Thiết Kế Mạng 110kV & Chống Sét Đường Dây Cao Áp - Trường Đại học Tôn Đức Thắng

LỜI CẢM ƠN

1. PHẦN I:

1. CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN CUNG CẤP VÀ CÁC PHỤ TẢI – CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

1.1. I – PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN CUNG CẤP VÀ CÁC PHỤ TẢI:

1.1.1. 1 – Nguồn cung cấp điện:

1.2. II – CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG

1.2.1. 1/ Cân bằng công suất tác dụng:

1.2.2. 2/ Cân bằng công suất phản kháng

2. CHƯƠNG II: LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1. I – Dự kiến các phương án:

2.2. Lựa chọn sơ đồ nối dây trong mạng điện:

3. CHƯƠNG III: SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ KINH TẾ

4. CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG

4.1. Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong các trạm tăng áp

4.2. Chọn máy biến áp tăng áp cho đường dây :

4.3. Chọn số lượng, công suất MBA trong các trạm hạ áp:

4.4. Chọn MBA cho trạm 1:

4.5. Chọn MBA cho trạm 2 và 6:

4.6. Chọn MBA cho trạm 3:

4.7. Chọn MBA cho trạm 4:

5. CHƯƠNG V: TÍNH TỐN CC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN

5.1. Chế độ phụ tải cực đại:

5.2. Quá trình tính ngược theo chiều từ cuối đường dây ngược về nguồn:

5.3. Quá trình tính thuận theo chiều từ đầu nguồn về cuối đường dây:

5.4. Tính thuận cho mạch tia liên thông HT-7-8:

5.5. Tổng kết quả điện áp,công suất phát đi từ thanh cái cao áp của nguồn lên các đường dây nối với nguồn lúc phụ tải cực đại:

5.6. Chế độ phụ tải cực tieåu:

5.7. Chế độ phụ tải lúc sự cố:

6. CHƯƠNG VI: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN

6.1. Điều chỉnh điện áp trong mạng điện:

6.2. Chọn các đầu điều chỉnh trong MBA tại trạm 1

6.3. Chế độ phụ tải cực tiểu:

6.4. Chế độ phụ tải sự cố:

7. CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN

7.1. Vốn đầu tư xây dựng mạng điện:

7.2. Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện:

7.3. Tổn thất điện năng trong mạng điện:

7.4. Tính toán chi phí và giá thành:

8. PHẦN II: TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 110kV

8.1. Đường lối tổng quát:

8.2. Xác định xác suất phóng điện V p trên cách điện đường dây:

9. CHƯƠNG I PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN CUNG CẦP VÀ CÁC PHỤ TẢI – CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

9.1. I – PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN CUNG CẤP VÀ CÁC PHỤ TẢI:

9.1.1. 1 – Nguồn cung cấp điện:

9.1.2. 2 – Các phụ tải

9.2. II – CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG

9.2.1. 1/ Cân bằng công suất tác dụng:

9.2.2. 2/ Cân bằng công suất phản kháng

10. CHƯƠNG II LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

10.1. I – Dự kiến các phương án:

10.2. Lựa chọn sơ đồ nối dây trong mạng điện:

I. Tổng Quan Thiết Kế Mạng 110kV Nền Tảng và Yêu Cầu

Bài viết này sẽ đi sâu vào thiết kế mạng 110kV, một phần quan trọng của hệ thống truyền tải điện. Chúng ta sẽ bắt đầu bằng việc tìm hiểu các yếu tố cơ bản và những yêu cầu chính cần đáp ứng trong quá trình thiết kế. Mục tiêu là xây dựng một mạng lưới hiệu quả, an toàn và kinh tế. Theo tài liệu gốc, việc phân tích đặc điểm của nguồn cung cấp và phụ tải là bước đầu tiên để xác định công suất phát và công suất tiêu thụ. Từ đó, có thể dự kiến các sơ đồ nối điện đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất. Nguồn cung cấp điện thường bao gồm hệ thống điện quốc gia và các nhà máy điện, mỗi loại có những đặc điểm riêng cần xem xét. Phụ tải là đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị điện riêng lẻ hoặc hộ tiêu thụ điện năng. Xác định phụ tải điện là giai đoạn ban đầu của công tác thiết kế hệ thống cung cấp điện nhằm xác định nguồn cung cấp, lựa chọn và kiểm tra các phần tử mạng điện, tính toán lựa họn sơ đồ hợp lý về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Vì thế công tác phân tích phụ tải chiếm một vị trí hết sức quan trọng cần được thực hiện một cách chu đáo.

1.1. Phân Tích Nguồn Cung Cấp Điện Hệ Thống và Nhà Máy

Nguồn cung cấp điện trong thiết kế này lấy từ hai nguồn: hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện. Hệ thống điện được xem là có công suất vô cùng lớn và hệ số công suất trên thanh góp bằng 0. Hệ thống này liên kết với nhà máy nhiệt điện để trao đổi công suất và đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường. Do hệ thống có công suất lớn nên nó được chọn làm nút cân bằng công suất và nút cơ sở điện áp. Nhà máy nhiệt điện gồm hai tổ máy, mỗi tổ máy phát công suất định mức Pđm = 110MW. Cần xét chế độ vận hành của nhà máy lúc phụ tải cực đại, cực tiểu, khi sự cố một tổ máy hoặc ngừng để bảo trì. Lúc này, việc thiếu công suất sẽ được lấy từ hệ thống thông qua đường dây 220kV. Do hệ thống có công vô cùng lớn nên cũng cần xét đến chế độ vận hành kinh tế nhà máy nhiệt điện. Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 85%Pđm

1.2. Xác Định Phụ Tải Điện Yêu Cầu và Tính Toán Công Suất

Phụ tải điện là số liệu ban đầu cần thiết để giải quyết những vấn đề kinh tế kỹ thuật phức tạp khi thiết kế cung cấp điện. Trong thiết kế hệ thống truyền tải điện này có tám phụ tải được phân bổ xung quanh hai nguồn. Các phụ tải có yêu cầu điều chỉnh diện áp khác và điện áp định mức của mạng điện phân phối là 22kV. Nhu cầu sử dụng của các phụ tải này là liên tục, thời gian sử dụng của các phụ tải cực đại của các hộ tiêu thụ bằng 5500h/ năm, phụ tải cực tiểu băng 70% phụ tải cực đại . từ đó ta sẽ xác định được giá trị công suất của các phụ tải ở các chế độ cực đại và cực tiểu.

II. Thách Thức Trong Thiết Kế Cân Bằng Công Suất và Chống Sét

Một trong những thách thức lớn nhất trong thiết kế mạng 110kV là đảm bảo cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống. Điều này đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng giữa quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng. Bên cạnh đó, việc bảo vệ đường dây cao áp khỏi sét là một yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và độ tin cậy của hệ thống. Theo tài liệu gốc, cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện là hết sức quan trọng, do đặc điểm của các hệ thống điện là truyền tải điện năng tức thời từ các đến các hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành số lượng thấy được. Do đặc điểm này nên cần có sự đồng bộ giữa quá trình sản suất và tiêu thụ điện năng. Tại mỗi thời điểm xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thống cần phải phát công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất công suất trong mạng điện. Điều này đồng nghĩa với việc phải đảm bảo sự cân bằng công suất phát và công tiệu thụ.

2.1. Cân Bằng Công Suất Tác Dụng Phương Trình và Giải Pháp

Tại mỗi thời điểm xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thống cần phải phát công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất công suất trong mạng điện. Điều này đồng nghĩa với việc phải đảm bảo sự cân bằng công suất phát và công tiệu thụ. Ngoài ra để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường cần có sự dữ trữ nhất định công suất tác dụng của hệ thống. Đây là vấn đề rất quan trọng lên quan đến vận hàh cũng như sự phát triển của hệ thống. Từ những phân tích trên, ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại : PND + PHT = Ptt = m  Pmax +  P + Ptd + Pdt. Việc cân bằng công suất trong hệ thống điện thường chọn nguồn phát nào có công suất lớn và có khả năng điều chỉnh công suất tác dụng là nút cân bằng công suất, để thuận tiện trong việc tính toán ta chọn nút cơ sở về điện áp trùng với nút cân bằng công suất

2.2. Cân Bằng Công Suất Phản Kháng Ảnh Hưởng và Điều Chỉnh

Trong sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng xoay chiều đòi hỏi cần có sự cân bằng giữa điện năng sản xuất và tiêu thụ tại mỗi thời điểm. Sự cân bằng này không chỉ đối với công tác dụng mà còn cả với công suất phản kháng, vì công suất phản kháng có liên quan đến điện áp Q ND + Q HT = Qtt = m  Qmax +  Q L -  QC +  Qb + Qtd + Qdt. Việc tính toán công suất phản kháng do hệ thống và nhà máy nhiệt điện nhằm biết được rằng chúng có đủ cung cấp đủ cho phụ tải hay không , nếu thiếu sẽ có bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế.

III. Phương Pháp Thiết Kế Lựa Chọn Sơ Đồ Nối Dây và Dây Dẫn

Việc lựa chọn sơ đồ nối dây phù hợp là một bước quan trọng trong thiết kế mạng 110kV. Sơ đồ nối dây ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy, khả năng vận hành và chi phí của hệ thống. Bên cạnh đó, việc lựa chọn dây dẫn phù hợp cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo khả năng truyền tải và giảm thiểu tổn thất điện năng. Theo tài liệu gốc, Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc nhiều yếu tố: số lượng phụ tải, vị trí phụ tải, mức độ liên tục cung cấp điện, công tác vạch tuyến, sự phát triển của mạng điện . Vì còn thiếu số liệu khảo sát thực tế nên ta tạm thời chấp nhận nối các điểm để có phương án đi dây.Các phương án chia ra làm nhiều vùng trên địa hình, phụ tải yêu cầu cung cấp điện liên tục ta có phương án đi dây lộ kép hoặc phương án mạch vòng kín.

3.1. Lựa Chọn Sơ Đồ Nối Dây Các Phương Án và Tiêu Chí Đánh Giá

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó ( phương án được chọn ). Do đó, sơ đồ của mạng điện cần phải có chi phí đầu tư nhỏ nhất , độ tin cậy cũng như chất lượng điện năng được đảm bảo theo yêu cầu phụ tải , thuận tiện và an toàn trong vận hành , khả năng phát triển trong tương lai cũng như tiếp nhận các phụ tải mới. Chia mạng điện ra làm 4 khu vực : * Khu vực I gồm các phụ tải 1,2 * Khu vực II gồm các phụ tải 5,6 * Khu vực III gồm các phụ tải 7,8 * Khu vực IV gồm các phụ tải 3,4.

3.2. Chọn Tiết Diện Dây Dẫn Mật Độ Dòng Kinh Tế và Kiểm Tra Sự Cố

Tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng kinh tế của dòng điện Imax Fkt  jkt. Với loại dây nhôm lõi thép thời gian sử dụng cực đại của các phụ tải T = 5500h/năm nên chọn Jkt = 1 (trích dẫn sách : thiết kế Hệ thống điện; chương 11 ; NXB ĐH Quốc Gia TP). Dòng điện phụ tải cực đại : S max Pmax 2 + Qmax 2 I max  103  103 ( A) (1) k 3U dm k 3U dm. Đối với đường dây truyền tải cao áp trên không, do điều kiện hạn chế về tổn hao vầng quang, qui định đường kính dây tối thiểu với cấp điện áp 110kV : d > 9.9mm dây AC tối thiểu là AC-70. Cịn đối với cấp điện p 220kV thì F ≥ 240mm2. Độ bền cơ của đường dây trên không được phối hợp với điều kiện về vầng quang của dy dẫn do đĩ khơng cần phải kiểm tra điều kiện vầng quang.

