Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 1 Vấn đề năng lượng hiện đang là vấn đề được toàn thế giới quan tâm, trong đó điện năng luôn là loại năng lượng quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống. Số lượng các nhà máy điện đang tăng lên nhanh chóng. Việc thiết kế các nhà máy điện là một việc hết sức quan trọng trong quá trình cung cấp năng lượng. Với sinh viên Hệ thống điện, đồ án môn học sẽ giúp sinh viên củng cố kiến thức đã học, nâng cao kỹ năng cần thiết mà một kỹ sư điện cần có và dần tiếp cận với thực tế để có thể vận dụng chúng sau này. Dưới đây là đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện công suất 200 MW gồm 4 tổ máy. Đồ án gồm những nội dung chính như sau:  Chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất.  Xác định các phương án nối dây, chọn máy biến áp, và tính toán tổn thất công suất, điện năng.  Tính toán ngắn mạch, lựa chọn các thiết bị chính của nhà máy điện.  Tính toán chọn phương án tối ưu.  Sơ đồ nối dây và các thiết bị tự dùng. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là TS.Trương Ngọc Minh và ThS.Nguyễn Thị Nguyệt Hạnh đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành bản thiết kế này. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong các thầy cô trong bộ môn góp ý để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn. Hà Nội, tháng 11 năm 2012 Sinh viên Vũ Tiến Thắng LỜI NÓI ĐẦU Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 2 CHƢƠNG I Khi thiết kế một nhà máy điện thì việc tính toán phụ tải và cân bằng công suất là không thể thiếu để đảm bảo tính kinh tế trong thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy. Lượng điện năng phát ra của nhà máy phải bằng tổng lượng công suất tiêu thụ và điện năng tổn thất. Ta thấy được hàng ngày thì điện năng tiêu thụ luôn thay đổi, do đó phải biết được đồ thị phụ tải hàng ngày. Nhờ đó mà ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, các phương án vận hành phù hợp. Ngoài ra đồ thị phụ tải còn giúp ta chọn đúng các máy biến áp (MBA) và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy với nhau. 1.1 Chọn máy phát điện Theo yêu cầu thiết kế thì nhà máy điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 50MW, nên tổng công suất của nhà máy 4 x 50 = 200MW. Chọn máy phát điện loại TBΦ- 50-2 có các thông số cho trong bảng sau Bảng 1.1 Thông số máy phát Loại MF S Fđm MVA P Fđm MW cos đm U Fđm kV I đm kA X d ’’ X d ’ X d TB-50-2 62,5 50 0,8 10,5 5,95 0,135 0,3 1,84 1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Từ đồ thị phụ tải ngày ở các cấp điện áp và hệ số công suất cosφ của phụ tải tương ứng, ta xây dựng được đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy và đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp theo công suất biểu kiến S (MVA). max P(%) P(t) = .P 100 (1) P(t) S(t) = cosυ (2) trong đó: P(t) – công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t. S(t) – công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t. P(%) - công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất max cos - hệ số công suất của phụ tải (cos = 0,8) 1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy Nhà máy điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 50MW nên: Tổng công suất đặt của nhà máy : P NM = 4x50 = 200MW  S NM = 235,29 MVA CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 3 Theo các công thức (1) và (2) ta có bảng kết quả sau : Bảng 1.2 Biến thiên phụ tải hàng ngày của nhà máy t(h) 0 – 8 8– 18 18– 21 21 – 24 P NM (%) 90 100 90 80 P NM (t),MW 180 200 180 160 S NM (t),MVA 225 250 225 200 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 1.2.2. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy Công suất tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm trong ngày được tính theo công thức sau : NM NM TD TD NM P S (t) α% S (t) = . . 0,4 + 0,6. 100 cosυS    Trong đó: NM P - công suất tác dụng định mức của nhà máy, NM P =200 MW NM S - công suất biểu kiến định mức của nhà máy, NM S =250 MVA  - lượng điện phần trăm tự dùng,  = 8% cos TD - hệ số công suất phụ tải tự dùng, cos TD = 0,85 120 140 160 180 200 220 240 260 0 4 8 12 16 20 24 Đồ thị phụ tải nhà máy SNM(MVA) t(h) Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 4 Bảng 1.3.Biến thiên hàng ngày của phụ tải tự dùng t(h) 0 – 8 8 - 18 18 – 21 21 - 24 S NM (t),MVA 225 250 225 200 S TD (t),MVA 18,33 19,53 18,33 17,13 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy Phụ tải điện áp máy phát có dm U = 10kV; UFmax P = 10 MW; cos = 0,85. Theo các công thức (1) và (2) ta có bảng kết quả sau : Bảng 1.4 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải địa phƣơng t(h) 0 – 10 10 – 18 18 – 21 21 - 24 P UF (%) 90 100 90 70 P UF (t),MW 9 10 9 7 S UF (t),MVA 10,588 11,765 10,588 8,235 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0 4 8 12 16 20 24 Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy Std(MVA) t(h) 1.2.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát Phụ tải trung áp có dm U = 110 kV; UTmax P = 80 MW; cos = 0,85 Theo các công thức (1) và (2) ta có bảng kết quả sau: Bảng 1.5 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải điện áp trung áp t(h) 0 – 10 10 – 18 18 – 21 21 - 24 P UT (%) 90 100 90 80 P UT (t),MW 72 80 72 64 S UT (t),MVA 61,2 68 61,2 54,4 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 4 8 12 16 20 24 Đồ thị phụ tải địa phƣơng SUF(MVA) t(h) 1.2.4 Đồ thị phụ tải điện áp trung áp Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 6 Đồ thị phụ tải điện áp cấp trung áp 1.2.5 Đồ thị công suất phát về hệ thống Công suất phát về hệ thống tại mỗi thời điểm được xác định theo công thức sau : S VHT (t) = S NM (t) - [S UF (t) +S UT (t) +S TD (t) ] Dựa vào các kết quả tính toán trước ta tính được công suất phát về hệ thống của nhà máy tại từng thời điểm trong ngày. Kết quả tính toán cho trong bảng sau: Bảng 1.6 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải tổng hợp toàn nhà máy t(h) 0 – 8 8 – 10 10 – 18 18 – 21 21 - 24 S NM (t) 225 250 250 225 200 S UF (t) 10,588 10,588 11,765 10,588 8,235 S UT (t) 61,2 61,2 68 61,2 54,4 S TD (t) 18,33 19,53 19,53 18,33 17,13 S VHT (t) 134,882 158,682 150,705 134,882 120,235 20 30 40 50 60 70 80 0 4 8 12 16 20 24 Đồ thị phụ tải điện áp trung SUT(MVA) t(h) Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 7 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 0 4 8 12 16 20 24 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy Snm SuF SuT Std SvHT S(MVA) t(h) Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 8 1.3. Nhận xét 1.3.1 Phụ tải địa phƣơng Xét tỉ số: UFmax 0 0 0 0 0 0 0 0 đmF S 11,765 .100 = .100 = 9,412 < 15 2S 2.62,5 Như vậy, phụ tải điện áp máy phát nhỏ có thể lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát điện – máy biến áp mà không cần thanh góp điện áp máy phát. 1.3.2. Hệ thống Hệ thống có lượng công suất dự trữ là 240MVA Nhận thấy: đmF đmF F P 50 S = = = 62,5 cosυ 0,8 (MVA) < dtHT S Vì vậy nếu một máy phát bị hỏng không ảnh hưởng đến hệ thống. Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 9 CHƢƠNG II: ĐỀ XUẤT CÁC PHƢƠNG ÁN – LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Việc chọn các sơ đồ nối điện chính là một trong những khâu quan trọng nhất trong việc tính toán và thiết kế nhà máy điện. Chọn sơ đồ nối điện chính phải đảm bảo được các yêu cầu về kĩ thuật cung cấp điện an toàn, liên tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp khác nhau. Ngoài ra nó còn phải thể hiện được tính khả thi và tính kinh tế khi thiết kế. Dựa vào kết quả tính toán ở chương I ta có một số nhận xét sau: - Gọi k là tỷ lệ của công suất cực đại mà máy phát truyền cho phụ tải địa phương với công suất của máy phát => UFmax 0 0 0 0 0 0 đmF S 11,765 k = .100 = .100 = 9,412 2S 2.62,5 Từ kết quả trên ta thấy k < 15% nên không cần dùng thanh góp điện áp máy phát. - Do các cấp điện áp 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp, mặt khác hệ số có lợi : T C U 110 α = 1 - = 1 - = 0,5 U 220 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. - 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. - Có thể ghép chung một số máy phát vào cùng một MBA nếu đảm bảo tổng công suất các tổ máy phát nhỏ hơn công suất dự trữ nóng của hệ thống. - 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 khi bị sự cố không bị tách rời các phần có điện áp khác nhau. Với các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau: 2.1. Đề xuất các phƣơng án 2.1.1. Phƣơng án 1 - Nối một bộ MF - MBA hai cuộn dây vào thanh góp 220kV - Nối một bộ MF - MBA hai cuộn dây vào thanh góp 110kV - Nối hai bộ MF- MBA tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp: vừa truyền tải công suất về hệ thống vừa truyền công suất giữa hai cấp điện áp cao- trung. - Phụ tải địa phương được cung cấp điện từ đầu cực của hai máy phát nối với MBA tự ngẫu Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 10 - Điện tự dùng lấy từ đầu cực của mỗi máy phát HTĐ 220kV 110kV B3 F1 F2 F4 B1 B2 B4 S UT 1/2S UF F3 1/2S UF - Ưu nhược điểm của sơ đồ: + Ưu điểm : Máy phát có thể phát bằng phẳng liên tục, tổn thất trong MBA trong chế độ làm việc bình thường nhỏ. + Nhược điểm: Dùng ba loại máy biến áp gây ra khó khăn trong việc vận hành và bảo vệ. Ngoài ra số thiết bị bên phía cao áp nhiều nên vốn đầu tư cao. 2.1.2. Phƣơng án 2 - Hai bộ MF - MBA nối vào thanh góp điện áp 110kV - Hai bộ MF - MBA nối vào thanh góp điện áp 220kV - Hai MBA tự ngẫu chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp - Phụ tải địa phương được cung cấp điện từ phía hạ của MBA tự ngẫu. - Điện tự dùng lấy từ đầu cực mỗi MF [...]... 1602         ∆ATN = 1 244 6 34, 2 34 kWh Tổng tổn thất điện năng trong MBA ở phương án A là ΔAΣ = ΔAB4 + ΔAB3 + 2.ΔATN = 2021 847 ,032 + 21 548 87,259 + 2.1 244 6 34, 2 34 = 6666002,759 kWh Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 21 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội 2.3.2 Phƣơng án B HTĐ SUT 220kV 110kV B1 B2 B3 1/2SUF B4 1/2SUF F1 F2 F3 F4 2.3.2.1 Chọn loại và công suất định mức của MBA Các MBA... I''N -4 Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 31 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội HTĐ N2 N1 220kV 110kV B3 B1 B2 B4 N3 N5 N4 1/2SUF F3 1/2SUF F1 F2 F4 Sơ đồ thay thế : Với các thông số như sau : X1 = Xht = 0, 04 X2 = XD = 0,091 X3 = X4 = XC = 0, 144 X5 = X6 = XH = 0,256 X7 = XB110kV = 0,263 X8 = XB220kV = 0,275 X9 = X10 = X11 = X12 = 0 ,43 2 Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 32 Đồ án môn học : Thiết kế nhà. .. Thiết kế nhà máy điện Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội 33 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội 3.2.2.1 Điểm ngắn mạch N-1 N-1 là điểm ngắn mạch đối xứng nên ta có thể thu gọn sơ đồ như sau Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 34 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Trong đó : X13 = X1 + X2 = 0, 04 + 0,091 = 0,131 ; X 14 = X8 + X9 = 0,275+0 ,43 2 = 0,707;... Thắng – HTĐ3 14 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Bảng 2.2 Phân bố công suất phƣơng án 1 t(h) 0–8 8 – 10 10 – 18 18 – 21 21 - 24 SB3,SB4 57,618 57,618 57,618 57,618 57,618 SCTN(t) 38,632 50,532 46 , 544 38,632 31,309 STTN(t) 1,791 1,791 5,191 1,791 -1,609 SHTN(t) 40 ,42 3 52,323 51,735 40 ,42 3 29,7 Nhận xét: Trong chế độ làm việc bình thường : + Từ 0h đến 21h công suất truyền... Trong đó : SCTN(t ): công suất truyền sang cao áp của MBA tự ngẫu B1, B2 SVHT(t ): công suất về hệ thống tại thời điểm t + Dòng công suất truyền qua phía trung áp của MBA tự ngẫu STTN (t) = 1 (SUT (t) - SB4 - SB3 ) 2 Trong đ : STTN(t ): công suất truyền sang trung áp của MBA tự ngẫu B1, B2 SUT(t) : công suất của phụ tải trung áp tại thời điểm t Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 22 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện. .. 24h: SUTmin = 54, 4 MVA Tương ứng lúc này thì phụ tải địa phương là SUF = 8,235 MVA Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 18 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội - Phân bố công suất cho MBA tự ngẫu  Công suất truyền lên từ cuộn hạ của MBA tự ngẫu SH = SdmF -SUF - 1 max 1 Std = 62,5 - 8,235 - 19,53 = 49 ,383 MVA 4 4  Công suất truyền lên phía trung áp của MBA tự ngẫu ST = Smin - SB4 = 54, 4... 40 00 ht * Điện kháng của đường dây kép nối với hệ thống XD = S 1 1 200 x 0 l cb = 0 ,4. 120 = 0,091 2 2 Ucb 2 2302 * Điện kháng của MBA ba pha hai cuộn dây ΧB = U N % Scb 100 SđmB 11 200 = 0,275 100 80 10,5 200 + Phía điện áp 110kV: Χ B = = 0,263 100 80 + Phía điện áp 220kV: Χ B = Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 30 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội * Điện kháng của MBA tự ngẫu:... =0, 344 kA 3.110 Do đó dòng điện cưỡng bức phía 110kV Icb = max( Icb3, Icb4, Icb5 ) = 0, 344 kA 2 .4. 2.3 Cấp điện áp máy phát Icb6 = 1,05 SdmF 3Udm = 1,05 62,5 = 3,608 kA 3.10,5 2 .4. 3 Tổng kết Ta có bảng sau Bảng 2.8 Kết quả tính toán dòng cƣỡng bức ở 2 phƣơng án Cấp điện áp (kV) Dòng điện cưỡng Phương án A bức( kA) Phương án B Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 220 0,395 0,395 110 0, 344 0, 344 10,5 3,608 3,608 29 Đồ án. .. 67, 44 12 (27, 618) 2 40 , 42 32  +190 +570  + 190  3+  2 2 2 160 160 160     2 2 2    60,112 (30, 41 8) 29, 7   + 190  +190 +570 .3  1602 1602 1602       Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 26 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội ∆ATN = 149 80 74, 853 kWh Tổng tổn thất điện năng trong MBA ở phương án B là ΔAΣ = 2.ΔAB + 2.ΔATN = 2.( 2021 847 ,032 + 149 80 74, 853 ) = 7039 843 ,77... (MBA) là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, tổng công suất của các máy biến áo rất lớn và bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phát điện Vì vậy vốn đầu tư cho MBA cũng rất nhiều Do đó yêu cầu đặt ra là chọn lựa MBA sao cho mang lại tính kinh tế cao mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện 2.3.1 Phƣơng án A Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 12 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường . 1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy Nhà máy điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 5 0MW nên: Tổng công suất đặt của nhà máy : P NM = 4x50 = 20 0MW . phần điện nhà máy nhiệt điện công suất 200 MW gồm 4 tổ máy. Đồ án gồm những nội dung chính như sau:  Chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công