Đồ án Mạng điện - Tính toán các chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật của mạng thiết kế

 Lời mở đầu:
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp điện lực giữ vai trò 
đặc biệt quan trọng, bởi điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng trong mọi lĩnh vực của ngành 
kinh tế quốc dân.
Khi ta xây dựng một nhà máy, khu dân cư, thành phố, trước tiên, ta phải xây dựng một hệ thống 
lưới điện để cung cấp điện nhằm mục đích phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất.
Khi ta xây dựng một hệ thống lưới điện thì vấn đề thiết kế đống vai trò tối quan trọng, người thiết 
kế phải làm sao cho mạng lưới mà mình thiết kế phải đẩm bảo yêu cầu về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật, 
phải đề ra được phương án tối ưu nhất đạt yêu cầu vễ kỹ thuật và tiết kiệm về mặt kinh tế. Để giúp 
cho ta đạt được những yêu cầu đó, việc nghiên cứu, thực hiện các nhiệm vụ trong phạm vi môn học 
"Đồ án mạng điện” sẽ cho ta những kiến thức không nhỏ trong lĩnh vực hệ thống điện.
Sau một thời gian tìm tòi, học hỏi, cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo, em đã hoàn thành nội dung 
đồ án môn học đã được thầy giao. Tuy nhiên với những kiến thức còn hạn chế, chưa có kinh 
nghiệm thực tiễn, át hẵn nội dung đồ án môn học mà em đã hoàn thành không thể tránh khỏi những 
sai sót, em rất mong nhận được sự quan tâm, chỉ bảo của thầy. Em xin chân thành cảm ơn!
 Đà Nẵng, tháng 4/2017
 Sinh viên thực hiện
 Lê Quang Lương
 1 CHƯƠNG 1:
 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
 1.1. Thu thập số liệu và phân tích phụ tải:
 - Công tác phân tích phụ tải chiếm một vị trí hết sức quan trọng cần được thực hiện một cách chu 
 đáo.
 - Việc thu thập số liệu về phụ tải chủ yếu là để nắm vững về vị trí và yêu cầu của các hộ tiêu thụ 
 lớn, dự báo nhu cầu tiêu thụ, sự phát triển của phụ tải trong tương lai. Sau khi thu thập số liệu và 
 phân tích về phụ tải, ta có bảng số liệu tổng hợp như sau:
 Bảng 1.1: Số liệu phụ tải
 Đủ cung cấp cho phụ tải với cosφ = 0.8
 Điện áp thanh cái cao áp:
 Nguồn điện 1.1 Udm lúc phụ tải cực đại
 1.05 Udm lúc phụ tải cực tiểu
 1.1 Udm lúc sự cố
 Phụ tải 1 2 3 4 5 6
 Pmax (MW) 23 21 20 22 16 18
 Cos 0.8 0.8 0.8 0.7 0.8 0.8
 Tmax (giờ/năm) 5300 5300 5300 5300 5300 5300
 Yêu cầu cung cấp điện KT KT T KT KT KT
Điện Điện áp định mức phía thứ cấp trạm 22 V
 phân phối (kV)
 1.2. Phân tích nguồn cung cấp điện:
 Trong thiết kế môn học chỉ cho một nguồn cung cấp điện cho phụ tải trong vùng. Nguồn điện 
 được giả thiết cung cấp đủ công suất tác dụng theo nhu cầu của phụ tải với hệ số công suất là 0.8. 
 Điều này cho thấy nguồn có thể không cung cấp đủ yêu cầu về công suất phản kháng và vì thế mà 
 việc đảm bảo nhu cầu điện năng phản kháng có thể thực hiện trong quá trình thiết kế bằng cách bù 
 công suất phản kháng tại các phụ tải mà không cần phải đi từ nguồn.
 1.3. Cân bằng công suất trong hệ thống:
 - Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng cung cấp của các nguồn cho phụ tải 
 2 thông qua mạng điện.
- Tại mỗi thời điểm phải luôn đảm bảo cân bằng giữa công suất sản xuất và công suất tiêu thụ. Mỗi 
mức cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng xác định một giá trị tần số và điện áp.
- Quá trình biến đổi công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi cân bằng công suất bị phá 
hoại, xảy ra rất phức tạp, vì giữa chúng có quan hệ tương hỗ.
- Để đơn giản bài toán, ta coi sự thay đổi công suất tác dụng ảnh hưởng chủ yếu đến tần số, còn sự 
cân bằng công suất phản kháng ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp. Cụ thể là khi nguồn phát không đủ 
công suất tác dụng cho phụ tải thì tần số bị giảm đi và ngược lại. Khi thiếu công suất phản kháng 
điện áp bị giảm thấp và ngược lại.
- Trong mạng điện, tổn thất công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng, nên khi các máy phát 
điện được lựa chọn theo sự cân bằng công suất tác dụng, trong mạng thiếu hụt công suất kháng. 
Điều này dẫn đến xấu các tình trạng làm việc của các hộ dùng điện, thậm chí làm ngừng sự truyền 
động của các máy công cụ trong xí nghiệp gây thiệt hại rất lớn. Đồng thời làm hạ điện áp của mạng 
và làm xấu tình trạng làm việc của mạng. Cho nên việc bù công suất kháng là vô cùng cần thiết. 
Mục đích của bù sơ bộ trong phần này là để cân bằng công suất kháng và số liệu để chọn dây dẫn 
và công suất máy biến áp cho chương sau.
- Sở dĩ bù công suất kháng mà không bù công suất tác dụng là vì khi bù công suất phản kháng giá 
thành kinh tế hơn, chỉ cần dùng bộ tụ điện để phát ra công suất phản kháng. Trong khi thay đổi 
công suất tác dụng thì phải thay đổi máy phát, nguồn phát dẫn đến chi phí tăng lên nên không được 
hiệu quả về kinh tế.
a. Cân bằng công suất tác dụng:
- Một đặc điểm quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ các nguồn điện 
đến các hộ tiêu thụ và không thể tích luỹ điện năng thành số lượng nhìn thấy được. Tính chất này 
xác định sự đồng bộ của quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng.
- Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thống cần phải phát công 
 3 suất bằng công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong các mạng điện, nghĩa là cần 
thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ.
- Ngoài ra để hệ thống vận hành bình thường, cần phải có sự dự trữ nhất định của công suất tác dụng 
trong hệ thống. Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành cũng 
như phát triển của hệ thống điện.
- Cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống điện. Cân bằng công suất trong hệ thống 
được biểu diễn bằng biểu thức sau:
∑PF=m∑Ppt+∑∆Pmd+∑Ptd+∑Pdt
Trong đó:
+ ΣPF: Tổng công suất tác dụng phát ra của các nhà máy điện trong hệ thống.
+ ΣPptmax: Tổng phụ tải cực đại của các hộ tiêu thụ.
+ m: Hệ số đồng thời (m=1).
+ ΣPmd: Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp.
+ ΣPtd: Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện. ∑Ptd = 0
+ ΣPdt: Tổng công suất dự trữ. Lấy ∑Pdt = 0
- Xác định hệ số đồng thời của một khu vực phải căn cứ vào tình hình thực tế của phụ tải.
- Theo tài liệu thống kê thì tổn thất công suất tác dụng của đường dây và máy biến áp trong trường 
hợp mạng cao áp khoảng 8÷10%.
- Ta có: ΣΔPmd = 10% mΣPpt
Công suất tự dùng của các nhà máy điện: Tính theo phần trăm của (mΣPpt + ΣPmd)
 + Nhà máy nhiệt điện 3 ÷ 7%.
 + Nhà máy thuỷ điện 1 ÷ 2%. Công suất dự trữ của hệ thống:
- Dự trữ sự cố thường lấy bằng công suất của một tổ máy lớn nhất trong hệ thống điện.
- Dự trữ phụ tải là dự trù cho phụ tải tăng bất thường ngoài dự báo: 2 - 3% phụ tải tổng.
- Dự trữ phát triển nhằm đáp ứng phát triển phụ tải 5 - 15 năm sau.
