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: • Xác định các phương án và chọn máy biến áp, tính tổn thất công suất, điện năng.. • Phụ tải nhà máy biến

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

Chọn máy phát điện

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

Dựa trên Phụ lục 1, trang 113 của giáo trình thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của PGS Phạm Văn Hòa, chúng tôi đã chọn máy phát loại TBΦ-60-2 có công suất 60 MW Các thông số kỹ thuật của máy phát này được trình bày rõ ràng trong bảng đi kèm, đảm bảo phù hợp với yêu cầu thiết kế hệ thống điện Việc lựa chọn máy phát phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu cho nhà máy điện và trạm biến áp.

Bảng 1.1 Thông số máy phát

Loại máy Thông số định mức Điện kháng tương đối phát n S đm P đm U đm cosα đm I đm x” d x’ d x d x 2 x 0

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:

Trong đó: là công suất định mức của nhà máy. là số tổ máy. dmF là công suất định mức của 1 tổ máy.

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

Trong khoảng thời gian từ 0-7h, ta tính toán được công suất phát của nhà máy:

Tính tương tự cho các khoảng thời gian còn lại, ta thu được bảng công suất phát sau :

Bảng 1.2 Biến thiên công suất hàng ngày của nhà máy t (h) 0-7 7-13 13-18 18-24

Từ số liệu trên ta thu được đồ thị biến thiên phụ tải của nhà máy: Đồ thị phụ tải của nhà máy

Hình 1.1 Đồ thị phụ tải 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:

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

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

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

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

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

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

Dựa trên đồ thị phụ tải của nhà máy và công thức tính phụ tải tự dùng, chúng tôi đã xác định được công suất tự dùng của nhà máy điện tại các thời điểm khác nhau Các số liệu tính toán được trình bày rõ ràng trong bảng dưới đây, phản ánh chính xác mức độ tiêu thụ năng lượng nội bộ của nhà máy theo từng khoảng thời gian.

Bảng 1.3 Biến thiên công suất tự dùng hàng ngày của nhà máy t (h) 0-7 7-13 13-18 18-24

Từ số liệu trên ta thu được đồ thị biến thiên phụ tải tự dùng của nhà máy: Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy

Hình 1.2 Đồ thị phụ tải tự dùng

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

Phụ tải địa phương có: U DPđm = 10,5 kV; P DPmax = 15 MW; cos DP = 0,85

Gồm: 3 đường cáp kép x 5MW x 4km

Công suất phụ tải địa phương tính theo các công thức:

P DP (t ) = P DP max P DP % (MW )

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 t (h) 0-7 7-13 13-18 18-24

Từ số liệu trên ta thu được đồ thị biến thiên phụ tải địa phương của nhà máy:

12 Đồ án môn học Đồ thị phụ tải địa phương của nhà máy

Hình 1.3 Đồ thị phụ tải địa phương

1.2.4 Công suất phụ tải trung áp

Phụ tải trung áp có: U UTđm = 110 kV; P UTmax = 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 t (h) 0-7 7-13 13-18 18-24

Từ số liệu trên ta thu được đồ thị biến thiên phụ tải trung áp của nhà máy: Đồ thị phụ tải trung áp của nhà máy

Hình 1.4 Đồ thị phụ tải trung áp Đồ án môn học

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:

S VHT (t ) = S NM (t ) − [ S TD (t ) + S DP (t ) + S UT (t )]

Dựa trên các kết quả tính toán trước đó, chúng tôi xác định được công suất phát của hệ thống nhà máy tại các thời điểm khác nhau trong ngày Các số liệu này đã được tổng hợp và trình bày trong bảng chi tiết, phản ánh chính xác khả năng phát điện của nhà máy theo từng khung giờ Kết quả giúp đánh giá hiệu quả vận hành và lập kế hoạch tối ưu công suất phát điện, đảm bảo đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của hệ thống.

Bảng 1.6 Biến thiên công suất hàng ngày phát tới hệ thống t (h) 0-7 7-8 8-13 13-14 14-18 18-20 20-24

Từ số liệu công suất phát về hệ thống, ta vẽ được đồ thị phụ tải hệ thống: Đồ thị phụ tải toàn hệ thống

Hình 1.5 Đồ thị phụ tải tổng hợp

Nhà máy điện thiết kế gồm 5 tổ máy, mỗi tổ có công suất 60MW, tổng công suất đạt 300MW, đảm bảo cung cấp điện ổn định cho phụ tải địa phương (10,5kV), trung áp (110kV) và hệ thống truyền tải (220kV) Với công suất nối lưới 3200 MVA, nhà máy đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo điện liên tục và ổn định cho khu vực.

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

14 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:

Trong hệ thống điện, dự trữ quay có công suất 350 MVA lớn hơn nhiều so với công suất của một tổ máy là 75 MVA, đảm bảo tính dự phòng cao Nhờ đó, khi xảy ra sự cố ngừng một tổ máy, hệ thống vẫn có thể huy động đủ công suất để bù đắp lượng công suất thiếu hụt Điều này giúp duy trì ổn định và liên tục hoạt động của lưới điện, đảm bảo an toàn và tin cậy trong vận hành.

• 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 : S TDmax = 21,882 MVA; S TDmin ,944 MVA

• Phụ tải địa phương : S DPmax = 17,647 MVA; S DPmin = 11,471 MVA

• Phụ tải trung áp : S UTmax = 127,059 MVA; S UTmin = 98,824 MVA

• Phụ tải phát về hệ thống : S VHTmax = 234,882 MVA; S VHTmin = 116,615 MVA

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

Nhà máy điện không chỉ cung cấp điện cho các phụ tải ở nhiều mức điện áp và tự sử dụng mà còn phát về hệ thống một lượng công suất đáng kể Điều này vượt quá lượng dự trữ công suất quay của hệ thống, gây ảnh hưởng lớn đến độ ổn định động của hệ thống truyền tải và phân phối.

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP16

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 suất nhỏ, có thể cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát mà không cần sử dụng thanh góp điện áp máy phát, giúp giảm thiểu chi phí và đơn giản hóa hệ thống truyền tải điện.

Thỏa mãn quy định mức nhỏ công suất của địa phương Vậy không cần thanh góp điện áp máy phát

Các cấp điện áp 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp, đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện Hệ số có lợi α ≤ 0,5 cho phép sử dụng máy biến áp tự ngẫu để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp điện áp hiệu quả Ngoài ra, máy biến áp tự ngẫu còn giúp phát công suất lên hệ thống, tối ưu hóa hoạt động của lưới điện truyền tải.

Trong hệ thống truyền tải điện, công suất phát phải lớn hơn dự trữ quay của hệ thống để đảm bảo hiệu quả vận hành và an toàn Do đó, cần đặt ít nhất hai máy biến áp kết nối với thanh điện áp 220kV nhằm phân phối tải đều và tăng độ tin cậy của hệ thống Việc sử dụng nhiều máy biến áp phù hợp giúp giảm thiểu rủi ro mất điện toàn bộ trong trường hợp một máy biến áp gặp sự cố.

Công suất của bộ máy phát điện và máy biến áp không được vượt quá dung lượng dự trữ của hệ thống, đảm bảo độ ổn định và an toàn vận hành Vì vậy, ta có thể sử dụng sơ đồ kết hợp giữa bộ máy phát điện và máy biến áp để tối ưu hóa hiệu quả truyền tải điện năng Điều này giúp đảm bảo sự phù hợp về công suất và duy trì hiệu quả của hệ thống điện.

; S Fdm = 75MVA cho nên ta có thể ghép từ 1 đến 2 bộ máy 98,824

S UT min phát điện – máy biến áp ba pha hai cuộn dây bên trung áp.

Nhà máy đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, vì vậy các sơ đồ nối điện cần đảm bảo cung cấp nguồn điện liên tục và ổn định cho các phụ tải Đồng thời, các sơ đồ này phải đơn giản, an toàn và linh hoạt để dễ dàng vận hành và bảo trì trong tương lai Việc thiết kế hệ thống nối điện phù hợp giúp nâng cao hiệu quả vận hành của nhà máy và đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống điện.

Sơ đồ nối điện phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về cung cấp điện an toàn và liên tục cho các phụ tải ở nhiều cấp điện áp khác nhau Ngoài ra, hệ thống cần đảm bảo rằng khi xảy ra sự cố, các phần có điện áp khác nhau không bị tách rời, duy trì sự ổn định và an toàn trong quá trình vận hành.

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

Hình 2.1 Sơ đồ nối điện phương án 1

Phương án 1 gồm có 3 bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây, trong đó có 2 bộ kết nối lên thanh góp 110kV và 1 bộ kết nối lên thanh góp 220kV Các bộ máy này đảm nhiệm vai trò truyền tải công suất và liên lạc giữa các cấp điện áp khác nhau trong hệ thống điện Đồng thời, có 2 bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu nối lên hệ thống 220kV, giúp duy trì sự liên kết ổn định giữa các cấp điện áp và nâng cao hiệu quả truyền tải công suất trong lưới điện.

• 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.

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

Phương án 2 gồm có 3 bộ máy phát điện kết hợp với máy biến áp hai cuộn dây, trong đó một bộ nối lên thanh góp 110kV và hai bộ còn lại nối lên thanh góp 220kV, đảm bảo khả năng phân phối điện hiệu quả Trong hệ thống này, có hai bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu được kết nối lên hệ thống 220kV nhằm mục đích liên lạc giữa các cấp điện áp và truyền tải công suất một cách ổn định và an toàn Đây là giải pháp tối ưu để cân đối công suất và nâng cao độ tin cậy của lưới điện, phù hợp với yêu cầu vận hành của hệ thống điện quốc gia.

• 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 S UTmin là 98,824 MVA và S Fđm chỉ là 75 MVA

• 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.

Phương án 3 gồm 5 bộ máy phát điện kết hợp với máy biến áp hai cuộn dây, trong đó có 2 bộ nối lên thanh góp 110kV và 3 bộ nối lên thanh góp 220kV, đảm bảo khả năng truyền tải công suất hiệu quả giữa các mức điện áp Hệ thống còn gồm 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giúp kết nối các cấp điện áp khác nhau, nâng cao độ linh hoạt và ổn định của hệ thống truyền tải điện.

