVTH: TRẦN MINH HẢI Lựa chọn tiết diện dây. Tra bảng mật độ dòng điện kinh tế : jkt=1,0 A/mm2 Dòng trên từng lộ đơn được xác định theo công thức : 𝑆 𝐼 Imax/lo = 𝑚𝑎𝑥 ×103 ; Fkt = 𝑚𝑎𝑥 𝑛√3𝑈đ𝑚 𝑗𝑘𝑡 Đoạn N-2. 𝑛√3𝑈đ𝑚 𝑛√3𝑈đ𝑚 2×√3×110 𝐼𝑁−2 32,44 FN-2, kt = = = 32,44 (mm2) 𝑗𝑘𝑡 1 Chọn dây AC-95 Đoạn N-3. 𝑗𝑘𝑡 1 Chọn dây AC-120 Đoạn N-5.
𝑗𝑘𝑡 1 Chọn dây AC-95 Đoạn N-6. 𝑗𝑘𝑡 1 Chọn dây AC-120 Đoạn N-1. 𝑗𝑘𝑡 Chọn dây AC-120 7 Đồ án thiết kế mạng điện 110kV SVTH: TRẦN MINH HẢI Đoạn N-4. 𝑗𝑘𝑡 Chọn dây AC-185 Đoạn 3-4.
