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

Đồ án này có nhiệm vụ chính là thiết kếmột nhà máy nhiệt điện, gồm các nội dung: ● Chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất.. CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ

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

Sinh viên thực hiện: Trịnh Đức Minh Nghĩa

Hà Nội, năm 2022

Thiết kế, xây dựng và vận hành một nhà máy nhiệt điện có hiệu quả kinh tếcao, 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 kếmột 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 quátrình 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 viênTrịnh Đức Minh Nghĩa

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

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

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP16

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

5.3.1 Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 220kV 685.3.2 Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 110kV 71

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

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

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

Bảng 1.2 Biến thiên công suất hàng ngày của nhà máy 11Bảng 1.3 Biến thiên công suất tự dùng hàng ngày của nhà máy 12Bảng 1.4 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải địa phương 12Bảng 1.5 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải trung áp 13Bảng 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

Bảng 2.2 Thông số máy biến áp tự ngẫu chọn cho phương án 1 20Bảng 2.3 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu của phương án 1 21Bảng 2.4 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy biến

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

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

Bảng 2.8 Thông số máy biến áp tự ngẫu chọn cho phương án 2 27Bảng 2.9 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu của phương án 2 28Bảng 2.10 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máybiến áp 2 cuộn dây – máy phát bên trung áp phương án 2 29Bảng 2.11 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu khi sự cố cắt 1 bộ máy

Bảng 5.4 Chọn sứ đỡ 66

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

Hình 3.3 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N1phương án 1 38Hình 3.4 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N2phương án 1 (1) 39Hình 3.5 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N2phương án 1 (2) 40Hình 3.6 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N3phương án 1 (1) 42Hình 3.7 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N3phương án 1 (2) 43

Hình 3.8 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N phương án 1 (3) 43Hình 3.9 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N4phương án 1 44Hình 3.10 Sơ đồ một sợi và các vị trí ngắn mạch phương án 2 46

Hình 3.11 Sơ đồ thay thế phương án 2 46Hình 3.12 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N1phương án 2 47Hình 3.13 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N2phương án 2 (1) 49Hình 3.14 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N2phương án 2 (2) 49Hình 3.15 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N3phương án 2 (1) 51Hình 3.16 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N3phương án 2 (2) 52Hình 3.9 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N4phương án 2 53

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 tínhtoán Ta sẽ tiến hành tính toán cân bằng công suất theo công suất biểu kiến S và dựavào đồ thị phụ tải các cấp điện áp hàng ngày vì hệ số công suất các cấp gần giốngnhau và do tính toán cân bằng theo công suất biểu kiến S với sai số cho phép trong khithiết 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 chotrong bảng sau :

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:

P dmNM = n.P dmF = 5.60 = 300MW

Trong đó: 𝑃dmNMlà công suất định mức của nhà máy

𝑛 là số tổ máy

𝑃dmFlà công suất định mức của 1 tổ máy

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

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 tínhtheo công thức:

S (t) =

α

%

P NM

⎛

+ 0, 6.S NM (t) ⎞

Trong đó :

100 cosϕTD

.⎜ 0, 4

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

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

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

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

- cosφTDlà 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, tatính đuợc công suất tự dùng của nhà máy điện tại các thời điểm Ta thu được số liệutính toán trong bảng dưới đây:

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; cosϕDP= 0,85

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

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; cosϕUT= 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

Hình 1.4 Đồ thị phụ tải trung áp

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:

Với tổng công suất thiết kế là 300MW, nhà máy có nhiệm vụ cấp điện cho phụ tải địaphương (10,5kV), phụ tải trung áp (110kV) và phía hệ thống (220kV) Nhà máy đượcnối với hệ thống điện công suất 3200 MVA.

