Đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng lưới điện khu vực - ĐH Bách Khoa Hà Nội

Tài liệu đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng lưới điện khu vực chi tiết. Hướng dẫn tính toán phụ tải, cân bằng công suất và lựa chọn thiết bị điện tối ưu.

• Tác giả: Nguyễn Hồng Vân
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Minh Châu
• Trường học: Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Thiết kế mạng lưới điện khu vực
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng lưới điện khu vực

Đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng lưới điện khu vực là nhiệm vụ quan trọng trong đào tạo ngành Kỹ thuật điện. Nhiệm vụ này yêu cầu sinh viên áp dụng kiến thức chuyên môn để xây dựng hệ thống cung cấp điện ổn định, hiệu quả cho các phụ tải trong khu vực. Đồ án thường bao gồm phân tích nhu cầu phụ tải, lựa chọn nguồn cung cấp, thiết kế sơ đồ nối điện và đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Phần mềm chuyên dụng như PowerWorld được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa hệ thống. Kết quả đạt được là một phương án mạng lưới điện đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn, tin cậy và kinh tế.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế mạng lưới điện khu vực với 2 nguồn và 9 phụ tải, đảm bảo cung cấp điện liên tục trong mọi chế độ vận hành. Phạm vi nghiên cứu bao gồm cân bằng công suất tác dụng và phản kháng, lựa chọn phương án nối điện tối ưu, và tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Đồ án cũng yêu cầu đánh giá tổn thất điện áp, dòng điện ngắn mạch và độ tin cậy của hệ thống. Các phương pháp tính toán truyền thống kết hợp với công cụ mô phỏng hiện đại được áp dụng để đảm bảo tính chính xác.

1.2. Vai trò của thiết kế mạng lưới điện

Thiết kế mạng lưới điện đóng vai trò quan trọng trong phát triển hạ tầng năng lượng. Nó đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các khu vực dân cư, công nghiệp và dịch vụ. Quá trình thiết kế bao gồm phân tích nhu cầu phụ tải, lựa chọn công nghệ truyền tải phù hợp, và tối ưu hóa sơ đồ nối điện. Đồ án tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn, phát triển kỹ năng phân tích, tính toán và ra quyết định trong lĩnh vực kỹ thuật điện.

II. Phân tích nhu cầu và nguồn cung cấp điện khu vực

Phân tích nhu cầu phụ tải là bước đầu tiên trong thiết kế mạng lưới điện. Các thông số như công suất cực đại, hệ số đồng thời và mức tiêu thụ điện năng được thu thập từ dữ liệu thống kê. Phụ tải được phân loại theo mức độ quan trọng và đặc điểm vận hành. Nguồn cung cấp điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp và hệ thống truyền tải. Việc cân bằng công suất tác dụng và phản kháng đảm bảo hệ thống vận hành ổn định. Phân tích cũng xem xét các yếu tố môi trường, kinh tế và kỹ thuật để lựa chọn phương án tối ưu.

2.1. Thu thập và xử lý số liệu phụ tải

Số liệu phụ tải được thu thập từ các trạm đo, hóa đơn tiền điện và khảo sát thực tế. Các thông số quan trọng bao gồm công suất cực đại, hệ số công suất, mức tiêu thụ hàng tháng. Dữ liệu được xử lý bằng phương pháp thống kê để xác định xu hướng tiêu thụ. Phân tích phụ tải theo mùa, theo ngày và theo giờ giúp dự báo nhu cầu tương lai. Công cụ phần mềm như Excel và MATLAB được sử dụng để phân tích dữ liệu và xây dựng biểu đồ phụ tải.

2.2. Đánh giá nguồn cung cấp điện

Nguồn cung cấp điện bao gồm các nhà máy điện, lưới truyền tải và hệ thống phân phối. Các yếu tố quan trọng bao gồm công suất khả dụng, độ tin cậy và chi phí vận hành. Phân tích cũng xem xét khả năng mở rộng trong tương lai. Các phương án nguồn cung cấp được so sánh dựa trên chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Việc lựa chọn nguồn cung cấp phải đảm bảo đáp ứng nhu cầu phụ tải trong mọi chế độ vận hành, kể cả sự cố.

III. Giải pháp thiết kế mạng lưới điện tối ưu

Lựa chọn phương án nối điện là bước quan trọng trong thiết kế mạng lưới. Các phương án được xây dựng dựa trên phân tích nhu cầu phụ tải, nguồn cung cấp và điều kiện địa lý. Mỗi phương án được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu như tổn thất điện năng, độ tin cậy, chi phí đầu tư và vận hành. Phương pháp so sánh kinh tế được áp dụng để lựa chọn phương án tối ưu. Phần mềm PowerWorld được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa hệ thống. Kết quả là một sơ đồ nối điện đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn, tin cậy và kinh tế.