• Chủng loại máy biến áp ít nên dễ lựa chọn thiết bị và vận hành đơn giản

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

• 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.

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.

Tính toán chọn máy biến áp cho các phương án

Sơ đồ phương án này là Hình 2.1

2.2.1.1 Chọn máy biến áp a) Chọn máy biến áp 2 cuộn dây: Các máy biến áp B1, B4, B5

S B1dm = S B 4 dm = S B 5dm S Fdm − S TD 1F S Fdm = 75MVA

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

Loại S đm Điện áp, kV Tổn thất, kW U N % I 0 %

TДцH 80 242 10,5 80 320 11 0,6 b) Chọn máy biến áp tự ngẫu: Các máy biến áp B2, B3

Trong hệ thống điện có tính chất phụ tải không đều, cần phải điều chỉnh điện áp ở tất cả các phía để duy trì ổn định Do đó, việc sử dụng máy biến áp có điều áp dưới tải là phù hợp để đáp ứng nhu cầu này Trong khi đó, máy biến áp TĐK chỉ điều chỉnh được phía hạ, nên cần kết hợp điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc để kiểm soát điện áp toàn diện Khi lựa chọn máy biến áp tự ngẫu trong trường hợp không có thanh góp điện áp máy phát, cần lưu ý các điều kiện phù hợp để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống điện.

Trong đó α là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:

Do đó: S B 2 dm = S B 3dm 1 S Fdm = 0, 1

Tra phụ lục 2 trang 145 hướng dẫn thiết kế phần điện cho nhà máy điện và trạm biến áp PGS.TS Phạm Văn Hòa đã lựa chọn máy biến áp tự ngẫu ATДцHTH – 160 để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy cao cho hệ thống điện Việc chọn máy biến áp phù hợp đóng vai trò quan trọng trong tối ưu hóa hiệu suất vận hành của nhà máy điện, mang lại sự ổn định và an toàn cho toàn bộ hệ thống.

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

Loại Sđm Điện áp cuộn Tổn thất, kW U N %

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:

5 5 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 áp Từ Hình 2.1, ta nhận thấy:

+ Công suất phía cao áp của một MBATN: S C (t ) = 1

2 S VHT (t ) − S B1 (t) + Công suất phía trung áp của một MBATN: S T (t ) = 1

2 S UT (t ) − S B 4 (t ) − S B5 (t) + Công suất phía hạ áp của một MBATN: S H (t ) = S C (t ) + S T (t )

+ Công suất cuộn nối tiếp: S nt = S C

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

Dựa trên các số liệu S VHT và S UT tại các thời điểm đã phân tích trong Bảng 1.6, chúng ta có thể dễ dàng tính toán công suất của các phía của máy biến áp tự ngẫu vào các thời điểm khác nhau Kết quả phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 được trình bày rõ ràng trong bảng kèm theo, giúp đánh giá chính xác hiệu suất và hoạt động của hệ thống.

Bảng 2.3 Phân bố công suất của một máy biến áp tự ngẫu của phương án 1 t (giờ) 0-7 7-8 8-13 13-14 14-18 18-20 20-24

Dấu “-” trước công suất của phía trung áp biểu thị rằng chiều truyền tải công suất hiện tại đang chảy từ trung áp sang cao áp của máy biến áp tự ngẫu Điều này giúp xác định hướng tải của máy biến áp, hỗ trợ trong việc vận hành và thiết kế hệ thống điện hiệu quả Việc hiểu rõ ý nghĩa của ký hiệu này là cần thiết để đảm bảo an toàn và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống truyền tải điện năng.

2.2.1.3 Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp a) Máy biến áp 2 cuộn dây B1, B4, B5:

Các máy biến áp B1, B4 và B5 có công suất đã được chọn lớn hơn công suất định mức của máy phát điện, đảm bảo khả năng vận hành an toàn và liên tục Ngoài ra, do các máy này hoạt động từ 0 giờ đến 24 giờ liên tục với phụ tải ổn định và làm việc với phụ tải bằng phẳng, nên không cần kiểm tra khả năng quá tải cho các máy biến áp này Đối với máy biến áp tự ngẫu B2, B3, cần xem xét các yếu tố đặc thù để đánh giá khả năng hoạt động phù hợp.

Dựa trên bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu, ta nhận thấy công suất truyền qua các cuộn nối tiếp, cuộn chung và cuộn hạ đều nhỏ hơn công suất tính toán ban đầu Điều này cho thấy hiệu suất của máy biến áp tự ngẫu có ảnh hưởng đến sự phân bố năng lượng giữa các cuộn, đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của thiết bị Hiểu rõ sự khác biệt này giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành của máy biến áp tự ngẫu trong hệ thống điện.

Vậy trong điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp tự ngẫu B2, B3 không bị quá tải.

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

Các máy phát hiện tại yêu cầu hoạt động ở công suất định mức để đảm bảo hiệu quả và độ bền Trong quá trình thử nghiệm, công suất của máy biến áp tự ngẫu được chọn từ hạ áp sang trung áp và cao áp nhằm đạt hiệu suất tối ưu Việc xác định chính xác công suất phù hợp giúp duy trì hoạt động ổn định của hệ thống điện, đồng thời giảm thiểu rủi ro quá tải và đảm bảo an toàn vận hành.

+ Phía trung áp một máy biến áp tự ngẫu: S T sc (t ) = 1

2 S UT (t ) − S B 4 + Phía hạ áp một máy biến áp tự ngẫu: S H sc (t ) = S Fdm − 1

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

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

+ Công suất cuộn nối tiếp: S nt = S Csc

+ Công suất cuộn chung: S ch = (1 − )S Csc + 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 cuộn dây – máy phát bên trung áp phương cố cắt 1 bộ máy biến áp

Trong chế độ sự cố một bộ máy phát – máy biến áp phía trung áp, công suất thiếu lớn nhất đạt 70,623 MVA diễn ra từ 14 đến 20 giờ, thấp hơn dự trữ quay của hệ thống nhằm đảm bảo an toàn và ổn định vận hành của lưới điện.

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:

Trong trường hợp này, máy biến áp tự ngẫu truyền tải công suất từ hạ áp lên trung áp và cao áp, với các cuộn hạ, cuộn nối tiếp, và cuộn chung mang tải lớn nhất lần lượt là 64,888 MVA, 25,394 MVA, và 45,009 MVA Các giá trị này đều thấp hơn công suất thiết kế của máy là 80 MVA, chứng tỏ thiết bị hoạt động trong giới hạn an toàn và ổn định Bạn cần chú ý đến khả năng truyền tải và đảm bảo vận hành máy biến áp đúng tiêu chuẩn để tránh quá tải.

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

Các máy phát hiện tại yêu cầu hoạt động ở công suất định mức để đảm bảo hiệu quả vận hành tối ưu Trong quá trình này, công suất của máy biến áp tự ngẫu được chọn dựa trên chiều dương, phù hợp với từng cấp điện áp từ hạ áp đến trung áp và cao áp Việc xác định đúng công suất và điều chỉnh phù hợp giúp đảm bảo an toàn, ổn định cho hệ thống truyền tải điện năng.

+ Phía trung áp máy biến áp tự ngẫu: S Tsc (t ) = S UT (t ) − S B 4 − S B5

+ Phía hạ áp máy biến áp tự ngẫu: S Hsc (t ) = S Fdm − S DP (t ) − 1

5 S 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 ) − S Csc (t ) − S B1

+ Công suất cuộn nối tiếp: S nt = S Csc

+ Công suất cuộn chung: S ch = (1 − )S Csc + 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 t (giờ) 0-7 7-8 8-13 13-14 14-18 18-20 20-24

Trong chế độ sự cố cắt một máy biến áp tự ngẫu, công suất thiếu lớn nhất là 70,622 MVA xảy ra vào khung giờ 14h đến 20h, nhưng vẫn thấp hơn dự trữ quay của hệ thống là 350 MVA, đảm bảo hệ thống được bù đủ công suất thiếu hụt để duy trì ổn định vận hành.

Trong trường hợp này, máy biến áp tự ngẫu truyền tải công suất từ hạ áp và trung áp lên cao áp, đảm bảo hiệu quả truyền tải điện năng Các cuộn hạ áp, cuộn nối tiếp và cuộn chung đều mang tải lớn nhất lần lượt là 59,513 MVA, 50,789 MVA và 19,394 MVA, đều thấp hơn công suất thiết kế của máy là 80 MVA, cho thấy hoạt động an toàn và ổn định của hệ thống.

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

Máy biến áp và máy phát điện hoạt động với phụ tải bằng phẳng suốt cả năm, với công suất danh định S B1 = S B4 = S B5 = 70,624 MVA Do đó, tổn thất điện năng hàng năm của một máy biến áp hai cuộn dây ở phía trung áp và cao áp sẽ phụ thuộc vào công suất này, giúp đảm bảo hiệu quả hoạt động và tối ưu hóa chi phí vận hành hệ thống điện trong suốt năm.

B1dm 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:

Tổn thất điện năng một máy biến áp tự ngẫu trong một năm được tính như sau:

Kết hợp với số liệu trong Bảng 2.3 ta có các tính toán sau:

Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp của phương án 1 là:

2.2.1.5 Tính dòng điện cưỡng bức của các mạch a) Các mạch phía điện áp 220kV Đường dây nối giữa hệ thống điện và nhà máy điện thiết kế là một đường dây kép nên ta có dòng điện bình thường và dòng cưỡng bức được tính như sau:

TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Tính điện kháng các phần tử trong sơ đồ thay thế

a) Chọn các đại lượng cơ bản

• Dòng cơ bản ở cấp điện áp máy phát: U cb1 = 10,5 kV

• Dòng cơ bản ở cấp điện áp trung: U cb2 = 115 kV

• Dòng cơ bản ở cấp điện áp cao: U cb3 = 230 kV b) Hệ thống Điện kháng hệ thống: X ht = X *HT S cb

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

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

+ Dòng điện làm việc bình thường:

Tra Bảng 6.3 – Sách giáo trình Lưới điện – Trần Bách, với dây nhôm lõi thép và T max = 6244,637h ta được J kt = 1A/mm 2

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

 Ta chọn dây AC – 400 có x 0 = 0,424 và dòng điện cho phép I cp = 700A

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Dòng điện làm việc cưỡng bức:

I cb = 2.I lvbt = 2.308 = 616(A) Dòng điện cho phép hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt thanh dẫn: cp −0 '

70− 25 Thấy rằng I cb I cp ' nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài cho phép

+ Điện kháng của đường dây:

= X ht + X d = 0, 026 + 0, 040 = 0, 066 d) Máy biến áp tự ngẫu

- Điện áp ngắn mạch các cấp:

35 Đồ án môn học e) Máy biến áp hai dây quấn

- Máy biến áp hai dây quấn trung áp:

- Máy biến áp hai dây quấn cao áp:

Chọn các điểm để tính toán ngắn mạch

Để chọn các khí cụ điện và dây dẫn phù hợp trong các mạch điện ở các cấp điện áp khác nhau, việc tính toán dòng ngắn mạch tại vị trí lắp đặt là rất cần thiết Điều này giúp đảm bảo an toàn, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống điện, và tránh hỏng hóc do quá tải Việc xác định chính xác dòng ngắn mạch không chỉ giúp lựa chọn thiết bị phù hợp mà còn nâng cao độ bền và độ tin cậy của hệ thống điện trong mọi điều kiện vận hành.

Để đảm bảo hệ thống truyền tải điện 220 kV hoạt động an toàn và hiệu quả, việc chọn khí cụ điện và dây dẫn phù hợp tại điểm ngắn mạch N1 là rất quan trọng Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch này gồm hệ thống truyền tải và các nhà máy điện, giúp duy trì ổn định điện áp và giảm thiểu rủi ro sự cố trong quá trình vận hành hệ thống cao áp.

Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phù hợp cho các mạch trung áp 110 kV, cần xác định điểm ngắn mạch N2 Nguồn cung cấp điện cho điểm ngắn mạch này gồm hệ thống lưới điện và nhà máy phát điện Việc lựa chọn khí cụ và dây dẫn dựa trên phân tích điểm ngắn mạch giúp đảm bảo độ an toàn và ổn định cho hệ thống trung áp Chọn đúng điểm ngắn mạch là bước quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống truyền tải điện 110 kV.

Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phù hợp cho mạch hạ áp của máy phát điện, cần tập trung vào hai điểm ngắn mạch N 3 và N 4 Nguồn cung cấp điện cho điểm ngắn mạch N 3 chính là máy phát F 1, đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và hiệu quả Việc lựa chọn đúng khí cụ và dây dẫn dựa trên các điểm ngắn mạch này giúp hạn chế rủi ro và tối ưu hóa quá trình bảo trì, vận hành của hệ thống điện.

Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N 4 là hệ thống và nhà máy, trong đó máy phát

F 1 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 lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn phù hợp cho hệ thống hạ áp mạch tự dùng, phụ tải địa phương cần chọn điểm ngắn mạch N5 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch này gồm hệ thống điện và các máy phát điện, được tính bằng công thức I N5 = I N3 + I N4 Việc xác định chính xác dòng ngắn mạch tại điểm N5 giúp đảm bảo an toàn, tính ổn định của hệ thống và lựa chọn thiết bị phù hợp theo tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn an toàn điện.

Tính toán ngắn mạch cho phương án 1

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

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

Trong hệ thống, tất cả các máy phát đều giống nhau, cho phép nhóm các nhánh có nguồn E của các máy phát lại thành một nhóm nguồn duy nhất Việc này giúp đơn giản hóa và tối ưu hóa sơ đồ mạch, dễ dàng biến đổi và rút gọn sơ đồ mạch điện để nâng cao hiệu quả vận hành.

Hình 3.2 khi xét ngắn mạch tại vị trí N 1 , ta có:

Nhập các nhánh có nguồn E 2 và E 3 được nguồn E 6 và thông số điện kháng:

Nhập các nhánh có nguồn E 6 và E 7 sau đó rút gọn tiếp sơ đồ, ta có:

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 = ∞

+ Phía nhánh hệ thống: 1 = SHT = 3200 MVA, ta có:

Tra phụ lục 1, đường cong tính toán của nhà máy điện tua-bin hơi – Giáo trình

Ngắn mạch trong hệ thống điện, ta được: I CK1 (0) = 0,46 và I CK1 (∞) = 0,49

+ Phía nhánh các máy phát: 2 = S đmF = 75*5 = 375 MVA, ta có:

+ Dòng ngắn mạch phía hệ thống:

+ Dòng ngắn mạch phía các máy phát:

+ Dòng ngắn mạch tổng hợp:

+ Dòng xung kích tại N 1 : i xkN 1 = 2.k xk I N1 ''(0) = 2.1, 8.6, 566 , 714( kA)

Tất cả các máy phát đều giống nhau, do đó có thể nhóm các nhánh có nguồn E của các máy phát lại để đơn giản hóa sơ đồ Việc biến đổi và rút gọn sơ đồ, như minh họa trong Hình 3.2, giúp dễ dàng phân tích hệ thống khi xét ngắn mạch tại vị trí N2.

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

Biến đổi hình sao thành tam giác các điện kháng X 1 , X 14 , X 15 ta được:

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: 1 = S HT = 3200 MVA, ta có:

+ Dòng xung kích tại N 2 : i xkN 2 = 2.k xk I N 2 ''(0) = 2.1, 8.11, 859 = 30,188( kA)

Trong quá trình phân tích các máy phát, chúng ta nhận thấy tất cả các máy phát đều có cấu hình tương tự, do đó có thể nhóm các nhánh có nguồn E giống nhau thành một nhóm nguồn chung Việc này giúp đơn giản hóa quá trình tính toán và quản lý hệ thống, đặc biệt khi ngắn mạch xảy ra tại các điểm quan trọng trên hệ thống điện.

N 3 , ta cho máy phát F2 cắt ra, lúc này biến đổi và rút gọn sơ đồ Hình 3.2 khi xét ngắn mạch tại vị trí N 3 ta có:

Nhập các nhánh có nguồn E 3 , E 4 và E 5 được nguồn E 6 và thông số điện kháng:

Hình 3.8 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N 3 phương án 1 (3) b) Tính dòng ngắn mạch tại N 3 ở các thời điểm t = 0 và t = ∞

+ Dòng xung kích tại N 3 : i xkN 3 = 2.k xk I N 3 ''(0) = 2.1, 8.31, 232 = 79, 504( kA)

Do nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N 3 chỉ có máy phát F1 nên ta có sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau:

Hình 3.9 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N 4 phương án 1 b) Tính dòng ngắn mạch tại N 4 ở các thời điểm t = 0 và t = ∞

Ta có : S dm = S Fdm = 75MVA

Tra phụ lục 1, đường cong tính toán của nhà máy điện tua-bin hơi – Giáo trình Ngắn mạch trong hệ thống điện, ta được: I CK (0) = 7 và I CK (∞) = 2,7

+ Dòng xung kích tại N 4 : i xkN 4 = 2.k xk I N 4 ''(0) = 2.1, 91.28, 868 = 77, 977( kA)

3.3.5 Tính dòng ngắn mạch tại N 5

+ Dòng xung kích tại N 5 : i xkN 5 = i xkN 3 + i xkN 4 = 79, 504 + 77, 977 = 157, 481( kA)

3.3.6 Tổng hợp kết quả tính ngắn mạch phương án 1

Bảng 3.1 Tổng hợp tính ngắn mạch phương án 1 Điểm ngắn mạch I N ’’(0) (kA) I N ’’(∞) (kA) i xk (kA)

Tính toán ngắn mạch cho phương án 2

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

Hình 3.11 Sơ đồ thay thế phương án 2

Tất cả các máy phát đều giống nhau, cho phép nhóm các nhánh có nguồn E của các máy phát lại thành một nhóm nguồn duy nhất Việc này giúp đơn giản hóa và biến đổi sơ đồ, tối ưu hóa hệ thống và dễ dàng quản lý hơn.

Hình 3.11 khi xét ngắn mạch tại vị trí N 1 , ta có: Đồ án môn học

Rút gọn điện kháng nhánh bên trung áp:

Hình 3.12 Biến đổi sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N 1 phương án 2

Nhập các nhánh có nguồn E 5 và E 7 sau đó rút gọn tiếp sơ đồ, ta có:

15 + X 18 0,167 + 0,144 b) Tính dòng ngắn mạch tại N 1 ở các thời điểm t = 0 và t = ∞

+ Dòng xung kích tại N 1 : i xkN 1 = 2.k xk I N1 ''(0) = 2.1, 8.6, 943 , 674( kA)

Tất cả các máy phát đều giống nhau, do đó có thể nhập các nhánh có nguồn E phía đối diện của các máy phát lại thành một nhóm nguồn duy nhất Việc này giúp đơn giản hóa sơ đồ mạch và dễ dàng biến đổi, rút gọn sơ đồ mạch điện, tăng khả năng phân tích và thiết kế hệ thống một cách hiệu quả.

Hình 3.11 khi xét ngắn mạch tại vị trí N 2 , ta có:

Rút gọn điện kháng nhánh bên trung áp:

20 + X 18 0, 294 + 0,108 b) Tính dòng ngắn mạch tại N 2 ở các thời điểm t = 0 và t = ∞

+ Dòng xung kích tại N 2 : i xkN 2 = 2.k xk I N 2 ''(0) = 2.1, 8.10, 629 = 27, 057( kA) a) Biến đổi sơ đồ thay thế

Tất cả các máy phát đều có đặc điểm giống nhau, cho phép chúng ta nhóm các nhánh có nguồn điện E vào một nhóm nguồn duy nhất Việc này giúp đơn giản hóa quá trình phân tích mạch, đặc biệt khi xảy ra ngắn mạch tại một điểm trong hệ thống.

N 3 , ta cho máy phát F3 cắt ra, lúc này biến đổi và rút gọn sơ đồ Hình 3.11 khi xét ngắn mạch tại vị trí N 3 ta có:

Nhập các nhánh có nguồn E 6 và E 7 được nguồn E 8 và thông số điện kháng: Đồ án môn học

17 0,116 b) Tính dòng ngắn mạch tại N 3 ở các thời điểm t = 0 và t = ∞

+ Phía nhánh hệ thống: 1 = SHT = 3200 MVA, ta có:

+ Dòng xung kích tại N 3 : i xkN 3 = 2.k xk I N 3 ''(0) = 2.1, 8.29, 923 = 76,172( kA)

Do nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N 3 chỉ có máy phát F1 nên ta có sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau:

Hình 3.17 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N 4 phương án 2 b) Tính dòng ngắn mạch tại N 4 ở các thời điểm t = 0 và t = ∞

Như đã tính toán tương tự ở mục 3.3.4 Tính dòng ngắn mạch tại N4 Dòng ngắn mạch tại N 4 có các trị số như sau:

Dòng xung kích tại N 4 : i xkN 4 = 2.k xk I N 4 ''(0) = 2.1, 91.28, 868 = 77, 977( kA)

3.4.5 Tính dòng ngắn mạch tại N 5

I N 5 ''( ) = I N 3 ''( ) + I N 4 ''( ) = 32, 067 + 11,135 = 43, 202( kA) Đồ án môn học

+ Dòng xung kích tại N 5 : i xkN 5 = i xkN 3 + i xkN 4 = 76,172 + 77, 977 = 154,149( kA)

3.4.6 Tổng hợp kết quả tính ngắn mạch phương án 2

Bảng 3.2 Tổng hợp tính ngắn mạch phương án 2 Điểm ngắn mạch I N ’’(0) (kA) I N ’’(∞) (kA) i xk (kA)

TÍNH TOÁN CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Chọn sơ đồ nối điện chính cho các phương án

Trong nhà máy điện, sơ đồ điện là hệ thống kết nối các thiết bị và khí cụ điện nhằm đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn Yêu cầu chung của sơ đồ nối điện bao gồm tính đảm bảo, độ tin cậy cao, cấu tạo đơn giản, vận hành linh hoạt, tiết kiệm chi phí và đảm bảo an toàn cho người vận hành Tính đảm bảo của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng của hộ tiêu thụ điện trong hệ thống.

Hộ tiêu thụ điện loại 1 cần được cung cấp điện bằng hai đường dây xuất phát từ hai nguồn độc lập, mỗi nguồn đảm bảo cung cấp công suất đủ để duy trì hoạt động khi nguồn kia gặp sự cố Tính linh hoạt của sơ đồ này thể hiện rõ qua khả năng thích ứng với nhiều trạng thái vận hành khác nhau, đảm bảo tính liên tục và ổn định của nguồn điện.

Tính kinh tế của sơ đồ được tối ưu hóa thông qua việc sử dụng các hệ thống thanh góp và số lượng khí cụ điện phù hợp Đồng thời, cách bố trí thiết bị trong sơ đồ cần đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người vận hành, giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điện.

Dựa trên nhiệm vụ cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp và vai trò của nhà máy trong hệ thống, các phương án sơ đồ nối điện đã được thiết kế phù hợp để đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả vận hành Các lựa chọn sơ đồ này nhằm tối ưu hóa sự phân phối điện năng, giảm thiểu rủi ro mất điện, đồng thời phù hợp với đặc thù hệ thống và yêu cầu kỹ thuật của nhà máy Việc lựa chọn sơ đồ nối điện hợp lý đảm bảo sự an toàn, ổn định và hiệu quả cao trong truyền tải điện, góp phần nâng cao năng suất và giảm chi phí vận hành hệ thống.

- Phía 220kV: Dùng sơ đồ hai hệ thống thanh góp có máy cắt liên lạc.

- Phía 110kV: Dùng sơ đồ hai hệ thống thanh góp có máy cắt liên lạc.

- Phía 10kV: Không dùng hệ thống thanh góp đầu cực máy phát

Tính toán kinh tế của các phương án

4.2.1 Phương án 1 a) Sơ đồ nối điện chi tiết

55 Đồ án môn học b) Chọn máy cắt

Máy cắt điện là thiết bị quan trọng dùng để đóng cắt mạch điện trong các tình huống bình thường cũng như khi xảy ra ngắn mạch, đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện Việc lựa chọn máy cắt điện phù hợp dựa trên các điều kiện về dòng tải, dòng ngắn mạch và công suất của hệ thống để đảm bảo hiệu quả vận hành và an toàn cho các thiết bị điện và người dùng.

- Điện áp định mức của máy cắt: U đm U đm mạng

- Dòng điện định mức của máy cắt: I đm I cb

- Dòng điện cắt định mức của máy cắt: I cắt đm I”

Icb là dòng cưỡng bức của mạch đặt máy cắt.

I” là dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phần chu kỳ.

Ngoài ra máy cắt được chọn phải kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch :

- Kiểm tra điều kiện ổn định động: i đđm i xk (với i xk là dòng xung kích khi ngắn mạch)

Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt thể hiện qua tiêu chuẩn I2 nhđm t nhđm B N, trong đó B N là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch Đối với các máy cắt có dòng định mức 1000A trở lên, không cần thực hiện kiểm tra ổn định nhiệt Các máy cắt tại cùng cấp điện áp nên được chọn cùng loại chủng loại Việc chọn máy cắt cho phương án 1 dựa trên kết quả tính dòng cưỡng bức và dòng ngắn mạch, theo hướng dẫn trong Bảng 3.3, Phụ lục 3 của sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp.

Bảng 4.1 Chọn máy cắt cho phương án 1

Trong hệ thống điện, tên mạch và điểm Uđm là các yếu tố quan trọng trong phân tích và thiết kế mạch điện Các đại lượng tính toán như I cb, I” và i xk phản ánh khả năng chịu tải và các đặc tính của máy cắt, giúp đảm bảo an toàn hệ thống Loại và các đại lượng định mức như I đm, I cđm, và I đđm được xác định dựa trên ứng dụng thực tế để phù hợp với các mức ngắn mạch, đảm bảo hoạt động ổn định của các thiết bị điện Các thông số kỹ thuật như kA và kV đều đóng vai trò trong việc đánh giá khả năng chịu tải và cách ly của hệ thống, góp phần tối ưu hoá thiết kế và vận hành lưới điện.

Hạ áp MBA N 3 10,5 4,330 31,232 79,504 8BK40 12 5 63 160 liên lạc

Tự dùng, tải N 5 10,5 60,100 157,481 8BK40 12 5 63 160 địa phương c) Tính vốn đầu tư

Vốn đầu tư của một phương án được tính như sau:

Trong đó: + V B : vốn đầu tư máy biến áp, V B = k B v B

Với: k B là hệ số xét đến việc vận chuyến và lắp ráp máy biến áp. v B là giá tiền mua máy biến áp.

+ V TBPP : Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối Phương án sử dụng:

- 2 máy biến áp tự ngẫu loại ATДцHTH 160 có k B = 1,4 Giá tiền 7400.10 6 đồng/máy.

- 2 máy biến áp ba pha hai dây quấn bên trung áp TPДцHH 80 có k B = 1,5 Giá tiền 4160.10 6 đồng/máy.

- 1 máy biến áp ba pha hai dây quấn bên cao áp TPДцHH 80 có k B = 1,4 Giá tiền 4360.10 6 đồng/máy.

• Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp của phương án 1

• Tổng vốn đầu tư mua thiết bị phân phối phương án 1

- n 1 , n 2 , , n n là số mạch thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U 1 , U 2 , ,U n

- v TBPP1 , v TBPP 2 , , v TBPPn là giá tiền thiết bị ứng với cấp điện áp U 1 , U 2 , ,U n

Từ sơ đồ nối điện của phương án 1 (Hình 4.1) ta thấy:

- Cấp điện áp 220 kV gồm 6 mạch máy cắt SF6 loại 3Q1-245/4000 có giá: 1125.10 6 6 = 6, 750.10 9 (đồng)

- Cấp điện áp 10,5 kV gồm 9 máy cắt không khí loại 8BK40-12/5000 có giá:

Tổng vốn đầu tư thiết bị của phương án 1 (chủ yếu là máy cắt) là:

• Tổng vốn đầu tư cho phương án 1

V 1 = V B + V TBPP = (39, 740 + 16, 875).10 9 = 56, 615.10 9 (đồng) d) Tính chi phí vận hành hàng năm

Chi phí tổn vận hành hàng năm được xác định theo công thức sau:

- P k : khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn

Với a: hệ số khấu hao (%) k 100 Đối với phương án 1: P = 6, 4.50, 075.10 9

- P t : chi phí tổn thất điện năng hàng năm (chủ yếu trong máy biến áp)

P t = A Với : giá tiền 1 kWh tổn thất (500 đồng/kWh) Đối với phương án 1: P t1 = 500.10783426, 65 = 5, 392.10 9 (đồng)

- P p : chi phí nhân công (thường rất nhỏ trong chi phí vận hành hàng năm, có thể bỏ qua)

Vậy chi phí vận hành hàng năm của phương án 1 là:

Chi phí tính toán phương án 1 được xác định như sau:

Trong đó a dm là hệ số định mức của hiệu quả kinh tế, a dm = 0,15

4.2.2 Phương án 2 a) Sơ đồ nối điện chi tiết

Hình 4.2 Sơ đồ nối điện phương án 2 Đồ án môn học b) Chọn máy cắt

Máy cắt điện chọn theo các điều kiện tương tự như phương án 1, dựa trên kết quả tính dòng cưỡng bức và dòng ngắn mạch Việc xác định máy cắt phù hợp được thực hiện dựa trên các thông số kỹ thuật và khả năng chịu tải của thiết bị, đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện Tham khảo bảng lựa chọn máy cắt giúp đưa ra quyết định chính xác phù hợp với yêu cầu của phương án 2.

Bảng 4.2 Chọn máy cắt cho phương án 2

Trong hệ thống điện, tên mạch và điểm Uđm là những yếu tố quan trọng để xác định các đại lượng tính toán của mạch, bao gồm các thông số như I cb, I”, i, xk, cắt U đm, I đm, I cđm, và i đđm Các đại lượng này giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho mạch điện, đồng thời tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan Máy móc sử dụng trong hệ thống cần được chọn phù hợp dựa trên các chỉ tiêu định mức như dòng ngắn mạch (kA), điện áp (kV), và các đại lượng điện khác, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của hệ thống điện.

Tự dùng, tải N 5 10,5 58,791 154,149 8BK40 12 5 63 160 địa phương c) Tính vốn đầu tư

Vốn đầu tư của phương án 2 được tính tương tự phương án 1, như sau:

- 2 máy biến áp tự ngẫu loại ATДцHTH 160 có k B = 1,4 Giá tiền 7400.10 6 đồng/máy.

- 1 máy biến áp ba pha hai dây quấn bên trung áp TPДцHH 80 có k B = 1,5 Giá tiền 4160.10 6 đồng/máy.

- 2 máy biến áp ba pha hai dây quấn bên cao áp TPДцHH 80 có k B = 1,4 Giá tiền 4360.10 6 đồng/máy.

• Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp của phương án 2

• Tổng vốn đầu tư mua thiết bị phân phối phương án 2

Từ sơ đồ nối điện của phương án 2 (Hình 4.2) ta thấy:

- Cấp điện áp 220 kV gồm 7 mạch máy cắt SF6 loại 3Q1-245/4000 có giá: 1125.10 6 7 = 7,875.10 9 (đồng)

- Cấp điện áp 10,5 kV gồm 9 máy cắt không khí loại 8BK40-12/5000 có giá:

Tổng vốn đầu tư thiết bị của phương án 2 (chủ yếu là máy cắt) là:

• Tổng vốn đầu tư cho phương án 2

V 2 = V B + V TBPP = (40, 040 + 17, 325).10 9 = 57, 365.10 9 (đồng) d) Tính chi phí vận hành hàng năm

Chi phí tổn vận hành hàng năm được xác định theo công thức sau:

- P k : khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn

Với a: hệ số khấu hao (%) k 100 Đối với phương án 2: P = 6, 4.57,365.10 9

- P t : chi phí tổn thất điện năng hàng năm (chủ yếu trong máy biến áp)

P t = A Với : giá tiền 1 kWh tổn thất (500 đồng/kWh) Đối với phương án 2: P t 2 = 500.10675561, 44 = 5, 338.10 9 (đồng)

- P p : chi phí nhân công (thường rất nhỏ trong chi phí vận hành hàng năm, có thể bỏ qua)

Vậy chi phí vận hành hàng năm của phương án 2 là:

Chi phí tính toán phương án 2 được xác định như sau:

Trong đó a dm là hệ số định mức của hiệu quả kinh tế, a dm = 0,15

Lựa chọn phương án tối ưu

Bảng 4.3 Bảng tổng kết chi phí hai phương án

Chỉ tiêu Vốn đầu tư V Chi phí vận hành P Chi phí tính toán Z

(10 9 đồng) (10 9 đồng) (10 9 đồng) Phương án

Dựa trên các tiêu chí về vốn đầu tư, chi phí vận hành và chi phí tính toán, phương án 1 đều có tổng chi phí thấp hơn so với phương án 2 Do đó, phương án 1 được xác định là giải pháp tối ưu, phù hợp để lựa chọn nhằm tối đa hóa hiệu quả kinh tế.

Vậy ta chọn phương án 1 làm phương án tính toán thiết kế.

CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN

Chọn máy cắt điện và dao cách ly

Ta đã tính toán và chọn máy cắt tại Bảng 4.1 trước đó Bảng lựa chọn máy cắt được thể hiện một lần nữa như sau:

Bảng 5.1 Chọn máy cắt điện

Trong mạng điện, tên mạch và điểm Uđm đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các đại lượng tính toán như I cb, I”, i xk, giúp đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống Các loại thiết bị như máy cắt có các đại lượng định mức ngắn mạch như I đm, I cđm, và I đđm, đều được xác định dựa trên các thông số kỹ thuật của mạch điện nhằm đảm bảo khả năng chịu tải và bảo vệ hệ thống khỏi quá tải Việc đánh giá các đại lượng này trong các mạch điện có giá trị kA và kV là cần thiết để chọn lựa thiết bị phù hợp, đảm bảo sự ổn định và an toàn cho hệ thống phân phối điện.

Tự dùng, tải N 5 10,5 60,100 157,481 8BK40 12 5 63 160 địa phương

Dao cách ly dùng để ngắt mạch với dòng không tải Chúng được chọn theo các điều kiện sau:

- Điện áp định mức của dao cách ly: U đm U đm mạng

- Dòng điện định mức của dao cách ly: I đm I cb

- Điều kiện kiểm tra ổn định động: i đđm i xk (i xk là dòng xung kích khi ngắn mạch)

Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt dựa trên công thức I²nhđm · t nhđm ≤ B N, trong đó B N là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch Đối với các dao cách ly có dòng định mức 1000A, không cần thực hiện kiểm tra ổn định nhiệt Các dao cách ly ở cùng cấp điện áp nên được chọn cùng chủng loại để đảm bảo độ an toàn và hiệu quả Căn cứ vào kết quả tính dòng cưỡng bức và dòng ngắn mạch, ta tiến hành lựa chọn dao cách ly phù hợp theo bảng quy định.

Bảng 5.2 Chọn dao cách ly

Trong mạch điện, tên mạch điện và điểm Uđm đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các đại lượng tính toán như Icb, I”, và i xk dao Các loại đại lượng định mức ngắn mạch như I đm, I đỉnh đđm, và I”, giúp đánh giá khả năng chịu tải của hệ thống Mức cách ly an toàn được xác định dựa trên các giá trị điện áp kV và dòng điện kA, đảm bảo an toàn cho thiết bị và người vận hành trong quá trình vận hành và bảo trì hệ thống điện.

Hạ áp MBA N 3 10,5 4,330 31,232 79,504 PBK- 20 5 200 liên lạc 20/5000

Tự dùng, tải N 5 10,5 60,100 157,481 PBK- 20 5 200 địa phương 20/5000

Chọn thanh dẫn cứng cho mạch máy phát điện

5.2.1 Chọn tiết diện thanh dẫn cứng

Thanh dẫn cứng được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép:

- I’ cp : dòng điện cho phép làm việc lâu dài đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt thanh dẫn.

Với: cp = 70 0 C : nhiệt độ cho phép làm việc lâu dài của thanh dẫn

0 = 35 0 C : nhiệt độ môi trường nơi đặt thanh dẫn

0qd = 25 0 C : nhiệt độ quy đổi khi tính I cp

- I cb : dòng điện làm việc cưỡng bức qua thanh dẫn, I cb = I cbH = 4,330 kA

Chọn thanh dẫn bằng máng đồng nhằm giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát cho hệ thống Các thanh dẫn này có các thông số kỹ thuật phù hợp để đảm bảo hiệu quả truyền dụng tối ưu Việc sử dụng máng đồng trong thanh dẫn giúp nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống, giảm nhiệt lượng thất thoát và cải thiện độ bền của thiết bị Do đó, lựa chọn thanh dẫn có cấu hình phù hợp là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hoạt động của hệ thống làm mát.

Bảng 5.3 Chọn thanh dẫn mạch máy phát

I cp , Kích thước Tiết Momen trở kháng Momen quán tính kA (mm) diện (cm 3 ) (cm 4 ) một cực Một thanh Hai Một thanh Hai

(mm 2 ) thanh thanh h b c r W x-x W y-y W yo-yo J x-x J y-y J yo-yo

5.2.2 Kiểm tra ổn định động thanh dẫn cứng

Hình 5.1 Mặt cắt của thanh dẫn

Trong đó, các pha của thanh dẫn được bố trí nằm ngang và hai nửa được hàn chặt.

Theo tiêu chuẩn độ bền cơ, ứng suất của vật liệu thanh dẫn không được vượt quá ứng suất cho phép của nó, với yêu cầu: σtt ≤ σcp Đối với đồng, ứng suất cho phép là σcp = 1400 kG/cm² Trong các thanh dẫn, ứng suất nội tại gồm hai thành phần chính: ứng suất do lực tác động giữa các pha gây ra (σ1) và ứng suất do lực tương tác giữa các thanh dẫn trong cùng một pha (σ2).

Vậy ứng suất tính toán phải thỏa mãn: σ tt = σ 1 + σ 2 1400 kG/cm 2

Lực điện động trên thanh dẫn các pha khác nhau:

Trong đó: i xk : dòng điện xung kích (kA) tại đầu máy phát, i xk = 77, 977kA l 1 : chiều dài 1 nhịp thanh dẫn (cm), l 1 = 120cm a : khoảng cách giữa các pha (cm), a = 60cm

Với số nhịp lớn hơn 3, ta có momen uốn:

10 10 Ứng suất do lực điện động giữa các pha khác nhau, với hai nửa thanh dẫn được hàn chặt:

Lực điện động hai thanh dẫn trong cùng một pha:

Trong đó: i xk : dòng điện xung kích (kA) tại đầu máy phát, i xk = 77, 977kA l 2 : khoảng cách giữa hai miếng đệm (cm) h : kích thước thanh dẫn, xem Hình 5.1, h , 5cm

2 12 12 2 Ứng suất do lực điện động giữa 2 thanh dẫn trong cùng một pha sinh ra:

• Ứng suất tính toán σ tt và khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm l 2

Biết rằng điều kiện ổn định động: tt = 1 + 2 1400( kG / cm 2 )

Trong việc so sánh khoảng cách giữa hai sứ liền nhau, khoảng cách giữa sứ thứ nhất (L1) là 120cm, trong khi khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm (L2) lên tới 250cm Điều này cho thấy, với chiều dài L2 lớn hơn L1, không cần thiết phải đặt thêm các miếng đệm giữa các sứ đỡ, vì khoảng cách L2 vẫn phù hợp và không gây ảnh hưởng đến kết cấu Đây là một giải pháp tối ưu giúp tiết kiệm vật liệu và đảm bảo độ an toàn của hệ thống.

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

Tần số dao động riêng của thanh dẫn phải nằm ngoài vùng cộng hưởng, giới hạn ±10% so với tần số chính của hệ thống Đối với hệ thống hoạt động ở tần số 50Hz, tần số riêng cần nằm ngoài khoảng 45 đến 55Hz, cũng như ngoài khoảng 90 đến 110Hz để đảm bảo tránh cộng hưởng gây tổn thất hoặc hỏng hóc thiết bị Việc kiểm soát tần số dao động riêng nhằm nâng cao độ an toàn và độ bền của hệ thống điện.

Tần số riêng của thanh dẫn được xác định theo công thức sau: f = 3, 65 E J yo − yo 10

Trong đó: E : môđun đàn hồi của vật liệu thanh dẫn, E Cu = 1,1.10 6 kG / cm 2

: khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn, Cu = 8, 93 g / cm 2 l : độ dài thanh dẫn giữa hai sứ, l 0cm

S : tiết diện ngang của thanh dẫn, S , 7cm 2

J yo − yo : mômen quán tính của thanh dẫn, J yo − yo = 625cm 4

Thành phần tần số này nằm ngoài khu vực cộng hưởng chính của hệ thống, do đó, thanh dẫn đã chọn các giá trị phù hợp để đảm bảo điều kiện dao động riêng Việc này giúp hệ thống hoạt động ổn định và tránh hiện tượng cộng hưởng không mong muốn Chọn tần số thích hợp là yếu tố quan trọng để duy trì hiệu suất hoạt động tối ưu của thiết bị.

5.2.4 Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng a) Điều kiện chọn sứ (đặt trong nhà)

Sứ được chọn theo điều kiện: U đmsứ U đm mạng = 10 kV Vậy ta chọn loại sứ O P-

10-750-IIYT3 có thông số kỹ thuật như sau:

Loại sứ Điện áp, kV Lực phá loại Chiều cao, mm Định mức Trạng thái khô nhỏ nhất, kG

66 Đồ án môn học b) Kiểm tra ổn định động

Hình 5.2 Mô tả sứ đỡ Điều kiện kiểm tra ổn định động: F’ tt ≤ F cp = 0,6.F ph

Với F’ tt : lực động điện đặt lên đầu sứ

F ph : lực phá hoại cho phép của sứ

Do F ' tt F cp nên sứ đã chọn đảm bảo yêu cầu ổn định động

Chọn thanh dẫn mềm

Thanh dẫn mềm được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép:

Dòng I' cp cho phép làm việc lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt thanh dẫn thông qua hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, ký hiệu là k hc Công thức tính I' cp = k hc I cp cho phép xác định dòng làm việc an toàn và hiệu quả của thanh dẫn trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau, đảm bảo độ bền và độ tin cậy của hệ thống điện.

I cb : dòng làm việc cưỡng bức

Các thanh dẫn được chọn phải thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi xảy ra ngắn mạch:

Trong đó: S là tiết diện của thanh dẫn mềm

B N là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch 3 pha Đồ án môn học

C là hằng số phụ thuộc vật liệu thanh dẫn, C Al = 79 A 2 s

Thanh dẫn chọn đồng thời phải thoả mãn điều kiện chống phát sinh vầng quang. Với điện áp 100 kV trở lên ta phải kiểm tra theo điều kiện :

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

Dòng cưỡng bức trên thanh góp cấp điện áp 220 kV là: I cb = 0,616 kA

Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm, ta có:

Ta chọn được thông số kỹ thuật cho loại dây nhôm lõi thép như sau:

Bảng 5.5 Chọn thanh dẫn mềm 220kV

Tiết diện chuẩn Tiết diện, mm 2 Đường kính, mm I cp , A (đặt trong nhà)

Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép

400/22 394 22 26,6 6 715 a) Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

Khi ngắn mạch xung lượng nhiệt do dòng ngắn mạch sinh ra được tính theo công thức:

Với: t cat : thời gian cắt của máy cắt (thời gian tồn tại ngắn mạch), giả thiết t cat = 1s

I t : giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch tại thời điểm t, được xác định như sau: I t = I CKt 2 + I TDt 2

B N =0 t cat ( I CKt 2 + I KCKt 2 ).dt =0 t cat I CKt 2 dt +0 t cat I KCKt 2 dt = B NCK + B NKCK

B NCK : xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ

B NKCK : xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ

B NCK được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị: B NCK = I tbi 2 t 1

Theo kết quả tính toán ở mục 3.3.1 Tính dòng ngắn mạch tại N1, ta có:

- Điện kháng tính toán phía hệ thống: X tt1 = 2,112

Tra đường cong tính toán tại các thời điểm khác nhau, ta được:

- Điện kháng tính toán phía nhà máy: X tt 2 = 0, 326

Vậy dòng ngắn mạch tại N1 ở các thời điểm là:

Suy ra xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ:

Vì t cat = 1s (tương đối lớn) nên B NKCK được tính theo biểu thức :

T a là hằng số thời gian tương đương của lưới điện Với lưới cao áp, lấy T a = 0, 05s

• Tính B N và kiểm tra ổn định nhiệt

Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh góp 220 kV là :

B N = B NCK + B NKCK = 33,822 + 2,156 = 35,978 kA 2 s = 35,978.10 6 A 2 s Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn đã chọn có tiết diện nhỏ nhất là:

Sử dụng dây dẫn có diện tích S chọn là 400 mm², lớn hơn giá trị S min = 75,926 mm², đảm bảo đáp ứng điều kiện ổn định nhiệt của hệ thống điện Ngoài ra, kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang cho thấy rằng voltage U vq không vượt quá giới hạn U đmmạng, đảm bảo an toàn và ổn định trong quá trình vận hành hệ thống điện.

Trong đó: U vq là điện áp tới hạn phát sinh vầng quang Nếu dây dẫn 3 pha được bố trí trên ba đỉnh của tam giác đều thì ta có:

Hệ số m, bằng 0,85, phản ánh độ xù xì của bề mặt dây dẫn, góp phần vào tính toán chính xác trong thiết kế hệ thống điện Bán kính ngoài của dây dẫn, r, được xác định là 1,33cm, dựa trên công thức r = 2,66/2 Khoảng cách giữa các trục dây dẫn, a, là 5 mét (500cm), đảm bảo độ an toàn và ổn định trong quá trình lắp đặt Các yếu tố này đều quan trọng để đảm bảo hiệu quả truyền tải điện, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật trong hệ thống dây dẫn.

Thay vào công thức trên ta có:

Các thanh góp 220 kV được bố trí trên mặt phẳng nằm ngang làm giảm U vq của pha giữa đi 4%, trong khi U vq của pha bên lại tăng lên 6% Do đó, ta chỉ cần tập trung xét U vq của pha giữa để đánh giá tác động.

Như vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang.

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

Dòng cưỡng bức trên thanh góp cấp điện áp 110 kV là: Icb = 0,413 kA

Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm, ta có:

Ta chọn được thông số kỹ thuật cho loại dây nhôm lõi thép như sau:

Bảng 5.6 Chọn thanh dẫn mềm 110kV

Tiết diện chuẩn Tiết diện, mm 2 Đường kính, mm I cp , A (đặt trong nhà)

Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép

240/32 244 31,7 21,6 7,2 505 a) Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

B NCK được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị: B NCK

Theo kết quả tính toán ở mục 3.3.2 Tính dòng ngắn mạch tại N2, ta có:

- Điện kháng tính toán phía hệ thống: X tt1 = 3, 488 3

= I CK1 (0)=I CK1 (0,1)=I CK1 (0, 2)=I CK1 (0,5)=I CK1 (1) = 3, 4881

- Điện kháng tính toán phía nhà máy: X tt 2 = 0, 266

Vậy dòng ngắn mạch tại N2 ở các thời điểm là:

= I tbi 2 t 1 Đồ án môn học

Suy ra xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ:

Vì t cat = 1s (tương đối lớn) nên B NKCK được tính theo biểu thức :

T a là hằng số thời gian tương đương của lưới điện Với lưới cao áp, lấy T a = 0, 05s

• Tính B N và kiểm tra ổn định nhiệt

Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh góp 110 kV là :

B N = B NCK + B NKCK = 97,522 + 7, 032 = 104,554 kA 2 s 4,554.10 6 A 2 s Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn đã chọn có tiết diện nhỏ nhất là:

Ta thấy S chọn = 240 mm 2 > S min = 129,432 mm 2 Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt.

72 Đồ án môn học Điều kiện kiểm tra: U vq U đmmạng

Trong đó: U vq là điện áp tới hạn phát sinh vầng quang Nếu dây dẫn 3 pha được bố trí trên ba đỉnh của tam giác đều thì ta có:

Trong bài viết này, hệ số m = 0,85 phản ánh độ xù xì của bề mặt dây dẫn, trong khi bán kính ngoài của dây dẫn là r = 1,33cm, được tính từ công thức r = 2,66/2 Khoảng cách giữa các trục dây dẫn là a = 500cm (hoặc 5 mét) Thay các giá trị này vào công thức đã cho sẽ giúp xác định các đặc tính điện từ liên quan đến hệ thống dây dẫn này.

Các thanh góp 110 kV được bố trí trên mặt phẳng nằm ngang, dẫn đến giảm 4% U vq của pha giữa và tăng 6% U vq của pha bên Do đó, việc tập trung xét U vq của pha giữa là hợp lý để đánh giá ảnh hưởng của cấu trúc này.

Như vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang.

Chọn máy biến áp đo lường

5.4.1 Chọn máy biến điện áp (BU) a) Chọn BU cho cấp 10,5 kV

Loại biến điện áp được chọn phù hợp dựa trên vị trí lắp đặt, sơ đồ nối dây và chức năng của nó, đảm bảo hiệu quả truyền tải điện năng Để cấp điện cho công tơ, chỉ cần sử dụng hai biến dòng (BU) một pha được đấu theo kiểu V/V, giúp đơn giản hóa hệ thống và nâng cao độ tin cậy.

- Điều kiện về điện áp: U đmBU U đmmạng = 10,5 kV

- Cấp chính xác của BU: vì cấp điện cho công tơ nên BU có cấp chính xác là 0,5

- Công suất định mức: tổng phụ tải nối vào BU (S 2 ) phải nhỏ hoặc bằng công suất định mức của BU với cấp điện áp đã chọn : S 2 S đmBU

Hình 5.3 Sơ đồ nối các dụng cụ đo

Ta phải phân bố các đồng hồ điện phía thứ cấp đồng đều cho hai BU tương ứng như bảng sau:

Bảng 5.7 Phân bố đồng hồ điện thứ cấp BU

Ký hiệu Phụ tải BU pha AB Phụ tải BU pha BC

Biến điện áp pha AB có:

20, 675 Biến điện áp pha BC có:

Ta chọn BU cho cấp điện áp 10,5 kV có thông số :

Bảng 5.8 Chọn BU cấp 10,5kV

Kiểu BU Cấp điện áp Điện áp định mức (V) Công suất định mức

(kV) Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp Cấp 0,5 Cấp 1

• Chọn dây dẫn nối giữa BU và các dụng cụ đo lường:

Tiết diện dây dẫn cần được chọn sao cho tổn thất điện áp không vượt quá 0,5% điện áp định mức thứ cấp khi có công tơ và không quá 0,3% khi không có công tơ Việc lựa chọn tiết diện phù hợp giúp đảm bảo hiệu quả truyền tải điện và giảm thiểu mất mát năng lượng, đồng thời đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện Tuân thủ các tiêu chuẩn về tổn thất điện áp là yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống dây dẫn để duy trì chất lượng điện năng.

Để đảm bảo độ bền cơ, tiết diện tối thiểu của dây dẫn là 1,5 mm² đối với dây đồng và 2,5 mm² đối với dây nhôm khi không nối với dụng cụ đo điện năng Khi kết nối với dụng cụ đo điện năng, tiêu chuẩn này yêu cầu tối thiểu là 2,5 mm² cho dây đồng và 4 mm² cho dây nhôm, nhằm đảm bảo an toàn và độ bền của hệ thống điện.

Tính dòng điện trong các dây dẫn:

U bc 100 Để đơn giản ta coi I a = I c = 0,2 A và cos ab = cos bc = 1

Như vậy dòng điện I b = 3 I a = 3.0, 2 = 0, 346 A Điện áp giáng trên dây a và b bằng :

Trong trường hợp khoảng cách từ dụng cụ đo đến BU là 50 mét và góc lệch pha giữa I a và I b bỏ qua, nên xác định tiết diện dây dẫn phù hợp dựa trên đặc điểm của mạch có công tơ Với điện áp U đạt 0,5% (tương đương 0,5V), việc chọn đúng tiết diện dây dẫn là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và giảm thiểu tổn thất điện năng trong hệ thống.

Theo tiêu chuẩn về độ bền cơ học, dây dẫn được chọn là dây đồng có tiết diện S 1,5mm² để sử dụng trong các trường hợp không nối với dụng cụ đo điện năng, và tiết diện S 2,5mm² cho dây dẫn kết nối với dụng cụ đo điện năng, đảm bảo an toàn và hiệu quả Đối với cấp điện 110 kV và 220 kV, cần lựa chọn thiết bị BU phù hợp để đảm bảo truyền tải điện ổn định, hiệu quả và đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.

Phụ tải thứ cấp của BU phía 110kV và 220kV chủ yếu là các cuộn dây điện áp của đồng hồ Vônmét, có tổng trở tương đối lớn dẫn đến công suất tiêu thụ thấp Do đó, không cần phải tính phụ tải thứ cấp trong các hệ thống này để đảm bảo hiệu quả vận hành và an toàn.

Nhiệm vụ chính của các BU ở các cấp điện áp này là kiểm tra cách điện và đo lường điện áp để đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định hệ thống điện Để thực hiện công việc này hiệu quả, chúng ta lựa chọn ba biến điện áp một pha đấu theo kiểu Y0 /Y0, giúp đo lường chính xác điện áp và đánh giá tình trạng cách điện của hệ thống Việc sử dụng bộ biến điện áp phù hợp là yếu tố quan trọng trong quá trình kiểm tra, đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy của hệ thống điện trong quá trình vận hành.

Ta chọn các BU có thông số sau :

Bảng 5.9 Chọn BU cấp 110kV và 220kV

Kiểu BU Cấp Điện áp định mức (V) Công suất định Công điện áp mức suất

(kV) Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp Cấp 0,5 Cấp 1 max

5.4.2 Chọn máy biến dòng (BI)

Máy biến dòng điện được chọn theo các điều kiện sau :

Sơ đồ nối dây của máy biến dòng điện phụ thuộc vào nhiệm vụ chính của thiết bị và vị trí đặt Việc lựa chọn kiểu máy biến dòng điện phù hợp rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động và độ chính xác trong hệ thống điện Chọn đúng sơ đồ và kiểu máy giúp tối ưu hóa khả năng đo lường và bảo vệ hệ thống điện, đồng thời giảm thiểu rủi ro gây hỏng hóc.

- Điện áp định mức : U đmBI U đmmạng

- Dòng điện định mức sơ cấp : I đmSC I cb

Chọn cấp chính xác của thiết bị đo BI phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo để đảm bảo độ chính xác cao nhất Phụ tải thứ cấp của BI cần được chọn tương ứng với cấp chính xác đã xác định nhằm duy trì độ chính xác trong quá trình đo lường BI có phụ tải định mức Z đmBI, và cần đảm bảo tổng phụ tải thứ cấp (Z 2) không vượt quá giá trị này, kể cả tổng trở dây dẫn, để duy trì độ chính xác của phép đo.

Z 2 = Z dc + Z dd Z đmBI Trong đó: Z dc là tổng phụ tải của dụng cụ đo.

Z dd là tổng trở dây dẫn nối từ BI đến dụng cụ đo. a) Chọn BI cho cấp 10,5 kV

Từ sơ đồ nối dây các dụng cụ đo lường vào BI ta xác định được phụ tải thứ cấp của BI ở các pha như sau:

Bảng 5.10 Chọn BI cho cấp 10,5kV

Tên dụng cụ đo lường Ký hiệu Phụ tải thứ cấp (VA) a B c

Tổng cộng 26 6 26 Điện áp định mức của BI : U đmBI U đmmạng = 10,5 kV

- Dòng điện định mức sơ cấp : I đmSC I cb = 4,330 kA

- Cấp chính xác : 0,5 ( vì trong mạch thứ cấp có công tơ )

Vậy từ các điều kiện trên ta chọn BI cho cấp điện áp máy phát là loại TПШ −10 có các thông số : U đm = 10,5 kV ; I đmSC = 5000A ; I đmTC = 5A

Với cấp chính xác 0,5 ta có Z đmBI = 1,2

• Chọn dây dẫn nối giữa BI và các dụng cụ đo lường:

Giả thiết khoảng cách từ BI đến dụng cụ đo là l = 30m Vì biến dòng mắc trên cả 3 pha nên chiều dài tính toán là : l tt = l = 30m.

Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha a (hoặc pha c) là :

I 2 5 2 dmTC Để đảm bảo độ chính xác thì tổng phụ tải thứ cấp (Z 2 ) kể cả tổng trở dây dẫn không được vượt quá Z đmBI :

Vậy ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện là S = 4mm 2

Máy biến dòng đã chọn không cần kiểm tra ổn định động vì quyết định này dựa trên điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát Đối với cấp điện áp 110 kV và 220 kV, việc chọn BO (Bộ ổn định) là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả Việc lựa chọn đúng bộ ổn định phù hợp giúp duy trì sự ổn định của lưới điện trong các cấp điện áp cao, giảm thiểu các sự cố và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống truyền tải.

BI chọn theo điều kiện :

- Điện áp định mức của BI : U đmBI U đmmạng

- Dòng điện định mức sơ cấp : I đmSC I cb

Với cấp điện áp 110kV ta có I cb = 413 A Với cấp điện áp 220kV ta có I cb = 616 A

Ta chọn BI có thông số như bảng sau :

Bảng 5.11 Chọn BI cấp 110kV và 220kV

Thông số Loại BI U đm Bội Bội I đm (A) Cấp Phụ I đđm tính toán (kV) số ổn số ổn chính tải (kA)

U đm I cb định định Sơ Thứ xác ( )

(kV) (A) động nhiệt cấp cấp

Chọn cáp và kháng điện cho phụ tải địa phương

Phụ tải địa phương cấp điện áp U dm = 10,5kV, P max = 15MW, cos = 0,85 bao gồm 3 đường dây cáp kép × 5MW × 4km a) Chọn tiết diện cáp kép

Chọn tiết diện cáp kép theo mật độ dòng điện:

Dòng điện làm việc bình thường trên đường dây phụ tải địa phương (đường dây gồm 3 cáp kép):

Thời gian sử dụng công suất lớn nhất nếu phụ tải luôn cực đại:

Tra bảng mật độ dòng điện kinh tế, với cáp lõi đồng và T max = 6880,25 giờ, ta có J kt */mm 2

Tra bảng chọn cáp ba lõi bằng đồng có cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bọc bằng chì, phù hợp để đặt trong đất với nhiệt độ đất t₀₀ = 15°C, đảm bảo an toàn và độ bền cao trong các ứng dụng lắp đặt cố định.

Bảng 5.12 Chọn cáp cho phụ tải địa phương

Tiết diện lõi dẫn Điện áp Vật liệu Dòng điện cho phép Điện kháng đơn vị mm 2 kV A /km

120 10 Đồng 310 0,292 b) Kiểm tra cáp kép đã chọn theo điều kiện phát nóng Điều kiện: k qtsc k 1 k 2 I cp I cb = 2I lvbt

Trong hệ thống truyền điện, các hệ số điều chỉnh quan trọng gồm có hệ số k1 phản ánh ảnh hưởng của nhiệt độ với giá trị là 0,882, và hệ số k2 điều chỉnh dựa trên số cáp song song, bằng 0,92 Ngoài ra, hệ số quá tải sự cố (k_qtsc) là 1,3, được áp dụng trong điều kiện làm việc bình thường khi dòng điện qua thiết bị không vượt quá 80% dòng cho phép đã hiệu chỉnh, giúp đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy trong quá trình vận hành hệ thống.

Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép

Hình 5.4 Sơ đồ chọn kháng điện

Kháng điện đầu đường dây phụ tải địa phương được chọn theo các điều kiện sau:

- Điện áp : U đmK U đm mạng = 10kV

Trong đó : I cbK là dòng điện cưỡng bức qua kháng, được tính khi phụ tải địa phương là cực đại và sự cố cắt một kháng.

I cbK = 2.I K = 0, 970( kA) Vậy ta chọn kháng điện đơn cuộn dây nhôm: PbA-10-100 có I đmK = 1000A

• Tính điện kháng X K % Để chọn điện kháng X K %, ta lập sơ đồ thay thế như sau:

Hình 5.5 Sơ đồ thay thế để chọn X K %

- N 5 : điểm ngắn mạch tại nơi đấu nối kháng điện, đã tính trước đó: I” N5 = 60,1 kA

- N 6 : điểm ngắn mạch ngay sau MC1 đầu đường dây cáp 1

- N 7 : điểm ngắn mạch ngay sau MC2 đầu đường dây cáp 2 Điều kiện dòng cắt của máy cắt và ổn định nhiệt cho cáp:

- Đối với MC1 và cáp 1: I N 6 I catMC1

- Đối với MC2 và cáp 2: I N 7 I catMC 2

Dòng điện cơ bản: I cb =

= 5, 499( kA) 3.U tb 3.10,5 Điện kháng của hệ thống: X

Với: S: tiết diện cáp (mm 2 )

C: hệ số phụ thuộc vật liệu, C Cu = 141 t catMC : thời gian cắt của máy cắt, t catMC1 = t catMC2 + ∆t; ∆t = 0,3÷0,5s Ứng với t catMC2 =0,4s => t catMC1 =0,4+0,3=0,7s

Do MC1 chưa chọn nên ta chỉ xem xét I N 6 I nhCap1

Dòng ổn định nhiệt các cáp:

Dòng ổn định nhiệt của cáp 1: I nhCap1 S 1.C 1

Dòng ổn định nhiệt của cáp 2: I nhCap 2 S 2 C 2

−0, 0915 = 0,180 20, 233 Quy đổi về dạng phần trăm:

Ta chọn kháng điện đơn có cuộn dây bằng nhôm loại PbA-10-1000-4 có thông số như sau:

Bảng 5.13 Chọn kháng điện đơn

Loại kháng U đmK , kV I đmK , A X K %

• Kiểm tra kháng điện đã chọn

- Kiểm tra tổn thất điện áp trong các chế độ làm việc: Chế độ bình thường:

I dmK 1000 Thấy rằng tổn thất điện áp trên kháng thỏa mãn các giới hạn cho phép

- Kiểm tra dòng điện cho phép Điện kháng đã chọn trong hệ đơn vị tương đối:

100 I dmK 100 1 o Khi ngắn mạch tại điểm N 6 trên sơ đồ thay thế:

Thấy rằng I N6 = 17,653kA < I nhCap1 = 26,753kA và ta chọn I catMC1 = 20kA > I N6

= 17,653kA nên kháng điện đã chọn thoả mãn yêu cầu kỹ thuật o Khi ngắn mạch tại điểm N 7 trên sơ đồ thay thế:

HT +X K +X C1 0, 0915 + 0, 220 +1, 059 Thấy rằng I N7 = 4,012kA < I nhCap2 = 8,426kA và I N7 = 4,012kA < I catMC1 = 20kA nên kháng điện đã chọn thoả mãn yêu cầu kỹ thuật.

5.5.3 Chọn máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phương

Dòng làm việc bình thường của MC1

Dòng làm việc cưỡng bức của MC1

I cb = 2.I bt = 0, 970( kA) Dòng ngắn mạch sau kháng:

I N 6 , 653kA Dòng xung kích khi ngắn mạch sau kháng: i xk = 2.1, 8.17, 653 = 44, 937kA

Từ các tính toán trên, ta chọn được máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phương:

Bảng 5.14 Chọn máy cắt hợp bộ phụ tải địa phương

Cấp điện Các đại lượng tính toán Loại máy Các đại lượng định mức áp I cb I N ” i xk cắt U đm I đm I cđm I đđm

(kV) (A) (kA) (kA) (kV) (A) (kA) (kA)

Chọn chống sét van

Chống sét van là thiết bị bảo vệ điện khí quyển được ghép song song với thiết bị điện để chống quá điện áp do sét gây ra Khi xảy ra quá điện áp, chống sét van sẽ phóng điện trước, giúp giảm trị số quá điện áp đặt lên cách điện của thiết bị và tự động dập hồ quang xoay chiều khi hết điện áp, từ đó đảm bảo hoạt động ổn định Điều kiện chọn chống sét van phù hợp dựa trên các tham số U dm của hệ thống và CSV U dm - mảng, đảm bảo thiết bị được lựa chọn chính xác để bảo vệ tối ưu.

Sau đây ta tiến hành chọn chống sét cho từng cấp điện áp:

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

Trên các thanh góp 220kV và 110kV, lắp đặt chống sét van có vai trò quan trọng trong việc chống quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm Các chống sét van này được chọn phù hợp với điện áp định mức của trạm để đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện Việc sử dụng chống sét van đúng tiêu chuẩn giúp bảo vệ thiết bị điện và duy trì hoạt động liên tục của trạm điện.

Ta chọn loại chống sét van sau: (Tra Phụ lục 8.1 Trang 180 sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp PGS-TS Phạm Văn Hoà”)

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

Loại chống Cấp điện áp Điện áp lớn Điện áp làm Dòng điện Vật liệu sét van (kV) nhất của lưới việc lớn nhất phóng định mức vỏ

5.6.2 Chọn chống sét van cho máy biến áp a) Chọn cho máy biến áp tự ngẫu

Các máy biến áp tự ngẫu có liên hệ về điện giữa cao áp và trung áp, khiến sóng quá điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp hoặc ngược lại Do đó, để đảm bảo an toàn và bảo vệ thiết bị, cần lắp đặt các chống sét van tại các đầu ra cao áp và trung áp của máy biến áp tự ngẫu Việc này giúp giảm thiểu rủi ro mất an toàn do xung quá điện áp gây ra và duy trì độ bền cho hệ thống điện.

- Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu chọn chống sét van SiC–220 có U đm = 220kV và thông số như bảng trên, đặt cả 3 pha.

- Phía trung áp máy biến áp tự ngẫu chọn chống sét van 3EP1–110 có U đm 110kV và các thống số như trên bảng, đặt cả 3 pha.

Phía hạ của máy biến áp tự ngẫu chịu trách nhiệm truyền tải công suất từ hạ xuống cao và trung áp, đồng thời còn đảm nhiệm chức năng liên lạc giữa các mức điện áp Khi phía hạ của máy biến áp tự ngẫu bị cắt đứt, máy vẫn còn điện, gây nguy cơ sóng quá điện áp truyền vào trạm và chạy về phía hạ của máy biến áp, gây ra hiện tượng phản xạ sóng theo quy tắc Petersen Quá trình phản xạ nhiều lần này làm tăng cường sóng điện áp, có thể dẫn đến hỏng cách điện phía hạ của máy biến áp tự ngẫu Để bảo vệ thiết bị, người ta lắp đặt chống sét van PBT-10 do Liên bang Nga sản xuất, với các thông số kỹ thuật phù hợp, và lắp đặt cho cả 3 pha nhằm ngăn chặn sự cố điện áp quá cao gây hỏng hóc.

Ta chọn chống sét van với các thông số sau: (Tra Phụ lục 8.3 trang 181 sách

“Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp PGS-TS Phạm Văn Hoà”)

Bảng 5.16 Chọn chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu Điện áp đánh Điện áp đánh thủng xung kích

U đm U max thủng khi tần số khi thời gian phóng điện 2 đến Khối

PBT-10 10 12,7 26 50 6 b) Chọn cho máy biến áp hai cuộn dây

Dù trên thanh góp 220kV và 110kV đã lắp đặt chống sét van, nhưng khi có các sóng có biên độ lớn truyền vào trạm, chống sét van vẫn có thể phóng điện và không ngăn chặn hoàn toàn sự truyền tải của điện áp dư Điện áp dư còn lại truyền tới cuộn dây của máy biến áp vẫn còn rất cao, điều này dẫn đến nguy cơ phá hỏng thiết bị Vì vậy, việc lắp đặt hệ thống chống sét phù hợp và đảm bảo an toàn cho trạm điện là vô cùng cần thiết để bảo vệ thiết bị và duy trì hoạt động ổn định.

Trong hệ thống điện, phần cách điện gần trung tính của cuộn dây đặc biệt quan trọng, đặc biệt khi trung tính được cách điện theo điều kiện vận hành của hệ thống với dao cách ly mở Để bảo vệ máy biến áp, cần bố trí chống sét van mắc song song với dao cách ly tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây Tuy nhiên, do điện cảm của cuộn dây làm giảm biên độ sóng sét khi đến điểm trung tính, chống sét van lắp đặt tại trung tính cần có điện áp định mức thấp hơn một cấp so với thông thường nhằm đảm bảo hiệu quả bảo vệ tối ưu.

Ta chọn chống sét van với các thông số sau: (Tra Phụ lục 8.1 trang 179 sách

“Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp PGS-TS Phạm Văn Hoà”)

Bảng 5.17 Chọn chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu Điện áp cho Điện áp đánh thủng Điện áp đánh thủng

Loại U đm phép lớn xung kích khi thời gian khi tần số 50Hz nhất phóng điện 2 đến 10s

CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG

Tiêu đề	Thiết kế nhà máy điện công suất 300 MW
Tác giả	Trịnh Đức Minh Nghĩa
Người hướng dẫn	PGS. TS. Lê Đức Tùng
Trường học	Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	Đồ án môn học
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	129
Dung lượng	1,1 MB