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

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

= 75MVA

Thấy rằng: 350 MVA > 75 MVA Như vậy phần dự trữ quay của hệ thống lớnhơn nhiều so với công suất một tổ máy, đảm bảo khi xảy ra sự cố ngừng một tổ máythì hệ thống có thể huy động được đủ công suất để bù đắp lại lượng công suất thiếuhụt

● Phụ tải nhà máy biến bố không đều trên cả ba cấp điện áp, giá trị công suất lớnnhất 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 cáccấp điện áp và tự dùng còn phát về hệ thống một lượng công suất đáng kể ( lớnhơn lượng dự trữ công suất quay của hệ thống) nên có ảnh hưởng rất lớn đến độ

ổn định động của hệ thống

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 trongviệc tính toán thiết kế nhà máy điện Các phương án đề xuất phải đảm bảo cung cấpđiện 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 đầucực máy phát mà không cần thanh góp điện áp máy phát Thấy rằng:

D P

%

=2

S

F d m

● 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

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 ngoàiviệc đảm bảo cung cấp điện cho các phu tải còn phải là các sơ đồ đơn giản, antoàn 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:

2.1.1 Phương án 1

HT

S UT

F1 F2

10,5kV

S TD

Hình 2.1 Sơ đồ nối điện phương án 1

+ Nhận xét:

Phương án 1 có 3 bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây, trong đó 2 bộnối lên thanh góp 110kV và 1 bộ nối lên thanh góp 220kV Có 2 bộ máy phát điện –máy biến áp tự ngẫu nối lên hệ thống 220kV có nhiệm vụ 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 S ).

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

● Do số bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây nối bên cao áp nhiềuhơn so với phương án 1 nên giá thành cao hơn.

F3 S

TD

S

DP ; S

TD

10,5kV

F4 S

TD

F 5 S

● 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 2cuộn 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 tếhơn so với phương án còn lại Hơn nữa, nó vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục, antoàn 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 rađược sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện

2.2 Tính toán chọn máy biến áp cho các phương án

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 đượcphía hạ, nên cần có kết hợp điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc thì mới điều chỉnhđược điện các tất cả các phía

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

Do đó: S B 2dm = S

B3dm

Điện áp cuộndây, kV

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 2cuộn dây ta cho phát hết công suất từ 0 - 24 giờ lên thanh góp, tức là làm việc liên tụcvới 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 C (t) + S T (t)

+ Công suất cuộn nối tiếp: S nt=αS C

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

Với các số liệu S , S tại các thời điểm đã tính ở Bảng 1.6, dễ dàng tínhđược công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu tại các thời điểm Kết quả tính toánphân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 được cho trongbảng 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

a) Máy biến áp 2 cuộn dây B1, B4, B5:

Vì công suất của máy biến áp B1, B4 và B5 đã được chọn lớn hơn công suấtđịnh 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 takhông cần phải kiểm tra khả năng quá tải

b) Máy biến áp tự ngẫu B2, B3:

● Quá tải bình thường

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

S tt=αS TNdm = 0,5.160 = 80MVA

Vậy trong điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp tự ngẫu B2, B3không bị quá tải

● Quá tải sự cố

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 suấtmáy 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:S

+ 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 (t) − 2SCsc(t) − S B1

nt = αS

Csc

+ Công suất cuộn chung: S ch= (1−α)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

350 MVA, vậy hệ thống bù đủ công suất thiếu hụt.

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

S tt=αS Fdm = 0,5.160 = 80MVA

Thấy rằng trường hợp này máy biến áp tự ngẫu truyền từ hạ áp lên trung áp vàcao áp Các cuộn hạ, cuộn nối tiếp, cuộn chung mang tải lớn nhất lần lượt là 64,888MVA; 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

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

+ 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:S (t) = S − S (t) −1S

5 TD max

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

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

nt = αS

Csc

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

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

Trong chế độ sự cố cắt 1 máy biến áp tự ngẫu, công suất thiếu lớn nhất là70,622 MVA xảy ra vào 14 – 20 giờ, nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống là 350 MVA,vậy hệ thống bù đủ công suất thiếu hụt.

Thấy rằng trường hợp này máy biến áp tự ngẫu truyền từ hạ áp và trung áp lêncao áp Các cuộn hạ, cuộn nối tiếp, cuộn chung mang tải lớn nhất lần lượt là 59,513MVA; 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

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

B1 = S B4 = S B5 = 70, 624MVA nên tổn thất điện năng của một

máy biến áp haicuộn dây phía trung áp và cao áp trong 1 năm là:

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

tự ngẫu như sau: