Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế lưới điện" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Tiến Giáp (Mã sinh viên: 19810420335), lớp D14DCN&DD2, Khoa Kỹ thuật điện, Trường Đại học Điện lực, dưới sự hướng dẫn của ThS. Kiều Thị Thanh Hoa. Đề tài thuộc ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, chuyên ngành Điện công nghiệp và dân dụng.
Về bối cảnh thực tiễn, tác giả chỉ ra rằng điện năng giữ vai trò tiền đề cho việc phát triển công nghiệp và các ngành sản xuất trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Nhu cầu phụ tải điện tại các nhà máy, cơ quan và khu dân cư liên tục tăng cao, đòi hỏi hệ thống truyền tải điện phải vận hành an toàn, liên tục, tin cậy, đạt tiêu chuẩn chất lượng điện áp và tối ưu hóa hiệu quả kinh tế.
Mục tiêu của đề án là thiết kế hoàn chỉnh mạng lưới điện khu vực gồm một nguồn điện và năm phụ tải tiêu thụ. Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định bao gồm:
- Cân bằng công suất tác dụng, công suất phản kháng và đề xuất các phương án nối dây khả thi.
- Tính toán kỹ thuật mạng điện, xác định cấp điện áp định mức và lựa chọn tiết diện dây dẫn.
- Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật nhằm xác định phương án đi dây tối ưu.
- Lựa chọn số lượng, công suất định mức của máy biến áp và sơ đồ nối điện chính cho các trạm.
- Tính toán các thông số của chế độ xác lập (chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu và chế độ sự cố).
- Tính toán điện áp các nút và lựa chọn phương thức, nấc điều chỉnh điện áp cho từng trạm biến áp.
Đối tượng nghiên cứu là mạng lưới truyền tải điện khu vực nhận điện từ một nguồn công suất vô cùng lớn để cấp cho 5 cụm phụ tải. Phạm vi không gian được xác định dựa trên bản đồ phân bố tọa độ ô vuông (tỉ lệ $5 \times 5\text{ km}$ mỗi ô), với chiều dài các đường dây từ nguồn đến phụ tải dao động từ $32\text{ km}$ đến $55,9\text{ km}$. Về phạm vi phụ tải và thời gian: tổng công suất tác dụng cực đại của 5 phụ tải là $170\text{ MW}$, điện áp định mức phía thứ cấp là $22\text{ kV}$, thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{\max} = 5375\text{ giờ}$, hệ số công suất của các phụ tải $\cos\varphi = 0,9$, và tỉ lệ phụ tải cực tiểu $P_{\min}/P_{\max} = 0,72$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Nghiên cứu áp dụng các lý thuyết kinh điển và quy trình tiêu chuẩn trong kỹ thuật thiết kế mạng điện và hệ thống cung cấp điện:
- Xác định cấp điện áp định mức theo công thức kinh nghiệm của Still:
$$U = 4,34 \cdot \sqrt{L + 16 \cdot P}$$
Trong đó $L$ là chiều dài đường dây $(\text{km})$ và $P$ là công suất truyền tải $(\text{MW})$.
- Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế:
$$F_{kt} = \frac{I_{\max}}{J_{kt}}$$
Với $J_{kt} = 1,1\text{ A/mm}^2$ áp dụng cho dây dẫn nhôm lõi thép (AC) có thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{\max} > 5000\text{ giờ}$.
- Kiểm tra các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với dây dẫn:
- Điều kiện vầng quang điện: tiết diện dây dẫn ở cấp điện áp $110\text{ kV}$ phải thỏa mãn $F \ge 70\text{ mm}^2$.
- Điều kiện phát nóng cho phép khi xảy ra sự cố đứt một mạch: $I_{sc} \le k_1 \cdot k_2 \cdot I_{cp}$.
