Đồ án Mạng lưới điện

ờng dây: Trong đó: Pi là công suất tác dụng chạy trên đường dây thứ i Qi là công suất phản kháng chạy trên đường dây thứ i Rdi là điện trở của dây thứ i Xdi là điện kháng của dây thứ i Ui là điện áp tại đầu đường dây thứ i I. Chế độ phụ tải cực đại: Lấy điện áp tại thanh cái cao áp nhà máy I là 121 kV để tính điện áp tại các nút khác. 1. Nhánh NĐI-3-NĐII U33 UI UII Công suất tại đầu đường dây I-4 là: S'I3 = 32,657 + j22,67 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-3 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B3 là: U3 = UI - = 121 – 6,3 = 114,69 kV Công suất tại cuối đường dây II- 3 là: S''II3 = 8,824 + j9,409 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-3 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp Nhà máy II là: UII = U3 - = 114,7- 3,18 = 111,52 kV 1. Nhánh NĐI-1. U1 UI Công suất tại đầu đường dây I-1 là: S'I = 30,89 + j21,37 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-1 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B1 là: U1 = UI - = 121 – 3,19 = 117 kV U2 UI 2. Nhánh NĐI-2. Công suất tại đầu đường dây I-2 là: S'II = 39,49 + j30,12 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-2 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B2 là: U4 UI U2 = UI - = 120,54 - 7,92 = 112,62 kV 3. Nhánh NĐII-4. Công suất tại đầu đường dây II-4 là: S'IV = 36,494+ j22,677 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-4 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B3 là: U4 = UI - = 111,52 - 5,98 = 105,54 kV U5 UII 5. Nhánh NĐII-5. Công suất tại đầu đường dây II-5 là: S'V = 20,709 + j2,224 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-5 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B5 là: U5 = UII - = 111,52 -3,74 = 107,78 kV U6 UI 6. Nhánh NĐI-6. Công suất tại đầu đường dây I-6 là: S'I6 = 22,676 + j10,701 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-6 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B6 là: U6 = UI - = 121 – 3,41 = 117,86 kV U7 UII 7. Nhánh NĐII-7. Công suất tại đầu đường dây II-7 là: S'VII = 24,935 + j8,737 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-7 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B7 là: U7 = UII - = 111,52- 4,32 = 107,2 kV U8 UII 8. Nhánh NĐII-8. Công suất tại đầu đường dây II-8 là: S'VIII = 25,813 + j14,652 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-8 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B8 là: U8 = UII - = 111,52 -3,24 = 108,3 kV 9. Nhánh NĐII-9. Công suất tại đầu đường dây II-9 là: S'VIII = 18,616 + j4,664 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-9 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B9 là: U8 = UII - = 111,52 -3,32 = 108,2 kV 10. Nhánh NĐI-10. Công suất tại đầu đường dây I-10 là: S'X = 16,553 + j7,052 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-10 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B80 là: U8 = UII - = 121 -3,59 = 117,4 kV II. Chế độ phụ tải cực tiểu: Lấy điện áp tại thanh cái cao áp nhà máy I là UI = 105%.110 = 115,5 kV để tính điện áp tại các nút khác. U33 UI UII . Nhánh NĐI-3-NĐII Công suất tại đầu đường dây I-4 là: S'I3 = 16,671 + j10,33 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-3 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B3 là: U3 = UI - = 115,5 – 3,2= 112,3 kV Công suất tại cuối đường dây II- 3 là: S''II3 = 8,824 + j9,409 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-3 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp Nhà máy II là: UII = U3 - = 112,3- 1,35 = 110,94 kV U1 UI 1. Nhánh NĐI-1. Công suất tại đầu đường dây I-1 là: S'I = 15,263+ j9,715 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-1 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B1 là: U1 = UI - = 115,5 – 1,59 = 113,9 kV U2 UI 2. Nhánh NĐI-2. Công suất tại đầu đường dây I-2 là: S'II = 12,814 + j7,15 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-2 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B2 là: U2 = UI - = 115,5 – 2,47 = 113,03 kV U4 UI 3. Nhánh NĐII-4. Công suất tại đầu đường dây II-4 là: S'IV = 17,952+ j10,429 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-4 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B3 là: U4 = UI - = 110,94 – 3,3 = 107,63 kV U5 UII 5. Nhánh NĐII-5. Công suất tại đầu đường dây II-5 là: S'V = 10,23 + j5,275 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-5 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B5 là: U5 = UII - = 110,94 -2,4 = 108,54 kV U6 UI 6. Nhánh NĐI-6. Công suất tại đầu đường dây I-6 là: S'I6 = 11,21 + j7,88 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-6 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B6 là: U6 = UI - = 115,5– 1,81 = 113,7 kV U7 UII 7. Nhánh NĐII-7. Công suất tại đầu đường dây II-7 là: S'VII = 12,359 + j5,976MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-7 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B7 là: U7 = UII - = 110,94- 1,49 = 109,21 kV U8 UII 8. Nhánh NĐII-8. Công suất tại đầu đường dây II-8 là: S'VIII = 12,551 + j5,976 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-8 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B8 là: U8 = UII - = 110,94 -1,49 = 109,44 kV 9. Nhánh NĐII-9. Công suất tại đầu đường dây II-9 là: S'VIII = 9,236 + j2,48 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-9 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B9 là: U8 = UII - = 110,94 -1,72 = 109,21kV 10. Nhánh NĐI-10. Công suất tại đầu đường dây I-10 là: S'X = 8,141 + j3,421 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-10 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B80 là: U8 = UII - = 110,94 – 1,81 = 113,7 kV III. Chế độ sự cố: III.1. Sự cố đường dây: Xét trường hợp sự cố khi phụ tải cực đại, theo tính toán ở trên lấy điện áp tại thanh cái cao áp nhà máy I là 121 kV thì điện áp tại thanh cái cao áp của nhà máy II là 111,52 KV từ đó để tính điện áp tại các nút khác. Nhánh NĐI-3-NĐII U33 UI UII Công suất tại đầu đường dây I-4 là: S'I3 = 32,657 + j22,67 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-3 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B3 là: U3 = UI - = 121 – 2.6,3 = 108,7 kV Công suất tại cuối đường dây II- 3 là: S''II3 = 8,824 + j9,409 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-3 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp Nhà máy II là: UII = U3 - = 108,7- 3,18 = 105,42 kV 1. Nhánh NĐI-1. U1 UI Công suất tại đầu đường dây I-1 là: S'I = 30,89 + j21,37 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-1 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B1 là: U1 = UI - = 121 – 2.3,19 = 114,6kV U2 UI 2. Nhánh NĐI-2. Công suất tại đầu đường dây I-2 là: S'II = 26,024 + j11,91 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-2 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B2 là: U4 UI U2 = UI - = 120,54 – 8,96 = 112,04 kV 3. Nhánh NĐII-4. Công suất tại đầu đường dây II-4 là: S'IV = 37,963+ j18,727 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-4 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B3 là: U4 = UI - = 112,08- 12,7 = 95,99 kV U5 UII 5. Nhánh NĐII-5. Công suất tại đầu đường dây II-5 là: S'V = 21,337 + j4,1 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-5 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B5 là: U5 = UII - = 108,7 -8,49 = 100,2 kV U6 UI 6. Nhánh NĐI-6. Công suất tại đầu đường dây I-6 là: S'I6 = 22,676 + j10,701 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-6 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B6 là: U6 = UI - = 121 – 2.3,41 = 114,72 kV U7 UII 7. Nhánh NĐII-7. Công suất tại đầu đường dây II-7 là: S'VII = 25,794+ j12,564 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-7 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B7 là: U7 = UII - = 108,7-10,08 = 98,61kV U8 UII 8. Nhánh NĐII-8. Công suất tại đầu đường dây II-8 là: S'VIII = 26,516+ j17,099 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-9 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B9 là: U8 = UII - = 108,7 -7,16 = 101,54kV 9. Nhánh NĐII-9. Công suất tại đầu đường dây II-9 là: S'IX = 18,616 + j4,664 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây II-9 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B9 là: U8 = UII - = 111,52 -3,32 = 108,2 kV 10. Nhánh NĐI-10. Công suất tại đầu đường dây I-10 là: S'X = 16,553 + j7,052 MVA Tổn thất điện áp trên đường dây I-10 là: kV Điện áp tại thanh cái cao áp trạm B80 là: U8 = UII - = 121 -2.3,59 = 113,82kV B. Chọn đầu phân áp của các máy biến áp. Chỉ tiêu chất lượng điện năng là tần số f và điện áp tại các nút, chúng luôn luôn thay đổi do phụ tải luôn biến đổi, công suất nhà máy thay đổi, hay thay đổi chế độ vận hành và cấu trúc của mạng điện (đóng cắt đường dây, máy biến áp...). Yêu cầu của điện áp là sai khác nằm trong mức cho phép ta cần tìm giải pháp đảm bảo chất lượng điện áp nằm trong nội dung phần này. Từ tính toán điện áp nút ở các chế độ vận hành khác nhau rồi định ta phương thức điều áp. ở đây ta chọn phương thức điều chỉnh máy biến áp (điều áp dưới tải, chọn đầu phân áp cho máy biến áp). Theo nhiệm vụ thiết kế biện pháp chủ yếu và có hiệu quả nhất trong việc điều chỉnh điện áp cho mạng điện là thay đổi và lựa chọn các đầu phân áp của các trạm tăng áp và giảm áp một cách hợp lý. Đối với yêu cầu điều chỉnh thường, thì độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp của trạm biến áp quy định như sau: Khi phụ tải cực đại: dUcp1% ³ +2,5% Khi phụ tải cực tiểu: dUcp2% Ê +7,5% Khi khi sự cố : dUcp3% ³ -2,5% Đối với yêu cầu điều chỉnh khác thường, thì độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp của trạm biến áp quy định như sau: Khi phụ tải cực đại: dUcp1% = +5% Khi phụ tải cực tiểu: dUcp2% = 0% Khi khi sự cố : dUcp3% = 0ữ +5% I. Chọn đầu phân áp cho các máy biến áp hạ áp: Để đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật trong điều chỉnh điện áp, ban đầu ta chọn các máy biến áp không điều chỉnh điện áp dưới tải sau đó chọn đầu phân áp cho máy cho máy biến áp trong các chế độ, kiểm tra độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp của các trạm giảm áp, nếu không thoả mãn thì ta chọn các máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải và chọn lại các đầu điều chỉnh điện áp. Các bước tiến hành chọn đầu phân áp của các máy biến áp : (với i = 1;2;3 tương ứng với chế độ max, min, sự cố) Xác định điện áp trên thanh cái hạ áp của trạm biến áp quy đổi về cao áp: U'i= Ui - DUBi Trong đó: Ui là điện áp trên thanh cái cao áp DUBi là tổn thất điện áp trong máy biến áp Xác định điện áp yêu cầu ở phía hạ áp máy biến áp theo yêu cầu về độ lệch điện áp cho phép của hộ tiêu thụ ứng với các chế độ: Uyci = UđmH ± dUcpi Trong đó: UđmH là điện áp định mức của mạng hạ áp dUBi là độ lệch điện áp cho phép Tính điện áp tại các đầu phân áp ứng với các chế độ phụ tải UPAi = U'i Trong đó: Ukt là điện áp không tải (vì các máy biến áp đã chọn đều có Un% >7,5% nên Ukt =1,1.Uđm = 1,1.22 = 24,2 kV ) Tính điện áp của đầu phân áp trung bình UPAtb = Theo giá trị của đầu phân áp trung bình tìm đầu phân áp tiêu chuẩn gần nhất theo công thức: UPAtc = Uđmc.(1 + n.e%) n = Sau đó tính toán kiểm tra lại độ lệch điện áp tại các chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu và sự cố. So sánh chúng với các yêu cầu điều chỉnh thường hoặc khác thường, theo các bước sau: Tính điện áp ở phía hạ áp ứng với các chế độ theo công thức: UHi = U'i Xác định độ lệch phần trăm: dUi% = Sau đó so sánh với dUicp% và kết luận Với MBA không điều chỉnh điện áp dưới tải chọn phạm vi đc: 115 ± 4.2,5% Với MBA điều chỉnh điện áp dưới tải chọn phạm vi đc : 115 ± 9.1,78% 1.Chọn đầu phân áp cho MBA của phụ tải 1. Công suất và điện áp thanh cái cao áp tương ứng với các chế độ phụ tải max, min và sự cố: S'B11 = 42,21 + j27,16 MVA UC1= 115,57 kV S'B12 = 21,11 + j 14,90 MVA UC2= 112,93 kV S'B13 = 42,21 + j27,16 MVA UC3= 109,9 kV Tổng trở của máy biến áp: ZB1 = 1,44 + j34,8 W Điện áp trên thanh cái hạ áp quy đổi về cao áp: U'1 = 115,57 - = 111,22 kV U'2 = 112,93 - = 108,07 kV U'3 = 109,9 - = 105,32 kV Phụ tải là loại I, yêu cầu điều chỉnh điện áp thường do đó: Uyc1 ³ 22 +(2,5%.22) = 22,55 kV Uyc2 Ê 22 +(7,5%.22) = 23,65 kV Uyc3 ³ 22 + (-2,5%.22) = 21,45 kV Điện áp tại các đầu phân áp: UPA1= 111,22. = 119,62 kV UPA2= 108,07. = 110,58 kV UPA3= 105,32. = 118,82 kV Điện áp của đầu phân áp trung bình: UPAtb = = 115,1 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n = = 0,03 chọn n = 0 UPAtc=115 + .115 = 115 kV Kiểm tra lại đầu phân áp đã chọn: UH1= 111,22.= 23,4 kV; dU1% = 3,77% > dUcp1% UH2= 108,07.= 22,74 kV; dU1% = 3,85% < dUcp2% UH3= 105,32.= 22,16 kV; dU1% = 3,32% > dUcp3% Vậy các đầu phân áp tiêu chuẩn đã chọn thoả mãn được yêu cầu điều chỉnh điện áp cho phụ tải. 2.Chọn đầu phân áp cho MBA của phụ tải 2. Công suất và điện áp thanh cái cao áp tương ứng với các chế độ phụ tải max, min và sự cố: S'B21 = 38,19 + j26,7 MVA UC1= 112,62 kV S'B22 = 14,069 + j7,838 MVA UC2= 111,69 kV S'B23 = 38,19 + j26,7 MVA UC3= 111,41 kV Tổng trở của máy biến áp: ZB3 = 0,87 + j22 W Điện áp trên thanh cái hạ áp quy đổi về cao áp: U'1 = 112,62 - = 107,11 kV U'2 = 111,69 - = 108,98 kV U'3 = 111,41 - = 105,84 kV Phụ tải là loại III, yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường do đó: Uyc1 = 22 +(5%.22) = 23,1 kV Uyc2 = 22 +(0%.22) = 22 kV Uyc3 = 22 +(0 ữ +5%.22) = 22 ữ 23,1 kV Điện áp tại các đầu phân áp: UPA1= 107,11. = 112,21 kV UPA2= 108,98. = 119,88 kV UPA3= 105,84. = (110,88 ữ 116,424 ) kV Điện áp của đầu phân áp trung bình: UPAtb = = 115,38 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n == 0,132 chọn n = 0UPAtc=115 +.115 = 115 kV Kiểm tra lại đầu phân áp đã chọn : UH1=107,11 .= 22,54 kV; dU1% = 2,45% ẽdUcp1% UH2= 108,98.= 22,93 kV; dU2% = 4,23% ẽdUcp2% UH3= 105,84.= 22,27 kV; dU3% = 1,22% ẽdUcp3% Vậy các đầu phân áp tiêu chuẩn đã chọn không thoả mãn được yêu cầu điều chỉnh điện áp cho phụ tải, do đó ta phải chọn máy biến áp điều áp dưới tải. Chọn đầu phân áp cho từng chế độ: Chế độ max: n = = - 1,36 chọn n = -1 UPAtc=115 +.115 = 112,953 kV Kiểm tra: UH1=107,11 .= 22,95 kV; dU1% = 4,32 % ằ dUcp1% Chế độ min: n = = 2,38 chọn n =2 UPAtc=115 +.115 = 119,094 kV Kiểm tra: UH2= 108,89.= 22,1 kV; dU2% = 0,45% ằdUcp2% Chế độ sự cố: n = = - 2,01á 0,7 chọn n = (-2 á 0) UPAtc=115 +.115 = 110,906 á 115 kV Kiểm tra: UH3= 105,84.= ( 22,27 á 23,09 ) kV; dU3% = ( 1,23 á 4,95)% ẻdUcp3% Như vậy máy biến áp điều áp dưới tải và các đầu phân áp đã chọn thoả mãn điều kiện về điều chỉnh điện áp. 3.Chọn đầu phân áp cho MBA của phụ tải 3. Công suất và điện áp thanh cái cao áp tương ứng với các chế độ phụ tải max, min và sự cố: S'B31 = 40,21 + j21,55 MVA UC1= 114,85 kV S'B32 = 21,1 + j11,55 MVA UC2= 112,67 kV S'B33 = 40,21 + j21,55 MVA UC3= 108,10 kV Tổng trở của máy biến áp: ZB3 = 1,87 + j43,5 W Điện áp trên thanh cái hạ áp quy đổi về cao áp: U'1 = 114,85 - = 110,44 kV U'2 = 112,67 - = 107,86 kV U'3 = 108,1 - = 103,42 kV Phụ tải là loại I, yêu cầu điều chỉnh điện áp thường do đó: Uyc1 ³ 22 +(2,5%.22) = 22,55 kV Uyc2 Ê 22 +(7,5%.22) = 23,65 kV Uyc3 ³ 22 + (-2,5%.22) = 21,45 kV Điện áp tại các đầu phân áp: UPA1= 110,44. = 115,7 kV UPA2= 107,86. = 118,65 kV UPA3= 103,42. = 116,68 kV Điện áp của đầu phân áp trung bình: UPAtb = = 117,18 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n == 0,76 chọn n = 0UPAtc=115 +.115 = 115 kV Kiểm tra lại đầu phân áp đã chọn: UH1=110,44 .= 23,24 kV; dU1% = 5,64 % > dUcp1% UH2= 107,86.= 22,7 kV; dU2% = 3,18% < dUcp2% UH3= 103,42.= 21,76 kV; dU3% = - 1,09% > dUcp3% Vậy đầu phân áp tiêu chuẩn đã chọn thoả mãn được yêu cầu điều chỉnh điện áp cho phụ tải. 4.Chọn đầu phân áp cho MBA của phụ tải 4. Công suất và điện áp thanh cái cao áp tương ứng với các chế độ phụ tải max, min và sự cố: S'B41 = 42,21 + j26,22 MVA UC1= 117,26 kV S'B42 = 21,11 + j14,9 MVA UC2= 112,87 kV S'B43 = 42,21 + j26,22 MVA UC3= 108,91 kV Tổng trở của máy biến áp: ZB4 = 1,44 + j34,8 W Điện áp trên thanh cái hạ áp quy đổi về cao áp: U'1 = 117,26 - = 113,11 kV U'2 = 112,87 - = 108 kV U'3 = 108,91 - = 104,44 kV Phụ tải là loại I, yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường do đó: Uyc1 = 22 +(5%.22) = 23,1 kV Uyc2 = 22 +(0%.22) = 22 kV Uyc3 = 22 +(0 ữ +5%.22) = 22 ữ 23,1 kV Điện áp tại các đầu phân áp: UPA1= 113,11. = 118,49 kV UPA2= 108. = 118,8 kV UPA3= 104,44. = (109,41 ữ 114,88) kV Điện áp của đầu phân áp trung bình: UPAtb = = 114,11 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n == - 0,3 chọn n = 0UPAtc=115 +.115 = 115 kV Kiểm tra lại đầu phân áp đã chọn: UH1= 113,11 .= 23,8 kV; dU1% = 8,18% ẽ dUcp1% UH2= 108.= 22,73 kV; dU2% = 3,32% ẽdUcp2% UH3= 104,44.= 21,98 kV; dU3% = - 0,09% ẻdUcp3% Vậy đầu phân áp tiêu chuẩn đã chọn không thoả mãn được yêu cầu điều chỉnh điện áp cho phụ tải, do đó ta phải chọn máy biến áp điều áp dưới tải. Chọn đầu phân áp cho từng chế độ: Chế độ max: n = = 1,7 chọn n=2UPAtc=115 +.115 = 119,094 kV Kiểm tra: UH1=113,11 .= 22,98 kV; dU1% = 4,45 % ằ dUcp1% Chế độ min: n = = 1,86 chọn n = 2 UPAtc=119,094 kV Kiểm tra: UH2= 108.= 21,95 kV; dU2% = - 0,22% ằdUcp2% Chế độ sự cố: n = = - 2,73á - 0,06 chọn n = -1 UPAtc=115 +.115 = 112,953 kV Kiểm tra: UH3 = 104,44.= 22,38 kV; dU3% = 1,73% ẻdUcp3% Như vậy máy biến áp điều áp dưới tải và các đầu phân áp đã chọn thoả mãn điều kiện về điều chỉnh điện áp. 5.Chọn đầu phân áp cho MBA của phụ tải 5. Công suất và điện áp thanh cái cao áp tương ứng với các chế độ phụ tải max, min và sự cố: S'B51 = 40,19 +j 19,75 MVA UC1= 116,88 kV S'B52 = 20,1 + j14,13 MVA UC2= 111,63 kV S'B53 = 40,19 +j 19,75 MVA UC3= 112,16 kV Tổng trở của máy biến áp: ZB5 = 1,44 + j34,8 W Điện áp trên thanh cái hạ áp quy đổi về cao áp: U'1 = 116,88 - = 113,69 kV U'2 = 111,63 - = 106,95 kV U'3 = 112,16 - = 108,84 kV Phụ tải là loại I, yêu cầu điều chỉnh điện áp thường do đó: Uyc1 ³ 22 + (2,5%.22) = 22,55 kV Uyc2 Ê 22 + (7,5%.22) = 23,65 kV Uyc3 ³ 22 + (-2,5%.22) = 21,45 kV Điện áp tại các đầu phân áp: UPA1= 113,69. = 122 kV UPA2= 106,95. = 109,44 kV UPA3= 108,84. = 122,79 kV Điện áp của đầu phân áp trung bình: UPAtb = = 116,115 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n = = 0,39 chọn n = 0 UPAtc=115 kV Kiểm tra lại đầu phân áp đã chọn: UH1= 113,69 .= 23,92 kV; dU1% = 8,73% > dUcp1% UH2= 106,59.= 22,43 kV; dU2% = 1,95% < dUcp2% UH3= 108,84.= 22,9 kV; dU3% = 4,09% > dUcp3% Vậy các đầu phân áp tiêu chuẩn đã chọn thoả mãn được yêu cầu điều chỉnh điện áp cho phụ tải. 6.Chọn đầu phân áp cho MBA của phụ tải 6. Công suất và điện áp thanh cái cao áp tương ứng với các chế độ phụ tải max, min và sự cố: S'B61 = 38,19 + j18,73 MVA UC1= 116,89 kV S'B62 = 19,1 + j10,9 MVA UC2= 111,9 kV S'B63 = 38,19 + j18,73 MVA UC3= 113,93 kV Tổng trở của máy biến áp: ZB6 = 1,87 + j43,5 W Điện áp trên thanh cái hạ áp quy đổi về cao áp: U'1 = 116,89 - = 113,1 kV U'2 = 111,9 - = 107,34 kV U'3 = 113,93 - = 110,04 kV Phụ tải là loại I, yêu cầu điều chỉnh điện áp thường do đó: Uyc1 ³ 22 + (2,5%.22) = 22,55 kV Uyc2 Ê 22 + (7,5%.22) = 23,65 kV Uyc3 ³ 22 + (-2,5%.22) = 21,45 kV Điện áp tại các đầu phân áp: UPA1= 113,1. = 121,38 kV UPA2= 107,34. = 109,84 kV UPA3= 110,04. = 124,15 kV Điện áp của đầu phân áp trung bình: UPAtb = = 117 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n = = 0,69 chọn n = 1 UPAtc=115 +.115 = 117,87 kV Kiểm tra lại đầu phân áp đã chọn: UH1= 113,1 .= 23,22 kV; dU1% = 5,55% >dUcp1% UH2= 107,34.= 22,04 kV; dU2% = 0,18% < dUcp2% UH3= 110,04.= 22,59 kV; dU3% = 2,68% > dUcp3% Vậy các đầu phân áp tiêu chuẩn đã chọn thoả mãn được yêu cầu điều chỉnh điện áp cho phụ tải. 7.Chọn đầu phân áp cho MBA của phụ tải 7. Công suất và điện áp thanh cái cao áp tương ứng với các chế độ phụ tải max, min và sự cố: S'B71 = 38,17 + j17,02 MVA UC1= 113,93 kV S'B72 = 19,09 + j13,02 MVA UC2= 109,63 kV Tổng trở của máy biến áp: ZB7 = 0,87 + j22 W Điện áp trên thanh cái hạ áp quy đổi về cao áp: U'1 = 113,93 - = 110,35 kV U'2 = 109,63 - = 106,87 kV Phụ tải là loại III, yêu cầu điều chỉnh điện áp thường do đó: Uyc1 ³ 22 + (2,5%.22) = 22,55 kV Uyc2 Ê 22 + (7,5%.22) = 23,65 kV Điện áp tại các đầu phân áp: UPA1= 110,35. = 118,42 kV UPA2= 106,87. = 109,36 kV Điện áp của đầu phân áp trung bình: UPAtb = = 113,89 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n = = 0,386 chọn n = 0 UPAtc=115 +.115 = 115 kV Kiểm tra lại đầu phân áp đã chọn: UH1=110,35 .= 23,22 kV; dU1% = 5,55% > dUcp1% UH2= 106,87.= 22,49 kV; dU2% = 2,23% < dUcp2% Vậy đầu phân áp tiêu chuẩn đã chọn đã thoả mãn được yêu cầu điều chỉnh điện áp cho phụ tải . 8.Chọn đầu phân áp cho MBA của phụ tải 8. Công suất và điện áp thanh cái cao áp tương ứng với các chế độ phụ tải max, min và sự cố: S'B81 = 42,19 + j17,95 MVA UC1= 116,32 kV S'B82 = 21,11 + j14,9 MVA UC2= 111,13 kV S'B83 = 42,19 + j17,95 MVA UC3= 110,84 kV Tổng trở của máy biến áp: ZB8 = 1,44 + j34,8 W Điện áp trên thanh cái hạ áp quy đổi về cao áp: U'1 = 116,32 - = 113,37 kV U'2 = 111,13 - = 106,19 kV U'3 = 110,84 - = 107,75 kV Phụ tải là loại I, yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường do đó: Uyc1 = 22 +(5%.22) = 23,1 kV Uyc2 = 22 +(0%.22) = 22 kV Uyc3 = 22 +(0 ữ +5%.22) = 22 ữ 23,1 kV Điện áp tại các đầu phân áp: UPA1= 113,37. = 118,77 kV UPA2= 106,19. = 116,81 kV UPA3= 107,75. = (112,88 á 118,53) kV Điện áp của đầu phân áp trung bình: UPAtb = = 115,83 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n = = - 0,29 chọn n = 0 UPAtc=115 kV Kiểm tra lại đầu phân áp đã chọn: UH1= 113,37.= 23,85 kV; dU1% = 8,4% ẽ dUcp1% UH2= 106,19.= 22,35 kV; dU2% = 1,59% ẽ dUcp2% UH3= 107,75.= 22,67 kV; dU3% = 3,05% ẻ dUcp3% Vậy đầu phân áp tiêu chuẩn đã chọn không thoả mãn được yêu cầu điều chỉnh điện áp cho phụ tải. Do đó ta phải chọn máy biến áp điều áp dưới tải. Chọn đầu phân áp cho từng chế độ: Chế độ max: n = = 1,84 chọn n = 2 UPAtc=115 +.115 = 119,1 kV Kiểm tra: UH1=113,37 .= 23,04 kV; dU1% = 4,73 % ằ dUcp1% Chế độ min: n = = 0,88 chọn n =1 UPAtc= 115 +.115 = 117,047 kV Kiểm tra: UH2= 106,19.= 21,96 kV; dU2% = - 0,18% ằ dUcp2% Chế độ sự cố: n = = (- 1,04 á 1,72) chọn n = 0 UPAtc=115 +.115 = 115 kV Kiểm tra: UH3= 107,75.= 22,67 kV dU3% = 3,05% ẻdUcp3% Như vậy máy biến áp điều áp dưới tải và các đầu phân áp đã chọn thoả mãn điều kiện về điều chỉnh điện áp. II. Chọn đầu phân áp cho các máy biến áp tăng áp: Việc lựa chọn đầu phân áp cho các máy biến áp tăng áp phải căn cứ vào khả năng điều chỉnh điện áp của máy phát điện. Thông thường các máy phát điện cho phép điều chỉnh điện áp trong phạm vi ±5%UđmF bằng cách thay đổi dòng điện kích từ. Các bước tiến hành lựa chọn đầu phân áp cho các máy biến áp tăng áp: Tính điện áp tại đầu cực máy phát: UFi = (1±5%)UđmF Tính tổn thất điện áp trong máy biến áp theo các chế độ vận hành: DUBi = Tính điện áp các đầu phân áp ứng với các chế độ vận hành: UFi = UđmF ị UPAi = + DUBi Tính điện áp các đầu phân áp trung bình: UPAtb = Dựa theo các đầu phân áp tiêu chuẩn của máy biến áp, chọn đầu phân áp gần nhất. Sau đó kiểm tra lại theo điều kiện khả năng điều chỉnh ±5%UđmF của máy phát điện. 1. Nhà máy nhiệt điện 1: Gồm có: 2 tổ máy có công suất P = 2.100 MW, cosj = 0,85, UđmF = 10,5 kV 2 máy biến áp tăng áp có: SđmB = 125 MVA, ZB = 0,33 + j11,1 W. Ban đầu chọn máy biến áp không điều áp dưới tải: phạm vi điều chỉnh là ±2.2,5%Uđm Điện áp yêu cầu tại đầu cực máy phát: Uyc1 < UđmF + 5%UđmF = 10,5 + 5%.10,5 = 11,025 kV Uyc2 > UđmF - 5%UđmF = 10,5 - 5%.10,5 = 9,975 kV Uyc3 > UđmF - 5%UđmF = 10,5 - 5%.10,5 = 9,975 kV Tổn thất điện áp trong các máy biến áp tăng áp trong các chế độ: DUB1 = = 4,25 kV DUB2 = = 4,435 kV DUB3 = = 5,36 kV Điện áp của đầu phân áp trong các chế độ: UPA1 = + DUB1 = + 4,25 = 119,05 kV UPA2 = + DUB2 = + 4,435 = 126 kV UPA3 = + DUB3 = + 5,36 = 131 kV Đầu phân áp trung bình: UPAtb = = 125,025 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n = = 3,5 chọn n = 4 UPAtc=115 + .115 =126,5 kV Điện áp thực tại đầu cực máy phát ở các chế độ: UF1= = = 10,35 kV UF2= = = 9,98 kV UF3= = = 10,35 kV Độ lệch điện áp trên đầu cực máy phát: dU1% = .100 = .100 = - 1,43% < dUcp1% = 5% dU2% = .100 = .100 = - 4,95% > dUcp2% = -5% dU3% = .100 = .100 = -1,43 % > dUcp3% = -5% Vậy máy biến áp không điều áp dưới tải với các đầu phân áp đã chọn thoả mãn điều kiện về điều chỉnh điện áp. 2. Nhà máy nhiệt điện 2: Gồm có : 6 tổ máy có công suất P = 6.50 MW, cosj = 0,85, UđmF = 10,5 kV 6 máy biến áp tăng áp có: SđmB = 63 MVA, ZB = 0,87 + j22 W. Ban đầu chọn máy biến áp không điều áp dưới tải: phạm vi điều chỉnh là ±2.2,5%Uđm Điện áp yêu cầu tại đầu cực máy phát: Uyc1 < UđmF + 5%UđmF = 10,5 + 5%.10,5 = 11,025 kV Uyc2 > UđmF - 5%UđmF = 10,5 - 5%.10,5 = 9,975 kV Uyc3 > UđmF - 5%UđmF = 10,5 - 5%.10,5 = 9,975 kV Tổn thất điện áp trong các máy biến áp tăng áp trong các chế độ: DUB1 = = 2,96 kV DUB2 = = 3,16 kV DUB3 = = 4,22 kV Điện áp của đầu phân áp trong các chế độ: UPA1 = + DUB1 = + 2,96 = 118,2 kV UPA2 = + DUB2 = + 3,16 = 123,25 kV UPA3 = + DUB3 = + 4,22 = 131,58 kV Đầu phân áp trung bình: UPAtb = = = 124,89 kV Chọn đầu phân áp tiêu chuẩn cho máy biến áp thường: n ==3,44 chọn n = 3UPAtc=115 + .115 =123,625 kV Điện áp thực tại đầu cực máy phát ở các chế độ : UF1= = = 10,53 kV UF2= = = 9,984 kV UF3= = = 10,64 kV Độ lệch điện áp trên đầu cực máy phát: dU1% = .100 = .100 = 0,29% < dUcp1% = 5% dU2% = .100 = .100 = - 4,91% > dUcp2% = -5% dU3% = .100 = .100 = 1,33% > dUcp3% = -5% Vậy máy biến áp không điều áp dưới tải với các đầu phân áp đã chọn thoả mãn điều kiện về điều chỉnh điện áp. Chương IX tính toán chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện I.Tính tổn thất điện năng trong mạng điện: Ta chỉ tính cho chế độ phụ tải max. Tổn thất điện năng trong mạng điện: SDA = SDAđd + SDAB + SDABù Trong đó: SDAđd là tổn thất điện năng trên các đường dây: SDAđd = SDPd .t = (DPdI1 + DPdI2 + DPdI3 + DPdI4 + DPdII4 + DPdII5 + DPdII6 + DPdII7 + DPdII8 ).t = (1,38 + 1,3 + 1,49 + 0,65 + 0,67 + 1,1 + 1,05 + 1,23 + 1,33).3521= = 10,2.3521 = 35914,2 MWh SDAB là tổn thất điện năng trong các máy biến áp: SDAB = n.DP0.T + MWh Thay số ta có: SDAB1 = 2.0,042.5100 + = 874,95 MWh SDAB2 = 0,059.5100 + = 755,98 MWh SDAB3 = 2.0,035.5100 + = 835,92 MWh SDAB4 = 2.0,042.5100 + = 867,03 MWh SDAB5 = 2.0,042.5100 + = 790,32 MWh SDAB6 = 2.0,035.5100 + = 776,79 MWh SDAB7 = 2.0,059.5100 + = 678,40 MWh SDAB8 = 2.0,042.5100 + = 810,19 MWh ị SDAB = 874,95 + 755,98 + 835,92 + 867,03 + 790,32 + 776,79 + + 678,40 + 810,19 = 6389,58 MWh SDABù : Tổn thất điện năng trong các thiết bị bù SDABù = SDpBù . T = 0,005.39,72.5100 = 1012,86 MWh ị SDA=SDAđd+SDAB+SDABù= 35914,2 + 6389,58 + 1012,86 = 43316,64 MWh Tổn thất điện năng tính theo % điện năng của phụ tải: DA% = SDA.100/SApt Trong đó : SApt = SPptmax.T = 320.5100 = 1632000 MWh ị DA% = 43316,64.100/1632000 = 2,65% II.Tính vốn đầu tư cho mạng điện: Vốn đầu tư cho mạng điện bao gồm vốn đầu tư cho đường dây và vốn đầu tư cho các trạm biến áp: K = KĐD + KTBA KĐD = 219755,64.106 đ là vốn đầu tư cho đường dây (đã tính ở Chương V) KTBA là tổng vốn đầu tư xây dựng các trạm biến áp tăng và giảm áp. Đối với các trạm biến áp giảm áp: Nếu trạm có 2 máy biến áp làm việc song song thì ta phải nhân suất vốn đầu tư mỗi trạm với hệ số 1,8; Nếu máy biến áp làm việc dưới tải thì ta nhân thêm với hệ số 1,3. Đối với các máy biến áp tăng áp trong các nhà máy điện thì tổng vốn đầu tư bằng số máy biến áp nhân với suất vốn đầu tư của mỗi máy. Nếu máy biến áp là điều áp dưới tải thì phải nhân suất vốn đầu tư với 1,3. Bảng số liệu và kết quả tính KTBA Trạm Số MBA Sdđ(MVA) Phương thức điều áp K0(106đ) KTBAi(106đ) I 2 125 Không dưới tải 52000 104.000 II 6 63 Không dưới tải 35000 210.000 1 2 40 Không dưới tải 25000 45.000 2 1 63 Dưới tải 35000 45.500 3 2 32 Không dưới tải 22000 39.600 4 2 40 Dưới tải 25000 58.500 5 2 40 Không dưới tải 25000 45.000 6 2 32 Không dưới tải 22000 39.600 7 1 63 Không dưới tải 35000 35.000 8 2 40 Dưới tải 25000 58.500 Thiết bị bù 39,72 MAVr 150 5.958 KTBA 686.658 ị K = 219755,64.106 đ + 686658.106 = 906413,64.106 đ III. Tính toán giá thành tải điện: Phí tổn vận hành hàng năm của mạng điện: Y = avhĐD.KĐD + avhB.KTBA + C.SDA Trong đó: avhĐD là hệ số vận hành(khấu hao hao mòn, tu sửa, phục vụ của đường dây). Đường dây xây dựng với cột bê tông cốt thép ta lấy avhĐD = 0,04 avhTBA là hệ số vận hành của trạm biến áp (kể cả thiết bị bù, máy cắt điện và các thiết bị khác ở trong trạm), tuỳ theo công suất của trạm có thể chọn hệ số vận hành avhTBA = 0,1á0,4. ở đây ta chọn avhTBA = 0,125 C là giá tổn thất điện năng: C = 500đ/ kWh = 5.105đ/MWh Thay số vào công thức trên ta có: Y = 0,04.219755,64.106+ 0,125.686658.106 + 5.105. 43316,64 = 116280,8.106đ Giá thành tải điện: b = (đ/kWh) Thay số ta có: b = = 71,25 đ/kWh Giá thành xây dựng mạng điện cho 1 MW công suất phụ tải: k = = = 2832,54.106 đ/MW Bảng tổng kết các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu TT Các chỉ tiêu Trị số Đơn vị 1 DUmax% bình thường 7,2 % 2 DUmax% sự cố 11,3 % 3 Tổng độ dài đường dây: Lộ đơn Lộ kép 531,52 123,65 407,87 km km km 4 Tổng dung lượng các trạm biến áp 1202 MVA 5 Tổng dung lượng bù 39,72 MVAr 6 Vốn đầu tư : Đường dây Trạm biến áp Thiết bị bù 219,76 680,70 5,96 109VNĐ 109VNĐ 109VNĐ 7 Tổng vốn đầu tư 906,42 109VNĐ 8 Tổng công suất phụ tải max 320 MW 9 Điện năng tải hàng năm 1632000 MWh 10 Tổng tổn thất công suất SDP 12,254 MW 11 Tổng tổn thất công suất SDP% 3,83 % 12 Tổng tổn thất điện năng SDA 43316,64 MWh 13 Tổng tổn thất điện năng SDA% 2,65 % 14 Giá thành mạng điện cho 1MW 2,83 109VNĐ/MW 15 Phí tổn vận hành hàng năm 116,28 109đ 16 Giá thành tải điện 71,25 VNĐ/kWh phần ii thiết kế cấp điện Chương I Thiết kế trạm biến áp i. phần mở đầu Trong nghành điện lực Việt nam việc thiết kế trạm biến áp là một công việc được quan tâm hàng đầu vì khi tính toán cung cấp điện cho một cụm dân cư, một khu phố, một khu vực thì trạm biến áp là một trong những thiết bị quan trọng. Khi tính toán thiết kế trạm biến áp ta cần phải chú ý đến vị trí địa lý, nguồn cung cấp, yêu cầu của phụ tải, công suất sử dụng trên cơ sở đó để đề ra được phương án cấp điện hợp lý cho trạm biến áp. Thiết kế trạm biến áp được tiến hành theo các trình tự sau: 1. Chọn MBA và sơ đồ nối dây của trạm. 2. Chọn các thiết bị cao áp. 3. Chọn các thiết bị hạ áp. 4. Tính ngắn mạch để kiểm tra các thiết bị đã chọn. 5. Tính nối đất. Các số liệu ban đầu: Trạm biến áp có công suất định mức Sđm = 180 kVA Điện áp : 22/0,4 kV Công suất ngắn mạch S = 250 MVA Phương áp cấp điện: Trạm biến áp có công suất nhỏ, thiết kế cho khu vực đô thị nên ta chọn kiểu trạm treo. Đây là kiểu trạm mà toàn bộ thiết bị cao hạ áp và máy biến áp được đặt trên cột. Trạm có ưu điểm tiết kiệm đất nên thường được dùng cho các trạm công cộng đô thị, trạm biến áp cơ quan. SƠ Đồ NGUYÊN Lý TRạM BIếN áP 180 kVA-22/0,4 kV II. Chọn các phần tử của trạm: 1. Chọn máy biến áp: MBA được chọn theo điều kiện: SđmB ³ Stt với Stt là công suất tính toán của phụ tải. ở đây trạm chỉ có một máy biến áp nêu ta lấy Stt = Syc = 180 kVA Điện áp của trạm Uđm= 22/0,4 kV Chọn MBA do Công ty thiết bị điện Đông anh chế tạo, có các thông số cho trong bảng sau: Sđm (kVA) UC (kV) UH(kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% 180 22 0,4 0,5 2,32 5 XHT N1 HT 2. Chọn các thiết bị điện cao áp. Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch Với lưới 22KV, Utb = 1,05.Uđm = 1,05.22 = 23,1 kV. Khi đó điện kháng hệ thống: XHT = W a. Chọn chống sét van: Chống sét van được chọn theo điều kiện: UđmCSV ³ Uđmmạng Trạm được cung cấp điện từ đường dây trên không nên phải đặt chống sét van ở đầu vào của trạm. Chọn chống sét van do SIEMENS chế tạo có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau: Loại Vật liệu Uđm(kV) Dòng điện phóng định mức (kA) Vật liệu vỏ 3EG4 Cacbua Silic 24 5 Sứ b. Chọn cầu chì tự rơi. Dòng điện lớn nhất lâu dài đi qua cầu chì chính là dòng quá tải của máy biến áp, thường trong những giờ cao điểm cho phép máy biến áp quá tải 25% nên dòng điện cưỡng bức là: Icb = IqtMBA = 1,25.IđmB = 1,25.= 5,9 A Dòng ngắn mạch tại điểm N1: IN = = = 8,745 kA Chọn cầu chì tự rơi do CHANCE chế tạo, có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau: Loại Ulvmax(kV) Iđm(A) IN(kA) Khối lượng(kg) C710-212PB 27 100 12 9,16 Kiểm tra cầu chì tự rơi đã chọn: Các đại lượng Kết quả kiểm tra 1. Điện áp định mức (kV) 2. Dòng điện định mức (A) 3. Dòng cắt định mức (kA) 4. Công suất cắt định mức (kVA) UđmCC = 27 > Uđmmạng = 22 IđmCC = 100 > Icb = 5,9 IcđmCC = 12 > IN = 8,745 Scđm = .22.12 > .22.8,745 c. Chọn sứ cao áp: Chọn sứ đặt ngoài trời do Nga chế tạo, có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau: Kiểu U(kV) Phụ tải phá hoại(kG) Khối lượng (kg) Uđm Upđ khô Upđ ướt ОШН-35-2000 35 120 80 2000 44,6 d. Chọn thanh dẫn xuống MBA. Thanh dẫn được chọn theo dòng làm việc cưỡng bức: Icp ³ Icb Chọn thanh dẫn bằng đồng, tiết diện tròn: F8, Icp = 235A 3. Chọn các thiết bị hạ áp. Sơ đồ thay thế để tính ngắn mạch: HT ZB ZC ZAT ZAN N4 N3 N2 a. Chọn cáp từ máy biến áp đến tủ phân phối: Do khoảng cách ngắn nên ta chọn theo điều kiện phát nóng cho phép. đồng thời hiệu chỉnh nhiệt độ với nhiệt độ môi trường là 350c tra bảng có : Khc = 0,77 Dòng hạ áp tổng của máy biến áp: Itt = IđmB = = 260 A Chọn cáp có Icp . Khc ³ Itt hay Chọn 5m cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo, có thông số kỹ thuật cho trong bảng sau: F (mm2) Đường kính (mm) Trọng lượng 1km đường dây kg/km Điện trở dây dẫn ở 20oC W/km Icp (A) lõi Vỏ Trong nhà Ngoài trời min max 3´120 +70 12,6/10 38,9 45,4 5090 0,153/0,268 343 346 Tổng trở biến áp quy về phía hạ áp: ZB = RB + XB = .106 = .106 = 11,456 + j 44,44 mW Cáp PVC (3´150 +70) do LENS chế tạo có r0 = 0,153 W/km; x0 = 0,1 W/km ZC = RC + j XC = r0.l + jx0.l = 0,153.5 + j0,1.5 = 0,765 +j0,5 mW Tổng trở tương đương của điểm ngắn mạch N2: ZN2 = ZB + ZC = 11,456 + j 44,44 + 0,765 +j0,5 = 12,221 + j44,94 mW Dòng điện ngắn mạch có trị số: IN2 = = = 4,96 kA Để thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch, tiết diện cáp phải thoả mãn điều kiện sau: F ³ a.IN. = 6.4,96.= 26,62 (a: hệ số nhiệt độ, với cáp đồng a = 6; t : thời gian quy đổi, lấy bằng thời gian tồn tại ngắn mạch, t = 0,8s) Như vậy cáp PVC (3´120 + 70) đã chọn là thoả mãn. b. Chọn Aptomat: Aptomat được chọn theo 3 điều kiện: UđmA ³ Uđmmạng = 0,4 kV IđmA ³ Itt = IđmB.k ( k : hệ số quá tải =1,25) IcđmA ³ IN Chọn Aptomat tổng: IđmAT ³ Itt = IđmB.k = 260.1,25 = 325 A ị chọn Aptomat 400AF có Iđm = 400A do LG chế tạo. Chọn Aptomat nhánh: IđmAT ³ Itt = k.IđmB/3 = 1,25.260 =108 A ị chọn Aptomat 225AF có Iđm = 150 A do LG chế tạo. Các số liệu kỹ thuật của hai loại Aptomat đã chọn cho trong bảng sau: Aptomat Loại Uđm(V) Iđm(A) Icđm(kA) AT NS400E 600 400 18 AT NS150E 600 125 7,5 Các Aptomat đã chọn cần được kiểm tra theo điều kiện cắt dòng ngắn mạch: Aptomat tổng: Kiểm tra theo dòng ngắn mạch tại điểm N3 Aptomat nhánh: Kiểm tra theo dòng ngắn mạch tại điểm N4 Aptomat tổng có: ZAT = RAT + jXAT = (R1 + R2) + jXAT = (0,4 + 0,1) + j0,15 = 0,5 + j0,15 mW Trong đó: R1 là điện trở tiếp xúc của Aptomat R2; X2 là điện trở và điện kháng của cuộn dây bảo vệ quá dòng của Aptomat (tra bảng). Dòng ngắn mạch tại điểm N3: IN3 = = = 4,93 kA Aptomat tổng có Icđm = 18 > IN3 = 4,93 nên thoả mãn điều kiện. Với Aptomat nhánh vì có Icđm = 7,5 kA > IN3 mà IN3 > IN4 nên không phải tính ngắn mạch tại điểm N4 để kiểm tra Aptomat nhánh theo điều kiện cắt dòng ngắn mạch. Mà ta có ngay Icđm = 7,5 kA > IN4 nên các Aptomat nhánh được chọn đã đảm bảo yêu cầu. Như vậy các Aptomat đã chọn là hợp lý. c. Chọn thanh góp hạ áp: Dòng điện lớn nhất qua thanh cái hạ áp là dòng định mức của máy biến áp: IđmB = 260 A Chọn thanh cái đồng, thiết diện chữ nhật, M30´3 có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau: Kích thước mm Fmột thanh mm2 Khối lượng kg/m Icp A Icp.Khc A 25´3 75 0,668 340 261,8 h b Cần kiểm tra ổn định động và ổn định nhiệt của thanh dẫn theo dòng ngắn mạch tại N3. IN3 = 4,93 kA Trị số dòng ngắn mạch xung kích: ixk3 = 1,8..IN3 = 1,8..4,93 = 12,55 kA Dự định đặt 3 thanh góp 3 pha cách nhau 15 cm, mỗi thanh đặt trên hai sứ khung tủ cách nhau 70 cm: Ftt = 1,67.10-2..ixk = 1,67.10-2..12,55 = 0,978 kG M = = = 6,846 kG.cm Mô men chống uốn của thanh góp đặt đứng: W = = = 0,0375 cm3 ứng suất tính toán xuất hiện trong thanh góp do tác động của lực điện động dòng ngắn mạch: = 182,56 kG/cm3 Với a = 6 và tqđ = tc = 0,5s ta có kết quả kiểm tra thanh góp đã chọn ở bảng sau: Đại lượng chọn và kiểm tra Kết quả Dòng phát nóng lâu dài cho phép (A) Khả năng ổn định động (kG/cm) Khả năng ổn định nhiệt (mm2) K1.Khc.Icb = 1.0,77.340 > 260 = 1400 > = 182,56 F = 25.3 =75 > aIN=20,92 Thanh góp đồng M25´3 đã chọn là thoả mãn. d. Chọn sứ hạ áp: Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Điện áp định mức (kV) Lực cho phép tác động lên đầu sứ UđmS ³ Uđm mạng Fcp ³ k.Ftt Thanh dẫn Sứ H/ H Trong đó: Fcp = 0,6.Fphá hoại k = H'/H Lực tính toán tác dụng của dòng ngăn mạch xung kích: Ftt = 1,67.10-2..i2xk = 1,67.10-2..12,552 = 12,47 kG Chọn sứ đỡ đặt trong nhà do Nga chế tạo có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau: Loại U (kV) Phụ tải phá hoại kG Khối lượng kg Uđm Upđ khô ОФ1-375 1 11 375 0,7 Sứ được chọn có Fcp = 0,6.375 = 225 kG > Ftt = 12,47 kG. Như vậy sứ đã chọn thoả mãn các điều kiện e. Chọn các đồng hồ đo đếm điện: Trong tủ phân phối đặt 3 đồng hồ Ampe, 1 đồng hồ Volt, 1 công tơ hữu công, 1 công tơ vô công. Chọn tất cả các đồng hồ và công tơ do nhà máy thiết bị đo Trần Nguyên Hãn chế tạo, có cấp chính 0,5: Voltmet: Uđm = 400V Ampemet: Iđm = 300A Công tơ: 3x5(A) - 220/380(V) f. Chọn BI: Dòng lớn nhất qua BI: Icb = IđmB = 260 A Phụ tải thứ cấp của BI: Ampemet: 0,1 VA Công tơ vô công: 2,5 VA Công tơ hữu công: 2,5 VA Tổng phụ tải: 5,1 VA Chọn BI do công ty Đo điện Hà Nội chế tạo, số lượng 3 BI đặt trên 3 pha đấu sao. Các thông số kỹ thuật chính: Loại Uđm V Iđm A I2đm A Số vòng sơ cấp Dung lượng VA Cấp chính xác BD9/1 600 300 5 1 10 0,5 Dây dẫn dùng dây đồng tiết diện 2,5 mm2: M2,5. Không cần kiểm tra ổn định động và ổn định nhiệt. II. Tính toán nối đất cho trạm biến áp. Hệ thống nối đất trong trạm biến áp có ba chức năng chính sau: nối đất làm việc, nối đất an toàn và nối đất chống sét. Nêu việc nối đất cho trạm biến áp là rất quan trọng, đem lại độ tin cậy cao trong việc cung cấp điện, an toàn cho người và thiết bị. Hệ thống nối đất bao gồm các thanh thép góc L60´60´6 dài 2,5m được nối với nhau bằng thanh thép dẹt 40 ´4 mm tạo thành mạch vòng nối đất bao quanh trạm biến áp. Các cọc được đóng sâu dưới mặt đất 0,7 m, các thanh thép dẹt được hàn chặt với các cọc ở độ sâu 0,8m. Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt hệ thống nối đất trạm biến áp: Với điện trở suất của đất rđ = 0,4.104 W/cm tra bảng hiệu chỉnh theo hệ số mùa ta có: Kc = 1,4; Kt = 1,6 Điện trở nối đất của một thanh nối đất (cọc) R1c = 0,00298.Kc.r = 0,00298.1,4.0,4.104 = 16,688 W Xác định sơ bộ số cọc: n = ị n = 16,688 = 6cọc 0,69.4 Trong đó: hc là hệ số sử dụng cọc = 0,69 Ryc là điện trở nối đất yêu cầu = 4 W Điện trở của thanh nối: Rt = Trong đó: L: Tổng chiều dài thanh nối = (5 + 6).2 = 22m = 2200cm b: Chiều rộng của thanh = 4cm t: Độ chôn sâu của thanh = 0,8m = 80cm ị Rt = = 4,77 W Điện trở thực tế của thanh nối là: RT = = 11,925 W (ht là hệ số sử dụng thanh = 0,4) Điện trở nối đất cần thiết cho toàn bộ cọc là: Rc = = 6,02 W Số cọc chính xác cần phải đóng là: n = = 4,02 (lấy n = 5 cọc) Kiểm tra lại điện trở của hệ thống nối đất: RHT = = 3,44W < 4W Vậy hệ thống nối đất của trạm đạt yêu cầu. Chương II Thiết kế đường dây trung áp 22kV I. Phân cấp đường dây, vùng khí hậu và số liệu về đường dây dùng cho tính toán: 1. Quy định về phân loại đường dây trên không: Tuỳ theo tính chất quan trọng chủ yêu của phụ tải và cấp điện áp, đường dây trên không được chia làm 3 đẳng cấp sau: Đẳng cấp đường dây Điện áp của đường dây(kV) Loại hộ tiêu dùng I >35 35 Bất cứ loại nào Loại 1 và 2 II 35 1-20 Loại 3 Bất cứ loại nào III Ê 1 Bất cứ loại nào Dựa vào bảng trên ta chọn đẳng cấp của đường dây là loại II. 2. Quy định về hệ số an toàn: Hệ số an toàn: n = Trong đó: sgh: ứng suất giới hạn của dây dẫn (hoặc dây chống sét) scp: ứng suất cho phép của vật liệu làm dây dẫn Bảng trị số của hệ số an toàn như sau: Tính chất khu vục và đặc tính của dây dẫn n Nơi đông dân cư: Dây nhiều sợi 2 Dây một sợi 2,5 Nơi đông dân và khoảng vượt qua trọng: Dây nhôm nhiều sợi tiết diện tới 102 mm2 2,5 Dây đồng nhiều sợi tiết diện tới 70 mm2 2,5 Dây thép tiết diện tới 25mm2 2,5 Các dây trên nhưng tiết diện lớn hơn 2 Dây AC với mọi tiết diện 2 Với đầu bài ta có dây AC-95 nên ta chọn n = 2. 3.Quy định về các số liệu khí hậu dùng thiết kế: Ta có bảng phân vùng khí hậu như sau: Điều kiện tính toán Vùng khí hậu I II III IV 1.Lục nhiệt độ không khí thấp: Nhiệt độ (00C) Tốc độ gió v(m/s) 2. Lúc nhiệt độ không khí cao: Nhiệt độ (00C) Tốc độ gió v(m/s) 3. Lúc bão: Nhiệt độ (00C) Tốc độ gió v(m/s) 5 0 40 0 25 25 5 0 40 0 25 30 5 0 40 0 25 30 5 0 40 0 25 40 Theo đầu bài đường dây thiết kế đi qua vùng đồng bằng Bắc bộ nên ta chọn vùng khí hậu là vùng III. 4. Các số liệu về dây AC-95 phục vụ cho tính toán: Bảng số liệu về tải dây: Mã dây FA (mm2) FFe (mm2) g1 (10-3N/m.mm2) g2 (10-3N/m.mm2) g3 (10-3N/m.mm2) AC-95 95,4 15,9 36,5 75,6 84,5 Trong đó: g1: Tỉ tải do trọng lượng của bản thân dây dẫn g2: Tỉ tải do áp lực của gió lên dây dẫn g3: Tỉ tải do tổng hợp: g3 = Bảng số liệu về cơ lý của dây AC-95: Vật liệu dgh (N/mm2) E (N/mm2) a (1/0C) b = 1/E (mm2/N) A 175 61,6.103 23.10-6 10,23.10-6 Fe 1175 196.103 12.10-6 5,1.10-6 II. Tính toán và lựa chọn các phần tử trên đường dây: 1. Tính toán và lựa chọn cột: a. Lựa chọn khoảng cột: Theo đề bài thiết kế là đường dây trên không dài 6,5 km đi qua vùng đồng bằng Bắc bộ, ta thiết kế khoảng cột cách nhau L = 100m Sơ đồ tuyến dây trung áp (hình bên) b. Chọn cột: Thiết kế cho 1 lộ đi trên một cột, dây dẫn 3 pha đặt trên sứ chung xà , cột chôn sâu 2m. Chọn cột ly tâm cao 12m. Tại các vị trí trung gian đặt cột LT12B Cứ 1km đường dây đặt một cột néo và tại các vị trí đầu cuối tuyến đường dây đặt cột LT12C. Tổng số cột LT12B là 58 cột Tổng số cột LT12C là 16 cột Bảng thông số kỹ thuật của cột: Loại Quy cách D1/D2- H (mm) Mác bê tông V (m3) M (kg) Lực đầu cột PCP(kg) LT12B 190/3-10000 400 0,44 1200 720 LT12C 190/300-10000 400 0,44 1200 900 2.Chọn xà, sứ: a. Chọn xà: Các cột trung gian dùng xà đơn X1. Cột đầu và cuối dùng xà kép X2. Xà làm bằng thép góc L75´75´7, dài 2m. Kèm xà và chống xà dùng thép góc L63´63´6. b.Chọn sứ: Sứ chọn theo điều kiện: UđmS ³ Uđm mạng Chọn sứ đỡ của Nga chế tạo OHC3-353-2000. 3. Chọn móng cột: Chọn dùng móng không cấp. Với cột trung gian: móng có kích thước 1´1,2´2m. Với cột đầu cuối: móng có kích thước 1,2´1,4´2m. Bản vẽ móng cột LT12B và LT12C như sau: 4. Các thiết bị phụ khác: Dây néo cột là loại F14, mỗi cột có 2 dây néo nghiêng so với mặt đất 450 và được nối với móng néo. Để đảm bảo an toàn các cột đều lắp tiếp địa xà, dây tiếp địa được đặt phía trong cột ly tâm có đường kính F10, cọc tiếp địa bằng cọc sắt góc L70´70´7 dài 3m được đóng sâu dưới mặt đất 1m. Điện trở tiếp đất phải đảm bảo: Rnđ Ê 10 W Tại đầu và cuối cột đặt 2 bộ chống sét ống để đảm bảo an toàn khi có sét đánh vào đường dây. III. Kiểm tra các phần tử đã chọn: 1. Tính toán ứng suất và độ võng: a. Tính khoảng vượt giới hạn: Khoảng vượt tới hạn của dây AC-95 được tính bằng công thức: Trong đó: aAC: Hệ số dãn nở của dây phức hợp AC aAC = aAC = = 19,2.10-6 (1/ 0C) Ta có: a = = = 6 Hệ số giãn nở của thép: aFe =12.10-6 (1/ 0C) Hệ số giãn nở của nhôm: aAl =23.10-6 (1/ 0C) Modul đàn hồi của vật liệu nhôm: EA = 61,6.103 (N/mm2) Modul đàn hồi của vật liệu thép: EFe = 196.103 (N/mm2) Modul đàn hồi của vật liệu hợp phức: EAC = = = 80,8.103 (N/mm2) Hệ số kéo dài đàn hồi của dây AC: bAC = = 12,38.103 (mm2/N) Với: sAcp = = = 78,5 (N/mm2) xác định được ứng suất dây AC lúc bão và lúc min: sACbao = [sAcp - (aA - aAC).(q0 - qmin).EA]. = [78,5 - (23 - 19,2).10-6.(15 - 5).61,6]. = 99,89(N/mm2) sACbao = [sAcp - (aA - aAC).(q0 - qbao).EA]. = [78,5 - (23 - 19,2).10-6.(15 - 25).61,6]. = 102,94(N/mm2) Khoảng vượt tới hạn của dây AC-95 là: = 142,89m L = 100m < Lth Vậy ứng suất lớn nhất trong dây xuất hiện khi qmin. b. Phương trình trạng thái: Với dây phức hợp ta có phương trình trạng thái: sACn - = sACm - - .(qn + qm) Trạng thái m: gm = g1 = 36,5.10-3 (N/m.mm2); qm = 40 0C sACm = sACqmin = 99,89 (N/mm2) Trạng thái m: gn = g1 = 36,5.10-3 (N/m.mm2); qn = 40 0C sACn = sACqmax Thay số vào phương trình trạng thái: sACqmax - = 99,89 - - s3ACqmax - 41,115s2ACqmax - 4,484.104 = 0 Giải ta được : sACqmax = 55,61 N/mm2 Độ võng của đường dây là: f = = = 0,82 m 2. Trình tự kiểm tra: a. Kiểm tra khoảng cách an toàn: Điều kiện kiểm tra: h0 = h - f - h1 ³ hcp Trong đó: h là chiều cao cột: h = 12m f là độ võng dây: f = 0,82m h1 là độ sâu chôn cột: h2 = 2m h0 = 12 - 0,82 - 2 = 9,18 > 6m Vậy đảm bảo điều kiện an toàn. b. Kiểm tra uốn cột trung gian: Cột trung gian làm việc chịu tác động của lực gió, bão lên thân cột và dây dẫn trong từng khoảng cột. Tải trọng gió lên cột: Pc = .a.C.v2.F Trong đó: a là hệ số biểu thị sự không đều của gió lên khoảng cột (a = 0,7) C: hệ động lực của không khí phụ thuộc vào bề mặt chịu gió (C = 0,7) v là vận tốc của gió lúc bão (v = 35m/s) F là diện tích mặt cột chịu gió F = = = 2,6m2 Ta có: Pc = .0,7.0,7.352.2,6 = 956,87 (N) Tải trọng gió một dây: P1d = g2.F.L = 75,6.103.95.100 = 718,2 (N) Lực gió lên dây vào cột ở các độ cao 10m, 9m, 8m. Lực gió đặt vào cột ở các độ cao: H = = = 4,55m Tổng momen tác động lên tiết diện cột đặt sát đất: Mtt = n.(SMi + 10%.Mi) Trong đó: n là hệ số quá tải (n = 1,2) SMi = MPđ + MPc Với: MPđ là mômem lực gió tác dụng lên dây dẫn gây ra. MPc là mômem lực gió tác dụng lên cột gây ra. SMi = 2.718,2.(10 + 9 + 8) + 956,87.4,55 = 43136,56 (Nm) Ta có: Mtt = 1,2.(43136,56 + 0,1.43136,56) = 56940,26 (Nm) Quy đổi momen tính toán về đầu cột: Ptt = = = 5694,026 (N) = 580,4 (kG) Ptt = 580,4 kG < Pcp = 720 kG. Vậy cột làm việc an toàn. c. Kiểm tra uốn cột đầu, cột cuối, cột néo: Các cột đầu và cuối luôn bị kéo về một phía bởi sức kéo của dây dẫn, còn cột néo khi dây dẫn bị đứt cũng bị kéo về một phía. Lực kéo của một dây dẫn: T = sACqmin.FAC = 99,89.( 95,4 + 15,9) = 11117,76 (N) Mômen tính toán tổng tác động lên tiết diện cột đặt sát đất: Mtt = n.(2T.h1+ 2T.h2 + 2T.h3) = 1,3.2.11117,76.(10 + 9 + 8) = 780466,75 (Nm) Lực tính toán quy về đầu cột: Ptt = = = 78046,675 (N) = 7955,83 (kG) Cột cuối dùng 2 cột LT12C có lực đầu cột cho phép 900 kG Vậy: Ptt = 7955,83 kG > 1800 kG Cột làm việc không an toàn do vậy ta đặt thêm 2 dây néo tăng cường cho cột. d. Kiểm tra móng cột trung gian: Công thức kiểm tra: k.S Ê (F2.En + F3.Q0) (1) Trong đó: F1 = 1,5+ 0,5 (2) F2 = (1 + tg2j)(1 + 1,5..tgj) (3) F3 = (1 + tg2j). + tgj (4) En = [0,5.h.g + C(1 + q2)] (5) S: Tổng lực ngang đặt lên cột. Q0: Tổng trọng lực đặt lên nền kể cả trọng lượng móng C: Lực kết dính tính toán (tra bảng C = 4,12 N/cm2) g: Trọng lượng riêng của đất ( g = 17,6 kN/m3) q,q2: Trị số hàm số của nền đất sét, tra bảng ta có q = 0,476; q2 = 0,128 k0: Hệ số an toàn phụ thuộc vào cột và chế độ làm việc k0 =1,26 j : Góc ma sát trong đất sét j = 400; tgj = 0,839 Thay số vào công thức (2), (3), (4) và (5) ta có: F1 = 1,5+ 0,5 = 11,9 F2 = (1 + 0,8392)(1 + 1,5..0,839) = 1,29 F3 = (1 + 0,8392). + 0,839 = 1,86 En = [0,5.2.17,6 + 4,12(1 + 0,128)] = 91,92 Q0 = QC + Qm + Qd + Qx Trong đó: Trọng lượng cột là QC = 0,44.24,5 = 10,78 (kN) Trọng lượng móng Qm = 1.1,2.24,5 = 58,8 (kN) Trọng lượng dây Qd = 36,5.10-3.100.6,95 = 2,08 (kN) Trọng lượng xà sứ Qx = 0,5 (kN) Q0 = 10,78 + 58,8 + 2,08 + 0,5 = 72,16 (kN) S = 6.718,2 + 956,87 = 5266,07 (N) = 5,27 (kN) Thay số liệu đã tính toán vào công thức kiểm tra: 1,5.5.27 Ê (1,29.91,92 + 1,86.72,16) 7,905 (kN) < 21,24 (kN). Vậy móng cột trung gian thoả mãn yêu cầu. 3. Thiết kế móng dây néo: Tại vị trí quan trọng ta phải néo cột để đề phòng sự cố gẫy đổ cột. Móng néo được làm bằng bê tông cốt thép mác 200 và có kích thước (1´1,5´0,3)m, chôn sâu 2m. Dây néo được làm bằng thép bện có sgh = 685 (N/mm2), cỡ F14.Cột được giữ bằng 2 dây néo, các dây néo làm với mặt đất một góc 450 và tạo với nhau một góc 600. Bố trí dây néo như hình vẽ: Phân bố lực trên dây néo: Phần trước đã tính lực đầu cột Ptt = 78046,68 (N) Khả năng chống uốn của cột kép Pcp = 18000 (N) Vậy 2 dây néo còn phải chịu lực: Ttt = Ptt - Pcp = 60046,68 (N) Chiếu xuống mặt phẳng 2 dây néo (góc 450) có: Tn = 60046,68. = 84918,8 (N) Mỗi dây néo chịu một lực kéo là: T1 = T2 = = = 49027,9 (N) Kiểm tra khả năng chống nhổ của móng: k.T < .g.h2.b.l (*) Trong đó: k là hệ số an toàn (k = 2) Ttt = 49,028 (kN) Tra bảng với đất sét pha cát ẩm tự nhiên ta được: b = 450; j = 400; h = 0,504; A = 1,704; B = 0,587; g = 14,7; Từ = = 0,5 tra bảng ta được x = 0,62 l là sức bền thụ động của đất: l = l'.(1- x2.h2) + .A(1 - x2.B) Với: l' = = = 2,17 l = 2,17.(1 - 0,622.0,5042) + .1,704.(1 - 0,622.0,578) = 3,1 Thay vào (*) ta có: 2.49,028 Ê .14,7.22.1,5.3,1 98,054 < 136,71 Do đó móng néo làm việc an toàn. Kiểm tra khả năng chịu kéo của dây néo F14: Công thức kiểm tra: Tgh = F.sgh ³ Ttt Trong đó: F là tiết diện phẳng của dây néo sgh là ứng suất giới hạn Tgh = p..0,658 = 105,4 (kN) Vậy: 105,4 (kN) > 49,028 (kN). Dây néo đã chọn là thoả mãn. tài liệu tham khảo 1. Thiết kế mạng và hệ thống. Tủ sách đại học tại chức Bách Khoa Hà Nội - Bộ môn Hệ Thống Điện 2. Mạng lưới điện. TS. Nguyễn Văn Đạm 3. Lưới điện. TS. Trần Bách 4. Nhà máy điện & trạm biến áp. Trịnh Hùng Thám - Nguyễn Hữu Khái - Đào Quang Thạch Lã Văn út - Phạm Văn Hoà - Đào Kim Hoa 5. Ngắn mạch trong hệ thống điện. Lã Văn út 6. Ngắn mạch trong hệ thống điện. Phạm Văn Hoà 7. Thiết kế cấp điện. Ngô Hồng Quang - Vũ Văn Tẩm 8. Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV. Ngô Hồng Quang