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) là thành phần thiết yếu trong nhà máy điện, đóng vai trò quyết định đến hiệu suất vận hành của hệ thống Việc lựa chọn máy phát điện phù hợp dựa trên thiết kế ban đầu, trong đó đã xác định rõ số lượng và công suất của các máy phát Trong nhà máy nhiệt điện với 6 tổ máy, mỗi tổ có công suất đặt 50 MW, việc tra cứu bảng 1.1, Phụ lục 1 trong tài liệu [1] giúp xác định máy phát điện đồng bộ tuabin hơi phù hợp với các thông số kỹ thuật yêu cầu của dự án.
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 dạng nguyên liệu, loại tuabin và công suất phát của nhà máy, chiếm khoảng 5% đến 10% tổng công suất phát 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, trong khi phần còn lại, khoảng 60%, phụ thuộc trực tiếp 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 cực kỳ quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống điện nhà máy Việc xác định phương án phù hợp dựa trên kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất là yếu tố then chốt để đảm bảo hệ thống điện vận hành ổn định và hiệu quả Lựa chọn đúng phương án nối điện giúp tối ưu hóa khả năng truyền tải và giảm thiểu rủi ro gây sự cố trong quá trình vận hành nhà máy điện.
Chọn phương án nối dây theo một số nguyên tắc sau:
Phụ tải địa phương không cần thanh góp điện áp máy phát khi tỷ lệ phù hợp là 8,1% nhỏ hơn 15%, vì nguồn điện được lấy trực tiếp từ đầu cực MF phía trên của máy biến áp liên lạc.
Các nhà máy có công suất lớn và cấp điện áp trung (110kV) hoặc cao (220kV) thường có hệ thống nối đất trung tính trực tiếp để đảm bảo an toàn và ổn định của hệ thống điện Việc có hệ số có lợi phù hợp giúp giảm thiểu ảnh hưởng của xung nhiễu và duy trì hoạt động liên tục của các nhà máy điện công suất lớn Chọn cấp điện áp phù hợp cùng với hệ thống nối đất tốt là yếu tố then chốt để tối ưu hóa hiệu quả vận hành của các nhà máy điện trung và cao áp.
U 220 nên phải dùng 2 máy biến áp tự ngẫu (MBATN) liên lạc giữa các cấp để giảm tổn thất điện năng
Công suất lớn nhất của hệ thống đạt S UTmax = 105,81 MVA, vượt quá công suất của mỗi tổ máy là 62,5 MVA, giúp đảm bảo khả năng vận hành ổn định và an toàn Hệ thống sử dụng máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc, tăng tính linh hoạt và giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải Để nâng cao hiệu suất hệ thống, phía trung tâm có thể ghép thêm một hoặc nhiều thiết bị công nghệ phù hợp, đảm bảo tối ưu hóa khả năng vận hành và mở rộng quy mô trong tương lai.
Đối với các nhà máy điện có công suất của một tổ máy nhỏ, có thể ghép nhiều máy phát vào chung một máy biến áp để tối ưu hóa hệ thống Tuy nhiên, cần đảm bảo nguyên tắc rằng tổng công suất của các tổ máy phát không vượt quá công suất dự trữ nóng của hệ thống điện, nhằm duy trì sự ổn định và an toàn vận hành của nhà máy.
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 max
Công suất được truyền từ hạ xuống trung và cao, trong đó cuộn hạ mang khối lượng tải nặng nhất, đặc biệt khi S_H_SC1 bằng tổng S_CT_SC1 và S_CC_SC1, cụ thể là 24, 3 + 28, 27 = 52, 45 MVA Điều kiện kiểm tra sự cố đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và an toàn trong mọi tình huống.
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 đủ công suất thiếu, nhưng vẫn duy trì hoạt động ổn định, đảm bảo hiệu quả vận hành liên tục Trong quá trình vận hành, xảy ra sự cố hỏng MBA tự ngẫu AT3 tại thời điểm phía trung cực đạt cực đại, ảnh hưởng đến hệ thống Điều kiện kiểm tra sự cố bao gồm: α.Kqt.S đmTN + 2.S bo ≥ S UT UT max, giúp xác định chính xác mức độ ảnh hưởng và phương án khắc phục để duy trì hệ thống ổn định, an toàn.
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
Qua phân bố công suất, ta nhận thấy công suất được truyền từ trung tâm đồng thời lên tới các phần cao hơn, trong đó cuộn nối tiếp chịu tải nặng nhất Công suất của cuộn nối tiếp được tính toán như sau để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống truyền tải điện Điều này giúp tối ưu hóa phân bổ công suất và nâng cao độ bền của các thành phần trong hệ thống truyền tải điện.
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 gây ra ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành, tuy nhiên, hệ thống vẫn duy trì hoạt động ổn định Trong đó, sự cố hỏng máy biến áp tự ngẫu AT3 tại thời điểm phía trung cực tiểu đã ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống, gây ra những thách thức trong quá trình vận hành Việc khắc phục sự cố này là cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục, ổn định và tối ưu hóa công suất truyền tải điện lực.
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 tâm ra phía trên và phía dưới cùng lúc, đồng thời cuộn nối tiếp chịu tải lớn nhất trong hệ thống Công suất của cuộn nối tiếp có thể tính toán dựa trên các yếu tố kỹ thuật và đặc điểm truyền tải, đảm bảo hiệu quả hoạt động của toàn bộ mạch Việc hiểu rõ phân bố công suất giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện, giảm tổn thất và nâng cao độ bền của các 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 đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của các phương án điện Trong nhà máy điện, tổn thất điện năng chủ yếu phát sinh từ các máy biến áp tăng áp, đặc biệt là trong sơ đồ bộ MF - MBA 2 cuộn dây Việc xác định chính xác tổn thất điện năng giúp tối ưu hóa hệ thống điện và nâng cao hiệu suất vận hành của nhà máy.
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 đảm nhận bởi MBA liên lạc dựa trên nguyên tắc cân bằng công suất Việc xác định công suất này không xét đến các tổn thất trong MBA, nhằm đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và phân tích hệ thống Giả sử chiều công suất như minh họa trong hình vẽ để dễ hình dung và áp dụng trong quá trình tính toán.
- 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 quá trình sửa chữa khi MF hay MBA gặp sự cố, toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động để đảm bảo an toàn Do đó, chỉ cần sử dụng máy cắt (MC) phía cao áp để ngắt nguồn, còn phía hạ áp chỉ cần sử dụng dao cách ly (DCL) phụ để quản lý an toàn Đồng thời, việc chọn máy biến áp liên lạc (như AT4, AT5) là rất quan trọng để duy trì liên lạc và đảm bảo vận hành liên tục của hệ thống.
Trong hệ thống MBA có tất cả các phía mang tải không bằng phẳng, cần điều chỉnh điện áp trên tất cả các phía để đảm bảo hoạt động ổn định Nếu chỉ sử dụng thiết bị TĐK để điều chỉnh phía hạ áp, sẽ không thể kiểm soát được điện áp ở các phía còn lại Do đó, cần kết hợp việc điều chỉnh điện áp dưới tải của MBA liên lạc để đảm bảo tất cả các phía đều được điều chỉnh phù hợp, duy trì hiệu quả vận hành và ổn định 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
Quá tải sự cố tối đa cho phép nhƣ sau: với điều kiện làm việc không quá 6 giờ trong ngày và không đƣợc quá 5 ngày đêm liên tục a) Sự cố hỏng MBA bên trung khi phụ tải trung cực đại (giả sử hỏng bộ T6)
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
Qua phân bố công suất ta thấy công suất đƣợc truyền đồng thời từ cao và hạ lên trung, trường hợp này cuộn chung mang tải nặng nhất và công suất của cuộn chung tính nhƣ sau:
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 công suất thiếu gây ra sự cố hỏng MBA tự ngẫu liên lạc tại thời điểm phía trung cực đại (AT4) Dù gặp sự cố này, hệ thống vẫn vận hành ổn định nhờ vào điều kiện kiểm tra phù hợp: α, K qt, S đmTN cộng S bo đều lớn hơn hoặc bằng S UT max.
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 công suất được truyền từ các bộ phận hạ và trung áp lên các bộ phận cao áp Trong trường hợp này, cuộn nối tiếp chịu tải nặng nhất, phản ánh rõ ràng qua công suất lớn nhất trên cuộn này Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của cuộn nối tiếp trong hệ thống truyền tải điện, đảm bảo hiệu quả và độ bền của quá trình truyền tải công suất lớn.
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 đảm bảo hoạt động ổn định, mặc dù gặp sự cố hỏng MBA tự ngẫu liên lạc tại thời điểm phía trung cực tiểu (AT4) Điều này cho thấy khả năng duy trì vận hành liên tục của hệ thống ngay cả khi gặp sự cố kỹ thuật Việc phát hiện và khắc phục các sự cố liên quan đến MBA tự ngẫu liên lạc đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và ổn định của hệ thống điện Các biện pháp kiểm tra định kỳ và bảo trì hệ thống giúp giảm thiểu rủi ro và duy trì hiệu năng tối ưu.
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 công suất chủ yếu được truyền từ hệ thống hạ và trung thế lên mức cao hơn Trường hợp này, cuộn nối tiếp thường chịu tải nặng nhất, đồng thời công suất của cuộn nối tiếp đạt mức tối đa Việc hiểu rõ đặc điểm truyền công suất trong hệ thống giúp tối ưu hóa hoạt động và đảm bảo hiệu suất cao 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 lựa chọn MBA và tính toán tổn thất điện năng cho hai phương án khác nhau Tiếp theo, quá trình chọn sơ đồ thiết bị phân phối phù hợp cho cả hai phương án diễn ra dựa trên các số liệu đã được tính toán để xác định phương án tối ưu 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 hệ thống truyền tải được chọn cho phía điện áp cao là sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng, nhằm đảm bảo tính ổn định và linh hoạt trong vận hành Đối với cấp điện áp trung 110kV, việc áp dụng sơ đồ phù hợp giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền tải điện năng và nâng cao độ tin cậy của hệ thống truyền tải điện trong mạng lưới điện quốc gia.
- 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, lựa chọn sơ đồ hệ thống thanh góp hai hệ thống là phù hợp cho phía điện áp cao, đảm bảo an toàn và tối ưu hóa vận hành hệ thống truyền tải điện.
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 truyền tải phù hợp cho phía điện áp cao là sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng, đảm bảo tính linh hoạt và an toàn trong vận hành hệ thống truyền tải điện Đối với cấp điện áp trung 110kV, việc lựa chọn sơ đồ phù hợp sẽ giúp tăng độ tin cậy và giảm thiểu rủi ro mất khả năng truyền tải.
- 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 thanh góp hai hệ thống là lựa chọn phù hợp cho phía điện áp cao Sơ đồ này đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong truyền tải điện năng, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và vận hành của hệ thống truyền tải điện quốc gia Việc áp dụng sơ đồ hai hệ thống thanh góp giúp cải thiện khả năng vận hành liên tục và giảm thiểu rủi ro mất điện trên lưới truyền tải 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 đã được xác định là tối ưu nhất Tiếp theo, chúng tôi sẽ tiến hành tính toán các trường hợp ngắn mạch liên quan đến phương án này để đảm bảo an toàn và hiệu quả Các kết quả phân tích sẽ là cơ sở để lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn phù hợp, nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Tính toán ngắn mạch
Mục đích của việc tính dòng ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn phù hợp theo tiêu chuẩn ổn định động và nhiệt Chọn điểm ngắn mạch sao cho dòng ngắn mạch đi qua các thiết bị lớn nhất giúp đảm bảo tính an toàn và hiệu quả hệ thống điện Điều này giúp đảm bảo các khí cụ điện và dây dẫn hoạt động ổn định khi xảy ra sự cố ngắn mạch.
Hình 4.1: Lựa chọn các điểm ngắn mạch để tính toán
- Phía điện áp cao 220kV:
Chỉ chọn một loại máy cắt và dao cách ly phù hợp cho cấp điện áp 220kV để đảm bảo tính chính xác trong tính toán dòng ngắn mạch Việc này giúp xác định chính xác dòng ngắn mạch tại điểm N1, nơi có dòng điện ngắn mạch có giá trị cực đại Hệ thống cung cấp điện cho tất cả các máy phát điện và các thành phần của hệ thống cũng cần được xem xét để đảm bảo an toàn và ổn định trong vận hành.
Ta chỉ chọn một loại máy cắt, dao cách ly phù hợp cho cấp điện áp 110kV để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành hệ thống điện Đặc biệt, việc tính toán dòng ngắn mạch tại điểm N2 là quan trọng nhất để xác định giá trị dòng ngắn mạch cực đại trong hệ thống Nguồn cung cấp điện bao gồm tất cả các máy phát điện và hệ thống liên quan, đóng vai trò then chốt trong việc duy trì ổn định nguồn điện và đảm bảo an toàn cho lưới điện 110kV.
- Phía điện áp máy phát 10kV:
Phía hạ áp của máy biến áp liên lạc có điểm ngắn mạch tính toán là N3’, được cấp điện từ máy phát S3 Điểm ngắn mạch N4 được chọn tại các thiết bị điện và dây dẫn phía hạ áp của mạch phụ tải địa phương, với nguồn cung cấp chủ yếu đến từ các máy phát của nhà máy và hệ thống chung.
Ta thấy: IN4 = IN3 + IN3’
Khi thực hiện tính toán ngắn mạch, ta bỏ qua ảnh hưởng của các phụ tải, điện trở và điện dẫn của các phần tử, sử dụng các phương pháp tính gần đúng với hệ đơn vị tương đối Kết quả tính ngắn mạch đặc trưng được trình bày rõ ràng trong bảng phân tích, giúp đánh giá nhanh và chính xác tình hình ngắn mạch trong hệ thống điện.
Bảng 4.1: Dòng ngắn mạch tại các điểm Điểm ngắn mạch I’’(kA) i xk (kA)
Dòng ngắn mạch tại N3 lớn hơn so với N3’, vì vậy, để đảm bảo an toàn và chính xác trong tính toán chọn khí cụ điện và dây dẫn cho phía 10kV, ta chọn dòng ngắn mạch N3 làm tiêu chuẩn Việc lựa chọn dòng ngắn mạch phù hợp giúp đảm bảo khả năng chịu tải và độ tin cậy của hệ thống điện khu vực 10kV Chọn dòng ngắn mạch N3 là bước quan trọng nhằm tối ưu hóa thiết kế và bảo vệ hệ thống điện, đảm bảo vận hành an toàn và ổn định.
Trong Chương 4, chúng ta đã xác định được giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm trong hệ thống Ở chương tiếp theo, chúng ta sẽ dựa trên các giá trị dòng ngắn mạch này để lựa chọn thiết bị điện và dây dẫn phù hợp, nhằm tối ưu hóa phương án (phương án 1).
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)
Phụ tải cực đại của hệ thống là S VHTmax = 125,2 MVA, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả trong các điều kiện tải cao Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính toán dựa trên tình huống một đường dây bị đứt, giúp đánh giá khả năng chịu tải của hệ thống trong các trạng thái xấu nhất Việc xác định dòng điện cưỡng bức này là quan trọng để thiết kế hệ thống điện đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy cao.
- 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 chọn máy cắt điện phụ thuộc vào dòng điện cường độ và dòng điện ngắn mạch tại từng thời điểm cần xác định Đối với các cấp điện áp cao như 220kV và trung thế 110kV, chỉ cần sử dụng một loại máy cắt và dao cách ly chung phù hợp cho từng cấp điện áp Việc lựa chọn máy cắt được thực hiện dựa trên các điều kiện kỹ thuật và phù hợp với yêu cầu vận hành an toàn, hiệu quả.
- 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 vào kết quả tính toán dòng điện cƣỡng bức tại bảng 5.1 và dòng ngắn mạch I’’ cùng dòng xung kích I_xk của các máy N1, N2, N3 ở bảng 4.1, cũng như tra cứu tại Phụ lục 3 - tài liệu [1], ta đã chọn được máy cắt có các thông số phù hợp nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả trong 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 trong bảng 5.1 và dòng ngắn mạch I’’, cùng dòng xung kích I xk của N1, N2, N3 được trình bày tại bảng 4.1, chúng tôi đã tra cứu trong Phụ lục 4 của tài liệu [1] để lựa chọn các thiết bị cách ly phù hợp Các thông số của các thiết bị cách ly được xác định dựa trên các dữ liệu này nhằm đảm bảo độ an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện Việc lựa chọn đúng kiểu và thông số của thiết bị cách ly là rất quan trọng để duy trì hoạt động ổn định và phòng tránh các sự cố xảy ra trong quá trình vận hành.
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 được sử dụng để nối từ đầu cực máy phát điện đến cuộn hạ áp MBATN và MBA hai cuộn dây, đảm bảo độ bền và khả năng chịu nhiệt lâu dài Tiết diện của thanh dẫn được chọn phù hợp với điều kiện phát nhiệt để tránh quá nhiệt trong vận hành lâu dài Chọn thanh góp cứng giúp tối ưu hóa diện tích mặt bằng, giảm kích thước thiết bị và khoảng cách giữa các pha, từ đó nâng cao hiệu quả lắp đặt và vận hành hệ thống điện.
Hình dạng và kích thước của thanh dẫn, thanh góp ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền cơ học và khả năng tỏa nhiệt của hệ thống Ngoài ra, chúng còn tác động đến khả năng tải điện do hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần khi dòng điện xoay chiều chạy qua Việc chọn lựa kích thước và hình dạng phù hợp giúp nâng cao hiệu quả truyền tải điện và đảm bảo độ bền của các thiết bị điện.
Đối với dòng nhỏ hơn 1500A, thường sử dụng thanh cứng hình chữ nhật để đảm bảo hiệu quả truyền tải Khi dòng điện từ 1500A đến 3000A, cần ghép 2 thanh cứng hình chữ nhật trên cùng một pha để phù hợp với công suất yêu cầu Đối với dòng điện từ 3000A đến 8000A, thanh dẫn dạng lòng máng được sử dụng nhằm giảm hiệu ứng mặt ngoài và gần, đồng thời tăng khả năng làm mát của hệ thống Khi dòng điện vượt quá 8000A, thanh dẫn hình ống là lựa chọn hợp lý để đảm bảo độ bền và hiệu quả truyền tải cao nhất.
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 đã chọn, bao gồm loại AC – 240/32 cho điện áp 220kV và loại AC – 150/24 cho điện áp 110kV, đều đáp ứng các yêu cầu về ổn định nhiệt và điều kiện vầng quang, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hệ thống truyền tải điện cao thế.
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, được trang bị máy cắt đầu đường dây MC2 nhằm đảm bảo an toàn và dễ dàng quản lý hệ thống Cáp này là loại nhôm phủ PVC với tiết diện tối thiểu 70mm², đáp ứng yêu cầu truyền tải điện năng hiệu quả Theo thiết kế, cấp điện cho phụ tải địa phương hoạt động với điện áp 10kV, đảm bảo cung cấp nguồn điện ổn định và an toàn cho các hộ tiêu thụ.
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
Khi kiểm tra điều kiện phát nóng trong quá trình làm việc cưỡng bức của cáp kép, cần xem xét một lộ đường dây làm việc độc lập để đảm bảo lộ còn lại có khả năng mang tải vượt quá tải định mức mà vẫn đảm bảo dòng điện Điều kiện cần thiết để đảm bảo an toàn là: \(K_{qt} \times sc \times K_{K} \times I_{1} \times 2 \times cp \geq I_{cb}\), giúp hạn chế nguy cơ quá nhiệt và đảm bảo hiệu suất vận hành của hệ thống cáp.
+ 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 hệ thống có hai kháng điện đường lấy điện từ đầu cực MF có MBA liên lạc Các phân đoạn của hệ thống liên kết với nhau qua máy cắt liên lạc thường mở, chỉ đóng khi xảy ra sự cố tại một kháng Dòng cưỡng bức qua kháng tối đa là 10,12A, đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện.
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
Các máy biến áp đo lường ở cấp điện áp này được sử dụng để kiểm tra cách điện, cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơ le và thực hiện đo lường chính xác Thường sử dụng ba máy biến điện áp một pha kiểu HKΦ1, kết nối theo sơ đồ hình sao (Y o) hoặc hình tam giác (∆), giúp đảm bảo tính linh hoạt và độ chính xác trong các hoạt động kiểm tra và giám sát 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:
Tổn thất điện áp trên dây dẫn không được vượt quá 0,5% điện áp định mức thứ cấp để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định Đồng thời, để đảm bảo độ bền về cơ học của hệ thống dây dẫn, tiết diện của dây phải lớn hơn hoặc bằng trị số quy định, tránh tình trạng quá nhỏ gây quá tải hoặc 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 có đầy đủ ba pha và được kết nối theo hình sao, phù hợp cho hệ thống biến dòng trong nhà Điện áp định mức của thiết bị là U TIdm ≥ U Gdm = 10,5 kV, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả trong các hệ thống điện dân dụng và công nghiệp.
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 có sơ cấp là thanh dẫn của thiết bị phân phối, do đó, ổn định động của nó phụ thuộc vào ổn định động của thanh dẫn mạch MF Vì vậy, không cần kiểm tra ổn định động của máy biến dòng điện này.
- 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
Trên các thanh góp 220 kV và 110 kV, lắp đặt các thiết bị chống sét lan truyền (CSV) với nhiệm vụ quan trọng là kiểm soát quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm CSV này được chọn phù hợp với điện áp định mức của mạng lưới điện, đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống truyền tải Việc sử dụng CSV giúp ngăn ngừa sự cố gây hỏng hóc thiết bị và duy trì khả năng vận hành liên tục của trạm biến áp.
- 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, đặt các thiết bị chống sét (CSV) có nhiệm vụ quan trọng là bảo vệ chống quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm Các CSV này được chọn phù hợp theo điện áp định mức của mạng nhằm đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống truyền tải 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 trong quá trình sét có biên độ lớn truyền vào trạm, các CSV tại đây vẫn có thể phóng điện do tác động của điện áp lơn Điện áp còn lại truyền tới cuộn dây của MBA gây nguy cơ làm hỏng lớp cách điện, đặc biệt là phần gần trung tính nếu trung tính được cách điện Vì vậy, cần lắp đặt CSV tại trung tính của MBA để bảo vệ cách điện của các cuộn dây Tuy nhiên, do điện cảm của cuộn dây MBA làm giảm biên độ dòng sét tại trung tính, nên CSV đặt tại đây thường có điện áp định mức thấp hơn một cấp Đặc biệt, phía trung tính của MBA thường sử dụng CSV loại PBC – 35 để tối ưu hóa hiệu quả bảo vệ.
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) trong hệ thống cách điện là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và độ bền của thiết bị Điện áp đánh thủng khi tần số 50Hz (kV) xác định mức điện áp tối đa mà vật cách điện có thể chịu đựng trong điều kiện hoạt động bình thường Ngoài ra, điện áp đánh thủng xung kích trong khoảng thời gian phóng điện từ 2 đến 10 giây cũng là thông số kỹ thuật cần xem xét để đảm bảo khả năng chống quá áp của hệ thống trong các tình huống hư hỏng hoặc quá tải.
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 độ an toàn và hiệu quả hệ thống điện Tiếp theo, quá trình tính toán và chọn lựa các thiết bị, khí cụ điện cho sơ đồ tự dùng của nhà máy điện đang thiết kế sẽ giúp tối ưu hóa hoạt động và giảm thiểu rủi ro về điện Các bước này đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thiện hệ thống điện toàn diện, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn an toàn của lĩnh vực điện công nghiệp.