- Điều kiện tổn thất điện áp cho phép: $\Delta U \le \Delta U_{cp} = 15%$ ở chế độ bình thường và $\Delta U_{sc} \le 20%$ ở chế độ sự cố.
- Lựa chọn phương án kinh tế dựa trên hàm chi phí tính toán hàng năm:
$$Z = (a_{vh} + a_{tc}) \cdot K + C \cdot \Delta A$$
Trong đó: hệ số vận hành đường dây $a_{vh} = 0,04$; hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư $a_{tc} = 0,125$; chi phí $1\text{ kWh}$ điện năng tổn thất $C = 1600\text{ đ/kWh}$ ($1,6 \times 10^6\text{ đ/MWh}$); $K$ là vốn đầu tư xây dựng đường dây; $\Delta A$ là tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A = \tau \cdot \Delta P$, với thời gian tổn thất công suất lớn nhất $\tau$ tính theo công thức phụ thuộc vào $T_{\max}$).
- Mô hình tính toán chế độ xác lập: Sơ đồ thay thế hình $\Pi$ cho đường dây tải điện trên không và sơ đồ tổn thất công suất tác dụng, phản kháng cho máy biến áp hai cuộn dây.
Nguồn dữ liệu sử dụng bao gồm các thông số kỹ thuật do Khoa Kỹ thuật điện giao, hệ thống tham số vật tư thiết bị tiêu chuẩn (dây nhôm lõi thép AC, máy biến áp điều áp dưới tải TPDH 115/22 kV) và các giáo trình chuyên ngành của các tác giả Nguyễn Văn Đàm, Trần Quang Khánh, Phan Đăng Khải, Ngô Hồng Quang.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Phân tích nguồn và phụ tải
Tác giả tiến hành phân tích đặc tính kỹ thuật của nguồn điện và 5 phụ tải tiêu thụ:
- Nguồn điện: Là thanh góp của hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,85$, có khả năng duy trì điện áp ổn định khi xảy ra biến động phụ tải hoặc sự cố ngắn mạch. Điện áp vận hành trên thanh góp nguồn ở chế độ phụ tải cực đại và sự cố là $U_n = 1,1 \cdot U_{đm} = 121\text{ kV}$; ở chế độ phụ tải cực tiểu là $U_n = 1,0 \cdot U_{đm} = 115\text{ kV}$.
- Phân loại phụ tải:
- Phụ tải loại I gồm các phụ tải 1, 2, 3 và 4: Đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện liên tục ở mức cao nhất, bắt buộc sử dụng đường dây lộ kép kết hợp trạm biến áp có từ 2 máy biến áp vận hành song song. Các phụ tải này có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường: độ lệch điện áp ở chế độ cực đại là $+5%$, chế độ cực tiểu là $0%$, và chế độ sự cố từ $0%$ đến $+5%$.
- Phụ tải loại III gồm phụ tải 5: Mức độ ưu tiên thấp hơn, cho phép cấp điện bằng đường dây đơn và trạm 1 máy biến áp. Yêu cầu điều chỉnh điện áp thường: độ lệch cực đại $> +2,5%$, cực tiểu $< +7,5%$, và sự cố đạt $-2,5%$.
| Thông số phụ tải |
Phụ tải 1 |
Phụ tải 2 |
Phụ tải 3 |
Phụ tải 4 |
Phụ tải 5 |
| Loại hộ phụ tải |
Loại I |
Loại I |
Loại I |
Loại I |
Loại III |
| $P_{\max}\text{ (MW)}$ |
30 |
30 |
36 |
36 |
38 |
| $Q_{\max}\text{ (MVAr)}$ |
14,53 |
14,44 |
17,44 |
17,44 |
18,40 |
| $S_{\max}\text{ (MVA)}$ |
33,33 |
33,33 |
40,00 |
40,00 |
42,22 |
| $P_{\min}\text{ (MW)}$ |
21,60 |
21,60 |
25,92 |
25,92 |
27,36 |
| Khoảng cách đến nguồn $(\text{km})$ |
55,9 |
32,0 |
35,0 |
36,4 |
40,0 |
Chương II: Tính toán và cân bằng công suất
Chương này giải quyết bài toán cân bằng công suất tác dụng và phản kháng cho toàn bộ hệ thống nhằm ổn định tần số và điện áp:
- Cân bằng công suất tác dụng: Tổng công suất tác dụng cực đại của các phụ tải là $\sum P_{pt\max} = 170\text{ MW}$. Tổn thất công suất trong mạng điện dự tính bằng $5% \sum P_{pt\max} = 8,5\text{ MW}$. Tổng công suất tác dụng yêu cầu của hệ thống là $P_{yc} = 178,5\text{ MW}$.
- Cân bằng công suất phản kháng: Tổng công suất phản kháng của phụ tải $\sum Q_{pt\max} = 82,34\text{ MVAr}$. Tổn thất phản kháng trong trạm biến áp $\sum \Delta Q_b = 15% \sum Q_{pt\max} = 12,35\text{ MVAr}$. Tổng công suất phản kháng yêu cầu là $Q_{yc} = 94,7\text{ MVAr}$. Công suất phản kháng nguồn có thể phát ra tương ứng với hệ số $\cos\varphi = 0,85$ đạt $Q_{ng} = P_{yc} \cdot \tan\varphi = 110,62\text{ MVAr}$. Do $Q_{ng} > Q_{yc}$ ($110,62 > 94,7\text{ MVAr}$), tác giả kết luận hệ thống đủ khả năng cung cấp và không cần bù công suất phản kháng sơ bộ.
Chương III: Đề xuất các phương án đi dây
Dựa trên yêu cầu cung cấp điện an toàn, liên tục và vị trí địa lý, tác giả chia 5 phụ tải thành 3 nhóm độc lập để khảo sát:
- Nhóm 1 (Phụ tải 1 và 5): Đề xuất 3 phương án gồm hình tia (N-1 lộ kép, N-5 lộ đơn), mạch liên thông (N-1 lộ kép, 1-5 lộ đơn), và mạch vòng kín giữa nguồn và hai phụ tải.
- Nhóm 2 (Phụ tải 2 và 3): Đề xuất 3 phương án gồm hình tia (hai đường dây kép độc lập N-2 và N-3), mạch liên thông (N-2 lộ kép, 2-3 lộ kép), và mạch vòng kín giữa nguồn và hai phụ tải.
- Nhóm 3 (Phụ tải 4): Cấp điện trực tiếp từ nguồn bằng đường dây lộ kép theo sơ đồ hình tia.
Đồng thời, chương này xác định các định hướng kỹ thuật: sử dụng đường dây trên không cột thép, dây dẫn nhôm lõi thép AC, trạm biến áp hạ áp 110/22 kV, và áp dụng các công thức tính toán kiểm tra tổn thất điện áp, vầng quang và phát nóng.
Chương IV: Tính toán kỹ thuật các phương án
Tác giả thực hiện tính toán chi tiết dòng điện phụ tải cực đại, phân bố công suất, lựa chọn cấp điện áp và tiết diện dây dẫn cho từng phương án:
- Cấp điện áp định mức: Kết quả tính theo công thức Still cho tất cả các nhánh dao động từ $67,23\text{ kV}$ đến $107,7\text{ kV}$, do đó cấp điện áp định mức chuẩn hóa được chọn là $U_{đm} = 110\text{ kV}$.
- Nhóm 1:
- Phương án hình tia: Đoạn N-1 dùng 2 lộ dây AC-70 ($\Delta U = 4,6%$, $\Delta U_{sc} = 9,2%$); Đoạn N-5 dùng 1 lộ dây AC-185 ($\Delta U = \Delta U_{sc} = 2,31%$).
- Phương án liên thông: Đoạn N-1 dùng 2 lộ dây AC-185 ($\Delta U = 2,7%$, $\Delta U_{sc} = 5,4%$); Đoạn 1-5 dùng 1 lộ dây AC-185 ($\Delta U = 3,19%$).
- Phương án mạch vòng: Điểm phân công suất nằm tại nút 1; Đoạn N-1 chọn AC-150; Đoạn 1-5 chọn AC-70; Đoạn N-5 chọn AC-185.
- Nhóm 2:
- Phương án hình tia: Đoạn N-2 dùng 2 lộ dây AC-95 ($\Delta U = 2,13%$, $\Delta U_{sc} = 4,26%$); Đoạn N-3 dùng 2 lộ dây AC-120 ($\Delta U = 3,47%$, $\Delta U_{sc} = 4,93%$).
- Phương án liên thông: Đoạn N-2 dùng 2 lộ dây AC-185 ($\Delta U = 3,2%$, $\Delta U_{sc} = 6,4%$); Đoạn 2-3 dùng 2 lộ dây AC-150 ($\Delta U = 1,8%$, $\Delta U_{sc} = 3,6%$).
- Phương án mạch vòng: Điểm phân công suất nằm tại nút 2; Đoạn N-2 chọn AC-185; Đoạn 2-3 chọn AC-70; Đoạn N-3 chọn AC-185.
- Nhóm 3: Nhánh N-4 gồm 2 lộ dây AC-95 có dòng điện cực đại $I_{\max} = 104,82\text{ A}$, kiểm tra độ sụt áp bình thường $\Delta U = 2,5%$, khi sự cố đứt 1 lộ $\Delta U_{sc} = 5,0%$.
Tất cả các phương án đều thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép ($\le 15%$ bình thường, $\le 20%$ sự cố), đảm bảo điều kiện vầng quang ($F \ge 70\text{ mm}^2$) và điều kiện phát nóng khi đứt một mạch.
Chương V: So sánh kinh tế và lựa chọn phương án tối ưu
Tác giả áp dụng hàm chi phí tính toán hàng năm $Z$ để so sánh hiệu quả kinh tế giữa các phương án kỹ thuật:
| Nhóm phụ tải |
Phương án nối dây |
Vốn đầu tư $K\text{ (}10^5\text{ đ)}$ |
Tổn thất $\Delta A\text{ (MWh)}$ |
Chi phí $Z\text{ (}10^5\text{ đ)}$ |
Kết luận lựa chọn |
| Nhóm 1 |
Hình tia (N-1, N-5) |
$36.243,52$ |
$7.667,17$ |
$19.893,07$ |
Được chọn (Z nhỏ nhất) |
|
Mạch liên thông (N-1-5) |
$31.685,97$ |
$10.930,93$ |
$22.717,67$ |
Loại bỏ |
|
Mạch vòng (N-1-5-N) |
$45.763,20$ |
$9.123,06$ |
$22.131,33$ |
Loại bỏ |
| Nhóm 2 |
Hình tia (N-2, N-3) |
$34.313,60$ |
$4.253,52$ |
$12.289,97$ |
Được chọn (Z nhỏ nhất) |
|
Mạch liên thông (N-2-3) |
$41.375,12$ |
$6.185,76$ |
$16.725,68$ |
Loại bỏ |
|
Mạch vòng (N-2-3-N) |
$35.610,20$ |
$6.070,40$ |
$15.588,32$ |
Loại bỏ |
| Nhóm 3 |
Hình tia (N-4) |
$16.481,92$ |
$3.044,56$ |
$7.590,80$ |
Phương án duy nhất |
Sau khi tối ưu hóa kinh tế, cấu hình mạng điện được xác lập gồm toàn bộ các đường dây theo sơ đồ hình tia.
