Đồ án thiết kế nhà máy điện

- Chọn máy biến áp và tính tổn thất công suất, điện năng các phương án.. Tuy nhiên, với thế mạnh nguồn nguyên liệu như ở nước ta, tính chất phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện… thì việc

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Chọn máy phát điện

Nhà máy điện gồm bốn máy phát, công suất mỗi máy là 60MW Ta sẽ chọn các máy phát cùng loại, điện áp định mức bằng 10,5 KV

Bảng tham số máy phát điện

Thông số định mức Điện kháng tương đối n v/ph

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

1.2.1 Cấp điện áp máy phát

Ta tính theo công thức

Pmax = 9 MW, cosϕ = 0,84, Uđm = 10,5 KV

Do đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải như sau:

SUF(MVA) 5,36 8,57 10,7 10,7 7,5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát

1.2.2 Cấp điện áp trung (110KV)

Phụ tải bên trung gồm 2 đường dây kép và 1 đường dây đơn

Pmax = 120 MW, cosϕ = 0,8 Công thức tính:

Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải

1.2.3 Phụ tải toàn nhà máy

Nhà máy gồm 4 máy phát có SđmF = 75MVA Do đó công suất đặt của nhà máy là:

Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải toàn nhà máy

1.2.4 Tự dùng của nhà máy điện

Trong đó α = 8% Từ đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị điện tự dùng như sau:

1.2.5 Cân bằng công suất toàn nhà máy, công suất phát về hệ thống

Bỏ qua tổn thất công suất, từ phương trình cân bằng công suất ta có công suất phát về hệ thống

SVHT(t) = Snm(t) - SUF(t)- ST(t) - Std(t)

Từ đó ta có bảng tính phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy:

SHT 79.96 64.96 61.75 147.43 115.3 115.3 101.74 134.94 106.38 Đồ thị công suất phát về hệ thống

21,12 Đồ thị phụ tải tổng hợp

Phụ tải điện áp trung nhỏ nhất đạt 105 MVA, lớn hơn công suất định mức của một máy phát (75 MVA) Do đó, ít nhất có thể ghép một máy phát vào phía thanh góp này và cho vận hành định mức liên tục.

- Phụ tải điện áp máy phát không lớn, mF ® max UF

Ở cấp điện áp trung cấp 220 kV và trung áp 110 kV, lưới có trung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp liên lạc — vốn là máy biến áp tự ngẫu — sẽ có lợi hơn, mang lại hiệu quả về chi phí, đồng bộ hóa và giảm tổn thất trong truyền tải.

Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm vị trí của nhà máy, địa bàn phụ tải và nguồn nhiên liệu Riêng phần điện, nhà máy hoàn toàn có khả năng phát triển thêm phụ tải ở các cấp điện áp sẵn có, tận dụng các cấp điện áp hiện có để tăng công suất và tối ưu hóa hiệu quả vận hành.

Chọn các phương án nối dây

Việc chọn sơ đồ nối điện chính cho nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế, quyết định đặc tính kinh tế và kỹ thuật của toàn hệ thống Các phương án thiết kế được hình thành dựa trên bảng phụ tải tổng hợp và tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật chung, nhằm tối ưu hóa hiệu suất, độ tin cậy và chi phí vận hành của nhà máy.

Với cấp điện áp trung thế 110 kV và công suất truyền tải lên hệ thống luôn lớn hơn dự trữ quay của hệ thống, ta dùng hai máy biến áp liên kết tự động Việc liên kết hai máy biến áp ở chế độ tự động giúp đảm bảo sự ổn định của mạng lưới điện và cung cấp nguồn điện liên tục khi có biến động phụ tải hoặc sự cố.

Đối với thanh góp 110 kV, có thể ghép bộ máy phát - máy biến áp vào hệ thống khi phụ tải cực tiểu cấp này lớn hơn công suất định mức của một máy phát.

- Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ với công suất không quá 15% công suất bộ

- Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống

Như vậy ta có thể đề xuất bốn phương án sau để lựa chọn:

Phương án này dành cho phía 220kV, ghép 1 bộ máy phát điện và máy biến áp để đảm nhận nhiệm vụ liên lạc giữa phía cao áp và trung áp; ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu nhằm kết nối hai cấp điện áp và đảm bảo sự truyền tải ổn định giữa các hệ thống truyền tải.

Phía 110KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp

Phương án này cho thấy hai tổ máy được nối vào thanh góp 220 kV qua máy biến áp liên lạc, bảo đảm truyền tải công suất giữa các mức điện áp Ở phía 110 kV, hệ thống được ghép hai bộ máy phát điện cùng với máy biến áp, giúp tối ưu hóa cấp nguồn và vận hành linh hoạt.

Hệ thống được ghép nối với hai nhánh 220 kV và 110 kV, mỗi nhánh có hai tổ máy phát điện và máy biến áp Để liên kết giữa cao áp và trung áp, ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu; phía hạ áp của các máy biến áp này cung cấp nguồn cho phụ tải địa phương.

Phương án này như phương án 1 nhưng chuyển bộ máy phát điện - máy biến áp sang phía 220KV

- Độ tin cậy cung cấp điện được đảm bảo

- Công suất từ bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây lên 220KV được truyền trực tiếp lên hệ thống, tổn thất không lớn

- Đầu tư cho bộ cấp điện áp cao hơn sẽ đắt tiền hơn

- Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm được vốn đầu tư do nỗi bộ ở cấp điện áp thấp hơn, thiết bị rẻ tiền hơn

Việc có nhiều máy biến áp đòi hỏi vốn đầu tư lớn và làm tăng độ phức tạp trong quá trình vận hành Xác suất sự cố máy biến áp cũng tăng lên khi số lượng máy biến áp nhiều, dẫn đến tổn thất công suất lớn cho hệ thống.

- Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó

- Liên lạc giữa phía cao áp và phía trung áp kém

- Các bộ máy phát điện - máy biến áp nối bên phía 220KV sẽ đắt tiền do tiền đầu tư cho thiết bị ở điện áp cao hơn đắt tiền hơn

- Sơ đồ thanh góp 220KV phức tạp do số đường dây vào ra tăng lên tuy bên 110 KV có đơn giản hơn

- Khi sự cố máy phát - máy biến áp liên lạc thì bộ còn lại chịu tải quá lớn do yêu cầu phụ tải bên trung lớn

Trên cơ sở các phân tích đã trình bày, chúng tôi chọn phương án 1 và phương án 2 để tiếp tục tính toán và phân tích kỹ thuật – kinh tế, nhằm xác định sơ đồ nối điện chính tối ưu cho nhà máy điện được thiết kế.

Tính toán chọn máy biến áp

Phương án I

• Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây

• Máy biến áp tự ngẫu

Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phương án 1 như sau:

Cấp điện áp khu vực

MVA Điện áp cuộn dây KV

2.2.a Phân bố tải cho các máy biến áp Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B1, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm

SB1 = SB4 = SđmF = 75MVA Đồ thị phụ tải các phía của MBA tự ngẫu B2, B3 theo thời gian t

Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t)

Ta có bảng phân bổ công suất:

2.3.a 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 nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thường

Sự cố nguy hiểm nhất là khi ST = ST max = 150MVA Khi đó ta có

Ta xét các sự cố sau:

• Khi sự cố máy biến áp B4 mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lượng công suất là:

Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là:

⇒ Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải

- Phân bố công suất khi sự cố B4

• Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải một lượng công suất là:

• Lượng công suất từ máy phát F 2 (F3) cấp lên phía hạ của B2 (B3):

• Lượng công suất phát lên phía cao của B2 (B3)

• Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là:

• Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là:

- Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 336 MVA

Ta thấy SdtHT > Sthiếu ⇒ thoả mãn điều kiện

• Điều kiện kiểm tra sự cố:

Khi sự cố máy biến áp B2 (hoặc B3) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lượng công suất là:

S =STmax - SB4 0 - 69 = 81 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là:

Do vậy nên máy biến áp bị quá tải với hệ số quá tải là:

K = 1,4 là hệ số quá tải sự cố cho phép

⇒ Vậy nên máy biến áp thoả mãn điều kiện kiểm tra

- Phân bố công suất khi sự cố B2:

• Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp một lượng công suất

- Lượng công suất từ máy phát F3 cấp lên phía hạ của B3

- Lượng công suất phát lên phía cao của B3:

- Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là:

- Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là:

Ta thấy SdtHT > Sthiếu ⇒ thoả mãn điều kiện

Các máy biến áp được lựa chọn cho phương án 1 hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo vận hành tin cậy và ổn định, đồng thời không xảy ra tình trạng quá tải máy biến áp.