 4 Tổng quát dự trữ hệ thống lấy bằng 10 - 15% tổng phụ tải của hệ thống. Trong thiết kế môn học giả 
thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhu cầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cái 
cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy điện nên tính cân bằng công suất tác dụng như sau:
 ∑PF= ∑Ppt+ ∑∆Pmd+ ∑Pdt
Từ số liệu công suất tác dụng cực đại của các phụ tải ta tính được công suất tác dụng của nguồn 
phát ra là: ∑PF =1x10% ∑Ppt+ ∑Ppt
 = 1.1 × (22+20+24+23+17+21)
 = 1.1 x120 = 132 푊
Vậy ta cần nguồn có công suất tác dụng là: ∑PF= 132 (MW).
b. Cân bằng công suất phản kháng:
- Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng giữa điện năng sản 
xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm. Sự cân bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công 
suất tác dụng, mà còn đối với cả công suất phản kháng.
- Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp. Phá hoại sự cân bằng công suất phản 
kháng sẽ dẫn đến sự thay đổi điện áp trong mạng điện. Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn 
công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng điện sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất 
phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm. Vì vậy để đảm bảo chất lượng của điện áp ở các hộ tiêu thụ 
trong mạng điện và trong hệ thống, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng.
- Ta có mối quan hệ của công suất tác dụng phản kháng: Qi = Pi×tgφi
Từ các số liệu của phụ tải và của nguồn tính ở trên ta có các công suất phản kháng của nguồn và của 
các phụ tải như sau:
 Bảng 1.2: Công suất tác dụng và công suất phản kháng của nguồn và phụ tải:
 Thông số Tải 1 Tải 2 Tải 3 Tải 4 Tải 5 Tải 6
 P(MW) 23 21 20 22 16 18
 Cos 0.8 0.8 0.8 0.7 0.8 0.8
 Q(MVar) 17.25 15.75 15 22.45 12 13.5
 5 - Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống. Cân bằng công suất 
phản kháng được biểu diễn bằng biểu thức sau:
ΣQF + ΣQbùΣ = mΣQpt + ΣΔQB + ΣΔQd – ΣQC + ΣQtd + ΣQdt
Trong đó:
+ ΣQF: tổng công suất phát ra của các máy phát điện. Trong thiết kế môn học chỉ thiết kế từ thanh cái 
cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy nên chỉ cần cân bằng từ thanh cái cao áp.
 −1 
ΣQF= ΣPF× tan 휑F = 132 × tan(cos 0.8) 
 = 132 × 0.75=99 MVAr
+ mΣQpt : tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời.
∑Qpt= 17.25+15.75+15+22.45+12+13.5= 95.95 MVAr
+ ΣΔQB: tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp có thể ước lượng với: 
ΣΔQB = 15%∑Qpt = 15% × 95.95 = 14.3925 (MVAr)
+ ΣΔQd: tổng tổn thất công suất kháng trên các đoạn đường dây của mạng điện. Với mạng điện 110 
kV trong tính toán sơ bộ có thể xem tổn thất công suất phản kháng trên cảm kháng đường dây bằng 
công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh ra. 
+ ΣQtd: tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống với ΣQ td = ΣPtd x tgφtd. 
Vì chỉ tính từ thanh góp cao áp nên ΣQtd = 0
+ ΣQdt: Công suất phản kháng dự trữ của hệ thống với: ΣQdt= 0
- Trong thiết kế môn học, chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của nhà máy điện có thể không cần tính 
Qtd và Qdt. Từ công thức trên có thể suy ra lượng công suất kháng cần bù QbùΣ Nếu QbùΣ dương 
có nghĩa hệ thống cần cài đặt thêm thiết bị bù để cân bằng công suất kháng.
- Trong phần này ta chỉ xét cung cấp công suất bù cho các phụ tải ở xa nguồn và có hệ số cosφ thấp 
hay phụ tải có công suất tiêu thụ lớn. Và ta có thể tạm cho một lượng Qbù i ở các phụ tải này sao cho 
tổng Qbù i bằng QbùƩ. Sau đó, ta tính lại công suất biểu kiến và hệ số công suất cosφ mới.
 6 - Tổng công suất tiêu thụ :
 ∑Qtt=∑Qpt + ∑QB + ∑Qdt = (1 + 0.15 )∑Qpt =1.15 x 95.95= 110.343 MVAr
Ta thấy ∑QF < ∑Qtt, vì vậy ta cần phải đặt thiết bị bù:
 ∑Qbù= ∑Qtt - ∑QF = 110.343 – 99 = 11.343 MVAr
Như vậy, để cân bằng công suất phản kháng, ta tiến hành bù sơ bộ lượng công suất phản kháng cho 
hệ thống là 11.3425 (MVAr). Ta tiến hành bù theo nguyên tắc: Ưu tiên bù cho phụ tải ở xa, cosφ 
thấp; bù đến cosφ’ = 0.9 ÷ 0.95.
