ĐỒ án THIẾT kế đề tài thiết kế nhà máy điện công suất 300 MW

Đồ án này có nhiệm vụ chính là thiết kế một nhà máy nhiệt điện, gồm các nội dung: • Chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất.. Bảng 1.2 Biến thiên công suất hàng ngày

Trang 1

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-    -

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ

Đề tài: Thiết kế nhà máy điện công suất 300 MW

Khoa Kỹ thuật điện Chuyên ngành Hệ Thống Điện

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Lê Đức Tùng _

Trang 2

Thiết kế, xây dựng và vận hành một nhà máy nhiệt điện có hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, ổn định hệ thống đòi hỏi có sự tính toán chính xác, kỹ lưỡng và chi tiết của các nhà chuyên môn Đồ án này có nhiệm vụ chính là thiết kế một nhà máy nhiệt điện, gồm các nội dung:

• Chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất

• Xác định các phương án và chọn máy biến áp, tính tổn thất công suất, điện năng

• Tính toán ngắn mạch, lựa chọn các thiết bị điện chính của nhà máy

• Tính toán chọn phương án tối ưu

• Chọn sơ đồ nối dây và các thiết bị tự dùng

Do thời gian thực hiện có hạn, còn tồn tại nhiều thiếu sót và hạn chế trong quá trình hoàn thành báo cáo đồ án, em hy vọng nhận được sự thông cảm và góp ý thêm Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy, PGS TS Lê Đức Tùng đã chỉ bảo giúp

đỡ em hoàn thành công việc trong quá trình làm đồ án

Sinh viên Trịnh Đức Minh Nghĩa

Trang 3

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 10

1.1 Chọn máy phát điện 10

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 10

1.2.1 Công suất phát của nhà máy 10

1.2.2 Công suất tự dùng của nhà máy 11

1.2.3 Công suất phụ tải điện áp máy phát (phụ tải địa phương) 12

1.2.4 Công suất phụ tải trung áp 13

1.2.5 Công suất trao đổi về hệ thống 14

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP 16 2.1 Đề xuất các phương án 16

2.1.1 Phương án 1 17

2.1.4 Kết luận 19

2.2 Tính toán chọn máy biến áp cho các phương án 20

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 34

3.1 Tính điện kháng các phần tử trong sơ đồ thay thế 34

3.2 Chọn các điểm để tính toán ngắn mạch 36

3.3 Tính toán ngắn mạch cho phương án 1 36

3.3.1 Tính dòng ngắn mạch tại N1 37

3.3.6 Tổng hợp kết quả tính ngắn mạch phương án 1 45

Trang 5

3.4 Tính toán ngắn mạch cho phương án 2 46

3.4.6 Tổng hợp kết quả tính ngắn mạch phương án 2 54

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 55

4.1 Chọn sơ đồ nối điện chính cho các phương án 55

4.2 Tính toán kinh tế của các phương án 55

4.3 Lựa chọn phương án tối ưu 60

CHƯƠNG 5 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 62

5.1 Chọn máy cắt điện và dao cách ly 62

5.1.1 Chọn máy cắt điện 62

5.1.2 Chọn dao cách ly 62

5.2 Chọn thanh dẫn cứng cho mạch máy phát điện 63

5.2.1 Chọn tiết diện thanh dẫn cứng 63

5.2.2 Kiểm tra ổn định động thanh dẫn cứng 64

5.2.3 Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng 66

5.2.4 Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng 66

5.3 Chọn thanh dẫn mềm 67

5.3.1 Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 220kV 68

5.3.2 Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 110kV 71

5.4 Chọn máy biến áp đo lường 73

5.4.1 Chọn máy biến điện áp (BU) 73

5.4.2 Chọn máy biến dòng (BI) 75

5.5 Chọn cáp và kháng điện cho phụ tải địa phương 77

5.5.1 Chọn cáp 77

Trang 6

5.5.2 Chọn kháng điện 79

5.5.3 Chọn máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phương 82

5.6 Chọn chống sét van 82

5.6.1 Chọn chống sét van cho thanh góp 220kV và 110kV 83

5.6.2 Chọn chống sét van cho máy biến áp 83

CHƯƠNG 6 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG 85

6.1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 1 85

6.2 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 2 86

6.3 Chọn máy cắt phía cao áp của máy biến áp tự dùng cấp 1 87

6.4 Chọn máy cắt phía hạ áp của máy biến áp tự dùng cấp 1 87

6.5 Chọn Aptomat 88

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

Trang 7

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

Bảng 1.1 Thông số máy phát 10

Bảng 1.2 Biến thiên công suất hàng ngày của nhà máy 11

Bảng 1.3 Biến thiên công suất tự dùng hàng ngày của nhà máy 12

Bảng 1.4 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải địa phương 12

Bảng 1.5 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải trung áp 13

Bảng 1.6 Biến thiên công suất hàng ngày phát tới hệ thống 14

Bảng 2.1 Thông số máy biến áp 2 cuộn dây 10,5/115kV và 10,5/242kV chọn cho phương án 1 20