Chương VI: Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính
- Chọn số lượng và công suất máy biến áp:
- Các trạm 1, 2, 3, 4 (hộ loại I) trang bị 2 máy biến áp làm việc song song. Công suất định mức thỏa mãn điều kiện quá tải sự cố khi hỏng 1 máy: $S_{đm} \ge S_{\max} / 1,4$.
- Trạm 5 (hộ loại III) trang bị 1 máy biến áp thỏa mãn $S_{đm} \ge S_{\max}$.
- Chủng loại lựa chọn: Trạm 1 và Trạm 2 chọn máy biến áp $2 \times \text{TPDH-25000/110}$ ($S_{đm} = 25\text{ MVA}$); Trạm 3 và Trạm 4 chọn máy biến áp $2 \times \text{TPDH-32000/110}$ ($S_{đm} = 32\text{ MVA}$); Trạm 5 chọn máy biến áp $1 \times \text{TPDH-63000/110}$ ($S_{đm} = 63\text{ MVA}$). Cấp điện áp máy biến áp là 115/22 kV, cuộn cao áp có bộ điều chỉnh dưới tải.
- Lựa chọn sơ đồ nối điện:
- Do chiều dài các đường dây cấp điện cho các phụ tải loại I đều ngắn hơn $70\text{ km}$ ($L < 70\text{ km}$), ít nguy cơ sự cố đường dây nhưng cần đóng cắt máy biến áp khi phụ tải thay đổi, tác giả lựa chọn sơ đồ cầu ngoài cho cả 4 trạm biến áp hạ áp 1, 2, 3 và 4.
- Đối với trạm 5 cấp cho phụ tải loại III gồm 1 đường dây và 1 máy biến áp, sơ đồ nối điện được chọn là sơ đồ khối bộ đường dây - máy biến áp.
Chương VII: Tính toán chế độ xác lập lưới điện và điều chỉnh điện áp
- Tính toán chế độ xác lập:
- Chế độ cực đại ($U_n = 121\text{ kV}$): Tổng công suất yêu cầu toàn mạng $S_{yc} = 175,601 + j88,278\text{ MVA}$. Khả năng phát công suất phản kháng của hệ thống là $108,83\text{ MVAr} > 88,278\text{ MVAr}$, hệ thống tự cân bằng không cần bù phản kháng.
- Chế độ cực tiểu ($U_n = 115\text{ kV}$): Xét điều kiện cắt giảm 1 máy biến áp để giảm tổn thất sắt theo công suất giới hạn $S_{gh} = S_{đm} \sqrt{\Delta P_0 / \Delta P_N}$. Với Trạm 1 và 2, $S_{gh} = 17,38\text{ MVA} < S_{\min} = 21,6\text{ MVA}$; Trạm 3 và 4 có $S_{gh} = 22,23\text{ MVA} < S_{\min} = 25,92\text{ MVA}$. Do phụ tải cực tiểu đều lớn hơn công suất giới hạn, tác giả giữ nguyên cả 2 máy biến áp làm việc song song để đạt hiệu quả kinh tế.
- Chế độ sự cố ($U_n = 121\text{ kV}$): Tính toán cho trường hợp đứt 1 lộ của đường dây kép. Tổng công suất yêu cầu là $S_{yc} = 139,432 + j76,26\text{ MVA}$. Khả năng cấp phản kháng của nguồn thấp hơn mức yêu cầu của một số nút nên cần xem xét bù phản kháng cục bộ.
- Điều chỉnh điện áp và chọn nấc phân áp:
- Điện áp thứ cấp định mức là $22\text{ kV}$. Các máy biến áp trang bị bộ điều áp dưới tải có phạm vi điều chỉnh $\pm 9 \times 1,78% \cdot U_{đm}$.
- Kết quả chọn nấc điều chỉnh tiêu chuẩn ($N_{đc}$) cho các trạm biến áp:
- Chế độ cực đại: Trạm 1 chọn nấc $-4$ ($U_{tc} = 106,812\text{ kV}$, $\Delta U% = 4,68%$); Trạm 5 chọn nấc $-4$ ($\Delta U% = 4,3%$).