IV. Giải Pháp Chống Sét Đường Lối Tổng Quát và Chỉ Tiêu Đánh Giá

Bảo vệ đường dây 110kV khỏi sét là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và liên tục cung cấp điện. Cần có đường lối tổng quát và các chỉ tiêu đánh giá để đảm bảo hiệu quả của hệ thống chống sét. Đường lối tổng quát: * Xác định xác suất phóng điện V p trên cách điện đường dây:.

4.1. Xác Định Xác Suất Phóng Điện Tính Toán và Đánh Giá Rủi Ro

Đường lối tổng quát: * Xác định xác suất phóng điện V p trên cách điện đường dây:.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Tính Toán Tổn Thất và Sụt Áp Mạng 110kV

Phần này trình bày các ứng dụng thực tiễn của lý thuyết thiết kế mạng 110kV, tập trung vào việc tính toán tổn thất điện áp, tổn thất công suất và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Các kết quả này được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các phương án thiết kế và đưa ra quyết định lựa chọn tối ưu. Theo tài liệu gốc, điện năng cung cấp cho các phụ tải được đặc trưng bằng tần số của dòng điện và độ lệch điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bị dùng điện. Khi thiết kế mạng điện ta giả thiết rằng hệ thống và nguồn cung cấp có đủ công suất tác dụng để cung cấp cho các phụ tải. Do đó không xét đến việc duy trì tần số.Vì vậy , chỉ tiêu chất lượng của điện năng là giá trị của độ lệch điện áp ở các phụ tải so với điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp.

5.1. Tính Tổn Thất Điện Áp Công Thức và Đánh Giá Mức Độ Ảnh Hưởng

Khi tính sơ bộ các mức điện áp trong các trạm hạ áp, có thể chấp nhận là phù hợp nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện , một cấp điện áp không vượt quá 10 – 15% trong chế độ làm việc bình thường, còn trong chế độ sau sự cố các tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá gg15 – 20%: U max bt %  10  15% U max sc %  15  20%. Công thức tính tổn thất điện áp cho đường dây vận hành bình thường : PR Q X U bt  2 100 U đm

5.2. Tính Tổn Thất Công Suất Tác Dụng và Phản Kháng trong Mạng Điện

P1"2 + Q1"2  P1 = 2 R1 = 0.6639 (MW) U dm Tổn thất công suất phản kháng: P1"2 + Q1"2 Q1 = 2 X 1 = 0.8144 (MVAR) U dm

VI. Kết Luận và Tương Lai Phát Triển Mạng Lưới Điện 110kV

Thiết kế mạng 110kV là một lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu rộng và sự hiểu biết về các yếu tố kinh tế, kỹ thuật và an toàn. Việc áp dụng các phương pháp thiết kế hiện đại và công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống truyền tải điện, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Tương lai phát triển mạng lưới điện 110kV là hướng tới lưới điện thông minh và bền vững.

6.1. Hướng Phát Triển Lưới Điện Thông Minh Công Nghệ và Ứng Dụng

Phát triển lưới điện thông minh là một xu hướng tất yếu trong bối cảnh hiện nay. Lưới điện thông minh sử dụng các công nghệ tiên tiến như cảm biến, truyền thông và điều khiển để nâng cao hiệu quả, độ tin cậy và khả năng tự phục hồi của hệ thống điện.

6.2. Đảm Bảo Tính Bền Vững Tiết Kiệm Năng Lượng và Bảo Vệ Môi Trường

Bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng là những yếu tố quan trọng trong phát triển bền vững. Mạng lưới điện 110kV cần được thiết kế và vận hành theo hướng giảm thiểu tổn thất điện năng và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.

Thiết Kế Mạng Điện 110kV & Tính Toán Chống Sét Đường Dây Cao Áp