CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1. Phân tích đặc điểm nguồn và phụ tải 1. Nguồn cung cấp Nguồn cấp bao gồm: Nhà máy nhiệt điện và hệ thống điện. Hệ thống điện (Hệ thống điện được coi là nguồn có công suất vô cùng lớn): Điện áp thanh cái cao áp: U=110(kV), hệ số công suất trên thanh góp 𝑐𝑜𝑠𝜑𝐻𝑇= 0,85, điện áp trên thanh cái cao áp của hệ thống khi phụ tải cực đại hoặc khi có sự cố là 110%, khi phụ tải cực tiểu là 105% điện áp danh định.
Nhà máy nhiệt điện (NĐ) : Gồm 2 tổ máy 2x115(MW), hệ số công suất định mức 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑁Đ= 0,85, điện áp định mức: U=10,5(Kv) 1. Phụ tải Có 8 phụ tải với các số liệu như sau: 1 Hộ phụ tải Số liệu 1 2 3 4 5 6 7 8 Công suất cực đại (MW) 30 25 25 25 35 35 25 35 Loại hộ phụ tải I II I III I I III II Hệ số công suất 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT KT KT KT KT KT KT KT Điện áp thứ cấp(kV) 22 Điện áp thanh cái phía cao áp khi phụ tải cực đại, sự cố năng nề nhất là 110%, khi phụ tải cực tiểu là 105% điện áp danh định. Đối với tất cả các trạm phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại, thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax= 5000 giờ. Giá 1 kWh điện năng tổn thất 1500đ.
Tính toán sơ bộ cân bằng công suất Trong hệ thống điện, chế độ vận hành ổn định đạt được khi có sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng. Cân bằng công suất tác dụng trước tiên cần giữ được ổn định tần số trong hệ thống, còn để giữ được điện áp bình thường cần có sự cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống nói chung và ở từng khu vực nói riêng. Khi tính toán cân bằng sơ bộ công suất coi tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp là không đổi. Nó được tính theo % công suất của phụ tải cực đại.1: Thông số về các phụ tải Hộ phụtải 𝑷𝒎𝒂𝒙 𝑸𝒎𝒂𝒙 𝑺𝒎𝒂𝒙 𝑷𝒎𝒊𝒏 𝑸𝒎𝒊𝒏 𝑺𝒎𝒊𝒏 Loại YCĐC 𝑼đ𝒎 điệnáp hạ 1 30 14,53 33,33 21,0 10,17 23,33 I KT 22 2 25 12,11 27,78 17,5 8,48 19,44 II KT 22 3 25 12,11 27,78 17,5 8,48 19,44 I KT 22 4 25 12,11 27,78 17,5 8,48 19,44 III KT 22 5 35 16,95 38,89 24,5 11,87 27,22 I KT 22 6 35 16,95 38,89 24,5 11,87 27,22 I KT 22 7 25 12,11 27,78 17,5 8,48 19,44 III KT 22 8 35 16,95 38,89 24,5 11,87 27,22 II KT 22 Tổng 235 113,82 261,11 164,50 79,67 182,78 1.
Cân bằng công suất tác dụng Để đáp ứng nhu cầu phụ tải luôn thay đổi theo thời gian thì cần có dự trữ công suất đề 2 phòng trong trường hợp có sự cố. Việc tính toán cân bằng công suất là một vấn đề quan trọng liên quan mật thiết tới thiết kế cũng như vận hành lưới điện. Phương trình cân bằng công xuất trong hệ thống điện: 𝑃𝑁Đ+ 𝑃𝐻= 𝑃𝑡𝑡= 𝑚∑𝑃𝑚𝑎𝑥+ ∑∆𝑃 + 𝑃𝑡𝑑+𝑃𝑑𝑝 (1.1) Trong đó: m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại (m=1) 𝑃𝑁Đ- công suất của nhà máy nhiệt điện 𝑃𝐻𝑇- công suất của toàn hệ thống 𝑃𝑡𝑡- công suất tiêu thụ 𝑃𝑚𝑎𝑥- công suất cực đại của phụ tả ∑∆𝑃- công suất tổn thất trong mạng điện 𝑃𝑡𝑑- công suất tự dùng trong các nhà máy 𝑃𝑑𝑝- công suất dự phòng (𝑃𝑑𝑝= 0 do hệ thống là nguồn công suất vô cùng lớn ) Trong vận hành hệ thống điện, nhà máy nhiệt điện thường làm việc với công suất phát kinh tế bằng 80 tới 90% công suất định mức,ta chọn mức 85% để tính toán. Do đó, trong chế độ phụ tải cực đại với 3 máy phát cùng hoạt động công suất phát là: 𝑃𝑘𝑡=85% 𝑃𝑁Đ=85%.200 = 20 (MW) Vậy tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện có giá trị: 𝑃𝑡𝑡= ∑𝑃𝑚𝑎𝑥+ ∑∆𝑃 + 𝑃𝑡𝑑= 235+ 11,75+ 20 = 266,75(MW) Theo công thức (1.1) trong chế độ phụ tải cực đại, công suất hệ thống cung cấp cho phụ tải là : 𝑃𝐻𝑇= 𝑃𝑡𝑡– 𝑃𝑘𝑡= 266,75– 170,0 = 96,75 (MW) 1.
