MỞ ĐẦU: Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng cung cấp của các nguồn phụ tải thông qua mạng điện Tại mỗi thời điểm luôn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất và tiêu thụ. Mỗi mức cân bằng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q xác định một giá trị tần số và điện áp Quá trình biến đổi công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi cân bằng công suất bị phá hoại , xảy ra rất phức tạp , vì giữa chúng có quan hệ tương hỗ Để đơn giản bài toán, ta coi sự thay đổi công suất tác dụng P ảnh hưởng chủ yếu đến tần số , còn sự cân bằng công suất phản kháng Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp.Cụ thể là khi nguồn phát không đủ công suất P cho phụ tải thì tần số bị giảm đi ,và ngược lại .khi thiếu công suất Q điện áp bị giảm thấp và ngược lại Trong mạng điện ,tổn thất công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng, nên khi các máy phát điện được lựa chọn theo sự cân bằng công suát tác dụng, trong mạng thiếu hụt công suất kháng. Điều này dẫn đến xấu các tình trạng làm việc của các hộ dùng điện, thậm chí làm ngừng sự truyền động của các máy công cụ trong xí nghiệp gây thiệt hại rất lớn. Đồng thời làm hạ điện áp của mạng và làm xấu tình trạng làm việc của mạng.
Cho nên việc bù công suất kháng là vô cùng cần thiết [ mục đích của bù sơ bộ trong phần này là để cân bằng công suất kháng và số liệu để chọn dây dẫn và công suất máy biến áp cho chương sau. Sở dĩ bù công suất kháng mà không bù công suất tác dụng P là vì khi bù Q, giá thành kinh tế rẻ hơn, chỉ cần dùng bộ tụ điện để phát ra công suất phản kháng. Trong khi thay đổi công suất tác dụng P thì phải thay đổi máy phát, nguồn phát dẫn đến chi phí tăng lên nên không được hiệu quả về kinh tế.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG: Cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống,cân bằng công suất trong hệ thống được biểu diễn bằng công thức sau: ΣPF = mΣPpt + Σ Δ Pmd + ΣPt d + ΣPdt. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV Trong đó : ΣPF - tổng công suất tác dụng phát ra của các nhà máy điện trong hệ thống.
ΣPpt - tổng phụ tải cực đại của các hộ tiêu thụ, m-hệ số đồng thời (chọn 0,8). ΣPmd – tổng tổn thất tác dụng trên đường dây và máy biến áp. Σ Pt d –tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện. ΣPdt –tổng công suất dự trữ.
Xác định hệ số đồng thời của 1 khu vực phải căn cứ vào tình hình thực tế của phụ tải. Theo tài liệu thống kê thì tổn thất công suất tác dụng của đường dây và máy biến áp trong trường hợp mạng cao áp khoảng 8÷10% Ta có: ΣPmd = 10% mΣPpt Công suất tự dùng của các nhà máy điện,tính theo % của (mΣPpt + Σ Δ Pmd) Nhà máy nhiệt điện 3÷7%. Nhà máy thủy điện 1÷2% Công suất dự trữ của hệ thống: Dự trữ sự cố thường lấy bằng công suất của 1 tổ máy lớn nhất trong HTĐ. Dự trữ phụ tải cho phụ tải tăng bất thường ngoài dự báo:2-3% phụ tải tổng.
Dự trữ phát triển nhằm đáp ứng phụ tải phát triển 5-15 năm sau. Tổng quát dự trữ hệ thống lấy bằng 10-15% tổng phụ tải của hệ thống,trong thiết kế môn học giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhu cầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy điện nên tính công bằng công suất tác dụng như sau: ΣPF = mΣPpt + Σ Δ Pmd Từ số liệu công suất tác dụng cực đại của các phụ tải ta tính được công suất tác dụng của nguồn phát ra : Σ PF = mΣPpt+Σ Δ Pmd = m(1+10%)ΣPpt = 0,8(1+0,1)(16+18+20+14+15+16)=87,12 (MW) Vậy ta cần nguồn có công suất tác dụng là : Σ PF = 87,12 (MW) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV 1.3 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG : Bảng công suất phản kháng của các phụ tải : Tải 1 Tải 2 Tải 3 Tải 4 Tải 5 Tải 6 P [MW] 16 18 20 14 15 16 Cosϕ 0,8 0,75 0,8 0,75 0,8 0,75 Q[MVAr] 12 15,88 15 12,35 11,25 14,11 (P.tgϕ) S[MVA] 20 24 25 18,67 18,75 21,33 (P/cosϕ) Tổng công suất biểu kiến phụ tải: ΣSpt = 20+24+25+18,67+18,75+21,33 = 127,75 (MVA) Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống,được biểu diễn bằng biểu thức sau: ΣQF + QbuΣ = mΣQpt + ΣUQB + ΣQL - ΣQC + ΣQt d + ΣQdt Trong đó: ΣQF : tổng công suất phát ra của các máy phát điện. mΣQpt : tổng phụ tải phản kháng có xét đến hệ số đồng thời .(12+15,88+15+12,35+11,25+14,11) = 64,47 (MVAr) ΣUQB : tổng tổn thất công suất kháng trong máy biến áp có thể ước lượng: ΣUQB = (8 – 12%)ΣSpt Ta chọn : ΣUQB =10%ΣSpt = 12%. 127,75 =15,33 (MVAr) Σ Δ QL : tổng tổn thất công suất kháng trên đường dây của mạng điện.