2.4.a Tính toán tổn thất điện năng tỏng 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 thất 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 dây trong một năm: ΔA2cd = ΔP0.T + ΔPN

• Đối với máy biến áp tự ngẫu ΔAtn = ΔP0.T + 2

365 Σ(ΔPNC.S 2 Ci ti + ΔPnt.S 2 ti ti + ΔPntt.S 2 Hi ti)

SCi, Sti SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu trong tổng thời gian ti

Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti ΔPNC = 0,5 ⎟

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

• Máy biến áp ba pha hai cuộn dây Máy biến áp B1 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó: Sb = 69 MVA trong cả năm

Từ đó ta có: ΔA = ΔP0T + 2 ( NC 2 Ci NT 2 ti NH 2 Hi ) dm

= 1220,5.10 3 KWh ΔA Σ = ΔAB1 + ΔAB2 + ΔAB3 + ΔAB4

Phương án II

• Bộ máy phát - Máy biến áp 2 cuộn dây

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

Cấp điện áp khu vực

MVA Điện áp cuộn dây KV

2.2.b Phân bố tải cho các máy biến áp Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B3, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm

1.24 = 69 MVA Đồ thị phụ tải các phía của MBA tự ngẫu B1, B2 theo thời gian t

Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t)

Ta có bảng phân bố công suất

2.3.b 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 nên không cần kiểm tra điều kiện qúa tải bình thường

Sự cố nguy hiểm nhất là khi ST = STmax = 150MVA Khi đó ta có: SHT = 115,3 MVA

Ta xét các sự cố sau:

- Điều kiện kiểm tra sự cố:

Khi sự cố máy biến áp B3 (hoặc B4) mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lượng công suất là:

- Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là:

- Phân bố công suất khi sự cố B3:

Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp 1 lượng công suất:

• Lượng công suất từ máy phát F1 (F2) cấp bên phía hạ của B1 (B2):

• Lượng công suất phát lên phía cao của MBA B1 (B2)

• Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao cấp còn thiếu so với lúc bình thường là:

Ta thấy: SdtHT > Sthiếu ⇒ thoả mãn điều kiện

- Điều kiện kiểm tra sự cố Khi có sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải 1 lượng công suất là:

S = Stmax - SB3 - SB4 = 150 - 69 - 69 = 12 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được 1 lượng công suất là:

Ta thấy: SđmB1(B2) = 80 > 12 KVA Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần phải tải khi sự cố:

- Phân bố công suất khi sự cố MBA B4:

• Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp 1 lượng công suất:

• Lượng công suất từ máy phát F3 cấp lên phía hạ của B3

• Lượng công suất phát lên phía cao của B3

• Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là:

Ta thấy: SdtHT > Sthiếu ⇒ thoả mãn điều kiện

- Phân bố công suất khi sự cố MBA B1:

• Công suất trên cuộn trung của B1 (B2) là:

• Lượng công suất từ máy phát F2 cấp lên phía hạ của B2 là:

• Lượng công suất phát lên phía cao của MBA B2

SdtHT > Sthiếu ⇒ thoả mãn điều kiện

Các máy biến áp được chọn cho phương án 2 hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo vận hành tin cậy, không có tình trạng quá tải Nhờ vậy, hệ thống hoạt động ổn định và an toàn, đồng thời tối ưu hiệu suất làm việc của toàn bộ lưới.

2.4.b Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp

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 thất không tải không 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 dây trong một năm: ΔA 2cd = ΔP 0 t + ΔP N

⎛ t Đối với máy biến áp tự ngẫu: ΔATN = ΔP0.t + ( P S P S P S ti)

SCi, Sti’ SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của mỗi máy biến áp tự ngẫu trong khoảng thời gian ti

Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti ΔPNC = 0,5 ⎟

Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất 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 = 69 MVA trong cả năm Do đó ΔAB3 = ΔAB4 = 8760 (70 + 310 2

• Máy biến áp tự ngẫu:

Từ đó ta có: ΔA = ΔP0.T + ( P S ti P S ti P S ti )

= 1330,395.10 3 KWh Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là: ΔA Σ = ΔAB1 + ΔAB2 + ΔAB3 + ΔAB4

Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phương án

Tính toán ngắn mạch

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để hỗ trợ việc chọn thiết bị điện và dây dẫn cho nhà máy, nhằm đảm bảo các chỉ tiêu ổn định động và ổn định nhiệt khi xảy ra ngắn mạch Việc tính toán này giúp đánh giá khả năng chịu quá tải, xác định dòng ngắn mạch và cách phối hợp các thiết bị điện để duy trì an toàn và liên tục cho hệ thống điện công nghiệp Nhờ đó, hệ thống điện được thiết kế tối ưu, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu suất vận hành trong điều kiện ngắn mạch.

Để tính toán dòng điện ngắn mạch cho từng khí cụ điện, cần xác định một chế độ làm việc nặng nhất nhưng vẫn phù hợp với điều kiện vận hành thực tế Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha, nhằm đảm bảo an toàn, tin cậy và hiệu suất cho hệ thống điện.

Chọn các đại lượng cơ bản

Chọn điểm ngắn mạch N1: Để chọn khí cụ điện phía 220KV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống

Chọn điểm ngắn mạch N2: để chọn khí cụ điện cho mạch 110KV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống

Chọn điểm ngắn mạch N3 là bước xác định khí cụ điện cho mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc, coi như F2 nghỉ Khi F2 nghỉ, nguồn cấp cho hệ thống được cung cấp từ các máy phát điện khác và từ hệ thống.

Để xác định điểm ngắn mạch N3, ta chỉ tính toán thành phần dòng điện do nguồn F2 cung cấp Điểm ngắn mạch N4 được dùng để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng; thực tế có thể lấy IN4 = IN3 + IN3’.

3.1.2 Tính đ i ệ n kháng các ph ầ n t ử Điện kháng của hệ thống

100 = 0,195 Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây

B = = = 0,138 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B2, B3

Do UN% ≥ 25% nên ta phải bỏ qua hệ số α

+ Điện kháng cuộn trung áp

+ Điện kháng cuộn hạ áp:

1 (UNC-H + UNT-H - UNC-T). dmB cn

Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch

3.1.3 Tính toán ng ắ n m ạ ch theo đ i ể m a Tính dòng ngắn mạch tại N1:

Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có:

- Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

Tra đường cong tính toán ta có:

I * (∞) = 0,67 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

- Điện kháng tính toán phía nhà máy:

I * (∞) = 2,2 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

* Dòng ngắn mạch tổng tại N1:

I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4,22 + 2,56 = 6.78 KA I” N1(∞) = I” HT(∞) + I” NM(∞) = 4,71 + 1,66 = 6,37 KA + Dòng điện xung kích ixkN1 = 2.kxk.I”N1(0) = 2.1,8.6,78 = 17,26 KA b 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:

Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5,06 + 6,33 = 11,39 KA I” N2(∞) = I” HT(∞) + I” NM(∞) = 5,34 + 3,61 = 8,95 KA + Dòng điện xung kích ixkN2 = 2.kxk.I”N2 = 2.1,8.11,39 = 28,99 KA c Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3

Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

2800 = 9,296 > 3 nên + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 16,56 + 12,99 = 29,55 KA I”N3(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 16,56 + 14,85 = 31,41 KA + Dòng điện xung kích ixkN3 = 2.kxk.I”N3 = 2.1,8.29,55 = 75,22 KA d Tính dòng ngắn mạch tại điểm N’3

Sơ đồ thay thế Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

+ Dòng điện xung kích ixkN’3 = 2.kxk.I”N3 = 2.1,8.9,07 = 23,1 KA e Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4

+ Dòng điện xung kích ixkN4 = 2.kxk.I”N4 = 2.1,8.38,62 = 98,31 KA Vậy bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 1

Dòng điện Điểm ngắn mạch

Chọn điểm ngắn mạch tính toán sao cho dòng ngắn mạch lớn nhất có thể có, tất cả các nguồn phát cùng làm việc tương tự như phương án 1

Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán

Lập sơ đồ thay thế

Chọn các đại lượng cơ bản Scb = 100MVA

• Điện kháng của hệ thống

• Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây

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

Do UN *% ≥ 25% nên ta bỏ qua hệ số α

+ Điện kháng cuộn cao áp:

+ Điện kháng cuộn trung áp

+ Điện kháng cuộn hạ áp

3.2.3 Tính toán ng ắ n m ạ ch theo đ i ể m a Tính dòng ngắn mạch tại N1

Nguồn cung cấp gồm hê thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế

Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có:

Ghép các nguồn E12 và E34 ta có:

I * (∞) = 0,67 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp

I_N1(0) = I_HT(0) + I_NM(0) = 4,22 + 2,11 = 6,32 KA I_N1(∞) = I_HT(∞) + I_NM(∞) = 4,71 + 1,62 = 6,33 KA Dòng điện xung kích ixkN1 được tính bằng ixkN1 = 2 × kxk × I_N1(0), cho kết quả xấp xỉ 16,09 KA b Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Ở cấp điện áp 110 kV, quá trình tính tương tự như cấp điện áp 220 kV, nguồn cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống.

Ngắm mạch tại điểm N2 có tính chất đối xứng, các điện kháng được tính toán như khi ngắn mạch tại điểm N1

Ghép các nguồn E12 và E34 ta có:

Sơ đồ rút gọn: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5,34 + 6,02 = 11,36 KA I”N2(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 5,62 + 3,61 = 9,23 KA + Dòng điện xung kích ixkN2 = 2.kxk.I”N2 = 2.1,8.11,36 = 28,92 KA c Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3

Tính ngắn mạch tại điểm N3 nhằm chọn chí cụ điện mạch máy phát

Nguồn cugn cấp gồm hệ thống và các máy phát của nhà máy thiết kế trừ máy phát F1

Các điện kháng được tính toán như sau:

Ta có: X6 = X1 + X2 = 0,059 + 0,036 = 0,095 Ghép E2 với E34 ta có:

Biến đổi Y(X3, X6, X7) → Δ(X8, X9) bỏ nhánh cân bằng

Sơ đồ đơn giản Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

2800 = 6,608 > 3 nên + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 23,3 + 17,32 = 40,62 KA I” N3(∞) = I” HT(∞) + I” NM(∞) = 23,3 + 17,94 = 41,24 KA + Dòng điện xung kích ixkN3 = 2.kxk.I”N3 = 2.1,8.40,62 = 103,4 KA d Tính dòng ngắn mạch tại điểm N’3

Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F1

+ Dòng điện xung kích ixkN’3 = 2.kxk.I”N3 = 2.1,8.9,07 = 23,1 KA e Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4

Để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát, cần phân tích nguồn cung cấp gồm toàn bộ hệ thống và tất cả các máy phát được thiết kế cho nhà máy điện; do đó ta xác định được các đặc tính điện áp, dòng tải và các yêu cầu về bảo vệ, từ đó lựa chọn khí cụ điện phù hợp và lên kế hoạch phân bổ mạch sao cho đảm bảo vận hành an toàn, ổn định và tối ưu hiệu suất cho hệ thống cung cấp điện của nhà máy.

I”N4(0) = I”N3’ + I”N3’ = 40,62 + 9,07 = 49,69 KA I” N4(∞) = I”N3 + I”N3’ = 41,24 + 7,84 = 49,08 KA + Dòng điện xung kích ixkN4 = 2.kxk.I”N4 = 2.1,8.49,69 = 126,49 KA Vậy ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 2

Dòng điện Điểm ngắn mạch

Lựa chọn các thiết bị của sơ đồ nối điện chính

Chọn máy cắt cho mạch điện dựa trên kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức ở các phần trước Từ các giá trị này, ta xác định các tham số bảo vệ cần thiết để đảm bảo an toàn và sự tin cậy của hệ thống: máy cắt phải có điện định mức phù hợp với tải, công suất cắt (Ics) phải bằng hoặc lớn hơn dòng ngắn mạch dự báo tại điểm lắp đặt, và khả năng ngắt của máy (Icu hoặc Icn) phải vượt quá dòng điện cưỡng bức khi sự cố xảy ra Lựa chọn loại máy cắt phù hợp với đặc tính tải và mức độ xung kích của sự cố, ví dụ phân loại bảo vệ theo loại B, C hoặc D, đồng thời cân nhắc chi phí, độ tin cậy và bảo trì để tối ưu an toàn và vận hành mạch điện.

- Loại máy cắt khí SF6 hoặc máy cắt không khí

- Điều kiện ổn định động : ilđđ/ixk

- Điều kiện ổn định nhiệt : I 2 nhdm tnhđm/BN

2.a Tính toán dòng cưỡng bức

- Đường dây kép nối với hệ thống + Dòng cưỡng bức được xét khi phụ tải hệ thống cực đại

+ Bộ máy phát điện - máy biến áp B1

+ MBA tự ngẫu Khi bình thường SCmax = 39,2 MVA Khi sự cố B4: S C = -11,35 MVA Khi sự cố B2: SC = -22,7 MVA

Vậy dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 220 KV là: 0,387 KA

• Các mạch phía 110KV -Mạch đường dây kép

Bộ máy phát điện - máy biến áp B4

Trung áp máy biến áp liên lạc B2 (B3) Khi bình thường: STmnax = 40,5 MVA Khi sự cố B4: ST = 75MVA

Khi sự cố B2: ST = 81 MVA

81 = 0,425 KA Vậy dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 110KV là: 0,425 KA

Vậy dòng cưỡng bức của phương án I là:

Bảng thông số máy cắt cho phương án 1: Điểm ngắn mạch

Thông số tính toán Loại máy cắt

KA N1 Cao 220 0,387 6,78 17,26 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0,425 11,39 28,99 3AQ1 123 4 40 100 N3 Hạ 10,5 4,33 38,62 98,31 8FG10 12 12,5 80 225

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

2.b Tính toán dòng cưỡng bức

• Các mạch phía 220KV -Đường dây kép nối với hệ thống +Dòng cưỡng bức được xét khi phụ tải hệ thống cực đại

+Bộ máy phát điện - máy biến áp B1:

Khi bình thường: SCmax = 73,72 MVA Khi sự cố B3: SC = 23,15 MVA Khi sự cố B2: SC = 46,3 MVA

Vậy dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 220 KA là: 0,387 KA

• Các mạch phía 110 KV Mạch đường dây kép:

+Bộ máy phát điện - máy biến áp B3:

Trung áp máy biến áp B1 (B2) Khi bình thường: STmax = 6 MVA Khi sự cố B3: ST = 40,5 MVA Khi sự cố B1: ST = 12 MVA

Vậy dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 110 KV là: 0,41 KA

Vậy dòng cưỡng bức của phương án II là:

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

3 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, nó phải 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

Đảm bảo tính hợp lý về kinh tế trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật là mục tiêu hàng đầu của dự án Tuy nhiên, trong thực tế, việc đảm bảo đầy đủ tất cả các yêu cầu có thể gặp khó khăn khi lựa chọn Khi phát sinh mâu thuẫn giữa các yêu cầu, cần đánh giá một cách toàn diện dựa trên lợi ích lâu dài và lợi ích chung của toàn nhà máy để đưa ra quyết định phù hợp và bền vững.

