đồ án nhà máy điện

đồ án nhà máy điện

Lời nói đầu

Năng lợng, theo cách nhìn tổng quát là rất rộng lớn, làvô tận Tuy nhiên, nguồn năng lợng mà con ngời có thể khaithác phổ biến hiện nay đang càng trở nên khan hiếm và trởthành một vấn đề lớn trên thế giới Đó là bởi vì để có nănglợng dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lợng sơ cấp phải trải quanhiều công đoạn nh khai thác, chế biến, vận chuyển vàphân phối Các công đoạn này đòi hỏi nhiều chi phí về tàichính, kỹ thuật và các ràng buộc xã hội Hiệu suất các công

đoạn kể từ nguồn năng lợng sơ cấp đến năng lợng cuối nóichung là thấp Vì vậy đề ra lựa chọn và thực hiện các ph-

ơng pháp biến đổi năng lợng từ nguồn năng lợng sơ cấp

đến năng lợng cuối để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất là mộtnhu cầu và cũng là nhiệm vụ của con ngời

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lợng,bao gồm các nhà máy điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ

điện Trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổinăng lợng sơ cấp nh: than, dầu, khí đốt, thuỷ năng thành

điện năng Hiện nay ở nớc ta lợng điện năng đợc sản xuấthàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỉtrọng lớn nh thập kỷ 80 Tuy nhiên, với thế mạnh nguồnnguyên liệu nh ở nớc ta, tính chất phụ tải đáy của nhà máynhiệt điện thì việc củng cố và xây dựng mới các nhà máynhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu đối với giai đoạn pháttriển hiện nay

Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt

điện và tính toán chế độ vận hành tối u của nhà máy điện

không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện

về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành hệ thống

điện trớc khi thâm nhập vào thực tế

Với yêu cầu nh vậy, đồ án môn học đợc hoàn thành gồmbản thuyết minh này kèm theo các bản vẽ phần nhà máynhiệt điện và phần chuyên đề

Bản thuyết minh gồm: 5 chơng.

Các chơng này trình bày toàn bộ quá trình tính toán

từ chọn máy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp

điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy, đề xuất cácphơng án nối điện, tính toán kinh tế - kỹ thuật, so sánhchọn phơng án tối u đến chọn khí cụ điện cho phơng án

đợc lựa chọn Phần này có kèm theo 1 bản vẽ A0

Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cảm

ơn thầy giáo Phạm Văn Hoà và các thầy cô trong bộ môn Hệthống điện đã hớng dẫn một cách tận tình để em có thểhoàn thành đồ án này

Sinh viên

Nguyễn Văn

T-ờng

Chơng 1 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Chất lợng điện năng là một yêu cầu quan trọng của phụtải Để đảm bảo chất lợng điện năng tại mỗi thời điểm,

điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàncân bằng với lợng điện năng tiêu thụ ỏ các hộ tiêu thụ kể cảtổn thất điện năng Vì điện năng ít có khả năng tích luỹnên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện là rấtquan trọng

Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng

điện luôn luôn thay đổi Việc nắm đợc quy luật biến đổinày tức là tìm đợc đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng

đối với việc thiết kế và vận hành Nhờ vào đồ thị phụ tải

mà ta có thể lựa chọn đợc các phơng án nối điện hợp lý ,

đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nâng cao độ tincậy cung cấp điện Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn chophép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối -

u công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhàmáy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau

S MVA

P MW

0,30 4 1,71 3

1.2 TÝnh to¸n phô t¶i vµ c©n b»ng c«ng suÊt

1.2.1 CÊp ®iÖn ¸p m¸y ph¸t

1.2.2 Cấp điện áp trung (110KV)

Phụ tải bên trung gồm 2 đờng dây kép và 1 đờng dây

đơn

Pmax = 150 MW, cos = 0,85Công thức tính:

PT(t) = PTmax

ST(t) = Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải

1.2.3 Cấp điện áp cao (220KV)

Phụ tải bên cao gồm 1 đờng dây kép

Pmax = 100 MW, cos = 0,85Công thức tính:

PC(t) = PTmax

SC(t) = Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải

t(h) 0  6 6  24

ST (MVA) 117,65 105,88

Từ đó ta có đồ thị phụ tải bên cao:

1.2.4 Phụ tải toàn nhà máy

Nhà máy gồm 4 máy phát có SđmF = 176,5MVA Do đócông suất đặt của nhà máy là:

1.2.5 Tự dùng của nhà máy điện

Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lợng điện tự dùng chiếm6% công suất định mức của toàn nhà máy

Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm có thể tínhtheo biểu thức sau:

Trong đó:

Std(t): Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t

SNM : Công suất đặt của toàn nhà máy

SNM(t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm

t

 : Phần trăm lợng điện tự dùng ( = 6 % )Sau khi tính toán ta có bảng kết quả:

SNM(t) = SUF(t) + ST(t) + SC(t) + SVHT(t) + Std(t)

Từ phơng trình trên ta có phụ tải về hệ thống theo thờigian là:

SVHT(t) = SNM(t) - SUF(t)- ST(t) - SC(t) - Std(t)Trong đó:

Snm(t): Công suất nhà máy

SUF(t): Công suất phụ tải máy phát

ST(t) : Công suất phụ tải trung áp

Std(t): Công suất tự dùng

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

20

22

22 24

476, 55

529, 5

529, 5

529, 5

476,5 5

476, 55

476, 55

21,4 3

23,8 1

23,8 1

21,4

19,0 5

19,0 5

S T (t) 141,

18

141, 18

158, 8

158, 8

176, 47

176,

158, 8

141, 18

S C (t) 117,

65

105, 88

105, 88

105, 88

105, 88

105, 88

105,8 8

105, 88

105, 88

S td (t) 27,9

6

27,9 6

29,8 6

31,7 7

31,7 7

31,7

29,8 6

29,8 6

160, 58

209, 24

191, 57

193, 95

160,5 8

162, 96

180, 58

* NhËn xÐt chung :

0 100

- Phụ tải điện áp trung nhỏ nhất là 141,18 MVA, gầnbằng công suất định mức của một máy phát (176,5 MVA)nên có thể ghép một máy phát vào phiá thanh góp này vàcho vận hành định mức liên tục.

- Cấp điện áp cao (220 KV) và trung áp (110 KV) là lớitrung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp liên lạc làmáy biến áp tự ngẫu sẽ có lợi hơn

- Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiềuyếu tố nh vị trí nhà máy, địa bàn phụ tải, nguồn nguyênnhiên liệu Riêng về phần điện nhà máy hoàn toàn có khảnăng phát triển thêm phụ tải ở các cấp điện áp sẵn có

1.3 Chọn các phơng án nối dây.

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là mộtkhâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện.Các phơng án phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện chophụ tải, đồng thời thể hiện đợc tính khả thi và đem lại hiệuquả kinh tế

Dựa vào số liệu tính toán phân bố công suất đồ thịphụ tải các cấp điện áp chúng ta vạch ra các phơng án nối

điện cho nhà máy

Theo kết quả tính toán cân cằng công suất ở chơng 1 ta có:+ Phụ tải địa phơng:

SHTmax = 209,24 (MVA)

SHTmin = 117,76 (MVA)

Từ các nhận xét trên ta vạch ra 1 số phơng án nối điệncho nhà máy thiết kế:

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là mộtkhâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện

Nó quyết định những đặc tính kinh tế và kỹ thuật củanhà máy thiết kế Cơ sở để vạch ra các phơng án là bảngphụ tải tổng hợp, đồng thời tuân theo những yêu cầu kỹthuật chung

- Với cấp điện áp trung là 110KV và công suất truyềntải lên hệ thống luôn bé hơn dự trữ quay của hệ thống, tadùng hai máy biến áp liên lạc loại tự ngẫu

