Chương 1 Phân tích đặc điểm của các nguồn và phụ tải Cân bằng công suất trong hệ thống điện 1.1 Phân tích đặc điểm nguồn điện. Hệ thống điện cần thiết kế gồm 2 nguồn điện là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện. Hệ thống điện Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp cao áp của hệ thống bằng 0,8. Vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa hệ thống 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 chọn hệ thống là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp, 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 được lấy từ hệ thống điện. Nhà máy nhiệt điện. Nhà máy nhiệt điện có 4 tổ máy. Mỗi tổ máy phát có công suất định mức Pđm = 55 MW, cos = 0,85, Uđm = 10,5 kV.
Như vậy, tổng công suất định mức của nhà máy nhiệt điện bằng 4. 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 nhà máy nhiệt điện 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 70 Pđm; khi phụ tải P 30 Pđm, các máy phát ngừng làm việc.
Công suất phát kinh tế của các máy phát nhà máy nhiệt điện thường bằng khoảng 8090 Pđm. Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 85 Pđm, nghĩa là: Pkt = 85%Pđm Do đó khi phụ tải cực đại cả 4 máy phát đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát ra của nhà máy nhiệt điện bằng: Pkt = 85%. 55 = 187 MW Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng hai máy phát để bảo dưỡng, hai máy phát còn lại sẽ phát 85 % Pđm, nghĩa là tổng công suất phát của nhà máy nhiệt điện bằng: Pkt = 85%. 55 = 93,5 MW Khi sự cố ngừng một máy phát, 3 máy phát còn lại sẽ phát 100% Pđm, như vậy: Psc = 3.
55 = 165 MW Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ hệ thống điện.2 Phụ tải điện. Hình -1 Bản đồ vị trí nguồn và phụ tải Bảng -1 Thông tin phụ tải điện Phụ tải Các số liệu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Công suất cực đại (MW) 45 35 55 32 35 25 30 35 30 Công suất cực tiểu (MW) 22,5 17,5 27,5 16 17,5 12,5 15 17,5 15 Hệ số công suất 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 Công suất cực đại (MVAr) 21,79 16,95 26,64 15,50 16,95 12,11 14,53 16,95 14,53 Công suất cực tiểu (MVAr) 10,90 8,48 13,32 7,75 8,48 6,05 7,26 8,48 7,26 Thời gian sử dụng 4900 công suất cực đại (h) Độ tin cậy yêu cầu I I I I I I I I I Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT KT KT KT KT KT KT KT KT Điện áp định mức hạ áp (kV) 35 Trong hệ thống điện thiết kế có 9 phụ tải, trong đó tất cả phụ tải đều là phụ tải loại 1. Các phụ tải có hệ số công suất giống nhau, có cùng thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 4900 h. Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường.
Điện áp định mức của mạng điện hạ áp của các trạm bằng 35 kV. Công suất phụ tải cực tiểu bằng 50% công suất phụ tải cực đại. 5 *) Tính toán phụ tải: - Chế độ cực đại: + Phụ tải 1: P1max = 45 MW, cos φ1 = 0,9 Q1max = P1max. 0,484 = 21,79 MVAr - Chế độ cực tiểu: + Phụ tải 1: P1min = 50%P1max = 50%.
45 = 22,5 MW, cos φ1 = 0,9 Q1min = P1min. 0,484 = 10,90 MVAr Các phụ tải còn lại tính toán tương tự phụ tải 1 ta có bảng tổng kết: Bảng -2 Thông số các phụ tải Phụ tải Ṡ max = Pmax + jQmax Smax Ṡ min = Pmin + jQmin Smin 1 45+21,79j 50,00 22,5+10,9j 25,00 2 35+16,95j 38,89 17,5+8,48j 19,45 3 55+26,64j 61,11 27,5+13,32j 30,56 4 32+15,5j 35,56 16+7,75j 17,78 5 35+16,95j 38,89 17,5+8,48j 19,45 6 25+12,11j 27,78 12,5+6,05j 13,89 7 30+14,53j 33,33 15+7,26j 16,66 8 35+16,95j 38,89 17,5+8,48j 19,45 9 30+14,53j 33,33 15+7,26j 16,66 Tổng 322+155,95j 357,78 161+77,98j 178,89 1.2 Cân bằng công suất trong hệ thống điện.1 Cân bằng công suất tác dụng. Đặc điểm rất quan trọng của các hệ thống điện là truyền tức thời điện năng từ các nguồn đến các hộ tiêu thụ và không thể tích trữ. 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 điện, 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 của hệ thống. Vì vậy phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điện thiết kế có dạng: PNĐ + PHT = Ptt = mPmax + P + 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). Pmax - Tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại. 6 Pmax = 322 MW P - Tổng tổn thất trong mạng điện.