• Phía 220KV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp được liên lạc với

• Phía 110 KV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp như phía cao áp

• Phía 10,5 KV: không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm nhỏ so với công suất toàn bộ

Sơ đồ nối điện phương án 1

• Phía 220KV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp được liên lạc với nhau bằng máy cắt liên lạc

• Phía 110 KV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp như phía cao áp

• Phía 10,5 KV: không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm nhỏ so với công suất toàn bộ

Sơ đồ nối điện phương án 2

Tính toán kinh tế - kỹ thuật Chọn phương án tối ưu

Phương án

+ Tính vốn đầu tư cho thiết bị

- Máy biến áp tự ngẫu có công suất 160 MVA, cấp điện áp cao 220KV có giá thành: VB = 800.10 7 đồng; KB = 1,4

- Máy biến áp hai cuộn dây có công suất 80 MVA, có:

+ Với cấp điện áp 110 KV có V B 110 = 416.10 7 đồng; K 110 B = 1,5

+ Với cấp điện áp 220 KV có V B 220 = 508.10 7 đồng; K 220 B = 1,4 Vậy nên đầu tư máy biến áp phương án 1 là:

VB1 = 2.1,4.800.10 7 + 1,4.508.10 7 + 1,5.416.10 7 = 3575,2.10 7 đồng Theo sơ đồ nối điện phương án 1:

- Bên phía 220KV có 4 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 286.10 7 đồng

- Bên phía 10,5KV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 54.10 7 đồng

Do đó: VTBPP1 = (4.286 + 4.124 + 2.54).10 7 = 17480.10 6 đồng Vậy vốn đầu tư cho phương án 1:

V1 = 35752.10 6 + 17.480.10 6 = 53.232.10 6 đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm:

Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 8,4%

Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra:

Ptt1 = 700.7860,45.10 3 = 5502,32.10 6 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1:

P = Pkh1 + Ptt1 = 4471,5.10 6 + 5502,32.10 6 = 9973,82.10 6 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm:

Phương án

+ Tính vốn đầu tư cho thiết bị

- Máy biến áp tự ngẫu có công suất 160 MVA, cấp điện áp cao 220KV có giá thành: V B = 800.10 7 đồng; K B = 1,4

- Máy biến áp hai cuộn dây có công suất 80 MVA, có cấp điện áp 110KV có V B 110 = 416.10 7 đồng; K 110 B = 1,5

Vậy tiền đầu tư máy biến áp phương án 2 là:

VB1 = 2.1,4.800.10 7 + 2.1,5.416.10 7 = 3488.10 7 đồng Theo sơ đồ nối điện phương án 2:

- Bên phía 10,5KV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 54.10 7 đồng

Do đó: VTBPP2 = (3.286 + 5.124 + 2.54).10 7 = 15860.10 6 đồng Vậy vốn đầu tư cho phương án 2:

V1 = 34880.10 6 + 15860.10 6 = 50740.10 6 đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm:

Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 8,4%

Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra:

Ptt1 = 700.792,49.10 3 = 5549,24.10 6 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2:

P = Pkh2 + Ptt2 = 4262,2.10 6 + + 5549,24.10 6 = 9811,44.10 6 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm:

So sánh các phương án để chọn phương án tối ưu:

Phương án Vốn đầu tư

Phân tích cho thấy phương án 2 có tổng vốn đầu tư thấp, chi phí vận hành hàng năm thấp và hàm chi phí hàng năm nhỏ hơn so với phương án 1, nên phương án tối ưu được chọn làm thiết kế cho nhà máy nhiệt điện.

Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn, thanh góp

Chọn máy cắt điện và dao cách ly

Việc chọn máy cắt cho các mạch điện là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và vận hành liên tục của hệ thống Máy cắt điện là thiết bị đóng cắt được dùng trong mạng điện cao áp để đóng, cắt dòng điện tải và đóng cắt ngắn mạch, đồng thời là thiết bị có độ tin cậy cao trong công tác bảo vệ và tự động hóa Tuy nhiên, do giá thành cao nên thiết bị này được sử dụng chủ yếu ở những vị trí quan trọng hoặc những khu vực yêu cầu mức độ đảm bảo an toàn và ổn định của lưới điện.

- Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau:

+ Loại máy cắt khí SF6 Hoặc máy cắt không khí + Điện áp : UđmMC ≥ Uđm

+ Điều kiện ổn định động : ilđđ ≥ ixk

+ Điều kiện ổn định nhiệt : I 2 nhdm t nhdm ≥ BN

Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức ở những phần trước ta chọnd được các máy cắt có thông số sau:

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

Dao cách ly có nhiệm vụ chủ yếu là tạo ra một khoảng hở cách điện giữa bộ phận mang dòng điện và bộ phận cắt điện, nhằm đảm bảo an toàn cho quá trình sửa chữa thiết bị Khoảng hở này cho thấy mạch đã được ngắt và cách ly, giúp công nhân làm việc ở trạng thái an toàn và giảm thiểu nguy cơ điện giật cũng như phóng điện Nhờ vậy, an toàn khi thao tác và bảo dưỡng hệ thống điện được nâng cao, đồng thời hạn chế rủi ro cho người và thiết bị trong quá trình sửa chữa Vì vậy, dao cách ly là thành phần thiết yếu đảm bảo an toàn vận hành và bảo dưỡng thiết bị điện.

- Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau:

Điều kiện ổn định động được thể hiện bằng i_ldđ ≥ i_xk và điều kiện ổn định nhiệt được xác định khi I^2_nhđm × t_nhđm ≥ BN Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức, ta có thể chọn được dao cách ly phù hợp cho các cấp điện áp khác nhau.

Bảng thông số dao cách ly Điểm ngắn mạch

Các dao cách ly đã chọn có dòng điện mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt.

Chọn thanh dẫn cứng

Thanh dẫn cứng dùng để nối từ máy phát tới cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai cuộn dây Tiết diện thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép, tương tự như đối với dây dẫn mềm Để tận dụng diện tích mặt bằng, ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thước và khoảng cách giữa các pha.

5.2.1 Chọn tiết diện Điều kiện: I’CP >Ilvcb

Ta có Ilvcb = 4,33 kA Dòng điện cho phép được hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, với θ_mt = 25°C; nhiệt độ môi trường xung quanh nơi đặt thiết bị là θ_xq = 35°C; và nhiệt độ cho phép vận hành lâu dài cho thanh dẫn là θ_cp = 70°C.

Do đó: I’cb = 4,33 KA hay ICp 88 , 0

Theo bảng III trên trang 125 của sách Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của PGS Nguyễn Hữu Khái, chúng ta chọn thanh dẫn đồng có tiết diện hình máng với các thông số sau.

Tiết diện một cực mm 2

Mô men trở kháng cm 3 Dòng điện cho phép (A) h b c r

Thanh dẫn đã chọn có Icp > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

5.2.2 Kiểm tra ổn định động

Ta lấy khoảng cách giữa các pha và khoảng cách giữa hai sứ liền nhau của một pha ứng với U = 10,5 KV là: a = 90 cm l = 180 cm

- Khi đó lực tính toán tác tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là:

Ftt = 1,76.10 -2 i 2 xk a l KG (với khd = 1)

- Mômen chống uốn tác dụng lên 1 nhịp thanh dẫn là:

- Ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha: δ1 100

* Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm

- Lực tác dụng lên 1cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra: f2 = K l (K 1) h

- Ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra

2 = σ KG/cm 2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là: δ CP > δ 1 + δ 2 hay δ2 ≤ δϕ + δ1 l2 ≤ ( )

Với thanh dẫn đồng: δ q = 1400 KG/cm 2 Vậy khoảng cách lớn giữa miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = ( )

Do đó cần đặt số miếng đệm trên khoảng vượt giữa tai sứ là: n = 150,6

Vậy cần đặt thêm một miếng đệm trên khoảng vượt giữa hai sứ

Khi xét đến dao động, tần số riêng của dao động thanh dẫn được xác định theo công thức sau: ω r Y S

E: Môđun đàn hồi của vật liệu, ECu = 1,1.10 6 KG/cm 2

Jy0y0: mô men quán tính, Jy0y0 = 625 cm 4 S: tiết diện thanh dẫn, S = 2.13,7 = 27,4 cm 4 γ: khối lượng riêng của vật liệu, γ Cu = 8,93 g/cm 3 ωr 93 , 8 4 , 27

Nằm ngoài khoảng 45-55 Hz và 90-110 Hz Vậy thanh dẫn đã chọn cũng thoả mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến dao động.

Chọn sứ đỡ thanh dẫn

Ta chọn loại sứ đặt trong nhà 0Φ-10-2000 KB.Y3

Cấp điện áp : UđmS = 10 KV Lực phá hoại : Fph = 2000 Kg Chiều cao : H = 235 MM

297 = 712,97 kg 0,6.Fph = 0,6.2000 = 1200 kg Vậy điều kiện ổn định động của sứ F’tt ≤ 0,6.F ph được thoả mãn

Chọn dây dẫn và thanh góp mền

Các dây dẫn được dùng để nối từ cuộn cao và cuộn trung của máy biến áp liên lạc và cuộn cao của máy biến áp hai cuộn dây đến thanh góp ở 220 kV và 110 kV tương ứng Thanh góp ở các mức điện áp này được chọn là thanh dẫn mềm, với tiết diện dây dẫn mềm được xác định theo điều kiện nhiệt độ cho phép trong chế độ làm việc lâu dài Ở đây ta sử dụng dây dẫn trần có nhiệt độ cho phép lâu dài là 70°C.

Ta coi nhiệt độ của môi trường xung quanh V0 = 35 0 C

Khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ

I’cp = Khc.Icp với Khc 25 70

5.4.1 Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mền Điều kiện chọn là cb cp

I với Icb là dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đượcc chọn hay Icb khc

•Mạch điện áp 220KV +Dòng điện cưỡng bức là I = 0,387 KA

•Mạch điện áp 110 KV +Dòng điện cưỡng bức là Icb = 0,41 KA

Để xác định thông số dây dẫn loại AC, ta dựa vào bảng X trên trang 130 của Sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp do PGS Nguyễn Hữu Khái biên soạn; bảng thông số này tổng hợp các tham số cần thiết cho dây dẫn AC, bao gồm loại dây, tiết diện dẫn, vật liệu, lớp cách điện, điện áp làm việc và giới hạn dòng điện, từ đó giúp chọn dây dẫn phù hợp với từng cấp điện áp và tải trọng trong thiết kế hệ thống điện Việc tham chiếu bảng X đảm bảo tính nhất quán trong tính toán cáp dẫn, tăng cường an toàn và hiệu suất vận hành cũng như tuân thủ các chuẩn thiết kế Quy trình thiết kế nhấn mạnh sự phụ thuộc vào bảng tham số này để xác nhận sự phù hợp của dây dẫn AC với các yêu cầu vận hành của nhà máy điện và trạm biến áp.

Bảng 5.2 Điện áp Mạch điện

Tiết diện chuẩn nhôm/thép

Tiết diện mm 2 Đường kính mm

I cp (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép

220 KV Phía cao MBA và thanh góp 185/128 187 128 23.1 14.7 510

Phía trung MBA và thanh góp

5.4.2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là Smin C

BN: xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch (A 2 S)

C: Hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn ⎟⎟

Với dây dẫn AC có C = 70. mm2

Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch được đặt là 1 giây cho phép ước tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ Việc này giúp xác định tác động nhiệt và độ chịu đựng của thiết bị trong điều kiện ngắn mạch không chu kỳ, từ đó hỗ trợ thiết kế và triển khai các biện pháp bảo vệ phù hợp để tối ưu an toàn hệ thống điện.

BNKCK2 = I " N 2 2 Ta = (11,36.10 3 ) 2 0,05 = 6,452.10 6 A 2 S Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị

• Điểm N1 Ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N1 ta có:

+ Nhánh hệ thống XttHT = X1. cb

Tra đường cong tình toán ta có:

I0,1 = 0,56; I0,2 = 0,55; I0,5 = 0,54; I1 = 0,58 + Dòng ngắn mạch tại các điểm

I 1 = 4,08 KA + Nhánh máy phát điện

S = 0,351 Tra đường cong tính toán ta có:

+ Dòng ngắn mạch tại các điểm:

⇒ Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N1 do hệ thống và nhà máy cung cấp:

I1N1 = 4,08 + 1,51 = 5,59 KA Tìm các trị số trung bình bình thường

• Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ:

Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1:

• Điểm N2 Theo phần tính toán ngắn mạch

Tra đường cong tình toán ta có:

I0,1 = 0,35; I0,2 = 0,36; I0,5 = 0,37; I1 = 0,375 + Dòng ngắn mạch tại các điểm

I1 = 5,27 KA + Nhánh máy phát điện

I0,1 = 3,2; I0,2 = 2,9; I0,5 = 2,6; I1 = 2,4 + Dòng ngắn mạch tại các điểm:

⇒ Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N2 do hệ thống và nhà máy cung cấp:

I1N2 = 5,27 + 3,61 = 8,88 KA Tìm các trị số trung bình bình thường

• Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ:

BNCK =(111,95 + 91,89 + 86,05 + 81,01).0,1 = 37,09 KA 2 S Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N2:

BN2 = BNCK2 + BNKCK2 = 37,09 + 6,45 = 43,54 KA 2 S Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220KV và 110KV là:

Vậy các dây dẫn và thanh góp mền đã chọn ở bảng 5.2 đều đảm bảo ổn định nhiệt

5.4.3 Kiểm tra điều kiện vầng quang Điều kiện: Uvq = 84.m.r.lg r a tb

Trong đó, a là khoảng cách trung bình giữa các pha của dây dẫn (cm), r là bán kính ngoài của dây dẫn (cm), và m là hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn; với dây AC, m được xác định bằng 0,85.

Uvq : điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang Khi ba pha bố trí trên mặt phẳng ngang thì giá trị này cần giảm đi 4%

• Đối với cấp điện áp 220KV Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 185 mm 2 có r = 1,155cm a = 500cm

Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang

Không thoả mãn điều kiện vầng quang Vì vậy ta cần chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn cho mạch cuộn cao máy biến áp liên lạc

Chọn dây dẫn AC-400/32 có r = 1,33 cm

⇒ Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang Do đó dây dẫn AC-400 cũng thoả mãn điều kiện này

• Đối với cấp điện áp 110KV Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 240 mm 2 có r = 1,08cm a = 300cm

Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang

⇒ Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang Do đó dây dẫn AC-240 cũng thoả mãn điều kiện này.

Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng

5.5.1 Cấp điện áp 220KV Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKΦ-220-58 một pha nối theo sơ đồ Y0/Y0/Δ có các thông số kỹ thuật sau: 3xHKΦ-220-58

+ Cấp chính xác: 1 + SđmBU = 600 VA

Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle được chọn là TΦH-220-3T có các thông số kỹ thuật sau:

+ Dòng định mức: Iđmsc/IđmTC = 1200/5 + Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 2 Ω

+ Điều kiện ổn định động: ilđđ = 108 KA > ixk = 16,09 KA

- Các máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt

Tương tự cấp điện áp 220KV, để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKΦ-110-57 một pha nối theo sơ đồ

+ Dòng điện định mức: Iđmsc/IđmTC = 1500/5 A + Cấp chính xác 0,5 ứng với mỗi phụ tải định mức 0,8Ω + Bộ số ổn định động: Kd = 75

+ Điều kiện ổn định động:

2.Kđ.Iscđm = 2.75.1,5 = 159,1 KA > 28,92 KA Các máy biến dòng có dòng định mức sơ cấp lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt

Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tơ nên ta dùng hai biến điện áp một pha nối kiểu V/V: 2xHOM-10 có các thông số kỹ thuật sau:

+ Cấp chính xác: 0,5 Phụ tải của biến điện áp được phân bố đều cho cả hai theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp như bảng sau:

Tên đồng hồ Ký hiệu

Phụ tải biến điện áp

Công tơ phản kháng WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62

Vậy ta chọn hai biến điện áp loại 3HOM-10 có công suất định mức mỗi cái ứng với cấp chính xác 0,5 là 75 VA

Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp tới đồng hồ đo:

+ Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp:

Từ giá trị môđun và góc pha của dòng điện trong dây dẫn thứ cấp pha a và pha c ta có thể coi Ia = Ic

Do đó: Ia = 3.Ia = 3.0,207 = 0,36 A Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và pha b ΔU = (I a + I b ).

Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến đồng hồ là l = 60m Mạch điện có công tơ nên ΔU% ≤ 0,5%

Theo tiêu chuẩn độ bền cơ của dây dẫn đồng ta chọn dây dẫn có tiết diện S = 1,5 mm 2

Biến dòng điện đặt trên cả 3 pha, mắc theo sơ đồ hình sao, ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại TΠЩ10

Có các thông số kỹ thuật sau:

+ UđmBI = 10KV + Iđmsc/Iđmtc = 3000/5A + Cấp chính xác 0,5 có phụ tải định mức 0,8Ω

Công suất tiêu thụ của các cuộn dây máy biến dòng được phân bố như sau:

Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải (VA)

Pha A và pha C mang tải nhiều nhất: S = 16,1 Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này:

Giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l = 30m

Do ba pha cùng có máy biến dòng nên chiều dài tính toán ltt = l = 30m

Tiết diện dây dẫn đồng:

Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = 4 mm² Điều kiện ổn định động của máy biến dòng kiểu thanh dẫn được quyết định bởi ổn định động của thanh dẫn, vì vậy việc đánh giá ổn định nên dựa trên thanh dẫn Không cần kiểm tra ổn định nhiệt của máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000 A.