Bảng 2.2 Thông số máy biến áp tự ngẫu chọn cho phương án 1 20

Bảng 2.3 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu của phương án 1 21

Bảng 2.4 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy biến áp 2 cuộn dây – máy phát bên trung áp phương án 1 22

Bảng 2.5 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy biến áp tự ngẫu – máy phát phương án 1 23

Bảng 2.6 Các dòng điện cưỡng bức phương án 1 26

Bảng 2.7 Thông số máy biến áp 2 cuộn dây 10,5/115kV và 10,5/242kV chọn cho phương án 2 27

Bảng 2.8 Thông số máy biến áp tự ngẫu chọn cho phương án 2 27

Bảng 2.9 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu của phương án 2 28

Bảng 2.10 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy biến áp 2 cuộn dây – máy phát bên trung áp phương án 2 29

Bảng 2.11 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy biến áp tự ngẫu – máy phát phương án 2 30

Bảng 2.12 Các dòng điện cưỡng bức phương án 2 33

Bảng 3.1 Tổng hợp tính ngắn mạch phương án 1 45

Bảng 3.2 Tổng hợp tính ngắn mạch phương án 2 54

Bảng 4.1 Chọn máy cắt cho phương án 1 56

Bảng 4.2 Chọn máy cắt cho phương án 2 59

Bảng 4.3 Bảng tổng kết chi phí hai phương án 60

Bảng 5.1 Chọn máy cắt điện 62

Bảng 5.2 Chọn dao cách ly 63

Bảng 5.3 Chọn thanh dẫn mạch máy phát 64

Bảng 5.4 Chọn sứ đỡ 66

Bảng 5.5 Chọn thanh dẫn mềm 220kV 68

Bảng 5.6 Chọn thanh dẫn mềm 110kV 71

Trang 8

Bảng 5.7 Phân bố đồng hồ điện thứ cấp BU 74

Bảng 5.8 Chọn BU cấp 10,5kV 74

Bảng 5.9 Chọn BU cấp 110kV và 220kV 75

Bảng 5.10 Chọn BI cho cấp 10,5kV 76

Bảng 5.11 Chọn BI cấp 110kV và 220kV 77

Bảng 5.12 Chọn cáp cho phụ tải địa phương 78

Bảng 5.13 Chọn kháng điện đơn 81

Bảng 5.14 Chọn máy cắt hợp bộ phụ tải địa phương 82

Bảng 5.15 Chọn chống sét van thanh góp 220kV và 110kV 83

Bảng 5.16 Chọn chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu 83

Bảng 5.17 Chọn chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu 84

Bảng 6.1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 1 86

Bảng 6.2 Chọn máy biến áp dự trữ tự dùng cấp 1 86

Bảng 6.3 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 2 86

Bảng 6.4 Chọn máy cắt phía cao của máy biến áp tự dùng cấp 1 87

Bảng 6.5 Chọn máy cắt phía hạ áp máy biến áp tự dung cấp 1 88

Bảng 6.6 Chọn Aptomat 88

Hình 1.1 Đồ thị phụ tải nhà máy 11

Hình 1.2 Đồ thị phụ tải tự dùng 12

Hình 1.3 Đồ thị phụ tải địa phương 13

Hình 1.4 Đồ thị phụ tải trung áp 13

Hình 1.5 Đồ thị phụ tải tổng hợp 14

Hình 2.1 Sơ đồ nối điện phương án 1 17

Hình 3.1 Sơ đồ một sợi và các vị trí ngắn mạch phương án 1 36

Hình 3.2 Sơ đồ thay thế phương án 1 37

Hình 3.3 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N1 phương án 1 38

Hình 3.4 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N2 phương án 1 (1) 39

