Chương 1: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHỤ TẢI 1.1-GIỚI THIỆU CHUNG: Để thiết kế xây dựng một trạm biến áp bất kỳ,điều quan trọng trước hết ta phải xác định nhu cầu phụ tải của khu vực mà trạm biến áp đó cung cấp và khả năng mà nguồn điện lưới có thể đưa đến trạm.Việc làm này không chỉ có ý nghĩa quyết định vế mặt kỹ thuật mà có ý nghĩa quyết định về mặt kỹ thuật mà còn ý nghĩa về kinh tế,giúp cho ta tránh được những tổn phí không cần thiết khi xây dựng trạm. Theo thiết kế,Trạm Biến Áp khu vực 110 KV/22KV ở Ngã Ba Dòng(NBD) nhận điện từ hệ thống điện Quốc Gia qua đường dây cung cấp 110kV từ trạm Hóc Môn 1và Hóc Môn 2 cho khu vực NBD, từ đây ta biến đổi từ 110KV xuống 22KV để cung cấp cho khu vực này.2-NHU CẦU PHỤ TẢI: 1.1Khái niệm phụ tải điện: Phụ tải điện là các thiết bị hay tập hợp các khu vực gồm nhiều thiết bị sử dụng điện năng để biến đổi thành các dạng năng lượng khác nhau như:quang năng,nhiệt năng,hoá năng ,cơ năng… Phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu,phụ tải có thể phân loại: Theo tính chất: -Phụ tải động lực:cung cấp cho các loại động cơ điện. -Phụ tải chiếu sáng. Theo khu vực sử dụng: -Phụ tải công nghiệp:cung cấp cho khu công nghiệp.
-Phụ tải nông nghiệp:cung cấp cho khu vực nông nghiệp. - Phụ tải sinh hoạt:cung cấp cho vùng dân cư tập chung. Theo mức độ quan trọng : -Phụ tải loại 1:khi mất điện sẽ ảnh hưởng tới tính mạng con người,thiệt hại lớn cho nền kinh tế Quốc dân hoặc ảnh hưởng lớn tới chính trị. - Phụ tải loại 2:như mất điện có ảnh hưởng đến nền kinh tế,sản xuất nhưng không quan trọng như Phụ tải loại 1.
- Phụ tải loại 3:Về nguyên tắc có thể mất điện trong thời gian ngắn không ảnh hưởng nhiều đến các hộ tiêu thụ. Nhu cầu phụ tải: Việc tính toán thiết kế một trạm biến áp phụ thuộc rất nhiều vào mức độ chính xác của công tác thu thập,phân tích và dự báo nhu cầu của phụ tải trong hiện tại cũng như trong tương lai. Nếu việc ước lượng phụ tải quá lớn thì sẽ gây lãng phí. SVTH :NGUYỄN QUỐC TOÁN Trang 5 THIEÁT KEÁ TRAÏM BIEÁN AÙP 110KV/22KV LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Ngược lại nếu ước lượng nhu cầu phụ tải quá nhỏ thì sẽ không đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện.Vì vậy ta có một số phương pháp dự báo như: -Phương pháp tính hệ số vượt trước: Phương pháp này giúp ta thấy được khuynh hướng phát triển của nhu cầu và sơ bộ cân đối nhu cầu này với nhịp độ phát triển của nền kinh tế quốc dân,nói chung nó chính là tỉ số của nhịp độ phát triển năng lượng điện với nhịp độ phát triển của toàn bộ nền kinh tế quốc dân.
- Phương pháp tính trực tiếp: Phương pháp này là xác định nhu cầu điện năng của năm dự báo,dựa trên tổng sản lượng kinh tế của các nghành năm đó và suất tiêu hao điện năng với từng loại sản phẩm.Đối với những trường hợp không có suất tiêu hao điện năng thì xác định nhu cầu điện năng cho từng trường hợp cụ thể (công suất điện trung bình cho từng hộ gia đình,bệnh viện,trường học…. • Ưu điểm:Tính toán đơn giản. • Khuyết điểm:Sai số lớn. - Phương pháp ngoại suy theo thời gian:là phương pháp nghiên cứu sự diễn biến của nhu cầu điện năng điện năng trong một thời gian quá khứ tương đối ổn định,tìm ra một quy luật nào đó,rồi kéo dài quy luật ấy ra để dự đoán cho tương lai.