Sơ đồ đấu nối các dụng cụ đo vào BU và BI.

Chọn cáp, kháng và máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phương

5.6.1 Chọn cáp cho phụ tải địa phương

Phụ tải cấp điện áp máy phát 10,5KV gồm:

1 đường dây cáp P = 3 MW, cosϕ = 0,84

4 đường dây cáp đơn P = 1,5 MW, cosϕ = 0,84

P ϕ = 1,785 MVW Tiết diện cáp được chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế Jkt

Trong đó: Ilvbt: dòng điện làm việc bình thường

- Các đường cáp đơn có S = 1,785 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là:

- Các đường cáp kép có S = 3,57 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là:

Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại

Tra bảng 44 sách mạng lưới điện ta chọn cáp bọc giấy cách điện có

Tkt = 1,2A/mm 2 Tiết diện cáp đơn và cáp kép là:

Tra bảng chọn loại cáp ba pha lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy vỏ bằng chì đặt trong đất

S = 98mm 2 ; Uđm = 10,5 KV; ICP = 205A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài:

K1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ

− θ θ cp : nhiệt độ phát nóng cho phép θ cp = 60 0 C θ’ : nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp θ’ = 25 0 C θ0: nhiệt độ tínht toán tiêu chuẩn θ0 = 15 0 C

K 2 : hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn có K 2 = 1, với cáp kép K 2 = 0,9

I’cp = 0,88.1.205 = 180,4 A > Ilvbt = 98,1A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức

Theo quy trình thiết bị điện, cáp có cách điện bằng giấy tẩm dầu, với điện áp làm việc không quá 10 kV, được vận hành bình thường với dòng điện qua cáp không vượt quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh; trong trường hợp sự cố, mức quá tải được cho phép lên tới 30%, nhưng thời gian duy trì không quá 5 ngày đêm.

Dòng điện làm việc cưỡng bức qua cáp khi đứt 1 sợi:

Icb = 2.Ilvbt = 2.98,1 = 196,2 A Vậy ta có:

I’cp = Kqt.K1.K2.Icp = 1,3.180,4 = 234,5 A > icb = 196,2A Vậy điều kiện phát nóng khi sự cố thoả mãn

Kết luận: Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

5.6.2 Chọn kháng điện a Ch ọ n kháng đ i ệ n đườ ng dây

Kháng điện đường dây được chọn theo các tiêu chuẩn sau:

+ Điện áp : Iđmk = 10,5 KV + Dòng điện : Iđmk = Icmmax

• Xác định dòng điện cưỡng bức qua kháng:

Dòng cưỡng bức qua kháng được giả thiết khi sự cố 1 kháng điện Lúc này công suất qua kháng còn lại là:

Ta chọn kháng điện PbA_10_750

Trong chương tính ngắn mạch ta tính được dòng ngắn mạch tại điểm N4: I” N4 = 49,69 KA

+ Điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4 là:

100 = 0,11 + Điện kháng của cáp 1 là:

+ Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 là:

Trong bài toán này, hệ số cáp nhôm C = 141; thời gian cắt của máy cắt 1 là t1 = 0,5 s; dòng điện cắt của máy cắt hợp bộ Icđm = 20 kA Do máy cắt 2 có cấp cắt nhỏ hơn máy cắt 1 một cấp nên thời gian cắt của máy cắt 2 được tính là tcắtMC2 = tcắtMC1 − Δt = 0,5 − 0,2 = 0,3 s.

Ta phải chọn được kháng có Xk% sao cho giới hạn dòng ngắn mạch nhỏ hơn hoặc bằng dòng cắt định mức của máy cắt đã chọn, đồng thời đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện đã chọn.

I”N5 ≤ (Icđm1, InhS1) I”N6 ≤ (Icđm2, InhS2) Vậy ta chọn khángc ó Xk% sao cho ngắn mạch tại N5 thì có dòng ngắn mạch I”N5 ≤ 10,2 KA

+ Khi ngắn mạch tại N5 thì điện kháng tính đến điểm ngắn mạch là:

Vậy ta chọn kháng đơn loại: PbA-10-750 có các thông số kỹ thuật là:

Iđm = 750A b Ki ể m tra kháng v ừ a ch ọ n

+ Điện kháng tương đối của điện kháng vừa chọn:

I”N5 ≤ Icắtđm1 = 20 KA I”N5 ≤ InhS1 = 10,2 KA + Dòng ngắn mạch tại N6:

Kết luận: Vậy kháng điện đã chọn đảm bảo yêu cầu

5.6.3 Kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương Để kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương ta tính dòng ngắn mạch tại N5

+ Dòng điện xung kích tại N5 là:

IXK = 2.1,8.7,86 = 20 KA Loại máy cắt điện ít dầu ở các trạm địa phương theo đầu bài có thông số như sau:

Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (KA) Icđm (KA) Ilđđ (KA)

- Điều kiện cắt : Icđn ≥ I” = 7,86 KA

- Điều kiện ổn định động : ildd > ixk = 20 KA

Kết luận: Vậy máy cắt chọn thoả mãn điều kiện.

Chọn chống sét van

Chống sét van là thiết bị ghép song song với thiết bị điện nhằm bảo vệ chống quá điện áp khí quyển Khi xảy ra quá điện áp, chống sét van sẽ phóng điện trước, làm giảm trị số quá điện áp đặt lên cách điện của thiết bị và hạn chế nguy cơ hỏng hóc Khi quá điện áp biến mất, nó tự động dập hồ quang điện xoay chiều và phục hồi trạng thái làm việc bình thường, sẵn sàng cho chu trình bảo vệ tiếp theo.

Chọn chống sét van cho thanh góp

Trên các thanh góp 220 KV và 110KV đặt các chống sét van với nhiệm vụ quan trọng là chống quá điênj áp truyền từ đường dây vào trạm

Các chống sét van này được chọn theo điện áp định mức của mạng

Trên thanh góp 110KV ta chọn chống sét van loại pBC-110 có Uđm 110KV, đặt trên cả 3 pha.

Chọn chống sét van cho máy biến áp

a Ch ố ng sét van cho máy t ự ng ẫ u

Máy biến áp tự ngẫu có sự liên hệ điện giữa cao áp và trung áp, nên sóng điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp hoặc ngược lại Vì vậy, ở các đầu ra cao áp và trung áp của máy biến áp tự ngẫu cần lắp đặt các thiết bị chống sét van nhằm bảo vệ hệ thống trước quá điện áp và giảm thiểu rủi ro do truyền sóng điện áp giữa hai mức điện áp.

- Phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-

220, có U đm = 220KV, đặt cả 3 pha

Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu được chọn chống sét van loại PBC-110, có Uđm = 110 kV, đặt trên cả 3 pha nhằm bảo vệ và ổn định hệ thống Đồng thời, chống sét van cho máy biến áp hai cuộn dây được triển khai để bảo vệ thiết bị trước sét và quá áp.

Mặc dù trên thanh dẫn 220 kV đã lắp đặt các chống sét van, vẫn có những đường dây mang biên độ lớn truyền về trạm và các chống sét van này có thể phóng điện Điện áp dư còn lại truyền tới cuộn dây máy biến áp vẫn rất lớn, có thể phá hỏng cách điện của cuộn dây, đặc biệt phần cách điện ở gần trung tính khi trung tính cách điện Vì vậy tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây cần bố trí một chống sét van Tuy nhiên, do điện cảm của cuộn dây máy biến áp, biên độ điện áp sét khi tới điểm trung tính sẽ giảm một phần Do đó, chống sét van đặt ở trung tính được chọn có điện áp định mức giảm một cấp.

Từ đây ta chọn chống sét van loại PBMΓ-110 có U đm = 110 KV.

Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng

Chọn máy biến áp tự dùng

6.1.1 Chọn máy biến áp cấp 1

Máy biến áp cấp 1 nhận điện từ thanh góp 10,5 kV và cấp điện cho phụ tải tự dùng ở mức 6 kV, đồng thời cấp tiếp cho phụ tải ở 0,4 kV Do đó, công suất của máy biến áp cấp 1 phải được thiết kế sao cho phù hợp với tải cực đại của các động cơ ở cấp điện 6 kV và tổng công suất của các máy biến áp cấp 2 kết nối phía sau.