Hình 3.9 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N4 phương án 1 44

Hình 3.10 Sơ đồ một sợi và các vị trí ngắn mạch phương án 2 46

Trang 9

Hình 3.11 Sơ đồ thay thế phương án 2 46

Hình 3.12 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N1 phương án 2 47

Hình 3.9 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N4 phương án 2 53

Hình 5.1 Mặt cắt của thanh dẫn 64

Hình 5.2 Mô tả sứ đỡ 67

Hình 5.3 Sơ đồ nối các dụng cụ đo 73

Hình 5.4 Sơ đồ chọn kháng điện 79

Hình 5.5 Sơ đồ thay thế để chọn XK% 80

Hình 6.1 Sơ đồ nối điện tự dùng 85

Hình 6.2 Sơ đồ thay thế tính chọn máy cắt 6,3 kV 87

Hình 6.3 Sơ đồ thay thế tính chọn Aptomat 88

Trang 10

CHƯƠNG 1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN

BẰNG CÔNG SUẤT

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là một phần rất quan trọng trong nhiệm

vụ thiết kế đồ án nhà máy điện Nó quyết định tính đúng, sai của toàn bộ quá trình tính toán Ta sẽ tiến hành tính toán cân bằng công suất theo công suất biểu kiến S và dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp hàng ngày vì hệ số công suất các cấp gần giống nhau

và do tính toán cân bằng theo công suất biểu kiến S với sai số cho phép trong khi thiết

kế

1.1 Chọn máy phát điện

Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy điện bao gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất là

60 MW, tra bảng ở Phụ Lục 1, trang 113 giáo trình thiết kế nhà máy điện và trạm biến

áp – PGS Phạm Văn Hòa ta chọn được máy phát loại TBΦ-60-2 có thông số được cho trong bảng sau :

S đm (MVA)

P đm (MW)

U đm (V)

cosα đm I đm

kA

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

1.2.1 Công suất phát của nhà máy

Công suất định mức của nhà máy:

𝑃dmF là công suất định mức của 1 tổ máy

Công suất phát của nhà máy tại thời điểm t được tính như sau:

Trang 11

Bảng 1.2 Biến thiên công suất hàng ngày của nhà máy

1.2.2 Công suất tự dùng của nhà máy

Công suất tự dùng của toàn nhà máy tại mỗi thời điểm trong ngày được tính theo công thức:

- STD(t) là công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA)

- PNM là công suất tác dụng định mức của nhà máy, PNM = 300 MW

- SNM là công suất biển kiển định mức của nhà máy, SNM = 375 MVA

- α% là số phần trăm lượng điện tự dùng, α% = 6,2%

- cosφTD là hệ số công suất phụ tải tự dùng, cosφTD = 0,85

- SNM(t) là công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t (MVA)

Từ đồ thị phụ tải nhà máy và dựa vào công thức tính phụ tải tự dùng trên, ta tính đuợc công suất tự dùng của nhà máy điện tại các thời điểm Ta thu được số liệu tính toán trong bảng dưới đây:

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Trang 12

Bảng 1.3 Biến thiên công suất tự dùng hàng ngày của nhà máy

1.2.3 Công suất phụ tải điện áp máy phát (phụ tải địa phương)

Phụ tải địa phương có: UDPđm = 10,5 kV; PDPmax = 15 MW; cosDP = 0,85

Ta thu được số liệu tính toán trong bảng dưới đây:

Bảng 1.4 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải địa phương

Trang 13

Hình 1.3 Đồ thị phụ tải địa phương

1.2.4 Công suất phụ tải trung áp

Phụ tải trung áp có: UUTđm = 110 kV; PUTmax = 120 MW; cosUT = 0,85

Gồm: 2 đường cáp kép x 35MW, 2 đường dây đơn x 25MW

Công suất phụ tải trung áp tính theo các công thức:

Ta thu được số liệu tính toán trong bảng dưới đây:

Bảng 1.5 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải trung áp

Trang 14

1.2.5 Công suất trao đổi về hệ thống

Công suất phát về hệ thống tại mỗi thời điểm được xác định theo công thức sau:

Nhìn vào đồ thị phụ tải tổng hợp, nhận thấy trong chế độ làm việc bình thường,

Trang 15

nhá máy đủ cung cấp điện năng cho các phụ tải của nó và phần còn lại được cấp cho hệ thống điện

Hệ thống điện công suất có công suất dự trữ quay là 10%.3500 = 350 MVA Công suất biểu kiến một tổ máy:

6075cos 0,8

Fdm Fdm

hệ thống có thể huy động được đủ công suất để bù đắp lại lượng công suất thiếu hụt

• Phụ tải nhà máy biến bố không đều trên cả ba cấp điện áp, giá trị công suất lớn nhất và nhỏ nhất của chúng là:

• Phụ tải tự dùng : STDmax = 21,882 MVA; STDmin =17,944 MVA

• Phụ tải địa phương : SDPmax = 17,647 MVA; SDPmin = 11,471 MVA

• Phụ tải trung áp : SUTmax = 127,059 MVA; SUTmin = 98,824 MVA

• Phụ tải phát về hệ thống : SVHTmax = 234,882 MVA; SVHTmin = 116,615 MVA

• Vai trò của nhà máy điện thiết kế đối với hệ thống:

Nhà máy điện thiết kế ngoài việc cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp và tự dùng còn phát về hệ thống một lượng công suất đáng kể ( lớn hơn lượng dự trữ công suất quay của hệ thống) nên có ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định động của hệ thống

Trang 16

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Lựa chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những khâu quan trọng nhất trong việc tính toán thiết kế nhà máy điện Các phương án đề xuất phải đảm bảo cung cấp điện liên tục, tin cậy cho các phụ tải, thể hiện được tính khả thi và tính kinh tế

2.1 Đề xuất các phương án

Dựa vào kết quả tính toán ở Chương 1 ta có một số nhận xét sau:

• Khi phụ tải địa phương có công suấy nhỏ có thể được cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát mà không cần thanh góp điện áp máy phát Thấy rằng:

• Do các cấp điện áp 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp, mặt khác

hệ số có lợi α ≤ 0,5 nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống

• Do công suất phát về hệ thống lớn hơn dự trữ quay của hệ thống nên ta phải đặt

ít nhất hai máy biến áp nối với thanh điện áp 220kV

• Công suất một bộ máy phát điện – máy biến áp không lớn hơn dữ trữ quay của

hệ thống nên ta có thể dùng sơ đồ bộ máy phát điện – máy biến áp

S

phát điện – máy biến áp ba pha hai cuộn dây bên trung áp

• Do tầm quan trọng của nhà máy đối với hệ thống nên các sơ đồ nối điện ngoài việc đảm bảo cung cấp điện cho các phu tải còn phải là các sơ đồ đơn giản, an toàn và linh hoạt trong quá trình vận hành sau này

• Sơ đồ nối điện cần phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cung cấp điện an toàn, liên tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp khác nhau, đồng thời bị sự cố không bị tách rời các phần có điện áp khác nhau

Với các nhận xét trên ta có các phương nối điện cho nhà máy như sau:

Trang 17

và truyền tải công suất giữa các phía của cấp điện áp

+ Ưu điểm:

• Sơ đồ nối điện đơn giản, vận hành linh hoạt, cung cấp đủ công suất cho phụ

tải các cấp điện áp

• Số lượng và chủng loại máy biến áp ít nên dễ lựa chọn thiết bị và vận hành

đơn giản, giá thành rẻ thoả mãn điều kiện kinh tế

+ Nhược điểm:

• Có tổn thất công suất qua hai lần máy biến áp (lớn nhất khi SUTmin)

Trang 18

STDF1

và truyền tải công suất giữa các phía của cấp điện áp

+ Ưu điểm:

• Sơ đồ nối điện đơn giản, vận hành linh hoạt, cung cấp đủ công suất cho phụ

tải các cấp điện áp

• Số lượng và chủng loại máy biến áp ít nên dễ lựa chọn thiết bị và vận hành

đơn giản, giá thành rẻ thoả mãn điều kiện kinh tế

• Không có tổn thất qua 2 lần máy biến áp do SUTmin là 98,824 MVA và SFđm chỉ là 75 MVA

+ Nhược điểm:

• Do số bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây nối bên cao áp nhiều hơn

so với phương án 1 nên giá thành cao hơn

Trang 19

Phương án 3 có 5 bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây, trong đó 2 bộ

nối lên thanh góp 110kV và 3 bộ nối lên thanh góp 220kV Có 2 máy biến áp tự ngẫu

liên lạc giữa các cấp điện áp và truyền tải công suất giữa các phía của cấp điện áp

• Có tổn thất công suất qua hai lần máy biến áp (lớn nhất khi SUTmin)

• Số lượng máy biến áp nhiều hơn 2 phương án trước, số lượng máy biến áp 2

cuộn dây bên cao áp nhiều nên giá thành đắt

2.1.4 Kết luận

Qua 3 phương án ta có nhận xét rằng hai phương án 1 và 2 đơn giản và kinh tế

hơn so với phương án còn lại Hơn nữa, nó vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục, an toàn

cho các phụ tải và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và

phương án 2 làm các phương án chọn để tính toán kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn ra

được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện

Trang 20

2.2 Tính toán chọn máy biến áp cho các phương án

Điện áp, kV Tổn thất, kW UN% I0%

b) Chọn máy biến áp tự ngẫu: Các máy biến áp B2, B3

Do tính chất phụ tải không bằng phẳng nên có nhu cầu điều chỉnh điện áp ở tất

cả các phía nên sử dụng MBA có điều áp dưới tải Nếu dùng TĐK chỉ điều chỉnh được phía hạ, nên cần có kết hợp điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc thì mới điều chỉnh được điện các tất cả các phía

Điều kiện chọn máy biến áp tự ngẫu trường hợp không có thanh góp điện áp máy phát:

C T C

Điện áp cuộn dây, kV

I0%

C-T C-H T-H ATДцTH 160 230 121 11 85 380 190 190 11 32 20 0,5

Trang 21

2.2.1.2 Tính toán phân bố công suất các máy biến áp

a) Máy biến áp 2 cuộn dây B1, B4, B5:

Để vận hành kinh tế và thuận tiện, đối với bộ máy phát điện – máy biến áp 2 cuộn dây ta cho phát hết công suất từ 0 - 24 giờ lên thanh góp, tức là làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng:

b) Máy biến áp tự ngẫu B2, B3:

Chọn chiều dương công suất máy biến áp tự ngẫu từ hạ áp sang trung áp và cao

+ Công suất phía hạ áp của một MBATN: S H( )t =S t C( )+S t T( )

+ Công suất cuộn nối tiếp: S nt =S C

+ Công suất cuộn chung: S ch = −(1 )SC+S T

Với các số liệu SVHT, SUT tại các thời điểm đã tính ở Bảng 1.6, dễ dàng tính được công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu tại các thời điểm Kết quả tính toán phân

bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 được cho trong bảng sau:

Bảng 2.3 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu của phương án 1

2.2.1.3 Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp

Vì công suất của máy biến áp B1, B4 và B5 đã được chọn lớn hơn công suất định mức của máy phát điện, Đồng thời từ 0 – 24 giờ luôn cho các bộ máy phát điện - máy biến áp này làm việc với phụ tải bằng phẳng nên đối với các máy biến áp này ta không cần phải kiểm tra khả năng quá tải

Trang 22

• Quá tải bình thường

Từ bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu ta thấy công suất qua các cuộn nối tiếp, cuộn chung, cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu đều nhỏ hơn công suất tính toán:

Sự cố cắt một máy biến áp 2 cuộn dây bên trung áp: Giả sử cắt máy B5

Lúc này, các máy phát yêu cầu hoạt động định mức Với chiều dương công suất máy biến áp tự ngẫu chọn từ hạ áp sang trung áp và cao áp Ta có:

+ Phía trung áp một máy biến áp tự ngẫu: sc  4

+ Phía cao áp một máy biến áp tự ngẫu: SCsc( )t =S Hsc( )t −S Tsc( )t

+ Công suất thiếu: S thieu( )t =S VHT( ) 2t − SCsc( )t −S B1

+ Công suất cuộn nối tiếp: S nt =SCsc

+ Công suất cuộn chung: S ch = −(1 )SCsc+S Tsc

Từ đây ta tính được phân bố công suất của từng máy biến áp tự ngẫu qua bảng sau:

Bảng 2.4 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy biến áp 2

cuộn dây – máy phát bên trung áp phương án 1

Công suất thiết kế của các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu:

0,5.160 80

Trang 23

Thấy rằng trường hợp này máy biến áp tự ngẫu truyền từ hạ áp lên trung áp và cao áp Các cuộn hạ, cuộn nối tiếp, cuộn chung mang tải lớn nhất lần lượt là 64,888 MVA; 25,394 MVA; 45,009 MVA đều nhỏ hơn công suất thiết kế là 80 MVA

Vậy máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải trong chế độ sự cố 1 bộ máy phát – máy biến áp 2 cuộn dây phía trung áp

Sự cố cắt một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải trung áp cực đại: Giả sử cắt máy B2

+ Phía trung áp máy biến áp tự ngẫu: S Tsc( )t =S UT( )t −S B4−S B5

+ Phía hạ áp máy biến áp tự ngẫu: ( ) ( ) 1 max

5

S t =S −S t − S

+ Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu: S Csc( )t =S Hsc( )t −S Tsc( )t

+ Công suất thiếu: S thieu( )t =S VHT( )t −SCsc( )t −S B1

Từ đây ta tính được phân bố công suất của từng máy biến áp tự ngẫu qua bảng sau:

Bảng 2.5 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy biến áp tự

ngẫu – máy phát phương án 1

Thấy rằng trường hợp này máy biến áp tự ngẫu truyền từ hạ áp và trung áp lên cao áp Các cuộn hạ, cuộn nối tiếp, cuộn chung mang tải lớn nhất lần lượt là 59,513 MVA; 50,789 MVA; 19,394 MVA đều nhỏ hơn công suất thiết kế là 80 MVA

Vậy máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải trong chế độ sự cố 1 bộ máy biến áp

tự ngẫu – máy phát

Trang 24

Kết luận: Các máy biến áp đã chọn cho phương án 1 hoàn toàn đảm bảo điều

kiện quá tải bình thường và quá tải sự cố

2.2.1.4 Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp

a) Tổn thất điện năng trong máy biến áp 2 cuộn dây: B1, B4, B5

Do bộ máy biến áp - máy phát điện làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt

cả năm S B1=S B4 =S B5=70, 624MVA nên tổn thất điện năng của một máy biến áp hai cuộn dây phía trung áp và cao áp trong 1 năm là:

b) Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu: B2, B3

Trước hết ta tính tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây máy biến áp

tự ngẫu như sau:

Trang 25

2 24

Đối với mạch cao áp của máy biến áp tự ngẫu, trường hợp nặng nề nhất ứng với

sự cố cắt 1 bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu là SCmax = 101,577 MVA, suy ra dòng điện cưỡng bức trong mạch cao áp của máy biến áp tự ngẫu là:

max (2)

101,577

0, 267

C cb

Trang 26

Phụ tải trung áp gồm 2 đường dây kép x 35 MW, 2 đường dây đơn x 25 MW, hệ

max (6)

42, 424

0, 223

T cb

Bảng 2.6 Các dòng điện cưỡng bức phương án 1

Trang 27

Tra phụ lục 2– Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp – PGS.TS Phạm Văn Hòa, chọn được máy biến áp như sau:

Bảng 2.7 Thông số máy biến áp 2 cuộn dây 10,5/115kV và 10,5/242kV chọn cho phương án 2

Loại

MBA

SđmMVA

Điện áp, kV Tổn thất, kW UN% I0%

b) Chọn máy biến áp tự ngẫu: Các máy biến áp B3, B4

Do tính chất phụ tải không bằng phẳng nên có nhu cầu điều chỉnh điện áp ở tất

cả các phía nên sử dụng MBA có điều áp dưới tải Nếu dùng TĐK chỉ điều chỉnh được phía hạ, nên cần có kết hợp điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc thì mới điều chỉnh được điện các tất cả các phía

Điều kiện chọn máy biến áp tự ngẫu trường hợp không có thanh góp điện áp máy phát:

C T C

Điện áp cuộn dây, kV

I0%

C-T C-H T-H ATДцTH 160 230 121 11 85 380 190 190 11 32 20 0,5

2.2.2.2 Tính toán phân bố công suất các máy biến áp

Để vận hành kinh tế và thuận tiện, đối với bộ máy phát điện – máy biến áp 2 cuộn dây ta cho phát hết công suất từ 0 - 24 giờ lên thanh góp, tức là làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng:

Trang 28

Chọn chiều dương công suất máy biến áp tự ngẫu từ hạ áp sang trung áp và cao

+ Công suất phía hạ áp của một MBATN: S H( )t =S t C( )+S t T( )

+ Công suất cuộn nối tiếp: S nt =S C

+ Công suất cuộn chung: S ch = −(1 )SC+S T

Với các số liệu SVHT, SUT tại các thời điểm đã tính ở Bảng 1.6, dễ dàng tính được công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu tại các thời điểm Kết quả tính toán phân

bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 được cho trong bảng sau:

Bảng 2.9 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu của phương án 2

2.2.2.3 Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp

Vì công suất của máy biến áp B1, B2 và B5 đã được chọn lớn hơn công suất định mức của máy phát điện, Đồng thời từ 0 – 24 giờ luôn cho các bộ máy phát điện - máy biến áp này làm việc với phụ tải bằng phẳng nên đối với các máy biến áp này ta không cần phải kiểm tra khả năng quá tải

• Quá tải bình thường

Từ bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu ta thấy công suất qua các cuộn nối tiếp, cuộn chung, cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu đều nhỏ hơn công suất tính toán:

Trang 29

• Quá tải sự cố

Sự cố cắt một máy biến áp 2 cuộn dây bên trung áp: Giả sử cắt máy B5

+ Phía trung áp một máy biến áp tự ngẫu: sc( ) 1 ( )

+ Phía cao áp một máy biến áp tự ngẫu: SCsc( )t =S Hsc( )t −S Tsc( )t

+ Công suất thiếu: S thieu( )t =S VHT( ) 2t − SCsc( )t −S B1−S B2

Từ đây ta tính được phân bố công suất của từng máy biến áp tự ngẫu qua Bảng 2.10

Bảng 2.10 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy biến áp 2

cuộn dây – máy phát bên trung áp phương án 2

Công suất thiết kế của các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu:

Sự cố cắt một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải trung áp cực đại: Giả sử cắt máy B4

Trang 30

+ Phía trung áp máy biến áp tự ngẫu: S Tsc( )t =S UT( )t −S B5

+ Phía hạ áp máy biến áp tự ngẫu: ( ) ( ) 1 max

5

S t =S −S t − S

+ Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu: S Csc( )t =S Hsc( )t −S Tsc( )t

+ Công suất thiếu: S thieu( )t =S VHT( )t −SCsc( )t −S B1−S B2

Từ đây ta tính được phân bố công suất của từng máy biến áp tự ngẫu qua Bảng 2.11

Bảng 2.11 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy biến áp tự

ngẫu – máy phát phương án 2

Thấy rằng các cuộn hạ, cuộn nối tiếp, cuộn chung mang tải lớn nhất lần lượt là 59,153 MVA; 15,477 MVA; 54,706 MVA đều nhỏ hơn công suất thiết kế là 80 MVA

Vậy máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải trong chế độ sự cố 1 bộ máy biến áp

tự ngẫu – máy phát

Kết luận: Các máy biến áp đã chọn cho phương án 2 hoàn toàn đảm bảo điều

kiện quá tải bình thường và quá tải sự cố

2.2.2.4 Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp

a) Tổn thất điện năng trong máy biến áp 2 cuộn dây: B1, B2, B5

Do bộ máy biến áp - máy phát điện làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt

cả năm S B1=S B2 =S B5=70, 624MVA nên tổn thất điện năng của một máy biến áp hai cuộn dây phía trung áp và cao áp trong 1 năm là:

Trang 31

2 21

b) Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu: B3, B4

Trước hết ta tính tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây máy biến áp

tự ngẫu như sau:

Trang 32

( )

24 0

max (2)

46,817

0,123

C cb

Trang 33

Đối với mạch trung áp của máy biến áp tự ngẫu, trường hợp nặng nề nhất ứng với sự cố cắt 1 bộ máy phát – máy biến áp 2 cuộn dây trung áp là STmax = 63,529 MVA, suy ra dòng điện cưỡng bức trong mạch trung áp của máy biến áp tự ngẫu là:

max (6)

63,529

0,333

T cb

Bảng 2.12 Các dòng điện cưỡng bức phương án 2

Trang 34

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Trong hệ thống điện nói chung và các nhà máy điện nói riêng, các khí cụ điện và dây dẫn cần làm việc đảm bảo an toàn kinh tế ở chế độ bình thường, đồng thời chịu được những tác động cơ, nhiệt lớn khi có sự cố, đặc biệt trong sự cố ngắn mạch Việc tính toán dòng điện ngắn mạch nhằm giúp cho việc chọn đúng các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch xảy ra

Trong chương này ta tính toán ngắn mạch cho từng phương án với dạng ngắn mạch để chọn khí cụ điện là ngắn mạch ba pha phương pháp đường cong tính toán được sử dụng để tính dòng ngắn mạch

