Đồ án Thiết kế trạm biến áp 2100 kVA - 22/ 0,4 kV

LỜI NÓI ĐẦU *****@***** Đất nước đang trên đà phát triển và hội nhập quốc tế.Hệ thống điện Việt Nam cũng ngày càng lớn mạnh mạnh cả về qui mô và chất lượng cung cấp điện. Việc đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục, đảm bảo chất lượng là một vấn đề quan trọng hàng đầu khi thiết kế một mạng điện. Độ tin cậy cung cấp điện tuỳ thuộc vào tính chất, yêu cầu của phụ tải. Chất lượng điện năng được đánh giá qua hai chỉ tiêu là tần số và điện áp. Chỉ tiêu tần số mang tính chất toàn hệ thống, vì vậy chỉ tiêu này do cơ quan điều khiển hệ thống điện Quốc gia điều chỉnh. Người thiết kế phải đảm bảo chất lượng điện áp theo qui định cho khách hàng tại các nút phụ tải. Mạng điện thiết kế phải đảm bảo an toàn cho người vận hành, làm việc tin cậy, vận hành linh hoạt, kinh tế và an toàn cho các thiết bị trong toàn hệ thống. Hệ thống điện thiết kế còn phải đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật cao, do đó người thiết kế cần phải cân nhắc để lựa chọn phương án tối ưu là tổng hợp các yếu tố trên. Nội dung của đồ án thiết kế gồm hai phần: Phần I: Thiết kế lưới điện khu vực gồm một nhà máy nhiệt điện và hệ thống điện, cung cấp điện cho 9 phụ tải. Phần II: Thiết kế trạm biến áp 2´100 kVA - 22/ 0,4 kV. Sau một thời gian học tập, nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Thầy giáo: TS. Nguyễn Lân Tráng, cùng với sự chỉ bảo nhiệt tình đầy trách nhiệm của các thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt là các thầy, các cô trong Bộ môn Hệ thống điện, em đã hoàn thành bản Đồ án tốt nghiệp của mình. Do thời gian có hạn và khả năng của bản thân còn nhiều hạn chế, vì vậy bản Đồ án không tránh khỏi những khiếm khuyết, em rất mong nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy, các cô để bản Đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2006 Sinh viên Nguyễn Ngọc Hiệp PHẦN I: THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI Để chọn được phương án nối điện tối ưu cần tiến hành phân tích những đặc điểm của các nguồn cung cấp và các phụ tải. Trên cơ sở đó xác định những phụ tải và công suất mà các nguồn cần cấp sao cho hợp lý, từ đó dự kiến các sơ đồ nối điện của lưới điện đang thiết kế. Phương án tối ưu sẽ được tính toán lựa chọn trong các sơ đồ đưa ra. CÁC SỐ LIỆU VỀ NGUỒN CUNG CẤP VÀ PHỤ TẢI: Sơ đồ địa lý: 1.1.2. Những số liệu về nguồn cung cấp: Nhà máy nhiệt điện: Công suất đặt: PI = 3 ´ 80 = 240 MW Hệ số công suất: cosj = 0,85 Điện áp định mức: Uđm = 10,5 kV Hệ thống điện: Công suất vô cùng lớn. Hệ số công suất: cosj = 0,85 Điện áp định mức thanh cái: Uđm = 110 kV. 1.1. 3. Những số liệu về phụ tải: Bảng 1-1: Phụ tải Số liệu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PMax ( MW ) 20 28 20 32 30 32 32 28 22 PMin ( MW ) 12 16,8 12 19,2 18 19,2 19,2 16,8 13,2 Cosj 0,95 0,9 0,9 0,92 0,9 0,95 0,85 0,92 0,9 QMax ( MVAr ) 6,57 13,56 9,69 13,62 14,53 10,52 19,83 11,93 10,66 QMin ( MVAr ) 3,94 8,14 5,81 8,18 8,72 6,31 11,42 7,16 6,39 SMax (MVA ) 21,05 31,11 22,22 34,78 33,33 33,68 37,65 30,44 24,44 SMin (MVA ) 12,63 18,67 13,33 20,87 20,00 20,21 22,59 18,26 14,67 Loại hộ phụ tải I I III I I I I III I Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT T KT KT T T KT T KT Điện áp thứ cấp ( kV ) 22 22 22 22 22 22 22 22 22 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI: Từ các số liệu đã cho ở trên, ta có thể rút ra những nhận xét sau: 1.2.1. Nguồn cung cấp: a, Hệ thống điện (HT) Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn , hệ số công suất trên thanh góp 110 kV của hệ thống bằng 0,85. vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa hệ thống và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành. Mặt khác, vì hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên chọn hệ thống là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp. Ngoài ra, do hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy nhiệt điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ được lấy từ hệ thống điện. b, Nhà máy nhiệt điện (NĐ). Nhà máy nhiệt điện có 3 tổ máy phát. mỗi máy phát có công suất phát định mức 80 MW, coj = 0,85, điện áp định mức 10,5 kV, như vậy tổng công suất định mức của nhà máy nhiệt điện bằng 3 ´ 80 = 240 MW. Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện có thể là than đá, dầu và khí đốt. Hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện tương đối thấp (khoảng 30 ¸ 40%). Thời gian khởi động và tăng phụ tải của nhà máy chậm đồng thời công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện thường chiếm khoảng 6 ¸ 15% tuỳ theo loại nhà máy nhiệt điện. Đối với nhà máy nhiệt điện, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải P³ 70% Pđm; khi phụ tải P < 30% Pđm, các máy phát ngừng làm việc. Công suất phát kinh tế của các máy phát nhà máy nhiệt điện thường bằng (70 ¸ 90%) Pđm. Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 80% Pđm, nghĩa là: Pkt = 80% Pđm. Do đó khi phụ tải cực đại cả 3 máy phát đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát ra của nhà máy nhiệt điện bằng: Pkt = MW. Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng một máy phát để bảo dưỡng, hai máy phát còn lại sẽ phát 70% Pđm, nghĩa là tổng công suất phát của nhà máy nhiệt điện bằng: Pkt = MW. Khi sự cố ngừng một máy phát, hai máy phát còn lại sẽ phát 100% Pđm, như vậy: PF = 2´ 80 = 160 MW. Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ hệ thống điện. 1.2.2. Phụ tải: Trong HTĐ thiết kế có 09 phụ tải, trong đó có 07 phụ tải loại I và 02 hộ phụ tải loại III, thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax= 4800 h, các phụ tải có 05 phụ tải yêu cầu điều chỉnh khác thường. Điện áp thứ cấp định mức của các trạm hạ áp bằng 22 kV. Phụ tải cực tiểu bằng 0,6 phụ tải cực đại. Theo sơ đồ phân bố phụ tải cho ta thấy phụ tải được phân bố tập trung về hai phía, điều đó cho phép khi thiết kế có thể phân thành 2 vùng phụ tải như sau: - Vùng 1 nhận điện từ nhà máy nhiệt điện: Gồm 05 phụ tải 1, 2, 3, 4 và 5. - Vùng 2 nhận điện từ hệ thống: Gồm 03 phụ tải 7, 8 và 9. - Riêng phụ tải 6 nằm giữa nhà máy nhiệt điện và hệ thống nên nhận điện từ 2 nguồn. Trong 9 phụ tải, có 7 phụ tải loại I có yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng cao. Vì hộ loại I nếu xảy ra mất điện sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế, chính trị và an toàn cho tính mạng con người, nên khi thiết kế đối với các phụ tải loại I ta phải cấp điện bằng đường dây kép hoặc mạch vòng. Phụ tải ở xa nguồn nhất là phụ tải 3 (82,46 km). Phụ tải gần nguồn nhất là phụ tải 2 (60,83 km). Đây là khu công nghiệp và dân cư, với khoảng cách giữa nhà máy nhiệt điện và hệ thống cũng như khoảng cách từ nguồn đến phụ tải xa nhất là khá lớn, do vậy ta phải sử dụng đường dây trên không để tải điện, sử dụng dây nhôm lõi thép (AC) làm dây truyền tải điện để đảm bảo khả năng dẫn điện, độ bền cơ cũng như tính kinh tế cao, sử dụng cột bê tông li tâm cho những vị trí cột đỡ, Những vị trí néo, góc, vượt đường, sông, đồi núi được sử dụng cột sắt mạ kẽm nhúng nóng. Toàn tuyến đường dây được sử dụng sứ chuỗi. CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Đặc điểm của quá trình sản xuất điện năng là công suất do các nhà máy trong hệ thống sản xuất ra phải luôn cân bằng với công suất tiêu thụ của các phụ tải tại mọi thời điểm, kể cả tổn thất công suất trong các mạng điện. Nếu sự cân bằng bị phá vỡ thì chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảm, dẫn đến giảm chất lượng của sản phẩm hoặc có thể làm mất ổn định, nguy hại hơn là làm tan rã hệ thống. Việc cân bằng công suất trong hệ thống điện cho thấy khả năng cung cấp của các nguồn phát và yêu cầu của các phụ tải có cân bằng hay không, từ đó sơ bộ định ra phương thức vận hành cho nhà máy để đảm bảo cung cấp công suất, thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật và có hiệu quả kinh tế cao nhất. Đặc biệt việc tính toán cân bằng công suất cho hệ thống trong các chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu và chế độ sự cố, nhằm đảm bảo độ tin cậy của hệ thống, đảm bảo các chỉ tiêu về chất lượng điện cung cấp cho các phụ tải. 2.1. CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG Công suất tác dụng có quan hệ chặt chẽ với tần số của dòng điện xoay chiều, tần số trong hệ thống sẽ thay đổi khi sự cân bằng công suất trong hệ thống bị phá vỡ. Giảm công suất tác dụng phát ra dẫn đến giảm tần số, ngược lại tăng công suất tác dụng phát ra dẫn đến tăng tần số. Vì vậy, tại mỗi thời điểm trong các chế độ xác lập của hệ thống điện, các nhà máy điện trong hệ thống cần phát đủ công suất bằng công suất của hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong hệ thống. Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cực đại của hệ thống. Phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện được biểu diễn như sau: PNĐ + PHT = Ptt = mSPpt + SDPmđ + SPtd + SPdtr ( 2-1 ) Trong đó: + PNĐ : Là công suất tác dụng của các nhà máy điện phát ra. Trong chương trước đã tính được công suất phát kinh tế của nhà máy nhiệt điện bằng: PNĐ = Pkt = 192 MW. + PHT : Công suất nhận từ hệ thống. PHT = Ptt - PNĐ + m : Là hệ số đồng thời ( ở đây lấy m = 1 ). + SPpt : Là tổng công suất tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ SPpt = 20 + 28 + 20 + 32 + 30 + 32 + 32 + 28 + 22 = 244 MW + SDPmđ : Là tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp trong tính toán sơ bộ ta chọn: SDPmđ = 5% mSPpt = 5%. 244 = 12,2 MW + Ptd : Là công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện. Ta chọn: Ptd = 10%Pđm = 0,1 ´ 240 = 24 MW + SPdtr : Là tổng công suất tác dụng dự trữ của toàn hệ thống. Bởi vì hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên công suất dự trữ sẽ lấy từ hệ thống, do đó Pdtr = 0. Do đó công suất tiêu thụ của lưới điện bằng : Ptt = 244 + 12,2 + 24 = 280,20 MW Như vậy trong chế độ phụ tải cực đại công suất mà lưới điện nhận từ hệ thống bằng : PHT = Ptt - PNĐ = 280,20 - 192 = 88,20 MW 2.2. CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Sự cân bằng công suất đòi hỏi không chỉ đối với công suất tác dụng mà còn cả đối với công suất phản kháng. Cân bằng công suất phản kháng có ý nghĩa quyết định đến chất lượng điện áp của mạng điện. Phá hoại sự cân bằng công suất sẽ dẫn đến thay đổi điện áp ở hộ tiêu thụ, nếu thiếu công suất phản kháng làm cho điện áp ở hộ tiêu thụ bị giảm thấp, ngược lại sẽ làm tăng điện áp. Vì vậy, để đảm bảo chất lượng điện áp ở hộ tiêu thụ cần phải cân bằng công suất phản kháng. Phương trình cân bằng công suất phản kháng được biểu diễn như sau: QNĐ + QHT =Qtt = mSQpt + SDQB + SDQL - SQC + SQtd + SQdtr ( 2-2 ) Trong đó: + QNĐ : Là tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiệt điện phát ra. QNĐ = PNĐ .tgjF Nhà máy điện cho: CosjF = 0,85 Þ tgjf = 0,62, do đó ta có: QNĐ = 192 . 0,62 = 119,04 MVAr. + QHT : Là công suất phản kháng nhận từ hệ thống. QHT = PHT . tgjHT Do cojHT = 0,85 Þ tgjHT = 0,62 vậy ta có: QHT = 88,2 . 0,62 = 54,68 MVAr + Qtt: Công suất tiêu thụ của lưới điện. + m : Là hệ số đồng thời (ở đây lấy m = 1). + SQpt : Là tổng công suất phản kháng cực đại của các phụ tải SQpt = SQptmax = 6,57 + 13,56 + 9,69 + 13,63 + 14,53 + 10,52 + 19,83 +11,93 + 10,66 = 110,92 MVAr. + SDQB : Là tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp của hệ thống Ta lấy: SDQB = 15%SQpt = 15%. 110,92= 16,64 MVAr. + SDQL: Là tổng tổn thất công suất phản kháng trên đường dây của mạng điện. + SQC: Là tổng công suất phản kháng do dung dẫn của các đường dây cao áp trong mạng điện sinh ra. Với mạng điện đang xét, trong tính toán sơ bộ ta có thể coi: SDQL = SQC + Qtd : Là công suất phản kháng tự dùng của nhà máy nhiệt điện. Qtd = Ptd . tgjtd Chọn Cosjtd = 0,75 Þ tgjtd = 0,882 do đó ta có: SQtd = 24. 0,882 = 19,73 MVAr + SQdtr : Là tổng công suất phản kháng dự trữ của toàn hệ thống, ở đây do hệ thống có công suất vô cùng lớn ta lấy Qdtr = 0. Như vậy tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện bằng : Qtt = 110,92 + 16,64 + 19,73 = 147,29 MVAr. Tổng công suất do nhà máy và hệ thống cung cấp bằng : QNĐ + QHT = 119,04 + 54,68 = 173,72 MVAr Ta thấy QNĐ + QHT > Qtt , do vậy trong bước tính sơ bộ ta không cần đặt thêm các thiết bị bù công suất phản kháng. 2.3. SƠ BỘ XÁC ĐỊNH PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN: 2.3.1. Chế độ phụ tải cực đại: Tổng công suất tác dụng tiêu thụ của mạng điện trong chế độ phụ tải cực đại (chưa kể đến dự trữ của hệ thống) bằng: Ptt = mSPpt + SDPmđ + SPtd Ptt = 244 + 12,2 + 24 = 280,2 MW Vì hệ thống và nhà máy nhiệt điện có vai trò là như nhau, nhưng hệ thống có công suất vô cùng lớn do đó ta cho nhà máy nhận tải trước. Các nhà máy nhiệt điện vận hành kinh tế khi công suất phát chiếm (70 ¸ 90%) công suất định mức của các tổ máy, vì vậy ta cho nhà máy phát 80% công suất đặt. PNĐ = Pkt = 80%. 240 = 192 MW. Lượng công suất còn lại do hệ thống cung cấp bằng: PHT = SPy/c - PNĐ = 280,2 - 192 = 88,2 MW 2.3.2. Chế độ phụ tải cực tiểu: Tổng công suất tiêu thụ trong chế độ phụ tải Min bằng: Ptt = 60%(SPttMax + SDPmđMax) = 0,6( 244 + 0,05. 244) = 153,72 MW. Trong chế độ cực tiểu dự kiến ngừng một máy phát , hai máy phát còn lại sẽ phát 70 % công suất, nghĩa là công suất phát của nhà máy : PNĐ = 70% .2.80 = 112 MW Trong đó : + Phần tự dùng là : PtdNĐ = 10%. 160 = 16 MW + Phần phát lên lưới là : PvhNĐ = 112 - 16 = 96 MW Lượng công suất còn lại do hệ thống cung cấp bằng : PHT = 153,72 - 96 = 57,72 MW 2.3.3. Trường hợp sự cố: Với giả thiết không xét đến sự cố xếp chồng thì sự cố nặng nề nhất là hỏng 1 tổ máy 80 MW, khi đó để đáp ứng nhu cầu của phụ tải ta phải cho nhà máy phát 100% công suất của 2 tổ máy còn lại. PNĐ = 160 MW Trong đó: + Phần tự dùng là: PtdNĐ = 10%. 160 = 16 MW + Phần phát lên lưới là: PvhNĐ = 160 - 16 = 144 MW Lượng công suất còn lại do hệ thống cung cấp bằng : PHT = 244 + 0,05. 244 - 144 = 112,2 MW Bảng 2-1 Chế độ phụ tải Nguồn cấp Công suất phát Pf (MW) Tự dùng (MW) Số tổ máy làm việc Pf / Pđm (%) Max NĐ 192 24 3´80 80 HT 88,2 Min NĐ 112 16 2´80 70 HT 57,72 Sự cố NĐ 160 16 2´80 100 HT 112,2 CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC CỦA MẠNG ĐIỆN 3.1. NGUYÊN TẮC CHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN: Trong quá trình thiết kế mạng điện việc lựa chọn hợp lý điện áp định mức là một trong những khâu quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện như : Vốn đầu tư, tổn thất điện áp, tổn thất điện năng, chi phí vận hành,... Để chọn được cấp điện áp hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu sau: Đáp ứng được các yêu cầu của phụ tải . Phù hợp với lưới điện hiện tại và lưới điện Quốc gia. Mạng điện có chi phí tính toán là nhỏ nhất. Khi tính toán thực tế ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau: Ui = 4,34 (kV) Trong đó: + li : Là chiều dài đoạn đường dây thứ i, (km) + Pi : Là công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i, (MW) + Ui : Là điện áp tại phụ tải thứ i, (với i = 1 ¸ 9) . Nếu tính được Ui = (70 ¸ 160) kV, thì ta chọn cấp điện áp định mức là Uđm = 110 kV. 3.2. TÍNH CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP VẬN HÀNH CHO MẠNG ĐIỆN: Để đơn giản ta có thể dùng sơ đồ hình tia như sau để tính toán chọn điện áp cho toàn mạng điện: - Tính điện áp vận hành cho nhánh NĐ - PT1: U1 = 4,34 = 85,79 kV. - Tính công suất truyền tải trên đường dây liên lạc NĐ - PT6 - HT: + Công suất truyền tải giữa NĐ và phụ tải 6 được xác định theo công thức sau: PNĐ - 6 = PNĐ - SP1,2,3,4,5 - SDPmđ 1,2,3,4,5 - PtdNĐ Trong đó: + SP1,2,3,4,5 = 20 + 28 + 20 +32 +30 = 130 MW + SDPmđ 1,2,3,4,5 = 5% SP1,2,3,4,5 = 0,05.130 = 6,5 MW + PtdNĐ = 10% PNĐ = 0,1.240 = 24 MW. + PNĐ = Pkt = 192 MW (đã tính được ở mục 2.3.1) Þ PNĐ - 6 = 192 - 130 - 6,5 - 24 = 31,5 MW + Công suất truyền tải giữa HT và phụ tải 6 là: PHT - 6 = P6 + SDPmđ6 - PNĐ - 6 = 32 + 0,05.32 - 31,5 = 2,1 MW - Tính điện áp vận hành cho nhánh NĐ - PT6 và PT6 - HT: UNĐ-6 = 4,34 = 104,04 kV. UHT-6 = 4,34 = 39,92 kV. Tính toán tương tự cho các nhánh còn lại, ta có kết quả tính toán trong bảng sau: Bảng 3 - 1 Lộ đường dây li (km) Pi (MW) Ui (kV) NĐ - PT1 70,71 20 85,79 NĐ - PT2 60,83 28 97,89 NĐ - PT3 82,46 20 87,07 NĐ - PT4 67,08 32 104,44 NĐ - PT5 72,80 30 102,04 NĐ - PT6 70,71 31,5 104,04 HT - PT6 50,99 2,1 39,92 HT -PT7 60,83 32 103,87 HT -PT8 72,11 28 98,97 HT -PT9 64,03 22 88,52 Từ bảng kết quả tính toán ở trên, ta thấy tất cả các giá trị điện áp tính được hầu hết đều nằm trong khoảng (70 ¸ 160) kV. Vậy ta chọn cấp điện áp định mức tải điện cho toàn mạng điện thiết kế là Uđm = 110 kV và tất cả các phương án thiết kế đều chọn cấp điện áp này. CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1. NHỮNG YÊU CẦU CHÍNH ĐỐI VỚI MẠNG ĐIỆN Việc dự kiến các phương án và lựa chọn phương án nối dây tối ưu của mạng điện khi thiết kế có tính quyết định, vì nó ảnh hưởng tới việc thi công, quản lý vận hành cũng như các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Các phương án nối dây của lưới điện phải xuất phát từ các yêu cầu về: 1) Độ tin cậy cung cấp điện. 2) Đảm bảo chất lượng điện. 3) Đảm bảo tính linh hoạt cao. 4) Đảm bảo an toàn cung cấp điện. 4.2. LỰA CHỌN DÂY DẪN Dây dẫn dùng để dẫn điện từ nguồn đến các phụ tải, các vật liệu dùng để chế tạo dây dẫn là: đồng, nhôm, thép và hợp kim. Dây đồng: Đồng là vậy liệu dẫn điện tốt nhất vì có điện trở suất nhỏ. Bề mặt của các sợi dây đồng bọc một lớp oxit đồng nên khả năng chống ăn mòn tốt. Nhược điểm của dây đồng là rất đắt tiền, do đó chỉ được sử dụng trong các mạng điện đặc biệt. Dây nhôm: Nhôm là kim loại dẫn điện tốt chỉ sau đồng. Dây nhôm có khả năng chống ăn mòn tốt, song độ bền cơ tương đối nhỏ. Dây nhôm lõi thép: Được sử dụng phổ biến nhất ở các đường dây trên không điện áp từ 35kV trở lên. Dây nhôm lõi thép có độ bền cơ rất tốt, giá thành tương đối rẻ. Vậy đối với đường dây thiết kế, để đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật ta chọn sử dụng loại dây nhôm lõi thép (AC). 4.3. PHÂN VÙNG CẤP ĐIỆN Căn cứ vào sơ đồ địa lý giữa nguồn và các phụ tải, công suất đặt và chế độ làm việc của các nhà máy điện, ta có thể phân vùng cung cấp điện như sau: Vùng 1: Gồm các phụ tải 1,2,3,4 và 5 được cung cấp điện từ nhà máy NĐ. Vùng 2: Gồm các phụ tải 7,8 và 9 được cung cấp điện từ HT. Riêng phụ tải 6 nhận điện từ cả 2 nguồn là nhà máy NĐ và HT. Để liên lạc giữa nhà máy điện và hệ thống ta dùng đường dây kép qua PT6. 4.4. TÍNH TOÁN SO SÁNH KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN Sử dụng phương pháp mô men phụ tải, sơ bộ chọn được các phương án sau: 4.4.1. CÁC PHƯƠNG ÁN CHỌN SƠ BỘ 1) Phương án 1: 2) Phương án 2: 3) Phương án 3: 4)Phương án 4: 5) Phương án 5: 4. 4.2. TÍNH TOÁN SO SÁNH KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN: Đối với 5 phương án đã chọn, ta thấy trong cả 5 phương án đều có sơ đồ nối dây là: NĐ và HT được liên lạc với nhau qua phụ tải 6. Do vậy ta sẽ kiểm tra kỹ thuật của đường dây liên lạc cố định giữa 2 nguồn cung cấp cho mạng điện qua phụ tải 6 của phương án1, các phương án sau ta sử dụng kết quả đã tính mà không phải tính lại nhiều lần. Để giảm khối lượng tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, trước hết ta tính các thông số kỹ thuật cho các phương án, loại bỏ các phương án không đảm bảo điều kiện kỹ thuật, giữ lại các phương án đảm bảo về mặt kỹ thuật để tính toán và so sánh về mặt kinh tế. Khi so sánh các phương án về mặt kỹ thuật ta cần tiến hành các bước sau: 1) Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện Jkt: Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép (AC), loại dây này có độ dẫn điện tốt, độ bền cơ cao và giá thành hợp lý, do đó được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Vì mạng điện thiết kế là mạng 110 kV có chiều dài lớn, nên tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế (Jkt). Tiết diện kinh tế được tính theo công thức sau: Fi = (mm2) Trong đó: + Fi : Là tiết diện dây dẫn tính toán của đoạn đường dây thứ i (mm2) + IMax i : Là dòng điện chạy trên đoạn đường dây thứ i khi phụ tải cực đại (A) + Jkt : Là mật độ dòng điện kinh tế, nó phụ thuộc vào thời gian sử dụng công suất lớn nhất (TMax) và loại dây dẫn. (A/mm2) Với thời gian sử dụng công suất lớn nhất đã cho: TMax = 4800h và dùng dây AC cho toàn mạng. Tra bảng 2- 4, Trang 64 - Thiết kế các mạng & Hệ thống điện - NXB Khoa học Kỹ thuật 2004 của tác giả Nguyễn Văn Đạm, ta có: Jkt = 1,1 A/mm2. Đối với đường dây một mạch thì: IMax = . 103 = . 103 (A) Đối với đường dây 2 mạch thì: IMax = . 103 = . 103 (A) Từ Fi tính toán được, ta chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất (Ftc), sau đó kiểm tra tiết diện dây dẫn đã chọn theo các điều kiện: Vầng quang điện, độ bền cơ, điều kiện phát nóng dây dẫn và điều kiện tổn thất điện áp cho phép. 2) Kiểm tra tiết diện dây dẫn vừa chọn theo các điều kiện: a) Điều kiện vầng quang điện: Đối với cấp điện áp 110 kV, để đảm bảo không phát sinh vầng quang thì dây dẫn phải có tiết diện F ³ 70 mm2. Điều kiện này được phối hợp với điều kiện độ bền cơ (khi dây dẫn đã đảm bảo điều kiện vầng quang thì luôn luôn đảm bảo độ bền cơ). b) Điều kiện phát nóng dây dẫn: Sự cố dùng để kiểm tra điều kiện kỹ thuật với lộ kép là khi đứt 1 nhánh trong lộ kép của đường dây, với mạch vòng thì ta phải xét cụ thể sự cố xảy ra trên các nhánh. Kiểm tra theo điều kiện phát nóng là: dòng điện chạy trên dây dẫn khi xảy ra sự cố phải thoả mãn: ISC £ k. ICP Trong đó: + K : Là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ khác nhiệt độ tiêu chuẩn, ứng với nhiệt độ môi trường là 250c thì k = 0,8. + ICP : Là dòng điện cho phép của dây dẫn, nó phụ thuộc vào bản chất và tiết diện dây dẫn (Tra bảng). c) Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp: Kiểm tra trong 2 điều kiện là khi vận hành bình thường ở chế độ phụ tải cực đại và khi sự cố nặng nề nhất. DUbt Max (%) £ DUbt CP (%) = 10% DUSC Max (%) £ DUSC CP (%) = 20% Nếu hộ tiêu thụ ở xa nguồn mà dự kiến dùng MBA điều áp dưới tải, vì loại MBA này có phạm vi điều chỉnh rộng nên có thể cho phép: DUbt Max (%) £ DUbt CP (%) = 15 ¸ 20% DUSC Max (%) £ DUSC CP (%) = 20 ¸ 25% Trong đó: DUbt Max , DUSC Max : Là tổn thất điện áp lúc bình thường với phụ tải cực đại và tổn thất điện áp lúc sự cố nặng nề nhất. Nó được tính theo công thức: DUi% = . 100 (%) + Pi , Qi : Là công suất chạy trên đoạn đường dây thứ i (MW, MVAr). + Ri , Xi : Là điện trở tác dụng và điện kháng của đoạn đường dây thứ i (W). Phương án 1: Sơ đồ nối dây như sau: (*)Xét đường dây liên lạc: NĐ - PT6 và HT - PT6, ta có: - Công suất truyền tải trên đoạn đường dây NĐ - PT6 được xác định theo biểu thức sau: PNĐ - 6 = PNĐ - SP1,2,3,4,5 - SDPmđ 1,2,3,4,5 - Ptd Trong đó: + SP1,2,3,4 = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + SDPmđ 1,2,3,4 = 5% SP1,2,3,4,5 + Ptd = 10% PNĐ - Công suất truyền tải trên đoạn đường dây HT - PT6 được xác định theo biểu thức sau: PHT - 6 = P6 + SDPmđ6 - PNĐ - 6 (+) Trong chế độ phụ tải Max ta đã tính được (mục 3.2): . PNĐ - 6 = 31,5 MW . PHT - 6 = 2,10 MW Công suất phản kháng do NĐ truyền vào đường dây NĐ - 6 có thể được tính gần đúng như sau : . QNĐ - 6 = PNĐ - 6 ´ tgj6 = 31,5 ´ 0,33 = 10,40 MVAr ; (coj6 = 0,95 ) Công suất phản kháng truyền vào đường dây HT - 6 được tính như sau : . QHT - 6 = Q6 +SDQ6 - Q NĐ- 6 = 10,52 + 0,15 ´ 10,52 - 10,40 = 1,70 MVAr (+) Trong chế độ phụ tải Min, ta có: . PNĐ - 6 = PNĐ - SP1,2,3,4,5 - SDPmđ 1,2,3,4,5 - Ptd Trong đó : . SP1,2,3,4,5 = 12 + 16,8 + 12 + 19,2 + 18 = 78 MW . SDPmđ 1,2,3,4,5 = 5% SP1,2,3,4,5 = 0,05.78 = 3,9 MW . PtdNĐ = 10% PNĐ = 0,1.160 = 16 MW. . PNĐ = 112 MW (đã tính được ở mục 2.3.2) Þ PNĐ - 6 = 112 - 78 - 3,9 - 16 = 14,10 MW . PHT - 6 = P6 + SDPmđ6 - PNĐ - 6 = 19,2 + 0,05.19,2 - 14,10 = 6,06 MW Công suất phản kháng từ NĐ truyền vào HT có thể được tính bằng : . QNĐ - 6 = PNĐ - 6 ´ tgj6 = 14,10 ´ 0,33 = 4,65 MVAr . QHT - 6 = Q6 + 0,15Q6 - QNĐ - 6 = 6,31 + 0,15 ´ 6,31 - 4,65 = 2,61 MVAr (+) Khi sự cố 1 tổ máy 80MW, công suất truyền tải giữa NĐ - PT6 được xác định như sau: . PNĐ - 6 = PNĐ - SP1,2,3,4,5 - SDPmđ 1,2,3,4,5 - Ptd = 160 - 130 - 6,5 - 16 = 7,50 MW Trong đó: PNĐ = 160 MW (đã tính được ở mục 2.3.3 ) Như vậy công suất truyền tải giữa HT và phụ tải 6 được tính như sau: . PHT - 6 = P6 + SDPmđ6 - PNĐ -6 = 32 +1,6 - 7,50 = 26,10 MW. . QNĐ - 6 = PNĐ - 6 . tgj6 = 7,50 . 0,33 = 2,48 MVAr . QHT - 6 = Q6 + 0,15Q6 - QNĐ - 6 = 10,52 + 0,15. 10,52 - 2,48 = 9,62 MVAr Từ các số liệu tính toán, ta có bảng tổng hợp kết quả trong các chế độ như sau: Bảng 4 - 1 Chế độ phụ tải SNĐ - 6 (MVA) SHT - 6 (MVA) Max 31,5 + j 10,40 2,10 + j 1,70 Min 14,1 + j 4,65 6,06 + j 2,61 Sự cố 7,50 + j 2,48 26,10 + j 9,62 Nhìn vào bảng kết quả trên ta thấy ở chế độ phụ tải Max, dòng công suất truyền tải SNĐ - 6 lớn hơn ở chế độ phụ tải Min, do vậy ta chọn tiết diện dây dẫn của đường dây NĐ - PT6 theo chế độ Max, còn đường dây HT - PT6 dòng công suất trong chế độ phụ tải Min lớn hơn chế độ phụ tải Max vì vậy ta chọn tiết diện dây dẫn của đoạn này theo chế độ phụ tải Min. Đồng thời dòng công suất chạy trên đoạn đường dây liên lạc NĐ - PT6 lớn nhất khi phụ tải Max, do đó sự cố đứt dây sẽ nguy hiểm hơn sự cố hỏng 1 tổ máy và dòng công suất chạy trên đoạn đường dây HT - 6 sẽ lớn nhất khi sự cố hỏng một tổ máy, vì vậy ta kiểm tra khi sự cố đứt dây đối với đoạn đường dây NĐ - 6 và sự cố hỏng một tổ máy đối với đoạn đường dây HT - 6. * Tính chọn dây dẫn cho đoạn NĐ - PT6: Dòng điện cực đại chạy trên đoạn NĐ - PT6