CHỌN máy PHÁT điện, TÍNH TOÁN PHÂN bố CÔNG SUẤT, VẠCH PHƯƠNG án nối điện

Do đó việc tìm hiểu nắm vững công việc thiết kế nhà máy điện, để đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện, an toàn và kinh tế là yêu cầu quan trọng đối với người kỹ sư điện

Ngày nay với tốc độ phát triển của khoa học kỹ thuật nhằm mục đích đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Bên cạnh những ngành công nghiệp khác thì ngành công nghiệp năng lượng của những năm gần đây cũng đạt được những thành tựu đáng kể, đáp ứng được nhu cầu của đất nước Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Hiện nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ đời sống nhân dân được nâng cao, dẫn đến phụ tải điện ngày càng phát triển Do vậy việc xây dựng thêm các nhà máy điện là điều cần thiết để đáp ứng nhu cầu của phụ tải Việc quan tâm quyết định đúng đắn vấn đề kinh tế-kỹ thuật trong việc thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc danh Do đó việc tìm hiểu nắm vững công việc thiết kế nhà máy điện, để đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện, an toàn và kinh tế là yêu cầu quan trọng đối với người kỹ sư điện.

Nhiệm vụ của đồ án thiết kế của em là thiết kế nhà máy điện kiểu Thuỷ điện Với những kiến thức thu nhận được qua các năm học tập và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo phụ trách và các thầy cô khác trong khoa đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế của mình.

Vì thời gian và kiến thức có hạn, chắc hẳn đồ án không tránh khỏi những sai sót Kính mong các thầy cô giáo góp ý, chỉ bảo để em nắm vững kiến thức trước khi ra trường.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn cùng tất cả các thầy cô giáo đã truyền thụ kiến thức cho em để cho em có điều kiện hoàn thành nhiệm vụ thiết kế.

Đà nẵng, ngày tháng năm

Sinh viên

1

CHƯƠNG 1: CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG

SUẤT, VẠCH PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN

1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN:

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế phần điện trong Nhà máy: THUỶ ĐIỆN, Công suất:

600MW, gồm có: 4 tổ máy 150MW Việc chọn số lượng và công suất máy phát cần

chú ý các điểm sau đây:

- Máy phát có công suất càng lớn thì vốn đầu tư lớn, tiêu hao nhiên liệu để sản

xuất ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hàng năm càng nhỏ Nhưng về mặt

cung cấp điện thì đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không được lớn hơn dự trữ

quay về của hệ thống

- Để thuận tiện trong việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọn máy

phát cùng loại

- Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng định mức và dòng ngắn

mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ, do đó dễ dàng chọn khí cụ điện hơn

Với công suất của các tổ máy đã có nên ta chỉ việc chọn máy phát có công suất

tương ứng mỗi tổ là: 150MW

Ta chọn cấp điện áp máy phát là 15,75KV vì cấp điện áp này thông dụng

Tra sách “ Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS

Nguyễn Hữu Khái, ta chọn được máy phát điện theo bảng 1.1

1.2 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT:

Để có cơ sở thiết kế chi tiết cho các chương tiếp theo.Trong phần này sẽ tiến

hành tính toán phân bố công suất trong nhà máy điện, xây dựng được đồ thị phụ tải

tổng cho nhà máy

Định lượng công suất cần tải cho các phụ tải ở các cấp điện áp tại các thời điểm

và đề xuất các phương án nối dây hợp lý cho nhà máy

Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp cho các phụ tải sau:

1.2.1 Phụ tải cấp điện áp máy phát (15,75 KV):

Công suất cực đại Pmax = 64MW

Hệ số công suất cos = 0,8

2

Đồ thị phụ tải hình 1.1

P%

100 80 60 40 20

Hình 1.1Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát được tính theo công thức sau:

SUF (t) P%

cosUF

Trong đó:

SUF(t) là công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t

P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

PUFmax, coUF là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp máyphát

Áp dụng công thức (1.1) kết hợp với hình 1.1, ta có bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp máy phát như bảng 1.2:

Bảng 1.2

t(h)P%

SUF(t)

1.2.2 Phụ tải cấp điện áp trung (110 KV):

Công suất cực đại Pmax = 380 MW

Hệ số công suất cos = 0,85

Đồ thị phụ tải hình 1.2

3

100 80

Công suất phụ tải cấp điện áp trung được tính theo công thức sau:

SUT (t) P%

cosUT

Trong đó:

SUT(t) là công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t

P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp trung theo thời gian

PUTmax, coUT là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp trung

Áp dụng công thức (1.2) kết hợp với hình 1.2, ta có bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp trung như bảng 1.3:

Bảng 1.3

t(h)

P%

SUT(t)

1.2.3 Phụ tải cấp điện áp cao (220 KV):

Công suất cực đại Pmax = 120 MW

Hệ số công suất cos = 0,85

Đồ thị phụ tải hình 1.3

4

100 80 60 40 20

Công suất phụ tải cấp điện áp cao được tính theo công thức sau:

SUC (t) P%

cosUC

Trong đó:

SUC(t) là công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t

P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp cao theo thời gian

PUTmax, coUT là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp cao

Áp dụng công thức (1.3) kết hợp với hình 3, ta có bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp cao như bảng 1.4:

Bảng 1.4

t(h)P%

SUC(t)

1.2.4 Công suất tự dùng của nhà máy:

Phụ tải tự dùng của nhà máy được xác định theo công thức sau:

SF(t) là công suất phát của nhà máy tại thời điểm t

SNM là công suất đặt của nhà máy, SNM = 706 MVA

Vì nhà máy phát luôn phát hết công suất nên ta có:

SF(t) = SNM = 706 (MVA)Như vậy:

Std(t) = Stdmax = α.SNM = 0,02 x 706 = 14,12 (MVA)

5

1.2.5 Công suất dự trữ của toàn hệ thống:

Công cuất dự trữ của toàn hệ thống (kể cả nhà máy đang thiết kế) được xác địnhtheo công thức sau:

1.2.6 Bảng tổng hợp phân bố công suất trong toàn nhà máy:

Qua tính toán ở trên, ta lập được bảng số liệu cân bằng công suất của toàn nhàmáy theo thời gian trong một ngày, như bảng 1.6

1.2.7 Đồ thị phân bố công suất của toàn nhà máy:

Từ bảng 1.6 ta vẽ đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy theo công suất toàn phầnhình H1: 4

Trong đó:

S td : Đường đặc tính công suất tự dùng

S UF : Đường đặc tính công suất cấp điện áp máy phát

S UT : Đường đặc tính công suất cấp điện áp trung

S UC : Đường đặc tính công suất cấp điện áp cao

ΣSpt : Đường đặc tính công suất tổng phụ tải.

S NM : Đường đặc tính công suất nhà máy

6S(MVA)

1.3 VẠCH SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY:

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trìnhtính toán thiết kế nhà máy điện Vì vậy cần nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắmvững các số liệu ban đầu Dựa vào bảng 1.6 và các nhận xét tổng quát, ta tiến hànhvạch các phương án nối dây Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấp điện liêntục cho các hộ tiêu thụ, phải khác nhau về cách ghép nối các máy biến áp với các cấpđiện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện… Sơ

đồ nối điện giữa các cấp điện áp phải đảm bảo các yêu cầu sau kỹ thuật sau:

+ Số máy phát điện, máy biến áp nối bộ và liên lạc phải thoả mãn điều kiện khingừng 1 máy phát hoặc 1 máy biến áp do sự cố thì các máy phát còn lại vẫnđảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áptrung

+ Công suất mỗi bộ máy phát - máy biến áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống

Dự trữ quay của hệ thống

SdtHT = 568,64 (MVA) > S bộ = 176,5 (MVA)

+ Chỉ nối bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện áp nào màphụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này; có như vậy mới tránh đượctrường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suấtphải chuyển qua hai lần máy biến áp làm tăng tổn hao, gây lãng phí công suấtcủa máy phát

+ Nếu phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ thì có thể lấy rẽ nhánh từ bộ máy phát máy biến áp nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được vượt quá 15% của bộ

Thành phần phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát so với công suất của toàn nhà máy:

1.3.1 Phương án I:

1.3.1.1 Mô tả phương án:

- 4 máy phát nối bộ bên cao và bên trung

- Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp

- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho phụ tải các cấp điện áp

- Dung lượng máy biến áp nhỏ nên chọn khí cụ điện hạng nhẹ

1.3.4.3 Nhược điểm:

- Số lượng máy biến áp nhiều dẫn đến tổn thất điện năng lớn nên giá thànhđầu

tư lớn

- Chiếm nhiều diện tích mặt bằng để xây dựng

- Số lượng thiết bị ở cấp trung và cao áp nhiều nên dễ bị sự cố và giá thành xây dựng thanh góp cấp điện áp cao và trung lớn

1.3.2 Phương án II:

1.3.2.1 Mô tả phương án:

- Sơ đồ này cấp điện áp cao không có nối bộ

-Hai bộ máy phát F3, F4 – máy biến áp hai cuộn dây B3, B4 nối vào thanh góp cấp điện áp trung

- Dùng 2 máy biến áp ba cuộn dây để liên lạc giữa các cấp điện áp

9

- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện, độ tin cậy cũng như sự liên lạc giữa các cấp

