THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN Chương 2 · PDF fileTrong đồ án, điện...
Transcript of THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN Chương 2 · PDF fileTrong đồ án, điện...
Chương 2Lựa chọn phương án hợp lý về kinh tế - kỹ thuật
Th.S Phạm Năng VănBộ môn Hệ thống điện
Viện Điện – ĐH Bách Khoa Hà Nội
THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN
Bài toán thiết kế mạng lưới điện
Thiết kế mạng lưới điện là lựa chọn sơ đồ tối ưuđể cấp điện cho các phụ tải sao cho thỏa mãn cácyêu cầu kỹ thuật của lưới điện, yêu cầu độ tincậy cung cấp điện của phụ tải và có chỉ tiêukinh tế tốt nhất.
Đây là bài toán tối ưu phi tuyến có ràng buộc.
Phương pháp giải tổng quát:
QUY HOẠCH TOÁN HỌC
Bài toán thiết kế mạng lưới điện
Các giản ước:- Phụ tải không tăng trưởng theo thời gian.
- Các phụ tải có đồ thị phụ tải giống nhau.
- Chỉ có 1 nguồn điện.
Thực tế, phương pháp nhiều phương án đượcsử dụng để thiết kế mạng lưới điện.
Nêu các phương án lưới điện
Các phương án lưới điện được lập cho chế độmax.
Máy biến áp của các phương án giống nhau.
Sơ đồ lưới điện phản ánh:- Tổng chiều dài đường dây.
- Độ che phủ mặt đất.
- Kết cấu trạm biến áp.
Nêu các phương án lưới điện
Các
yêu
cầu
khi
vạc
h sơ
đồ
lưới
điệ
n
Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện của phụ tải
Đảm bảo chất lượng điện năng
Liên thông phụ tải gần nguồn đến phụ tải xa
nguồn
Mạch vòng kín có chiều dài không quá lớn
Đường dây không được mang tải quá nhỏ
Sự phát triển của mạng điện trong tương lai
Nêu các phương án lưới điện
Các phương án hợp lý
Nêu các phương án lưới điện
Các phương án hợp lý
Nêu các phương án lưới điện
Các phương án hợp lý
Nêu các phương án lưới điện
Tại sao các phương án dưới đây không hợp lý?
Nêu các phương án lưới điện
Tại sao các phương án dưới đây không hợp lý?
Nêu các phương án lưới điện
Tại sao các phương án dưới đây không hợp lý?
Nêu các phương án lưới điện
Phải nêu ít nhất 5 phương án.
Trên các sơ đồ lưới điện, phải ghi các thông tin:– Công suất của phụ tải
– Chiều dài đường dây
- Tại sao không có máy biến áp trên các sơ đồ lướiđiện?
Tính toán kỹ thuật các phương án
Trìnhtựtínhtoánkỹthuật
Phân bố công suất trong mạng điện
Lựa chọn điện áp định mức
Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Tính các thông số của các đường dây
Xác định sơ bộ tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện
Phân bố công suất trong mạng điện
Đường dây hình tia & liên thông: Côngsuất chạy trên đường dây bằng tổng cáccông suất phụ tải do đường dây đó cungcấp.
Mạng điện kín đơn giản: Phân bố côngsuất theo chiều dài
Lựa chọn điện áp định mức
Điện áp định mức của đường dây phụ thuộc:- Công suất truyền tải P (MW)
- Khoảng cách truyền tải L (km)
- Điện áp định mức đã có trong hệ thống điện
Trong đồ án, điện áp định mức của đường dâyđược chọn theo công thức kinh nghiệm Still:
Bạn nghĩ điện áp định mức của mạng bằng baonhiêu?
U 4,34. L 16P= +
Lựa chọn điện áp định mức
Theo công thức Still, nếu U ϵ [70 kV, 170 kV]thì chọn điện áp định mức chung cho toàn mạngđiện bằng 110 kV.
Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Chọn tiết diện dây dẫn theo chỉ tiêu nào? Tạisao?
Bạn có biết các tiết diện tiêu chuẩn của dây dẫn?
Bạn có biết các tiết diện tiêu chuẩn của dây dẫnthường được sử dụng ở cấp điện áp 110 kV?
Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Trình tự chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế jkt (A/mm2).Trình tự chọn tiết diện dây dẫn theo
mật độ dòng điện kinh tế jkt (A/mm2).
Tra mật độ dòng điện kinh tế theo QPTBĐ.
Tính dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ max.
Tính tiết diện kinh tế và lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất.
Kiểm tra các điều kiện kỹ thuật của dây.
Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Kể tên các điều kiện kỹ thuật của dây dẫn? Nếukhông kiểm tra các điều kiện kỹ thuật này thì cóảnh hưởng gì?
Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Điều kiện kiểm tra ĐDK trung, hạ áp ĐDK cao áp, siêu cao áp Cáp trung, hạ áp
Độ bền cơ x x
Vầng quang x
Phát nóng lâu dài x x x
Phát nóng ngắn hạn x
Tổn thất điện áp x x
Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Tiết diện dây dẫn thỏa mãn điều kiện vầng quangthì cũng thỏa mãn điều kiện độ bền cơ.
Tiêu chuẩn N-1 được áp dụng khi kiểm tra điềukiện phát nóng lâu dài.
Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Sự cố Đường dây Dòng điện
Ngừng 1 mạch của đường dây
ND-3
ND-3 Isc = 2.Imax
3-1
ND-4
4-2
ND-2
2-6
ND-5
Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Sự cố Đường dây Dòng điện
Ngừngđường dây
ND-4
ND-3
3-1
ND-4 Isc
4-2 Isc
ND-2 Isc
2-6
ND-5
Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Có tất cả bao nhiêu sự cốtheo tiêu chuẩn N-1?
Lựa chọn sơ bộ cấu trúc cột
Vật liệu làm cột
Độ cao cột
Độ rộng của xà
Khoảng cách giữa các pha
Khoảng cách giữa các mạch trên cùng 1 cột
Khoảng cách giữa dây dẫn pha và dây chống sét
Lựa chọn sơ bộ cấu trúc cột
Cột hai mạch Cột một mạch
Xác định các thông số của đường dây
Bạn có biết đường dây tải điện (trên không, cáp) cóbao nhiêu thông số?
Phương pháp xác định các thông số của đường dây?
Xác định các thông số của đường dây
Đường dây tải điện có 4 thông số:
Thông số Hiện tượng vật lý
Điện trở tác dụng ro (Ω/km) Phát nóng
Điện kháng xo (Ω/km) Từ trường xung quanh dây dẫn
Điện dẫn phản kháng bo (S/km) Điện trường giữa dây dẫn các pha
Điện dẫn tác dụng go (S/km)Tổn thất vầng quang và dòng điện rò qua cách điện đường dây
Xác định các thông số của đường dây
Phương pháp xác định các thông số đường dây theo2 cách:
Tra bảng
Tính toán theo công thức
Hướng dẫn tra bảng
Thông số Cách tra bảng
ro Vật liệu làm dây + Tiết diện dây
xo, bo Tiết diện dây + Khoảng cách trung bình hình học
go Bỏ qua khi tính toán
Xác định tổn thất điện áp lớn nhất
Theo bạn, tổn thất điện áp trên đường dây là gì?
Tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện là tổn thấtđiện áp tính từ nguồn đến nút có điện áp thấpnhất trong mạng điện.
Xác định tổn thất điện áp lớn nhất
4 là điểm phân công suấttrong mạch vòng kín. Theobạn, nút nào có điện ápthấp nhất trong mạng điện?
Lưu ý: Nên tính lại phânbố công suất trong mạchvòng kín theo tổng trở.
Xác định tổn thất điện áp lớn nhất
Tổn thất điện áp lớn nhấtcủa mạng điện trong chếđộ sau sự cố cũng ápdụng tiêu chuẩn N-1.
Xác định tổn thất điện áp lớn nhất
Thường tính tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điệntheo % điện áp định mức của mạng.
Xác định tổn thất điện áp lớn nhất
Với mạng điện thiết kế, bạn nên trình bày phần xácđịnh tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện như sau:
Đường dây ∆Ubt (%) ∆Ubt (%) ∆Umaxbt (%) ∆Uscbt (%)
ND-3
3-1
ND-4
ND-2
2-4
2-6
ND-5
KẾT LUẬN
Tiêu chuẩn điện áp của mạng điệncó điện áp 110 kV trở lên khi thiếtkế như sau:• Chế độ làm việc bình thường, tổn thất điện
áp lớn nhất của mạng điện không lớn hơn10%
• Chế độ sau sự cố một phần tử và chưa thực hiện các công việc điều khiển, tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện không lớn hơn20%.
KẾT LUẬN
Nếu một phương án bất kỳ có tổn thất điện áp lớnnhất không thỏa mãn tiêu chuẩn trên thì bạn phảilàm gì?
Các phương án đạt tiêu chuẩn kỹ thuật?
SO SÁNH KINH TẾ
Chỉ so sánh kinh tế các phương án đạt tiêu chuẩn kỹthuật.
Giữ lại ít nhất 3 phương án để so sánh kinh tế.
Coi trạm biến áp ở các phương án là giống nhau.
SO SÁNH KINH TẾ
Giả thiết:Vốn đầu tư được thực hiện một lần
Chi phí vận hành hàng năm không đổi.
Tiêu chuẩn để so sánh kinh tế các phương án là chiphí tính toán hàng năm Z
Bạn có biết tiêu chuẩn nào khác để so sánh kinh tếcác phương án?
CHI PHÍ TÍNH TOÁN HÀNG NĂM
atc – hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư
avh – hệ số vận hành
KD – vốn đầu tư cho đường dây
∆A – tổn thất điện năng trên các đường dây
c - giá tiền 1 kWh điện năng tổn thất
( )tc vh DZ a a .K A.c= + + ∆
VỐN ĐẦU TƯ CHO ĐƯỜNG DÂY
Vốn đầu tư cho đường dây bao gồm:
Tiền đền bù, giải phóng mặt bằng
Khảo sát tuyến đường dây, thiết kế
Vốn đầu tư cho cột điện
Vốn đầu tư cho dây dẫn, dây chống sét
Vốn đầu tư cho móng cột
Vốn đầu tư cho cách điện đường dây & phụ kiện
Nhân công xây dựng đường dây
VỐN ĐẦU TƯ CHO ĐƯỜNG DÂY
Vốn đầu tư cho đường dây phụ thuộc:
Số mạch đường dây
Điện áp định mức của đường dây
Tiết diện dây dẫn
Chiều dài đường dây
D oK n.K .L=
VỐN ĐẦU TƯ CHO ĐƯỜNG DÂY
Suất vốn đầu tư cho đường dây khi thiết kế (theo TSĐ7)
Loại dây dẫn Suất vốn đầu tư 1 mạch (triệu đồng/km)
ACSR-70 2000
ACSR-95 2038
ACSR-120 2256
ACSR-150 2420
ACSR-185 2503
ACSR-240 3145
Ghi chú: Vốn đầu tư của đường dây hai mạch cùng một cột bằng vốn đầu tư củađường dây một mạch nhân với hệ số 1,6.
CHI PHÍ VẬN HÀNH HÀNG NĂM
Chi phí vận hành hàng năm bao gồm:
Khấu hao do hao mòn thiết bị
Lương nhân viên vận hành
Chi phí nguyên vật liệu để tiến hành sửa chữathường xuyên
Chi phí cho tổn thất điện năng
vh DY a .K A.c= + ∆
TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
Nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng trên đường dây:
Do phát nóng dây dẫn
Tổn thất vầng quang
Tổn hao điện môi (trong cách điện của cáp)
Với đường dây có Uđm < 330 kV, có thể bỏ quan tổnthất điện năng do vầng quang.
Nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng?
TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG DO PHÁT NÓNG
Theo đồ thị phụ tải Theo thời gian tổn thất công suất cực đại
- Chính xác- Khối lượng tính toán lớn- Chỉ áp dụng trong trường hợp có
đồ thị phụ tải- Phù hợp khi tính toán tổn thất điện
năng trong vận hành- Áp dụng được cho tất cả các lưới
điện
- Kém chính xác- Khối lượng tính toán ít- Có thể áp dụng khi không có đồ thị phụ tải- Phù hợp khi tính toán tổn thất điện năng
trong quy hoạch- Chỉ áp dụng được khi lưới điện cấp điện
trực tiếp cho phụ tải và không có thiết bị bù
Các phương pháp xác định tổn thất điện năng
TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG DO PHÁT NÓNG
τ – thời gian tổn thất công suất cực đại
τ phụ thuộc vào đồ thị phụ tải và tính chất của các hộtiêu thụ
Gần đúng (công thức kinh nghiệm của Liên Xô cũ).
Không có đồ thị phụ tải
maxA P .∆ = ∆ τ
( ) ( )2
4max0,124 T .10 .8760 h−τ = +
TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG DO PHÁT NÓNG
Có xét đến hình dáng của đồ thị phụ tải
Khi nào τ = Tmax
2
max minmax
max min max
max
8760 T P2T 8760 . 1
T P P1 2
8760 P
−τ = − + −
+ −
TỔNG HỢP CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN
Phương án 1 2 3 4 5
∆Umaxbt%
∆Umaxsc%
K (109 đồng)
∆A (MWh)
Z (109 đồng)
Phương án có chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhấtlà phương án hợp lý nhất.