- Công suất bù cho phụ tải thứ i được tính theo công thức:
Qbi = Qi – Qi’ = Pi(tgφi + tgφ’i) để ∑Qbi = ∑Qbù
Trên cơ sở đó, ta tiến hành bù như sau:
+Bù cho hộ 3 (ở xa):
Giả sử sau khi bù, cosφ3’ =0.92 => tgφ3’= 0.43
=>Qb3 = Q3 – P3tgφ’3 = 15 - 20x0.43 = 6.4 (MVAr)
Lượng công suất phản kháng cần bù còn lại
Qb* = ∑Qbù – Qb3 = 11.343 – 6.4 = 4.943 (MVAr)
+Ta bù cho hộ 4 (cosφ thấp)
 Q4 Qb4 22.45 4.943
tgφ’4 = = = 0.8
 P4 22
=> cosφ’4 = 0.8
 7 Bảng 1.3: Sau khi bù sơ bộ công suất kháng ta có bảng số liệu phụ tải
 Phụ tải Ppt Cos Qpt Qb Qpt-Qb S S’ Cos ’
 (MW) (MVAr) (MVAr) (MVAr) (MVA) (MVA)
 1 23 0.8 17.25 0 17.25 28.75 28.75 0.8
 2 21 0.8 15.75 0 15.75 26.25 26.25 0.8
 3 20 0.8 15 6.4 8.6 25 21.77 0.92
 4 22 0.7 22.45 4.943 17.507 31.43 28.11 0.8
 5 16 0.8 12 0 12 20 20 0.8
 6 18 0.8 13.5 0 13.5 22.5 22.5 0.8
 Tổng 120 95.95 153.93 147.38
 Số liệu này sẽ được dùng trong phần so sánh phương án chọn dây chọn công suất máy biến áp. 
Nếu sau này khi tính chính xác lại sự phân bố thiết bị bù mà một phụ tải không được bù nhưng lại 
được bù sơ bộ thì ta phải kiểm tra lại tiết diện dây và công suất máy biến áp đã chọn.
 8 CHƯƠNG 2:
 DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT
2.1. Chọn sơ đồ nối dây của mạng điện:
- Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc nhiều yếu tố: số lượng phụ tải, vị trí phụ tải, mức độ liên 
tục cung cấp điện, công tác vạch tuyến, sự phát triển của phụ tải và khả năng vận hành của mạng 
điện.
- Trong phạm vi đồ án môn học có thể chia ra làm nhiều vùng để cung cấp điện cho các nút phụ tải. 
Đối với phụ tải có nhu cầu cung cấp điện liên tục cần đưa ra phương án đường dây lộ kép hay 
phương án mạch vòng kín.
- Từ bản đồ vị trí nhà máy điện và phụ tải, ta tính được bảng thể hiện khoảng cách như sau:
 Bảng 2.1: Khoảng cách giữa nguồn A và các hộ tiêu thụ
Km A Hộ 1 Hộ 2 Hộ 3 Hộ 4 Hộ 5 Hộ 6
A - 36.06 40 76.16 72.11 70 36.06
Hộ 1 - 36.06 50 36.06 44.72 40
Hộ 2 - 42.43 60 80.62 67.08
Hộ 3 - 42.43 80.62 90
Hộ 4 - 41.23 67.08
Hộ 5 - 44.72
Hộ 6 -
Ta có 3 phương án như sau: 
 Phương án 1:
 A 2
 6 1 3
 4
 5
 9 Phương án 2:
 A 2
 6 1 3
 4
 5
 Phương án 3:
 A 2
 6 1 3
 4
 5
2.2. Tính toán các thông số kỹ thuật:
* Phương án 1:
a. Lựa chọn điện áp tải điện:
- Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật, cũng như 
các đặc trưng kĩ thuật của mạng. Vì vậy chọn đúng điện áp định mức của mạng điện khi thiết kế 
cũng là bài toán kinh tế - kĩ thuật.
 10