Datn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay vấn đề đảm bảo năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng đang là một trong những vấn đề thời sự nhất ở các quốc gia đang phát triển như Việt Nam, nhất là trong bối cảnh khan hiếm các nguồn tài nguyên sơ cấp nhưng hiện nay. Cùng với việc xây dựng các nguồn mới cần phải thiết kế các đường dây truyền tải với chi phí là kinh tế nhất. Không những thế, đi kèm với nó là các biện pháp tiết kiệm năng lượng trong các hộ tiêu thụ dân dụng và đặc biệt trong các phụ tải công nghiệp. Với yêu cầu như vậy em đã được giao nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp với nội dung gồm 2 phần như sau: 1. Thiết kế mạng lưới điện gồm 2 nguồn điện và 9 phụ tải

2. Chuyên đề: Tính toán bù công suất phản kháng trong lưới điện xí nghiệp. Thiết kế mô phỏng tủ bù công suất phản kháng. Với sự chỉ bảo tận tình và chu đáo của các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện, cùng sự cố gắng của bản thân, em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình thực hiện, vì lý do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế sản xuất cũng như thời gian tham khảo tài liệu còn có hạn chế, cho nên bản đồ án của em không thể tránh khỏi sai sót, kính mong các thầy cô xem xét góp ý và sửa lỗi cho em. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo em trong những năm học vừa qua. Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Lã Minh Khánh và thầy giáo Đinh Quốc Trí đã trực tiếp hướng dẫn để em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội, Tháng 5 năm 2009 Sinh viên thực hiện Tạ Hoài Nam

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

PHẦN I: THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

CHƯƠNG I :

Các số liệu về mạng điện. Sơ đồ địa lý. m

PT2

60.0

km

81.32

.93

km

73

2kM

PT1

k .95 38

3 59.2

NM2

km

6km

PT7 km 32.39 km

1

39.5

km

0

PT8

PT4

24.52

.59 41

32 .2 0k m

PT6

41.03km PT3

48.26km

m 3k .0 76

km

65.7 9km

75.3 1km

PT5

NM1

km .42 60 2km 88.3

5 km 52.9

05 58.

17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

60.0 3km

I. I.1.

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

PT9

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17

Với khoảng cách các nút chi tiết ở bảng sau:

I.2. Những số liệu về nguồn cung cấp. a. Nhà máy nhiệt điện số I Công suất lắp đặt: P1 = * = MW Hệ số: cos(ϕ 1) = → Q1 = P1*tg(ϕ 1) = MVar Điện áp định mức: Uđm = 10,5 kV b. Nhà máy nhiệt điện số II Công suất lắp đặt: P2 = * = MW Hệ số: cos(ϕ 2) = → Q2 = P2*tg(ϕ 2) = MVar Điện áp định mức: Uđm = 10,5 kV SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

I.3.

Những số liệu về phụ tải.

II.

Phân tích nguồn và phụ tải

Từ những số liệu trên ta thấy hệ thống gồm 2 nguồn, đó là hai nhà máy nhiệt điện. Nhà máy số một có tổ máy, một tổ máy có công suất MW còn nhà máy số hai có tổ máy, một tổ máy có công suất MW.Các tổ máy vận hành với hệ số công suất cosϕ = và có Uđm = 10,5 kV. Tổng công suất tác dụng lắp đặt của các nguồn điện là : P1+ P2 = + = MW Tổng công suất tác dụng của các phụ tải cực đại là: MW Đặc điểm của các hộ tiêu thụ như sau: hộ loại III gồm phụ tải số 2; còn lại là các hộ loại I. Trong đó phụ tải 2 yêu cầu điều chỉnh điện áp bình thường, các phụ tải còn lại yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường.

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 4

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II:

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, SƠ BỘ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NHÀ MÁY

Cân bằng công suất là xét xem khả năng cung cấp công suất của nguồn và tiêu thụ công suất của phụ tải có được cân bằng, có đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải hay không. Ta phải xét riêng sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng.Cân bằng công suất tác dụng sẽ đảm bảo giữ ổn định tần số trong hệ thống điện,cân bằng công suất phản kháng sẽ đảm bảo giữ điện áp của hệ thống nằm trong giới hạn cho phép. Các nhà máy điện bắt buộc phải đảm bảo cân bằng công suất tác dụng còn công suất phản kháng nếu cần thiết có thể bù tại các phụ tải. Sau khi đã đảm bảo cân bằng công suất trong hệ thống điện,ta sơ bộ định ra phương thức vận hành cho từng nhà máy điện ở các chế độ cực đại, cực tiểu và sự cố dựa trên sự cân bằng từng khu vực, đặc điểm và khả năng cung cấp của từng nhà máy.

I.

Cân bằng công suất tác dụng

• Phương trình cân bằng: Σ PF = mΣ Ppt + Σ ∆ Pmđ + Σ Ptd + Σ Pdtr (1) Trong đó : Σ PF : Tổng công suất tác dụng định mức của các nhà máy điện. Σ PF = Σ PF1 + Σ PF2 = + = MW Σ Ppt : Tổng công suất tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ. Σ Ppt = MW. m : Là hệ số đồng thời (ta xem m = 1 khi thiết kế) Σ ∆ Pmđ: Là tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và trong MBA. ở đây ta chọn : Σ ∆ Pmđ = 5% m*Σ Ppt = 0,05* = MW Σ Ptd : Là tổng công suất tự dùng trong nhà máy nhiệt điện Σ Ptd=10%(P1đm + P2đm) = 0,1*( + ) = MW Σ Pdtr : Là tổng công suất dự trữ của toàn hệ thống. Từ phương trình cân bằng (1) ta có: Σ Pdtr = Σ PF - (m*Σ Ppt + Σ ∆ Pmđ + Σ Ptd) = ∑PF - ∑Pyc Với: ∑Pyc= m*∑Ppt + ∑∆ Pmđ + ∑Ptd = ++ = MW Vậy: ∑Pdtr = – = MW. • Ta thấy Σ Pdtr lớn hơn công suất tác dụng của tổ máy lớn nhất ( MW) . Vậy ta có thể kết luận rằng hai nhà máy nhiệt điện trên có đủ khả năng cung cấp công suất tác dụng cho các phụ tải.

II.

Cân bằng công suất phản kháng

• Phương trình cân bằng công suất phản kháng : Σ QF + Σ Qb = mΣ Qpt + Σ ∆ QB + Σ ∆ QL - Σ ∆ QC + Σ Qtd + Σ Qdtr Trong đó :

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

(2)

TRANG: 5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Σ QF : Tổng công suất phản kháng định mức của các nhà máy. Từ đề bài ta có: Σ QF = Σ QF1 + Σ QF2 = + = MVar Σ Qpt : Tổng CS phản kháng cực đại của các hộ tiêu thụ = MVAr m : Là hệ số đồng thời. (Ta lấy m = 1 khi thiêt kế). Σ ∆ QB : Là tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp. Ta lấy : Σ ∆ QB = 15% Σ Qpt = 15%*= MVAr Σ ∆ QL : Là tổng tổn thất CSPK trên đường dây của mạng điện. Σ ∆ QC : Là tổng công CSPK do đường dây cao áp sinh ra. Đối với bước tính sơ bộ, ta coi Σ ∆ QL=Σ ∆ QC Σ Qtd : Là tổng CSPK tự dùng trong nhà máy nhiệt điện. Σ Qtd = Σ Ptd tgϕ td với cosϕ td = (tanϕ td = ). Suy ra: Σ Qtd = * = MVAr Σ Qdtr : Là tổng công suất dự trữ của toàn hệ thống. Lấy bằng 15% phần còn lại bên phải biểu thức (2): Σ Qdtr = 0.15*(++) = MVAr Σ Qb : Tổng CSPK phải bù trên mạng. Ta có: Σ Qb = ∑Qyc- Σ QF Với: Σ Qyc = (mΣ Qpt + Σ ∆ QB + Σ Qtd + Σ Qdtr) = + + + = MVAr Vậy ∑Qb = - = MVAr < 0 • Ta thấy Σ Qb < 0 vậy ta không cần bù sơ bộ.

III.

Sơ bộ xác định phương thức vận hành cho hai nhà máy

3.1. Khi phụ tải cực đại • Khi chưa kể đến dự trữ và tự dùng nhà máy điện thì yêu cầu về công suất tác dụng của hệ thống là: Σ Pyc = mΣ Ppt(max) + Σ ∆ Pmđ = += MW • Đối với nhà máy nhiệt điện thì công suất phát kinh tế là (70-95)% Pđm . Do hai nhà máy có công suất đơn vị khác nhau nên ta cho nhà máy 1 có tổng công suất lớn hơn nhận phụ tải trước.Ta cho nhà máy 1 phát công suất là % Pđm PF1 = % P1đm = % * = MW Ta có điện tự dùng tính theo công thức: S td = α ⋅ S nm (0.4 + 0.6

Trong đó:

St ) S nm

Std: Phụ tải tự dùng của nhà máy điện Snm: Công suất đặt của nhà máy St: Công suất phát ra của nhà máy tại thời điểm t α = 10%: Số phần trăm lượng điện tự dùng

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 6

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Có thể coi cosφ của nhà máy tại mỗi thời điểm là không đổi, ta có công thức tính cho Ptd: Ptd = α ⋅ Pnm (0.4 + 0.6

Pt ) Pnm

Thay số ta có: Ptd1 = 0.1**(0.4+0.6*%) = MW Khi đó công suất phát lên lưới của nhà máy 1 là: Pvh1=PF1- Ptd1 = - = MW • Như vậy, nhà máy nhiệt điện số 2 sẽ còn phải đảm nhiệm phát CS lên lưới là: Pvh2 = Σ Pyc - Pvh1 = - = MW Suy ra công suất phát của nhà máy 2: PF2 = Pvh2 + Ptd2 = Pvh2 +α (0.4*Pđm2+0.6*PF2) P + α * 0.4 * Pđm 2 PF 2 = vh 2 → = (+0.1*0.4*)/(1-0.1*0.6) 1 − α * 0 .6 = MW. • Ta thấy: ( PF2/PF2đm)*100% = (/)*100% = % . Vậy ở chế độ phụ tải cực đại nhà máy nhiệt điện số một phát % Pđm và nhà máy số hai phát % Pđm. 3.2. Khi phụ tải ở chế độ cực tiểu • Khi chưa kể đến dự trữ và tự dùng nhà máy điện thì yêu cầu về công suất tác dụng của hệ thống là: Σ Pyc = mΣ Ppt(min) + Σ ∆ Pmđ = 0.5( +) = MW • Trong trường hợp này,công suất phụ tải giảm 50% so với khi phụ tải cực đại, để cả hai nhà máy làm việc kinh tế thì ta phải cắt bớt đi một số tổ máy. Vì công suất tác dụng của cả hai nhà máy là khá dư thừa so với phụ tải nên ta có thể cắt đi mỗi nhà máy 2 tổ máy. Lúc đó: P1đm(min) = MW P2đm(min) = MW • Nhà máy số 1 ta cho vận hành với 2 tổ với công suất phát bằng % công suất phát định mức thì nhà máy số 1 phát công suất là: PF1 = % P1đm = % * = MW Ta có điện tự dùng tính theo công thức: Ptd = α ⋅ Pnm (0.4 + 0.6

Pt ) Pnm

Thay số ta có: Ptd1 = 0.1**(0.4+0.6*/) = MW Khi đó công suất phát lên lưới của nhà máy 1 là: Pvh1=PF1- Ptd1 = - = MW • Như vậy, nhà máy nhiệt điện số 2 sẽ còn phải đảm nhiệm phát CS lên lưới là: Pvh2 = Σ Pyc – Pvh1 = - = MW

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Suy ra công suất phát của nhà máy 2: PF2 = Pvh2 + Ptd2 = Pvh2 +α (0.4*Pđm2+0.6*PF2) P + α * 0.4 * Pđm 2 PF 2 = vh 2 → = (+0.1*0.4*)/(1- 0.1*0.6) = MW. 1 − α * 0 .6 • Ta thấy: ( PF2/PF2đm)*100% = (/)*100% = % . → Vậy ở chế độ phụ tải cực đại nhà máy nhiệt điện số một phát % Pđm và nhà máy số hai phát % Pđm. 3.3. Trường hợp sự cố • Trong trường hợp sự cố ta chỉ xét đến trường hợp sự cố nặng nề nhất, nhưng không kể đến trường hợp sự cố xếp chồng.ở đây trường hợp sự cố nặng nề nhất là xảy ra sự cố 1 tổ máy của nhà máy điện số 1 trong thời gian phụ tải cực đại. Ta có công suất yêu cầu chưa kể tự dùng là: Pyc = mΣ Ppt(max) + Σ ∆ Pmđ = += MW • Nếu các tổ máy của nhà máy 1 phát với công suất % công suất định mức (nếu kết quả tính toán không phù hợp thì có thể đổi lại) thì ta có: PF1 = % P1đm = % *( - 1)* = MW Ta có điện tự dùng tính theo công thức: Ptd = α ⋅ Pnm (0.4 + 0.6

Pt ) Pnm

Thay số ta có: Ptd1 = 0.1**(0.4+0.6*/) = MW Khi đó công suất phát lên lưới của nhà máy 1 là: Pvh1=PF1– Ptd1 = - = MW • Như vậy, nhà máy nhiệt điện số 2 sẽ còn phải đảm nhiệm phát CS lên lưới là: Pvh2 = Σ Pyc – Pvh1 = - = MW Suy ra công suất phát của nhà máy 2: PF2 = Pvh2 + Ptd2 = Pvh2 +α (0.4*Pđm2+0.6*PF2) P + α * 0.4 * Pđm 2 PF 2 = vh 2 → = MW. 1 − α * 0 .6 • Ta thấy: ( PF2/PF2đm)*100% = (/)*100% = % . Tổng kết các trường hợp ta có bảng sau:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 8

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG III :

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

I. Các phương án khả thi : Đối với phụ tải cho trong đồ án chia ra: Hộ loại I: là những hộ tiêu thụ quan trọng, nếu ngưng cung cấp điện có thể xảy ra nguy hiểm đến tính mạng và sức khoẻ của con người , gây thiệt hại nhiều về kinh tế, chính trị, hư hỏng thiết bị, làm hỏng hàng loạt sản phẩm...Ta sẽ cấp điện cho hộ loại I bằng các đường dây 2 mạch hoặc 1 mạch nhưng từ hai nguồn cấp đến hộ đó Hộ loại III: là những hộ tiêu thụ nếu bị mất điện thì thiệt hại hầu như không đáng kể (ví dụ sinh hoạt dân dụng, các phân xưởng hoạt động không theo dây chuyền,...). Hộ loại này chỉ cần đường dây 1 lộ cung cấp là đủ Ta chọn ra 5 phương án nối dây sơ bộ như sau:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 9

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

PT2

P T2

PT1

PT1

NM2 N M1

N M2

PT5

N M1

PT5

PT7

PT7

PT6 PT9

PT4

PT3

PT6

PT8

PT9

PT4

PT3

PHƯƠNG ÁN1

PT8

PHƯƠNG ÁN2

PT2 PT1

PT1

PT2

N M2 N M1

NM2

PT5

NM1

PT6

PT4

PT3

PT5

PT7

PT6 PT3

PT9

PT4

PT8

PHƯƠNG ÁN3

PT7

PT9 PT8

PHƯƠNG ÁN 4

PT2 PT1

N M2 N M1

PT5 PT7 PT6

PT3

PT4

PT9 PT8

PHƯƠNG ÁN5

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 10

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

II. Tính kỹ thuật chi tiết cho các phương án. 1.1.

Phương án I 2 1

20+j12.39

24+j11.62

II 5

I 42+j26.03

3

6

4

8

7

28+j15.11 25+j13.49 9

25+j12.11 28+j13.56

24+j12.95

18+j9.72

PHƯƠNG ÁN I

a. Chọn cấp điện áp định mức của mạng điện. • Dòng công suất chạy trên các nhánh: SI-1 = + j MVA SI-2 = + j MVA SI-3 = + j MVA SI-4 = + j MVA SII-6 = + j MVA SII-7 = + j MVA SII-8 = + j MVA SII-9 = + j MVA Tính cho phụ tải 5: PNĐI-5 = Pkt1 - Ptd1 - 105%(P1+P2+P3+P4) = *% - - 1.05( + + + ) = MW QNĐI-5 = Qkt1 - Qtd1 - 115%(Q1+Q2+Q3+Q4). = tgφkt*∑Pkt1 - tgφtd1*Ptd1 - 115%(Q1+Q2+Q3+Q4) = **% - * - 1.15*(+++) = MVAr Vậy SNĐI-5 = + j MVA SII-5 = S5 - SI-5 =( + j) - ( + j) = + j MVA

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 11

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Lựa chọn cấp điện áp vận hành cho mạng điện là một nhiệm vụ rất quan trọng, bởi vì trị số điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của mạng điện. Để chọn ĐA vận hành của một mạng điện ta dựa vào công thức kinh nghiệm: U = 4,34

Trong đó :

l +16 P

l là khoảng cách chuyên tải (km) P là Công suất truyền tải trên đường dây (MW)

• Lần lượt thay vào công thức ta có bảng kết quả: • Vậy điện áp định mức là 110 kV, vì các phương án khác có chiều dài các đoạn dây không quá khác nhau nên ta sẽ sử dụng kết quả này cho tất cả các phương án về sau này. b. Lựa chọn tiết diện dây dẫn. • Trong mạng điện thiết kế dự định dùng dây AC trên không. Các dây được mắc trên cột theo hình tam giác, khoảng cách Dtb = 5m.

• Tiết diện dây dẫn chọn theo mật độ kinh tế (Jkt) :

Fi =

I im J kt

Với Tmax= h. Tra bảng ta được Jkt = A/mm2. Ii =

• Ta có:

S i max n 3U dm

10 3

Với n là số mạch đường dây. Tiết diện được chọn phải sát với trị số Fi nhất và phải lớn hơn hoặc bằng dây AC-70 để đảm bảo điều kiện phóng điện vầng quang. • Độ bền cơ của đường dây trên không được phối hợp với điều kiện tổn thất vầng quang nên không cần phải kiểm tra

• Để đảm bảo vận hành bình thường và khi sự cố, cần phải thỏa mãn điều kiện sau: Isc ≤ Icp Trong đó: Isc: dòng điện chạy trên đường dây khi sự cố (A) Icp: dòng cho phép làm việc lâu dài của dây dẫn (A) Tính toán cụ thể đối với các đoạn đường dây : 1. Đối với đoạn đường dây I-1. • Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại. I I −1 =

S1 max 10 3 = (2+2)1/2*103/(* n 3U dm

3

*110) = (A)

Fkt(I-1)=II-1/Jkt = /1.1 = (mm2) Để đảm bảo không xuất hiện vầng quang tiết diện dây dẫn lựa chọn phải lớn hơn 70 mm2 Do đó chọn dây có ICP = A

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Xét sự cố đứt một mạch đường dây ,dòng điện sự cố là : Isc = 2*Ibt = 2* = (A)

Nhận thấy I sc < I cp do đó dây dẫn đã chọn là đảm bảo. 2. Đối với đoạn đường dây I-2. • Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại . I I −2 =

S 2 max 10 3 = *103/(* n 3U dm

3

*110) = (A)

Fkt(I-2)=II-2/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A • Vì đây là hộ loại III có đường dây cung cấp là 1 lộ nên ta không cần xét trường hợp sự cố 3. Đối với đoạn đường dây I-3. • Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại . I I −3 =

S 3 max 10 3 = (A) n 3U dm

Fkt(I-3)=II-3/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A • Xét sự cố đứt một mạch đường dây ,dòng điện sự cố là : Isc = 2*Ibt = 2* = (A) Nhận thấy I sc < I cp do đó dây dẫn đã chọn là đảm bảo .

4. Đối với đoạn đường dây I-4. • Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại . I I −4 =

S 4 max 10 3 = (A) n 3U dm

Fkt(I-3)=II-3/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A • Xét sự cố đứt một mạch đường dây ,dòng điện sự cố là : Isc = 2*Ibt = 2* = (A) Nhận thấy I sc < I cp do đó dây dẫn đã chọn là đảm bảo . 5. Đối với đoạn đường dây II-6. • Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại . I II −6 =

S 6 max 10 3 = (A) n 3U dm

Fkt(I-3)=II-3/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A • Xét sự cố đứt một mạch đường dây ,dòng điện sự cố là : Isc = 2*Ibt = 2* = (A)

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 13

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Nhận thấy I sc < Icp do đó dây dẫn đã chọn là đảm bảo .

6. Đối với đoạn đường dây II-7. • Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại . I II −7 =

S 7 max 10 3 = (A) n 3U dm

Fkt(I-3)=II-3/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A • Xét sự cố đứt một mạch đường dây ,dòng điện sự cố là : Isc = 2*Ibt = 2* = (A) Nhận thấy I sc < Icp do đó dây dẫn đã chọn là đảm bảo . 7. Đối với đoạn đường dây II-8. • Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại . I II −8 =

S8 max 10 3 = (A) n 3U dm

Fkt(I-3)=II-3/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A • Xét sự cố đứt một mạch đường dây ,dòng điện sự cố là : Isc = 2*Ibt = 2* = (A) Nhận thấy I sc < I cp do đó dây dẫn đã chọn là đảm bảo. 8. Đối với đoạn đường dây II-9. • Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại . I II −9 =

S 9 max 10 3 = (A) n 3U dm

Fkt(I-3)=II-3/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A • Xét sự cố đứt một mạch đường dây ,dòng điện sự cố là : Isc = 2*Ibt = 2* = (A) Nhận thấy I sc < Icp do đó dây dẫn đã chọn là đảm bảo.

9. Đối với đoạn đường dây I-5 và II-5. • Dòng điện chạy trên đường dây I-5 khi phụ tải cực đại . I I −5 =

S I −5 max 10 3 = (A) n 3U dm

Fkt(I-5)=II-5/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A • Dòng điện chạy trên đường dây II-5 khi phụ tải cực đại . I II −5 =

S II −5 max 10 3 = (A) n 3U dm

Fkt(II-5)=III-5/Jkt = /1.1 = (mm2) SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Ta chọn dây có ICP = A • Xét sự cố : Các sự cố có thể xảy ra trên đoạn I-5 như sau: 1. Đứt một mạch đường dây I-5 hoặc II-5: 2. Sự cố một tổ máy phát điện phía nhà máy 1 3. Sự cố một tổ máy phía nhà máy 2  Xét sự cố đứt một mạch đường dây • Dòng điện sự cố phía I-5 là : Isc(I-5) = 2*Ibt = 2* = (A) Nhận thấy: I sc < I cp vậy khi đứt một dây thì dây còn lại vẫn đảm bảo vận hành. • Dòng điện sự cố phía II-5 là : Isc(II-5) = 2*Ibt = 2* = (A) Nhận thấy: I sc < I cp vậy khi đứt một dây thì dây còn lại vẫn đảm bảo vận hành. Xét sự cố ngừng một tổ máy phát nhà máy 1. Khi hỏng một tổ máy phát của nhà máy nhiệt điện 1, các tổ máy phát của nhà máy 1 phát % công suất định mức (đã tính ở phần trên). • Công suất tác dụng từ nhà máy 1 truyền vào đường dây I-5 như sau : Psc(I-5)= PF1 - Ptd - PN - ΔPN Trong đó : PF1 : Công suất nhà máy 1 phát vào đường dây. Ptd : Công suất tự dùng của nhà máy điện 1. PN : Tổng công suất các phụ tải nối với NM 1(trừ phụ tải số 5) ΔPN :Tổng tổn thất công suất trên các đoạn đường dây do nhà máy nhiệt điện 1 cung cấp (trừ phụ tải số 5). Lấy: ΔPN =5% PN Thay số ta có: PF1 = 3**%= MW 

Ptd 1 = α ⋅ Pnm (0.4 + 0.6

Pt ) =0.1*(0.4+0.6*/) = MW Pnm

PN + ΔPN = 1.05*(Ppt1 +Ppt2+Ppt3 +Ppt4) = MW. → Psc(I-5) = - - = MW • Công suất phản kháng từ nhiệt điện 1 truyền vào được tính như sau : Qsc(I-5) = ∑Qkt1 - Qtd1 - 115%(Q1+Q2+Q3+Q4). = tgφkt*∑PF1 - tgφtd1*Ptd1 - 115%(Q1+Q2+Q3+Q4) = *3**% - * - 1.15*(+++) = MVAr → Vậy công suất truyền I- 5 là: Ssc(I-5) = + j (MVA) • Công suất từ nhiệt điện 2 truyền vào đường dây II- 5 là : Ssc(II-5) = S5 - Ssc(I-5) =( + j) - ( + j) = MVA • Từ đó ta tính các dòng sự cố khi hỏng 1 tổ máy: SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 15

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I sc ( I −5) =

S sc ( I −5) max n 3U dm

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

10 3 = (2 + 2)1/2*103/(2* 3 *110) = (A)

Nhận thấy: I sc < I cp vậy đường dây I-5 đảm bảo trong chế độ sự cố. I sc ( II −5 ) =

S sc ( II −5 ) max n 3U dm

10 3 = (+ 2)1/2*103/(2* 3 *110) = (A)

Nhận thấy: I sc < I cp vậy đường dây II-5 đảm bảo trong chế độ sự cố. Xét sự cố ngừng một tổ máy phát nhà máy 2. Khi hỏng một tổ máy phát của nhà máy nhiệt điện, giả sử các tổ máy phát của nhà máy 1 vẫn phát % công suất định mức như đã tính trong trường hợp sự cố (đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải). • Công suất tác dụng từ nhà máy 1 truyền vào đường dây I-5 như sau : Psc(I-5)= PF1 - Ptd - 1.05*(Ppt1 +Ppt2+Ppt3 +Ppt4) PF1 = 4**%= MW Ptd1 = 0.1*(0.4+0.6*/) = MW PN + ΔPN = 1.05*(Ppt1 +Ppt2+Ppt3 +Ppt4) = MW. → Psc(I-5) = - - = MW • Công suất phản kháng từ nhiệt điện 1 truyền vào được tính như sau : Qsc(I-5) = ∑Qkt1 - Qtd1 - 115%(Q1+Q2+Q3+Q4). = tgφkt*∑PF1 - tgφtd1*Ptd1 - 115%(Q1+Q2+Q3+Q4) = *4**% - * - 1.15*(+++) = MVAr → Vậy công suất truyền I- 5 là: Ssc(I-5) = + j (MVA) • Công suất từ nhiệt điện 2 truyền vào đường dây II- 5 là : Ssc(II-5) = S5 - Ssc(I-5) =( + j) - ( + j) = MVA • Từ đó ta tính các dòng sự cố khi hỏng 1 tổ máy: 

I sc ( I −5) =

S sc ( I −5) max n 3U dm

10 3 = (2 + 2)1/2*103/(2* 3 *110) = (A)

Nhận thấy: I sc < I cp vậy đường dây I-5 đảm bảo trong chế độ sự cố. I sc ( II −5 ) =

S sc ( II −5 ) max n 3U dm

10 3 = (2 + 2)1/2*103/(2* 3 *110) = (A)

Nhận thấy: I sc < I cp vậy đường dây II-5 đảm bảo trong chế độ sự cố.

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 16

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Bảng tổng kết thông số của các dây của phương án I

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 17

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

c. Tính tổn thất điện áp • Để đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp .Điện áp tại các nút phụ tải phải nằm trong giới hạn cho phép.Chất lượng điện năng được đánh giá thông qua giá trị của tổn thất điện áp . • Trong chế độ phụ tải cực đại tổn thất điện áp của các đường dây phải thoả mãn điều kiện sau : ΔUmaxbt % ≤ 15% ΔUmaxsc % ≤ 25% • Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i được xác định như sau : PR + Q X ∆ U ibt % = i i 2 i i 100% U đm Trong đó : Pi, Qi : là công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đường dây thứ i Ri, Xi : là điện trở và điện kháng của đường dây thứ i . Uđm : là điện áp định mức của mạng điện • Khi sự cố đứt một mạch đường dây tổng trở đường dây tăng gấp đôi do đó tổn thất điện áp tính gần đúng như sau : ΔUisc% = 2*ΔUibt% Xét đoạn đường dây I-1 • Tổn thất điện áp bình thường trên đường dây là PR +Q X ∆U 1bt % = 1 1 2 1 1 100% = (* + *)/1102 = % U dm • Khi sự cố đứt một mạch đường dây . ΔUisc% = 2*ΔUibt%=2* = % • Tính toán hoàn toàn tương tự cho các đoạn đường dây còn lại kết quả cho trong bảng sau : • Từ bảng trên ta thấy rằng tất các các tổn thất điện áp đều nằm trong phạm vi cho phép, vì thế các dây đã chọn là phù hợp. maxΔUbt% = % maxΔUsc% = %

2.2.

Phương án II

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 18

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN 2

1

20+j12.39

24+j11.62

II 5

I 42+j26.03

3

6

4

8

7

28+j15.11 25+j13.49 9

25+j12.11 28+j13.56

24+j12.95

18+j9.72

PHƯƠNG ÁN II

a. Lựa chọn tiết diện dây dẫn. • Với sơ đồ của phương án này chỉ khác sơ đồ I ở đoạn I-1-2 nên ta chỉ cần đi chi tiết vào đoạn này, các đoạn còn lại làm tương tự như phương án I: • Ta có: S1-2 = S2 = MVA SI-1 = S1 + S2 = () + () = MVA • Tính toán tương tự ta có bảng sau:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 19

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Bảng tổng kết thông số của các dây của phương án II

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 20

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Từ bảng tính toán trên ta thấy các dây đã chọn đều có Isc < Icp nên các dây đã chọn là phù hợp với điều kiện dòng điện làm việc

b. Tính tổn thất điện áp • Cũng tính tương tự ta có bảng sau:

• Tổn thất từ nhà máy hai đến phụ tải 2 là:  Khi bình thường ΔUbt(I-1) = ΔUI-1 + ΔU1-2 = + = %  Khi sự cố đứt 1 dây nhánh I-1. ΔUsc(I-1) = + = % • Ta thấy rằng tất các các tổn thất điện áp đều nằm trong phạm vi cho phép, vì thế các dây đã chọn là phù hợp. maxΔUbt% = % maxΔUsc% = % 2.3.

Phương án III 2 1

20+j12.39

24+j11.62

II 5

I 42+j26.03

3

6

4

25+j12.11 28+j13.56

8

7

28 +j15.11

24+j12.95

25+j13.49 9

18+j9.72

PHƯƠNG ÁN III

a. Lựa chọn tiết diện dây dẫn.

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 21

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Với sơ đồ của phương án này chỉ khác sơ đồ II ở chỗ thay đoạn I-1-2 bằng đoạn II6-9 nên ta hoàn toàn làm tương tự phương án II • Tính toán tương tự ta có bảng sau:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 22

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Bảng tổng kết thông số của các dây của phương án III

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 23

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Từ bảng tính toán trên ta thấy các dây đã chọn đều có Isc < Icp nên các dây đã chọn là phù hợp với điều kiện dòng điện làm việc

b.

Tính tổn thất điện áp Cũng tính tương tự ta có bảng sau:

• Tổn thất từ nhà máy hai đến phụ tải 9 là:  Khi bình thường ΔUbt(II-9) = ΔUII-6 + ΔU6-9 = + = %  Khi sự cố đứt 1 dây nhánh II-7 hoặc 7-9 ΔUsc(II-9) = max{( + ); ( + )} = % • Ta thấy rằng tất các các tổn thất điện áp đều nằm trong phạm vi cho phép, vì thế các dây đã chọn là phù hợp. maxΔUbt% = % maxΔUsc% = % 2.4.

Phương án IV 2 1

20+j12.39

24+j11.62

II 5

I 42+j26.03 6

3

4

8

7

28+j15.11

25+j13.49

9

25+j12.11 28+j13.56

24+j12.95

PHƯƠNG ÁN IV

18+j9.72

a. Lựa chọn tiết diện dây dẫn. • Với sơ đồ của phương án này tương tự 2 phương án trên, tính toán tương tự ta có bảng sau: SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 24

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Bảng tổng kết thông số của các dây của phương án IV

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 25

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Từ bảng tính toán trên ta thấy các dây đã chọn đều có Isc < Icp nên các dây đã chọn là phù hợp với điều kiện dòng điện làm việc

b. Tính tổn thất điện áp • Cũng tính tương tự ta có bảng sau: • Tổn thất từ nhà máy hai đến phụ tải 8 là:  Khi bình thường ΔUbt(II-8) = ΔUII-6 + ΔU6-8 = + = %  Khi sự cố đứt 1 dây nhánh II-6 hoặc 6-8 ΔUsc(II-8) = max{( + ); ( + )} = % • Tổn thất từ nhà máy hai đến phụ tải 9 là:  Khi bình thường ΔUbt(II-9) = ΔUII-7 + ΔU7-9 = + = %  Khi sự cố đứt 1 dây nhánh II-7 hoặc 7-9 ΔUsc(II-9) = max{( + ); ( + )} = % • Ta thấy rằng tất các các tổn thất điện áp đều nằm trong phạm vi cho phép, vì thế các dây đã chọn là phù hợp. maxΔUbt% = % maxΔUsc% = % 2.5.

Phương án V

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 26

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

2 1

20+j12.39

24+j11.62

II 5

I 6

7

km

58. 05

km

.0 3 60

3

42+j26.03

m 41. 03 k 4

8

28+j15.11 25+j13.49 9

25+j12.11

24+j12.95

28+j13.56

PHƯƠNG ÁN V (8)

18+j9.72

a. Lựa chọn tiết diện dây dẫn. • Khi tính sơ bộ ta giả thiết rằng các dây trong mạng là đồng nhất cùng tiết diện, tù đó ta áp dụng công thức: S ( l + l ) + S 4 .l I −4 S I −3 = 3 I −4 3−4 l I −3 + l1−4 + l3−4

S I −4

= [()*(+)+()*]/(++) = MVA S ( l + l ) + S 3 .l I −3 = 4 I −3 3−4 l I −3 + l1−4 + l3−4

Thay các giá trị vào ta tính được: SI-4 = MVA

• Ta có công suất truyền trên đoạn 3-4 là: S4-3 = SI-4 – S4 = MVA • Dòng điện chạy trên đường dây I-3 khi phụ tải cực đại . I I −3 =

S I −3 max 10 3 = (A) 3U dm

Fkt(I-3)=II-3/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 27

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Dòng điện chạy trên đường dây I-4 khi phụ tải cực đại . I I −4 =

S I −4 max 10 3 = (A) 3U dm

Fkt(I-3)=II-3/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A • Dòng điện chạy trên đường dây 3-4 khi phụ tải cực đại . I 3−4 =

S 3−4 max 10 3 = (A) 3U dm

Fkt(I-3)=II-3/Jkt = /1.1 = (mm2) Ta chọn dây có ICP = A  Xét sự cố đứt một mạch đường dây I-3 lúc này phân bố công suất các mạch sẽ thay đổi: Ssc(4-3) = S3 = MVA ; Ssc(I-4) = S3+S4 = MVA I

4

3

25+j12.11 28+j13.56

Ta tính được các dòng sự cố: I sc ( I −4 ) =

I sc ( 4−3) =



S sc ( I −4 ) max 3U dm

S sc ( 4−3) max 3U dm

10 3 = (2+2)1/2*103/( 3 *110) = (A)

10 3 = (2+2)1/2*103/( 3 *110) = (A)

Xét sự cố đứt một mạch đường dây I-4, tính toán tương tự ta có: I

4

3

25+j12.11 28+j13.56

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 28

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Ssc(3-4) = S4 = MVA ; Ssc(I-3) = S3+S4 = MVA Ta tính được các dòng sự cố: I sc ( I −3) = I sc ( 3−4 ) =

S sc ( I −3) max 3U dm S sc ( 4−3) max 3U dm

10 3 = (2+2)1/2*103/( 3 *110) = (A) 10 3 = (2+2)1/2*103/( 3 *110) = (A)

 Xét sự cố đứt mạch đường dây 3-4, trường hợp này không cần xét vì dòng qua dây chắc chắn nhỏ hơn hai trường hợp còn lại. • Vậy ta có ở chế độ sự cố dòng cực đại qua các đoạn dây như sau: Isc(I-4) = (A) Isc(I-3) = (A) Isc(3-4) = max(; ) = (A) • Ta có bảng tổng hợp sau:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 29

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Bảng tổng kết thông số của các dây của phương án V

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 30

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Từ bảng tính toán trên ta thấy các dây đã chọn đều có Isc < Icp nên các dây đã chọn là phù hợp với điều kiện dòng điện làm việc

b. Tính tổn thất điện áp • Với trường hợp bình thường tính tổn thất tương tự như các phương án trước  Trong trường hợp xảy ra sự cố đứt mạch I-3: Tổn thất trên đoạn I-4 là: P R +Q X ∆U sc ( I − 4 ) % = I − 4 4 2 I − 4 4 100% = (*+*)/1102 = % U dm Tổn thất trên đoạn 3-4 là: P R +Q X ∆U sc (3− 4 ) % = 3 3− 4 2 3 3− 4 100% = (*+*)/1102 = % U dm Tổn thất lớn nhất là: ΔUsc% = + = %  Trong trường hợp xảy ra sự cố đứt mạch I-4: Tổn thất trên đoạn I-3 là: P R +Q X ∆U sc ( I −3) % = I −3 3 2 I −3 3 100% = (*+*)/1102 = % U dm Tổn thất trên đoạn 3-4 là: P R +Q X ∆U sc ( 3− 4 ) % = 4 3− 4 2 4 3− 4 100% = (*+*)/1102 = % U dm Tổn thất lớn nhất là: ΔUsc% = + = % → Tổng tổn thất lớn nhất: ΔUsc% = max(; ) = % • Ta có bảng tổng kết sau:

• Ta thấy rằng tất các các tổn thất điện áp đều nằm trong phạm vi cho phép, vì thế các dây đã chọn là phù hợp. maxΔUbt% = % maxΔUsc% = % 2.6.

Tổng kết.

• Ta có bẳng tổng kết tính toán kĩ thuật cho các phương án như sau:

• Các phương án đem so sánh đều thỏa mãn các điều kiện kĩ thuật nên ta tiến hành so sánh về mặt kinh tế.

III.

SV: TẠ HOÀI NAM

So sánh các phương án về mặt kinh tế.

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 31

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Khi các phương án đều đạt tiêu chuẩn về mặt kỹ thuật thì tiêu chuẩn để đánh giá một phương án là so sánh chúng về mặt kinh tế. Không cần so sánh những phần giống nhau của các phương án và cũng chưa đề cập đến các trạm biến áp vì coi các trạm biến áp trong các phương án là như nhau. Để so sánh các phương án về mặt kinh tế ta so sánh phí tổn tính toán hàng năm là nhỏ nhất. • Phí tổn tính toán hàng năm được tính theo biểu thức: Z = (avh + atc)*K + ∆ A.c Trong đó: avh atc K

∆A ∆ Pimax

: Là hệ số khấu hao hao mòn, sửa chữa thường kỳ và phục vụ mạng điện, ta chọn avh = 0,04. : Là hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư, atc được tính dựa trên thời gian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn atc = 1/Ttc = 1/8 = 0,125. : Là vốn đầu tư của mạng điện. ở đây ta chỉ tính đến thành phần chính là đường dây và suất đầu tư lộ kép bằng 1,6 lần suất đầu tư của lộ đơn. K = ∑koi.li (koi là giá tiền đầu tư cho 1km đường dây thứ i, li là chiều dài đường dây thứ i) : Là tổn thất hàng năm của mạng điện: ∆ A = ∑∆ Pimax.τ 2 2 Pi max + Qi max Ri (MW) : Là tổn thất công suất của mạng điện: ∆Pi = 2 U dm

τ

→

: Thời gian tổn thất công suất tác dụng lớn nhất trong năm. Với Tmax = h thì τ = (0,124 + Tmax*10-4)2*8760 = h c : Là giá tiền 1kWh tổn thất, theo đề: c = đ/kWh. Hàm chi phí: Z = (0,125 + 0,04)*K + *500*103*∑∆ Pi = 0,165*K + .109*∑∆ Pi

• Dự kiến các phương án dùng cột thép, ta có bảng tổng hợp suất vốn đầu tư cho 1 km đường dây:

3.1. Phương án I: a. Tính tổn thất công suất tác dụng từng đoạn đường dây: • Tổn thất công suất tác dụng từ nút i đến nút j tính theo biểu thức: 2

∆ Pi − j =

SV: TẠ HOÀI NAM

Pi − j + Qi − j 2 U dm

2

Ri − j

LỚP HTĐ4-49

S 2 i− j = 2 Ri − j (MW) U dm

TRANG: 32

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Áp dụng công thức cho các đoạn ta có kết quả sau: b.

Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện:

• Theo bảng giá thành đầu tư cho một đơn vị chiều dài của các loại dây dẫn, với lưu ý nhân với hệ số 1.6 cho các lộ kép, ta có bảng sau:

• Hàm chi phí: Z = 0,165*K + .109*∑∆ Pi = 0.165**109 + .109* = *109 (đ) 3.2. Phương án II: a. Tính tổn thất công suất tác dụng từng đoạn đường dây: • Tính toán tương tự ta có kết quả sau: b. Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện: • Theo bảng giá thành đầu tư cho một đơn vị chiều dài của các loại dây dẫn, với lưu ý nhân với hệ số 1.6 cho các lộ kép, ta có bảng sau: • Hàm chi phí: Z = 0,165*K + .109*∑∆ Pi = 0.165**109 + .109* = *109 (đ) 3.3. Phương án III: a. Tính tổn thất công suất tác dụng từng đoạn đường dây: • Tính toán tương tự ta có kết quả sau: b. Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện: • Theo bảng giá thành đầu tư cho một đơn vị chiều dài của các loại dây dẫn, với lưu ý nhân với hệ số 1.6 cho các lộ kép, ta có bảng sau: • Hàm chi phí: Z = 0,165*K + .109*∑∆ Pi = 0.165**109 + .109* = *109 (đ) 3.4.

Phương án IV:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 33

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

a. Tính tổn thất công suất tác dụng từng đoạn đường dây: • Tính toán tương tự ta có kết quả sau: b. Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện: • Theo bảng giá thành đầu tư cho một đơn vị chiều dài của các loại dây dẫn, với lưu ý nhân với hệ số 1.6 cho các lộ kép, ta có bảng sau: • Hàm chi phí: Z = 0,165*K + .109*∑∆ Pi = 0.165**109 + .109* = *109 (đ) 3.5. Phương án V: a. Tính tổn thất công suất tác dụng từng đoạn đường dây: • Tính toán tương tự ta có kết quả sau: b. Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện: • Theo bảng giá thành đầu tư cho một đơn vị chiều dài của các loại dây dẫn, với lưu ý nhân với hệ số 1.6 cho các lộ kép, ta có bảng sau: • Hàm chi phí: Z = 0,165*K + .109*∑∆ Pi = 0.165**109 + .109* = *109 (đ) 3.6. Tổng kết. • Ta có bảng tổng kết so sánh các phương án về chỉ tiêu kinh tế như sau:

• Các phương án có hàm Z lệch nhau không nhiều nên ta chọn phương án có các chỉ tiêu kĩ thuật tối ưu nhất là phương án III.

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 34

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

CHƯƠNG IV : I.

CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

Chọn máy biến áp.

1.1. a.

Nguyên tắc chọn. Tính chất hộ tiêu thụ.

• Tuỳ thuộc vào tính chất của hộ tiêu thụ để ta lựa chọn máy biến áp. Đối với hộ loại I yêu cầu về chất lượng điện áp cao nên ta cần lựa chọn hai máy biến áp mắc song song, còn đối với hộ loại III ta chỉ cần một máy biến áp là đủ để đảm bảo về kinh tế. b. Dựa vào công suất và điện áp của phụ tải. • Đối với việc lựa chọn máy biến áp thì công suất của máy biến áp phải đạt một số yêu cầu sau: 1. Đảm bảo yêu cung cấp điện trong tình trạng làm việc bình thường (trong trường hợp phụ tải cực đại) khi tất cả các máy biến áp làm việc. 2. Khi có một máy biến áp nghỉ (do sữa chữa hoặc do bị sự cố) máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố cho phép đảm bảo tải đủ công suất cần thiết.

• Đối với hộ loại III thì ta chọn máy biến áp ta chọn theo công thức: Sđm ≥ Smax

• Đối với hộ loại I thì tuỳ vào số lượng máy biến áp ta chọn theo công thức: S dm ≥

Trong đó: k n

S max k (n −1)

: Là hệ số quá tải, trường hợp 2 MBA song song thì ta thì k = 1.4. : Là số máy biến áp .

• Ta chọn hộ loại I là hai MBA vậy lúc đó chọn MBA cho hộ loại I là : S dm ≥

c.

S max S = max k ( n − 1) 1,4

Xét đến khả năng quá tải của các máy biến áp.

• Quá tải bình thường: Vì trong lúc làm việc bình thường máy biến áp không phải lúc nào cũng làm việc với công suất định mức mà thường thay đổi theo công suất của phụ tải.Trong đó có một

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 35

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

khoảng thời gian MBA làm việc quá tải và khoảng thời gian còn lại của chu kỳ khảo sát, MBA mang tải nhỏ hơn định mức. • Quá tải sự cố: Trong trường hợp bị sự cố thì máy biến áp có thể cho phép quá tải đến 40% trong thời gian là 5 ngày đêm. Tức là hệ số quá tải là 1,4. d. Căn cứ vào vị trí của phụ tải. • Căn cứ vào vị trí của phụ tải người ta có thể chọn cho những phụ tải ở xa nguồn máy biến áp có điều áp dưới tải nếu tổn thất công suất của mạch điện đó không đảm bảo về điều kiện về kỹ thuật.

1.2.

Xác định công suất máy biến áp cho các trạm tăng áp. • Các máy phát điện ,máy biến áp được nối theo sơ đồ bộ do đó công suất máy biến áp tăng áp được xác định như sau : SBđm ≥ Sđm

Trong đó : Sđm : Công suất định mức của máy phát. SBđm : Công suất định mức máy biếm áp. a. Nhà máy nhiệt điện I • Công suất của máy biến áp xác định như sau: S B1 ≥ S Fdm 1 =

PFdm 1 = / = MVA cos ϕ1

→ Chọn máy biến áp loại TDH – 80000/110 có các thông số như sau :

b.

Nhà máy nhiệt điện II • Công suất của máy biến áp xác định như sau: S B 2 ≥ S Fdm 2 =

PFdm 2 = / = MVA cos ϕ2

→ Chọn máy biến áp loại TDH – 63000/110 có các thông số như sau :

1.3. Xác định công suất máy biến áp cho các trạm hạ áp. • Trong hệ thống điện thiết kế phụ tải số 2 là phụ tải loại III do đó chỉ cần dùng một máy biến áp.Các phụ tải còn lại sẽ được cung cấp bởi hai máy biến áp làm việc song song . Lựa chọn máy biến áp phải xét đến khả năng quá tải từ điều kiện cho phép quá tải 40% khi phụ tải cực đại, công suất của các máy biến áp ở phụ tải thứ i được xác định như sau : SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 36

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

S Bi

Ppti max S max S max i ≥ = = k (n −1) 1,4 1.4 * cos ϕ pti

• Tính toán cụ thể cho từng phụ tải như sau:

• Từ các kết quả trên lựa chọn các máy biến áp như sau: o Các phụ tải số 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8 chọn máy biến áp loại TDPH - 25000/110, có các thông số như sau :

o Phụ tải số 5 chọn loại máy TDPH - 40000/110 có các thông số như sau:

o Phụ tải số 9 chọn loại máy TDH 16000/110 có các thông số sau:

II. Chọn sơ đồ mạng điện Trong sơ đồ trạm biến áp yêu cầu phải làm việc đảm bảo độ tin cậy, cấu tạo đơn giản, kinh tế nhất và đảm bảo an toàn cho con người. Các hộ loại một thì trạm biến áp ta có hai máy biến áp nên ta dùng sơ đồ cầu. Sơ đồ này có ưu điểm là vận hành linh hoạt, độ tin cậy cao, thao tác đơn giản, tương đối kinh tế. Trên thực tế người ta dùng sơ đồ cầu thiếu được gọi là sơ đồ cầu trong và sơ đồ cầu ngoài để tiết kiệm máy cắt. Đối với sơ đồ cầu ngoài, về phía đường dây không có máy cắt mà chỉ có dao cách ly. Khi sửa chữa hay sự cố một máy biến áp, hai đường dây vẫn làm việc bình thường. Ngược lại khi sự cố một đường dây thì một máy biến áp tạm thời mất điện để dùng dao cách ly tách đường dây bị sự cố để khôi phục lại sự làm việc bình thường của máy biến áp. Sơ đồ này chỉ thích hợp cho các trạm biến áp cần phải thường xuyên đóng, cắt máy biến áp, và đối với đường dây ngắn (thường l < 70km). Ngược lại đối với sơ đồ cầu trong phía cao áp của máy biến áp không đặt máy cắt. Sơ đồ này, có ưu và nhược điểm ngược lại với sơ đồ cầu ngoài. Vì vậy sơ đồ này chỉ thích hợp cho các trạm biến áp ít phải đóng cắt máy biến áp và chiều dài đường dây lớn( thường l > 70 km ).

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 37

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Sơ đồ cầu ngoài (l < 70 km)

Sơ đồ cầu trong (l > 70 km)

• Đối với phụ tải 1, 3, 4, 7, 9 ta dùng sơ đồ cầu ngoài bởi vì các phụ tải trên đều là phụ tải loại I đồng thời các phụ tải này có đường dây nối với nguồn bé hơn 70 km.

• Đối với phụ tải 8 ta dùng sơ đồ cầu trong bởi vì các phụ tải có đường dây nối với nguồn lớn hơn 70 km.

• Đối với các hộ loại III (phụ tải 2) nối trực tiếp đầu phụ tải với đầu ra của máy biến áp:

• Trạm biến áp của phụ tải 5, 6 liên thông với hai nhánh nên ta có sơ đồ trạm khác với các trạm còn lại.

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 38

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

MCLL

III. Chọn sơ đồ nối dây chi tiết cho các nhà máy điện. Ta thấy các nhà máy điện này không có phụ tải địa phương mà chỉ có điện được trích ra làm tự dùng. Bởi vậy, hầu như tất cả công suất phát đều truyền lên lưới. Ta chọn sơ đồ điện của các nhà máy ta dùng hệ thống hai thanh góp. Sơ đồ này được ứng dụng rộng rãi cho mạng điện áp 110kV trở lên.

MCLL

TG2

SV: TẠ HOÀI NAM

TG1

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 39

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

S7

S8

48.26 km 2 x AC-120

2 x AC-70

MCLL

2 x AC-70

2 x AC-70

59.23 km

52.95 km

2 x AC-70

2 x AC-95

2 x AC-70

81.32 km AC-120

60.02 km 2 x AC-70

TD

MCLL

TD

S6

TD

TD

TD

TD

TD

NM2

NM1

SV: TẠ HOÀI NAM

TD

LỚP HTĐ4-49

S9

MCLL

S5

75.31 km

S4

60.04 km

S3

MCLL

S2

60.03 km

S1

58.05 km

SƠ ĐỒ NỐI DÂY TOÀN MẠNG ĐIỆN

TRANG: 40

2 x AC-70 41.59 km

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

CHƯƠNG V:

TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CÁC CHẾ ĐỘ VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Ở các chương trước ta đã tính được dòng công suất chạy trên các nhánh của mạng điện. Tuy nhiên công suất đó chưa chính xác mà chỉ là công suất sơ bộ bởi vì nó chưa kể đến tổn hao của máy biến áp của đường dây, cũng như công suất phản kháng mà đường dây, máy biến áp sinh ra và tiêu thụ. Để biết chính xác phân bố công suất trên mỗi nhánh ta phải tính lại cho chính xác hơn. Để tiện cho việc viết công thức, các số phức sẽ được viết tắt không có dấu chấm trên * đầu, ví dụ: S sẽ viết tắt là S.

I.

Chế độ phụ tải cực đại.

• Các thông số đã tính từ chương trước:

1.1. Tính cho đoạn I-1. • Sơ đồ nguyên lý: NMI

60.02 km

TDPH - 25000/110

Spt1= 24+j11.62 MVA

AC - 70

• Sơ đồ thay thế tính toán: SI-1 S’ I-1 ZI-1 S’’I-1 Sc1

Sb1 Zb1

NMI Q cdI-1

QccI-1

ΔS01

Spt1

Ở chương III đã xác định được các thông số: • Đối với đường dây: ZI-1 = + j (Ω) B I-1/2 = * 10-4 (S)

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 41

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Đối với máy biến áp: ΔS01 = 2*(ΔP01 + jΔQ01) = 2*( + j)*10-3 = + j (MVA) Zb1 = 0.5*(Rb1 + jXb1) = 0.5*( + j) = + j (Ω) Tổn thất công suất trong máy biến áp là: 2 2 Ppt1 + Q pt1 ∆S b1 = Z b = (2 + 2)/1102*( + j) 2 U đm = + j (MVA) • Công suất trước tổng trở máy biến áp: Sb1 = Spt1+ΔSb1 = ()+( + j) = (MVA) • Công suất vào cuộn cao máy biến áp: Sc1 = Sb1+ΔS0 = ()+( + j) = (MVA) • Công suất điện dung cuối đường dây: QccI-1=U2đm*B/2 = 1102**10-4 = MVAr • Công suất sau tổng trở đường dây: S’’I-1 = Sc1 - jQccI-1= - j = (MVA) • Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây: 2 PI"− Q I"2 1 + − 1 2 2 2 ∆ SI− = ZI− 1 1 =( + )/110 *(+j) U đ2m = +j (MVA) • Dòng công suất trước tổng trở đường dây: S’I-1 = S’’I-1+ΔSI-1 = ()+( +j) = (MVA) • Công suất điện dung đầu đường dây : QcdI-1 = QccI-1= MVAr • Công suất từ nhà máy nhiệt điện I truyền vào là: SI-1 = S’I-1 - jQcdI-1 = - j = (MVA)

1.2.

Tính cho đoạn I-2, I-3, I-4, II-7, II-8.

• Các đoạn này có sơ đồ thay thế giống hệt đoạn I-1 chỉ khác là đoạn I-2 là đường dây 1 mạch, tính hoàn toàn tương tự ta có kết quả cho trong bảng sau:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 42

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Bảng tổng hợp kết quả tính toán.

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 43

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

1.3. Tính cho đoạn II-6-9. • Sơ đồ nguyên lý: 48.26 km

41.59 km

AC - 120

AC - 70

NMII

Spt9 = 18+j9.72 MVA TDPH - 16000/110

TDPH - 25000/110

Spt6 = 28+j15.11 MVA

• Sơ đồ thay thế tính toán: SII-6 S’II-6 ZII-6 S’’II-6 NMII Q cdII-6

QccII-6

S’6-9 Z6-9 S’’6-9 Sc-9

S6-9 Sc6 ΔS06 SB6

SB9 ZB9 SPT9

Qcd9

Q cc9 ΔS09

Zb6 Spt6

• Đối với đường dây: ZII-6 = + j (Ω); BII-6/2 = * 10-4 (S) Z6-9 = + j (Ω); B6-9/2 = * 10-4 (S) • Đối với máy biến áp: ΔS06 = 2*(ΔP06 + jΔQ06) = 2*( + j)*10-3 = + j (MVA) Zb6 = 0.5*(Rb6 + jXb6) = 0.5*( + j) = + j (Ω) ΔS09 = 2*(ΔP09 + jΔQ09) = 2*( + j)*10-3 = + j (MVA) Zb9 = 0.5*(Rb9 + jXb9) = 0.5*( + j) = + j (Ω) • Tổn thất công suất trong máy biến áp B9 là: 2 2 Ppt 9 + Q pt 9 ∆S b 9 = Z b 9 = (2 + 2)/1102*( + j) 2 U đm = + j (MVA) • Công suất trước tổng trở máy biến áp B9 là: SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 44

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

• • • •

• • •

• • • • •

• •

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

SB9 = Spt9 + ΔSB9 = + + j = (MVA) Công suất vào cuộn cao máy biến áp B9 là: SC9 = SB9+ΔS09 = +( + j)= (MVA) Công suất điện dung cuối đường dây 6-9 là: Qcc9 = Qcd9 = U2đm*B/2 = 1102**10-4 = MVAr Công suất sau tổng trở đường dây: S’’6-9 = SC9 - jQcd9 = - j = (MVA) Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây: 2 P6"− Q6"2 9 + − 9 ∆ S 6− = Z 6− 9 9 = + j (MVA) 2 U đm Dòng công suất trước tổng trở đường dây: S’6-9 = S’’6-9+ΔS6-9 = +( + j)= (MVA) Công suất từ nút 6 truyền vào đường dây 9 là: S6-9 = S’’6-9 - jQcc9 = - j = (MVA) Tổn thất công suât trong máy biến áp B6 là: 2 2 Ppt 6 + Q pt 6 ∆S b 6 = Z b 6 = (2 + 2)/1102*( + j) 2 U đm = + j (MVA) Công suất trước tổng trở máy biến áp B6 là: SB6 = Spt6 + ΔSB6 = + + j = (MVA) Công suất vào cuộn cao máy biến áp: SC6 = SB6+ΔS06 =+j+()= (MVA) Công suất điện dung cuối đường dây II-6: QccII-6 = QcdII-6 = U2đm*B/2 = 1102**10-4 = MVAr Công suất sau tổng trở đường dây II-6 là: S’’II-6 = SC6 + S6-9 - jQcd9 = +()- j = (MVA) Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây: PII"2− Q I"I2− 6 + 6 ∆ S II − Z II − 6 = 6 = + j (MVA) 2 U đm Dòng công suất trước tổng trở đường dây: S’II-6 = S’’II-6 +ΔSII-6 = +(+j) = (MVA) Công suất từ nhà máy nhiệt điện II truyền vào là: SII-6 = S’II-6 - jQccII-6 = - j = (MVA)

1.4. Tính cho đoạn I-5-II. • Sơ đồ nguyên lý:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 45

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN 52.95 km

59.23 km

AC - 95

AC - 70

NMI

NMII TDPH - 40000/110

Spt5 = 42+j26.03 MVA

•

Sơ đồ thay thế: SI-5 S’ I-5 ZI-5 S’’I-5 S’’’I-5

S’’’II-5 S’’II-5 ZII-5 S’II-5 SII-5

NMI

NMII

Sc5 QcdI-5

QccI-5

SB5

ΔS05

QcdI-5

Q ccI-5

Zb5 Spt5

• Đối với đường dây: ZI-5 = + j (Ω); BI-5/2 = * 10-4 (S) ZII-5 = + j (Ω); BII-5/2 = * 10-4 (S) • Đối với máy biến áp: ΔS05 = 2*(ΔP05 + jΔQ05) = 2*( + j)*10-3 = + j (MVA) Zb5 = 0.5*(Rb5 + jXb5) = 0.5*( + j) = + j (Ω) a. Xác định định công suất từ NĐ1 vào nút 5 • Đã xác định được công suất phát kinh tế, công suất tự dùng của nhà máy 1. Do đó công suất truyền vào thanh góp hạ áp là : Sh1 = Skt1 – Std1 = (*% - )+( **% - *)j = (MVA) → mod(Sh1) = (2 + 2)0.5 = MVA • Tổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp: 2 2  ∆Pn .S max   U n .S max  ∆S B ( I ) =  + n ∆ P + j + n ∆ Q    0 0 2  n.S dmBA   n.100.S dmBA  2 2 2 = (* /* + *)+j(* /100** + *) = + j (MVA) • Công suất truyền vào thanh góp cao áp: Sc1 = Sh1 - ΔSb(1)

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 46

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

•

• • • •

• •

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

= () - (+j) = (MVA) Tổng công suất các phụ tải lấy từ thanh góp cao áp của nhà máy điện I: SN1 = SI-1 + SI-2 + SI-3 + SI-4 =()+()+()+() = (MVA) Công suất truyền vào đường dây I-5 như sau: SI-5 = Sc1- SN1 =()-()= (MVA) Công suất điện dung đầu và cuối đường dây I-5 là: QccI-5 = QcdI-5 = U2đm*B/2 = 1102**10-4 = MVAr Công suất trước tổng trở đường dây: S’I-5 = SI-1 + jQcdI-5 = + j = (MVA) Tổn thất công suất trên đường dây: P '2 + Q '2 ∆S I −5 = I −5 2 I −5 Z I −5 =(2+2)/1102*(+j) U đm = +j (MVA) Công suất sau tổng trở đường dây: S”I-5 = S’I-5 – ΔSI-5 =()-(+j)= (MVA) Công suất chạy vào nút 5 là: S’”I-5 = S”I-1 + jQccI-5 = +j = (MVA)

Xác định công suất chạy vào cuộn cao áp trạm 5. • Tổn thất công suất trong máy biến áp là: 2 2 Ppt 5 + Q pt 5 ∆S b 5 = Z b 5 = (2 + 2)/1102*( + j) 2 U đm = + j (MVA) • Công suất trước tổng trở máy biến áp: Sb5 = Spt5+ΔSb5 = ()+( +j) = (MVA) • Công suất vào cuộn cao máy biến áp: Sc5 = Sb5 + ΔS05 = ()+()= (MVA)

b. • • • •

Dòng công suất chạy từ nhiệt điện II Dòng công suất cuối đoạn đường dây II -5 xác định như sau: S”’II-5 = Sc5 - S”’II-5 =()-( ) = (MVA) Công suất điện dung đầu và cuối đường dây NĐII-5 là: QcdII-1 = QccII-1=U2đm*B/2 = 1102**10-4 = MVAr Công suất sau tổng trở đường dây: S”II-5 = S”’II-5 - jQccII-5 = () - j = (MVA) Tổn thất công suất trên đường dây: PII"2− Q I"I2− 5 + 5 2 2 2 ∆ S II − = Z II − 5 5 =( + )/110 *(+j) 2 U đm

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 47

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

• • •

•

• •

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

= (MVA) Công suất sau tổng trở đường dây: S’II-5 = S”II-5 - ΔSII-5 = ()-( ) = (MVA) Công suất chạy ra từ phía cao áp nhà máy II về phía phụ tải 5 là: SII-5 = S’II-5 - jQcdII-5 = ()- j = (MVA) Tổng công suất yêu cầu trên thanh góp cao áp của nhiệt điện II: SN2 = SII-5 + SII-6 + SII-7 + SII-8 =()+()+()+() = (MVA) → mod(SN2) = (2 + 2)0.5 = (MVA) Tổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp: 2 2  ∆Pn .S max   U n .S max  ∆S B ( II ) =  + n ∆ P + j + n ∆ Q  0 0 2  n.S dmBA   n.100.S dmBA  2 2 2 = (* /* + *) + j(* /100** + *) = + j (MVA) Công suất trên thanh góp hạ áp của máy biến áp NM II: Sh2 = SN2 + ΔSb(II) = () + ( +j) = (MVA) Công suất tự dùng được tính chính xác theo biểu thức: S td 2 = α ⋅ S đm 2 (0.4 + 0.6

SF 2 ) S đm 2

Với Sđm2 lúc này sẽ là: Sđmmax = Pmax/cosφ = / = MVA Ta có: SF2 = Sh2 + Std2= Sh2 +α (0.4*Sđm2+0.6*SF2) → Công suất phát của nhà máy là: S + α * 0.4 * S đm 2 S F 2 = h2 1 − α * 0.6 = ( + *0.4*)/(1- *0.6) = (MVA) • Vậy phần trăm công suất mà nhà máy II phát lên lưới ở chế độ phụ tải cực đại là: / = %

1.5.

Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống. • Tổng công suất yêu cầu trên thanh góp cao áp của hai nhà máy nhiệt điện: Syc = SN1 + SN2 = () + () = MVA • Để đảm bảo cân bằng công suất tác dụng hai nhà máy phải cung cấp đủ công suất tác dụng theo yêu cầu .Vì vậy tổng công suất tác dụng cung cấp trên thanh góp 110 kV là Pcc = MW • Khi hệ số công suất của cả hai nhà máy là thì tổng công suất phản kháng mà nhà máy có thể cung cấp là : SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 48

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Qcc=Pcc*tgφ =* = MVAr Như vậy Qcc > Qyc do đó trong chế độ phụ tải cực đại không phải bù công suất phản kháng.

→

II.

Chế độ phụ tải cực tiểu.

Công suất các phụ tải trong chế độ cực tiểu trong bảng sau:

2.1.

Xét chế độ vận hành kinh tế của các trạm biến áp. • Trong chế độ phụ tải cực tiểu có thể cắt một máy biến áp đối với các trạm có hai máy biến áp làm việc song song. Tuy nhiên phải thoả mãn điều kiện sau: *

*

S pt < S gh = S đm

m( m − 1) * ∆P0 ∆PN

Trong đó: m : Là số máy biến áp làm việc trong trạm. Đối với trạm có hai máy biến áp m =2. ΔP0 : Tổn thất công suất tác dụng khi không tải. ΔPN : Tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch. Tính toán cho các phụ tải thu được bảng kết quả sau:

• Vậy khi Pmin để vận hành kinh tế, các trạm biến áp cắt bớt một máy biến áp ở tất cả các phụ tải.

2.2.

Tính cho các đường dây I-1, I-2, I-3, I-4, II-7, II-8.

• Sơ đồ nguyên lý: NMI(II) Spti

• Sơ đồ thay thế tính toán:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 49

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

SI-i

S’I-i ZI-i S’’I-i Sci

Sbi Zbi

NMI(II) QcdI-i

Q ccI-i

ΔS0i

Spti

• Trường hợp này hoàn toàn tương tự trường hợp phụ tải cực đại, ta có bảng tống kết:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 50

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Bảng tổng kết trong chế độ phụ tải min

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 51

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

2.3. Tính cho đoạn II-6-9. • Sơ đồ nguyên lý: 48.26 km

41.59 km

AC - 120

AC - 70

NMII

Spt9= 9+j4.86 MVA TDPH - 16000/110

TDPH - 25000/110

Spt6= 14+j7.56 MVA

• Sơ đồ thay thế tính toán: SII-6 S’II-6 ZII-6 S’’II-6 NMII

S’6-9 Z6-9 S’’6-9 Sc-9

S6-9

SB9 ZB9

Sc6 Q cdII-6

QccII-6

SPT9

ΔS06 SB6

Qcd9

Q cc9 ΔS09

Zb6 Spt6

Tính toán tương tự ta có các kết quả: • Đối với đường dây: ZII-6 = + j (Ω); BII-6/2 = * 10-4 (S) Z6-9 = + j (Ω); B6-9/2 = * 10-4 (S) • Đối với máy biến áp: ΔS06 = ΔP06 + jΔQ06 = + j (MVA) Zb6 = Rb6 + jXb6 = + j (Ω) ΔS09 = ΔP09 + jΔQ09 = + j (MVA) Zb9 = Rb9 + jXb9 = + j (Ω) • Tổn thất công suất trong máy biến áp B9 là: 2 2 Ppt 9 + Q pt 9 ∆S b 9 = Z b 9 = + j (MVA) 2 U đm • Công suất trước tổng trở máy biến áp B9 là: SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 52

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

• • • •

• • •

• • • • •

• •

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

SB9 = Spt9 + ΔSB9 = (MVA) Công suất vào cuộn cao máy biến áp B9 là: SC9 = SB9+ΔS09 = (MVA) Công suất điện dung cuối đường dây 6-9 là: Qcc9 = Qcd9 = U2đm*B/2 = MVAr Công suất sau tổng trở đường dây: S’’6-9 = SC9 - jQcd9 = (MVA) Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây: 2 P6"− Q6"2 9 + − 9 ∆ S 6− = Z 6− 9 9 = + j (MVA) 2 U đm Dòng công suất trước tổng trở đường dây: S’6-9 = S’’6-9+ΔS6-9 = (MVA) Công suất từ nút 6 truyền vào đường dây 9 là: S6-9 = S’’6-9 - jQcc9 = (MVA) Tổn thất công suât trong máy biến áp B6 là: 2 2 Ppt 6 + Q pt 6 ∆S b 6 = Z b 6 = + j (MVA) 2 U đm Công suất trước tổng trở máy biến áp B6 là: SB6 = Spt6 + ΔSB6 = (MVA) Công suất vào cuộn cao máy biến áp: SC6 = SB6+ΔS06 = (MVA) Công suất điện dung cuối đường dây II-6: QccII-6 = QcdII-6 = U2đm*B/2 = 1102**10-4 = MVAr Công suất sau tổng trở đường dây II-6 là: S’’II-6 = SC6 + S6-9 - jQcd9 = +()- j = (MVA) Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây: 2 PII"' − Q I"I2− 6 + 6 ∆ S II − Z II − 6 = 6 = + j (MVA) U đ2m Dòng công suất trước tổng trở đường dây: S’II-6 = S’’II-6 +ΔSII-6 = (MVA) Công suất từ nhà máy nhiệt điện II truyền vào là: SII-6 = S’II-6 - jQccII-6 = (MVA)

2.4. Tính cho đoạn I-5-II. • Sơ đồ nguyên lý:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 53

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN 52.95 km

59.23 km

AC - 95

AC - 70

NMI

NMII TDPH - 40000/110

Spt5 = 42+j26.03 MVA

•

Sơ đồ thay thế: SI-5 S’ I-5 ZI-5 S’’I-5 S’’’I-5

S’’’II-5 S’’II-5 ZII-5 S’II-5 SII-5

NMI

NMII

Sc5 QcdI-5

QccI-5

SB5

ΔS05

QcdI-5

Q ccI-5

Zb5 Spt5

• Làm tương tự như trường hợp phụ tải cực đại. • Đối với đường dây: ZI-5 = + j (Ω); BI-5/2 = * 10-4 (S) ZII-5 = + j (Ω); BII-5/2 = * 10-4 (S) • Đối với máy biến áp: ΔS05 = ΔP05 + jΔQ05 = + j (MVA) Zb5 = Rb5 + jXb5 = + j (Ω) a. Xác định định công suất từ NĐ1 vào nút 5 • Ở chế độ phụ tải cực tiểu ta cắt đi 2 tổ máy nhà máy I và các tổ còn lại vẫn phát với công suất là: % Pđm. • Ta có công suất truyền vào thanh góp hạ áp là : Sh1 = Skt1 – Std1 = (*% - )+( **% - *)j = (MVA) → mod(Sh1) = (2 + 2)0.5 = MVA • Tổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp: 2 2  ∆Pn .S max   U n .S max  ∆S B ( I ) =  + n ∆ P + j + n ∆ Q    0 0 2  n.S dmBA   n.100.S dmBA  = + j (MVA)

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 54

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Công suất truyền vào thanh góp cao áp: Sc1 = Sh1 - ΔSb(1) = (MVA) • Tổng công suất các phụ tải lấy từ thanh góp cao áp của nhà máy điện I: SN1 = SI-1 + SI-2 + SI-3 + SI-4 = (MVA) • Công suất truyền vào đường dây I-5 như sau: SI-5 = Sc1- SN1 = (MVA) • Công suất điện dung đầu và cuối đường dây I-5 là: QccI-5 = QcdI-5 = U2đm*B/2 = MVAr • Công suất trước tổng trở đường dây: S’I-5 = SI-1 + jQcdI-5 = (MVA) • Tổn thất công suất trên đường dây: PI'−25 + Q I' 2−5 ∆S I −5 = Z I −5 = +j (MVA) 2 U đm • Công suất sau tổng trở đường dây: S”I-5 = S’I-5 - ΔSI-5 = (MVA) • Công suất chạy vào nút 5 là: S’”I-5 = S”I-1 + jQccI-5 = (MVA) Xác định công suất chạy vào cuộn cao áp trạm 5. • Tổn thất công suất trong máy biến áp là: 2 2 Ppt 5 + Q pt 5 ∆S b 5 = Z b 5 = + j (MVA) 2 U đm • Công suất trước tổng trở máy biến áp: Sb5 = Spt5+ΔSb5 = (MVA) • Công suất vào cuộn cao máy biến áp: Sc5 = Sb5 + ΔS05 = (MVA) b. Dòng công suất chạy từ nhiệt điện II • Dòng công suất cuối đoạn đường dây II -5 xác định như sau: S”’II-5 = Sc5 - S”’II-5 = (MVA) • Công suất điện dung đầu và cuối đường dây NĐII-5 là: QcdII-1 = QccII-1=U2đm*B/2 = 1102**10-4 = MVAr • Công suất sau tổng trở đường dây: S”II-5 = S”’II-5 - jQccII-5 = (MVA) • Tổn thất công suất trên đường dây: PII"2− Q I"I2− 5 + 5 ∆ S II − Z II − 5 = 5 = (MVA) 2 U đm • Công suất sau tổng trở đường dây: S’II-5 = S”II-5 - ΔSII-5 = (MVA) SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 55

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

• Công suất chạy ra từ phía cao áp nhà máy II về phía phụ tải 5 là: SII-5 = S’II-5 - jQcdII-5 = (MVA) • Tổng công suất yêu cầu trên thanh góp cao áp của nhiệt điện II: SN2 = SII-5 + SII-6 + SII-7 + SII-8 = (MVA) • Tổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp: 2 2  ∆Pn .S max   U n .S max  ∆S B ( II ) =  + n ∆ P + j + n ∆ Q  0 0 2  n.S dmBA   n.100.S dmBA  = + j (MVA) • Công suất trên thanh góp hạ áp của máy biến áp NM II: Sh2 = SN2 + ΔSb(II) = (MVA) • Công suất tự dùng được tính chính xác theo biểu thức: S td 2 = α ⋅ S đm 2 (0.4 + 0.6

SF 2 ) S đm 2

Với Sđm2 lúc này sẽ là: Sđm = Pđm/cosφ = 100/ = MVA Ta có: SF2 = Sh2 + Std2= Sh2 +α (0.4*Sđm2+0.6*SF2) → Công suất phát của nhà máy là: S + α * 0.4 * S đm 2 S F 2 = h2 1 − α * 0.6 = ( + 0.1*0.4*)/(1- 0.1*0.6) = (MVA) • Vậy phần trăm công suất mà nhà máy II phát lên lưới ở chế độ phụ tải cực đại là: / = %

III.

Chế độ sau sự cố.

Đối với các đường dây nối với nguồn xét sự cố ngừng một mạch khi phụ tải là cực đại (trừ phụ tải 2 là phụ tải chỉ nối đến nguồn bằng 1 mạch).

3.1. Tính cho các đường dây I-1, I-2, I-3, I-4, II-7, II-8. • Sơ đồ nguyên lý:

NMI(II) Spti

• Sơ đồ thay thế tính toán:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 56

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

SI-i

S’I-i ZI-i S’’I-i Sci

Sbi Zbi

NMI(II) QcdI-i

Q ccI-i

ΔS0i

Spti

• Trường hợp này hoàn toàn tương tự trường hợp phụ tải cực đại, ta có bảng tống kết:

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 57

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BKHN

Bảng tổng kết trong chế độ sau sự cố.

SV: TẠ HOÀI NAM

LỚP HTĐ4-49

TRANG: 58

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

3.2. Tính cho đoạn II-6-9. • Do không cần xét sự cố xếp chồng nên ta chỉ xét đứt một trong hai lộ kép, xét trường hợp nặng nề nhất là khi đứt 1 lộ đường dây II-6 (vì công suất truyền trên đoạn này lớn hơn đoạn còn lại) • Sơ đồ nguyên lý: 48.26 km

41.59 km

AC - 120

AC - 70

NMII

Spt9 = 18+j9.72 MVA TDPH - 16000/110

TDPH - 25000/110

Spt6 = 28+j15.11 MVA

• Sơ đồ thay thế tính toán:

NMII

SII-6 S’II-6 ZII-6 S’’II-6 6 S6-9

S’6-9 Z6-9 S’’6-9 Sc-9

SB9 ZB9

Sc6 Q cdII-6

QccII-6

9 SPT9

ΔS06 SB6

Qcd9

Q cc9 ΔS09

Zb6 Spt6

• Nhận thấy đoạn đường dây từ nút 6 đến nút 9 hoàn toàn tương tự như trường hợp phụ tải cực đại nên ta áp dụng kết quả đã tính được ở 1.3. Công suất từ nút 6 truyền vào đường dây 9 là: S6-9 = (MVA) • Đối với đường dây II-6: ZII-6 = 2*( + j) = +j (Ω); BII-6/2 = 0.5* * 10-4 = *10-4(S) • Đối với máy biến áp: ΔS06 = 2*(ΔP06 + jΔQ06) = 2*( + j)*10-3 = + j (MVA)

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 59

Đồ án tốt nghiệp

•

• • • • •

• •

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Zb6 = 0.5*(Rb6 + jXb6) = 0.5*( + j) = + j (Ω) Tổn thất công suât trong máy biến áp B6 là: 2 2 Ppt 6 + Q pt 6 ∆S b 6 = Z b 6 = + j (MVA) 2 U đm Công suất trước tổng trở máy biến áp B6 là: SB6 = Spt6 + ΔSB6 = (MVA) Công suất vào cuộn cao máy biến áp: SC6 = SB6+ΔS06 = (MVA) Công suất điện dung cuối đường dây II-6: QccII-6 = QcdII-6 = U2đm*B/2 = 1102**10-4 = MVAr Công suất sau tổng trở đường dây II-6 là: S’’II-6 = SC6 + S6-9 - jQcd9= (MVA) Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây: 2 PII"' − Q I"I2− 6 + 6 ∆ S II − Z II − 6 = 6 = + j (MVA) U đ2m Dòng công suất trước tổng trở đường dây: S’II-6 = S’’II-6 +ΔSII-6 = (MVA) Công suất từ nhà máy nhiệt điện II truyền vào là: SII-6 = S’II-6 - jQccII-6 = (MVA)

3.3. Tính cho đoạn I-5-II. Các trường hợp có thể xảy ra đối với đường dây liên lạc giữa hai nguồn ở chế độ sau sự cố như sau: 1. Hỏng 1 tổ máy lớn nhất (nhà máy I) khi phụ tải cực đại. Lúc này 3 tổ còn lại của nhà máy 1 phát công suất là % Pđm. 2. Đứt 1 lộ đường dây nối giữa hai nhà máy. Trường hợp này tổn thất gây ra thêm chỉ là trên các đường dây và trạm biến áp tăng do công suất truyền qua tăng, trường hợp này các NM I chỉ cần phát với công suất kinh tế là % Pđm.

a.

Xét sự cố hỏng một tổ máy công suất lớn nhất

• Sơ đồ thay thế:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 60

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

SI-5 S’I-5 ZI-5 S’’I-5 S’’’I-5

S’’’II-5 S’’II-5 ZII-5 S’II-5 SII-5

NMI

NMII

Sc5 QcdI-5

QccI-5

SB5

ΔS05

QcdI-5

Q ccI-5

Zb5 Spt5

•

Đã tính sơ bộ ở phần 3.3 chương I là khi xảy ra sự cố hỏng 1 tổ máy lớn nhất nhà máy I thì nhà máy I sẽ vận hành với công suất: % PđmF1. Ta có công suất truyền vào thanh góp hạ áp là : Sh1 = Skt1 – Std1 = (*% - )+( **% - *)j = (MVA) → mod(Sh1) = (2 + 2)0.5 = MVA • Tổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp: 2 2  ∆Pn .S max   U n .S max  ∆S B ( I ) =  + n ∆ P + j + n ∆ Q  0 0 2  n.S dmBA   n.100.S dmBA  = + j (MVA) • Công suất truyền vào thanh góp cao áp: Sc1 = Sh1 - ΔSb(1) = (MVA) • Do không xét sự cố xếp chồng nên khi xét tổng công suất các phụ tải lấy từ thanh góp cao áp của nhà máy điện I, ta lấy kết qủa của trường hợp phụ tải cực đại (các lộ nối với NMI không có sự cố): SN1 = SI-1 + SI-2 + SI-3 + SI-4 =()+()+()+() = (MVA) • Công suất truyền vào đường dây I-5 như sau: SI-5 = Sc1- SN1 = (MVA) • Công suất điện dung đầu và cuối đường dây I-5 là: QccI-5 = QcdI-5 = U2đm*B/2 = MVAr • Công suất trước tổng trở đường dây: S’I-5 = SI-1 + jQcdI-5 = (MVA) • Tổn thất công suất trên đường dây: P '2 + Q '2 ∆S I −5 = I −5 2 I −5 Z I −5 = + j (MVA) U đm • Công suất sau tổng trở đường dây: S”I-5 = S’I-5 - ΔSI-5 = (MVA) • Công suất chạy vào nút 5 là: S’”I-5 = S”I-1 + jQccI-5 = (MVA) SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 61

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Xác định công suất chạy vào cuộn cao áp trạm 5. • Tổn thất công suất trong máy biến áp là: 2 2 Ppt 5 + Q pt 5 ∆S b 5 = Z b 5 = + j (MVA) 2 U đm • Công suất trước tổng trở máy biến áp: Sb5 = Spt5+ΔSb5 = (MVA) • Công suất vào cuộn cao máy biến áp: Sc5 = Sb5 + ΔS05 = (MVA) • • • •

• • •

•

• •

Dòng công suất chạy từ nhiệt điện II Dòng công suất cuối đoạn đường dây II -5 xác định như sau: S”’II-5 = Sc5 - S”’II-5 = (MVA) Công suất điện dung đầu và cuối đường dây NĐII-5 là: QcdII-1 = QccII-1=U2đm*B/2 = MVAr Công suất sau tổng trở đường dây: S”II-5 = S”’II-5 - jQccII-5 = (MVA) Tổn thất công suất trên đường dây: PII"2− Q I"I2− 5 + 5 ∆ S II − = Z II − 5 5 = (MVA) 2 U đm Công suất sau tổng trở đường dây: S’II-5 = S”II-5 - ΔSII-5 = (MVA) Công suất chạy ra từ phía cao áp nhà máy II về phía phụ tải 5 là: SII-5 = S’II-5 - jQcdII-5 = (MVA) Tổng công suất yêu cầu trên thanh góp cao áp của nhiệt điện II, xét khi đoạn II-69, II-7, II-8 không có sự cố: SN2 = SII-5 + SII-6 + SII-7 + SII-8 = (MVA) Tổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp: 2 2  ∆Pn .S max   U n .S max  ∆S B ( II ) =  + n ∆ P + j + n ∆ Q  0 0 2  n.S dmBA   n.100.S dmBA  = + j (MVA) Công suất trên thanh góp hạ áp của máy biến áp NM II: Sh2 = SN2 + ΔSb(II) = (MVA) Công suất tự dùng được tính chính xác theo biểu thức: S td 2 = α ⋅ S đm 2 (0.4 + 0.6

SF 2 ) S đm 2

Với Sđm2 = / = MVA Ta có: SF2 = Sh2 + Std2= Sh2 +α (0.4*Sđm2+0.6*SF2) → Công suất phát của nhà máy là: SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 62

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

SF 2 =

S h 2 + α * 0.4 * S đm 2 1 − α * 0.6

= ( + 0.1*0.4*)/(1- 0.1*0.6) = (MVA) • Vậy phần trăm công suất mà nhà máy II phát lên lưới ở chế độ phụ tải cực đại là: / *100%= %

b.

Xét sự cố đứt một lộ đường đường dây 

Đứt một mạch đường dây II-5. I

52.95 km

59.23 km

5

AC - 95

II

AC - 70

NMI

NMII TDPH - 40000/110

Spt5 = 42+j26.03 MVA

• Đối với đường dây: ZII-5 = ( + j)*2 = + j (Ω) BII-5/2 = /2*10-4 = *10-4 (S) • Dòng công suất từ NMI đến nút 5 giống hệt trường hợp phụ tải cực đại nên ta áp dụng kết quả đã tính được ở 1.4 của chương này: Dòng công suất cuối đoạn đường dây II-5 xác định như sau: S”’II-5 = Sc5 - S”’II-5 =()-( ) = (MVA) • Công suất điện dung đầu và cuối đường dây NĐII-5 là: QcdII-1 = QccII-1= U2đm*B/2 = MVAr • Công suất sau tổng trở đường dây: S”II-5 = S”’II-5 - jQccII-5 = (MVA) • Tổn thất công suất trên đường dây: PII"2− Q I"I2− 5 + 5 ∆ S II − Z II − 5 = 5 = (MVA) 2 U đm • Công suất sau tổng trở đường dây: S’II-5 = S”II-5 - ΔSII-5 = (MVA) • Công suất chạy ra từ phía cao áp nhà máy II về phía phụ tải 5 là: SII-5 = S’II-5 - jQcdII-5 = (MVA) • Tổng công suất yêu cầu trên thanh góp cao áp của nhiệt điện II, xét khi đoạn II-69, II-7, II-8 không có sự cố: SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 63

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

SN2

= SII-5 + SII-6 + SII-7 + SII-8 = (MVA) • Tổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp: 2 2  ∆Pn .S max   U n .S max  ∆S B ( II ) =  + n∆P0  + j  + n∆Q0  2  n.S dmBA   n.100.S dmBA  = + j (MVA) • Công suất trên thanh góp hạ áp của máy biến áp NM II: Sh2 = SN2 + ΔSb(II) = (MVA) • Công suất tự dùng được tính chính xác theo biểu thức: S td 2 = α ⋅ S đm 2 (0.4 + 0.6

SF 2 ) S đm 2

Với Sđm2 = / = MVA Ta có: SF2 = Sh2 + Std2= Sh2 +α (0.4*Sđm2+0.6*SF2) → Công suất phát của nhà máy là: S + α * 0.4 * S đm 2 S F 2 = h2 1 − α * 0.6 = ( + 0.1*0.4*)/(1- 0.1*0.6) = (MVA) • Vậy phần trăm công suất mà nhà máy II phát lên lưới ở chế độ phụ tải cực đại là: / *100%= % 

Đứt một mạch đường dây I-5. 52.95 km

59.23 km

AC - 95

AC - 70

NMI

NMII TDPH - 40000/110

Spt5 = 42+j26.03 MVA

• Làm tương tự như trường hợp phụ tải cực đại. • Các thống số thay đổi so với trường hợp phụ tải cực đại: ZI-5 = ( + j)*2 = + j (Ω) BI-5/2 = /2*10-4 = *10-4 (S) a. Xác định định công suất từ NĐ1 vào nút 5 • Ở chế độ này nhà máy I vẫn phát nền là % PđmF1. Ta có công suất truyền vào thanh góp hạ áp là : Sh1 = Skt1 – Std1 = (*% - )+( **% - *)j = (MVA) SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 64

Đồ án tốt nghiệp

•

• •

• • • •

• •

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

→ mod(Sh1) = MVA Tổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp: 2  ∆P .S 2   U n .S max  ∆S B ( I ) =  n 2 max + n∆P0  + j  + n∆Q0   n.S dmBA   n.100.S dmBA  = + j (MVA) Công suất truyền vào thanh góp cao áp: Sc1 = Sh1 - ΔSB(I) = (MVA) Do không xét sự cố xếp chồng nên khi xét tổng công suất các phụ tải lấy từ thanh góp cao áp của nhà máy điện I, ta lấy kết qủa của trường hợp phụ tải cực đại (các lộ nối với NMI không có sự cố): SN1 = SI-1 + SI-2 + SI-3 + SI-4 =()+()+()+() = (MVA) Công suất truyền vào đường dây I-5 như sau: SI-5 = Sc1- SN1 = (MVA) Công suất điện dung đầu và cuối đường dây I-5 là: QccI-5 = QcdI-5 = U2đm*B/2 = MVAr Công suất trước tổng trở đường dây: S’I-5 = SI-1 + jQcdI-5 = (MVA) Tổn thất công suất trên đường dây: PI'−25 + Q I' 2−5 ∆S I −5 = Z I −5 = +j (MVA) 2 U đm Công suất sau tổng trở đường dây: S”I-5 = S’I-5 - ΔSI-5 = (MVA) Công suất chạy vào nút 5 là: S’”I-5 = S”I-1 + jQccI-5 = (MVA)

b. Xác định công suất chạy vào cuộn cao áp trạm 5. • Tổn thất công suất trong máy biến áp là: 2 2 Ppt 5 + Q pt 5 ∆S b 5 = Z b 5 = + j (MVA) 2 U đm • Công suất trước tổng trở máy biến áp: Sb5 = Spt5+ΔSb5 = (MVA) • Công suất vào cuộn cao máy biến áp: Sc5 = Sb5 + ΔS05 = (MVA) c. Dòng công suất chạy từ nhiệt điện II • Dòng công suất cuối đoạn đường dây II-5 xác định như sau: S”’II-5 = Sc5 - S”’II-5 = (MVA) • Công suất điện dung đầu và cuối đường dây NĐII-5 là: SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 65

Đồ án tốt nghiệp

• •

• • • •

• •

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

QcdII-1 = QccII-1= MVAr Công suất sau tổng trở đường dây: S”II-5 = S”’II-5 - jQccII-5 = (MVA) Tổn thất công suất trên đường dây: PII"2− Q I"I2− 5 + 5 ∆ S II − Z II − 5 = 5 = (MVA) 2 U đm Công suất sau tổng trở đường dây: S’II-5 = S”II-5 - ΔSII-5 = (MVA) Công suất chạy ra từ phía cao áp nhà máy II về phía phụ tải 5 là: SII-5 = S’II-5 - jQcdII-5 = (MVA) Tổng công suất yêu cầu trên thanh góp cao áp của nhiệt điện II: SN2 = SII-5 + SII-6 + SII-7 + SII-8 = (MVA) Tổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp: 2  ∆P .S 2   U n .S max  ∆S B ( II ) =  n 2 max + n∆P0  + j  + n∆Q0   n.S dmBA   n.100.S dmBA  = + j (MVA) Công suất trên thanh góp hạ áp của máy biến áp NM II: Sh2 = SN2 + ΔSb(II) = (MVA) Công suất tự dùng được tính chính xác theo biểu thức: S td 2 = α ⋅ S đm 2 (0.4 + 0.6

SF 2 ) S đm 2

Với Sđm2 lúc này sẽ là: Sđm = Pđm/cosφ = 100/ = MVA Ta có: SF2 = Sh2 + Std2= Sh2 +α (0.4*Sđm2+0.6*SF2) → Công suất phát của nhà máy là: S + α * 0.4 * S đm 2 S F 2 = h2 1 − α * 0.6 = (MVA) • Vậy phần trăm công suất mà nhà máy II phát lên lưới ở chế độ phụ tải cực đại là: / = %

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 66

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

CHƯƠNG VI:

TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN

Nhà máy điện 2 là nút cân bằng công suất do đó được chọn là nút cơ sở điện áp để tính toán. Trong chế độ phụ tải cực đại và chế độ sau sự cố ,chọn điện áp nút cơ sở U cs = kV, trong chế độ cực tiểu lấy Ucs = kV.

I.

Tính điện áp các nút trong các chế độ:

Quy ước Ui là điện áp trên thanh góp cao áp của phụ tải thứ i Uiq là điện áp trên thanh góp hạ áp trạm thứ i quy đổi về cao áp

1.1.

Chế độ phụ tải cực đại (Ucs = kV ) • Để tính điện áp trên thanh góp cao áp của nhà máy điện cần xác định điện áp trên thanh góp cao áp của trạm biến áp 5. • Đối với các mạng có Uđm ≤ 220kV thành phần tổn thất dọc trục trên dây dẫn là nhỏ có thể bỏ qua nên ta coi thành phần tổn thất điện áp chỉ là thành phần ngang trục, xét đường dây thứ i, tổn thất điện áp được tính theo công thức là: ∆U =

Pi Ri + Qi X i U cs

Với :

Pi, Qi : Dòng công suất chỵ trên đường dây thứ i Ri, Xi : Là các thông số của đường dây i. a. Tính điện áp trên thanh góp cao áp nhà máy nhiệt điện 1 • Sơ đồ thay thế:

I

ZI-5 = 8.74+j11.36

5

ZII-5 = 13.33+j13.03

II

121 kV

• Điện áp tại nút 5: U 5 = U cs

PII' −5 RII −5 + QII' −5 X II −5 − U cs

= - (*+*)/ = (kV) U 5q =U 5 −

Pb 5 Rb 5 + Qb 5 X b 5 U5

= - (*+*)/ = (kV) SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 67

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

• Điện áp tại thanh góp cao áp nhà máy I:

P " 5 RI − QI"− 5 + 5 X UI = U5 + I− U5

I− 5

= + (*+*)/ = (kV)

b.

Tính điện áp trên đoạn I-1 U 1 =U I −

P RI −1 + QI' −1 X I −1 UI ' I −1

= - (*+*)/ = (kV) U 1q =U 1 −

Pb1 Rb1 + Qb1 X b1 U1

= - (*+*)/ = (kV)

c.

Tính điện áp trên đoạn II-6-9 U 6 = U II −

PII' −6 RII −6 + QII' −6 X II −6 U II

= - (*+*)/ = (kV) U 6q =U 6 −

Pb 6 Rb 6 + Qb 6 X b 6 U6

= - (*+*)/ = (kV) P6'−9 R6−9 + Q6' −9 X 6−9 U 9 =U 6 − U6

= - (*+*)/ = (kV) U 9q =U 9 −

Pb 9 Rb 9 + Qb 9 X b 9 U9

= - (*+*)/ = (kV) d. Tính điện áp trên đoạn I-2, I-3, I-4, II-7, II-8 • Tính hoàn toàn tương tự trường hợp I-1 và II-6 ta có bảng tổng kết sau:

e.

Tổng kết điện áp trên các nhánh:

1.2.

Chế độ phụ tải cực tiểu (Ucs = kV ) • Tính toán hoàn toàn tương tự trương hợp trên ta có bảng tổng kết sau:

1.3.

SV: Tạ Hoài Nam

Chế độ sau sự cố.

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 68

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

• Xét sự cố các đoạn đường dây nối 2 nguồn, sự cố ngừng một tổ máy phát. Đầu phân áp sẽ được chọn theo điện áp thấp nhất trong các trường hợp sự cố đó. • Trường hợp nặng nề nhất là khi phụ tải cực đại, thanh góp cao áp nhà máy I vẫn duy trì mức điện áp là: (kV) • Ta xét trường hợp điện áp của PT ứng với khi lộ dây đó bị đứt (trừ phụ tải 2)

 Tính điện áp trên đoạn I-1 khi đường dây I-1 đứt một lộ: U 1 =U Im ax −

PI'−1 RI −1 + QI' −1 X I −1 UI

= - (*+*)/ = (kV) U 1q =U 1 −

Pb1 Rb1 + Qb1 X b1 U1

= - (*+*)/ = (kV)

 Tính điện áp trên đoạn I-2, I-3, I-4, II-7, II-8 • Tính hoàn toàn tương tự trường hợp I-1 kết quả cho ở bảng tổng kết.  Tính điện áp trên đoạn II-6-9 U 6 = U II

PII' −6 RII −6 + QII' −6 X II −6 − U II

= - (*+*)/ = (kV) U 6q =U 6 −

Pb 6 Rb 6 + Qb 6 X b 6 U6

= - (*+*)/ = (kV) U 9 =U 6 −

P6'−9 R6−9 + Q6' −9 X 6−9 U6

= - (*+*)/ = (kV) U 9q =U 9 −

Pb 9 Rb 9 + Qb 9 X b 9 U9

= - (*+*)/ = (kV)

 Điện áp tại nút 5: • Ở chương III khi tính sơ bộ ta đã xác định được rằng khi đứt 1 mạch đường I-5 dòng điện tăng lên lớn hơn nhiều so với khi đứt 1 mạch đường II-5 nên ta xét chế độ nặng nề hơn là chế độ đứt 1 mạch đường dây I-5. U 5 = U cs

PII' −5 RII −5 + QII' −5 X II −5 − U cs

= - (*+*)/ = (kV)

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 69

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

U 5q =U 5 −

Pb 5 Rb 5 + Qb 5 X b 5 U5

= - (*+*)/ = (kV) • Điện áp tại thanh góp cao áp nhà máy I: P " 5 RI − QI"− 5 + 5 X UI = U5 + I− U5

I− 5

= + (*+*)/ = (kV)

 Tính điện áp trên đoạn I-1 U 1 =U I −

PI'−1 RI −1 + QI' −1 X I −1 UI

= - (*+*)/ = (kV) U 1q =U 1 −

Pb1 Rb1 + Qb1 X b1 U1

= - (*+*)/ = (kV)

 Tổng kết điện áp trên các nhánh:

1.4. Tổng kết. • Ta có bảng tổng kết các trường hợp như sau:

II. 2.1. •

• •

•

Điều chỉnh điện áp trong trạm hạ áp

Chọn đầu phân áp trong trạm hạ áp. Bởi vì hầu hết các phụ tải đều là phụ tải loại I với yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường. Đồng thời các giá trị điện áp trong ba chế độ khác nhau tương đối nhiều. Do đó để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện áp cần sử dụng máy biến áp điều áp đưới tải. Tất cả các máy biến áp đều có phạm vi điều chỉnh ± 9 x 1.78%, Ucđm =115 kV, Uhđm =10.5 kV hoặc 11kV. Đối với trạm có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp của trạm biến áp quy định như sau : Trong chế độ cực đại : dUmax% =+5 % Trong chế độ cực tiểu : dUmin% = 0 % Trong chế độ sau sự cố : dUsc% = 0 - 5% Điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của trạm được xác định theo công thức sau: Uyc = Uđm + dU%*Uđm

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 70

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

• Đối với mạng điện thiết kế hạ áp có Uđm =10kV do đó xác định được điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp trong các chế độ: Chế độ cực đại: Uycmax = 10 + 5%*10 = 10.5 kV Chế độ cực tiểu: Uycmin = 10 + 0%*10 = 10 kV Chế độ sau sự cố: Uycsc = 10 + 5%*10 = 10.5 kV • Đối với trạm có yêu cầu điều chỉnh điện áp thường độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp cho phép như sau: Trong chế độ cực đại : dUmax% ≥ +5% Trong chế độ cực tiểu : dUmin% ≤ 7.5% Trong chế độ sau sự cố : dUsc% ≥ -2.5% • Điện áp yêu cầu trong các chế độ: Chế độ cực đại: Uycmax = 10 + 5%*10 = 10.5 kV Chế độ cực tiểu: Uycmin = 10 +7.5%*10 = 10.75 kV Chế độ sau sự cố: Uycsc = 10 – 2.5%*10 = 9.75 kV • Kết quả tính điện áp ứng với mỗi đầu điều chỉnh của máy biến áp điều áp dưới tải như sau:

2.2.

Chọn các đầu điều chỉnh trong máy biến áp hạ áp trạm 1. a. Chế độ phụ tải cực đại • Điện áp tính toán của đầu điều chỉnh của máy biến áp xác định như sau: U đc max =

U q max *U hdm U yc max

= */ = kV

• Chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn n = khi đó điện áp đầu điều chỉnh tiêu chuẩn là : Utcmax = kV • Điện áp thực trên thanh góp hạ áp là: U t max =

U q max * U hdm U tc max

= */ = kV

• Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp là: ∆U max % =

→

U t max − U dm *100 = (-10)/10*100 = % U dm

Như vậy đầu điều chỉnh đã chọn là phù hợp.

b. Chế độ phụ tải cực tiểu • Điện áp tính toán của đầu điều chỉnh của máy biến áp xác định như sau: U đc min =

U q min *U hdm U y csc

= */ = kV

• Chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn n = khi đó điện áp đầu điều chỉnh tiêu chuẩn là : Utcmin = kV

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 71

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

• Điện áp thực trên thanh góp hạ áp là: U q min *U hdm

U t min =

U tc min

= */ = kV

• Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp là: ∆U min % =

→

U t min − U dm *100 = (-10)/10*100 = % U dm

Như vậy đầu điều chỉnh đã chọn là phù hợp.

c. Chế độ sau sự cố • Điện áp tính toán của đầu điều chỉnh của máy biến áp xác định như sau: U đ csc =

U qsc *U hdm U y csc

= */ = kV

• Chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn n = khi đó điện áp đầu điều chỉnh tiêu chuẩn là : Utcsc = kV • Điện áp thực trên thanh góp hạ áp là: U tsc =

U qsc * U hdm U t csc

= */ = kV

• Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp là: ∆U min % =

→

U t min − U dm *100 = (-10)/10*100 = % U dm

Như vậy đầu điều chỉnh đã chọn là phù hợp.

2.3.

Tính độ lệch điện áp thanh góp hạ áp trạm 2. Do phụ tải 2 không yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường nên ta không cần sử dụng máy biến áp có đầu phân áp, ta chỉ cần đi tính độ lệch ĐA trên thanh góp hạ áp. a. tải cực đại • Điện áp thực trên thanh góp hạ áp là: U t max =

U q max *U hdm U cdm

Chế độ phụ

= */115 = kV

• Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp là: ∆U max % =

U t max − U dm *100 = (-10)/10*100 = % U dm

b. tải cực tiểu • Điện áp thực trên thanh góp hạ áp là: U t min =

U q min *U hdm U cdm

Chế độ phụ

= */115 = kV

• Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp là: SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 72

Đồ án tốt nghiệp ∆U max % =

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN U t max − U dm *100 = (-10)/10*100 = % U dm

c.

Chế độ sau

sự cố • Phụ tải 2 là hộ loại III, nối với nguồn bằng 1 mạch nên không xét đến sự cố đứt dây. 2.4. Tổng kết. • Các trạm còn lại tính toán giống trường hợp phụ tải 1, ta có kết quả cho ở bảng tổng kết sau:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 73

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Trong chế độ cực đại: Trong chế độ cực tiểu: Trong chế độ sau sự cố:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 74

Đồ án tốt nghiệp

III.

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Điều chỉnh điện áp trong trạm tăng áp.

• Đối với các máy biến áp trong trạm tăng áp của nhà máy điện đầu điều chỉnh được xác định trong chế độ cực đại và chế độ cực tiểu, được xác định theo công thức sau: U Fdm * U max + ∆U b max U F max U *U min = Fdm + ∆U b min U F min

U dc max =

U dc min

Trong đó: UFmax, UFmin : Điện áp trên thanh góp MF trong chế độ max và min UFđm : Là điện áp định mức của máy phát Umax, Umin : Điện áp trên TG cao áp của trạm ở chế độ max và min ΔUbmax,ΔUbmin : Là tổn thất điên áp trong MBA trong chế độ max và min • Vì MBA tăng áp hai cuộn dây thường là các máy không điều chỉnh dưới tải do đó chọn đầu điều chỉnh trung bình cho 2 chế độ cực đại và cực tiểu. U dc =

1 (U dc max + U dc min ) 2

• Chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn gần nhất. Sau đó tính giá trị thực của điện áp trên thanh góp máy phát trong hai chế độ max và min theo công thức: U Fdm * U max U tc − ∆U b max U * U min = Fdm U tc − ∆U b min

U Ft max =

U Ft min

• Độ lệch điện áp trên cực máy phát xác định như sau: U Ft max − U Fdm * 100 U Fdm U − U Fdm U Ft min % = Ft min * 100 U Fdm U Ft max % =

3.1.

Đối với trạm tăng áp của nhà máy I. • Tổng trở MBA là: ZB = + j Ω . • Trong chế độ phụ tải cực đại NMI vận hành với máy biến áp và công suất trên thanh cái cao áp của trạm là. ScImax = Sh1 - ΔSb(1) = () - (+j) = (MVA) Tổng trở của các máy biến áp: ZBImax = ZB/4 = ( + j)/4 = +j (Ω) Điện áp trên thanh cái cao áp là: UImax = kV

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 75

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

• Trong chế độ phụ tải cực tiểu NMI vận hành với 2 máy biến áp và công suất trên thanh cái cao áp của trạm là. ScImin = Sh1 - ΔSb(1) = (MVA) Tổng trở của các máy biến áp: ZBImin = ZB/2 = ( + j)/2 = +j (Ω) Điện áp trên thanh cái cao áp là: UImin = kV → Tổn thất MBA trong chế độ cực đại là: ∆U B Im ax =

Pc Im ax * Rb Im ax + Qc Im ax * X b Im ax U Im ax

= (*+*)/ = kV Tổn thất MBA trong chế độ cực tiểu là: ∆U B Im in =

Pc Im in * Rb Im in + Qc Im in * X b Im in U Im in

= (*+*)/ = kV • Điện áp điều chỉnh trong các chế độ: U dc max =

U Fdm * U max + ∆U b max U F max

= 10.5*/(1.05*10.5) + = kV U dc min =

U Fdm *U min + ∆U b min U F min

= 10.5*/(0.95*10.5) + = kV • Điện áp đầu điều chỉnh trung bình. U dc =

1 (U dc max + U dc min ) = (+)/2 = kV 2

Với MBA tăng áp ta có Upatc = 121 ± 5 x 2,5% vậy chọn đầu phân áp tiêu chuẩn gần nhất là n = và Upatc = kV. • Điện áp thực trên thanh góp hạ áp: U Fdm * U Im ax =10.5*/(121-) = kV U Itc − ∆U B Im ax U Fdm * U Im in = =10.5*/(121-) = kV U Itc − ∆U B Im in

U Ft max = U Ft min

• Độ lệch điện áp trên đầu cực máy phát :

U Ft max − U Fdm * 100 = (-10.5)/10.5*100 = % U Fdm U − U Fdm U Ft min % = Ft min * 100 = (-10.5)/10.5*100 = % U Fdm U Ft max % =

→

Như vậy độ lệch điện áp là thoả mãn.

3.2.

Đối với trạm tăng áp của nhà máy II.

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 76

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

• Tổng trở MBA là: ZB = + j Ω . • Trong chế độ phụ tải cực đại NMII vận hành với máy biến áp và công suất trên

thanh cái cao áp của trạm là. SCIImax = (MVA) Tổng trở của các máy biến áp: ZBIImax = ZB/4 = ( + j)/4 = +j (Ω) Điện áp trên thanh cái cao áp là: UIImax = kV • Trong chế độ phụ tải cực tiểu NMII vận hành với 2 máy biến áp và công suất trên thanh cái cao áp của trạm là. ScIImin = (MVA) Tổng trở của các máy biến áp: ZBImin = ZB/2 = ( + j)/2 = +j (Ω) Điện áp trên thanh cái cao áp là: UIImin = kV → Tổn thất MBA trong chế độ cực đại là: ∆U BI Im ax =

PcI Im ax * RbI Im ax + QcI Im ax * X bI Im ax U I Im ax

= (*+*)/ = kV Tổn thất MBA trong chế độ cực tiểu là: ∆U B Im in =

Pc Im in * Rb Im in + Qc Im in * X b Im in U Im in

= (*+*)/ = kV • Điện áp điều chỉnh trong các chế độ: U dc max =

U Fdm * U max + ∆U b max U F max

= 10.5*/(1.05*10.5) + = kV U dc min =

U Fdm *U min + ∆U b min U F min

= 10.5*/(0.95*10.5) + = kV • Điện áp đầu điều chỉnh trung bình. U dc =

1 (U dc max + U dc min ) = (+)/2 = kV 2

Với MBA tăng áp ta có Upatc = 121 ± 5 x 2,5% vậy chọn đầu phân áp tiêu chuẩn gần nhất là n = và Upatc = kV. • Điện áp thực trên thanh góp hạ áp: U Fdm * U Im ax =10.5*/(121-) = kV U Itc − ∆U B Im ax U Fdm * U Im in = =10.5*/(121-) = kV U Itc − ∆U B Im in

U Ft max = U Ft min

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 77

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

CHƯƠNG VII: I.

TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ_KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN Vốn đầu tư xây dựng mạng điện.

• Tổng các vốn đầu tư xây dựng mạng điện xác định theo công thức : K=Kd+Kt Trong đó : Kd : Là vốn đầu tư xây dựng đường dây. Kt : Là vốn đầu tư xây dựng các trạm hạ áp. Trong chương III đã xác định được vốn đầu tư xây dựng đường dây. Kd = *109 đồng • Vốn đầu tư cho các trạm hạ áp xác định theo bảng sau:

• Trong mạng có 7 trạm (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8) có Sđm = 25 MVA, 1 trạm (5) có công

suất định mức Sđm = 40MVA, 1 trạm (9) có Sđm = 16MVA. Trong đó chỉ có một trạm 25MVA (trạm PT2) có một máy biến áp, các trạm còn lại có hai máy biến áp. Kt = 6*1.8*19*109 + 1*1.8*25*109 +19*109 +1.8*13*109 = * 109 đồng • Tổng vốn đầu tư xây dựng mạng điện là: K = *109 + * 109 = * 109 đồng

II.

Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện.

• Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện bao gồm tổn thất trên đường dây và tổn thất trong máy biến áp ở chế dộ cực đại

 Tổng tổn thất trên đường dây: Áp dụng các kết quả đã tính ở phần I chương 5 ta có kết quả ΔPd = ΣΔPdi = +++++++++ = MW 

Tổng tổn thất trong cuộn dây máy biến áp: ΔPb



= ΣΔPbi = ++++++++ = MW

Tổng tổn thất trong lõi thép máy biến áp:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 78

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

ΔP0

= ΣΔP0i = 6*++1*+1* = MW → Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện là: ΔP = ΔPb + ΔP0 + ΔPd = + + = MW • Phần trăm tổn thất công suất tác dụng: ∆P % =

III.

∆Pmax * 100 = /*100% = % ∑ Pmax

Tính tổn thất điện năng.

• Tổng tổn thất điện năng trong mạng điện có thể xác định theo công thức sau: ∆A = ( ∆Pd + ∆Pb ) *τ + ∆P0 * t

Trong đó: τ

: Là thời gian tổn thất công suất lớn nhất. Được tính theo công thức: τ = (0.124 + Tmax*10-4)2*8760 = (0.124 + *10-4)2*8760 = h t : Là thời gian các máy biến áp vận hành trong năm. Ta lấy thời gian vận hành là cả năm nên t = 8760 h. • Trong chế độ cực tiểu cắt 1 MBA trong tất cả các trạm. Ta có tổng tổn thất công suất tác dụng trong các trạm biến áp khi phụ tải cực tiểu là: ΔP0 = 7* + 1*+ 1* = MW • Lấy thời gian phụ tải cực đại bằng thời gian phụ tải cực tiểu = 8760/2 h. Do đó tổng tổn thất điện năng trong mạng điện là: ΔA = (ΔPd +ΔPb)*τ + ΔP0max*t/2 + ΔP0min*t/2 = (+)* + *8760/2+*8760/2 = MWh • Tổng điện năng các phụ tải nhận được là : A = ΣPmax* Tmax = * = MWh → Phần trăm tổn thất điện năng: ∆A% =

∆A * 100 = /*100% = % A

IV. Tính chi phí và giá thành. IV.1. Chi phí vận hành hàng năm. • Chi phí vận hành hàng năm trong các mạng điện được xác định theo công thức: Y = avhđ*Kd + avht*Kt + ΔA*c Trong đó : avhđ : Là hệ số vận hành đường dây (avhđ =0.04) avht : Là hệ số vận hành các thiết bị trong trạm biến áp (avht =0.10). c : Là giá 1 kWh điện năng tổn thất (c = đ/kWh) • Do đó: SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 79

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

= 0.04**109 + 0.10**109+* = *109 đồng

Y

IV.2. Chi phí tính toán hàng năm • Chi phí tính toán hàng năm được xác định theo công thức sau : Z = atc*K + Y Trong đó atc là hệ số định mức hiệu quả vốn đầu tư (atc = 0.125) • Do đó : Z = 0.125**109 + *109 = đồng

IV.3. Giá thành truyền tải điện • Giá thành truyền tải điện xác định theo công thức: β=

Y = *109/(*103) = đ/kWh A

IV.4. Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại: • Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại xác định như sau:

K0 =

K 9 9 ∑Pmax = *10 / = *10 (đ/MW)

IV.5. Tổng hợp. • Kết quả tính các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện thiết kế được tổng hợp trong bảng sau:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 80

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

PHẦN II: TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN XÍ NGHIỆP. THIẾT KẾ MÔ PHỎNG TỦ BÙ

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 81

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG I:

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

BÀI TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN XÍ NGHIỆP

I. Bù công suất phản kháng trong lưới điện xí nghiệp. 1.1. Yêu cầu công suất phản kháng trong mạng xí nghiệp Điện năng sản xuất ra trong hệ thống điện một phần được sử dụng cho mục đích dân sinh (sinh hoạt hàng ngày, phục vụ các công trình công cộng…) và một phần lớn được sử dụng trong các xí nghiệp công nghiệp để tiến hành sản xuất. Với xu hướng hiện nay, các nhà máy xí nghiệp đang dần chuyển các nguồn năng lượng khác sang năng lượng điện, theo ước tính, 70% năng lượng điện sản xuất ra dùng trong các xí nghiệp công nghiệp. Một đặc điểm rất đặc trưng của mạng xí nghiệp so với mạng điện dân dụng là có tỉ lệ cao các loại động cơ điện, kháng điện, máy biến áp…hay các thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ. Tất cả máy điện và thiết bị điện hoạt động dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ đều có nguyên tắc chung là sử dụng dòng điện xoay chiều để tạo ra từ trường trong các cuộn dây, sau đó từ trường này lại cảm ứng lên cuộn dây khác để biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác như cơ năng hoặc nhiệt năng. Việc sử dụng dòng điện để tạo ra từ trường như vậy yêu cầu một lượng công suất phản kháng lớn hơn nhiều các loại thiết bị khác (đốt nóng, chiếu sáng…) vì thế chúng được coi là các nguồn tiêu thụ công suất phản kháng trong mạng điện. Các nguồn tiêu thụ công suất phản kháng là: động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng nhiều nhất, chiếm khoảng 60 - 65% toàn bộ công suất phản kháng chuyên chở trên mạng điện. Máy biến áp, kháng điện, đường dây trên không cũng tiêu thụ khá nhiều công suất phản kháng, riêng máy biến áp tiêu tốn khoảng 20 - 25%. Để cung cấp công suất phản kháng cho mạng xí nghiệp thì có thể lấy từ nguồn trên hệ thống, tuy nhiên vì nhiều lí do mà hệ thống không cung cấp đủ lượng công suất phản kháng và xí nghiệp bị bắt buộc phải tự cung cấp công suất phản kháng cho mình nếu không muốn phải mua công suất phản kháng. 1.2. Bù công suất phản kháng mạng xí nghiệp là yêu cầu bắt buộc. Một trong những điều kiện quan trọng nhất để đánh giá một hệ thống điện được có vận hành ổn định hay không là việc xem xét xem hệ thống điện đó có thỏa mãn được nhu cầu của các phụ tải hay không. Nói cách khác ở chế độ xác lập thì hệ thống điện cần đảm bảo cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng tại mọi điểm trong hệ thống, hay tại một thời điểm nào đó ở chế độ xác lập thì: PF = Ppt + ∆P

Q F = Q pt + ∆Q

Trong đó:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 82

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

PF, QF : là tổng công suất tác dụng và công suất phản kháng của các nguồn trong hệ thống. Ppt, Qpt: là tổng công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải ΔP, ΔQ: là tổng tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trong hệ thống. Vì lý do kinh tế các máy phát điện không chế tạo để phát đủ lượng công suất phản kháng mà cả hệ thống yêu cầu mà chỉ phát một phần để làm nhiệm vụ đáp ứng tức thời sự thay đổi công suất phản kháng trong hệ thống điện. Mặt khác, nếu như các nhà máy cung cấp đầy đủ công suất phản kháng cho toàn hệ thống sẽ dẫn đến một hệ quả là lượng công suất phản kháng truyền tải trên các đường dây là quá lớn, dẫn đến tổn thất điện áp, tăng cách điện đường dây…Trong khi việc công suất phản kháng truyền tải trên đường dây là không cần thiết vì ta có thể tạo ra được công suất phản kháng một cách cục bộ cuối đường dây truyền tải hay ngay trước phụ tải yêu cầu bằng các thiết bị bù. Theo [1], công suất phản kháng sản xuất ra từ các nhà máy điện chỉ cung cấp được khoảng 50% yêu cầu của toàn hệ thống, các yêu cầu về công suất phản kháng còn lại được xử lý như sau: 1. Sử dụng các thiết bị bù để cung cấp công suất phản kháng cục bộ cho phụ tải tại nơi cần. 2. Yêu cầu các phụ tải công nghiệp nâng cao hệ số cosφ lên 0.85 [5] Nếu như các hộ phụ tải công nghiệp không có ràng buộc về hệ số công suất tối thiểu sẽ dẫn đến việc hệ thống điện phải đầu tư các thiết bị phát công suất phản kháng và lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên dây lớn dẫn đễn việc tăng tổn thất điện năng và giảm khả năng tải của đường dây truyền tải… Theo quy định của nhà nước [5]: “Bên mua điện khi sử dụng điện vào mục đích sản xuất, kinh doanh, dịch vụ có công suất sử dụng từ 80 kW hoặc máy biến áp có dung lượng từ 100 kVA trở lên và có hệ số công suất cosφ < 0,85 phải mua công suất phản kháng”. Vì vậy cần thiết phải có các biện pháp bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số cosφ trong các mạng điện của hộ phụ tải công nghiệp. 1.3. Cách xác định dung lượng bù của mạng xí nghiệp. Việc xác định dung lượng cần bù của mạnh xí nghiệp có thể dựa vào việc đánh giá thống kê các phụ tải trong xí nghệp và đồ thị phụ tải của chúng. Điều này rất phức tạp vì các con số thống kê không đáng tin cậy và khối lượng thu thập số liệu và tính toán lớn. Một cách đơn giản hơn là đo trực tiếp hệ số công suất cosφ trước khi bù, sau đó đưa ra mục tiêu bù cosφ (thường lấy bằng yêu cầu giới hạn bắt buộc 0.85) để tính ra dung lượng bù dựa vào công thức: Qbù = P(tgφ1 - tgφ2)α (kVAr) Trong đó: P : Phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ điện (kW). φ1 : Góc ứng với hệ số công suất trung bình cosφ1 truớc khi bù. φ2 : Góc ứng với hệ số công suất cosφ2 muốn đạt được sau khi bù. SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 83

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

α = 0.9 - 1: Hệ số xét đến khả năng nâng cao cosφ bằng những phương pháp không đòi hỏi thiết bị bù, hệ số công suất cosφ2 nói ở trên thường lấy bằng công suất do cơ quan quản lý hệ thống điện quy dịnh cho mỗi hộ tiêu thụ phải đạt được thường nằm trong khoảng cosφ = 0.8 - 0.95. Cần chú ý rằng đứng về mật tổn thất công suất tác dụng của hộ dùng điện thì dung lượng bù có thể xác định theo quan điểm tối ưu sau đây: Do bù có thể xác định được một lượng công suất tác dụng là: ΔPtk = kktQbù - kbùQbù = Qbù(kkt - kbù) Trong đó: kkt : Là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng (kW/kVAr). kbù : Tổn thất công suất tác dụng trong thiết bị bù. Như vậy ΔPtk = f(Qbù), từ đó chúng ta có thể tìm dung lượng bù tối ưu ứng với ΔPtk đạt cực đại là: Qbù tối ưu = Từ hai công thức trên ta có: Qbù tối ưu = Q( 1 - ) Qbù tối ưu không nhất thiết trùng với Qbù được tính theo công thức trên. Đứng về mặt nội bộ hộ tiêu thụ mà nói nên bù một lượng Qbù tối ưu là kinh tế hơn cả song do lợi ích của toàn bộ hệ thống điện thường nhà nước quy định hệ số công suất tiêu chuẩn mà các hộ tiêu thụ nhất thiết phải đạt được, mặc dù đối với từng hộ dùng điện cụ thể cosφ tiêu chuẩn đó chưa phải là tốt nhất vì vậy trong thực tế thường người ta tính dung lượng bù theo công thức Qbù = P(tgφ1 - tgφ2)α. 1.4. Các loại thiết bị bù trong mạng xí nghiệp. Các thiết bị sử dụng để bù công suất phản kháng trong mạng xí nghiệp bao gồm: • Máy bù đồng bộ: vì có công suất lớn nên thường đặt tập trung ở những điểm quan trọng của hệ thống điện. Ở xí nghiệp lớn, máy bù nếu có thường được đặt ở phía điện áp cao của trạm biến áp trung gian.Tụ điện thường đặt ở mạng có điện áp cao hoặc thấp hặc cao. • Tụ điện điện áp cao (6-15kV): được đặt tập trung ở thanh cái của trạm biến áp trung gian, hoặc ở trạm phân phối. Nhờ đặt tập trung nên việc theo dõi và vận hành các tụ điện dễ dàng và có khả năng thực hiện việc tự động hóa điều chỉnh dung lượng bù. Bù tập trung ở mạng điện áp cao còn có ưu điểm là tận dụng được tối đa khả năng bù của tụ điện. Nhược điểm của phương pháp này là không bù được điện áp ở mạng điện áp thấp, do đó không có tác dụng giảm tổn thất điện áp và công suất ở mạng điện áp thấp. • Tụ điện điện áp thấp (0.4 kV) được đặt theo 3 cách: đặt tập trung ở thanh cái phía điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng, đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực và đặt phân tán ở từng thiết bị dùng điện.

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 84

Đồ án tốt nghiệp

II.

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Vấn đề giảm tổn thất điện năng bằng cách phân phối tối ưu dung lượng bù.

2.1. Thay đổi vị trí đặt bù để giảm tổn thất công suất tác dụng. Theo ước tính, 70% năng lượng điện sản xuất ra dùng trong các xí nghiệp công nghiệp, vì thế vấn đề tìm ra các giải pháp tiết kiệm điện năng trong xí nghiệp là rất cần thiết. Tính chung trong toàn hệ thống điện thì có khoảng 10-15% năng lượng phát ra bị mất mát trong truyền tải và phân phối, bảng sau cho thấy mức độ tổn thất trong các cấp điện áp của hệ thống điện (chỉ xét đến đường dây và máy biến áp). Mạng điện áp U ≥ 110 kV U = 35 kV U = 0.1 - 10 kV Tổng cộng

Tổn thất điện năng Đường dây Máy biến áp 13.3 12.4 6.9 3.0 47.8 16.6 68.0 32.0

Tổng 25.7 9.9 64.4 100.0

Tổn thất điện năng điện năng trong hệ thống điện Từ bảng này ta thấy tổn thất điện năng trong mạng 0.1-10 kV (tức mạng điện trong các xí nghiệp) chiếm đến 64.4% tổng số điện năng bị tổn thất. Sở dĩ như vậy vì mạng điện xí nghiệp thường dùng điện áp tương đối thấp, đường dây lại dài và phân tán đến từng phụ tải nên gây ra tổn thất điện năng lớn. Việc thực hiện tiết kiệm điện năng không những có lợi cho bản thân các xí nghiệp mà còn có lợi cho nền kinh tế quốc dân. Việc tiết kiệm điện năng trong mạng xí nghiệp là một biện pháp tổng hợp bao gồm nhiều giải pháp khác nhau, trong đó một biện pháp quan trọng và dễ thực hiện là phân phối tối ưu lại dòng công suất để tránh tổn thất điện áp và công suất tác dụng trên dây dẫn. Khi một dòng công suất quá lớn chạy qua dây dẫn khiến cho tổn thất công suất tác dụng của dây dẫn đó tăng lên vì thế ta cần giảm tối đa dòng công suất chảy qua dây dẫn. Ta xem xét phân tích sau:

A Q bù

B

Z = R + jX Pđ Qđ

Pc Qc

Giả sử trên đường dây có điện áp định mức Uđm từ điểm A đến điểm B yêu cầu công suất cuối đường dây (B) là Qc = Pc + jQc để đáp ứng công suất tại B thì tại A có thể đặt thiết bị bù để cung cấp nguồn công suất phản kháng cho B, Từ A dòng công suất cần phải truyền đến B là: Qđ = Pđ + jQđ. Với Qđ ~ Qc. Theo [1] tổn thất trên đoạn dây tính gần đúng như sau: ΔP = R = R + R (1)

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 85

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Giả sử bây giờ thiết bị bù đặt tại B:

A

B

Z = R + jX Pđ Qđ - Qbù

Pc Qc

Q bù

Và vì vậy công suất phản kháng truyền trên dây chỉ là Qđ - Qbù, tổn thất lúc này sẽ là: ΔPbù = R < ΔP Mà ở B vẫn đảm bảo Qc ~ Qbù + (Qđ - Qbù) ~ Qđ Từ (1) ta thấy rằng để giảm tổn thất công suất tác dụng có thể giảm P hoặc Q chạy qua dây dẫn. Tuy nhiên dòng công suất tác dụng không thể thay đổi vì ta không thể tạo ra dòng P khi cần thiết, dòng công suất P do các nhà máy điện đảm bảo cho toàn hệ thống, còn dòng công suất Q có thể tạo ra cục bộ bằng cách sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng và có thể cung cấp trực tiếp trước phụ tải. Vì thế việc xác định vị trí thiết bị bù công suất phản kháng có thể giảm tổn thất công suất tác dụng trên mạng điện. Việc đặt bù có được thực hiện hay không dựa vào việc xem xét tính kinh tế, tức là so sánh giữa chi phí xây dựng thêm thiết bị bù là lợi ích của việc giảm tổn thất công suất tác dụng sẽ tiết kiệm được bao nhiêu tiền, nếu việc đặt bù là kinh tế ta mới tiến hành đặt bù. 2.2. Vị trí đặt thiết bị bù. Sau khi tính dung lượng bù và chọn loại thiết bị thì vấn đề quan trọng là bố trí thiết bị bù vào trong mạng sao cho có hiệu quả kinh tế nhất. Thiết bị bù có thể được đặt ở vị trí cao hơn (lớn hơn 1000V) hoặc ở phía điện áp thấp (nhỏ hơn 1000V), nguyên tắc đặt thiết bị bù là làm sao cho hiệu qủa kinh tế cao nhẩt. Đứng về mặt giảm tổn thất điện năng mà xét thì việc đặt phân tán các tụ bù ở từng thiết bị điện có lợi hơn cả. Song với cách đặt này khi thiết bị nghỉ thì tụ điện cũng nghỉ theo do đó hiệu suất bù không cao. Phương án này chỉ được dùng để bù cho những động cơ không đồng bộ có công suất lớn. Phương án đặt tụ bù thành nhóm ở tủ phân phối động lực hoặc đường dây chính trong phân xưởng được dùng nhiều hơn vì hiệu suất cao, giảm được tổn thất trong cả mạng điện cao và mạng điện thấp. Vì các tụ được đặt thành các nhóm nhỏ (khoảng 30100kVAr) nên chúng không chiếm nhiều diện tích, có thể đặt chúng trong những tủ phân phối động lực, hoặc trên các xà nhà các phân xưởng. Nhược điểm của phương án này là các nhóm tụ điện nằm phân tán khiến việc theo dõi chúng trong khi vận hành không thuận tiện và khó thực hiện việc điều chỉnh dung lượng bù. Phương án đặt tụ điện tập trung ở thanh cái điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng được dùng trong trong trường hợp dung lượng bù khá lớn hoặc khi có yêu cầu tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn định điện áp của mạng. Nhược điểm của phương án này là không giảm được tổn thất trong mạng phân xưởng.

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 86

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Trong thực tế tùy tình hình cụ thể mà chúng ta phối hợp cả ba phương án đặt tụ điện kể trên.

III.

Nghiên cứu và giải quyết các bài toán bù trong mạng điện xí nghiệp.

Trong khuôn khổ phần 2 của bản đồ án này sẽ nghiên cứu 2 phần: • Bài toán phân bố tối ưu công suất phản kháng trong lưới điện xí nghiệp: Xây dựng thuật toán và chương trình ứng dụng. • Nghiên cứu và mô phỏng tủ bù công suất phản kháng giữ cosφ cho phụ tải công nghiệp. Cụ thể mỗi phần như sau:

3.1.

Bài toán phân bố tối ưu công suất phản kháng trong lưới điện xí nghiệp: Xây dựng thuật toán và chương trình ứng dụng. Trong phần này sẽ quan tâm đến việc tính tối ưu vị trí và dung lượng đặt bù trong mạng điện nhằm giảm tối đa tổn thất công suất tác dụng. Phần quan trong nhất của phần này sẽ viết một chương trình để tính dung lượng và vị trí bù tối ưu. Phần này được trình bày trong chương II và sẽ nguyên cứu các vấn đề sau: • Nghiên cứu thuật toán tối ưu hóa dung lượng và vị trí các tụ bù • Viết chương trình và thử nghiệm trên một bài toán cụ thể • Điều chỉnh dung lượng bù khi đồ thị phụ tải thay đổi.

3.2.

Nghiên cứu và mô phỏng tủ bù công suất phản kháng giữ cosφ cho phụ tải công nghiệp. Phần này tập trung vào phương pháp bù tập trung các phụ tải. Phương pháp này áp dụng khi mạng điện phụ tải là nhỏ và yêu cầu tính tự động cao. Phần này được trình bày trong chương III và sẽ nguyên cứu các vấn đề sau: • Sử dụng các tụ điện để bù công suất phản kháng và nâng cao hệ số cosφ • Áp dụng bộ điều chỉnh hệ số công suất (Power Factor Regulator) để tiến hành bù công suất phản kháng. • Nguyên lý hoạt động và các vấn đề liên quan đến việc vận hành, bảo vệ tụ bù (sóng hài, quá điện áp tụ bù, điện trở phóng điện…) • Tiến hành lắp đặt một bộ thiết bị bù (tủ bù) và thử nghiệm trên tải thực tế là động cơ không đồng bộ 3 pha. • Tính toán và kiểm nghiệm các thông số khi thử nghiệm

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 87

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

CHƯƠNG II: PHÂN BỐ TỐI ƯU DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG XÍ NGHIỆP. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN I. Bài toán phân phối dung lượng bù trong mạng xí nghiệp 1.2. Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia. Để xác đinh dung lượng tổng cần bù cho xí nghiệp trước tiên ta đặt các thiết bị đo ở đầu đường dây vào nhà máy hoặc sau máy biến áp tổng, ta sẽ đo được hệ số công suất cosφ1 của nhà máy trước khi bù, để tính dung lượng cần bù (cưỡng bức) ta sử dụng công thức sau: Qbù = P(tg φ1 - tg φ2) Sau khi tính được dung lượng bù ta tiến hành phân phối dung lượng bù sao cho tối ưu nhất, tức là tổn thất điện năng trong mạng do công suất phản kháng bù gây ra giảm thấp nhất, tuy nhiên nếu giải bài toán này rất phức tạp vì cần nhiều số liệu tổng hợp về hoạt động của các phụ tải. Tuy nhiên ta có thể chuyển hàm mục tiêu là giảm ΔP → min thì bài toán sẽ đơn giản đi nhiều. Bài toán đặt ra là trong một mạng hình tia có n nhánh, tổng dung lượng bù là Qbù, hãy phân phối dung lượng bù trên các nhánh sao cho tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra là nhỏ nhất để hiệu quả bù dạt được lớn nhất.Giả sử dung lượng bù được phân phối trên các nhánh là Qbù 1, Qbù 2…Qbù n. Phụ tải phản kháng và điện trở của các nhánh lần lượt là Q1, Q2…Qn và r1, r2…rn. Q Q bù

r1

r2

rn

Q1

Q2

Qn

Q bù 1

Qbù 2

Qbù n

Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia Tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra được tính theo biểu thức sau: ∆P

= r1 + r2 +…+ rn = f(Qbù 1, Qbù 2,…, Qbù n)

Với điều kiện ràng buộc cân bằng về công suất bù là:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 88

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

φ(Qbù 1, Qbù 2,…, Qbù n) = Qbù 1+ Qbù 2 +…+ Qbù n – Qbù = 0 Để tìm cực tiểu của hàm nhiều biến f(Qbù 1, Qbù 2,…, Qbù n) chúng ta có thể dùng phương pháp nhân tử Lagrange, chọn nhân tử λ bằng: λ= Trong đó L là hằng số sẽ được xác định sau. Theo phương pháp nhân tử Lagrange, điều kiện để ∆P có cực tiểu là các đạo hàm riêng của hàm: F = f(Qbù 1, Qbù 2,…, Qbù n) + λφ(Qbù 1, Qbù 2,…, Qbù n) đều triệt tiêu. Do đó ta có hệ phương trình sau: = - r1 + = 0 = - r2 + = 0 -----= - rn + = 0

(*)

Giải hệ phương trình (*) chúng ta có: L=[(Q1 + Q2 +…+Qn) – (Qbù 1 + Qbù 2 +…+Qbù n)]*( + +…+ )-1 n

Đặt:

∑Q i =1 n

i

=Q

∑Q bù i = i =1

- Tổng phụ tải phản kháng của mạng Qbù

- Tổng dung lượng bù của mạng

( + +…+ )-1 = Rtd - Điện trở tương đương của những nhánh có đặt thiết bị bù của mạng Vậy có thể viết: L = (Q - Qbù) Rtd Thay L vào hệ phương trình (*) ta tìm được dung lượng bù tối ưu của các nhánh: Qbù 1 = Q1 - Rtd Qbù 2 = Q2 - Rtd -------Qbù n = Qn - Rtd Để thuận tiện trong vận hành và giảm bớt các thiết bị đóng cắt, đo lường cho các nhóm tụ, người ta quy định rằng nếu dung lượng tụ bù tối ưu cảu một nhánh nào đó nhỏ hơn 30 kVAr thì không nên đặt tụ điện ở nhánh đó nữa mà nên phân phối dung lượng bù sang các nhánh lân cận. 1.3. Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh. Mạng phân nhánh có thể coi là nhiều mạng hình tia ghép lại.

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 89

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

1 0 Q Qbù

Qbù đặt i i

2

Q01 r 01

Q12

Q 23 Q (i-1)i

r 12

r23

r1

r2

Q1

n

Qi(i+1) Q (n-1)n

r(i-1)i

ri(i+1) r(n-1)n

ri

rn

Q2

Qi

Qn

Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh Nếu quan niệm như vậy thì chúng ta có thể áp dụng công thức trên để tính cho trường hợp mạng phân nhánh. Dung lượng bù của mạng phân nhánh thứ i được tính như sau: Qbù i = Qi - Rtdi Trong đó: Qi : Phụ tải phản kháng nhánh thứ i Q(i-1)i : Phụ tải phản kháng chạy trên đoạn từ điểm i-1 đến điểm i Qbù đặt i : Dung lượng tụ bù đặt tại điểm i Rtdi : Điện trở tương đương của mạng kể từ điểm i trở về sau.

II. Chương trình tính dung lượng bù cho mạng phân nhánh. Phần tiếp theo của đồ án sẽ viết chương trình để tính phân phối dung lượng bù tối ưu cho một mạng hình tia bất kì và Qbù được đặt ở cuối mỗi nhánh, việc xác định điểm cuối mỗi nhánh được đánh giá dựa vào việc phân loại độ lớn và sự cần thiết đặt thiết bị bù của các phụ tải. Ở đây ta không đi sâu vào điều này mà chỉ quan tâm đến thông số cuối cùng là điện trở trên nhánh dây tương ứng, dung lượng công suất phản kháng cuối mỗi nhánh và đi tìm dung lượng bù cần đặt cuối mỗi nhánh đó. 2.1. Đặt tên cho các nút và thông số cơ bản của các nút trong mạng Vì mạng phân nhánh gồm nhiều nhánh, mỗi nhánh lại xuất phát các nhánh con khác nên để dễ dàng nhận biết vị trí của các nhánh ta tiến hành đặt tên cho các nút với quy tắc như sau:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 90

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN Đầu nguồn

1 1.5

1.4 1.1

1.3 1.4.2

1.2 1.4.1 1.3.1 1.3.2

1.3.3

1.3.n

1.3.3...k

1.3.3...k.3

1.3.3...k.1 1.3.3...k.2

Ví dụ về việc đánh số nút mạng phân nhánh phức tạp Mỗi nút có một tên riêng (hay ID) và không trùng với các nút khác, tên nút phụ thuộc vào các nhánh xuất phát của nó. • Nút đầu nguồn được đánh số “1”. • Các nhánh xuất phát từ “1” được đặt lần lượt là “1.1”, “1.2”, …, “1.n1”. • Nếu ở nhánh thứ “1.i” có các nhánh con phát sinh thì nhánh con sẽ được đặt tiếp theo là: “1.i.1”, “1.i.2”,…, “1.i.n2”. • … • Cứ thế cho đến khi nào đánh số xong các nút. Với mỗi nút như vậy ta cũng có các thông số tương ứng từ nút có tên là “A” (ví dụ: “A” = “1.2.3.4.1”) đến nút nối trực tiếp với nó có tên là “A.i”:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 91

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

r(A.i) A

Q(A.i)

Rtđ(A.i) A.i

Qtđ(A.i)

• r(A.i) là điện trở của dây dẫn từ “A” đến “A.i” (Ω) • Q(A.i) là dòng công suất phản kháng chạy vào nút “A.i” (kVAr) • Rtđ(A.i) là điện trở tương đương của nút “A.i” tính từ “A.i” trở về sau (Ω) • Qtđ(A.i) là dòng công suất phản kháng của các phụ tải sau nút “A.i” (kVAr) (sự khác nhau giữa Q(A.i) và Qtđ(A.i) sẽ trình bày sau) 2.2. Thuật toán tính phân phối dung lượng bù mạng phân nhánh Để tính dung lượng bù của mạng phân nhánh phức tạp ta làm theo các bước như sau: 1. Tìm dung lượng tổng cần phải bù dựa vào công thức: Qbù = P(tg φ1 - tg φ2) 2. Từ sơ đồ dây dẫn, đánh số các nút theo quy tắc trên, với mỗi tên nút như vậy nhập các thông số: nút số: i, tên nút (ID), r(i), Q(i). Nếu nhánh đó là trung gian (còn có nhánh con nối với nó) thì ta để Q(i) = 0 hoặc không ghi giá trị. 3. Sau khi nhập xong dữ liệu ta đi từ các nhánh cuối của mạng, tính các nhánh xuất phát từ cùng 1 nút thành một nhánh tương đương duy nhất với các thông số Rtđ, Qtđ. Với Rtđ, Qtđ tính theo công thức của mạng hình tia: Rtd = ( + +…+ )-1 n

Qtđ =

∑Q i =1

i

Trong đó:

ri: điện trở dây dẫn trước nút i Qi là công suất phản kháng đi vào nút i i = 1, n là các nhánh thuộc nút đang xét Với các nút cuối thực sự thì Rtđ = 0, Qtđ = Qphụ tải i 4. Lặp lại bước trên với các nút khác, nếu gặp một nút con đã tính được Rtđnút con và Q tđnút con ta coi nút con đó như đó là một phụ tải bình thường và tính: Rtđ = ( + +…+ +…+ )-1

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 92

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN n

Qtđ =

∑Q i =1

i

+ Qtđ nút con

5. Lặp lại cho đến khi nào tính đến nút cuối cũng là nút “1”, ta tính được Rtđtổng của cả mạng. 6. Sau đó ta bắt đầu tính Qbù của mỗi nút. Qbù nút i được tính như sau: Qbù i = Qi - Rtdi (*) Trong đó: Qi : Phụ tải phản kháng nhánh thứ i Q(i-1)i : Phụ tải phản kháng chạy từ điểm i-1 đến điểm i Qbù đặt i : Dung lượng tụ bù đặt tại điểm i Rtdi : Điện trở tương đương của mạng kể từ điểm i trở về sau. Sau khi tính xong bước này ta cũng tính xong được Qbù của tất cả các nút cuối cần tìm. 7. Đánh giá các giá trị tìm được, nếu nhánh nào có dung lượng Qbù ≤ giá trị quy định nào đó (giả sử 30kVAr) thì chuyển dung lượng bù đó sang nhánh kế bên, ở phần mềm này sẽ giữ nguyên giá trị tính toán, việc chuyển là do người thiết kế trực tiếp quyết định. Tổng kết ta có thuật toán cho bài toán phân phối dung lượng bù tối ưu như sau:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 93

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN Bắt đầu

Tính tổng dung lượng bù

Đánh tên nút, nhập số liệu: ID, r, Q

i =1

Tìm các nhánh nối với nút i

Tất cả các nhánh là nhánh cuối?

i=i+1

S

Đ Tính Rtđ, Qtđ

S

Tính đến nút “ 1”?

Đ Tính Qbù của mỗi nút

In kết quả

Kết thúc

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 94

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

2.3. Giới thiệu và cách sử dụng chương trình Với mục đích nghiên cứu và giải quyết triệt để một bài toán nhỏ là phân phối dung lượng bù tối ưu trong mạng xí nghiệp để giảm tổn thất công suất tác dụng, em đã phát triển mô hình bài toán từ mạng hình tia để tính cho một mạng phân nhánh bất kì, số lượng các nút không hạn chế, điện áp mạng từ 0.4-10 kV. Chương trình có tên “CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TỐI ƯU MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP, NHÀ MÁY.” Được viết bằng ngôn ngữ VB.net sử dụng chương trình Visual Studio 2005 của Microsoft.

Giao diện chương trình gồm 3 modul chính: • Modul tính tổng dung lượng bù, dựa vào công thức: Qbù = P(tg φ1 - tg φ2) • Modul dùng để nhập các giá trị đầu bài. • Phần hiển thị kết quả gồm 1 textbox để hiển thị các giá trị đầu vào và kết quả tính toán

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 95

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Kết quả tính toán được hiển thị gồm tên các nút cuối và dung lượng bù đặt trên các nút.

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 96

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Ta sẽ dùng chương trình để tính một bài toán cụ thể như sau: 2.4. Tính toán và kiểm tra chương trình Ta sẽ sử dụng chương trình để tính một bài toán cụ thể bằng hai cách là bằng tay và sử dụng chương trình, kết quả tính toán sẽ được so sánh với nhau để xem chương trình có hoạt động chính xác hay không.

Bài toán: Cho một mạng phân xưởng có sơ đồ đi dây như hình sau. Q bù2 Q2

Q Q bù

r2

1

r12

2

r23 r4

r1 Q bù1 Q1

3

Q 23

Q 12

r3 Q bù3 Q3

Q bù4 Q4

Với các thông số về điện trở và phụ tải của từng nhánh cụ thể như sau: r12 = Ω, Q12 = kVAr r23 = Ω, Q23 = kVAr r1 = Ω, Q1= kVAr SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 97

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

r2 = Ω, Q2= kVAr r3 = Ω, Q3= kVAr r4 = Ω, Q4= kVAr Tổng công suất tác dụng của toàn nhà máy là: P = kW cosφ tự nhiên của mạng là cos(φ1) = Yêu cầu cần phải nâng cosφ lên cos(φ2) = Phân phối dung lượng bù Q bù i vào các nhánh sao cho tổng tổn thất công suất tác dụng do dòng công suất phản kháng bù gây ra là nhỏ nhất.

• Tính bằng tay:

Tổng dung lượng cần phải bù cho mạng: Qbù tổng = P(tg φ1 - tg φ2) = 500*(tg(arcos()) - tg(arcos()) = KVAr Điện trở tương đương của các nút là: Rtđ-3 = = = (Ω) Rtđ-2 = = = (Ω) Rtđ-1 = = = (Ω) Dùng công thức: Qbù i = Qi - Rtdi Ta tính được dung lượng bù trên các nhánh: Qbù 1 = Q1 - Rtd-1 = - = kVAr Qbù 2 = Q2 - Rtd-2 = - = kVAr Qbù 3 = Q3 - Rtd-3 = - = kVAr Qbù 4 = Q4 - Rtd-3 = - = kVAr

• Tính bằng chương trình:

Ta tiến hành đánh tên các nút như sau:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 98

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

r1.2.2

1.2.1

1

r1.2.2

r1.2

1.2.2

1.2

r1.2.2.2

r 1.1 1.1

r1.2.2.1 1.2.2.1

1.2.2.2

Kết quả tính toán bằng chương trình như sau: ======================================= KẾT QỦA TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG ======================================= Tên nút (ID): 1.1 Qbù của nút 1.1 là: 79.0577190372496 kVAr. --------------------------------------------------Tên nút (ID): 1.2.1 Qbù của nút 1.2.1 là: 56.4866622791454 kVAr. --------------------------------------------------Tên nút (ID): 1.2.2.1 Qbù của nút 1.2.2.1 là: 180.57440280319 kVAr. --------------------------------------------------Tên nút (ID): 1.2.2.2 Qbù của nút 1.2.2.2 là: 40.6757133455312 kVAr. --------------------------------------------------======================================= KẾT THÚC TÍNH TOÁN =======================================

• So sánh kết quả 2 cách tính: Ta có bảng tổng hợp kết quả của 2 cách tính như sau: Ta nhận thấy kết quả tính bằng tay hoàn toàn chính xác so với việc tính bằng chương trình, ưu điểm của tính bằng chương trình là sẽ tính rất nhanh với những mạng phân nhánh phức tạp hơn.

III. Sử dụng chương trình để tính toán trong thực tế. Trong thực tế, đồ thị phụ tải của mạng xí nghiệp biến đổi theo ngày như theo ca làm việc. Với mỗi sự thay đổi như vậy thì dung lượng phân phối công suất phản kháng đã tính ở trước không còn tối ưu nữa. Vì thế ta phải và tìm lại phân phối công suất tối ưu mới trong mạng. Ta sẽ đề xuất một cách tính sao cho việc phân phối công suất phản kháng bù luôn đạt trạng thái gần tối ưu nhất. Nhưng trước hết ta cần có các giả thiết sau: SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 99

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

• Việc chia nhỏ dung lượng bù mạng tính kinh tế hơn so với việc bù tập trung và mỗi một vị trí bù như vậy có thể thay đổi dung lượng bù bằng cách đóng cắt các dãy thiết tụ bù, việc đóng cắt được thực hiện bằng các bộ điều khiển tự động (chi tiết về các thiết bị này được giới thiệu ở chương III) • Đồ thị phụ tải phản kháng của mạng thay đổi tương đối ổn định và lặp lại như các ca làm việc trong ngày. Ta tiến hành phân tích và tính toán các số liệu theo các bước sau: 1. Để tính dung lượng bù tối ưu ta cần có đồ thị phụ tải công suất tác dụng và công suất phản kháng của xí nghiệp. Từ đó ta thống kê được dung lượng công suất tiêu thụ trong thời điểm nào đó trong ngày, giả sử trong thời điểm ti trong ngày thì yêu cầu công suất phản kháng của mạng là Qi. Q

Qi Q3 Q2 Q1

ti t2 t1

0

24

2. Với mỗi giá trị Qi, ti như vậy ta có thể tính được dung lượng Qbù tổng tại khoảng thời gian đó. Dùng chương trình trên ta có thể xác định được dung lượng bù tối ưu trên mỗi nhánh vào khoảng thời gian ti. 3. Sau khi chia 24h thành các khoảng thời gian như vậy và tính cho từng khoảng thời gian đó ta cũng lập được đồ thị phân bố công suất phản kháng trên mỗi nhánh sao cho lúc nào dung lượng bù trên nhánh và cả mạng là tối ưu. 4. Với mỗi nhánh như vậy ta tiến hành chỉnh định việc đóng cắt các bộ tụ trên nhánh đó dựa theo nguyên tắc về thời gian. Các bộ tụ sẽ tự động đóng cắt để thay đổi dung lượng bù dựa theo thời gian đã định trước. Như vậy lúc nào trong mạng cũng đảm bảo phân phối dung lượng bù tối ưu.

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 100

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Nhận xét: Cách làm trên đơn giản và dễ thực hiện nhưng có các nhược điểm sau: • Cần có các bộ điều chỉnh tự động tại mỗi nhánh • Mỗi nhánh cần có các dãy tụ bù và các thiết bị đóng cắt Nếu đồ thị thay đổi đơn giản như chỉ có sự thay đổi lớn một vài lần trong ngày như vào các ca thì ta có đóng bằng tay các thiết bị bù.

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 101

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG TỦ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG I.

Lựa chọn phương thức vận hành và thiết bị cho tủ bù.

I.1. Bù công suất phản kháng sử dụng các dãy tụ bù Trong thực tế trong các mạng điện xí nghiệp, các phụ tải luôn luôn thay đổi và với mỗi sự thay đổi của Q thì sẽ tương ứng với một giá trị bù mới. Song do dung lượng của mỗi tụ điện là cố định nên ta phải chia nhỏ dung lượng các bộ tụ điện thành các dãy tụ. Tùy theo dung lượng bù yêu cầu mà đóng cắt các dãy tụ này vào để cung cấp công suất phản kháng cho mạng. Giả sử ta có đồ thị phụ tải hàng ngày như hình vẽ:

Q

Qbù/2 Qbù/2

t1 0

24

Để tiến hành cho phụ tải có đồ thị ngày như thế này ta có thể chia dung lượng tụ bù ra làm 2 phần, mỗi phần có dung lượng Qbù/2. Trong thời điểm t1 trong ngày ta sẽ đóng cả 2 phần này để bù. Các thời gian còn lại trong ngày ta chỉ đóng 1 bộ tụ để bù với dung lượng Qbù/2. Tuy nhiên nếu bù theo cách này sẽ có những thời điểm mà dung lượng bù quá hoặc bù thiếu (phần gạch chéo). Ta có thể chia nhỏ dung lượng tụ bù nhưng càng chia nhỏ thì số lượng thiết bị đóng cắt, bảo vệ càng tăng và thời gian đóng bù càng kéo dài nên ta cần phải cân nhắc về tính kinh tế và tình hình cụ thể của mỗi phụ tải. SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 102

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Việc đóng cắt các bộ tụ có thể bằng tay hoặc tự động, bù tự động thường sử dụng để bù tập trung cho các phụ tải lớn. Có 4 cách để điều khiển đóng cắt các tụ bù trên các phụ tải lớn: • Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc điện áp • Điều chỉnh dung lượng bù theo thời gian • Điều chỉnh dung lượng bù theo dòng điện • Điều chỉnh dung lượng bù theo hướng đi của công suất phản kháng Còn với những loại phụ tải trung bình ta chỉ cần quan tâm đến việc bù để nâng cao hệ số cosφ .Trong phần này ta sẽ sử dụng một thiết bị tự động tên là “Bộ điều chỉnh hệ số công suất” (Power Factor Regulator) để nghiên cứu và lắp đặt thử nghiệm. I.2. Bộ điều chỉnh hệ số công suất (Power Factor Regulator). Hiện nay trong thực tế, để bù công suất phản kháng một cách tự động, người ta áp dụng các bộ điều chỉnh tự động có chức năng của một Rơ Le số. Tùy nhà sản xuất mà nó có tên gọi khác nhau: Power Factor Regulator, Power Factor Correction, Atomatic Power Reactive Controller… Ở đây để thống nhất ta sẽ gọi thiết bị này là “Bộ điều chỉnh hệ số công suất” (Power Factor Regulator hay PFR) Sơ đồ nguyên lý. 0.4 - 6kV

BI Contactor

BU

Contactor

Contactor

LOAD

Input

Power Factor Regulator Output

Bộ PFR lấy tín hiệu đầu vào qua BU và BI, sử dụng mạch điện tử để tính các giá trị liên quan đến công suất như: P, Q, cosφ. Bộ vi xử lí sẽ xử lí tín hiệu đầu ra dựa trên loại chương trình mà người sử dụng cài đặt, Ví dụ nếu người dùng đặt chế độ hoạt động là tự động điều chỉnh hệ số công suất với giá trị đặt trước cosφđặt thì bộ sẽ hoạt động theo sơ đồ thuật toán sau:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 103

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Begin

i =1

Từ các giá trị input tính cos φ

S

Đóng tụ thứ i

cosφ < cosφđặt Đ Đ i
Sơ đồ thuật toán của bộ điều chỉnh hệ số công suất ở chế độ tự động

II.

Các thiết bị, bộ phận đóng cắt và bảo vệ.

II.1. Tụ điện Tụ điện sử dụng trong các thiết bị bù được sản xuất dành riêng cho các cấp điện áp và phân thành các dung lượng khác nhau. Các tụ hiện đại được chế tạo thành dạng tụ 3 pha, có điện trở phóng điện bên trong. Tụ điện đặc trưng bởi 2 thông số: Điện áp định mức (V, KV) và dung lượng bù (kVAr). Dung lượng bù của tụ tính theo công thức sau: Q = ω*C*U2 (kVAr) Trong đó: C: Điện dung của tụ (F) ω: Tần số dòng điện (50 Hz) U: Điện áp đặt trên tụ (kV) SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 104

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Để chọn tụ điện trước hết ta phải đánh giá việc chia nhỏ các dãy tụ dựa vào tính kinh tế và yêu cầu điều chỉnh tinh của phụ tải, với cách đánh giá như vậy ta tìm được dung lượng của mỗi cấp bù. Có hai kiểu mắc các tụ điện, hình Δ, hoặc hình Y:

Sự khác nhau giữa hai kiểu mắc này là mắc Δ, điện áp trên tụ là điện áp pha còn mắc Y điện áp trên tụ là điện áp dây. Vì thế đấu Δ thì dung lượng bù tăng gấp 3 so với đấu Y nhưng lại lại tốn về cách điện và các yếu tố bảo vệ tăng lên. II.2. Các thiết bị đóng cắt Để đóng cắt các bộ tụ bù ta có thể sử dụng máy cắt trung-hạ áp, tuy nhiên với những thiết bị hiện nay thì ta có thể đóng cắt bằng các công tắc tơ với dòng định mức phù hợp, mỗi bộ tụ - công tắc tơ được bảo vệ bằng một Áptômát để bảo vệ quá dòng trên các tụ.

II.3.

Dùng cuộn kháng để bảo vệ cho tụ Ta đã biết tụ điện rất nhạy cảm với thay đổi điện áp, nếu điện áp vượt quá 100% Uđm thì có thể gây ra nổ tụ. Đồng thời khi mắc một bộ tụ vào trong mạng có thể gây lên cộng hưởng trong mạch và khiến cho quá áp trên tụ. Các ảnh hưởng của song hài cũng có thể gây hỏng tụ… Để loại bỏ những điều này người ta mắc thêm vào với mỗi tụ một kháng điện (detuned reactor). Tác dụng của cuộn kháng bao gồm: • Tránh được sự cộng hưởng trong mạng có thể gây quá áp trong mạng , đường dây và cả tụ. • Nuốt (hoặc giảm thiểu) các sóng hài, tránh được các tác động ảnh hưởng xấu của các sóng tổng hợp méo (THD – Total Harmonic Distortion) • Tăng khả năng chịu ngắn mạch cho dãy tụ

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 105

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN Detuned Reactor

Capacitor

Thực tế bộ Detuned Reactor gồm một vài nhánh L-C để có thể lọc được một số bậc của sóng hài. Thông số đặc trung của cuộn kháng là hệ số p%: p % = 100

UL w = 100( L ) 2 UC wR

Trong đó: UL, UC, là điện áp dọc theo cuộn kháng và tụ điện. p% cũng là tỉ số cố định giữa dãy các nhánh cộng hưởng L-C. II.4. Mắc điện trở phóng điện để bảo vệ tụ và người sử dụng Khi cắt tụ ra khỏi mạng, tụ vẫn còn điện áp dư, nếu không có các biện pháp phóng điện áp dư này có thể gây nguy hiểm đến người nếu chạm phải, ngoài ra tụ để quá lâu trong điện trường cũng không tốt. Người ta phải nối thêm điên trở phóng điện để giảm điện áp dư, điện trở phóng điện phải thỏa mãn hai yêu cầu: 1. Giảm nhanh điện áp dư trên tụ để đảm bảo an toàn cho người vận hành, người ta quy định sau 30 phút điện áp trên tụ phải giảm xuống 65V. 2. Ở trạng thái làm việc bình thường tổn thất công suất tác dụng trên điện trở phóng điện so với dung lượng của tụ điện không vượt quá trị số 1kW/kVAr. Xem xét quá trình quá độ trong mạch r-C khi tụ phóng điện:

r + U0

pC -

Về mặt vật lý đây là quá trình phóng điện của tụ C vốn nạp năng lượng với sơ kiện: uc(-0) = U0 qua điện trở r. Năng lượng tiêu tán dần trong mạng sẽ dẫn đến trạng thái zero. Phương trình trạng thái hiện hành có dạng cấp 1 đơn giản: 0 = urtd + uCtd = rC UCtd + UCtd SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 106

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Giải phương trình này ta được nghiệm dòng (áp) tự do có dạng: xtd = Ae-t/rC Với hệ số tắt dần là 1/rC. Ta hằng số thời gian τ: τ = rC (giây) Là hệ số đo tốc độ tắt của quá trình dao động tự do mạch cấp 1. Nó nói rõ sau mỗi quãng thời gian τ quá trình tự do sẽ giảm đi e lần. Thực vậy: = =e Nếu thay điều kiện biên: uc(-0) = uc(+0) = U0 ta có phương trình tính điện áp trên tụ theo thời gian: UCtd = U0e-t/rC Người ta dựa vào điều kiện 1 và hằng số thời gian τ để tính ra điện trở phóng điện theo công thức: R pt = 15 * 10 6

2 U pha

Q

,Ω

Trong đó:

Q : Dung lượng của tụ (kVAr) Upha : Điện áp pha của mạng (kV) Người ta thường dùng các đèn có công suất khoảng 15~40 W làm điện trở phóng điện, nó có ưu điểm là có đèn chỉ thị.

III.

Các thông số ảnh hưởng đến thiết bị bù.

III.1. Sóng hài và ảnh hưởng của sóng hài Sóng hài (harmonic wave) là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép. Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản. Ví dụ dòng 250Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5. Dòng điện 250Hz là dòng năng lượng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy, nó sẽ bị chuyển hoá sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao. • Ảnh hưởng của sóng hài đến tụ bù. Dòng điện và điện áp hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với hệ thống phân phối điện. Toàn bộ các bộ biến đổi năng lượng điện sử dụng dưới các dạng khác nhau trong hệ thống điện có thể làm tăng nhiễu sóng hài bằng cách bơm trực tiếp dòng điện hài vào lưới. Các tải phi tuyến thông thường bao gồm khởi động động cơ, các hệ truyền động điện, máy tính và các thiết bị điện tử khác, đèn điện tử, nguồn hàn... Các tụ điện thường rất nhạy với các sóng hài cuả nguồn cung cấp do dung kháng của tụ giảm dần khi tần số tăng lên. Trong thực tế, điều này có nghĩa là chỉ một giá trị nhỏ của sóng hài điện áp có thể tạo nên giá trị dòng điện lớn đi qua mạch chứa tụ. Sự hiện diện các thành phần sóng hài làm méo dạng điện áp hoặc dòng điện khác với dang cơ bản của nó (thường là dạng hình sin), hàm lượng sóng hài càng nhiều, mức độ méo dạng càng lớn.

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 107

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Nếu tần số dao động riêng của hệ thống tụ bù - cảm kháng mạng điện đạt giá trị gần bằng với một sóng hài riêng biệt nào đó, hiện tượng cộng hưởng riêng sẽ xảy ra và điện áp của sóng hài liên quan sẽ được khuyếch đại lên. Trong trường hợp đặc biệt này, dòng điện đạt giá trị cao làm nóng quá mức tụ điện, làm giảm chất lượng điện môi với hệ quả kéo theo là sự cố hỏng tụ. • Các biện pháp hạn chế sóng hài. Một số biện pháp giải quyết vấn đề trên có thể thực hiện, mục đích chủ yếu của các biện pháp này nhằm vào việc giảm độ méo dạng của phần điện áp nguồn cung cấp, giữa thiết bị gây ra méo dạng và các bộ tụ có liên quan. Thông thường, người ta mắc shunt bộ lọc sóng hài hoặc/và cuộn kháng hạn chế sóng hài vào mạch. Sự hiện diện của các sóng hài trong phần điện áp nguồn làm cho dòng điện qua tụ có giá trị cao khác thường. Do đó, khi thiết kế lấy trị hiệu dụng dòng tụ bằng 1,3 lần dòng danh định. Tất cả các phần tử khác mắc nối tiếp trong mạch, ví dụ dây nối, cầu chì, thiết bị đóng ngắt… dùng kèm theo tụ cũng phải được thiết kế dư khoảng 1,3 đến 1,5 lần giá trị danh định. Sự méo dạng điện áp thường chứa dạng sóng “đỉnh”, trong đó giá trị đỉnh của sóng sin chuẩn sẽ tăng lên. Tình trạng này cùng với các điều kiện quá điện áp khác do hiện tượng cộng hưởng được xét đến để tăng mức cách điện ở trên mức của tụ “chuẩn”. Trong nhiều trường hợp, hai biện pháp khắc phục vừa nêu trên đủ làm cho hệ thống hoạt động tốt. • Hạn chế hiện tượng cộng hưởng. Các tụ điện là các thiết bị mang tính dung tuyến tính, và do đó chúng không tạo nên sóng hài. Tuy nhiên, việc lắp đặt các tụ điện vào trong hệ thống điện (với tổng trở mang tính cảm) có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng hoàn toàn hoặc cộng hưởng riêng với một trong số các sóng hài. Bậc sóng hài (Harmonic order) của cộng hưởng tần số tự nhiên giữa cảm kháng hệ thống điện và bộ tụ là: h0 =

Trong đó

S sc Q

Ssc - là CS ngắn mạch của hệ thống tại vị trí đấu tụ (kVAr) Q - là công suất định mức của tụ tính (kVAr) h0 - là bậc của sóng hài. h0 = f0/50 f0 - tần số riêng (f0/50 cho lưới 50Hz, f0/60 cho lưới 60Hz)

Ví dụ khi h0 =

S sc = 2,93 có nghĩa là tần số riêng của bộ tụ điện - cảm kháng hệ Q

thống điện gần bằng tần số hài bậc 3 của hệ thống điện Do h0=f0/50 → f0= 50.2,93 = 146,5 Hz Tần số riêng càng gần tới tần số của một sóng hài nào đó của hệ thống thì ảnh hưởng bất lợi càng lớn. Trong ví dụ trên, điều kiện cộng hưởng với thành phần sóng hài bậc 3 của một sóng biến dạng chắc chắn sẽ xảy ra. SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 108

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Trong trường hợp như vậy, cần tiến hành các biện pháp để thay đổi tần số riêng đến một giá trị mà nó không thể cộng hưởng với bất cứ thành phần sóng hài nào trong hệ thống. Điều này được thực hiện bằng cách thêm vào cuộn cảm triệt sóng hài mắc nối tiếp với bộ tụ điện. • Ngăn chặn các ảnh hưởng của sóng hài đến tụ bù bằng bộ PFR. THD (total harmonic distortion - Độ méo tổng của sóng hài) có thể được định nghĩa là tỉ lệ giữa tổng các sóng hài bậc cao hơn 1 (những sóng hài làm hình dạng sóng không sin) so với sóng hài ở tần số cơ bản, theo cách này thì THD được tính như sau: THD = = Hoặc một số người khác thích định nghĩa THD là tỉ số giữa biên độ hơn là tỉ số công suất. Theo cách này thì THD được tính theo công thức: V 2 + V32 + V42 + ... + Vn2 THD = 2 V12 hoặc một cách khác: V22 + V32 + V42 + ... + Vn2 THD = V12

Trong đó Vi là điện áp (dòng điện) hiệu dụng của thành phần sóng hài thứ i và V1 là thành phần hiệu dụng (điện áp hoặc dòng điện) ở tần số cơ bản. Công thức sau cùng thường được sử dụng trong các tính toán trong kĩ thuật audio và nó cũng được sử dụng trong các bộ PRF, với bộ PRF chúng ta đang xét tính dòng điện sóng hài như sau: I 2 + I 2 + I 2 + ... + I n2 THD% = 2 3 24 * 100% I1 THD là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá ảnh hưởng của sóng hài, các bộ PRF có thể đo được các thông số này để dưa ra quyết định. III.2. Tỉ số thời gian trễ đóng-cắt C/k. Trong trường hợp các tụ điện được đóng vào lưới điện liên tục trong thời gian ngắn có thể dẫn tới hiện tượng quá dòng hoặc quá áp và làm giảm tuổi thọ của tụ điện. Bộ điều khiển PFR cho phép đóng, cắt tụ điện vào lưới điện theo một chương trình có các khoảng thời gian trễ giữa các lần đóng, cắt giúp kéo dài tuổi thọ của tụ điện và chống hiện tượng xảy ra quá dòng, quá áp. Việc lựa chọn khoảng thời gian trễ phụ thuộc vào thiết bị được bù. Để xét tại sao khi đóng cắt quá thường xuyên có thể gây lên quá áp ta xem xét phân tích sau: Giả sử tại thời điểm ban đầu t = 0 ta đóng tụ vào mạch, trước đó, nếu thời gian đóng cắt tụ quá ngắn khiến lượng điện tích trên tụ chưa kịp phóng hết thì trên tụ vẫn còn một lượng điện tích dư là Q0.

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 109

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN r

Q0

C

Sử dụng phương pháp tích phân kinh điển xét chế độ quá độ trên tụ: Điện áp trên tụ ở chế độ xác lập sẽ là: U π π U Cxl = m xc sin(ωt +ψ − ϕ − ) = U Cm sin(ωt +ψ − ϕ − ) z

2

2

Trong đó: z = r2 +(

1 2 ) ωC

và

ϕ = arctg (

−1 ) rωC

Điện áp quá độ trên tụ có dạng tổng quát như sau: uc = uCxl + uCtd = U Cm sin( ωt +ψ − ϕ −

(− ) π ) + A * e rC 2 t

Với sơ kiện: uc(+0) = uc(-0) = Q0/C ta có: Q0 π = U Cm sin(ψ − ϕ − ) + A C

suy ra: A=

2

Q0 π − U Cm sin(ψ − ϕ − ) C 2

Vậy điện áp quá độ trên tụ có phương trình: uc = U Cm sin( ωt +ψ − ϕ −

π Q π (− ) ) + ( 0 − U Cm sin(ψ − ϕ − )) e rC 2 C 2 t

Tùy thời điểm đóng mở ban đầu ψ và điện áp dư Q0 mà uc(t) sẽ có dạng khác nhau. Nếu xét trường hợp nặng nề nhất là khi cắt tụ, điện áp trên tụ đang là giá trị cực đại và khi đóng lại tụ vào nguồn ngay sau đó (t ~ 0) điện tích dư Q0 trên tụ là: Q0 ≈ Qmax = U Cm * C

Từ phương trình uc ta có: uCtd(0) = - uClx(0) = Q0/C = -(UCm*C)/C = -UCm Nếu quá trình tự do tắt chậm thì sau nửa chu kì đầu điện áp trên tụ uc có cỡ lớn gấp đôi biên độ điện áp xác lập: max uc ≈ 2UCm Tương tự với dòng điện, các ảnh hưởng khi xét chế độ nặng nề nhất có thể gây lên các xung dòng điện lớn. Từ đó ta thấy rằng nếu không đặt thời gian đóng cắt đủ lớn khi mà Q0 chưa đạt trị số an toàn có thể gây ra quá áp trên tụ. Với chú ý rằng tụ điện rất nhạy cảm với điện áp

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 110

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

(năng lượng tỉ lệ với bình phương điện áp), theo tiêu chuẩn điện áp không được vượt quá 110% giá trị định mức của tụ. Từ đó cần phải đưa ra một giá trị giới hạn khi mà điện áp dư đạt ngưỡng cho phép, trước khi có thể đóng lại tụ vào trong mạng. Gía trị này cần dựa vào công suất của tụ (để xét khi trường hợp nặng nề nhất là điện áp dư trên tụ đạt max) và ta phải tính cho tụ có công suất nhỏ nhất trong mạng (thường là tụ đầu tiên được đóng cắt). Đồng thời tính đến dòng điện đo được trong mạng sơ cấp. Để tính thông số này ta có thể tính tỉ số C/k là giá trị ngưỡng cho việc đóng cắt (ON/OFF) các bước của bộ tụ điện. Một công thức được dùng phổ biến là khi lấy C/k là giá trị thu được khi chia công suất tụ ở bước đầu tiên “C” cho tỉ số của máy biến dòng BI “k”. Công thức tính tỉ số C/k vì thế sẽ là: C/k =

Q (ampere ) k

Trong đó:

Q: Công suất tụ của bước đầu tiên (C1) hay là tụ có công suất thấp nhất (kVAr) k: Tỉ số của máy biến dòng (Current transformer ratio - CTR) Với bộ PFR của Mikro thì C/k được tính theo công thức: C/k =

C Q = = k k *U d

Q *5 2.88 * Q ≈ U *I 3 *U f * I

Trong đó:

Q: Công suất tụ của bước đầu tiên (C1) hay là tụ có công suất thấp nhất (VAr) U: Điện áp danh định của lưới = Udây= 3 Ufa (V) k: = Isơ cấp/5: Tỉ số của máy biến dòng (Current transformer ratioCTR) I: Dòng sơ cấp trước BI (Current transformer) (A) Nếu đặt tỷ số C/k với giá trị thấp quá thì có thể dẫn đến việc đóng cắt các tụ điện liên tục làm giảm tuổi thọ của tụ điện, rơle, công tắc tơ. Nhưng nếu cài đặt tỷ số C/k với giá trị cao quá thì cũng dẫn tới việc các tiếp điểm không hoạt động và như thế ta sẽ không đạt được hệ số công suất như mong muốn. Để tránh xảy ra các trường hợp trên, trước khi cài đặt tỷ số C/k nhất thiết phải tính toán cẩn thận. Lưu ý tỷ số C/k không thể cài đặt giá trị như nhau trong một hệ thống điện rộng hoặc các tụ điện có dung sai đầu ra lớn. Luôn luôn kiểm tra lại xem tỷ số C/k có thích hợp với hệ thống không? Trong trường hợp tỷ số C/k làm cho việc đóng cắt các tụ điện diễn ra nhanh quá thì điều chỉnh tỷ số C/k tăng lên từ từ so với giá trị đã tính toán.Sau đó kiểm tra lại việc điều khiển của bộ điều khiển.

IV.

Tính toán thực tế và tiến hành lắp đặt tủ bù

IV.1. Bài toán Phần này ta sẽ tính toán một bài toán cụ thể để chọn các thiết bị, bộ PFR được sử dụng ở đây là bộ điều chỉnh hệ số công suất MIRKO 60, bài toán đặt ra như sau Bài toán: SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 111

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng cho động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha có sử dụng bộ Power Factor Regulator. Các thông số cho như sau: Công suất động cơ : kW Điện áp lưới : 220/380V Cosφ của lưới hạ áp: cosφ1 = Yêu cầu hệ số cosφ sau khi bù: cosφ2 = Cosφ định mức của động cơ: cosφđc = Lời giải: Từ các dữ kiện đề bài ta tính được dung lượng cần phải bù có thể tính gần đúng theo công thức: Qbù = P(tgφ1 - tgφ2) = [tg(arcos() - arcos())] = kVAr a. Chọn tụ điện và số lượng các tụ điện. Tùy theo mỗi loại PFR mà có số lượng cổng ra khác nhau, với bộ MIKRO đang dùng ta có 6 đầu ra. Theo lý thuyết ta có thể chọn cả 6 tụ để nối vào, số lượng tụ càng nhiều điều chỉnh sẽ càng tinh. Mặt khác khi càng nhiêu tụ thì tính kinh tế càng giảm vì số bộ tụ đi liền với contactor và cầu chì, đồng thời thời gian để đạt đến cosφ cho phép càng giảm (mỗi lần đóng tụ cần có thời gian). Để cho dễ dàng lắp đặt tính toán và thay thế ta sử dụng cùng một lại tụ cho dãy, tận dụng tụ có sẵn là các tụ loại µF/410V. Ở cấp điện áp pha 380V, dung lượng của 1 tụ sẽ là: Qtụ = ω*Ctụ*U2dây = 2*3.14*50**10-6*2 = (kVAr) Vậy số lượng tụ cần có là: n≥ == → Vì số lượng tụ là bội của 3 nên ta lấy n = 6 tụ b. Chọn điện trở phóng điện và kháng điện. Vì tụ đã chọn không có điện trở phóng điện trong nên ta phải mắc thêm điện trở phóng điện. Áp dụng công thức ta được: R pt =15 *10

6

2 U pha

Q

, Ω =15*106*0.222/ = (kΩ) ≈ 1MΩ

Vì thiết bị nằm trong lưới hạ áp tương đối ổn định nên coi như thành phần sóng hài không quá lớn gây ảnh hưởng đến tụ vì tụ hoặt động ở chế điện áp (380V) thấp hơn nhiều điện áp định mức của tụ (410V), ta không cần mắc thêm cuộn kháng và chỉnh định thành phần THD trong PFR (để chế độ OFF). c. Tính dòng qua tụ để chọn Contator, cầu chì và dây dẫn. Nếu tụ làm việc đầy tải đòng thời xét thành phần sóng hài có thể gây quá điện áp và dòng 1.5 lần thì dòng qua cầu chì, dây và contactor sẽ là: I d =1.5 *

d.

Q =1.5*/*1000 = (A) Ud

Tính dòng chạy qua tải và thanh cái:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 112

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Giả sử động cơ chạy ở chế độ định mức, ta có các tính toán gần đúng sau: Khi đóng một bộ tụ vào mạch I1 = 12.36 A

380 V

I2 = 14.27 A

Spt = Ppt + jQpt

I3 = 1.91 A

Trên hình vẽ ta có: Spt = Ppt + jQpt = Pđm + j*Pđm*cosφđc = + j(* tg(arcos()) = + j (kVA) → Spt = MVA → I2 = Spt/Uđm = /380*1000 = (A) Ta có: I3 = Qtụ/Uđm = (A) → I1 = I2 - I3 = (A) Khi đóng cả hai bộ tụ vào mạch. I1 = 10.45 A

380 V

Ta có: →

I3 I1

I 2 =14.27 A

I 3 =3.82A

Spt = Ppt + jQpt

= 2*Qtụ/Uđm = (A) = I2 - I3 = (A)

 So sánh cả hai trưởng hợp ta có dòng lớn nhất chạy qua các đoạn dây là: I2 = (A) I3 = (A) I1 = (A) Đây là cơ sở để chọn dây dẫn tuy nhiên để đồng bộ ta chọn cùng một loại dây chịu được dòng lớn nhất. IV.2. Cài đặt chương trình cho bộ PFR MIKRO. • Target Power Factor: Đặt giá trị • C/k: tỉ số C/k được tính theo công thức: SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 113

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN C/k =

Q *5 U f *I

Đã tính được ở phần trước khi đóng một tụ ta có: I1 = (A) Thay các giá trị vào biểu thức C/k ta tính được: C/k =

Q *5 U f *I

= 5* /380* =

Với Q là dung lượng tụ nhỏ nhất, để tính I ta xét với dung lượng tụ nhỏ nhất được đóng vào: • Sensitivity: Ta có tụ trong dãy, yêu cầu tùy theo tình huống, giả sử ta muốn sau ít nhất là 2 phút thì thiết bị phải bù toàn bộ thì độ nhậy được tính: Sensitivity = 120/5 = 24 s • THD limit: Vì không có thiết bị đo nên ta không biết được dạng sóng hài trong mạng, tuy nhiên với lưới hạ áp thì không quá cần thiết để xét nên ta có thể đặt chế độ OFF. • Reconection time: Để mặc định • Rated step: Vì tải là duy nhất 1 động cơ không đường đặc tính thay đổi tải quá dốc nên ta cần đặt các bước đóng - cắt một cách từ từ. Ta chọn các bước là: 1, 1, OFF, OFF, OFF. Cổng thứ 6 sẽ được lập trình thông báo ALARM. • Swiching Program: Chọn chế độ Automatics Switching (Aut). • Fan output: Thiết bị được đặt ngoài trời và tải nhỏ nên không cần đặt chế độ có quạt làm mát. IV.3. Sơ đồ nối dây:

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 114

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN

Nguồn Áp tô mát tổng

Thanh cái

BI Trung tính A B

Cầu chì

C

13

14 17

18

Power Factor Regulator

MIKRO

MCB

12

Contactor

2 3 Điện trở phóng điện

TẢI Bộ tụ điện

IV.4. Mô hình dự kiến lắp đặt: Sau đây là mô hình dự kiến lắp đặt các thiết bị vào trong tủ, các bộ tụ - contactor được sắp xếp thành các modul riêng, đồng thời có thêm một vài thiết bị đo lường (Ampere kế, Volt kế) và các đèn hiển thị trạng thái (nguồn đóng, bộ tụ nào đang làm việc…).

SV: Tạ Hoài Nam

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 115

Đồ án tốt nghiệp

Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK HN 5 6

4 3

7

2 1

8 9 10 11

Tổng thể

Sơ đồ bên trong Kí hiệu:

1: Áp tô mát chính 2: Vôn kế (Ampe kế) 3: Đèn chỉ thị 4: PFR 5: Vỏ tủ

SV: Tạ Hoài Nam

6: Thanh cái 7: Sứ đỡ 8: BI 9: Áp tô mát cho tụ 10: Công tắc tơ 11: Tụ điện

Lớp HTĐ4-K49

Trang: 116

IV.5. Một số hình ảnh về thiết bị bù sau khi lắp đặt: Do thời gian có hạn nên việc lắp đặt mới hoàn thiện ở giai đoạn kết nối các thiết bị, các thiết bị chưa đặt vào trong vỏ tủ nhưng đã hoạt động tốt và cho kết quả mong muốn:

Tổng thể vị trí các thiết bị

Bộ tụ bù và điện trở phóng điện

Contactors

Hệ thống thanh cái

Áp tô mát nhánh (MCCB)

Bộ PFR MIKRO

IV.6. Kết quả chạy thử nghiệm. Thiết bị mô phỏng được thử nghiệm với 3 động cơ 1.5 kW trong phòng thí nghiệm cao áp bộ môn Hệ Thống Điện dưới sự giám sát thầy giáo Đinh Quốc Trí Vì khi thử nghiệm các động cơ đều chạy không tải nên ta không tiến hành so sánh các giá trị tính toán ở phần trên (là các giá trị tính toán ở định mức). Các tính toán ở trên chỉ phục vụ cho việc chọn thiết bị. Kết quả thử nghiệm như sau: Thời điểm

Hệ số cosφ

Trước khi bù Sau khi đóng bộ tụ 1 Sau khi đóng bộ tụ 2

0.61 0.85 0.96

Dòng điện thứ cấp BI (A) 0.44 0.36 0.16

Nhận xét: Ta thấy với 2 lần đóng cắt các thiết bị bù thì cosφ đã lên được 0.96. Chứng tỏ thiết bị đã chạy đúng như mong muốn. Và thiết bị này có thể làm việc được trong thực tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lưới điện và hệ thống điện. Tập 1, 2 Trần Bách. NXBKHKT 2005 [2] Thiết kế mạng điện và hệ thống điện. Nguyễn Văn Đạm. NXBKHKT 2005 [3] Cung cấp điện Nguyễn Xuân Phú (Chủ biên). NXBKHKT 2002 [4] Bù công suất phản kháng, lưới phân phối và hạ áp Phan Đăng Khải, Huỳnh Bá Minh. NXBKHKT 2005 [5] Thông tư liên tịch về hướng dẫn mua bán công suất phản kháng. Bộ công nghiệp – Ban vật giá chính phủ. Số : 09/2001/TTLT-BCN-BVGCP [6] Power Factor Regulator MIKRO User’s Guide Internet [7] Catalogue về các thiết bị của ABB http://www.abb.com. [8] Reactors for filtering http://www.circutor.com. [9] Các nguồn trên Internet

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................1