- Có thể ghép bộ máy phát - máy biến áp vào thanh góp

110 KV vì phụ tải cực tiểu cấp này lớn hơn công suất địnhmức của một máy phát

- Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ vớicông suất nhỏ hơn 20% công suất bộ nên ta không phải dùng

hệ thống thanh góp phát

- Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vìcông suất của một bộ nh vậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệthống

Nh vậy ta có thể đề xuất bốn phơng án sau để lựachọn:

 Phơng án 1:

Phơng án này phía 220KV ghép 1 bộ máy phát điện máy biến áp để làm nhiệm vụ liên lạc giữa phía cao vàtrung áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu Phía 110KV ghép 1 bộmáy phát điện - máy biến áp

- Phơng án 2:

Phơng án này hai tổ máy đợc nối với thanh góp 220KVqua máy biến áp liên lạc Còn phía 110KV đợc ghép 1 bộ máyphát điện - máy biến áp

 Phơng án 3:

Phơng án này cả ba máy phát đợc nối cứng để cung cấp

điện cho hai máy biến áp tự ngẫu Sơ dồ nh sau:

Nhận xét :

Ph ơng án 1

- Độ tin cậy cung cấp điện đợc đảm bảo

- Công suất từ bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộndây lên 220KV đợc truyền trực tiếp lên hệ thống

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

- Công suất bên trung khá lớn nên phải chọn máy biến áp

tự ngẫu có công suất cao,đặc biệt là khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu ,vì vậy kém kinh tế ta không chọn phơng

án này

Ph ơng án 2

- Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm đợc vốn

đầu t do bộ B3 cấp điện áp thấp hơn, thiết bị rẻ tiền hơn

Ph ơng án 3

- Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo

- Do ở đây các máy fát có công suất bé, công suất bêntrung lại khá lớn nên việc ta chọn phơng án này tránh gâytổn thất công suất hai lần

Tóm lại: Qua phân tích ở trên ta chọn phơng án 2 và

ph-ơng án 3 để tính toán tiếp, phân tích kỹ hơn về kỹ thuật

và kinh tế nhằm chọn ra sơ đồ nối điện chính cho nhàmáy điện đợc thiết kế

Chơng 2 Tính toán chọn máy biến áp

- Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệthống điện Tổng công suất các máy biến áp gấp từ 4-5 lầntổng công suất các máy phát điện Chọn máy biến áp trongnhà máy điện là chọn loại , số lợng , công suất định mức và

hệ số biến áp Máy biến áp đợc chọn phải đảm bảo hoạt

động an toàn trong điều kiện bình thờng và khi xảy ra sự

ơng án Giả thiết các máy biến áp đợc chế tạo phù hợp với

điều kiện nhiệt độ môi trờng nơi lắp đặt nhà máy điện

Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất định mức củachúng

A Phơng án 2

2.1 Chän m¸y biÕn ¸p

 Bé m¸y ph¸t - m¸y biÕn ¸p hai cuén d©y

S®mB3  S®mF = 176,5MVAVËy ta chän MBA lo¹i TДЦ -180/110, víi c¸c th«ng sè cho ëb¶ng díi ®©y:

ta kh«ng cÇn kiÓm tra ®iÒu kiÖn sù cè

 M¸y biÕn ¸p tù ngÉu

=

Víi  = = 0,5

Vậy ta chọn MBA loại ATДЦTH -320/242/121/18

Thông số kỹ thuật loại máy biến áp này đợc ghi trongbảng sau:

C-H

500 56

0

2.2 Phân bố tải cho các máy biến áp

Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B1, B4 làmviệc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm

20

22

22 24

165, 9

165, 9

165, 9

165,

165, 9

165, 9

153.