- Phương pháp tương quan: Phương pháp này nghiên cứu mối quan hệ giữa điện năng tiêu thụ với sản lượng khác như :tổng giá trị sản lượng công nghiệp(đồng/năm),tổng sản lượng kinh tế quốc dân(đồng/năm).Nhiệm vụ phải tìm được hàm:y=f(x1 ,…. - Phương pháp so sánh đối chiếu: So sánh đối chiếu nhu cầu phát triển điện năng của các nước hoặc các địa phương ở hoàn cảnh tương tự.Chỉ sử dụng phương pháp này khi mình không còn phương pháp dự báo nào nữa. - Phương pháp chuyên gia:Là tham khảo ý kiến của các chuyên gia.Sau đó gia công số liệu để lấy ý kiến. Dựa vào các phương pháp này sẽ tính toán dự báo được nhu cầu phụ tải chính xác hơn và sẽ biểu diễn thông qua đồ thị phụ tải để phục vụ cho công tác thiết kế trạm biến áp.3-CÂN BẰNG CÔNG SUẤT: Cân bằng công suất là xem khả năng cung cấp điện và tiêu thụ điện có cân bằng hay không.
Cân bằng công suất phụ tải đóng vai trò rất quan trọng trong thiết kế cung cấp điện hay thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp .Biết rằng sự vận hành bình thường của hệ thống sẽ không được bảo đảm nếu công suất của hệ thống đưa đến chỉ bằng phụ tải của nó.Vì vậy hệ thống phải cung cấp cho phụ tải lúc cực đại cũng như phụ tải làm việc lúc bình thường,có thể lớn hơn để dự trữ còn phát triển phụ tải sau này. Cân bằng công suất là cân bằng công suất phản kháng và công suất tác dụng. Sự thiếu hụt một trong hai đại lượng này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Trong mạng điện thường tổn thất công suất phản kháng lớn hơn tổn thất công suất tác dụng, SVTH :NGUYỄN QUỐC TOÁN Trang 6 THIEÁT KEÁ TRAÏM BIEÁN AÙP 110KV/22KV LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP sự thiếu hụt công suất phản kháng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng điện năng ở các hộ tiêu thụ điện.
Nếu thiếu nhiều có thể làm trì hoãn các công việc của các xí nghiệp công nghiệp. Vì vậy cân bằng công suất rất cần thiết để đảm bảo nhu cầu cấp điện và chất lượng điện năng. Do trạm biến áp khu vực(còn gọi là trạm NÚT)110KV/22KV ở Ngã Ba Dòng nhận điện từ 2 trạm biến áp Hóc Môn 1 và Hóc Môn 2,nên khả năng nguồn cung cấp cho trạm tuy thuộc vào khả năng tải tối đa cho phép trên đuờng dây110 KV ở 2 trạm này. Phụ tải cần cung cấp của trạm ta đang thiết kế phát triển trong tương lai (năm 2020)là:105 MVA.
Qua đó ta thấy hệ thống lưới điện đảm bảo cung cấp đầy đủ công suất cho trạm ở giai đoạn này(2009)và cho cả giai đoạn mở rộng trong tương lai(tới 2020).4-ĐỒ THỊ PHỤ TẢI: Mức tiêu thụ điện năng luôn thay đổi,quy luật biến thiên của phụ tải theo thời gian có thể quan sát được nhờ vào các dụng cụ tự ghi và sự thay đổi phụ tải được gọi là:ĐỒ THỊ PHỤ TẢI. Đồ thị phụ tải có thể phân loại theo công suất ,theo thời gian,theo địa dư… Khi phân loại theo công suất có đồ thị phụ tải công suất tác dụng, đồ thị phụ tải công suất phản kháng và đồ thị phụ tải công suất biểu kiến.Theo thời gian phân loại đồ thị phụ tải năm, ngày,vv…theo địa dư có đồ thị phụ tải toàn hệ thống, đồ thị phụ tải của nhà máy điện ,trạm biến áp ,đồ thị phụ tải của hộ tiêu thụ. Đồ thị phụ tải cần thiết cho việc thiết kế và vận hành hệ thống điện.Khi biết được đồ thị phụ tải toàn hệ thống điện có thể phân bố tối ưu công suất cho các nhà máy điện trong hệ thống,xác định tiêu hao nhiên liệu … Đồ thị phụ tải ngày của nhà máy điện hay trạm biến áp dùng để chọn dung lượng máy biến áp,tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp,chọn sơ đồ nối dây …Với đồ thị phụ tải cực đại hàng tháng có thể đưa ra kế hoạch tu sửa các thiết bị. Do tính chất quan trọng của nó nên nhất thiết phải thiết lập đồ thị phụ tải cho trạm biến áp.