- Chế độ cực tiểu: Trạm 1 và Trạm 5 chọn nấc $-3$ ($U_{tc} = 108,859\text{ kV}$, $\Delta U% = -0,5%$ đến $-0,7%$); Trạm 2, 3, 4 chọn nấc $-2$ ($U_{tc} = 110,906\text{ kV}$, độ lệch dao động từ $-0,63%$ đến $-0,93%$).
- Chế độ sự cố: Trạm 1 chọn nấc $-7$ ($U_{tc} = 100,671\text{ kV}$, $\Delta U% = -7,73%$); Trạm 2 và 3 chọn nấc $-4$ ($\Delta U% = -2,73%$ và $-3,0%$); Trạm 4 chọn nấc $-5$ ($\Delta U% = -3,84%$).
Chương VIII: Tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện
Tác giả tổng hợp toàn bộ các thông số kinh tế và kỹ thuật vận hành của phương án lưới điện đã chọn:
- Vốn đầu tư: Tổng vốn xây dựng đường dây $K_d = 195,7123 \times 10^6\text{ đ}$; tổng vốn đầu tư 5 trạm biến áp hạ áp $K_{ba} = 179,22 \times 10^6\text{ đ}$. Tổng vốn đầu tư xây dựng toàn mạng điện $K = 374,93 \times 10^6\text{ đ}$.
- Tổn thất công suất tác dụng: Chế độ cực đại $\Delta P_{\max} = 5,033\text{ MW}$; chế độ cực tiểu $\Delta P_{\min} = 2,8784\text{ MW}$; chế độ sau sự cố $\Delta P_{sc} = 6,896\text{ MW}$.
- Tổn thất điện năng hàng năm: Tổn thất điện năng trong các trạm biến áp là $\sum \Delta A_{BA} = 4893,05\text{ MWh}$; tổn thất điện năng trên các đường dây truyền tải là $\sum \Delta A_d = 19292,6\text{ MWh}$. Tổng tổn thất điện năng toàn mạng điện đạt $\Delta A = 24.185,65\text{ MWh}$.
- Chi phí vận hành và giá thành: Chi phí vận hành hàng năm $Y = 46,54 \times 10^6\text{ đ}$; chi phí tính toán quy đổi hàng năm $Z = 93,78 \times 10^6\text{ đ}$; giá thành truyền tải điện năng tính toán đạt $46,91\text{ đ/kWh}$; suất vốn đầu tư trên $1\text{ MW}$ phụ tải cực đại là $2,2 \times 10^6\text{ đ/MW}$.
Kết quả và đóng góp
Đồ án hoàn thành trọn vẹn việc thiết kế hệ thống truyền tải điện khu vực cấp điện áp $110\text{ kV}$ cho 5 phụ tải với các kết quả cụ thể:
| STT |
Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật |
Đơn vị tính |
Giá trị tổng hợp |
| 1 |
Tổng công suất phụ tải cực đại |
MW |
170 |
| 2 |
Tổng chiều dài các tuyến đường dây |
km |
199,3 |
| 3 |
Tổng công suất máy biến áp hạ áp lắp đặt |
MVA |
177 |
| 4 |
Tổng vốn đầu tư xây dựng mạng điện |
$10^6\text{ đ}$ |
374,93 |
| 5 |
Vốn đầu tư xây dựng đường dây |
$10^6\text{ đ}$ |
195,71 |
| 6 |
Vốn đầu tư xây dựng các trạm biến áp |
$10^6\text{ đ}$ |
179,22 |
| 7 |
Tổng điện năng phụ tải tiêu thụ hàng năm |
MWh |
313.750 |
| 8 |
Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành bình thường |
% |
4,68 |
| 9 |
Tổn thất điện áp lớn nhất khi xảy ra sự cố |
% |
7,73 |
| 10 |
Tổng tổn thất công suất tác dụng chế độ cực đại |
MW |
5,033 |
| 11 |
Tổng tổn thất điện năng hàng năm |
MWh |
24.185,65 |
| 12 |
Chi phí vận hành mạng điện hàng năm |
$10^6\text{ đ}$ |
46,54 |