3.1. Lựa chọn sơ đồ nối điện

Sơ đồ nối điện được lựa chọn dựa trên phân tích nhu cầu phụ tải và nguồn cung cấp. Các phương án bao gồm sơ đồ hình sao, vòng tròn, nhánh rẽ. Mỗi phương án được đánh giá dựa trên chỉ tiêu tổn thất điện áp, dòng điện ngắn mạch và độ tin cậy. Phương pháp so sánh kinh tế được áp dụng để lựa chọn phương án tối ưu. Phần mềm PowerWorld được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa sơ đồ nối điện.

3.2. Tối ưu hóa lựa chọn dây dẫn

Lựa chọn dây dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến tổn thất điện năng, chi phí đầu tư và vận hành. Các yếu tố quan trọng bao gồm tiết diện dây, vật liệu, chiều dài đường dây. Phương pháp tối ưu hóa được áp dụng để lựa chọn dây dẫn phù hợp. Phần mềm tính toán được sử dụng để đánh giá các phương án dây dẫn. Kết quả là một hệ thống truyền tải điện năng hiệu quả, đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn, tin cậy.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn trong đồ án

Đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng lưới điện khu vực cung cấp kiến thức thực tiễn về xây dựng hệ thống cung cấp điện. Kết quả đạt được là một phương án mạng lưới điện đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn, tin cậy và kinh tế. Đồ án cũng phát triển kỹ năng phân tích, tính toán và ra quyết định trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thực tế để cải thiện hệ thống cung cấp điện cho các khu vực dân cư, công nghiệp và dịch vụ. Đồ án cũng là cơ sở để sinh viên phát triển nghề nghiệp trong lĩnh vực kỹ thuật điện.

4.1. Đánh giá kết quả và đề xuất cải tiến

Kết quả thiết kế được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Các đề xuất cải tiến bao gồm tối ưu hóa sơ đồ nối điện, lựa chọn dây dẫn phù hợp, và nâng cấp hệ thống bảo vệ. Phần mềm mô phỏng được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các đề xuất cải tiến. Mục tiêu là xây dựng một hệ thống cung cấp điện ổn định, hiệu quả và bền vững.

4.2. Hướng phát triển nghề nghiệp sau đồ án

Đồ án tốt nghiệp là bước đệm quan trọng để sinh viên phát triển nghề nghiệp trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Kinh nghiệm thu được từ đồ án giúp sinh viên tự tin hơn trong công việc thực tế. Sinh viên có thể ứng tuyển vào các vị trí kỹ sư thiết kế, tư vấn, hoặc quản lý dự án trong lĩnh vực điện năng. Đồ án cũng là cơ hội để sinh viên xây dựng mạng lưới chuyên nghiệp và phát triển kỹ năng lãnh đạo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN CẦN THIẾT KẾ .1 Các số liệu về nguồn và phụ tải. 1 Số liệu về nguồn cung cấp. 1 Số liệu về phụ tải .2 Phân tích nguồn và phụ tải.

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .1 Cân bằng công suất trong hệ thống điện. 3 Cân bằng công suất tác dụng. 3 Cân bằng công suất phản kháng .2 Phương thức vận hành của nhà máy nhiệt điện. 5 Chế độ phụ tải cực đại.

5 Chế độ phụ tải cực tiểu. 5 Chế độ sự cố. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN .1 Các phương án nối dây của lưới điện.2 Tính toán các phương án .3 Bảng tổng kết các phương án. SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN.6 Tổng kết và lựa chọn phương án.

LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CHO LƯỚI ĐIỆN. 52 Chọn máy biến áp tăng áp cho nhà máy điện. 52 Chọn máy biến áp hạ áp cho các phụ tải. 53 Sơ đồ trạm biến áp trung gian.

54 Sơ đồ trạm biến áp hạ áp. 54 Sơ đồ toàn bộ hệ thống điện thiết kế. TÍNH TOÁN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN .1 Mục đích tính toán .2 Phương pháp tính toán. 56 Phương pháp Newton-Raphson.

56 Phương pháp cộng công suất .3 Phần mềm PowerWorld. 58 Giới thiệu chung. 58 Nhập các số liệu vào phần mềm .4 Mô phỏng mạng lưới điện ở chế độ cực đại. 64 Thông số mô phỏng.

64 Kết quả mô phỏng .5 Nhập thông số và mô phỏng mạng lưới điện ở chế độ cực tiểu .6 Nhập thông số và mô phỏng mạng lưới điện ở chế độ sự cố. 69 Trường hợp sự cố nhà máy 1 bị hỏng 1 tổ máy. 70 Trường hợp nhà máy điện 2 bị hỏng 1 tổ máy .7 Lựa chọn nấc phân áp cho máy biến áp. TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA LƯỚI ĐIỆN .1 Tính vốn đầu tư xây dựng lưới điện .2 Tính tổn thất cho công suất tác dụng trong lưới điện .3 Tổn thất điện năng trong lưới điện .4 Chi phí và giá thành tải điện.

79 Chi phí vận hành hàng năm của lưới điện. 79 Giá thành truyền tải điện năng. 79 Giá thành xây dựng ứng với 1MW công suất phụ tải. 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

82 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Sơ đồ địa lý khu vực thiết kế. Sơ đồ đi dây phương án 1. Sơ đồ đi dây phương án 2.

Sơ đồ đi dây phương án 3. Sơ đồ đi dây phương án 4. Sơ đồ đi dây phương án 5. Sơ đồ trạm biến áp hạ áp.

Thông số cài đặt nút cân bằng. Thông số cài đặt nút PV. Thông số cài đặt nút PQ. Thông số mô tả nhà máy NM1.

Thông số mô tả nhà máy NM2. Thông số mô tả đường dây. Thông số mô tả máy biến áp. Thông số mô tả phụ tải.

Sơ đồ lưới điện ở chế độ cực đại. Sơ đồ lưới điện mô phỏng ở chế độ cực tiểu. Sơ đồ lưới điện sự cố 1 tổ máy nhà máy 1. Sơ đồ lưới điện khi sự cố 1 tổ máy nhà máy 2.

72 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Số liệu phụ tải. Thông số các phụ tải. Các phương thức vận hành ở chế độ cực tiểu.

Chế độ vận hành của nhà máy trong các chế độ. Thông số lưới phương án 1. Bảng phân bố công suất trong các chế độ vận hành phương án 1. Điện áp định mức hệ thống phương án 1.

Lựa chọn dây dẫn phương án 1. Thông số đường dây phương án 1. Tổn thất điện áp phương án 1. Thông số phụ tải phương án 2.

Bảng phân bố công suất trong các chế độ vận hành phương án 2. Điện áp định mức hệ thống phương án 2. Bảng tiết diện dây dẫn phương án 2. Thông số đường dây phương án 2.

Tổn thất điện áp phương án 2. Thông số lưới phương án 3. Bảng phân bố công suất trong các chế độ vận hành phương án 3. Điện áp định mức hệ thống phương án 3.

Tiết diện dây dẫn phương án 3. Thông số đường dây phương án 3. Tổn thất điện áp của phương án 3. Thông số lưới phương án 4.

Bảng phân bố công suất trong các chế độ vận hành phương án 4. Điện áp định mức hệ thống phương án 4. Lựa chọn tiết diện dây dẫn phương án 4. Thông số đường dây phương án 4.

Tổn thất điện áp phương án 4. Thông số lưới phương án 5. Bảng phân bố công suất trong các chế độ vận hành phương án 5. Điện áp định mức hệ thống phương án 5.

Lựa chọn tiết diện dây dẫn phương án 5. Thông số đường dây phương án 5. Tổn thất điện áp phương án 5. Tổn thất điện áp lớn nhất của 5 phương án.

Chi phí trên đường dây phương án 1. Chi phí trên đường dây phương án 2. Chi phí trên đường dây phương án 3. Chi phí trên đường dây phương án 4.

Chi phí trên đường dây phương án 5. Tổng kết chi phí vòng đời và tổn thất của các phương án. Thông số máy biến áp cho nhà máy điện. Chọn máy biến áp cho các phụ tải.

Thông số máy biến áp cho phụ tải. Thông số nhà máy trong chế độ cực đại. Thông số máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây. Thông số đường dây.

Thông số phụ tải. Thông số điều chỉnh của máy biến áp. Lựa chọn nấc phân áp trong chế độ cực đại. Lựa chọn nấc phân áp trong chế độ cực tiểu.

Lựa chọn nấc phân áp trong chế độ sự cố nhà máy điện 1. Lựa chọn nấc phân áp trong chế độ sự cố 1 tổ máy nhà máy điện 2. Bảng giá máy biến áp. Bảng chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của lưới điện thiết kế.

PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN CẦN THIẾT KẾ 1.1 Các số liệu về nguồn và phụ tải Số liệu về nguồn cung cấp Nguồn cung cấp cho lưới điện là 2 nhà máy nhiệt điện. - Nguồn điện 1 (NĐ1): Có 4 tổ máy, công suất đặt của nhà máy là: 𝑃𝑁Đ1 = 4 × 50 = 200 𝑀𝑉; Hệ số công suất định mức là: cos 𝜑đ𝑚1 = 0,85; Điện áp định mức là: 𝑈đ𝑚1 = 10,5 𝑘𝑉 - Nguồn điện 2 (NĐ2): Có 3 tổ máy, công suất đặt của nhà máy là: 𝑃𝑁Đ2 = 3 × 60 = 180 𝑀𝑉; Hệ số công suất định mức là: cos 𝜑đ𝑚2 = 0,85; Điện áp định mức là: 𝑈đ𝑚2 = 10,5 𝑘𝑉 Số liệu về phụ tải Bảng 1. Số liệu phụ tải Các số liệu Các hộ tiêu thụ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Phụ tải cực đại (MW) 27 32 38 22 35 30 28 30 25 Phụ tải cực tiểu (MW) 13,5 16 19 11 17,5 15 14 15 12,5 Hệ số công suất cos𝜑 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 Mức đảm bảo cung cấp điện 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 danh định của lưới 22 22 22 22 22 22 22 22 22 điện thứ cấp (kV) Ta có sơ đồ địa lý khu vực: Hình 1. Sơ đồ địa lý khu vực thiết kế 1 1.2 Phân tích nguồn và phụ tải Nguồn điện Mạng lưới điện được thiết kế gồm 2 nhà máy nhiệt điện, nhiên liệu có thể là than đá, dầu, khí đốt.

Hiệu suất của nhà máy nhiệt điện tương đối thấp, khoảng 30÷40% đối với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, 60÷70% đối với nhà máy nhiệt điện trích hơi. Các nhà máy nhiệt điện có tính linh hoạt trong vận hành thấp, khởi động và điều khiển phụ tải chậm. Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện tầm khoảng 8÷10% Pđm, vì vậy ta chọn công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện là: 𝑃𝑡𝑑 = 10%𝑃đ𝑚. Phụ tải Trong đề bài ta cần thiết kế có 9 phụ tải.

Tổng công suất tác dụng cực đại là: ∑ 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 267 𝑀𝑊, tổng công suất các dụng cực tiểu là: ∑ 𝑃𝑚𝑖𝑛 = 133,5 𝑀𝑊. Theo đánh giá sơ bộ thì nguồn điện của nhà máy cung cấp đủ cho các phụ tải, giữa hai nhà máy sẽ có mối liên hệ với nhau để hỗ trợ nhau khi có sự cố xảy ra. Tất cả các phụ tải đều là phụ tải loại I nên cần được cung cấp điện liên tục. Do đó, ta sẽ cấp điện cho các phụ tải bởi đường dây mạch kép hoặc dây đơn đối với mạch vòng.

Ta thấy phụ tải 5 ở giữa 2 nguồn nên dự kiến phụ tải 5 sẽ lấy điện từ cả 2 nguồn. Do vị trí địa lý, khoảng cách nên các phụ tải gần nguồn nào thì sẽ lấy điện từ nguồn đó, cụ thể là: - Phụ tải 1,2,3,4,6 dự kiến sẽ lấy điện từ nguồn điện 2. - Phụ tải 7,8,9 dự kiến sẽ lấy điện từ nguồn điện 1. Phụ 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑄𝑚𝑎𝑥 cos 𝜑 𝑆𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑚𝑖𝑛 𝑄𝑚𝑖𝑛 𝑆𝑚𝑖𝑛 tải 1 27 13,077 0,9 27+i13,077 13,5 6,539 13,5+i6,539 2 32 15,498 0,9 32+i15,498 16 7,749 16+i7,749 3 38 18,404 0,9 38+i18,404 19 9,202 19+9,202 4 22 10,655 0,9 22+i10,655 11 5,328 11+i5,328 5 35 16,951 0,9 35+i16,951 17,5 8,476 17,5+8,476 6 30 14,53 0,9 30+i14,53 15 7,265 15+i7,265 7 28 13,561 0,9 28+i13,561 14 6,781 14+i6,781 8 30 14,53 0,9 30+i14,53 15 7,265 15+i7,265 9 25 12,108 0,9 25+i12,108 12,5 6,054 12,5+6,054 Bảng 1.

Thông số các phụ tải 2 CHƯƠNG 2. CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.1 Cân bằng công suất trong hệ thống điện Để đảm bảo hệ thống điện được làm việc ổn định, đảm bảo cung cấp điện cho các hộ phụ tải thì nguồn điện cần phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q) cho các hộ phụ tải. Hay nói cách khác là tại mọi thời điểm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng phát ra của nhà máy phải bằng công suất tiêu thụ của các hộ phụ tải và công suất tiêu tán trên các phần tử trong hệ thống điện. Chính vì vậy, ở chương này ta phải tính toán xem nguồn phát từ 2 nhà máy có đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng của các hộ phụ tải hay không? Từ đó, ta có thể đưa ra các phương thức vận hành các nhà máy phát điện đảm bảo cung cấp ổn định điện áp, tần số trong hệ thống điện cũng như vận hành nhà máy một cách kinh tế nhất.