điện áp với nhau và giữa nhà máy với hệ thống

- Số lượng máy biến áp ít nên đơn giản trong việc lắp đặt cũng như vận hành và

giảm được diện tích lắp đặt, vốn đầu tư cho phương án

- Sơ đồ đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải các cấp điện áp

- Đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

- Thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát đơn giản, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

và nguyên tắc chọn sơ đồ

- Số lượng MBA bằng số lượng nguồn nên vận hành nhà máy linh hoạt,

kinh tế

10

PTTBPP 220 KV

11

1.3.4.2 Ưu điểm:

- Sơ đồ đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải các cấp điện áp

- Đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

12

CHƯƠNG 2: CHỌN MÁY BIẾN ÁP, TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

2.1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là một thiết bị chính trong nhà máy điện, vốn đầu tư của nó chiếm

1 phần rất quan trọng tổng số vốn đầu tư của nhà máy Vì vậy việc chọn số lượng máy

biến áp và công suất định mức của chúng là rất quan trọng Công suất của máy biến áp

được chọn phải đảm bảo đủ khả năng cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải không những

trong điều kiện làm việc bình thường mà ngay cả lúc sự cố Chế độ làm việc định mức

của máy biến áp phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường nhưng do có thể đặt hàng

theo điều kiện khí hậu tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ

2.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO PHƯƠNG ÁN 2:

* Sơ đồ nối điện phương án 2:

HT

2.2.1 Chọn máy biến áp nối bộ phía trung áp B3, B4:

02 Máy biến áp này là máy biến áp ba pha 2 cuộn dây nên điều kiện chọn là:

SđmB3 = SđmB4 SđmF3 = 176,5 MVA

Tra sách “Hướng dẫn thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của Nguyễn Hữu

Khái, Trường ĐHBK Hà Nội, ta có thông số máy biến áp B3, B4 như bảng 2.1:

Bảng 2.1

LoạiMBA

TДЦ

2.2.2 Chọn máy biến áp liên lạc B1, B2:

Máy biến áp này là máy biến áp tự ngẫu ba pha, công suất được chọn theo điều

kiện:

SđmB1 = SđmB2 SđmF1/Kcl

13

SđmF1 : là công suất định mức của máy phát F1,(F2).

Kcl : hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

Như vậy, công suất của máy biến áp liên lạc B1và B2 là:

TДЦПA 2.2.3 Kiểm tra quá tải máy biến áp đã chọn của phương án 2 :

2.2.3.1 Kiểm tra quá tải bình thường:

Công suất định mức của các máy biến áp B1, B2, B3, B4 được chọn lớn hơn công suất tính toán nên không cần kiểm tra quá tải bình thường

2.2.3.2 Kiểm tra quá tải sự cố:

a Xét sự cố một trong hai máy biến áp nối bộ:

Chọn Kqt= 1,2 là hệ số quá tải của MBA tự ngẫu

SUcMax – SdtHT <0 nên ta bỏ đi (SUcMax – SdtHT) trong biểu thức (2.3)

2K qt K cl S dmB2,3 2 x 1,2 x 0,5 x 360 = 432 (MVA)

SUTmax - (SdmF4 – Stdmax /4 - SUF(F4)max) = 447 – (176,5

-=294.03 (MVA)

 432 >294,37 (MVA) Như vậy MBA đã xét không bị quá tải

b Trường hợp sự cố MBA TN liên lạc:

Giả sử sự cố MBA B2:

Công suất cần cấp cho phụ tải điện áp trung lúc cực đại của MBA tự ngẫu B2 là:

SucMax – SdtHT <0 nên ta bỏ đi (SucMax – SdtHT) trong biểu thức (2.4)

14

1,2 x 0,5 x 360 ≥ 447 – (2 x 176,16 – 2 x 14,12

4 2x 804)

 216 ≥ 141,74 (MVA)Như vậy MBA đã xét không bị quá tải

2.2.3.3 Kết luận:

Các máy biến áp đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc bình thường và sự cố

2.3 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MÁY BIẾN ÁP :

Sơ đồ phân bố phụ tải cấp điện áp máy phát

2.3.1 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp nối bộ B3, B4:

Hai MBA B3, B4 hoàn toàn giống nhau và vận hành song song nên ta, Áp dụngcông thức:

15

Trong đó:

SB3(4) = SdmF3 - Stdmax/4 - SUF(t)/4; S UF (t) = S UFmax x P%

SUFmax = Pmax/Cos = 0,816 = 20 (MVA)

Do đó tổn thất trong một MBA nội bộ B3 (B4) là:

A =140.24 2005502  (158,97) 2 2 (158,97) 2 2 (160,37) 2 2 (160,37) 2 2 (140,37) 2 2

+ (140,37)2.2 + (140,37)2.2 + (129,57)2.2 + (129,57)2.2 + (158,97)2.2 + (158,97)2.2 + (158,97)2.2 = 10798 (kWh)