3.1 Tính điện kháng các phần tử trong sơ đồ thay thế

a) Chọn các đại lượng cơ bản

Scb = 100 MVA; Ucb = Utbđm

• Dòng cơ bản ở cấp điện áp máy phát: Ucb1 = 10,5 kV

• Dòng cơ bản ở cấp điện áp trung: Ucb2 = 115 kV

• Dòng cơ bản ở cấp điện áp cao: Ucb3 = 230 kV

Nhà máy thiết kế được nối tới hệ thống bằng đường dây kép dài 101 km, SVHTmax

= 234,882 MVA Ta cần tính toán chọn dây dẫn này

+ Dòng điện làm việc bình thường:

max 234,882

0,308

2 3 2 3.220

VHT lvbt

0 max

365

.(134, 262.7 116, 615.1 170.896.5 154,131.1 208, 412.4 234,882.2 162,508.4)234,882

6244, 637

VHTi i i

Tra Bảng 6.3 – Sách giáo trình Lưới điện – Trần Bách, với dây nhôm lõi thép và

Tmax = 6244,637h ta được Jkt = 1A/mm2

+ Chọn tiết diện đường dây nối từ nhà máy tới hệ thống:

Trang 35

2

0,308.10

3081

lvbt kt kt

I

J

 Ta chọn dây AC – 400 có x0 = 0,424 và dòng điện cho phép Icp = 700A

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Dòng điện làm việc cưỡng bức:

cb

x l S X

Trang 36

e) Máy biến áp hai dây quấn

- Máy biến áp hai dây quấn trung áp:

• Để chọn khí cụ điện và dây dẫn các mạch cao áp 220 kV, chọn điểm ngắn

mạch N1 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch này là hệ thống và nhà máy

• Để chọn khí cụ điện và dây dẫn các mạch trung áp 110 kV, chọn điểm ngắn

mạch N2 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch này là hệ thống và nhà máy

• Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch máy phát điện, chọn hai

điểm ngắn mạch N3 hay N4 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 là máy phát F1 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 là hệ thống và nhà máy, trong đó máy phát F1 nghỉ Trong hai điểm ngắn mạch này, giá trị dòng ngắn mạch nào lớn sẽ được dùng để chọn khí cụ điện và dây dẫn

• Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng, phụ tải địa phương

chọn điểm ngắn mạch N5 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch này là hệ thống và các máy phát điện Ta có : IN5 = IN3 + IN4

3.3 Tính toán ngắn mạch cho phương án 1

Trang 37

X9 0,195

X3 0,072

X5 0,128

X7 0,131

X1 0,066

EHT

X4 0,072

X6 0,128

X8 0,131

X10 0,195

X11 0,195

X12 0,195

X13 0,195

Hình 3.2 Sơ đồ thay thế phương án 1

3.3.1 Tính dòng ngắn mạch tại N 1

a) Biến đổi sơ đồ thay thế

Trước tiên, tất cả các máy phát đều giống nhau, do đó ta có thể nhập các nhánh

có nguồn E đối với các máy phát lại thành một nhóm nguồn Biến đổi và rút gọn sơ đồ

Trang 38

14 18

0,333.0,117

0, 0870,333 0,117

X16 0,162

X17 0,163

X1 0,066

N1

EHT

E1 E8

X14 0,333

X1 0,066

N1

EHT

X18 0,117

N1

X1 0,066

X19 0,087

Hình 3.3 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N 1 phương án 1

b) Tính dòng ngắn mạch tại N 1 ở các thời điểm t = 0 và t = ∞

dmF tt

Trang 39

a) Biến đổi sơ đồ thay thế

Trước tiên, tất cả các máy phát đều giống nhau, do đó ta có thể nhập các nhánh

có nguồn E đối với các máy phát lại thành một nhóm nguồn Biến đổi và rút gọn sơ đồ

X16 0,162

X17 0,163

X1 0,066 N2

EHT

X14 0,333

X15 0,036

X18 0,081

X1 0,066

X19 0,109

N2

X18 0,081

EHT

Hình 3.4 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N 2 phương án 1 (1)

Nhập các nhánh có nguồn E2 và E3 được nguồn E6 và thông số điện kháng:

Trang 40

5 10 6 11 16

0,162.0,163

0, 0810,162 0,163

0,551.0, 081

0, 0710,551 0, 081

X19 0,109

N2

X18 0,081

EHT

N2

X19 0,109

X21 0,071

Hình 3.5 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N 2 phương án 1 (2)

b) Tính dòng ngắn mạch tại N 2 ở các thời điểm t = 0 và t = ∞

+ Phía nhánh hệ thống: 𝑆𝑑𝑚𝛴1 = SHT = 3200 MVA, ta có:

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	1,77 MB