PdmTNM công suất tác dụng phát định mức của toàn nhà máy MW PTNMt công suất tác dụng của toàn nhà máy tại thời điểm t MW PTNM% phần trăm công suất tác dụng của toàn nhà máy % SdmTNM công
TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN CHO NHÀ MÁY
Chọn máy phát điện
Máy phát điện (MF) đóng vai trò then chốt trong nhà máy điện, vì vậy việc chọn lựa máy phù hợp luôn được chú trọng Trong thiết kế ban đầu, người ta đã xác định rõ số lượng và công suất của các máy phát điện dựa trên quy mô nhà máy Ví dụ, nhà máy nhiệt điện với 6 tổ máy, mỗi tổ có công suất đặt 50 MW, đã dựa trên bảng 1.1, Phụ lục 1 trong tài liệu [1] để lựa chọn máy phát điện đồng bộ tuabin hơi phù hợp, đảm bảo hiệu quả vận hành và tối ưu hóa hiệu suất chung của toàn hệ thống.
Bảng 1.1: Bảng thông số của một tổ máy phát
Tính toán cân bằng công suất
1.2.1 Công suất toàn nhà máy Đồ thị phụ tải toàn nhà máy đƣợc xác định theo công thức sau:
Dựa vào công thức (1.1) và tính toán cho các khoảng thời gian khác nhau trong ngày, ta có kết quả tổng hợp trong Bảng 1.2
Bảng 1.2: Bảng biến thiên công suất nhà máy trong ngày t(h) 0-4 4-10 10-16 16-20 20-24
1.2.2 Công suất phụ tải tự dùng
Công suất nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại nguyên liệu, loại tuabin và công suất phát của nhà máy, chiếm khoảng 5% đến 10% tổng công suất phát Trong khi đó, công suất tự dùng gồm hai thành phần: thành phần thứ nhất chiếm khoảng 40%, không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy; và thành phần còn lại chiếm khoảng 60%, phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy.
Một cách gần đúng có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau: dmF TNM
(1.2) Áp dụng công thức (1.2) ta có kết quả nhƣ Bảng 1.3
Bảng 1.3: Bảng biến thiên phụ tải tự dùng của nhà máy t (giờ) 0-4 4-10 10-16 16-20 20-24
1.2.3 Công suất phụ tải các cấp điện áp
Công suất phụ tải của các cấp điện áp tại từng thời điểm đƣợc xác định theo công thức sau:
P (1.3) a) Công suất phụ tải điện áp máy phát
P maxUG = 8,5 MVA, cosφ UG = 0,84 Thay vào công thức 1.3 ta có kết quả nhƣ sau:
Bảng 1.4: Bảng phụ tải cấp điện áp máy phát t (giờ) 0-4 4-10 10-16 16-20 20-24
S UT (t) (MVA) 9,11 10,02 9,51 9,51 10,12 b) Công suất phụ tải điện áp trung áp
P maxUT = 91 MVA, cosφ UT = 0,86 Thay vào công thức 1.3 ta có:
Bảng 1.5: Bảng phụ tải cấp điện áp trung áp t (giờ) 0-4 4-10 10-16 16-20 20-24
S UT (t) (MVA) 102,64 101,58 100,52 105,81 103,70 c) Công suất phụ tải điện áp cao áp
P maxUC = 91 MVA, cosφ UC = 0,86 Thay vào công thức 1.3 ta có:
Bảng 1.6: Bảng phụ tải cấp điện áp cao áp t (giờ) 0-4 4-10 10-16 16-20 20-24
1.2.4 Phân bố công suất hình vẽ
Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm (công suất phát bằng công suất thu) không xét đến tổn thất máy biến áp ta có:
TNM VHT UG UT UC TD
VHT TNM UG UT UC TD
) Thay vào công thức (1.4) và tính toán cho các khoảng thời gian khác nhau trong ngày ta có kết quả tổng hợp trong Bảng 1.7:
Bảng 1.7: Bảng tổng hợp phụ tải các cấp điện áp t(h) 0-4 4-10 10-16 16-20 20-24
Từ bảng tổng hợp phụ tải các cấp điện áp ta có đƣợc đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy nhƣ sau:
SVHT(t)(MVA)STD(t) (MVA)SUC(t)(MVA)SUT(t)(MVA)SDP(t)(MVA)
Hình 1.1: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy
Qua bảng số liệu trên ta thấy S VHT > 0 tại mọi thời điểm, do vậy nhà máy luôn phát công suất thừa lên hệ thống.
Đề xuất các phương án nối điện
1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất các phương án nối điện
Phương án nối điện chính của nhà máy đóng vai trò then chốt trong quá trình thiết kế hệ thống điện nhà máy điện, đảm bảo tính ổn định và vận hành an toàn Dựa trên kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất, các phương án nối điện tối ưu được đề xuất để phù hợp với nhu cầu và điều kiện kỹ thuật của dự án Việc lựa chọn phương án nối điện phù hợp góp phần nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa chi phí lắp đặt hệ thống điện nhà máy.
Chọn phương án nối dây theo một số nguyên tắc sau:
Phụ tải địa phương không yêu cầu thanh góp điện áp máy phát khi tỷ lệ nhỏ hơn 15%, vì nguồn cung cấp điện trực tiếp từ đầu cực MF phía trên của máy biến áp liên lạc đảm bảo ổn định.
Các nhà máy có công suất lớn và vận hành ở cấp điện áp trung (110kV) hoặc cao (220kV) thường có hệ thống trung tính nối đất trực tiếp Hệ số có lợi của các nhà máy này thường cao, góp phần giảm thiểu tổn thất trong truyền tải điện năng và nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện Việc thiết lập trung tính nối đất trực tiếp giúp dễ dàng kiểm soát quá áp và dòng quá tải, đảm bảo an toàn và ổn định cho toàn bộ hệ thống điện công nghiệp.
U 220 nên phải dùng 2 máy biến áp tự ngẫu (MBATN) liên lạc giữa các cấp để giảm tổn thất điện năng
Dựa trên công suất S UTmax đạt 105,81 MVA, lớn hơn công suất từng tổ máy là 62,5 MVA, hệ thống của chúng tôi vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả nhờ vào việc sử dụng máy biến áp tự ngẫu để làm liên lạc Điều này cho thấy khả năng truyền tải và kết nối của hệ thống linh hoạt và đáng tin cậy Trong quá trình vận hành, phía trung tâm thường bổ sung thêm một hoặc nhiều thiết bị để tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện năng lớn.
Trong các nhà máy điện có công suất một tổ máy nhỏ, việc ghép nhiều máy phát chung một máy biến áp là phù hợp, tuy nhiên cần đảm bảo nguyên tắc rằng tổng công suất của các tổ máy phát không vượt quá công suất dự phòng nóng của hệ thống điện.
Ta có 2.S đmF = 2.62,5 = 125 MVA 105,81(MVA) (thỏa mãn)
Phân bố công suất cho các cuộn dây MBATN khi có sự cố: max
Hình 2.2: Phân bố lại công suất sau sự cố hỏng MBA T5 khi S UT UT max
Trong hệ thống truyền tải điện, công suất được truyền từ hạ lên trung và cao, với trường hợp hạ mang tải nặng nhất khi S H SC 1 = S CT SC 1 + S CC SC 1 = 24,3 + 28,27 = 52,45 MVA Điều kiện kiểm tra sự cố đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và ổn định, đặc biệt trong các tình huống tải trọng cao như vậy.
Ta có:1,4.0,5.125 = 87,5 (MVA) ≥ 52,45 (MVA) (thỏa mãn điều kiện sự cố)
Xác định lƣợng công suất thiếu phát về hệ thống là: max max 1
UT UT SC thieu VHT UC CC bo dtHT
Hệ thống bù công suất thiếu vẫn hoạt động ổn định nhờ vào khả năng tự thích ứng, đảm bảo cung cấp điện liên tục trong mọi tình huống Tuy nhiên, sự cố hỏng MBA tự ngẫu AT3 xảy ra tại thời điểm phía trung cực đạt cực đại, đòi hỏi kiểm tra kỹ lưỡng để xác định nguyên nhân Quá trình kiểm tra dựa trên điều kiện: Kqt S đmTN +2.S bo ≥ S UT UT max, nhằm đảm bảo an toàn và duy trì hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.
Ta có:1,4.0,5.125+2.57,21= 201,92 MVA ≥ 105,81 MVA (thỏa mãn điều kiện) Phân bố công suất cho các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố:
Hình 2.3: Phân bố lại công suất sau sự cố hỏng MBA AT3 khi S UT UT max
Trong phân bố công suất, ta nhận thấy công suất được truyền từ trung hòa đồng thời lên cao, phản ánh mức độ truyền tải năng lượng trong hệ thống Trường hợp cuộn nối tiếp chịu tải nặng nhất, do đó công suất của cuộn này đạt mức tối đa, điều này thể hiện rõ trong tính toán công suất của cuộn nối tiếp được thực hiện dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật và đặc điểm tải trọng Hiểu rõ phân bố công suất giúp tối ưu hóa vận hành hệ thống điện, giảm tổn thất năng lượng và nâng cao hiệu quả truyền tải công suất.
0, 5 47, 69 8, 6 28,15( ) sc SC SC nt CH CT
S S S MVA Điều kiện kiểm tra sự cố: .K qt S dmTN S nt sc 2
Ta có:1,4.0,5.125 = 87,5 (MVA) ≥ 28,15 (MVA) (thỏa mãn điều kiện)
Xác định lƣợng công suất thiếu phát về hệ thống là: max max 2
UT UT SC thieu VHT UC CC bo dmHT
Hệ thống bù đủ công suất thiếu vẫn hoạt động ổn định, đảm bảo cung cấp nguồn điện liên tục Tuy nhiên, xảy ra sự cố hỏng máy biến áp tự ngẫu AT3 vào thời điểm phía trung cực có điện áp thấp nhất, ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành của hệ thống Việc kiểm tra và sửa chữa kịp thời máy biến áp AT3 là cần thiết để duy trì ổn định và tránh gián đoạn trong quá trình cung cấp điện năng.
Tương ứng với thời điểm phụ tải phía trung cực tiểu:
Phân bố công suất cho các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố:
Hình 2.4: Phân bố lại công suất sau sự cố hỏng MBA AT3 khi S UT UT min
Trong phân bố công suất, ta nhận thấy công suất được truyền từ trung thông qua hệ thống đồng thời lên các cấp cao hơn Trường hợp cuộn nối tiếp chịu tải nặng nhất, do đó, công suất của cuộn nối tiếp được tính toán dựa trên các yếu tố liên quan đến phân bố công suất trong hệ thống, đảm bảo tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của thiết bị.
0,5 47, 69 13,89 30, 79 sc SC SC nt CH CT
S S S MVA Điều kiện kiểm tra sự cố: .K qt S dmTN S nt sc 3
Ta có:1,4.0,5.125 = 87,5MVA ≥ 30,79 MVA (thỏa mãn điều kiện sự cố)
Xác định lƣợng công suất thiếu phát về hệ thống là: min min 3
UT UT SC thieu VHT UC CC bo dtHT
Hệ thống bù đủ công suất thiếu Hệ thống vẫn làm việc ổn định
2.1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp
Tính toán tổn thất điện năng là yếu tố then chốt trong việc đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của các phương án điện Trong các nhà máy điện, tổn thất này chủ yếu xuất phát từ các máy biến áp tăng áp, đặc biệt trong sơ đồ bộ MF - MBA 2 cuộn dây Việc xác định chính xác tổn thất điện năng giúp tối ưu hoá hoạt động của hệ thống và giảm thiểu lãng phí năng lượng.
Tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA 2 cuộn dây đƣợc xác định theo công thức (2.4) sau:
Trong đó: T: thời gian làm việc của MBA, T60 h;
∆P0, ∆PN: tổn thất công suất không tải, ngắn mạch của MBA MBA T1, T2, T5, T6 là loại TДЦ, ТPДЦH có:
T1, T2: S đmB c(MVA); ∆P 0 g(kW); ∆P N 00(kW); S Bo W,21
T5, T6: S đmB c(MVA); ∆P 0 Y(kW); ∆P N $5(kW); S Bo W,21
b) Tính toán tổn thất điện năng trong của máy biến áp tự ngẫu
Do MBA mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trƣng cho toàn năm nên tổn thất điện năng đƣợc xác định theo công thức sau:
- tổn thất công suất không tải trong MBATN (MW);
- tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao,trung,hạ (MW);
- công suất phụ tải phía cao, trung, hạ của MBATN tại thời điểm t (MVA);
t i - khoảng thời gian tính theo giờ của từng thời điểm trong ngày (h);
- công suất định mức của MBATN (MVA)
Tính toán công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây nhƣ sau:
MBA T1 và T2 là loại ATДЦTH có P N C T )0 (kW), theo tài liệu hướng dẫn [1] trang 36, ta coi N C H N T H 1 N C T
Bảng 2.4: Tổn thất điện năng trong ngày của MBA tự ngẫu t(h) 0-4 4-10 10-16 16-20 20-24
Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu AT3, AT4 trong một năm là:
Tổng tổn thất điện năng trong MBA của phương án 1 là:
Phương án 2
Sơ đồ nối dây phương án 2 và giả sử chiều công suất như hình vẽ:
Hình 2.5: Sơ đồ nối điện phương án 2 và chiều quy ước của dòng công suất các phía của MBATN
2.2.1 Phân bố công suất của MBA
Việc phân bố công suất cho các máy biên áp cũng nhƣ cho các cấp điện áp của chúng đƣợc tiến hành theo các nguyên tắc cơ bản sau:
- Phân bố công suất cho MBA trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24h
- Phần công suất thừa thiếu còn lại do MBA liên lạc đảm nhận trên cơ sở cân bằng công suất phát bằng công suất thu a) MBA 2 cuộn dây
Nhà máy nhiệt điện có 6 tổ máy phát giống nhau Công suất máy biến áp mang tải bằng phẳng trong suất 24h/ngày và đƣợc tính theo công thức (2.6) sau:
Thay vào công thức (2.5) trên, ta có:
Vậy ở điều kiện bình thường, MBA làm việc không bị quá tải b) Máy biến áp liên lạc
Sau khi phân bố công suất cho MBA 2 cuộn dây trong bộ MF-MBA hai cuộn dây, phần công suất còn lại được truyền qua MBA liên lạc dựa trên nguyên tắc cân bằng công suất, không tính đến tổn thất trong MBA Phương pháp phân bổ này đảm bảo hiệu quả tối ưu trong hệ thống truyền tải điện, giúp duy trì ổn định hoạt động của bộ chuyển đổi Việc xác định công suất theo nguyên tắc cân bằng giúp tối đa hóa hiệu suất của bộ MF-MBA hai cuộn dây, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao trong truyền tải năng lượng.
- Phân bố công suất cho các phía của MBA AT2, AT3 nhƣ sau:
Bảng 2.5: Phân bố công suất cho các cuộn dây MBA tự ngẫu t(h) 0-4 4-10 10-16 16-20 20-24
(Dấu “- “thể hiện ngƣợc chiều công suất)
Từ bảng 2,5 ta thấy tại các thời điểm trong ngày giá trị công suất phát S CH đều lớn hơn 70%.S dmF 1 1.
nên đảm bảo kĩ thuật
2.2.2 Chọn loại và công suất định mức của máy biến áp a) Chọn máy biến áp 2 cuộn dây (T1, T4)
Công suất định mức đƣợc chọn theo công thức sau: max D
Tra Bảng 2.5 và 2.6 trang 141 trong tài liệu tham khảo [1], ta chọn 2 MBA với các thông số kỹ thuật đƣợc cho trong bảng 2.6 sau:
Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật MBA 2 cuộn dây
S đmB Điện áp cuộn dây U%N I% ∆PN ∆P0
T6 ТPДЦH 63 115 10,5 10,5 0,6 245 59 Đối với MBA này ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi một trong hai phần tử
Trong trường hợp xảy ra sự cố gây ngưng hoạt động của toàn bộ bộ máy hay hệ thống MF hay MBA, việc sử dụng thiết bị cắt như máy cắt phía cao áp (MC) và dao cách ly (DCL) phía hạ áp là giải pháp hiệu quả để đảm bảo an toàn và dễ dàng sửa chữa Đồng thời, việc lựa chọn máy biến áp liên lạc (AT4, AT5) phù hợp cũng góp phần tối ưu hóa quá trình vận hành và giảm thiểu rủi ro trong quá trình bảo trì, sửa chữa hệ thống điện.
Trong các hệ thống MBA có tất cả các phía mang tải không bằng phẳng, việc điều chỉnh điện áp cần thiết để đảm bảo ổn định Chỉ sử dụng thiết bị điều chỉnh điện áp (TĐK) để điều chỉnh phía hạ áp không đủ để cân bằng toàn bộ hệ thống Do đó, cần kết hợp việc điều chỉnh điện áp phía hạ và điều chỉnh tải liên lạc của MBA để đạt được việc điều chỉnh điện áp đồng đều ở tất cả các phía, nâng cao hiệu quả hoạt động và độ ổn định của hệ thống.
Do đó ta chọn MBA liên lạc tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải
Công suất MBATN đƣợc xác định là công suất truyền lên từ phía hạ nên công suất của MBATN đƣợc chọn theo công thức sau:
Tra Bảng 2.6 trang 145 trong tài liệu tham khảo [1], ta chọn 2 MBA tự ngẫu AT2 và AT3 với các thông số kỹ thuật đƣợc cho trong bảng 2.7 sau:
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật MBA tự ngẫu
2.2.3 Kiểm tra các MBA khi bị sự cố Đối với MBA liên lạc khi sự cố một trong các MBA trong sơ đồ thì MBA liên lạc còn lại phải mang tải nhiều hơn cùng với sự huy động công suất dự phòng của hệ thống thì mới có thể đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải các cấp cũng nhƣ phát về hệ thống như lúc bình thường
Sự cố quá tải tối đa cho phép diễn ra khi làm việc không quá 6 giờ trong ngày và không quá 5 ngày đêm liên tiếp Một ví dụ điển hình là hỏng MBA bên trung trong điều kiện phụ tải trung cực đại, giả định là hỏng bộ T6, gây ảnh hưởng đến hoạt động và độ an toàn của hệ thống điện.
Tương ứng với thời điểm phụ tải phía trung cực đại: Điều kiện kiểm tra:2.k qtsc S dmTN S max UT
Ta có: 2.1,4.0,5.125 = 175(MVA) > 105,81 (MVA) (thỏa mãn),
Phân bố công suất cho các cuộn dây MBATN khi có sự cố: max
Hình 2.6: Phân bố lại công suất sau sự cố hỏng MBA T4 khi S UT UT max
Trong phân bố công suất của hệ thống truyền tải, công suất được truyền đồng thời từ phía cao lên trung và từ trung xuống hạ, làm nổi bật vai trò của cuộn chung trong việc mang tải nặng nhất Công suất của cuộn chung được tính toán dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo khả năng chịu tải hiệu quả và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc thiết kế và lựa chọn cuộn chung phù hợp để duy trì sự ổn định và an toàn của toàn bộ hệ thống truyền tải điện năng.
0,5 0.46 52, 45 52,75( ) sc SC SC ch CC CH
S S S MVA Điều kiện kiểm tra sự cố: .K qt S đmTN S ch SC 1
Ta có:1,4.0,5.125 = 87,5 (MVA) ≥ 52,75 (MVA) (thỏa mãn điều kiện sự cố)
Xác định lƣợng công suất thiếu phát về hệ thống là: max max 1
UT UT SC thieu VHT Uc CC dt T bo
Hệ thống bù đủ công suất thiếu vẫn hoạt động ổn định, đảm bảo khả năng giảm thiểu các tác động của sự cố Trong quá trình kiểm tra, xảy ra sự cố hỏng MBA tự ngẫu liên lạc tại thời điểm trung cực đại (AT4) khi điều kiện kiểm tra đảm bảo rằng tổng các công suất gồm ,K qt, S đmTN và S bo đạt hoặc vượt mức S UT UT max Sự cố này phản ánh tính ổn định của hệ thống, đồng thời giúp xác định các giới hạn và khả năng ứng phó của hệ thống trong các tình huống khẩn cấp.
Ta có: 1,4.0,5.125+57,21 = 144,71 (MVA) ≥105,81( MVA)(thỏa mãn điều kiện),
Phân bố công suất cho các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố:
Hình 2.7: Phân bố lại công suất sau sự cố hỏng MBA AT4 khi S UT UT max
Trong phân bố công suất, ta nhận thấy rằng công suất truyền từ các cấp thấp và trung lên cấp cao, điều này cho thấy rằng cuộn nối tiếp chịu tải nặng nhất trong hệ thống Cường độ truyền công suất qua cuộn nối tiếp đạt đỉnh tại điểm tải lớn nhất, phản ánh khả năng chịu tải cao của cấu trúc này Hiểu rõ sự phân bố công suất giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống truyền tải, đồng thời nâng cao hiệu quả và độ bền của các thành phần cuộn dây.
SC SC SC ch CC CH
S a S S MVA Điều kiện kiểm tra sự cố: .Kqt S dmTN S ch SC 2
Ta có: 1,4.0,5.125 = 87,5 (MVA) ≥ 48,09 (MVA) (thỏa mãn điều kiện)
Xác định lƣợng công suất thiếu phát về hệ thống là: max max 2
UT UT SC thieu VHT UC CC dmH bo
Hệ thống bù đủ công suất thiếu vẫn hoạt động ổn định, nhờ vào khả năng duy trì hoạt động liên tục của các thành phần liên quan Tuy nhiên, sự cố hỏng MBA tự ngẫu liên lạc xảy ra tại thời điểm phía trung cực tiểu (AT4), gây ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn của hệ thống Việc phát hiện và khắc phục sự cố này là yếu tố quan trọng để duy trì tính ổn định và tin cậy của hệ thống trong điều kiện vận hành thực tế.
Tương ứng với thời điểm phụ tải phía trung cực tiểu:
Phân bố công suất cho các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố:
Hình 2.8: Phân bố lại công suất sau sự cố hỏng MBA AT4 khi S UT UT max
Trong phân bố công suất, ta nhận thấy rằng công suất được truyền từ cấp hạ xuống trung và lên cao, với trường hợp cuộn nối tiếp chịu tải nặng nhất Công suất của cuộn nối tiếp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, phản ánh khả năng truyền tải năng lượng hiệu quả giữa các cấp Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền tải điện.
SC SC SC nt CH CT
S a S S MVA Điều kiện kiểm tra sự cố: ,K qt ,S dmTN S CC SC 2
Ta có: 1,4.0,5.125 = 87,5 (MVA) ≥ 59,39 (MVA) (thỏa mãn điều kiện)
Xác định lƣợng công suất thiếu phát về hệ thống là: min min 3
UT UT SC thieu VHT UC C C b o dmH T
Hệ thống bù đủ công suất thiếu, Hệ thống vẫn làm việc ổn định
2.2.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp a) Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF - MBA 2 cuộn dây
Tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA 2 cuộn dây đƣợc xác định theo công thức (2.4) sau:
Trong đó: T: thời gian làm việc của MBA, T60 h;
∆P0, ∆PN: tổn thất công suất không tải, ngắn mạch của MBA,
MBA T1, T4, T5, T6 là loại TДЦH, ТPДЦH có:
T1, T2, T3: S đmB c(MVA); ∆P 0 g(kW); ∆P N 00(kW); S Bo = 57,21
T6: S đmB c(MVA); ∆P 0 Y(kW); ∆P N $5(kW); S Bo = 57,21
b) Tính toán tổn thất điện năng trong của máy biến áp tự ngẫu
Do MBA mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trƣng cho toàn năm nên tổn thất điện năng đƣợc xác định theo công thức sau:
- tổn thất công suất không tải trong MBATN (MW);
- tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao, trung, hạ (MW);
- công suất phụ tải phía cao, trung, hạ của MBATN tại thời điểm t (MVA);
t i - khoảng thời gian tính theo giờ của từng thời điểm trong ngày (h);
- công suất định mức của MBATN (MVA)
Tính toán công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây nhƣ sau:
MBA T1 và T2 là loại ATДЦTH có P N C T )0 (kW) theo tài liệu hướng dẫn [1] trang 36, ta coi N C H N T H 1 N C T
Bảng 2.1: Tổn thất điện năng trong ngày của MBA tự ngẫu t(h) 0-4 4-10 10-16 16-20 20-24
Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu AT4, AT5 trong một năm là:
Tổng tổn thất điện năng trong MBA của phương án 1 là:
Trong chương 2, chúng tôi đã chọn được MBA và tính toán tổn thất điện năng trong MBA cho cả hai phương án Tiếp theo, chúng tôi tiến hành lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối phù hợp cho từng phương án dựa trên số liệu đã phân tích để xác định phương án tối ưu, đảm bảo hiệu quả vận hành cao nhất.
TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƢU 29 3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối
Phương án 1
a) Cấp điện áp cao 220kV
- Mạch MBA: Có 2 ngăn lộ đến từ hai máy biến áp tự ngẫu và 2 ngăn lộ từ hai máy biến áp 2 cuộn dây
+ Hệ thống: 2 ngăn lộ cấp cho hệ thống (1 lộ kép), 2 ngăn lộ (1 lộ kép) và 2 ngăn lộ
(2 lộ đơn) cấp cho phụ tải 220kV
Vậy có tổng số ngăn lộ đường dây cấp điện áp 220kV là 6 ngăn lộ
Theo tiêu chuẩn của Tổng công ty Truyền tải Điện quốc gia Việt Nam, sơ đồ phụ tải phân phối cho phía điện áp cao là sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng, đảm bảo tính linh hoạt và ổn định trong vận hành hệ thống truyền tải điện Đối với cấp điện áp trung 110kV, việc lựa chọn sơ đồ phù hợp góp phần nâng cao độ tin cậy của hệ thống truyền tải, đồng thời tối ưu hóa hiệu quả cấp điện và giảm thiểu rủi ro mất điện do sự cố xảy ra.
- Mạch MBA: Có 4 ngăn lộ đến từ hai máy biến áp tự ngẫu và hai máy biến áp bộ
- Mạch đường dây: Có 2 ngăn lộ (1 lộ kép) và 2 ngăn lộ (2 lộ đơn) cấp điện cho phụ tải phía trung áp
Vậy có tổng số ngăn lộ đường dây cấp điện áp 110kV là 4 ngăn lộ
Theo tiêu chuẩn của Tổng công ty Truyền tải Điện quốc gia Việt Nam, sơ đồ tụ bù phía điện áp cao được chọn là sơ đồ hai hệ thống thanh góp Sơ đồ này giúp nâng cao hiệu quả truyền tải, giảm tổn thất và tăng độ tin cậy hệ thống truyền tải điện Việc lựa chọn sơ đồ hai hệ thống thanh góp phù hợp với quy trình vận hành nhằm đảm bảo ổn định, an toàn và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống truyền tải điện quốc gia.
Ta có sơ đồ thiết bị phân phối phương án 1 như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 1.
Phương án 2
a) Cấp điện áp cao 220kV
- Mạch MBA: Có 2 ngăn lộ đến từ hai máy biến áp tự ngẫu và 3 ngăn lộ từ hai máy biến áp 2 cuộn dây
+ Hệ thống: 2 ngăn lộ cấp cho hệ thống (1 lộ kép), 2 ngăn lộ (1 lộ kép) và 2 ngăn lộ
(2 lộ đơn) cấp cho phụ tải 220kV
Vậy có tổng số ngăn lộ đường dây cấp điện áp 220kV là 6 ngăn lộ
Theo tiêu chuẩn của Tổng công ty Truyền tải Điện quốc gia Việt Nam, sơ đồ tụ bù cho phía điện áp cao được lựa chọn là sơ đồ hai hệ thống thanh góp có vòng, nhằm đảm bảo khả năng truyền tải an toàn và ổn định hệ thống điện Đối với cấp điện áp trung 110kV, việc sử dụng sơ đồ này giúp nâng cao hiệu quả vận hành và cải thiện chất lượng điện năng, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của mạng lưới truyền tải điện quốc gia.
- Mạch MBA: Có 3 ngăn lộ đến từ 2 máy biến áp tự ngẫu và 1 máy biến áp bộ
- Mạch đường dây: Có 2 ngăn lộ (1 lộ kép) và 2 ngăn lộ (2 lộ đơn) cấp điện cho phụ tải phía trung áp
Vậy có tổng số ngăn lộ đường dây cấp điện áp 110kV là 4 ngăn lộ
Theo tiêu chuẩn của Tổng công ty Truyền tải điện quốc gia Việt Nam, sơ đồ tổng thể phía điện áp cao được lựa chọn là sơ đồ hai hệ thống thanh góp Đây là cấu hình phù hợp để đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả vận hành trong hệ thống truyền tải điện Việc áp dụng sơ đồ này giúp tăng cường khả năng vận hành linh hoạt, giảm thiểu rủi ro mất điện, đồng thời tối ưu hóa khả năng mở rộng và bảo trì hệ thống truyền tải điện cao áp.
Ta có sơ đồ thiết bị phân phối phương án 2 như sau:
Hình 3.2: Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 2
3.2 Tính toán kinh tế - kỹ thuật Lựa chọn phương án tối ưu
Tổng quan chung
Phương án tối ưu được chọn căn cứ vào vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm
Các tính toán về vốn đầu tƣ và chi phí vận hành hàng năm đƣợc thể hiện sau đây:
- Vốn đầu tư của 1 phương án được tính như sau:
- V B : Vốn đầu tƣ MBA, đƣợc xác định theo công thức
- V TBPP : là vốn đầu tƣ xây dựng thiêt bị phân phối
- K Bi : là hệ số tính đến chi phí vận chuyển và xây lắp của từng MBA
- V Bi : là vốn đầu tƣ của từng MBA
- V TBPPi : là giá thành mỗi cấp điện áp i
- n i : là số mạch cấp điện áp i
Chi phí vận hành hàng năm
Chi phí vận hành năm đƣợc tính theo công thức sau:
- P 1 : tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tƣ và sữa chữa lớn (đ/năm)
- P 2 : chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong MBA(đ/năm)
- a%: định mức khấu hao phần trăm (tra ở bảng 4.2 trang 58 - tài liệu tham khảo [1]),(lấy a%=8,4%)
- β: giá thành trung bình điện năng trong hệ thống điện, lấy β00(đ/kWh)
- ∆A: tổn thất điện năng hàng năm trong MBA (kWh)
Tính toán cụ thể cho từng phương án
3.2.3.1 Phương án 1 a) Vốn đầu tƣ cho MBA
Bảng 3.1: Vốn đầu tư cho MBA phương án 1
Dựa vào công thức (3.2) ta có tổng vốn đầu tư MBA phương án 1 là:
V đ b) Vốn đầu tƣ xây dụng TBPP
Theo sơ đồ nối điện phương án 1
+ Phía 220kV có 12 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 4,2.10 9 (đồng)
+ Phía 110kV có 9 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,8.10 9 (đồng)
+ Phía 10kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,9.10 9 (đồng) Áp dụng công thức (3.3) Ta có vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối phương án 1 là:
Như vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 1 là:
V V V đ c) Chi phí vận hành hàng năm Áp dụng công thức (3.4) ta có:
3.2.3.2 Phương án 2 a) Vốn đầu tƣ MBA
Bảng 3.2: Vốn đầu tư cho MBA phương án 2
Dựa vào công thức (3.2) ta có tổng vốn đầu tư MBA phương án 2 là:
V đ b) Vốn đầu tƣ xây dụng TBPP
Theo sơ đồ nối điện phương án 1
+ Phía 220kV có 13 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 4,2.10 9 (đồng)
+ Phía 110kV có 8 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,8.10 9 (đồng)
+ Phía 10kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,9.10 9 (đồng) Áp dụng công thức (3.3) Ta có vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối phương án 1 là:
Như vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 1 là:
V V V đ c) Chi phí vận hành hàng năm Áp dụng công thức (3.4) ta có: 18,92.10 9
Chọn phương án tối ưu
Từ kết quả tính toán kinh tế cho 2 phương án ở phía trên, ta có bảng tổng hợp sau:
Bảng 3.3: So sánh vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm của 2 phương án
Phương án Vốn đầu tư (10 9 VNĐ) Chi phí vận hành hàng năm(10 9 VNĐ)
Theo bảng trên, ta thấy:
- Phương án 1 có vốn đầu tư (V) nhỏ hơn phương án 2
- Phương án 2 có chi phí vận hành hằng năm (P) nhỏ hơn phương án 1
Do vậy phương án tối ưu sẽ lựa chọn theo thời gian thu hồi chênh lệch vốn được tính theo công thức:
Do giá trị của T>T tc (8 năm)
Vậy phương án 1 tối ưu hơn phương án 2
Trong Chương 3, phương án 1 được xác định là lựa chọn tối ưu nhất, giúp tối ưu hóa hiệu suất tổng thể Tiếp theo, các phân tích về các trường hợp ngắn mạch liên quan đến phương án này sẽ được thực hiện nhằm đánh giá độ an toàn và độ tin cậy Kết quả này sẽ làm căn cứ để lựa chọn các khí cụ điện phù hợp cũng như dây dẫn phù hợp để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn tối đa.
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Tính toán ngắn mạch
Mục đích của tính dòng ngắn mạch là để lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn phù hợp dựa trên tiêu chuẩn ổn định động và ổn định nhiệt khi dòng ngắn mạch truyền qua Việc xác định điểm ngắn mạch tối ưu nhằm đảm bảo dòng ngắn mạch đi qua các thiết bị có dòng lớn nhất, từ đó đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện.
Hình 4.1: Lựa chọn các điểm ngắn mạch để tính toán
- Phía điện áp cao 220kV:
Khi chọn máy cắt hoặc dao cách ly cho cấp điện áp 220kV, chỉ cần tính dòng ngắn mạch tại điểm N1 để xác định giá trị dòng ngắn mạch cực đại, đảm bảo an toàn và độ tin cậy của hệ thống Việc này giúp đảm bảo nguồn cung cấp phù hợp cho tất cả các máy phát điện và hệ thống truyền tải năng lượng, giúp duy trì ổn định hoạt động của toàn bộ mạng lưới điện.
Trong dự án cấp điện áp 110kV, Ta chỉ sử dụng một loại máy cắt và dao cách ly phù hợp, giúp đơn giản hóa quá trình tính toán dòng ngắn mạch Dòng ngắn mạch cực đại được xác định dựa trên tính toán tại điểm N2, nơi chịu tác động lớn nhất của ngắn mạch Hệ thống cung cấp bao gồm tất cả các máy phát điện và các phần của hệ thống điện, đảm bảo khả năng duy trì nguồn cung liên tục và an toàn trong tình huống lỗi ngắn mạch.
- Phía điện áp máy phát 10kV:
Trong hệ thống điện, điểm ngắn mạch N3’ tại phía hạ áp máy biến áp liên lạc được xác định dựa trên nguồn cung cấp từ máy phát S3, đảm bảo tính toán chính xác về khả năng chịu tải và bảo vệ hệ thống Đồng thời, điểm ngắn mạch N4 nằm ở đầu cực của mạch phụ tải địa phương, sử dụng nguồn từ các máy phát của nhà máy và hệ thống lưới để đảm bảo độ ổn định và an toàn trong vận hành.
Ta thấy: IN4 = IN3 + IN3’
Trong quá trình tính toán ngắn mạch, ta thường bỏ qua ảnh hưởng của các phụ tải, điện trở và điện dẫn của các phần tử hệ thống, đồng thời sử dụng các phương pháp tính gần đúng dựa trên hệ đơn vị tương đối Kết quả tính toán ngắn mạch đặc trưng được trình bày rõ ràng trong bảng dưới đây, giúp xác định chính xác các thông số quan trọng của hệ thống điện trong các điều kiện ngắn mạch.
Bảng 4.1: Dòng ngắn mạch tại các điểm Điểm ngắn mạch I’’(kA) i xk (kA)
Dòng ngắn mạch tại N3 có giá trị lớn hơn dòng ngắn mạch tại N3’, do đó, nên chọn dòng ngắn mạch N3 để thực hiện tính toán thiết bị điện và dây dẫn cho phía 10kV Việc này đảm bảo sự an toàn và hiệu quả trong quá trình thiết kế hệ thống điện dựa trên các dòng ngắn mạch tương ứng Chọn dòng ngắn mạch phù hợp giúp xác định đúng khả năng chịu tải của các khí cụ điện và dây dẫn, đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống 10kV.
Trong Chương 4, chúng ta đã xác định được giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm quan trọng trong hệ thống điện Dựa trên các kết quả này, Chương tiếp theo sẽ tập trung vào việc lựa chọn thiết bị khí cụ điện phù hợp và dây dẫn tối ưu cho phương án 1, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành của hệ thống điện.
CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN
Dòng điện làm việc và dòng điện cƣỡng bức
5.1.1.1 Mạch đường dây nối với hệ thống (1 lộ kép)
Hệ thống có phụ tải cực đại là S VHTmax = 125,2 MVA, xác định mức tải tối đa mà hệ thống có thể chịu đựng trong điều kiện bình thường Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính toán dựa trên điều kiện một đường dây bị đứt để đảm bảo an toàn và khả năng hoạt động liên tục của hệ thống truyền tải điện Điều này giúp xác định các thông số kỹ thuật cần thiết, nâng cao độ tin cậy và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống điện năng.
- Dòng điện làm việc bình thường:
5.1.1.2 Mạch đường dây (1 lộ kép và 2 lộ đơn) Được cấp bởi 1 đường dây kép có công suất là 29 MW và 2 đường dây đơn có công suất là 32 MW, cosUC = 0,85:
+ Dòng điện làm việc bình thường:
+ Dòng điện cƣỡng bức là:
+ Dòng điện làm việc bình thường:
+ Dòng điện cƣỡng bức là:
5.1.1.3 Mạch phía cao máy biến áp tự ngẫu AT3 và AT4
- Khi làm việc bình thường S CC max 116,6(MVA)
- Khi sự cố 1 MBA bộ khi phụ tải phía trung cực đại S CC SC 1 28,15(MVA)
- Khi sự cố 1 MBA liên lạc khi phụ tải phía trung cực đại S CC SC 2 56, 29(MVA)
- Khi sự cố 1 MBA liên lạc khi phụ tải phía trung cực tiểu S CC SC 3 61,58(MVA)
Vậy dòng cƣỡng bức phía cao áp MBA liên lạc là:
5.1.1.4 Mạch máy biến áp 2 cuộn dây T1 và T2
Vậy dòng cƣỡng bức lớn nhất phía 220kV là:
5.1.2.1 Mạch đường dây (1 kép và 2 đơn) Được cấp bởi 1 đường dây kép công suất là 27MW và 2 đường dây đơn công suất là
+ Dòng điện làm việc bình thường:
+ Dòng điện làm việc cƣỡng bức:
+ Dòng điện làm việc bình thường:
+ Dòng điện cƣỡng bức là:
5.1.2.2 Mạch máy biến áp 2 cuộn dây T5, T6
5.1.2.3 Mạch phía trung máy biến áp tự ngẫu AT3 và AT4
- Khi làm việc bình thường S CT max 6,94(MVA)
- Khi sự cố 1 MBA bộ khi phụ tải phía trung cực đại S CT SC 1 24,3(MVA)
- Khi sự cố 1 MBA liên lạc khi phụ tải phía trung cực đại S CT SC 2 8,6(MVA)
- Khi sự cố 1 MBA liên lạc khi phụ tải phía trung cực tiểu S CC SC 3 13,89(MVA)
Vậy dòng cƣỡng bức phía trung áp MBA liên lạc là:
Vậy dòng cƣỡng bức lớn nhất phía 110kV là
Vậy dòng cƣỡng bức lớn nhất phía 10kV là: I 10 cb 3,61(kA)
Bảng 5.1: Dòng điện cƣỡng bức lớn nhất của các cấp điện áp
Cấp điện áp (kV) 220 (kV) 110 (kV) 10 (kV)
Dòng điện cƣỡng bức (kA) 0,33 0,34 3,61
Chọn máy cắt và dao cách ly
Việc lựa chọn máy cắt được thực hiện sau khi xác định dòng điện cƣỡng bức và dòng điện ngắn mạch tại các thời điểm cần thiết, đảm bảo phù hợp với từng điều kiện vận hành Đối với các cấp điện áp cao như 220kV và 110kV, chỉ cần sử dụng một loại máy cắt điện và dao cách ly chung cho từng cấp điện áp, giúp tối ưu hóa quá trình bảo trì và vận hành hệ thống lưới điện Quá trình chọn máy cắt dựa trên các tiêu chí về khả năng chịu dòng ngắn mạch, điện áp danh định và điều kiện kỹ thuật phù hợp với các yêu cầu công trình, nhằm đảm bảo an toàn và độ tin cậy của hệ thống điện.
- Loại máy cắt điện: máy cắt không khí hoặc máy cắt SF6
- Điện áp định mức: U dmMC U luoi
- Dòng điện định mức: I dmMC I cb
- Dòng cắt định mức: I Cdm I N "
- Điều kiện ổn định lực điện động: I ldd I xk
- Điều kiện ổn định nhiệt: I t 2 nh nh B N
+ I : dòng điện ổn định nhiệt của MC ứng với thời gian ổn định nhiệt nh t nh
+ B N : là xung lƣợng nhiệt của dòng ngắn mạch
Dựa trên kết quả tính toán dòng điện cƣỡng bức tại bảng 5.1, dòng ngắn mạch I’’ và dòng xung kích I xk của các máy N1, N2, N3 theo bảng 4.1, cùng tra cứu Phụ lục 3 trong tài liệu [1], chúng ta lựa chọn máy cắt phù hợp với các thông số đã xác định trong bảng, đảm bảo hiệu quả vận hành tối ưu và an toàn hệ thống điện.
Bảng 5.2: Thông số máy cắt Điểm ngắn mạch
Thông số tính toán Loại
Thông số định mức MC
N1 Cao 220 0,33 8,27 21,05 3AQ1 245 4 40 100 N2 Trung 110 0,34 11,28 28,7 3AQ1 145 4 40 100 N3 Hạ 10,5 3,61 26,61 67,74 8BK41 12 12,5 80 225
Các máy cắt đã chọn có dòng I dmMC 1000A và lớn hơn so bới I cb nên ta không cần kiểm tra điều kiên ổn định nhiệt
Dao cách ly đƣợc chọn phải thỏa mãn điều kiện:
- Loại dao cách ly trên cùng một cấp điện áp ta chọn cùng một loại dao cách ly
- Điện áp định mức: U dmCL U dm
- Dòng điện định mức: I dmCL I cb
- Ổn định động: I odd I xk
- Ổn định nhiệt: I 2 nhdmCL t nh B N
Dựa trên kết quả tính toán dòng điện cƣỡng bức tại bảng 5.1 cùng với dòng ngắn mạch I’’ và dòng xung kích I xk của N1, N2, N3 được đề cập trong bảng 4.1 và phụ lục 4 của tài liệu [1], chúng tôi đã chọn loại dao cách ly phù hợp với các thông số được trình bày trong bảng.
Bảng 5.3: Thông số dao cách ly
I đ.đmCL (kA) Cao 220 0,33 8,27 21,05 SGC-245/1250 245 1,25 80 Trung 110 0,34 11,28 28,7 SGC-145/1250 145 1,25 80
Các dao cách ly đã chọn có dòng I dmCL 1000A và lớn hơn so bới I cb nên ta không cần kiểm tra điều kiên ổn định nhiệt.
Chọn thay dẫn cứng đầu cực máy phát
Thanh góp cứng là thiết bị dùng để kết nối từ cực của máy phát điện đến cuộn hạ áp MBATN và hệ thống MBA hai cuộn dây, đảm bảo truyền tải điện năng hiệu quả Tiết diện của thanh dẫn được lựa chọn dựa trên khả năng chịu nhiệt lâu dài để tránh quá nhiệt và đảm bảo độ bền Việc sử dụng thanh góp cứng giúp tận dụng tối đa diện tích mặt bằng, giảm kích thước hệ thống và khoảng cách giữa các pha, tối ưu hóa không gian và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống truyền tải điện.
Hình dạng và kích thước của thanh dẫn, thanh góp ảnh hưởng đến độ bền cơ học và khả năng tỏa nhiệt, đồng thời tác động đến khả năng tải điện do hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần khi dòng điện xoay chiều chạy qua.
Dựa trên dòng điện, các loại thanh dẫn được sử dụng khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất và khả năng làm mát Khi dòng nhỏ hơn 1500A, thường dùng thanh cứng hình chữ nhật; từ 1500A đến 3000A, sử dụng hai thanh cứng ghép lại trên một pha; từ 3000A đến 8000A, lựa chọn thanh dẫn cứng hình lòng máng nhằm giảm hiệu ứng mặt ngoài và tăng khả năng làm mát Đối với dòng điện vượt quá 8000A, thanh dẫn hình ống là giải pháp hợp lý nhất để đảm bảo hiệu quả truyền tải.
Ta có dòng điện cƣỡng bức chạy qua thanh góp: I cb = 3,61(kA)
Do 3000 U dm = 220kV nên dây dẫn AC – 240/32 được chọn thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang
- Với cấp điện áp 110kV
+ Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 150 mm 2 , đường kính d = 17,1(mm)
Nhƣ vậy U vq > U dm = 110kV nên dây dẫn AC – 150/24 đƣợc chọn thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang
Dây dẫn mềm chọn loại AC – 240/32 cho điện áp 220kV và AC – 150/24 cho điện áp 110kV đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về ổn định nhiệt và điều kiện vầng quang, đảm bảo hiệu quả vận hành và an toàn cho hệ thống truyền tải điện.
Bảng 5.6: Thông số dây dẫn và thanh góp mềm cấp điện áp 220kV và 110kV đƣợc chọn lại sau khi kiểm tra điều kiện vầng quang
Tiết diện chuẩn nhôm/thép
Tiết diện (mm 2 ) Đường kính (mm) Dòng điện cho phép Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép (A)
Chọn cáp và kháng điện đường dây
Hệ thống cáp cho phụ tải địa phương gồm 2 đoạn
- Đoạn 1 là cáp 1: từ nhà máy sau kháng đường dây đến trạm địa phương, có máy cắt đầu đường dây là MC1
Cáp 2, từ trạm địa phương đến hộ tiêu thụ, sử dụng máy cắt đầu đường dây MC2 và được chế tạo bằng nhôm, vỏ PVC, với tiết diện tối thiểu là 70mm² để đảm bảo khả năng truyền tải hiệu quả Theo thiết kế cấp điện cho phụ tải khu vực, cáp này hoạt động ở điện áp 10kV, đáp ứng các yêu cầu về an toàn và ổn định hệ thống điện.
P max = 8,5 (MW), Cos UG = 0,84 Gồm 1 lộ kép x 2,7 (MW); dài 4,5 (km) và 2 lộ đơn x 2,9 (MW); dài 2,1 (km)
- Chọn loại cáp: lõi nhôm, cách điện XLPE có đai thép vỏ PVC
- Tiết diện cáp đƣợc chọn theo mật dòng kinh tế: bt kt kt
+ I bt : Dòng điện phụ tải lớn nhất chạy qua cáp lúc bình thường:
+J kt : Mật độ dòng điện kinh tế phụ thuộc vào loại cáp và thời gian sử dụng công suất cực đại T max max max
Vậy chọn mật độ dòng điện J kt = 1,2 (A/mm 2 )
Tra bảng10.7 – phục lục 10 – tài liệu 1, ta chọn đƣợc cáp kép có: F đm = 70 mm 2 và
- Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng bình thường:
Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ: 1 70 35
70 25 bt cp xq bt cp chuan
cp là nhiệt độ cho phép lúc bt: cp bt p°C;
xq là nhiệt độ môi trường xung quanh: xq = 35°C;
ch nhiệt độ chuẩn: ch %°C
- Ta có: K K I 1 2 cp 0,92.0,882.130105, 49( )A I bt 88,37( )A (thỏa mãn điều kiện)
Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện bình thường
Kiểm tra điều kiện phát nóng trong quá trình làm việc cưỡng bức của cáp kép yêu cầu xem xét khả năng mang tải của từng lộ dây, đảm bảo rằng lộ dây còn lại phải chịu tải phù hợp mà không vượt quá khả năng quá tải của nó, đồng thời vẫn duy trì khả năng truyền tải dòng điện an toàn Điều kiện quan trọng là hệ số an toàn phải thỏa mãn công thức K qt sc K K I 1 2 cp I cb, nhằm đảm bảo cáp hoạt động hiệu quả và tránh tình trạng nóng chảy hoặc hư hỏng do quá tải.
+ Hệ số quá tải sự cố: K qt sc 1,3
+ Dòng điện làm việc cưỡng bức khi có sự cố hỏng 1 lộ đường dây:
Vậy: K qt sc K K I 1 2 cp 1,3.0,92.0,882.230242,62( )A 176,74( )A (thỏa mãn điều kiện)
Từ tính toán trên ta nhận thấy cáp kép đã chọn thỏa mãn các điều kiện phát nóng
- Tiết diện cáp đƣợc chọn theo mật độ dòng điện kinh tế: bt kt kt
+ Dòng điện phụ tải lớn nhất chạy qua cáp lúc bình thường là:
+ J kt : Mật độ dòng điện kinh tế phụ thuộc vào loại cáp và thời gian sử dụng công suất cực đại T max
Chọn mật độ dòng điện kinh tế J kt = 1,2 (A/mm 2 )
Tra bảng10.6 – phục lục 10 – tài liệu 1, ta chọn đƣợc cáp kép có: F đm = 150(mm 2 ) và
- Kiểm tra điều kiện phát nóng bình thường: K K I 1 2 cp I lvbt
- Ta có: K K I 1 2 cp 0,882.0,92.270223,15( )A I bt 189,83( )A (thỏa mãn điều kiện)
Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng bình thường
- Ta không kiểm tra điều kiện phát nóng khi làm việc cƣỡng bức vì là cáp đơn Vậy chọn cáp kép có : F tt 70mm I 2 , cp 130A
Chọn cáp đơn có: F tt 150mm I 2 , cp 275A
Hình 5.3: Sơ đồ kháng đơn cấp cho phụ tải địa phương
- Kháng điện đƣợc chọn theo các điều kiện sau:
+ Điện áp định mức: U dmK ≥ U dm
+ Dòng điện định mức: I dmK ≥ I cbK
+ Điện kháng X K % đƣợc chọn theo điều kiện ổn định nhiệt cho cáp khi ngắt mạch và theo điều kiện dòng cắt của máy cắt đặt đầu đường dây
5.5.2.1 Tính dòng cƣỡng bức qua kháng
Trong sơ đồ nhà máy, không có thanh góp điện áp máy phát, dẫn đến sự xuất hiện của hai kháng điện đường lấy điện từ đầu cực MF có MBA liên lạc Hai phân đoạn được kết nối qua máy cắt liên lạc thường mở, chỉ đóng lại khi xảy ra sự cố ở một kháng Dòng cưỡng bức qua kháng này tối đa là 10,12 A, đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của hệ thống.
Tra bảng 7.1, phục lục 7 – tài liệu 1, ta chọn kháng điện cho đường dây loại PbA-10- 1000-10 có I đmK = 1000A
Tính toán chọn điện kháng X K %
- Các điểm ngắn mạch trong sơ đồ:
+ Điểm N4: Điểm ngắn mạch tại nơi đấu kháng điện, phục vụ chọn tự dùng và địa phương (đã tính ở chương 4)
+ Điểm N5: Điểm ngắn mạch ngay sau MC1 đầu cáp 1, phục vụ chọn MC1 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 1 khi ngắn mạch
+ Điểm N6: Điểm ngắn mạch ngay sau MC2 đầu cáp 2, phục vụ chọn MC2 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 2 khi ngắn mạch
- Chọn S cb = 100 MVA, U cb = 10,5 kV
Như đã tính ở Chương 4, ta có I N " 4 52,34(kA)
- Điện kháng của hệ thống, tính đến điểm đấy kháng điện:
- Điện kháng của cáp 1: cap 1 0 l cb 2 tb
Trong đó: + x 0 là điện kháng đường dây cáp lộ đơn (tra bảng 10.18 – tài liệu [1]) + l là chiều dài dây cáp, l = 2,1
Việc chọn xuất phát từ điều kiện dòng cắt của máy cắt và ổn định nhiệt cho cáp:
- Dòng ổn định nhiệt cáp 1:
F – tiết diện dây cáp 150 mm 2
C – hệ số cáp nhôm, C = 90 t C1 – thời gian cắt MC1, t C 1 t C 2 t 0, 70,3 1( ) s
Ta có: cb cb nhcap1 dm nhcap1
- Dòng ổn định nhiệt cáp 2:
3 3.10,5.13,5 cb cb nhcap dm nhcap
Quy về dạng phần trăm:
100 dmK dmK dm k k k cb cb
Vậy chọn kháng đơn có cuộn dây nhôm PbA-10-1000-10 có I đmK = 1000A
5.5.2.2 Chọn máy cắt hợp bộ địa phương MC1
Chọn MC1 theo các giá trị dòng ngắn mạch tại N5 Các điều kiện cơ bản của việc chọn lựa MC đã nêu ở mục 5.2.1
- Dòng ngắn mạch siêu quá đọ tại N5:
- Điều kiện chọn MC1: Điện áp: UđmMC ≥ U đmlưới = 10,5 kV
Dòng điện: IđmMC ≥ I cb = 0,66 kA
Dòng cắt định mức: I cắtMC ≥ I” N5 = 13,14 kA Điều kiện ổn động: Iđđm ≥ IxkN6 = 34,14 kA
Tra bảng 3.5 phục lục 3 trang 15:
Bảng 5.7: Bảng thông số MC1 Loại MC U đm (kV) I đm (kV) I cđm (kA) I đđm (kA)
Do máy cắt đã chọn có dòng I đmMC > 1000(A) nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
5.5.2.3 Kiểm tra kháng đơn và cáp đã chọn
Từ sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch ta có:
Điều kiện ổn định nhiệt cho MC2 và cáp 2:
Điều kiện ổn định nhiệt cho MC1 và cáp 1:
Vậy kháng đơn và cáp chọn đạt yêu cầu.
Chọn máy biến áp đo lường
5.6.1.1 Cấp điện áp 220kV và 110kV
Máy biến áp đo lường ở cấp điện áp này thường được sử dụng để kiểm tra cách điện, cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơ le và đo lường chính xác Trong đó, ba máy biến điện áp một pha kiểu HK1 kết nối theo sơ đồ Y o / Y o / ∆ là phổ biến nhất, giúp đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác của hệ thống điện.
Bảng 5.8: Thông số máy biến điện áp cấp 220kV và 110kV
Loại BU Cấp điện áp (KV) Điện áp đinh mức (kV) Công suất
Bảng 5.9: Bảng phụ tải máy biến áp
Thứ tự Tên đồng hồ Ký hiệu
Phụ tải AB Phụ tải BC
- Máy biến điện áp đƣợc chọn thỏa mãn điều kiện sau: dc TUdm
+ Phụ tải của biến điện áp AB:
+ Phụ tải của biến điện áp BC:
Chọn biến điện áp kiểu một pha HOM có công suất định mức S đm = 75 VA
Bảng 5.10: Bảng thông số máy biến áp cấp 10,5 kV
Cấp điện áp (KV) Điện áp đinh mức (kV)
Công suất định mức ứng với cấp chính xác(VA)
5.6.1.3 Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp đến dụng cụ đo theo các điều kiện sau:
Trong hệ thống truyền tải điện, tổn thất điện áp trên dây dẫn không được vượt quá 0,5% điện áp định mức thứ cấp để đảm bảo hiệu quả truyền tải và ổn định hệ thống Đồng thời, để đảm bảo độ bền cơ học của dây dẫn, tiết diện dây phải được chọn không nhỏ hơn giá trị quy định, giúp hạn chế quá tải và giảm thiểu rủi ro hỏng hóc trong quá trình vận hành.
Khi nối với dụng cụ đo điện năng: F cu 2,5mm F 2 ; Al 4mm 2 ;
Khi không nối với dụng cụ đo điện năng: F cu 1,5mm F 2 ; Al 2,5mm 2
- Giả sử độ dài từ MBA đến các đồng hồ đo lường là l = 60 m, dòng điện trong các pha a, b, c:
U Để đơn giản trong tính toán coi I a I c 0, 2( )A và coi I a I c 0, 2( )A b a
+ Điện áp giáng trên pha a và pha b: a b a b
Giả sử khoảng cách 1 từ dụng cụ đo đến BU là 60m, bỏ qua góc lệch pha giữa I a và
I b , ta có: l tt = 60 m và ρ 0,00175 mm 2 /m
Vì trong mạch có công tơ nên ∆U = 0,5%, do vậy tiết diện dây dẫn phải chọn là:
Vậy theo tiêu chuẩn độ bền cơ học ta lấy dây dẫn là dây đồng có tiết diện F = 1,5 mm 2
5.6.2 Chọn máy biến dòng BI
5.6.2.1 Cấp điện áp 220kV và 110kV
+ Điện áp định mức: U dm U mang
+ Dòng điện định mức sơ cấp: I dm I lvcb
+ Cấp chính xác: do phụ tải là công tơ có cấp chính xác là 0,5 nên ta chọn loại biến dòng có cùng cấp chính xác bằng 0,5
Vậy chọn máy biến dòng điện nhƣ sau:
Bảng 5.11: Bảng thông số máy biến dòng cấp 220kV và 110kV
Máy biến dòng đã chọn có dòng điện sơ cấp định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
- Sơ đồ nối dây và kiểu máy:
Sơ đồ nối dây gồm đầy đủ ba pha và được kết nối theo hình sao, phù hợp cho các hệ thống biến dòng trong nhà Điện áp định mức của thiết bị là U TIdm lớn hơn hoặc bằng U Gdm, đạt mức 10,5 kV, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng.
Dòng điện định mức sơ: I TIdm I lvcb 3, 61(kA)
+ Cấp chính xác: do phụ tải là công tơ có cấp chính xác là 0,5 nên ta chọn loại biến dòng có cùng cấp chính xác bằng 0,5
Vậy chọn máy biến dòng điện kiểu TШЛ -20-1 có các thông số kĩ thuật nhƣ sau:
U đm = 20 kV, I đmsc = 8000 A, I đmtc = 5 A, phụ tải định mức Z đm = 1,2 , cấp chính xác 0,5, bội số ổn định nhiệt t nh = 20/4
- Phụ tải thứ cấp: công suất tiêu thụ của các cuộn dây dòng của các đồng hồ đo lường trong bảng sau:
Bảng 5.12: Bảng công suất tiêu thụ của các cuộn dây dòng
Thứ tự Tên dụng cụ Kí hiệu
Phụ tải (VA) Pha A Pha B Pha C
Pha A và C của biến dòng mang tải nhiều nhất: S max = 26 VA;
Tổng trở các dụng cụ đo mắc vào các pha này là: dd tdm max
Khoảng cách từ máy biến dòng điện đến các dụng cụ đo lường là l = 60 m
Trong trương hợp có biến dòng cả ba pha thì độ dài tính toán l tt = l = 60 m
Chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện thoả mãn:
Kết hợp điều kiện về độ bền cơ ta chọn dây dẫn đồng có bọc cách điện có tiết diện
Máy biến dòng kiểu TШЛ-20-1 sử dụng sơ cấp là thanh dẫn của thiết bị phân phối, do đó, độ ổn định động của nó phụ thuộc vào ổn định của thanh dẫn mạch MF Vì vậy, không cần kiểm tra ổn định động của máy biến dòng điện này để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn.
- Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: Vì dòng định mức sơ cấp của máy biến dòng điện lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt
Hình 5.4: Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào biến điện áp và biến dòng điện mạch MFĐ
Chọn chống sét van (CSV)
5.7.1 Chọn chống sét van cho thanh góp
Các thanh góp 220 kV và 110 kV lắp đặt các thiết bị chống sét lan truyền (CSV) có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống chống quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm biến áp Việc lựa chọn CSV dựa trên điện áp định mức của mạng lưới nhằm đảm bảo khả năng bảo vệ tối ưu và duy trì an toàn hệ thống vận hành.
- Trên thanh góp 220 kV ta chọn CSV loại PBC - 220 có điện áp định mức U đm =
220 kV đặt trên cả 3 pha
- Trên thanh góp 110kV ta chọn CSV loại PBC - 110 có điện áp định mức U đm = 110kV, đặt trên cả 3 pha
5.7.2 Chọn chống sét van cho MBA
5.7.2.1 Chống sét van cho MBATN
Trên các thanh góp 220 kV và 110 kV, lắp đặt các Công tắc Xả Ngắn Mạch (CSV) có vai trò quan trọng trong việc chống quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm Các CSV này được lựa chọn phù hợp theo điện áp định mức của mạng lưới, nhằm đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện.
- Trên thanh góp 220 kV ta chọn CSV loại PBC - 220 có điện áp định mức Uđm =
220 kV đặt trên cả 3 pha
- Trên thanh góp 110kV ta chọn CSV loại PBC - 110 có điện áp định mức Uđm = 110kV, đặt trên cả 3 pha
5.7.2.2 Chống sét van đặt ở trung tính của MBA hai dây quấn
Dù đã lắp đặt CSV trên thanh góp 110 kV, nhưng các dòng sét có biên độ lớn vẫn có thể truyền vào trạm gây phóng điện và làm hỏng cách điện của cuộn dây MBA, đặc biệt là phần gần trung tính nếu trung tính không cách điện Để đảm bảo an toàn, cần bố trí CSV tại trung tính của hai cuộn dây MBA, tuy nhiên, do điện cảm của cuộn dây làm giảm biên độ dòng sét khi tới điểm trung tính, nên CSV tại trung tính được lựa chọn có điện áp định mức giảm một cấp Loại CSV phù hợp cho phía trung tính của MBA là PBC – 35.
Tra bảng 8.4 - phụ lục 8 - tài liệu [1], ta có bảng tổng kết thông số của các CSV đã chọn nhƣ sau:
Bảng 5.13: Bảng thông số của chống sét van
Điện áp cho phép lớn nhất U max, đo bằng kV, xác định giới hạn an toàn của hệ thống điện Điện áp đánh thủng khi tần số 50Hz giúp xác định khả năng chịu đựng của cách điện dưới tải thường xuyên, cũng tính bằng kV Trong khi đó, điện áp đánh thủng xung kích, khi thời gian phóng điện từ 2 đến 10 giây, phản ánh khả năng chống lại các xung điện đột ngột và ngắn hạn, đảm bảo độ bền của thiết bị điện trong các điều kiện khắc nghiệt.
Trong Chương 5, chúng ta đã lựa chọn các khí cụ điện và dây dẫn phù hợp cho sơ đồ nối điện chính của nhà máy, đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật và hiệu suất hoạt động Tiếp theo, công đoạn tính toán và lựa chọn các thiết bị, khí cụ điện cho sơ đồ tự dùng của nhà máy thủy điện đang thiết kế sẽ giúp tối ưu hóa hệ thống điện tự sử dụng, đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả cao nhất.