K ϕ lúc làm việc bình thường chiếm khoảng 0,9

Hệ số đồng thời K2 cũng bằng 0,9

Ta có điều kiện Sđm ≥ (ΣP1 + ΣP2) × 0,9 để đảm bảo tính khả thi của hệ thống Trong đó: ΣP1 là tổng công suất tính toán của các máy công cụ có động cơ 6 kV nối vào phân đoạn xét (kW); ΣP2 là tổng công suất tính toán của các máy biến áp cấp 1 nối vào phân đoạn xét (MVA).

0,9: hệ số xét đến sự không đồng thời đầu tải của các máy công tác có động cơ 6KV và các máy biến áp cấp 2

- Trong phạm vi thiết kế, nên ta chọn công suất của máy biến áp tự dùng cấp I theo công suất tự dùng cực đại của toàn nhà máy

Stdmax = 24 MVA Bốn máy công tác có công suất:

1.24 = 6 MVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số như sau:

MVA Điện áp (KV Tổn thất KW

UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ ΔP0 ΔPN

Công suất của máy biến áp dự trữ cấp 1 được thiết kế sao cho tương thích với công suất của biến áp công tác trong suốt quá trình sửa chữa, nhằm đảm bảo nguồn điện dự phòng hiệu quả Bên cạnh đó, máy biến áp dự trữ còn cung cấp nguồn cho hệ thống tự dùng trong quá trình hoạt động dừng lò, đảm bảo duy trì các chức năng thiết yếu khi lò ngừng vận hành.

Do đó công suất cần chọn là:

4 24 = 9MVA Vậy ta chọn biến áp dầu có thông số như bảng sau:

KVA Điện áp (KV) Tổn thất (KW)

6.1.2 Chọn máy biến áp cấp 2:

Máy biến áp tư dùng cấp 2 được dùng để cấp nguồn cho các phụ tải ở mức điện áp 380/220V và cho hệ thống chiếu sáng Vì các phụ tải này thường có công suất nhỏ, công suất của máy biến áp được chọn sao cho phù hợp với tổng công suất của tải và nhu cầu chiếu sáng, nhằm đảm bảo nguồn ổn định và tối ưu chi phí vận hành Việc lựa chọn công suất máy biến áp cấp 2 dựa trên tổng công suất phụ tải giúp tránh lãng phí và giảm thiểu tổn thất điện năng trong hệ thống.

630 ÷ 1.000 KVA Loại lớn hơn thường không được chấp nhận vì giá thành lớn, dòng ngấn mạch phía thứ cấp lớn Gải thiết các phụ tải này chiếm 10%

Công suất phụ tải cấp 1 Khi đó ta chọn công suất mỗi máy là:

10 6.10 3 = 6000 KVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số như bảng sau:

KVA Điện áp (KV) Tổn thất (KW)

Chọn khí cụ điện tự dùng

Chọn máy cắt hợp bộ là bước thiết kế quan trọng cho hệ thống điện Để chọn máy cắt hợp bộ, ta tính dòng điện ngắn mạch tại N5 dưới máy biến áp tự dùng cấp I, với nguồn cung cấp là cả hệ thống và các máy phát điện của nhà máy Việc xác định dòng ngắn mạch tại N5 giúp lựa chọn máy cắt hợp bộ có thông số phù hợp, đảm bảo an toàn và tin cậy cho vận hành nhà máy.

Như ta đã tính ở chương ngắn mạch: I N '' 4 I,69KA

Vậy điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch tại N4 là:

- Điện kháng máy biến áp tự dùng

N = - Dòng điện ngắn mạch tại điểm N7

- Dòng điện xung kích tại điểm N7: iXKN7 = 2.kXK.I”N7 = 2.1,8.13,1 = 33,3A Coi dòng điện làm việc cưỡng bức bằng dòng điện làm việc ở mạch dự phòng khi khởi động hoặc dừng lò

Vậy ta chọn loại máy cắt điện ít dầu có thông số như sau:

Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (A) Icđm (KA) Ilđđ (KA)

Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho máy cắt vì có dòng định mức lớn hơn 1000A

XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CỦA NHÀ MÁY THEO PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH ĐỘNG

Phương pháp tính

Để giải bài toán phân bổ công suất tối ưu cho các tổ máy của nhà máy nhiệt điện dựa trên đặc tính tiêu hao nhiên liệu, ta áp dụng phương pháp quy hoạch động Phương pháp này tận dụng đặc điểm chi phí nhiên liệu ở dạng rời rạc để xác định phân bổ công suất tối ưu giữa các tổ máy Việc dùng quy hoạch động giúp tối ưu hóa tổng chi phí vận hành và nâng cao hiệu suất của toàn hệ thống, đồng thời đảm bảo tính khả thi và ổn định trong quá trình phát điện.

Bài toán đặt ra là có 4 tổ máy nhiệt điện, trong thời gian t cần xác định giá trị công suất của từng tổ máy theo đặc tính nhiên liệu sao cho lượng tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất Đây là bài toán tối ưu hóa công suất dựa trên đặc tính nhiên liệu của từng tổ máy nhằm tối thiểu hóa lượng nhiên liệu tiêu thụ Kết quả tối ưu sẽ phân bổ công suất cho 4 tổ máy để tổng tiêu thụ nhiên liệu đạt mức thấp nhất trong phạm vi thời gian t.

Có hai trường hợp có thể xảy ra trong vận hành các tổ máy điện Trường hợp đầu là các tổ máy có thể đóng cắt trong phạm vi một ngày đêm, đặc biệt đối với nhà máy thủy điện, nhà máy tuabin khí hoặc nhà máy nhiệt điện khi công suất lớn và biểu đồ phụ tải của hệ thống biến động nhiều Trường hợp thứ hai phổ biến là các tổ máy không được đóng cắt trong phạm vi một ngày đêm mà chỉ đóng cắt theo mùa để phù hợp với nhu cầu phụ tải và tối ưu chi phí vận hành.

Trong đồ án tốt nghiệp này ta chỉ xét trường hợp các tổ máy làm việc đều suốt 24 giờ

Bi(Pi): là chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ i

Ppt: là nguồn vốn cần phân bố cho n đối tượng

Pimin, Pimax: là công suất giới hạn cực đại và cực tiểu của tổ máy thứ i

Giả sử đối tượng n nhận lượng công suất Pn Dù Pn là bao nhiêu thì lượng công suất còn lại là (Ppt - Pn) và phải được phân bổ tối ưu cho (n-1) tổ máy còn lại Hàm mục tiêu fn(Ppt) được xác định bằng công thức fn(Ppt) = Bn(Pn) + fn-1(Ppt - Pn), trong đó Bn(Pn) là lợi ích (hoặc chi phí) khi phân bổ Pn cho đối tượng n, và fn-1(Ppt - Pn) là giá trị tối ưu của phần còn lại khi phân bổ cho n-1 tổ máy.

Bn(Pn) là chi phí nhiên liệu cho tổ máy n khi công suất phát ra là Pn f_{n-1}(Ppt-Pn) là chi phí nhiên liệu khi phân bố lượng công suất giữa các tổ máy với tổng công suất phát là Ppt, trong đó phần công suất còn lại sau khi cấp cho tổ máy n là (Ppt - Pn) Hai khái niệm này thường được dùng trong mô hình tối ưu phân bổ công suất và tối ưu chi phí nhiên liệu của hệ thống nguồn, nhằm ước tính chi phí nhiên liệu tổng thể và tối ưu vận hành để giảm chi phí và tăng hiệu quả hoạt động của từng tổ máy.

(Ppt - Pn) cho n-1 tổ máy còn lại

Việc chọn tổ máy nào làm tổ máy thứ n không ảnh hưởng đến quá trình tính toán trong tối ưu hóa hệ thống Vấn đề cốt lõi là xác định mức công suất tổng P sao cho chi phí vận hành và chi phí nhiên liệu được tối ưu nhất Hàm fn(Ppt) biểu thị chi phí nhiên liệu tối thiểu khi phân bố công suất Ppt giữa n nhà máy điện, từ đó tối ưu hóa chi phí tổng thể cho hệ thống phát điện.

Vì đây là biểu thức dưới dạng tuỳ chứng nên quá trình giải diễn ra 2 quá trình thuận và ngược

Xây dựng đặc tính chi phí nhiên liệu tối ưu cho nhà máy cho phép xác định cơ cấu tổ máy tối ưu Quá trình này cho thấy các giá trị khởi đầu khác nhau ở bước cuối cùng có thể dẫn tới những kết quả khác nhau về phân bổ công suất và thứ tự vận hành các tổ máy, từ đó ảnh hưởng đến chi phí nhiên liệu tổng thể Việc tối ưu chi phí nhiên liệu giúp giảm chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và cải thiện hiệu suất của hệ thống phát điện.

(1 tổ máy) sau đó hai bước cuối cùng (2 tổ máy) rồi tiếp tục đến n bước cuối cùng (n tổ máy)

Tìm lời giải có điều kiện đối với từng tổ máy tức là tìm Bi(Pi); i = 1, n; fi(Pi) = Bi(Pi)

• Xét hai tổ máy f2(Ppt) = min {B2(P2) + f1(Ppt - P2)} (*)

Trong bài toán phân phối tải cho hai tổ máy, f2(Ppt) là chi phí nhiên liệu nhỏ nhất khi phân phối tổng phụ tải Ppt cho hai tổ máy; f1(Ppt − P2) là chi phí nhiên liệu nhỏ nhất của tổ máy 1 khi tổng phụ tải là Ppt và tổ máy 2 nhận P2 Chi phí nhiên liệu cho hai tổ máy được so sánh theo biểu thức (*) để xác định lời giải tối ưu có điều kiện Ở bước này, để tìm lời giải tối ưu có điều kiện, ta cần thực hiện hai chu trình nhằm rà soát các giá trị P2 và phân phối tải giữa hai tổ máy sao cho chi phí nhiên liệu tổng hợp được tối ưu.

Cho giá trị Ppt không đổi, ta thay đổi giá trị P2 từ 0 đến P2max (hoặc từ

Với mỗi giá trị P2, ta tính chi phí nhiên liệu cho hai tổ máy và sau đó so sánh để tìm giá trị tối ưu Như vậy, với mỗi giá trị phụ tải Ppt trong trường hợp hai tổ máy, ta có trị số tối ưu P2 (khi phụ tải là Pptmin), là công suất cần phát của tổ máy 2 Ngoài ra, ta còn tính được chi phí nhiên liệu cực tiểu khi phân phối tổng phụ tải P cho hai tổ máy là f(P).

Giả sử số tổ máy được tăng lên thành 3, quá trình tính toán được lặp lại tương tự như đối với 2 tổ máy; ở bước này ta tiến hành thay đổi giá trị của P3 trong khi Ppt được cố định.

Sau khi điều chỉnh lại Ppt cho hệ thống gồm 3 tổ máy, ta xác định được giá trị công suất tối ưu của tổ máy thứ ba và giá trị cực tiểu của chi phí nhiên liệu cho cả ba tổ máy như sau: f3(Ppt) = min { B3(P3) + f2(Ppt - P3) } Việc này giúp tối ưu hóa phân bổ công suất và giảm thiểu chi phí nhiên liệu cho toàn hệ thống.

P3min ≤ P 3 ≤ P 3max Tương tự ta xét tiếp cho 4 tổ máy, ta có:

Giả sử cần tìm phần bố tối ưu công suất cho các tổ máy ứng với công suất tổng cho trước là Ppt Xuất phát từ bảng phân bố tối ưu công suất cho tổ máy thứ 4 ở bước cuối cùng, ta xác định được ngay công suất tối ưu của tổ máy này, ký hiệu là P4_t Dựa vào bảng phân bố tối ưu công suất cho 1, 2, 3 tổ máy, ta xác định được công suất tối ưu cho tổ máy thứ 3, ký hiệu là P3_t− Như vậy phần công suất tối ưu còn lại của hai tổ máy sẽ là Ppt − P4_t − P3_t−.

Tương tự ta lần lượt xác định được công suất tối ưu của mọi tổ máy ứng với công suất Ppt cho trước

Việc thay đổi giá trị cụ thể của Ppt trong phạm vi có thể vận hành được của nhà máy cho phép xác định toàn bộ phương án vận hành tối ưu cho nhà máy Khi Ppt được tối ưu hóa trong phạm vi này, hệ thống sẽ xác định các giải pháp vận hành tối ưu, tối ưu hoá hiệu quả sản xuất, giảm chi phí và nâng cao sản lượng của nhà máy.

Tính toán cụ thể

Ta có đặc tính tiêu hao nhiên liệu của các tổ máy cho dưới dạng bảng như sau:

1 Xây d ự ng đặ c tính tiêu hao nhiên li ệ u đẳ ng tr ị c ủ a toàn nhà máy t ươ ng ứ ng v ớ i chi phí nhiên li ệ u c ự c ti ể u

1.1 Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của hai tổ máy

Ta thấy công suất phát của mỗi tổ máy giới hạn trong 30-60 MVA

Với mỗi giá trị của phụ tải từ 60-120 MVA ta đều có thể lựa chọn tổ hợp máy phát mà chi phí tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất

P Σ Phân bố tối ưu công suất

B 1,2 79,4 Bảng tổng kết đặc tính tiêu hao nhiên liệu của 2 tổ máy (P1, P2) như sau:

B1,2 32,2 32,9 34,9 36,7 38,8 40,1 45,9 50,2 55,1 60,2 65,2 71,4 79,4 1.2 Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của 3 tổ máy

Dựa vào kết quả của phần xây dựng đặc tính đẳng trị của 2 tổ máy ta lập được bảng

Bảng tổng kết đặc tính tiêu hao nhiên liệu của 3 tổ máy (P 1 , P 2 , P 3 )

1.3 Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu của cả 4 tổ máy

Dựa vào kết quả tính đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của 3 tổ máy đã tính ta lập được bảng

Bảng tổng kết đặc tính tiêu hao nhiêu liệu của cả 4 tổ máy

BΣ 104,6 109,5 114,5 119,6 124,6 130,8 137,6 145,2 153,2 Đường đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị toàn nhà máy

2 Thi ế t l ậ p b ả ng phân b ố t ố i ư u công su ấ t gi ữ a các t ổ máy theo b ậ c công su ấ t phát t ổ ng c ủ a nhà máy

Từ đặc tính tiêu hao nhiên liệu của toàn nhà máy, ta thực hiện quá trình tối ưu để xác định công suất phát tối ưu của từng tổ máy Từ đó, ta lập được bảng phân bố công suất tối ưu cho toàn nhà máy.

Bảng phân bố tối ưu công suất của toàn nhà máy

Phân bố tối ưu công suất

3 Xác đị nh ch ế độ v ậ n hành t ố i ư u c ủ a nhà máy Ứng với biểu đồ công suất đã cho (biểu đồ phát công suất tổng trong ngày) Xác định chi phí nhiên liệu tổng

Ta có đồ thị phụ tải toàn nhà máy như sau:

Từ đồ thị phụ tải toàn nhà máy được xây dựng, chúng ta xác định bảng vận hành tối ưu cho nhà máy dựa trên yêu cầu phụ tải tại từng thời điểm khác nhau Quá trình phân tích phụ tải cho phép tối ưu hóa lịch trình vận hành, cân bằng giữa hiệu suất thiết bị, tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành Nhờ đó, bảng vận hành tối ưu sẽ điều phối các nguồn lực và thiết bị theo nhu cầu phụ tải theo thời gian, nâng cao độ tin cậy và tối ưu hóa chi phí năng lượng cho toàn nhà máy.

Bảng phương án vận hành tối ưu

Phân bố công suất tối ưu B Σ

Số giờ vận hành Btổng

Do trí số P lẻ, không có trong bảng đặc tính tiêu hao nhiên liệu nên ta phải dùng phương pháp sội suy tuyến tính

Công thức nội suy tuyến tính cho điểm (P*, B*)

Tổng nhiên liệu tiêu hao cho toàn bộ nhà máy trong 1 ngày đêm là: ΣB tối tổng − u = 2688,16 tấn

4 So sánh chi phí nhiên li ệ u

Xác định được theo chế độ vận hành tối ưu và chế độ phân bố đều công suất cho các tổ máy t (h) ΔB

Tiêu đề	Thiết kế nhà máy điện
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Hệ Thống Điện
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	1,22 MB