ΣQtd : tổng công suất tự dung của các nhà máy điện trong hệ thống.tgφtd Qdt : công suất kháng dự trữ của hệ thống. Qdt = (5J10%)ΣQpt Trong thiết kế môn học chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của nhà máy điện có thể không cần tính Qtd và Qdt. Trong phần này ta không cần bù sơ bộ vì không chính xác và để tính toán đơn giản hơn,cuối cùng tổng công suất kháng được xác định theo biểu thức: ΣQF = m. ΣQpt + ΣUQB = 64,47 + 15,33 = 79,8 (MVAr) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV Hệ số công suất nguồn: cosϕF = cos(arctg(ΣQF/ΣPF)) = cos(arctg(79,8/87,12)) = 0,737 Bảng số liệu phụ tải P Q S STT cosϕ (MW) (MVAr) (MVA) 1 16 12 0,8 20 2 18 15,88 0,75 24 3 20 15 0,8 25 4 14 12,35 0,75 18,67 5 15 11,25 0,8 18,75 6 16 14,11 0,75 21,33 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV CHƯƠNG 2 DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT 2.1 LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TẢI: Vì chưa có sơ đồ nối dây cụ thể,sơ bộ về một số đường dây hình tia nối từ nguồn đến phụ tải ở xa hoặc có công suất tiêu thụ lớn,cấp điện áp phụ thuộc vào công suất và khoảng cách truyền tải.Dựa vào công thức Still để tìm điện áp tải điện U(kV) : U=4,34.P Trong đó: P- công suất truyền tải (MW).
l-khoảng cách truyền tải (km). Tải 1 2 3 4 5 6 P(MW) 16 18 20 14 15 16 L(km) 24,6 34,79 39,66 49,19 34,79 46,67 U(kV) 72,7 77,97 82,31 71,73 71,94 75,5 Theo các cấp điện áp của Việt Nam thì chỉ có cấp 110kV là gần nhất so với 82,31 kV nên ta sẽ chọn cấp 110 kV để truyền tải cho hệ thống này .2 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN : Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc vào 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. Theo sơ đồ phụ tải ta chia làm 3 khu vực : Khu vực 1: tải 1 & tải 2 , yêu cầu cung cấp điện liên tục.(chọn phương án) Khu vực 2: tải 3 & tải 4,đường dây kép hình tia,yêu cầu cung cấp điện liên tục. Khu vực 3:tải 5 & tải 6,đường dây kép liên thông yêu cầu cung cấp điện liên tục.1 Sơ đồ đi dây N của mạng điện 2 6 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV 2.1 Khu vực 1 : Tải 1 và 2 yêu cầu cung cấp điện liên tục.
Ta có các phương án đi dây như sau: 1 1 N N 2 2 Hình 2.2a Tia lộ kép Hình 2.2b Liên thông lộ kép (I) 1 1 N N 2 2 Hình 2.2c Mạch vòng Hình 2.2d Liên thông lộ kép (II) Có thể bỏ phương án liên thông lộ kép (II) vì đi dây không hợp lý(chiều dài N-2 lớn hơn N-1). Phương án 1 : mắc tia lộ kép. Lựa chọn tiết diện dây : IN-1 N 1 S1=16+j12 (MVA) 2 IN-2 N S2=18+j15,88 (MVA) Hình 2.3 Sơ đồ thay thế của phương án 1 Dòng điện chạy trên mỗi dây dẫn đường dây N-1 : SN-1 162 + 122 IN-1 = .110 Vì Tmax = 5000 giờ nên ta có jkt = 1,1 I 52, 49 ⇒ Fkt N- 1 = N-1 = = 47,72 (mm2) ⇒ chọn dây AC-95 jkt 1,1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV Dòng điện chạy trên mỗi dây dẫn đường dây N-2 : SN-2 182 + 15,882 IN- 2 = .110 I 62,99 ⇒ Fkt N -2 = N-2 = = 57,26 (mm2) ⇒ chọn dây AC-95 jkt 1,1 Kiểm tra sự cố : Dây dẫn và dòng điện cho phép của pa 1(giả sử nhiệt độ môi trường là 400c) Đường dây Dây tiêu chuẩn Dòng cho phép (A) N-1 AC-95 335 N-2 AC-95 335 Khi sự cố 1 lộ trên đường dây lộ kép thì lộ còn lại phải tải toàn bộ dòng phụ tải gọi là dòng cưỡng bức : IcbN-1 = 2 .335=271,35 (A) Tính thông số đường dây : Trong phương án này ta đi dây lộ kép nên chọn trụ thép như hình vẽ dưới: a c' 3m 2m 2m b b' 3 ,5 m 3 ,5 m Hình 2.4 Trụ kép 110 kV 3m c a' 2m 2m ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV Các khoảng cách : Dab = Dbc = Da’b’ =Db’c’ = 1,52 + 32 = 3,35 (m) Dab’ = Da’b = Dbc’ =Db’c = 6,26 (m) Daa’ = Dc’c = 7,21 (m) Dac’ = Da’c = 4 (m) Dac= Da’c’ = 6 (m) Dbb’ = 7 (m) Các khoảng cách trung bình hình học : DAB = 4 Dab .42 = 4,899 (m) Khoảng cách trung bình hình học gữa các pha của đường dây kép có hoán vị : Dm = 3 D AB .4,899 = 4,68 ( m) ° Đoạn N-1 sử dụng dây AC-95 có 6 sợi nhôm và 1 sợi thép Đường kính ngoài: d=13,5 (mm) ⇒ r = 6,75 (mm) Điện trở khi 20oc là 0,33 ( Ω /km.) Điện trở tương đương của đường dây : r0 =0,33/2 =0,165 ( Ω /km. ) Bán kính tự thân của mỗi dây dẫn : r ′ = 0,726.7 = 0,185 (m) DsC = DsA= 0,188 (m) Bán kính trung bình hình học của đường dây lộ kép có hoán vị : Ds = 3 DsA .