lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn, thanh góp

Phụ tải tự dùng của nhà máy Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lượng điện tự dùng chiếm 7% công suấtđịnh mức của toàn nhà máy... CHƯƠNG 2ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY C

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là nguồn năng lượng cần thiết cho toàn bộ nền kinh tế và đời sống xã hội trong mỗi quốc gia Do nhu cầu kinh tế và đời sống xã hội ngày một nâng cao, phụ tải ngày càng phát triển, nhất là trong công cuộc công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước, mức độ tiêu thụ năng lượng điện ngày càng tăng cao Bởi vậy đòi hỏi hệ thống điện phải không ngừng phát triển và lớn mạnh.

Để đáp ứng nhu cầu về sử dụng năng lượng điện ngày càng tăng đó thì cần phải xây dụng thêm các nhà máy điện và các đường dây truyền tải điện Nhà máy điện là một phần tử quan trọng trong hệ thống điện, có vốn đầu tư khá lớn nên việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ đem lại hiệu quả kinh tế to lớn cho nền kinh tế quốc dân.

Đồ án tốt nghiệp là một phần quan trọng trong quá trình học tập Qua bản đồ án tốt nghiệp này sẽ giúp sinh viên ôn lại những kiến thức đã tích luỹ được đồng thời có cái nhìn tổng quan và hiểu biết về thực tế nhiều hơn.

Bản đò án tốt nghiệp này của em được giao có nhiệm vụ là thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện.

Với những nội dung được giao của bản đồ án em đã hoàn thành đúng khối lượng và thời gian Trong quá trình thực hiện em cũng có nhiều cố gắng song khó có thế tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Kính mong được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn.

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã nhận được sự quan tâm giúp

đỡ của các thầy giáo, cô giáo, các đơn vị tập thể trong và ngoài trường.

Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến thầy giáo

PGS TS Nguyễn Hữu Khái đã trực tiếp hướng dẫn và dìu dắt em trong suốt

quá trình thực hiện đề tài này.

Em xin cảm ơn sự nhiệt tình chỉ bảo, dạy dỗ của các thầy cô giáo trong khoa kỹ thuật công nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình.

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình cùng toàn thể bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

UkV

I

kA Cosϕ Xd’’ Xd’ Xd

TBφ-63-2 78,75 63 10,5 4,33 0,8 0,153 0,224 2,199

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Từ bảng biến thiên phụ tải ngày ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện

áp theo công thức:

max

100

% ) (t P P

P =

ϕ

Cos

t P t

S( )= ( ) Trong đó:

S(t): Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t

P(t): Công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

Cosϕ : Hệ số công suất phụ tải

1.2.1 Phụ tải cấp điện áp máy phát(địa phương):

P dp =

ϕ

Cos

t P t

S dp( ) = dp( )

Sau khi tính toán ta có bảng số liệu:

P =

ϕ

Cos

t P t

8.47 6.117

0 3 6 9 12

t(h) S(MVA)

P NM =

ϕ

Cos

t P t

82.352

0 30

Đồ thị phụ tải:

1.2.4 Phụ tải tự dùng của nhà máy

Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lượng điện tự dùng chiếm 7% công suấtđịnh mức của toàn nhà máy

Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm có thể tính theo biểu thức sau:

=  + NMdm 

NM nm

td

S

t S S

t

100

% ) ( α

Trong đó:

Std(t): Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t

SNMdm : Công suất đặt của toàn nhà máy

SNM(t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t

α : Số phần trăm lượng điện tự dùng

Sau khi tính toán ta có bảng kết quả:

Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy

82.352

117.647 105.882

82.352

6.117 9.411

7.529 8.47

113.95

18.081 22.05

19.404 20.727

CHƯƠNG 2

ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trongquá trình thiết kế nhà máy điện Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cungcấp điện cho phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và đem lại hiệu quảkinh tế

Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy có 4 tổ máy phát, công suất định mức củamỗi tổ máy là 63 MW có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở ba cấp điện ápsau:

+ Phụ tải địa phương:

SVHTmax = 165,892 (MVA)

SVHTmin = 113,95 (MVA)Theo đề ra ta nhận thấy:

+ Dự trữ quay của hệ thống: SDT = 110 (MVA)

+ Công suất một bộ máy phát điện _ máy biến áp không lớn hơn dữ trữquay của hệ thống nên ta dùng sơ đồ bộ: máy phát điện _ một máy biến áp.+ Để hạn chế dòng ngắn mạch, trong chế độ làm việc bình thường haimáy biến áp cung cấp cho phụ tải địa phương làm việc riêng rẽ ở phía 10,5kV

và mỗi máy cấp cho một nửa phụ tải địa phương Khi một máy bị sự cố thìmáy còn lại với khả năng quá tải sẽ cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải địaphương

+ Nhà máy có ba cấp điện áp là 10,5 kV; 110kV; 220kV Trong đó lướiđiện áp cao 220 (kV) và trung áp 110 (kV) đều là trung tính trực tiếp nối đấtnên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp.

Từ các nhận xét trên ta đưa ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế:

2.1 Phương án 1

F3 F4

TD TDDP+TD DP+TD

Phương án này có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở cáccấp điện áp Tuy nhiên nhược điểm của phương án này là việc lắp đặt bộMF_MBA ba pha 2 dây quấn lên lưới điện 220Kv sẽ khó khăn và đắt hơn rấtnhiều.

CHƯƠNG 3 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môitrường nơi lắp đặt nhà máy điện Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất địnhmức của chúng

2 Chọn công suất máy biến áp tự ngẫu B1, B2

Công suất của máy biến áp tự ngẫu được chọn theo điều kiện:

S dmb = S dmb ≥ ⋅S MFdm

α

12 1

U U

α

5,0

= 78,75

-4

05 , 22

SCB1 = SCB2 =

2

1(SVHT)+ Công suất truyền tải lên trung áp mỗi máy là:

1

B B

TB TB

S S

S S

3.1.3 Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp

Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nênkhông cần kiểm tra điều kiện qúa tải bình thường

Kiểm tra sự cố: Sự cố nguy hiểm nhất là khi S110 = S110max = 117,647(MVA)

Ta xét các sự cố sau:

+ Sự cố B4 (hoặc B3)

)S -

1

Std = 78,75 -

2

1.9,411 -

4

1.22,05 = 68,532 (MVA)

Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần:

- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thấtkhông tải của nó

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp

Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dâytrong một năm:

∆ATN = ∆P0.t + ( P S t P S ti P S ti)

S

Hi NH

2 ti NT i

2 Ci NC 2

dmB

∆+

∆+Σ∆

∆+

− T NC2 H NT2 HNC

PP

P

= 0,5 + 2 − 0 , 5 2 

380 5 , 0 5

, 0

380 5 , 0

∆+

H NC 2

H NT T

NC

PP

P

= 0,5 + 2 − 0,52 

380.5,05

,0

380.5,0

H NC 2

,0

380.5,0

2

Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổnthất điện năng trong các máy biến áp như sau:

• Máy biến áp ba pha hai cuộn dây:

Máy biến áp B3 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó

Sb = 73,24 MVA trong cả năm Do đó

∆AB3 = ∆AB4 = 8760 (70+ 310 2

280

24,73

2 Ti NT

2 Ci NC 2

dm

∆+

∆+

∆ΣBảng giá trị:

7102,412

41280,233

12984,602

109364,94

28178,165

U

U −

= 220

110

220 −

= 0,5 là hệ số có lợi

SđmB1 = SđmB2≥ 01,5 78,75 = 157,5 (MVA)

Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phương án 2 như sau:

C-H

T-T

0

320

3.2.2 Phân bố công suấ i cho các máy biến áp

1 Phân bố công suất cho bộ MF_MBA: F3_B3 và F4_B4

Để vận hành thuận tiện và kinh tế

ta cho B3, B4 làm việc với đồ thị

phụ tải bằng phẳng suốt năm do

đó công suất tải qua mỗi máy là:

SB3 = SB4 = SđmF -

4

max

td S

= 78,75 -

4

05,22

Phía cao: SC(t) =

2

1(SVHT - SB4)Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t)

Ta có bảng phân bố công suất:

Vậy MBA đã chọn là thoả mãn

3.2.3 Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp khi bị sự cố

• Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nênkhông cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thường

• Kiểm tra sự cố

Sự cố nguy hiểm nhất là khi S110 = S110 max = 117,647 MVA

Ta xét các sự cố sau:

+ Xét sự cố bộ F3 - B3

SH(B1=B2) = SMFđm -

2

1

Sđp - 4

- Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 110 MVA

Ta thấy SdtHT > Sthiếu ⇒ hệ thống làm việc bình thường

⇒ Vậy nên máy biến áp không bị quá tải.

+ Phân bố công suất khi sự cố B1:

Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp một lượngcông suất

4

1.22,05 = 58,316 MVA

- Lượng công suất phát lên phía cao của B2:

Kết luận:

Các máy biến áp đã chọn cho phương án 2 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu kỹthuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải

3.2.4 Tính toán tổn thất điện năng tổng các máy biến áp

Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần:

- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thấtkhông tải của nó

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp

Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dâytrong một năm:

∆+

H NT 2

H NC T

NC

PP

∆+

H NC 2

H NT T

NC

PP

H NC 2

• Máy biến áp ba pha hai cuộn dây

Máy biến áp B3 và B4 luôn làm việc với công suất truyền tải qua nó:

Sb = 73,24 MVA trong cả năm.

, 0

, 0

1905

,0

2 Ti NT

2 Ci NC 2

dm

∆+

∆+Σ∆

= 744,6 + 488,625

= 1233,225 (MWh)

Như vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là:

∆AΣ = ∆AB1 + ∆AB2 + ∆AB3 + ∆AB4

= 2×1233,225.103 + 2909,186.103 + 3050,273.103

= 8425,91 103 ( kWh)

= 8425,91 (MWh)

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫncủa nhà máy đảm bảo các chỉ tiêu ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắnmạch

Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện cầnchọn 1 chế độ làm việc nặng nề nhất nhưng phải phù hợp với điều kiện làmviệc thực tế Dòng điện tính toán ngắn mạch để chọn khí cụ điện là dòng ngắnmạch 3 pha

Chọn các đại lượng cơ bản

230

100.70.4,0.2

1

100

= 0,194

• Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây

131 , 0 80

100 100

5 , 10

B

S

S U

X

• Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2:

S U

S

S U

S

S U

X2 = XC(B1) // XC(B2) =

2

0718,0

2

194,0131,02

B X X

X

2 X

Ghép các nguồn E12 và E34 ta có:

X5 = X3 // X4 =

162,0161,0

162,0.161,0

S

= 0,85

230 3

S

= 0,925

230 3

100

75,78.4

S

= 2,8

230.3

75,78.4

S

= 2,1

230.3

75,78.4

= 1,6 kA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N1:

I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3,2 + 2,214 = 5,414 kA

I”N1( ∞ ) = I”HT( ∞ ) + I”NM( ∞ ) = 3,48 + 1,66 = 5,14 kA

- Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là:

S

= 0,56

115.3

S

= 0,62

115.3

100

75,78.4

S

= 4

115.3

75,78.4

S

= 2,4

115.3

75,78.4

= 3,795 kA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N2:

I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4,22 + 6,325 = 10,545 kA

I”N2( ∞ ) = I”HT( ∞ ) + I”NM( ∞ ) = 4,67 + 3,795 = 8,465 kA

) 194 , 0 128 , 0 (

162 , 0 ) (

1 4

1

+ +

+

= + +

+

F H

F H

X X X

X X X

= 0,1154 + 0,128 +

107,0

128,0.1154,0

128,0.107,0

1500

715,5

1

3.1

3

=

cb

HT ttHT U

75,78.3

75,78.3

= 17,14 kA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N3:

I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 14,43 + 15,72 = 30,15 kA

I”N3( ∞ ) = I”HT( ∞ ) + I”NM( ∞ ) = 14,43 + 17,14 = 31,57 kA

+ Dòng điện xung kích

75,78

I”N4(0) = I”N3 + I”N3’ = 30,15 + 29,44 = 59,59 kA

I”N4( ∞ ) = I”N3 + I”N3’ = 31,57 + 11,6 = 43,17 kA

+ Dòng điện xung kích

ixkN4 = 2 kxk.I”N4 = 2 1,9.59,59 = 160,12 kA

Vậy ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 1

Cấp đ/a(kV) điểm n.m I0” (kA) I ( ∞ )” (kA) ixk (kA)

F4 TD

F2 DP+TD

Chọn điểm ngắn mạch N3′: Khi tính toán chỉ kể thành phần do F2 cungcấp.

Điểm ngắn mạch N4 để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng, thực ra có thể lấy

1

2

5 , 10

B

S

S U

80

100 100

11

B

S

S U

• Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2:

+ Điện kháng cuộn cao áp:

dmF

cb H NT H NC T NC

S

S U

S

S U

1

−

+ Điện kháng cuộn hạ áp

XH = ( )

dmB

cb H NT H NC T

S U

X2 =

2

XC =

2

0718,0

= 0,036

X3 = (XF1 nt XH1)//(XH2 nt XF2) =

2

194 , 0 128 , 0 2

X6 = (X5 // X3 ) nt X2=

325,0161,0

325,0.161,0

+ + 0,036= 0,143Ghép // X4 ta được sơ đồ rút gọn:

X7NM

143,0.325,0

Tra đường cong tính toán ta có:

S

= 0,77

230 3

S

= 0,925

230 3

75,78.4

S

= 3,25

230.3

75,78.4

S

= 2,3

230.3

75,78.4

= 1,78 kA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N1:

I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 2,57 + 2,9 = 5,47 kA

I”N1( ∞ ) = I”HT( ∞ ) + I”NM( ∞ ) = 1,78 + 3,48 = 5,26 kA

+ Dòng điện xung kích

ixkN1 = 2 kxk.I”N1(0) = 2 1,8.5,47 = 13,92 kA

2 Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2

Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ ứng với điểm ngắn mạch N1 ta có sơ

đồ rút gọn với điểm N2 như sau:

5 3

+

= +X X

X X

= 0,107Biến đổi Y(X1, X2, X4) → ∠(X9, X10) bỏ qua điện kháng cân bằng ta được:

= 0,0794 + 0,036 +

325,0

036,0.0794,0

= 0,325 + 0,036 +

0794,0

036,0.325,0

107,0.508,0

+ = 0,088Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng:

X

2

N

9 HT

= 0,525

115.3

3 cb

HT U

S

= 0,578

115.3

75 , 78 4

75,78.4

= 3,68 kA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N2:

I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3,95 + 5,77 = 9,72 kA

I”N2( ∞ ) = I”HT( ∞ ) + I”NM( ∞ ) = 4,35 + 3,68 = 8,03 kA

12 2

+ +

= + +X X X

X X

= 0,011

X13 = . 0,0360,0360,325.0,3250,162

12 4 2

4 2

+ +

= + +X X X

X X

= 0,022

X15 = . 0,0360,1620,162.0,3250,325

12 4 2

4 12

+ +

= + +X X X

X X

= 0,1 + 0,139 +

1014,0

139,0.1,0

= 0,37

Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng:

X X

= 0,874Tra đường cong tính toán ta có:

75 , 78 3

75,78.3

= 16,63 kA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N3:

I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 14,68 + 14,43 = 29,11 kA

I”N3( ∞ ) = I”HT( ∞ ) + I”NM( ∞ ) = 16,63 + 14,43 = 31,06 kA

Tính toán tương tự phương án 1 ta có:

I”N4(0) = I”N3 + I”N3’ = 29,11 + 29,44 = 58,55 kA

I”N4( ∞ ) = I”N3 + I”N3’ = 31,06 + 11,6 = 42,66 kA

ƯU

Khi thiết kế bất kỳ nhà máy nào cũng phải tiến hành so sánh để chọn mộtphương án hợp lý nhất Khi chọn phương án tối ưu phải dựa trên các chỉ tiêukinh tế - kỹ thuật Các chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm độ tin cậy cung cấp điện, sựthuận tiện trong vận hành, độ bền vũng của công trình, khối lượng sửa chữađịnh kỳ và đại tu, mức độ tự động hoá, chất lượng điện năng Các chỉ tiêu vềkinh tế cơ bản là vốn đầu tư và phí tổn vận hành hàng năm.

So sánh và phân tích các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đặc trưng của từngphương án cho phép ta tìm được phương án hợp lý nhất Khi tính vốn đầu tưchỉ kể đến phần khác nhau của các phương án

Trên thực tế vốn đầu tư vào thiết bị chủ yếu phụ thuộc vào vốn đầu tưmáy biến áp và các mạch thiết bị phân phối Vốn đầu tư vào các mạch thiết bịphân phối chủ yếu phụ thuộc vào máy cắt, vì vậy để chọn các mạch thiết bịphân phối cho từng phương án phải chọn các máy cắt

5.1 Chọn máy cắt điện

Máy cắt điện là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện lực Với

ưu điểm loại trừ nhanh các sự cố nó hoàn toàn đảm bảo được các chỉ tiêu vềđiều kiện làm việc ổn định của hệ thống

Máy căt được chọn theo điều kiện:

- Loại máy cắt khí SF6 hoặc máy cắt không khí

Ilvcb =

220 3

892 , 165

892,165

647 , 117

= 58,82 (MVA)Dòng điện làm việc cưỡng bức:

82 , 58

= 0,308 kA+ Mạch MBA 3 pha 2 cuộn dây:

Ilvcb = 1,05

110.3

75,78.05,1

dm

MFdm U

75 , 78 05 , 1

Vậy bảng thông số máy cắt cho phương án 1:

Thông số tính toán Thông số định mức

Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không cầnkiểm tra ổn đinh nhiệt.

Dòng điện cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 110kV là: Ilvcb = 0,434 kA

Dòng điện cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 10,5kV là: Ilvcb = 4,55 kA

Vậy dòng cưỡng bức của phương án 2 là:

Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không cầnkiểm tra ổn định nhiệt

5.2 Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối

Việc lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện là một khâu rất quan trọng, nóphải thoả mãn các yêu cầu sau:

− Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu của phụ tải

− Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và xử lý sự cố

− An toàn lúc vận hành và lúc sửa chữa

− Hợp lý về kinh tế trên yêu cầu đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Trong thực tế khi lựa chọn khó đảm bảo toàn bộ các yêu cầu trên Do vậy khi

có mâu thuẫn ta phải đánh giá một cách toàn diện trên quan điểm lợi ích lâudài và lợi ích chung của toàn nhà máy