• Đồ thị phụ tải của trạm biến áp khu vực 110KV/22KV-NBD. Sau khi trực tiếp khảo sát tình trạng dân cư,các nhà máy xí nghiệp …trong khu vực NBD và kết hợp với số liệu do công ty điện lực cung cấp.Ta ghi nhận được tình hình phụ tải ở khu vực này như sau: Khu vực khu công nghiêp Vĩnh Lộc,Tân tạo,Lê Minh xuân,.Các khu công nghiệp này tập trung sản suất trong 2 ca.Do đó phụ tải thường cực đại vào lúc 8h- 12h.,18h-22h Ngoài ra còn có một số phụ tải dùng cho thắp sáng,máy lạnh,quạt….phụ tải này dùng cho nhu cầu vui chơi giải trí cho dân cư sau khi đi làm tan ca về…… Ở đây còn có một số phụ tải dùng điện liên tục như :trạm xá ,phân xưởng,…… SVTH :NGUYỄN QUỐC TOÁN Trang 7 THIEÁT KEÁ TRAÏM BIEÁN AÙP 110KV/22KV LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Trong đề tài thiết kế này phụ tải khu vực phát triển làm 2 giai đoạn: 1. Giai đoạn 1(2009-2014):Smax= 58 MVA 2.Vậy ta có thể xây dựng được nhu cầu phụ tải trong từng năm và có thể biểu diễn sự phát triển của phụ tải trong các giai đoạn này. Bảng nhu cầu phụ tải trong từng năm :(Bảng 1-1).5-ĐỒ THỊ PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT: 1.1Khái niệm: Quy luật biến thiên của phụ tải theo thời gian được biểu diễn trên hình vẽ gọi là đồ thị phụ tải.Trục tung của đồ thị có thể biểu diễn :công suất tác dụng ,công suất phản kháng,công suất biểu kiến ở dạng đơn vị có tên hay ở dạng đơn vị tương đối ;còn trục hoành thì biểu diễn thời gian.
Trong thiết kế và vận hành hệ thống điện có 3 đồ thị cơ bản: -Công suất tác dụng :P(W,KW,MW) -Côngsuất phản kháng :Q(Var.Kvar,MVar) -Công suất biểu kiến :S(VA,KVA,MVA) Đồ thị phụ tải có thể phân loại theo công suất,theo thời gian,theo địa dư: +Theo công suất: công suất tác dụng , phản kháng ,công suất biểu kiến. +Theo thời gian :Có đồ thị phụ tải năm, đồ thị phụ tải ngày… +Theo địa dư :Có đồ thị phụ tải toàn trạm hệ thống, đồ thị phụ tải của nhà máy điện,của trạm biến áp,đồ thi phụ tải của hộ tiêu thụ… 1.2Đồ thị phụ tải của trạm biến áp 110KV/22KV thiết kế: Do trạm biến áp thiết kế có công suất lớn.công suất tự dùng trong trạm không đáng kể so với công suất của toàn trạm nên có thể bỏ qua khi tổng hợp phụ tải.1Giai đoạn 1(2009⍦ ⍦2014): Phụ tải cực đại trong giai đoạn này là:Smax = 30 MVA(đầu năm 2009) Cos ϕ =0,80sin ϕ =0,60; tag ϕ =0,75 Ap dụng công thức:P=Scos ϕ ;Q=Ssin ϕ Suy ra:P max=Smax × cos ϕ =30 × 0,80=30.8(MW) Qmax=Smax × sin ϕ =30 × 0. Với Cos ϕ =0,85sin ϕ =0.62 Ta có công thức:P=Scos ϕ ;Q=Ssin ϕ Suy ra:Pmax=Smax × cos ϕ =58 × 0.3(MW) Qmax=S max × sin ϕ =58 × 0.096 Vấn đề cân bằng công suất và năng lượng: Vấn đề cân bằng là so sánh khả năng cung cấp điện với nhu cầu phụ tải tiêu thụ điện xem có cân bằng hay không,do vậy cân bằng công suất đóng vai trò hết sức quan trọng trong thiết kế một nhà máy điện hay trạm biến áp.