Cân bằng công suất phản kháng Sự cân bằng công suất đòi hỏi không những chỉ đối với công xuất tác dụng, mà cả đối với công xuất phản kháng. Phương trình cân bằng công suất trong mạng lưới có dạng : 𝑄NĐ+ 𝑄𝐻𝑇+ 𝑄𝑏ù = 𝑄𝑡𝑡= 𝑚∑𝑄𝑚𝑎𝑥+ ∑∆𝑄𝐿− ∑𝑄𝑐+ ∆𝑄𝐵+𝑄𝑡𝑑 (1.2) Trong đó: m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại (m=1) 𝑄NĐ- công suất phản kháng của nhà máy 𝑄𝐻-công suất phản kháng từ hệ thống 𝑄𝑡𝑡- công suất phản kháng tiêu thụ ∑𝑄𝑚𝑎𝑥–tổng công suất phản kháng của các phụ tải ∑∆𝑄- công suất phản kháng tổn thất trên đường dây ∑𝑄- công suất do thành phần điện dung của đường dây sinh ra Trong tính toán sơ bộcó thể lấy ∑∆𝑄𝐿=∑𝑄𝑐 ∆𝑄𝐵- công suất phản kháng tiêu thụ bởi trạm biến áp Trong tính toán sơ bộ có thể lấy ∆𝑄𝐵= 15%∑𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑄𝑡𝑑 : công suất tự dùng trong nhà máy điện 𝑄𝑑𝑝: công suất phản kháng dự phòng (𝑄𝑑𝑝= 0 do hệ thống là nguồn công suất vô cùng 4 lớn) Hệ số công suất của nguồn phát cos𝜑=0,85=>Tg𝜑=0,62 Từ bảng thông số ta có các giá trị sau : 𝑄𝐻𝑇= 𝑃𝐻𝑇. 𝑡𝑔𝜑𝑡𝑑= 20*0,62 = 12,4(MVAr) Vậy tổng công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện 𝑄𝑡𝑡= ∑𝑄𝑚𝑎𝑥+ ∆𝑄𝐵+ 𝑄𝑡𝑑= 113,82 + 17,07+ 12,4 = 143,29(MVAr) Trong khi đó lượng công suất phản kháng được cung cấp từ hệ thống và nhà máy 𝑄𝐻𝑇+ 𝑄𝐹= 59,99+ 105,4 = 165,39(MVAr) Theo công thức (1.2) ta có : 𝑄𝐹+ 𝑄𝐻𝑇+ 𝑄𝑏ù = 𝑄𝑡𝑡 𝑄𝑏ù = 𝑄𝑡𝑡− ( Q𝐹+ 𝑄𝐻𝑇) = 143,29–165,39 = − 22,1 (MVar) Vậy nhà máy và hệ thống có đủ khả năng cung cấp công suất phản kháng cho các phụ tải nên không cần bù sơ bộ cho các phụ tải. Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn 1.
Chế độ phụ tải cực đại Mạng lưới điện chúng ta thiết kế gồm 2 nguồn cung cấp là nhà máy nhiệt điện và hệ thống điện, các phụ tải sẽ lấy điện từ nhà máy điện cung cấp, nếu thiếu sẽ lấy từ hệ thống điện về. Trong chế độ phụ tải cực đại, theo tính toán cân bằng công suất ở trên ta có Công suất yêu cầu của phụ tải: ∑𝑃𝑦𝑐𝑚𝑎𝑥 = 266,75(𝑀𝑊) ; ∑𝑄𝑦𝑐𝑚𝑎𝑥 = 129,19 (𝑀𝑉𝐴𝑅 ) 5 Nhà máy phát lên lưới 85% côngsuất: 𝑃NĐ=170,0(MW); 𝑄NĐ=105,4MVAr) Công suất lấy từ hệ thống về: 𝑃𝐻𝑇= 96,75(MW); 𝑄𝐻𝑇= 59,99(MVAr) 1. Chế độ phụ tải cực tiểu Do phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại: ∑𝑃𝑝𝑡𝑚𝑖n = 0,7.𝑡𝑔𝜑𝑡𝑑 = 79,67 + 15%*79,67 + 10%*200*0,62 = 104,02 (MVAr) Công suất phát của nhà máy nhiệt điện: 𝑃NĐ=0,7. Chế độ sự cố Khi sự cố hỏng 1 tổ máy, khi đó 1 tổ máy còn lại phát với 100% công suất định mức ( không xét sự cố xếp chồng) 6 ∑𝑃NĐ𝑆𝐶= 100%.2: Dự kiến vận hành sơ bộ nhà máy và hệ thống Nhà máy điện Hệ thống Chế độ Số tổ máy vận hành Công suất phát (MW) Công suất phát (MW) Cực đại 2 170 96,75 Cực tiểu 2 140 52,73 Sự cố 1 100 166,75 7 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KĨ THUẬT VÀ CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 2.