Tổn thất điện năng trong một MBA nối bộ B3(4) trong một năm là:

ΔA = 10798 x 365 = 3.941.366 (kWh)

2.3.2 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu 3 pha:

Tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp tự ngẫu xác định theo biểuthức:

ΔA

Trong đó: SiC, SiT, SiH là công suất tải qua các cuộn cao, trung, hạ của những máy biến áp tự ngẫu liên lạc vận hành song song trong thời gian ti,

Đối với máy biến áp tự ngẫu thì tổn thất ngắn mạch của các cuộn cao, trung và

hạ được tính như sau:

16

Công suất qua cuộn trung:

ST = 0,5(SUT(t) – 2.SB3(4))

Công suất truyền qua cuộn cao:

SC = SH- ST

Ta lập bảng số liệu công suất qua từng cuộn dây MBA TN (công suất S tính theo đơn

vị MVA) như bảng sau:

2.3.3 Tổng tổn thất điện năng trong máy biến áp:

Tổng tổn thất điện năng của các MBA trong một năm là:

ΔB = 2 x ΔB1(2) + 2 x ΔB3(4)

= 2 x 3.235.434 + 2 x 3.941.366 = 14.353.600 (KWh)

17

- Trị số tương đối của dòng ngắn mạch được tra trên đường cong tính toán,

Ick = f(Xxk); (sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội )

- Hệ số xung kích (Xxk) và (q) được tra ở bảng 3-2,trang 28 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội

- Tính xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch (BN) ta dùng phương pháp thời gian tương đương(Ttđ) Trong đó, Ttđ được tra trên đường cong tính toán

- Dạng ngắn mạch tính toán là dạng ngắn mạch có dòng điện chạy qua khí cụđiện lớn nhất Việc chọn dạng ngắn mạch tính toán là phụ thuộc từng trườnghợp cụ thể, nhưng để thuận tiện người ta chọn ngắn mạch 3 pha đối xứng

- Điểm ngắn mạch tính toán là điểm ngắn mạch được chọn trên sơ đồ tương ứng với tình trạng vận hành, phù hợp với điều kiện thực tế nguy hiểm nhất

3.1.2 Tính toán ngắn mạch cho phương án 2:

3.1.2.1 Sơ đồ nối điện có vị trí điểm ngắn mạch tính toán :

- Mục đích : Chọn các khí cụ điện phía cao áp (220 KV)

- Tình trạng sơ đồ : Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc

b Điểm ngắn mạch N 2 :

- Mục đích : Chọn các khí cụ điện phía trung áp (110 KV)

- Tình trạng sơ đồ : Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc

18

c Điểm ngắn mạch N 3 :

- Mục đích : Chọn các khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp liên lạc

- Tình trạng sơ đồ : Chỉ máy phát F1 làm việc,tất cả các máy phát khác và hệ thống đều nghỉ

d Điểm ngắn mạch N 4 :

- Mục đích: Chọn các khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp liên lạc

- Tình trạng sơ đồ: Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc, trừ máy phát F1 nghỉ

* Kết luận: Sau khi đã xác định được dòng ngắn mạch tính toán của các điểm

ta lấy giá trị như sau:

Itt = max(IN5,IN6 )

3.1.2.2 Sơ đồ thay thế tính toán :

Từ sơ đồ nối điện có điểm ngắn mạch ta thành lập được sơ đồ thay thế tínhtoán như hình 3.2:

X6

N5X1

Hình 3.2

X5

X2

F2

19

3.1.2.3 Tính toán các thông số của sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối:

1 Xác định đại lượng tính toán:

* Chọn các đại lượng cơ bản (cb):

- Điện kháng của đường dây liên lạc với hệ thống:

21

và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội Ta được bội số dòng ngắnmạch: I*0 = 2,53 ; I*∞ = 2,58

Kxk=1,8 và q=1,52 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội

XN2

d)

E1234

Hình 3.4

Từsơđồhìnhtrêntabiếnđổi:

X20

X21

X22

Áp dụng phép biến đổi sao lưới:

Biến đổi sao ( X20,X22,X24) thành lưới (X25,X26,X30) Do coi 2 đầu X30 là đẳng

áp nên không tính toán và đưa X30 tham gia vào sơ đồ

- Đối với máy phát có cuộn cản

Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “thiẾt kẾ nhà máy điỆn

và trẠm biẾn áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội Ta được bội số dòng ngắnmạch:I*0 = 2,54 ; I*∞ = 2,59

24

và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội Ta được bội số dòng ngắnmạch: I*0 = 3,7 ; I*∞ = 3,1

Kxk=1,93 và q =1,65 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội

26