P = 5%Pmax = 16,1 MW Ptd – Công suất tự dùng trong nhà máy điện. 187 = 18,7 MW Pdt – Công suất dự trữ trong Hệ thống. 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.
Ta có Ptt = 322 + 16,1 + 18,7 = 356,8 MW PHT = Ptt - PNĐ = 356,8 - 187 = 169,8 MW Vậy trong chế độ phụ tải cực đại, hệ thống cần cung cấp 169,8 MW cho lưới điện.2 Cân bằng công suất phản kháng. Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng công suất 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 công suất trong mạng điện thiết kế có dạng: QNĐ + QHT ≥ Qtt = mQmax + QL - Qc + Qb + Qtd + Qdt Trong đó: QNĐ - công suất phản kháng của nhà máy nhiệt điện QNĐ = PNĐ. 0,62 = 115,89 MVAr QHT - Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp QHT = PHT.
0,75 = 127,35 MVAr Qtt - Tổng công suất phản kháng tiêu thụ Qmax - Tổng công suất phản kháng phụ tải cực đại Qmax = 155,95MVAr QL - Tổng tổn thất công suất phản kháng tiêu thụ bởi cảm kháng của các đường dây trong mạng điện Qc - Tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra, khi tính sơ bộ lấy QL = Qc [MVAr] Qb - Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, trong tính toán sơ bộ lấy Qb = 20%Qmax = 20%. 155,95 = 31,19 MVAr Qtd - Công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện, ta lấy cosφtd trong nhà máy điện bằng 0,75 nên Qtd = Ptd. 0,88= 16,49 MVAr Qdt - Công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống. 7 Tổng công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện: Qtt = 155,95 + 31,19 + 16,49 = 203,63 MVAr Tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra: QNĐ + QHT = 115,89 + 127,35 = 243,24 MVAr Tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra lớn hơn tổng công suất phản kháng yêu cầu trong mạng điện, vậy ta không cần bù công suất phản kháng.
8 Chương 2 Thành lập các phương án nối điện Tính toán kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật 2.1 Phương pháp tính toán và các lựa chọn chung cho mạng điện. Sơ đồ lưới điện phải được lập cho chế độ max của hệ thống, trong đó các nguồn vận hành tối ưu. Sơ đồ hay phương án lưới điện được vạch ra trên địa hình lý tưởng có thể đi dây tùy ý. Hình -2 Bản đồ khoảng cách giữa các phụ tải và nguồn 2.1 Nguyên tắc chung thành lập phương án nối điện.
Tính toán lựa chọn phương án cung cấp điện hợp lý phải dựa trên nhiều nguyên tắc, nhưng nguyên tắc chủ yếu và quan trọng nhất của công tác thiết kế mạng điện là cung cấp điện kinh tế với chất lượng và độ tin cậy cao. Mục đích tính toán thiết kế là nhằm tìm ra phương án phù hợp. Để làm được điều đó thì vấn đề đầu tiên cần phải giải quyết là lựa chọn sơ đồ cung cấp điện. Trong đó có những công việc phải tiến hành đồng thời như lựa chọn điện áp làm việc, tiết diện dây dẫn, tính toán các thông số kỹ thuật, kinh tế… Trong quá trình thành lập phương án nối điện ta phải chú ý tới các nguyên tắc sau: - Đảm bảo độ tin cậy theo yêu cầu: Mạng điện phải đảm bảo tính an toàn cung cấp điện liện tục, mức độ đảm bảo an toàn cung cấp điện phụ thuộc vào hộ tiêu thụ.
Đối với phụ tải loại 1 phải đảm bảo cấp điện liên tục không được phép gián đoạn trong bất cứ tình huống nào.