Phân nhóm phụ tải theo nguồn cấp 2. Phân nhóm phụ tải cho nhà máy và hệ thống Phân tải cho nhà máy: Nhìn vào bản đồ vị trí các nguồn điện và các phụ tải điện. Có 2 nguồn là nhiệt điện và hệ thống vô cùng lớn.Ta chia vùng phụ tải theo nguyên tắc các phụ tải gần nguồn thì đưa vào cùng 1 nhóm và theo lượng công suất nhà máy cung cấp được Nhà máy có P = 2*100 = 200(MW) trong đó tự dùng chiếm khoảng 10%. Lượng công suất còn lại vào khoảng P = 200 – 10%.200 = 180 (MW) Các phụ tải 1,2,3,4 gần nhà máy nhiệt điện có ∑P = P1 + P2 +P3+P4 = 30+25+25+25= 105(MW) Tổn thất trên đường dây khoảng 5%: ∆P = 5%.105 = 5,25 (MW) Phân tải cho hệ thống: Các phụ tải 5,6,7,8 sẽ được hệ thống cung cấp.
Phân nhóm các phụ tải cục bộ Trong các nhóm lớn do nhà máy với hệ thống cung cấp, ta chia thành các nhóm nhỏ, theo nguyên tắc các phụ tải gần nhau thì thành 1 nhóm. Với nhóm lớn NĐ-1-2-3-4 ta chia 3 nhóm nhỏ là NĐ-1-2, NĐ-3-4, NĐ-5 Với nhóm lớn HT5-6-7-8 ta chia 2 nhóm nhỏ là HT-6-7 và HT-8 2. Xây dựng phương án nối dây theo nhóm 2. Nguyên tắc chung để đề xuất phương án nối dây Mạng điện 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 phương án nối dây là phải sử dụng đường dây kép hoặc mạch vòng 8 Loại III không cần kép, dùng mạch đơn hay mạch vòng Với cấp điện áp 110(kV), đường dây không được tải quá 70(MW), cần áp dụng để xây dựng phương án đường dây liên thông cho hai phụ tải.
Đảm bảo chất lượng điện năng như tần số, điện áp… Chỉ tiêu kinh tế cao, vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, vận hành đơn giản, linh hoạt và có khả năng phát triển. Đề xuất các sơ đồ nối dây Mục đích của tính toán thiết kế là nhằm tìm ra phương án phù hợp và đảm bảo yêu cầu quan trọng nhất như cung cấp điện với chất lượng và độ tin cậy cao. Muốn được điều đó thì vấn đề là cần thiết lập phương án và lựa chọn ra phương án tối ưu. Trong các vùng nhỏ ta thiết lập các phương án nối dây có thể có, rồi tính toán các chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật lựa chọn ra phương án tối ưu nhất cho từng vùng nhỏ được chia.
Tổ hợp các phương án tối ưu đó, ta sẽ được phương án đi dây hoàn thiện nhất và tối ưu nhất. Khi dự kiến các phương án nối dây phải dựa trên khuyết điểm của 1 số sơ đồ mạng điện cũng như phạm vi sử dụng của chúng. Mạng hình tia : Ưu điểm: Có khả năng sử dụng các thiết bị đơn giản, rẻ tiền và các thiết bị bảo vệ rơle đơn giản. Thuận tiện khi phát triển và thiết kế cải tạo các mạng điện hiệnn có.
Nhược điểm: Độ tin cậy cung cấp điện thấp. Mạng điện liên thông: Ưu điểm: Việc hoạt động thi công sẽ thuận lợi hơn vì hoạt động trên cùng 1 đường dây. Độ tin cậy cung cấp điện tốt hơn lưới hình tia. 9 Nhược điểm: Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng lớn.
Mạng điện mạch vòng: Ưu điểm: Độ tin cậy cung cấp điện cao. Nhược điểm: Số lượng máy cắt cao áp nhiều hơn, bảo vệ rơ le phức tạp hơn.Tổn thất điện áp lúc sự cố lớn.