Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống điện, việc thiết kế lưới điện khu vực đóng vai trò then chốt nhằm đảm bảo cung cấp điện năng an toàn, liên tục và đạt chuẩn chất lượng cho các trung tâm phụ tải với chi phí đầu tư và vận hành tối ưu. Đồ án "Thiết kế lưới điện khu vực" của tác giả Nguyễn Tiến Dũng (Khoa Kỹ thuật điện, Trường Đại học Điện lực) tập trung giải quyết bài toán thiết kế mạng lưới truyền tải điện 110 kV kết nối nguồn điện với 6 trạm phụ tải khu vực có đặc tính và quy mô tiêu thụ khác nhau.

Mục tiêu tổng quát của đồ án là xây dựng một phương án thiết kế lưới điện khu vực hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật và tối ưu về mặt kinh tế, bao gồm việc lựa chọn cấu hình mạng, dây dẫn, máy biến áp, thiết bị đóng cắt và phương thức điều chỉnh điện áp. Để đạt được mục tiêu này, nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành 8 nội dung cụ thể theo văn bản:

  1. Phân tích đặc tính nguồn điện và thông số các phụ tải tiêu thụ.
  2. Tính toán cân bằng sơ bộ công suất tác dụng và công suất phản kháng trong hệ thống.
  3. Đề xuất các phương án nối dây, lựa chọn điện áp định mức và tính toán chỉ tiêu kỹ thuật của đường dây.
  4. Tính toán chỉ tiêu kinh tế, thiết lập hàm chi phí tính toán hàng năm để lựa chọn phương án nối dây tối ưu.
  5. Lựa chọn dung lượng, chủng loại máy biến áp và thiết kế sơ đồ nối điện chính cho các trạm và hệ thống.
  6. Tính toán chế độ xác lập của lưới điện trong các trạng thái vận hành: cực đại, cực tiểu và sau sự cố.
  7. Tính toán phân bố điện áp tại các nút và xác định phương thức điều chỉnh điện áp, chọn nấc phân áp của máy biến áp.
  8. Tính toán tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện thiết kế.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là lưới điện truyền tải khu vực cấp điện áp 110 kV, các trạm biến áp hạ áp 110/22 kV, cùng hệ thống thiết bị đóng cắt và máy biến áp điều chỉnh dưới tải. Phạm vi không gian nghiên cứu được xác định trên sơ đồ địa lý lưới ô vuông tỉ lệ 1 ô = 10 km × 10 km với tọa độ phân bố của nguồn phát (Hệ thống HT và Nhà máy nhiệt điện NĐ) cùng 6 điểm phụ tải có khoảng cách địa lý từ 30 km đến 53,85 km. Phạm vi thời gian và thông số vận hành căn cứ vào thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{\max} = 4200\text{ h}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,9$ của phụ tải và $\cos\varphi = 0,85$ của nguồn, tính toán cho chu kỳ vận hành hàng năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật hệ thống điện và giải tích mạng điện công nghiệp để giải quyết bài toán thiết kế truyền tải:

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

  • Cân bằng công suất: Sử dụng mô hình cân bằng công suất tác dụng $P_F = P_{\text{yc}} = m P_{\text{pt}} + P_{\text{mđ}}$ và cân bằng công suất phản kháng $Q_F = m Q_{\text{pt}} + Q_B + Q_L - Q_C$ (với hệ số đồng thời $m = 1$).
  • Lựa chọn cấp điện áp: Áp dụng công thức kinh nghiệm xác định điện áp kinh tế đường dây: $$U_i = 4,34 \sqrt{l_i + 16 \frac{P_i}{n}}$$
  • Lựa chọn tiết diện dây dẫn: Áp dụng phương pháp mật độ dòng điện kinh tế: $$F = \frac{I_{\max}}{J_{\text{kt}}}$$ Với dây nhôm lõi thép (AC) và $T_{\max} = 4200\text{ h}$ (khoảng 3000 – 5000 h), mật độ kinh tế quy định là $J_{\text{kt}} = 1,1\text{ A/mm}^2$. Kiểm tra điều kiện vầng quang ($F \ge 70\text{ mm}^2$) và điều kiện phát nóng sau sự cố ($I_{\text{cb}} \le I_{\text{cp}}$).
  • Kiểm tra chất lượng điện áp: Đánh giá tổn thất điện áp theo công thức: $$\Delta U% = \frac{P \cdot R + Q \cdot X}{U_{\text{đm}}^2} \times 100%$$ Tiêu chuẩn cho phép: $\Delta U_{\text{bt}}% \le 10 \div 15%$ (chế độ bình thường) và $\Delta U_{\text{sc}}% \le 15 \div 20%$ (chế độ sự cố đứt 1 mạch).
  • Hàm chi phí tính toán kinh tế: So sánh các phương án kỹ thuật qua hàm chi phí tính toán hàng năm: $$Z = (a_{\text{vh}} + a_{\text{tc}})K + \Delta A \cdot c$$ Trong đó: $a_{\text{vh}} = 0,04$ (hệ số vận hành đường dây cột bê tông cốt thép); $a_{\text{tc}} = 0,125$ (hệ số định mức hiệu quả vốn đầu tư); $c = 1000\text{ đ/kWh}$ (giá điện năng tổn thất); $\Delta A = \Delta P \cdot \tau$ với $\tau = (0,124 + T_{\max} \cdot 10^{-4})^2 \cdot 8760\text{ h}$.
  • Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ trạm: Áp dụng điều kiện quá tải cho phép 40% lúc sự cố ($k_{\text{qt}} = 1,4$) để chọn công suất MBA trạm loại I: $$S_{\text{đmMBA}} \ge \frac{S_{\text{pt}\max}}{1,4}$$ Xác định sơ đồ cầu trong/cầu ngoài dựa trên công suất giới hạn vận hành kinh tế: $$S_{\text{gh}} = S_{\text{đmB}} \sqrt{\frac{\Delta P_0}{n \Delta P_N - \Delta P_0}}$$

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp phân nhóm phụ tải độc lập: Chia mạng lưới thành các nhóm phụ tải riêng biệt theo vị trí địa lý và nguồn cấp để đề xuất các cấu hình nối dây (hình tia, liên thông, mạch vòng), sau đó tổng hợp các cấu hình tối ưu của từng nhóm thành sơ đồ toàn hệ thống.
  • Phương pháp giải tích mạng điện: Lập sơ đồ thay thế hình $\pi$ cho đường dây và sơ đồ thay thế tổng trở cho máy biến áp để tính dòng công suất, tổn thất công suất ($\Delta S$), sụt áp và điện áp các nút trong các chế độ xác lập.

Nguồn dữ liệu

  • Số liệu thông số phụ tải 6 nút với mã số sinh viên $N = 10$ ($P_{\max}$ từ 31,5 MW đến 43,5 MW).
  • Suất giá đầu tư xây dựng 1 km đường dây 110 kV trên không (cột bê tông cốt thép) cho các loại dây AC-70, AC-95, AC-120, AC-150, AC-185, AC-240.
  • Catalog thông số kỹ thuật máy biến áp ba pha hai dây quấn 110/22 kV loại TPDH.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Chương 1 xác lập cơ sở dữ liệu ban đầu cho toàn bộ tính toán thiết kế. Nguồn cung cấp gồm:

  • Hệ thống điện HT: Công suất vô cùng lớn, điện áp 110 kV, $\cos\varphi = 0,85$.
  • Nhà máy nhiệt điện NĐ: Gồm 3 tổ máy $\times 70\text{ MW} = 210\text{ MW}$, điện áp định mức 11 kV, $\cos\varphi = 0,85$.

Hệ thống có 6 phụ tải với điện áp thứ cấp 22 kV, $T_{\max} = 4200\text{ h}$, $\cos\varphi = 0,9$. Phụ tải 1 thuộc hộ loại III, các phụ tải 2, 3, 4, 5, 6 thuộc hộ loại I (đòi hỏi cấp điện liên tục, độ dự phòng 100%).

Thông số phụ tải Phụ tải 1 Phụ tải 2 Phụ tải 3 Phụ tải 4 Phụ tải 5 Phụ tải 6
Loại hộ phụ tải Loại III Loại I Loại I Loại I Loại I Loại I
$P_{\max}$ (MW) 31,5 33,5 35,5 37,5 40,5 43,5
$P_{\min}$ (MW) 22,2 23,6 25,0 26,4 28,5 30,6
$Q_{\max}$ (MVAr) 15,25 16,22 17,19 18,16 19,61 21,06
$Q_{\min}$ (MVAr) 10,675 11,35 12,03 12,71 13,727 14,742
$S_{\max}$ (MVA) 35,00 37,20 39,44 41,67 45,00 48,33
$S_{\min}$ (MVA) 24,50 26,04 27,60 29,17 31,50 33,83

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG SƠ BỘ CÔNG SUẤT

Chương này thực hiện cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng sơ bộ:

  • Cân bằng công suất tác dụng: Tổng công suất cực đại của các phụ tải là $P_{\text{pt}} = 222\text{ MW}$. Dự tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp $P_{\text{mđ}} = 5% \times 222 = 11,1\text{ MW}$. Tổng công suất tác dụng yêu cầu của hệ thống: $$P_{\text{yc}} = 222 + 11,1 = 233,1\text{ MW}$$ Do nguồn có công suất vô cùng lớn nên đáp ứng hoàn toàn nhu cầu phụ tải.
  • Cân bằng công suất phản kháng: Tổng công suất phản kháng cực đại của phụ tải $Q_{\text{pt}} = 107,49\text{ MVAr}$. Tổn thất trong các máy biến áp $Q_B = 15% \times 107,49 = 16,123\text{ MVAr}$. Coi tổn thất phản kháng trên đường dây cân bằng với công suất dung dẫn ($Q_L = Q_C$), tổng công suất phản kháng yêu cầu là: $$Q_{\text{yc}} = 107,49 + 16,123 = 123,61\text{ MVAr}$$ Nguồn phát có $\cos\varphi = 0,85$ ($\text{tg}\varphi = 0,62$) có khả năng phát $Q_F = 233,1 \times 0,62 = 144,522\text{ MVAr} > Q_{\text{yc}}$, đảm bảo cân bằng công suất phản kháng mà chưa cần bù cưỡng bức ở giai đoạn sơ bộ.

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

Tác giả phân chia mạng điện thành 4 nhóm độc lập dựa trên vị trí địa lý:

  • Nhóm 1 (HT - Phụ tải 1): Hộ loại III, sử dụng đường dây 1 mạch (phương án 1a: HT-1 dài 31,623 km).
  • Nhóm 2 (HT - Phụ tải 2, 3): So sánh 3 phương án: 2a (hình tia lộ kép HT-2, HT-3), 2b (liên thông HT-2-3 lộ kép), 2c (mạch vòng HT-2-3-HT lộ đơn).
  • Nhóm 3 (HT - Phụ tải 4): Hộ loại I, sử dụng đường dây 2 mạch (phương án 3a: HT-4 dài 30 km).
  • Nhóm 4 (HT - Phụ tải 5, 6): So sánh 3 phương án: 4a (hình tia lộ kép HT-5, HT-6), 4b (liên thông HT-6-5 lộ kép), 4c (mạch vòng HT-6-5-HT lộ đơn).

Tính toán điện áp định mức kinh tế cho thấy tất cả các tuyến đều phù hợp với cấp điện áp chuẩn 110 kV. Sau khi tính toán tiết diện theo $J_{\text{kt}} = 1,1\text{ A/mm}^2$, chọn dây dẫn tiêu chuẩn và kiểm tra điều kiện kỹ thuật:

Nhóm / Phương án Tuyến đường dây Loại dây dẫn Số mạch ($n$) Chiều dài (km) $\Delta U_{\text{bt}}%$ $\Delta U_{\text{sc}}%$ Kết luận kỹ thuật
Nhóm 1 (1a) HT-1 AC-150 1 31,623 3,40% 6,80% Đạt
Nhóm 2 (2a) HT-2
HT-3		 AC-95
AC-95		 2
2		 31,623
36,055		 2,35%
2,84%		 4,70%
5,68%		 Đạt
Nhóm 2 (2b) HT-2
2-3		 AC-185
AC-95		 2
2		 31,623
30,000		 5,68% (tổng) 11,36% (tổng) Đạt
Nhóm 2 (2c) HT-2 / 2-3 / HT-3 AC-185/AC-70/AC-185 1 97,678 3,63% (max) 5,83% (max) Đạt
Nhóm 3 (3a) HT-4 AC-95 2 30,000 2,50% 5,00% Đạt
Nhóm 4 (4a) HT-5
HT-6		 AC-95
AC-120		 2
2		 50,000
53,852		 4,50%
4,59%		 9,00%
9,18%		 Đạt
Nhóm 4 (4b) HT-6
6-5		 AC-240
AC-95		 2
2		 53,852
50,990		 6,03% 12,06% Đạt
Nhóm 4 (4c) HT-6 / 6-5 / HT-5 AC-240/AC-70/AC-240 1 154,842 5,97% (max) 12,15% (max) Đạt

Tất cả các phương án đều thỏa mãn $\Delta U_{\text{bt}}% \le 15%$ và $\Delta U_{\text{sc}}% \le 20%$.

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Dựa trên hàm chi phí hàng năm $Z = (a_{\text{vh}} + a_{\text{tc}})K + \Delta A \cdot c$, tác giả tính toán kinh tế cho từng phương án với thời gian tổn thất công suất lớn nhất $\tau = 2592,4\text{ h}$:

Nhóm Phương án Vốn đầu tư đường dây $\sum K$ ($10^6$ VNĐ) Tổn thất công suất $\sum \Delta P$ (MW) Tổn thất điện năng $\sum \Delta A$ (MWh) Hàm chi phí $Z$ ($10^9$ VNĐ) Đánh giá lựa chọn
1 1a 10.625,30 0,6720 1.742,09 3,495 Chọn 1a
2 2a
2b
2c		 33.351,71
32.594,07
32.822,65		 1,3620
1,9420
1,3994		 3.530,76
5.034,32
3.627,80		 9,033
10,412
9,043		 Chọn 2a (chi phí $Z$ thấp nhất)
3 3a 14.784,00 0,7100 1.840,60 4,280 Chọn 3a
4 4a
4b
4c		 52.212,22
59.765,47
57.045,50		 2,7839
3,9260
2,4380		 7.217,00
10.177,75
6.320,27		 15,832
20,040
15,732		 Chọn 4a (độ tin cậy cao, chênh lệch $Z$ so với 4c $< 1%$)

Sơ đồ nối dây tối ưu toàn mạng được chọn là: 1a + 2a + 3a + 4a (mạng hình tia).

CHƯƠNG 5: CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

  • Chọn máy biến áp: Phụ tải loại I lắp đặt 2 MBA vận hành song song; phụ tải loại III lắp đặt 1 MBA. Tổng số máy biến áp được chọn cho 6 trạm hạ áp là 11 máy biến áp ba pha hai dây quấn 110/22 kV, bao gồm:
    • 06 máy biến áp TPDH-32000/110 (công suất định mức 32 MVA): Bố trí tại Trạm 2 (2 máy), Trạm 3 (2 máy), Trạm 4 (2 máy).
    • 05 máy biến áp TPDH-40000/110 (công suất định mức 40 MVA): Bố trí tại Trạm 1 (1 máy), Trạm 5 (2 máy), Trạm 6 (2 máy).
  • Chọn sơ đồ nối điện:
    • Phía thanh góp 110 kV hệ thống: Sử dụng sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có máy cắt liên lạc (MCLL).
    • Phía trạm hạ áp phụ tải: Tính toán công suất giới hạn kinh tế $S_{\text{gh}}$ so với $S_{\text{pt}\min}$ cho thấy $S_{\text{pt}\min} > S_{\text{gh}}$ (Trạm 2, 3, 4 có $S_{\text{pt}\min} = 26,04 \div 29,17\text{ MVA} > S_{\text{gh}} = 22,23\text{ MVA}$; Trạm 5, 6 có $S_{\text{pt}\min} = 31,5 \div 33,83\text{ MVA} > S_{\text{gh}} = 27,787\text{ MVA}$). Do đó, không cắt bớt MBA ở chế độ cực tiểu và khoảng cách đường dây $< 70\text{ km}$, tác giả lựa chọn sơ đồ cầu trong cho tất cả các trạm 2, 3, 4, 5, 6.

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP LƯỚI ĐIỆN

Chương 6 xác định chính xác dòng công suất chạy trên các phân đoạn và tổn thất công suất trong chế độ phụ tải cực đại.

Tuyến đường dây Công suất phụ tải $\dot{S}_i$ (MVA) Tổn thất trong MBA $\Delta \dot{S}_{Bi} + \Delta \dot{S}_0$ (MVA) Công suất phía cao áp $\dot{S}_C$ (MVA) Tổn thất đường dây $\Delta \dot{S}_{\text{HT}-i}$ (MVA) Công suất đầu nguồn $\dot{S}_{\text{HT}-i\text{đ}}$ (MVA)
HT-1 $31,5 + j15,25$ $0,188 + j3,800$ $31,688 + j19,05$ $0,740 + j1,480$ $32,428 + j20,010$
HT-2 $33,5 + j16,22$ $0,177 + j2,970$ $33,677 + j19,19$ $0,630 + j0,820$ $34,307 + j18,996$
HT-3 $35,5 + j17,19$ $0,190 + j3,276$ $35,690 + j20,466$ $0,810 + j1,050$ $36,500 + j20,370$
HT-4 $37,5 + j18,16$ $0,204 + j3,600$ $37,700 + j21,76$ $0,758 + j0,986$ $38,460 + j21,786$
HT-5 $40,5 + j19,61$ $0,200 + j3,470$ $40,700 + j23,08$ $1,444 + j1,877$ $42,144 + j23,354$
HT-6 $43,5 + j21,06$ $0,223 + j4,760$ $43,723 + j25,82$ $1,344 + j2,100$ $44,067 + j26,167$
Tổng cộng $222,0 + j107,49$ $1,182 + j21,876$ — $5,726 + j8,313$ $227,806 + j130,683$

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN

Chương 7 tính toán điện áp thanh góp hạ áp quy đổi về phía cao áp trong 3 chế độ (cực đại, cực tiểu, sự cố) và xác định nấc phân áp cho các máy biến áp điều chỉnh dưới tải (dải điều chỉnh $\pm 9 \times 1,78%$) nhằm duy trì điện áp phía thứ cấp 22 kV đạt yêu cầu vận hành.

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN

Chương 8 tổng hợp toàn bộ các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện thiết kế:

  • Tổng vốn đầu tư xây dựng lưới điện: Bao gồm vốn đầu tư đường dây và vốn đầu tư các trạm biến áp hạ áp 110/22 kV.
  • Tổng tổn thất công suất tác dụng ($\sum \Delta P$) và tổn thất điện năng hàng năm ($\sum \Delta A$).
  • Chi phí vận hành hàng năm ($Y$), chi phí tính toán hàng năm ($Z$) và giá thành truyền tải $1\text{ kWh}$ điện năng.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính đạt được

  1. Cấu hình mạng lưới tối ưu: Lựa chọn phương án mạng hình tia cấp điện áp 110 kV cho toàn bộ 6 phụ tải (phương án 1a, 2a, 3a, 4a).
  2. Quy cách dây dẫn và máy biến áp:
    • Dây dẫn đường dây trên không: Tuyến HT-1 dùng 1 mạch AC-150; tuyến HT-2, HT-3, HT-4 dùng 2 mạch AC-95; tuyến HT-5 dùng 2 mạch AC-95; tuyến HT-6 dùng 2 mạch AC-120.
    • Máy biến áp hạ áp: Trang bị 11 máy biến áp 110/22 kV (06 máy TPDH-32000/110 và 05 máy TPDH-40000/110).
  3. Chỉ tiêu kỹ thuật - chế độ:
    • Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây ở chế độ cực đại là $5,726\text{ MW}$.
    • Tổng tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp ở chế độ cực đại là $1,182\text{ MW}$ (tổng tổn thất tác dụng toàn mạng $\Delta P_{\Sigma} = 6,908\text{ MW}$, chiếm $\approx 3,11%$ tổng công suất tải, thấp hơn mức dự tính sơ bộ $5%$).
    • Tổn thất điện áp lớn nhất ở chế độ bình thường không vượt quá $4,59%$ (tại nhánh HT-6) và ở chế độ sự cố đứt một mạch không vượt quá $9,18%$, hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép ($\le 15%$ và $\le 20%$).
  4. Giải pháp kết cấu sơ đồ trạm:
    • Trạm phân phối 110 kV nguồn dùng hệ thống 2 thanh góp có máy cắt liên lạc.
    • Các trạm biến áp hạ áp loại I (Trạm 2, 3, 4, 5, 6) sử dụng sơ đồ cầu trong kết hợp 2 MBA vận hành song song liên tục nhằm tối ưu chi phí thiết bị đóng cắt và đáp ứng yêu cầu kinh tế do phụ tải cực tiểu đều lớn hơn công suất giới hạn ($S_{\text{pt}\min} > S_{\text{gh}}$).

Đóng góp của đồ án

Đồ án đã xây dựng một bộ hồ sơ tính toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho lưới điện khu vực 110 kV theo đúng quy chuẩn ngành điện, kết hợp đồng bộ từ khâu cân bằng công suất, tối ưu hóa kỹ thuật - kinh tế đa phương án, đến việc xác lập chế độ vận hành và giải pháp điều chỉnh điện áp dưới tải.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Việc tính toán phân bố công suất sơ bộ trên các mạch vòng giả thiết mạng điện đồng nhất và bỏ qua dung dẫn đường dây ở giai đoạn đầu.
    • Các tính toán chế độ xác lập ban đầu giả thiết điện áp tại các nút bằng điện áp định mức ($U_i = U_{\text{đm}} = 110\text{ kV}$).
    • Mô hình tính toán kinh tế sử dụng suất đầu tư cố định cho cột bê tông cốt thép và giá điện tổn thất cố định ($1000\text{ đ/kWh}$), chưa xét đến biến động giá thành và trượt giá theo thời gian.
  • Hướng phát triển:
    • Mở rộng tính toán tối ưu hóa vị trí và dung lượng bù công suất phản kháng chi tiết tại thanh cái thứ cấp các trạm hạ áp để nâng cao hơn nữa chất lượng điện áp và giảm tổn thất công suất.
    • Ứng dụng các công cụ phần mềm chuyên dụng trong ngành điện (như PSS/E, ETAP, PowerWorld) để mô phỏng động, phân tích ngắn mạch và kiểm tra độ ổn định tĩnh, ổn định động của hệ thống khi phát triển thêm các nguồn năng lượng tái tạo.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử: Tham khảo phương pháp luận, các bước tính toán và trình bày đồ án môn học Thiết kế lưới điện / Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện.
  • Kỹ sư thiết kế điện: Tham khảo quy trình so sánh kinh tế - kỹ thuật lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế ($J_{\text{kt}}$), phương pháp lựa chọn sơ đồ cầu trạm biến áp dựa trên công suất giới hạn kinh tế ($S_{\text{gh}}$), và phương pháp tính chọn đầu phân áp cho máy biến áp điều chỉnh dưới tải.

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng công suất tác dụng yêu cầu của toàn mạng điện là bao nhiêu và nguồn điện có đáp ứng đủ không?

Tổng công suất tác dụng cực đại của 6 phụ tải là $P_{\text{pt}} = 222\text{ MW}$. Dự tính tổn thất trong mạng điện $P_{\text{mđ}} = 5% \times 222 = 11,1\text{ MW}$, dẫn đến tổng công suất yêu cầu là $P_{\text{yc}} = 233,1\text{ MW}$. Hệ thống nguồn HT có công suất vô cùng lớn và Nhà máy nhiệt điện NĐ ($3 \times 70\text{ MW} = 210\text{ MW}$) đảm bảo cung cấp đủ công suất cho toàn hệ thống mà không bị thiếu hụt.

2. Tiết diện và chủng loại dây dẫn được lựa chọn cho các tuyến đường dây tối ưu là gì?

Các tuyến đường dây đều sử dụng dây nhôm lõi thép (AC) cấp điện áp 110 kV:

  • Tuyến HT-1: Dây AC-150 (1 mạch, chiều dài 31,623 km).
  • Tuyến HT-2: Dây AC-95 (2 mạch, chiều dài 31,623 km).
  • Tuyến HT-3: Dây AC-95 (2 mạch, chiều dài 36,055 km).
  • Tuyến HT-4: Dây AC-95 (2 mạch, chiều dài 30,000 km).
  • Tuyến HT-5: Dây AC-95 (2 mạch, chiều dài 50,000 km).
  • Tuyến HT-6: Dây AC-120 (2 mạch, chiều dài 53,852 km).

3. Vì sao các trạm hạ áp phụ tải loại I (Trạm 2, 3, 4, 5, 6) đều được lựa chọn sơ đồ cầu trong thay vì cầu ngoài?

Các trạm phụ tải loại I đều có chiều dài đường dây ngắn hơn 70 km và trang bị 2 MBA. Kết quả tính toán điều kiện vận hành kinh tế cho thấy công suất phụ tải cực tiểu của tất cả các trạm đều lớn hơn công suất giới hạn ($S_{\text{pt}\min} > S_{\text{gh}}$ cụ thể: Trạm 2: $26,04 > 22,23\text{ MVA}$; Trạm 3: $27,6 > 22,23\text{ MVA}$; Trạm 4: $29,17 > 22,23\text{ MVA}$; Trạm 5: $31,5 > 27,787\text{ MVA}$; Trạm 6: $33,83 > 27,787\text{ MVA}$). Do đó, không cần cắt bớt một MBA trong chế độ cực tiểu (xác suất đóng cắt MBA thấp), việc áp dụng sơ đồ cầu trong là phương án hợp lý và kinh tế nhất.

4. Mạng điện sử dụng bao nhiêu máy biến áp và gồm những chủng loại nào?

Toàn bộ mạng điện trang bị tổng cộng 11 máy biến áp ba pha hai cuộn dây 110/22 kV loại TPDH có cuộn điều chỉnh dưới tải:

  • 06 máy biến áp TPDH-32000/110 (công suất định mức 32 MVA): Phân bổ cho Trạm 2 (2 máy), Trạm 3 (2 máy), Trạm 4 (2 máy).
  • 05 máy biến áp TPDH-40000/110 (công suất định mức 40 MVA): Phân bổ cho Trạm 1 (1 máy), Trạm 5 (2 máy), Trạm 6 (2 máy).

5. Tổng tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trên toàn bộ hệ thống đường dây ở chế độ cực đại là bao nhiêu?

Ở chế độ phụ tải cực đại, tổng tổn thất công suất tác dụng trên toàn bộ 6 tuyến đường dây truyền tải là $\Delta P_{\text{HT}} = 5,726\text{ MW}$ và tổng tổn thất công suất phản kháng là $\Delta Q_{\text{HT}} = 8,313\text{ MVAr}$.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế lưới điện khu vực" của tác giả Nguyễn Tiến Dũng đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật - kinh tế cho mạng truyền tải điện 110 kV cung cấp cho 6 phụ tải khu vực từ nguồn điện hệ thống. Bằng phương pháp phân nhóm phụ tải và so sánh hàm chi phí tính toán hàng năm, công trình đã xác lập được cấu hình mạng hình tia tối ưu sử dụng dây dẫn AC-95 đến AC-150 và hệ thống 11 máy biến áp TPDH-32000/110 và TPDH-40000/110 với sơ đồ cầu trong. Kết quả tính toán chế độ xác lập và kiểm tra sụt áp khẳng định tính khả thi, độ tin cậy và hiệu quả kinh tế cao của phương án thiết kế.