47

144 66

02

157 02

2.3 Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp

 Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suấtthừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tảibình thờng

Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợngcông suất là:

- Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 250 MVA

Ta thấy SdtHT > Sthiếu  thoả mãn điều kiện

b) Sự cố B2 (B1)

 Điều kiện kiểm tra sự cố:

Khi sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tựngẫu còn lại phải tải một lợng công suất là:

S = STmax - SB3 = 176,47 - 165,9 = 10,57MVAThực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợngcông suất là:

SB1(B2) = .SđmB = 0,5x320 = 160 MVA

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

Kqtsc = = 0,07 < 1,4

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

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

đảm bảo cung cấp điện cho phía bên trung

- Lợng công suất nhà máy phát vào hệ thống là:

Kết luận:

Các máy biến áp đã chọn cho phơng án 1 hoàn toàn

đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tìnhtrạng máy biến áp làm việc quá tải

2.4 Tính toán tổn thất điện năng tổng các máy biến

áp.

Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần:

- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máybiến áp và bằng tổn thất tải của nó

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tảicủa máy biến áp

Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp

ba pha hai cuộn dây trong một năm:

A2cd = P0.T + PN t

 Đối với máy biến áp tự ngẫu

Atn = P0.T + (PNC .ti + Pnt .ti + Pntt .ti)Trong đó:

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

Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dâytrong khoảng thời gian ti

PNC = 0,5

 M¸y biÕn ¸p ba pha hai cuén d©y

M¸y biÕn ¸p B3 lu«n cho lµm viÖc víi c«ng suÊt truyÒnt¶i qua nã: Sb = 165,9 MVA trong c¶ n¨m

+ (330x144,12+570x12,362 + 1760x156,462)2

+ (330x152,282+570x3,552 + 1760x155,832)4++ (330x150,452+570x3,552 + 1760x1542)2++ (330x159,292+570x5,2852 + 1760x1542)2++ (330x160,482+570x5,2852 + 1760x155,192)2++ (330x152,282+570x3,552 + 1760x155,832)2+ + (330x153,472+570x3,552 +1760x157,022)2+

+ (330x144,662+570x12,362 +1760x157,022)2+

SđmB1,2  =

=

Với  = = 0,5

Ta chọn 3 MBA tự ngẫu 1 pha loại AOДЦTH có Sđm =

160 (MVA), với các thông số cơ bản sau:

C-H

18,4

205

34

9 283

304Nếu ta coi 3 MBA 1 pha là 1 MBA 3 pha thì công suấtcủa MBA 3 pha đó là

Sđm3pha = 3*Sđm1pha = 3*160 = 480 (MVA)

2.2.b Phân bố tải cho các máy biến áp

Đồ thị phụ tải các phía của MBA tự ngẫu B1, B2 theothời gian t

20

22

22 24

134.

42

143 23

22

284 41

2.3.b Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp:

Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suấtthừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện qúa tảibình thờng

Kiểm tra sự cố

Sự cố nguy hiểm nhất là khi ST = STmax = 176,47 MVA

Ta xét các sự cố sau:

a) Sù cè B1 (hoÆc B2)

- §iÒu kiÖn kiÓm tra sù cè

Khi cã sù cè m¸y biÕn ¸p B1 (hoÆc B2) m¸y biÕn ¸p tùngÉu cßn l¹i ph¶i t¶i 1 lîng c«ng suÊt bªn trung lµ:

 Lîng c«ng suÊt tõ c¸c m¸y ph¸t cÊp lªn phÝa h¹ cñam¸y biÕn ¸p tù ngÉu

SHtn = = 176,5*3 - 31,77-19,05 = 478,68MVA

SHtn®m =Kqt .S®mB = 1,4x0,5x480 = 336 MVA

NhËn thÊy SHtn > SHtn®m

Vậy phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu bị quá tải do

đó ta phải điều chỉnh máy phát để công suất phát lênkhông bị quá tải định mức

 Lợng công suất phát lên phía cao của B2

- Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 250 MVA

Ta thấy SdtHT > Sthiếu  thoả mãn điều kiện

Kết luận:

Các máy biến áp đã chọn cho phơng án 3 hoàn toàn

đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tìnhtrạng máy biến áp làm việc quá tải

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

Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần:

- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máybiến áp và bằng tổn thất không tải không tải của nó

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tảicủa máy biến áp

Đối với máy biến áp tự ngẫu

PN-C = 0.5*(PN.C-T + )

PN-T = 0.5* (PN.C-T + )

PN-H = 0.5*( - PN.C-T)

Thay số liệu vào tính toán ta có:

PN-C = 0.5* (349 + ) = 133 (kW)

PN-T = 0.5* (349 + ) = 218 (kW) PN-H = 0.5* ( -PN.C-T)

= 0.5* ( - 205) = 1072 (kW)

Từ đó ta có:

A = 3.P0T +

ATN=3x205x8760+ {(133x117,762+218x141,182 +1072x258,882)6

+ (133x116,512+218x141,182 + 1072x257,692)2+ (133x133,232+218x158,82 + 1072x292,032)4++ (133x157,562+218x158,82 + 1072x316,362)2++ (133x148,722+218x176,472 +1072x325,192)2+

+ (133x149,912+218x176,472 +1072x326,382)2+

+ (133x133,232+218x158,82 + 1072x292,032)2+ + (133x134,422+218x158,82 +1072x293,222)2+

+ (133x143,232+218x141,182 +1072x284,412)2+

Chơng 3 xác định dòng điện cỡng bức ,Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện

chính các phơng án

A Xác định dòng điện cỡng bức

1 Xác định dòng điện cỡng bức phơng án 2

a) Cấp điện áp 220 KV.

- Mạch đờng dây nối với hệ thống: Phụ tải cực đại của

hệ thống là SVHTmax = 209,24 MVA Vì vậy dòng điện làmviệc cỡng bức của mạch đờng dây đợc tính với điều kiệnmột đờng dây bị đứt Khi đó

KA

- Thanh góp cao áp 220kV

Công suất tải lớn nhất khi sự cố đờng dây kép tại thời

điểm công suất phụ tải cao áp lớn nhất:

-Mạch máy biến áp tự ngẫu B3(B4)

Khi làm việc bình thờng thì dòng cỡng bức của mạchnày là :

KA Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cỡng bức là

KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cỡng bức là

-Mạch máy biến áp tự ngẫu :

Khi làm việc bình thờng thì dòng cỡng bức của mạchnày là :

KA Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cỡng bức là

KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cỡng bức là

KAVậy dòng điện làm việc cỡng bức lớn nhất ở phía 110 kV

đợc lấy là :

Icbtrung = 0,97 KA

c) Cấp điện áp 18 kV

M¹ch h¹ ¸p m¸y biÕn ¸p liªn l¹c

Icb

- Mạch đ ờng dây nối với hệ thốn g: Phụ tải cực đại của

hệ thống là SVHTmax = 209,24 MVA Vì vậy dòng điện làmviệc cỡng bức của mạch đờng dây đợc tính với điều kiệnmột đờng dây bị đứt Khi đó

KA

- Thanh góp cao áp 220kV

Công suất tải lớn nhất khi sự cố đờng dây kép tại

thời điểm công suất phụ tải cao áp lớn nhất:

-Mạch máy biến áp tự ngẫu B3(B4) :

Khi làm việc bình thờng thì dòng cỡng bức của mạchnày là :

KA

Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cỡng bức là

- Mạch đ ờng dây : Phụ tải trung áp đợc cấp bởi 2 đờng

dây kép x 60MW và 1 đờng dây đơn*30MW

Dòng điện làm việc cỡng bức khi sự cố là :

- Mạch máy biến áp tự ngẫu :

Khi làm việc bình thờng thì dòng cỡng bức của mạchnày là :

KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cỡng bức là

KAVậy dòng điện làm việc cỡng bức lớn nhất ở phía 110 kV

M¹ch tù dïng:

Icb =

Mạch phân đoạn điện áp máy phát:

Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch

đối với mỗi khí cụ điện cần chọn 1 chế độ làm việc nặng

nề nhất nhng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế.Dòng điện tính toán ngắn mạch để chọn khí cụ điện làdòng ngắn mạch 3 pha

Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán