Chương 1. PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI VÀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1. Phân tích đặc điểm nguồn và phụ tải Trạm biến áp (TBA) là nguồn công suất vô cùng lớn, đáp ứng đầy đủ công suất cho phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại cũng như chế độ phụ tải cực tiểu. Các phụ tải được tính toán và được thể hiện như trên bảng 1.
Thông số về các phụ tải Phụ Chế độ phụ tải max Chế độ phụ tải min Loại YCĐC Uddha; tải P; Q; S; P; Q; S; Hộ diện kV MW MVar MVA MW MVar MVA áp 1 30 ? I KT 22 2 25 III KT 22 3 35 I KT 22 4 20 II KT 22 5 35 I KT 22 Tổng 𝑃𝑃∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑄𝑄∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑆𝑆∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑃𝑃∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑄𝑄∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑆𝑆∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 Từ giá trị công suất tác dụng P, giá trị công suất phản kháng Q và công suất toàn phần S được tính theo công thức: �1 − 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 2 𝜑𝜑 𝑄𝑄 = 𝑃𝑃.1) 𝑆𝑆 = �𝑃𝑃2 + 𝑄𝑄2 = 𝑃𝑃/ 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜑𝜑 Hàng cuối ghi giá trị tổng công suất các phụ tải ở các chế độ phụ tải cực đại và chế độ phụ tải cực tiểu. Tính toán cân bằng sơ bộ công suất Cân bằng công suất là đảm bảo cân bằng giữa công suất nguồn và công suất các tiêu thụ, bao gồm công suất các phụ tải và tổn thất công suất trên lưới. 1)Cân bằng công suất tác dụng 𝑃𝑃𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 𝑚𝑚𝑃𝑃∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 + ∆𝑃𝑃∑ + 𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 (1.2) trong đó: PTBA - công suất cần có từ TBA; m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại (m =1); 𝑃𝑃∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 - tổng công suất tác dụng các phụ tải ở chế độ max; 𝛥𝛥𝑃𝑃∑ - tổng tổn thất công suất tác dụng trong lưới (𝛥𝛥𝑃𝑃∑ =5%𝑃𝑃∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ); Pdp - công suất dự phòng. 2)Cân bằng công suất phản kháng 𝑄𝑄𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 + 𝑄𝑄𝑏𝑏∑ = 𝑚𝑚𝑄𝑄∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 + ∆𝑄𝑄𝐿𝐿 − ∆𝑄𝑄𝐶𝐶 + ∆𝑄𝑄𝐵𝐵 + 𝑄𝑄𝑑𝑑𝑑𝑑 ⇔ 𝑃𝑃𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 .3) trong đó: QTBA - công suất phản kháng cần có của TBA; 𝑄𝑄𝑏𝑏∑ - tổng công suất bù; 𝑄𝑄∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 - tổng công suất phản kháng các phụ tải ở chế độ max; 𝛥𝛥𝑄𝑄𝐿𝐿 , 𝛥𝛥𝑄𝑄𝐶𝐶 - tổng tổn thất công suất phản kháng trên đường dây và tổng công suất phản kháng do đường dây sinh ra (coi𝛥𝛥𝑄𝑄𝐿𝐿 = 𝛥𝛥𝑄𝑄𝐶𝐶 ) 6 𝛥𝛥𝑄𝑄𝐵𝐵 - tổn thất công suất phản kháng trong các MBA; (trong tính toán sơ bộ có thể lấy ∆𝑄𝑄𝐵𝐵 = 15%𝑄𝑄∑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ) 𝑄𝑄𝑑𝑑𝑑𝑑 - công suất phản kháng dự phòng; (𝑄𝑄𝑑𝑑𝑑𝑑 = 0 do TBA là nguồn công suất vô cùng lớn) Từ công thức (1.3) xác định được tổng công suất bù 𝑄𝑄𝑏𝑏∑.
Nếu 𝑄𝑄𝑏𝑏∑ < 0 thì không cần bù, còn 𝑄𝑄𝑏𝑏∑ > 0 thì cần bù, khi đó phân bố bù về một số phụ tải (ưu tiên cho các phụ tải ở xa) và tính lại Qpt. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY, TÍNH TOÁN KINH TẾ-KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 2. Đề xuất các phương án nối dây Việc đề xuất các phương án nối dây được căn cứ theo một số nguyên tắc cơ bản như sau: 1) Phụ tải hộ loại I, II yêu cầu phải đảm bảo tính cung cấp điện liên tục không được phép gián đoạn trong bất kì tình huống nào nên sử dụng đường dây mạch kép hoặc mạch vòng, còn phụ tải hộ loại III có thể chỉ dùng đường dây mạch đơn hay mạch vòng. 2) Sử dụng đường dây mạch liên thông để cấp cho một số phụ tải với điều kiện công suất tải đoạn đầu của mạch liên thông không lớn, ví dụ đối với cấp điện áp 110 kV giá trị công suất tải tối đa là 70 MW 3) Căn cứ vị trí địa lý có thể phân nhóm phụ tải, để từ đó đề xuất các phương án nối dây cho từng nhóm.
Một nhóm phụ tải có thể chỉ là một hay hai phụ tải, đôi khi có tới ba phụ tải. Khi nhóm phụ tải chỉ có một phụ tải thì phương án nối dây chỉ là đường dây mạch kép nếu là phụ tải hộ loại I, II, còn đường dây mạch đơn khi phụ tải hộ loại III. Khi nhóm phụ tải có hai phụ tải thì có ba phương án nối dây: (i) sơ đồ nối dây hình tia (mỗi phụ tải lấy điện trực tiếp từ nguồn); (ii) sơ đồ nối dây mạch liên thông; (iii) sơ đồ nối dây mạch vòng. Tổ hợp các phương án nối dây của các phụ tải nhóm sẽ được nhiều phương án nối dây của toàn lưới.
Trong các phương án nối dây, qua tính toán kinh tế - kỹ thuật sẽ chọn được một phương án nối dây để thiết kế. Sau đây áp dụng những nguyên tắc cơ bản nối dây nêu trên đề xuất phương án nối dây cho hai mẫu đề bài thiết kế lưới điện khu vực đã nêu trong giới thiệu chung, từ đó có thể suy luận cho các thiết kế lưới điện khu vực khác. Phân tích các phương án nối dây với số liệu trên: - Nhóm có hai phụ tải là phụ tải 1 (P =30MW- hộ loại I) và phụ tải 2 (P =30MW- hộ loại III), có 3 phương án nối dây như trên hình 2.1a - Nhóm có hai phụ tải là phụ tải 3 (P =30MW- hộ loại I) và phụ tải 4 (P =25MW- hộ loại II), có 3 phương án nối dây như trên hình 2.1b - Nhóm chỉ có một phụ tải 5 (P =40MW- hộ loại I), có 1 phương án nối dây là đường dây mạch kép như trên hình 2.1c 7 2 2 2 50 km 50 km 1 1 1 67,08 km 67,08 km 31,62 km 31,62 km 31,62 km TBA TBA TBA Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 a)Nhóm TBA-1-2 TBA TBA TBA 41,23km 41,23km 41,23 km 67,08 km 67,08 km 3 3 3 44,72 km 44,72 km 4 4 4 Phương án 1 Phương á Phương án 3 b)Nhóm TBA-3-4 TBA 63,25 km 5 c)Nhóm TBA-5 Hình 2.Các phương án nối dây 2. Chọn cấp điện áp cho lưới điện 2.Nhóm TBA-1-2 Phương án 1 1)Tính công suất tải trên nhánh; 2)Tính điện áp truyền tải Phương án 2 1)Tính công suất tải trên nhánh; 2)Tính điện áp truyền tải 8 Phương án 3 1)Tính công suất tải trên nhánh; 2)Tính điện áp truyền tải 2.Nhóm TBA-3-4 Phương án 1 1)Tính công suất tải trên nhánh; …… 2)Tính điện áp truyền tải …….
Phương án 2 1)Tính công suất tải trên nhánh; 2)Tính điện áp truyền tải Phương án 3 1)Tính công suất tải trên nhánh; 2)Tính điện áp truyền tải 2.Nhóm TBA-5 1)Tính công suất tải trên nhánh; 2)Tính điện áp truyền tải Hướng dẫn: 1)Tính công suất tải trên nhánh Công suất truyền tải trên các nhánh được xác định tùy thuộc vào số sơ đồ nối dây: - Sơ đồ một nhánh, cấp điện cho một phụ tải, là mạch đơn hay mạch kép, thì công suất truyền tải trên các nhánh bằng đúng công suất phụ tải. - Sơ đồ mạch liên thông, cấp điện cho hai phụ tải, có hai nhánh mạch đơn hay mạch kép thì công suất truyền tải trên các nhánh sẽ được tính cộng dồn công suất phụ tải.1a, phương án 2 ta có: ̇ 𝑆𝑆1−2 = 𝑆𝑆2̇ ; 𝑆𝑆̇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇−1 = 𝑆𝑆2̇ + 𝑆𝑆1̇ - Sơ đồ mạch vòng, các nhánh khép kín, tại các nút là phụ tải thì công suất truyền tải nhánh đầu mạch vòng được tính theo độ dài các nhánh (đoạn).2a, phương án 3 ta có: ̇ 𝑆𝑆 (ℓ +ℓ )+𝑆𝑆 ℓ ̇ 𝑆𝑆̇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇−1 = 1 1−2 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇−2 2. 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇−2 ℓ𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇−1+ℓ𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇−2 +ℓ1−2 Công suất trên các nhánh (đoạn) còn lại được xác định theo nguyên tắc cân bằng công suất nút (tổng đại số công suất tại một nút bằng zê rô). Nút có hai luồng công suất đi đến gọi là điểm phân công suất.
2) Tính điện áp truyền tải Tính điện áp truyền tải nhánh theo công thức thực nghiệm sau: 16𝑃𝑃 𝑈𝑈𝑡𝑡𝑡𝑡 = 4,34�ℓ + (2.1) 𝑛𝑛 trong đó: P- công suất tác dụng truyền tải trên đoạn đường dây; MW ℓ - chiều dài đường dây; km n =1 nếu nhánh mạch đơn và n =2 nếu nhánh mạch kép.Tổng hợp kết quả chọn cấp điện áp Tập hợp điện áp tính toán các nhánh, phân tích để lựa chọn cấp điện áp hợp lý cho toàn lưới. Quá trình tính toán công suất truyền tải và cấp điện áp chỉ cần trình bày chi tiết những nhánh đặc trưng, còn lại có thể thể hiện như trên bảng 2. Tính toán cấp điện áp truyền tải Nhóm Phương án Nhánh ̇ 𝑆𝑆𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ; ℓ; km Utt; kV Udđ; kV phụ tải MVA TBA-1 1 TBA-2 TBA-1 Nhóm 2 1-2 110kV? TBA-1-2 TBA-1 3 TBA-2 1-2 … … 2. Chọn tiết diện dây dẫn ??? Dây dẫn lưới điện khu vực thường là trên không và được chọn loại dây nhôm lõi thép AC.
Tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế dòng điện, sau đó kiểm tra các điều kiện vầng quang, điều kiện phát nóng và điều kiện tổn thất điện áp. 1) Chọn tiết diện theo mật độ kinh tế của dòng điện 𝐽𝐽𝑘𝑘𝑘𝑘 Sau khi xác định công suất truyền tải trên các nhánh của sơ đồ, tiến hàng tính toán dòng điện và tiết diện dây dẫn như sau: 𝑆𝑆.2b) 𝐽𝐽𝑘𝑘𝑘𝑘 trong đó: S- công suất toàn phần truyền tải trên nhánh; MVA n - số mạch đường dây (mạch đơn n =1, mạch kép n =2) ; Udđ - điện áp danh định; kV Jkt - mật độ kinh tế dòng điện; ( Jkt =1,1A/mm2) Sau khi tính Fmin theo công thức (2.2b), chọn dây AC (>AC70) phù hợp cho nhánh có các thông số điện trở, điện kháng và dung dẫn đơn vị:𝑟𝑟0 (𝛺𝛺/𝑘𝑘𝑘𝑘), 𝑥𝑥0 (𝛺𝛺/ 𝑘𝑘𝑘𝑘); 𝑏𝑏0 (𝑆𝑆/𝑘𝑘𝑘𝑘)tra từ tài liệu ở phụ lục. Sau đó xác định tổng trở nhánh toàn nhánh và dung dẫn nửa nhánh (sơ đồ thay thế chữ 𝜋𝜋): 𝐵𝐵̇ 1 - Nhánh mạch đơn: 𝑍𝑍̇ = 𝑅𝑅 + 𝑗𝑗𝑗𝑗 = (𝑟𝑟0 + 𝑗𝑗𝑥𝑥0 )ℓ; = −𝑗𝑗 𝑏𝑏0 ℓ (2.3a) 2 2 1 𝐵𝐵̇ - Nhánh mạch kép: 𝑍𝑍̇ = 𝑅𝑅 + 𝑗𝑗𝑗𝑗 = (𝑟𝑟0 + 𝑗𝑗𝑥𝑥0 )ℓ; = −𝑗𝑗𝑏𝑏0 ℓ (2.3b) 2 2 Quá trình tính toán chọn tiết diện dây dẫn chỉ cần trình bày chi tiết những nhánh đặc trưng, còn lại có thể thể hiện như trên bảng 2.Tính toán chọn tiết diện dây dẫn Nhóm Phg Nhánh Loại Mạch; ℓ; r0 ; x0; b0; R; X; 𝐵𝐵/2; phụ án dây 2 hay km Ω/km Ω/km S/km Ω Ω 10-6 tải AC-? 1 S/km TBA-1 1 TBA-2 TBA-1 Nhóm 2 TBA- 1-2 1-2 TBA-1 3 TBA-2 1-2. 2) Đảm bảo điều kiện vầng quang Để đảm bảo điều kiện vầng quang ta chọn tiết diện dây tối thiểu AC-70 đối với lưới 110 kV và AC-95 đối với lưới 220 kV.
3) Kiểm tra điều kiện phát nóng lâu dài Điều kiện phát nóng được kiểm tra theo công thức: 𝐼𝐼𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 ≤ 𝑘𝑘1 .