| 13 |
Chi phí tính toán quy đổi hàng năm |
$10^6\text{ đ}$ |
93,78 |
| 14 |
Giá thành truyền tải điện năng |
đ/kWh |
46,91 |
| 15 |
Suất đầu tư trên 1 MW công suất cực đại |
$10^6\text{ đ/MW}$ |
2,2 |
Về mặt đóng góp, đề án đã hoàn thiện chu trình tính toán thiết kế kỹ thuật từ quy hoạch sơ đồ, kiểm tra kỹ thuật (sụt áp, vầng quang, phát nóng) đến phân tích kinh tế tổng hợp cho một lưới điện khu vực điển hình; đưa ra các bảng tra cứu và lựa chọn nấc phân áp dưới tải cụ thể cho từng chế độ phụ tải, đảm bảo các yêu cầu chất lượng điện áp khắt khe của hộ loại I.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Trong phần kết luận chung, tác giả tự chỉ ra các hạn chế tồn tại của đồ án:
- Bản thiết kế chưa đi sâu vào các tính toán chi tiết kỹ thuật chuyên sâu về bảo vệ rơle và tự động hóa trạm.
- Số liệu tổng hợp dự toán công trình chưa phản ánh sát với biến động giá thành thiết bị trên thị trường tại thời điểm thực tế.
- Chưa tính toán cụ thể đơn giá nhân công xây lắp và chi phí thi công thực tế tại hiện trường.
Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả đề xuất là cập nhật cơ sở dữ liệu về giá thành thiết bị mới nhất từ các nhà sản xuất và bổ sung các tính toán cụ thể về chi phí nhân công, xây lắp cơ khí móng cột đường dây để đồ án có tính khả thi cao hơn khi áp dụng vào thực tế.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử khi thực hiện đồ án môn học Mạng lưới điện hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống cung cấp điện.
Những nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao bao gồm:
- Phương pháp nhóm các phụ tải để so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa các cấu hình đường dây hình tia, liên thông và mạch vòng.
- Quy trình kiểm tra điều kiện kinh tế để quyết định cắt bớt một máy biến áp vận hành song song trong chế độ phụ tải cực tiểu dựa trên giá trị công suất giới hạn $S_{gh}$.
- Phương pháp và thuật toán tính toán nấc phân áp dưới tải cho máy biến áp $115/22\text{ kV}$ ứng với các yêu cầu điều chỉnh điện áp thường và khác thường.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao các phụ tải loại I trong đồ án bắt buộc phải dùng đường dây lộ kép và trạm có 2 máy biến áp vận hành song song?
Phụ tải loại I là các hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu mất điện sẽ gây hậu quả nghiêm trọng về an ninh, tính mạng con người và thiệt hại kinh tế lớn. Do đó, hệ thống yêu cầu độ dự phòng $100%$. Việc sử dụng đường dây kép và trạm 2 máy biến áp đảm bảo khi một mạch đường dây hoặc một máy biến áp gặp sự cố, phần tử còn lại (với khả năng chịu quá tải cho phép $40%$ trong thời gian sự cố) vẫn duy trì cấp điện liên tục cho phụ tải.
2. Dựa trên căn cứ nào tác giả khẳng định hệ thống không cần đặt thiết bị bù công suất phản kháng sơ bộ?
Trong Chương II, tác giả tính toán tổng công suất phản kháng yêu cầu của toàn bộ hệ thống gồm phụ tải và tổn thất trạm biến áp là $Q_{yc} = 94,7\text{ MVAr}$. Trong khi đó, nguồn điện hệ thống có hệ số $\cos\varphi = 0,85$ có khả năng phát ra lượng công suất phản kháng là $Q_{ng} = P_{yc} \cdot \tan\varphi = 110,62\text{ MVAr}$. Do công suất phản kháng nguồn phát lớn hơn công suất yêu cầu ($110,62 > 94,7\text{ MVAr}$), mạng điện tự cân bằng được công suất phản kháng mà không cần lắp thêm tụ bù sơ bộ.
3. Tiêu chí nào quyết định việc lựa chọn phương án hình tia cho các nhóm phụ tải thay vì phương án mạch vòng hay mạch liên thông?
Tiêu chí quyết định là hàm chi phí tính toán hàng năm $Z = (a_{vh} + a_{tc}) \cdot K + C \cdot \Delta A$. Ở cả Nhóm 1 và Nhóm 2, mặc dù phương án mạch vòng và liên thông có độ linh hoạt vận hành nhất định, nhưng phương án hình tia có tổng chi phí $Z$ thấp nhất (Nhóm 1 đạt $19.893,07 \times 10^5\text{ đ}$; Nhóm 2 đạt $12.289,97 \times 10^5\text{ đ}$) đồng thời thỏa mãn toàn bộ các giới hạn kỹ thuật về độ sụt áp và phát nóng, nên được chọn là phương án tối ưu.
4. Vì sao sơ đồ cầu ngoài được lựa chọn cho các trạm biến áp từ 1 đến 4?
Sơ đồ cầu ngoài được áp dụng khi chiều dài đường dây cấp điện ngắn ($L < 70\text{ km}$, trong đồ án các tuyến này từ $32$ đến $55,9\text{ km}$), ít xảy ra sự cố trên đường dây nhưng máy biến áp thường xuyên phải đóng cắt theo chu kỳ phụ tải cực đại/cực tiểu để giảm tổn thất không tải. Sơ đồ này bố trí máy cắt cầu ở phía ngoài máy biến áp, giúp thao tác đóng cắt máy biến áp thuận tiện và linh hoạt hơn sơ đồ cầu trong.
5. Điều kiện để cắt bớt một máy biến áp trong chế độ phụ tải cực tiểu là gì và tại sao trong đồ án không thực hiện cắt?
Điều kiện để cắt bớt một máy biến áp là công suất phụ tải cực tiểu phải nhỏ hơn công suất giới hạn kinh tế: $S_{\min} < S_{gh} = S_{đm} \sqrt{\Delta P_0 / \Delta P_N}$. Khi tính toán thực tế cho các trạm 1, 2, 3 và 4, giá trị $S_{gh}$ dao động từ $17,38\text{ MVA}$ đến $22,23\text{ MVA}$, trong khi phụ tải cực tiểu thực tế $S_{\min}$ của các trạm đều lớn hơn ($21,6\text{ MVA}$ và $25,92\text{ MVA}$). Do đó, việc duy trì 2 máy biến áp vận hành song song vẫn mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với việc cắt bớt một máy.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Tiến Giáp là công trình thiết kế kỹ thuật lưới điện truyền tải khu vực $110\text{ kV}$ hoàn chỉnh, giải quyết bài toán cấp điện cho 5 phụ tải với tổng công suất $170\text{ MW}$ từ một nguồn điện công suất vô cùng lớn. Tác giả đã kết hợp đồng bộ giữa việc kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật an toàn (tổn thất điện áp, vầng quang, phát nóng khi sự cố) với việc tối ưu hóa bài toán kinh tế thông qua hàm chi phí tính toán hàng năm. Kết quả nghiên cứu xác định phương án đi dây hình tia là tối ưu nhất, đồng thời đưa ra các cấu hình thiết bị trạm và thông số điều chỉnh nấc phân áp dưới tải cụ thể, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn vận hành của hệ thống điện.
