Hướng dẫn đồ án học môn điện 1 - Thiết kế mạng điện

H ồ VĂN HIỂN

HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN 1

THIẾT KÊ MẠNG ĐIỆN

■ ■

Thư viện - ĐH Quy Nhơn

1VIIIllllIII l i l i l í

VVEJ . 1□ 1 4 7 1 3

.iNHÀ XUẤT BẢN

IĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. Hổ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H ồ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA .

Hồ Văn Hiến

HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN 1

THIẾT KẾ NẠNG DIỆN

(T ái bản lần th ử tư)

TRƯỜNG DẠI HỌC QUV NHÓfv

THƯ 7IỆN

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA

TP H ồ CHÍ MINH - 2019

HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN 1 -

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HỒ VÂN HIẾN

Bản tiếng Việt © , TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG-HCM, NXB ĐHỘG-HCM và

TÁC GIÀ.

Bản quyền tác phẩm đă được bảo hộ bởi Luật Xuất bàn và Luật Sờ hừu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm

câm mọi hình thức xuất bàn, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ỷ cùa tác giả và

Nhà xuât bàn.

ĐẺ CỎ SÁCH HAY, CẢN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYÊN!

MỤC LỤC

Lời nói đầu 7

Phần mở đầu

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 9

Chương 1

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TP.ONG HỆ THỐNG ĐIỆN 12

1.1 Cân băng công suất tác dụng 1 2

1.2 Cân bằng công suât phản kháng 13

Chương 2

D ự KIẾN CÁC PHUƠNG á n v ề m ặ t k ỷ t h u ậ t 15

2.1 Lựa chọn điện áp tải điện 15

2.2 Chọn sơ đồ nôi dây của mạng điện 16

2.3 Chọn sô' bát sứ 37

2.4 Chỉ tiêu về công suất kháng do điện dung đường dây 39

2.5 Tốn hao vầng quang 40

Chương 3

SO SÁNH PHUƠNG á n v ề k in h t ê 43

3.1 Mục đích 43

3.2 Tính toán 43

3.3 So sánh phương án có xét đên mức độ đám báo cung câp

điện 46

Sơ ĐÒ NỐI DÂY CHI TIẾT CHO MẠNG ĐIỆN VÀ TRẠM

BIẾN ÁP 53

4.1 Yêu cầu

4.2 Các dạng sơ đồ cơ bản 53

4 3 Chọn số lượng và công suất cùa máy biến áp trong trạm

giảm áp

4.4 Công suất máy biến áp 54

4.5 Vè sơ đồ nối dây chi tiết (sơ dồ nguyôn lý) 66

4.6 Một số aơ đồ tham khảo 56

4.7 So dồ nguyên lý một mạng điện mâu 68

Chương 5

Bừ KINH TẾ TRONG MẠNG ĐIỆN 60

5.1 Mỗ đáu 60

5.2 Tính toán bù kinh tế 60

5.3 Lập bảng kết quồ bù kinh tế 67

Chương 6

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHÍNH XÁC CỒNG SUẤT KHÁNG

VÀ TÍNH TOÁN PHÂN BÓ THIỆT BỊ BÙ CƯỠNG BỨC 68

6.1 Mục đích 68

6.2 Tính cân bàng công auốt kháng 68

6.3 Tính hũ cưỡng bức 69

6.4 Lập bảng kết quá sau khi bù cưỡng bức 74

Chương 7

TỈNH TOÁN PHÂN Bố CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐIỆN 75

7.1 Mở đáu 75

7.2 Tinh toán phân hố cõng auất lũc phụ tải cực đại 75

7.3 Tinh toán tinh phàn bố còng suất lúc phụ tồi cực tiểu 86

7 4 Tinh toán tình phân bò công suất lúc sự cô 86

Ch ương 8

ĐIẾU CHỈNH HIỆN AP TOONG MẠNG ĐIỆN 87

8.1 Mơ (táu 87

8 2 Chọn đầu phán áp 87

8 3 Chọn đầu phản áp cho máy biến áp trong các tình trạng

làm viộe cùa mạng điện 90

Chương 9

TỔNG KẾT CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỶ THUẬT CỦA

MẠNG ĐIỆN 91

9.1 Mở đầu 91

9.2 Tính toán tổn thất điện năng 91

9.3 Tính toán giá thành tải điện 93

9.4 Lập bảng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 94

Chương 10

THIẾT KẾ ĐUỜNG Dâ y p h â n p h ố i 95

10.1 Mở đầu 95

10.2 Tính toán thiết kế 96

10.3 Tống chi phí hàng năm của một phát tuyến chính hay

nhánh 105

10.4 Ví dụ áp dụng 108

10.5 Sơ đồ nguyên ]ý cùa toàn bộ đường dây 111

Câu hỏi ôn tập 11-

PHẦ N PHỤ LU C 115

Tài liệu tham kháo l'h

Lời nói đầu

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN là lài liệu dược biên

sean tíT o iề cZ n g m ôõh ọc "Di án

m ti, T r Z Z Đại hộc Bách khoa -

M y ii phục lụ cho sinh oièn ngành kỹ thuật điện (Hê th in g

diện, Cung cấp điện, Biện cóng nghiệp) dụng d i lòm đ i án ih iit

kế môn học, đồ án iồt nghiệp.

Tài liệu tóm tắt phần lý thuyết có liên ợuan đến m ạng điện

trvyển ta i và mạng phân phối theo nội dung của các m en học:

Hệ thống diện truyền tải và phân phôi

Hệ thống điện 2

Thiết kế hệ thống điện.

Phin lý thuyết hưàng dàn lia it k i dưọc trinh b à , theo trình

, , . 1 -5' aẢm 20 chương từ phan tích nguổn và tự của quá trinh thiết ke gom LU CY ' ổ ^ 7 ~

phu tải, chon phương án liợp l y - 7 7 . ; ■_ '7 f 7

... w hốt rác chí tiêu kinh te kỹ thuát của viêc của mang điện, tổng kêt cac a u btyt. ru ' - J ; 7 7

7 - %, Uố thiỂt kế mang phân phôi. Trong mỗi phần có mang điẽn thiẽt kê, thữii KV " ễ • , ,7 - .. I . ^ éUiñ't bp nắm được các bước tín h toán, vi dụ minh họa gtúp người thiêt kc nam ụ , ‘

. .. tAi liêu tham khảo có hạn nùn chắc chăn Do thời gian và tài lieu ‘

V, - / l ĩ Z / 7n/ tác giả mong được sự góp ỷ bô sung đ ể không tránh khỏi sai sot, nn g -

Ị -> I, Ị, rin ltỡixg. những lan tax òăn SQZÍ, quyển sách đư~c hoàn chỉnh hơn trong n w * 1°

Á RA rriồn Hê thông Điện, Khoa Diện -

7 - 7 Z ”,f IhỒl - Bại Z c QÜZ X TPHCM, Điện tủ, Trường Đại học B á c h nnoa

268 Lý Thường Kiệt, Q.ỈO.

Xin chân thành cám ơn.

Tác giả

TS Hồ Văn H iến

Phần mở đầu

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢl

1. Thu thập số liệu và phân tích về phụ tải

P hu tải điện là số liệu ban đầu đế' giải quyét những ván đẽ

tổng hợp kinh tế kỹ th u ật phức tạp khi th iế t k ế m ạng điện. Xác

đinh phụ tả i điện là giai đoạn đầu tiên khi th iế t k ế hệ thống

nhăm mục đích vạch ra sơ đồ, lựa chọn và kiểm tra các ph ần tứ

của m ạng điện như máy phát, đường dây máy biến áp và các chỉ

tiêu k inh tế kỹ thuật. Vì th ế công tác phân tích phụ tả i chiếm một

vị trí h ết sức quan trọng cần được thực hiện một cách chu đáo.

Việc thu th ập số liệu về phụ tải chủ yêu là để nắm vững vị trí

và yêu cầu của các hộ tiêu thụ lớn, dự báo nhu cầu tiêu thụ, sự

p h át triển của phụ tải trong tương lai Có nhiều phương pháp dựa

trê n cơ sờ khoa học để xác đinh phụ tai điẹn.

XT ^ ~ /5 T.u^i có những tài liệu về đặc tính cưa Ngoài ra cùng cân pnai CO 1JI1U s • ,1" • * t ,

^ 3 2 số mức sông cưa dan cư trong khu vùng, dân sô và m ật độ dan so, ° ° ~ % , , !

vực L ự p h á t triển của công nghiệp, u> ‘

tưựng. địa c h ít, thủy vân giao thông vạn tài. Nhùhg thông tin

này % ản h hưâng dến dự kiến về k ế t càn so M nôì dày cùa m ang

điện sẽ lựa chọn.

Căn cứ vào , ' „ > PA'n điên phu tải phân ra làm ba loại: yêu cầu cung cap aiẹn, F V ~ r ■ ‘ * “ *

I . „ , crArr\ rác phu tải quan trọng. Viẹc ngưng cung Loại một: bao gôm cac F* • , . ỹ. rVi t.hể gâv nguy hiếm cho tín h m ạng cấp điện cho các phụ tải này có tne ga> '

. v :* £ ¿¡¡n s -in xuất, ảnh hương đến an ninh quốc con người, th iê t hai đen san . , K f fl.r. rim ẩ cấp điên nên các đường dây phòng. Vì phải đẩm bảo liên tục cung cap u ẹii 1.* -J - 6 «y

. , 2 a • — hào cung cấp ngay ca khi có sự cô phai bô trí sao cho vẫn đám bạo cung c- p .itw / 7 "

_____ a-* /''IL.', V rằng không phai ta t Câ cac th a n h phan trong m ạng điện. Chú ỹ rang Kitut & F 7 _ 7 '

thụ điện trong phụ tai đều yêu cầu phải cung cấp điện liên tiêu

10 PHẨN MỞ ĐẦU

tục vì vậy có th ể cắt bớt một phần nhỏ các th àn h phần không

quan trọng của phụ tải đề đảm bảo cung cấp trong trường hợp có

sự cố nặng nề trong m ạng điện.

Loại hai: bao gồm những phụ tải tuy quan trọng nhưng việc

m ất điện chỉ gây giảm sút về sô" lượng sản phẩm . Vì vậy mức độ

đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục cho các phụ tải này

cần được cân nhắc mới có thế quyết định được.

Loại ba: bao gồm các phụ tải không quan trọng, việc m ất điện

không gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Trong trường hợp này

không cần phải xét đến các phương tiện dự trữ để đám bảo cung

cấp.

Tuy phân ra làm ba loại phụ tải nhưng khi nghiên cứu so' đồ

nên tận dụng các điều kiện đảm bảo mức độ cung cấp điện cao

n h ất có thế được cho tấ t cá các phụ tai trong đó kế cả các phụ tải

loại ba.

Thời gian sử dụng công suât cực đại T max cho các phụ tải chủ

yếu sán xuất như sau:

- 1 ca thì T max = 2400-Í-3Ơ00 giờ/năm

- 2 ca thì T nnn = 3000-Ỉ-4000 giờlììãm

- 3 ca thì T,mu = 4000^-7700 qiờhĩăm

Ngoài ra theo sự phát triên cua sán xuất và của hệ thông

điện má việc xác định T mu, phái duọc xét một cách toàn diện liên

quan đên quy luật phát triển cùa phụ tã i.

Công suất phụ tải dùng dế tính toán th iết kế không phải là

tống công suất đặt cùa các th iết bị trong xí nghiệp, nhà máy,

th ièt bị gia dụng mà phái kè đến hệ sô sư dụng vì không phái tâ"t

ca các máy móc đều được sứ dụng cùng một lúc mà phụ thuộc vào

quá trìn h còng nghệ. Nhiều phương pháp đê xác định phụ tải tính

toán qua các hộ số dựa vào kinh nghiệm hay dựa vào thống kê

được dưa ra nhằm có đưực số liôu tin cậy ban đầu dùng cho thiết

kế Phụ tái tiêu thụ điện thay đổi theo dồ thị phụ tái và sô' liệu

dùng cho tính toán là phụ tài cực đại p,nax được coi như phụ tái

tính toán p„, vào thời gian thấp điếm phụ tái có trị số F „un￾Ngoài ra do phụ tái cực đại cùa các phụ tải trong vùng có sự

phàn tán nghĩa là xáy ra không đồng thời nên khi xác định phụ

tá i tổng của toàn m ạng điện phải xét đến hệ sô đồng thời từ đó

ước tín h được khả năng của nguồn cung câ'p.

2. P hân tích nguồn cưng cấp điện

T rong th iế t kê môn học, thường chỉ cho m ột n h à m áy điện

cung cấp điện cho phụ tải trong vùng và chỉ yêu cầu th iế t k ế từ

th a n h góp cao áp của trạm tăng áp của nhà m áy điện trở đi, nên

cũng không cần phân tích về nguồn cung cấp điện. Tuy vậy cũng

có th ể giả th iế t về một loại nguồn cung cấp để giới thiệu cho đồ

án. Nguồn đó có th ể là lưởi điện quốc gia mà m ạng điện sắp được

th iế t k ế được cung cấp từ thanh góp của hệ thống, nhà m áy n h iệt

điện, n h à m áy thủy điện, giấ th iẽt về nguồn nhiên liệu cho nhà

m áy n h iệ t điện, thủy năng sẵn có đối với nhà may ÙHÌy diện...

Nguồn điện dược giả th iêt cung câp đủ công suât tác dụng

theo nhu cầu của phụ tải với một hệ số công su ất được 'luyđịnh.

Điều này cho thấy nguồn có th ế không cung cấp đủ yêu cầu về

công suât k h án g và việc đám báo nhu cấu điện nàng phán kháng

có thế' thực hiện trong quá trình th iết kê bằng cách bù công suất

kháng tại các phụ tái mà không cân phai tai đi từ nguôn.

PHÀN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 11

Chương

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng

cung cấp của các nguồn cho phụ tải thông qua m ạng điện. Trong

phần này chúng ta xét sơ bộ cân bằng công suất lúc phụ tải cực

đại trước khi đề ra phương án nối dây của m ạng điện.

1.1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Cân bằng công suất cần th iết để giữ tần số trong hệ thống.

Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống được biểu diễn bằng

biểu thức sau:

ZPF = mLPpt + LAPmd + IP td + LPrf, (1.1)

với: LPy - tổng công suất tác dụng phát ra do các máy phát điện của các

nhà máy trong hệ thông

LP;,/ - tổng phụ tải tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ

m - hệ số đồng thời (giả thiết chọn 0,8)

LP,„r/ - tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp

LP,(/ - tổng công suất tự dùng cùa các nhà máy điện

LPr/, - tổng cồng suất dự trữ.

1- Xác định hệ số đồng thời của một khu vực phải căn cứ vào

tình hình thực tế cua các: phụ tải.

2- Tổn th ấ t công suất tác dụng trên đường dây và máy biến

áp LAp md.

Theo tài liệu thống kê thì tôn th ấ t công suất tác dụng của

đường dây và máy biến áp trong trường hợp m ạng cao áp khoảng

8-10% m ỵPỊ)t

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 13

3- Công suất tự dùng của các nhà m áy điện:

T ính theo phần trăm của (mIPpt + IAPmđ)

- N hà m áy n h iệt điện 3+7%

- N hà m áy thủy điện 1+2%

4- Công suất dự trữ của hệ thống

- Dự trữ sự cô thường lây bằng công suât của m ột tổ m áy lớn

n h ấ t tro n g hệ thông điện.

- Dự trữ phụ tải dự trù cho phụ tải tăng b ấr thường ngoài dự

báo: 2 - 3% phụ tải tổng.

- Dự trữ p h át triển nhằm đáp ứng p h át triển ì'1 ’ tả i 5-15

năm sau

Tổng quát dự trữ hệ thông lây bằng 10 - 15% tối phụ tải của

hệ thông. Trong th iết kê môn học giả th iêt nguồn ải I, đu cung

cấp hoàn toàn cho nhu cầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ

th a n h cái cao áp của trạm biến áp tăn g của nhà máy điện nên

tín h cân bằng công suât tác dụng như sau:

ZPF = mLPp, + EAPmd (1.2)

1.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Cân bằng công suât phản kháng nhằm giữ điện áp bình

thường trong hệ thông. Cân bằng công suât phán kháng được biểu

diễn bằng biêu thức sau:

EQ F + Q/„, V = mEQpi + EAQb + EAQl - —Q c + EQtd + EQdi (1.3)

trong đó: EQp . tổng công suất phát ra của các máy phát điện

Ĩ.Qr = IP rtg ẹ y

tgẹF suy ra từ hệ sô công suất coscpF của các máy phát điện.

Trong th iế t kế môn học chỉ th iế t kế từ th an h cái cao áp cua

tram biên áp tảng của nhà máy nen chi can can bang tư th an h cai

cao áp.

m ĩQ r. - tổng phụ tái phản kháng của m ạng điện có xét đến

hệ sô-đông thời

Ĩ A Q b - tổng tổn th ấ t công suất phán kháng trong m áy biến

áp có thế ước lượng: EAQb = (8-^12% )ESol

14 CHƯƠNG 1

£AQl tổng tổn th ấ t công suất kháng trên các đoạn đường

dây của m ạng điện. Với m ạng điện H OkV trong tính toán sơ bộ có

th ể coi tốn th ấ t công suất phản kháng trên cảm kháng đường dây

bằng công suất phản kháng 2Qc do điện dung đường dây cao áp

sinh ra.

UQtd - tổng công suất tự dùng của các nhà máy diện trong hệ thống

£Qtd = ĩPtd-tg(Ptd

Qdt - công suất phản kháng dự trừ của hệ thống

Q dí = (5 ^ 1 0 % ) 2Q pt

Trong th iế t k ế môn học, chi cân bằng từ thanh cái cao áp của

nhà máy điện có th ể không cần tính Qị(Ị Vcà Qdt

Từ biểu thức trên suy ra lượng công suất kháng cần bù Qbui￾Nếu Qbỵ dương có nghía hệ thống cần đặt thêm th iết bị bù để cân

bằng công suất kháng. Việc tín h toán chính xác phân bố th iết bị

bù sẽ được tính trong phần cân bằng chính xác còng sucất trong hệ

thông. Trong phần này chí thực hiện bù sơ bộ, dự kiến bù sơ bộ

theo nguyên tắc: bù ưu tiên cho các phụ tái ở xa, C0S(P thấp và bù

đến COS(P=0,9 0 + 0 ,9 5 . Công suất bù sơ bộ cho phụ tái thứ i được tính:

Qb, = Pị(tg<Pi - tgcp,-) sao cho: ZQhl = Qbui

Lập bảng sô liệu phụ tải sau khi bù sơ bộ:

B ả n g 1.1

STT p Q cosọ Q|> Ọ

o

s cosọ'

M

o

Đ ế dề tinh toán có th ể tạm cho một lượng Qbu.i à một số phụ

tải ở xa vù cos(p thấp hay phụ tủi có côìỉg suất tiều thụ lớn sao cho

tổng Qbù,i bằng Qblíỵsau đó tính S t’và cosựỉ, sau khi bù với:

s; = J p l2 + (Q -Q blu)2 ; coscp' = p,/s; 0 .4 )

Sô liệu phụ tải sau khi bù sơ bộ được dùng trong phần so

sánh phương án chọn dây và chọn cồng suất máy biến áp. Nếu sau

này khi tín h chính xác lại sự phân bố th iế t bị bù mà m ột phụ tải

không được bù nhưng lại được bù sơ bộ ban đầu thì phải kiêm tra

lại tiê t diện dây và công suất m áy biến áp đã chọn.

Chương

Dự KIÊN CÁC PHƯƠNG ÁN

VỀ MẶT KỸ THUẬT

N hững vấn đề đầu tiên cần được giải quyết là lựa chọn sơ đồ

nối dây của m ạng điện, lựa chọn điện áp tải điện.

2.1 LựA CHỌN DIỆN ÁP TẢI ĐIỆN

Vì chưa có sơ đồ nôi dây cụ thế, sơ bộ vẽ m ột sô đường dây

hìn h tia nôi từ nguồn đên phụ tái ở xa hoặc có công suât tiêu thụ

lớn. Câp điện áp tải điện phụ thuộc vào công suât và khoảng cách

truyền tải. Dựa vào công thức Still đê tìm điện áp tải điện U (kV):

u = 4,34 yjl + 0,016P (2.1)

với: p - công suât truyền tái, kW; l - khoảng cách truyền tải, km.

hoặc theo công thức:

u - yjp(0A + 0 ,0 l5 \fĩ với p, / như trên (2.2)

Ư = 3>/S +0,5/ với S (MVA), l (km)

Theo Cẩm nang kỷ thuật cua Thụy Điên:

u = 17 /— + 0,001 p với p (kW), ỉ (km) (2 3) V 16

Theo bảng thông kẻ tính theo p.l (kW.km):

u (kV)

110

220

p.l (kWkm)

11x10°

90x10°

B ả n g 2.1

16 CHƯƠNG 2

hay:

Bảng 2.2

u (kV)

Chiểu dài (km )

min m ax

110 50 Ạ

140

220 100 300

2.2 CHỌN Sơ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN

Sơ đồ nôì 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 m ạng điện.

Trong phạm vi đồ án môn học tạm thời nối các điểm để có

phương án đi dây. Điều này chưa được hợp lý nhưng vì còn thiếu

số liệu khảo sát thực tế. Vạch phương án có th ể chia ra làm nhiều

vùng cung cấp trên địa hình, đối với phụ tải có yêu cầu cung cấp

điện liên tục cần đưa ra phương án đường dây lộ kép hay phương

án mạch vòng kín.

Ví dụ 2.1: Cho sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải gồm nguồn N và bôn

phụ tải (ỈI.2.1). Phụ tải 1 và 2 yêu cầu liên tục cung cấp điện, phụ

tải 3 và 4 không yêu cầu cung cấp liên tục. Hãy vạch các phương

án đi dây có thể được.

Hình 2.1: Sơ đồ vị trí nguồn và ph ụ tải