Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ là PđmS = 50MW, cosđm 0,8 .Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t trong ngày được xác định theo công thức sau: Trong đó: STN
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY
Chọn máy phát điện
Khi thiết kế phần điện cho nhà máy điện, cần xác định số lượng và công suất máy phát điện (MPĐ) theo yêu cầu Đối với nhà máy Nhiệt Điện với 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 50 MW, cần chọn MPĐ đồng bộ tuabin hơi từ Bảng 1.1 Phụ lục 1, tài liệu [1] Các thông số chi tiết được ghi trong bảng 1.1.
Bảng 1 1 Thông số kỹ thuật của máy phát điện tuabin hơi
Tính toán cân bằng công suất
2.1.1: Công suất phát ra toàn nhà máy.
Nhà máy nhiệt điện có 5 tổ máy, mỗi tổ có công suất danh định PđmS là 50MW và hệ số công suất cosđm là 0,8 Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t trong ngày được xác định theo công thức cụ thể.
STNM(t): công suất phát biểu kiến của toàn nhà máy tại thời điểm t.
PTNM(t): công suất tác dụng toàn nhà máy tại thời điểm t.
P%(t): phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t.
Cos F : hệ số công suất định mức của máy phát.
Pđặt: công suất tác dụng đặt toàn nhà máy.
Sđặt: công suất biểu kiến đặt toàn nhà máy.
Pđặt: công suất tác dụng đặt toàn nhà máy.
Pđm: công suất tác dụng định mức 1tổ máy.
SđmF: công suất biểu kiến định mức 1 tổ máy. n: số tổ máy phát.
Bảng 1 2: Bảng biến thiên công suất của nhà máy theo thời gian
Tính toán tương tự cho từng thời điểm ta có bảng sau:
Bảng 1 3: Bảng biến thiên của phụ tải cấp điện áp máy phát
2.1.3: Phụ tải cấp điện áp trung
Tính toán tương tự cho từng thời điểm ta có bảng sau :
Bảng 1 4: Biến thiên của phụ tải cấp điện áp trung t(h) 0-6 6 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 18 18 ÷ 20 20 ÷ 24
Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện có thể xác định theo công thức sau:
100 n P dmF cos φ TD ( 0 , 4+ 0 , 6 S n S tnm ( dmF t ) )
Std: là công suất tự dùng. cos td : là hệ số công suất tự dùng.
td %: là hệ số tự dùng cực đại. t(h) 0-6 6 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 18 18 ÷ 20 20 ÷ 24
Tính cho các khoảng thời gian còn lại ta có kết quả trong bảng sau:
Bảng 1 5: Biến thiên của phụ tải tự dùng
2.1.5: Cân bằng công suất toàn nhà máy
STNM(t) = SVHT(t) + Suf(t) + SUT(t) + SUC(t) + Std(t)
S VHT (t) = STNM(t) - [Suf(t) + SUT(t) + SUC(t) + Std(t)]
SVHT(t) : công suất phát về hệ thống tại thời điểm t.
STNM(t) : công suất phát cuả toàn nhà máy tại thời điểm t.
Suf(t) : công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t.
SUT(t) : công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t.
SUC(t) : công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t
Std(t) : công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t.
Từ công thức ta có bảng tổng hợp phụ tải toàn nhà máy như sau
Bảng 1 6 : Bảng biến thiên của phụ tải tổng hợp toàn nhà máy t(h) 0-6 6 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 18 18 ÷ 20 20 ÷ 24
Từ bảng cân bằng công suất toàn nhà máy ta có đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy như sau: t(h) 0-6 6 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 18 18 ÷ 20 20 ÷ 24
350 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy
STD SUDP SUT SUC SVHT t(h)
Hình 1 1 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy
Từ những tính toán trên ta có bảng tổng hợp số liệu sau:
Đề xuất phương án nối dây
3.1.1 Phân tích các nguyên tắc để đề xuất phương án nối dây
Dựa trên các nguyên tắc đề xuất phương án nối dây và kết quả tính toán phụ tải, cũng như việc cân bằng công suất, chúng ta có thể rút ra một số nhận xét quan trọng.
Khi phụ tải địa phương có công suất nhỏ, điện được cấp trực tiếp từ đầu cực máy phát mà không cần thanh góp điện áp Mức công suất nhỏ cho phép rẽ nhánh từ đầu cực máy phát không quá 15% công suất định mức của tổ máy phát.
=>Vậy không cần thanh góp điện áp máy phát.
- Nhà máy có 3 cấp điện áp 6,3kV, 110kV, 220kV; cấp điện áp trung (110kV), cao (220kV) có trung tính nối đất trực tiếp.
+Hệ số có lợi là: α = U C − U T
=> Ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp để giảm tổn thất điện năng.
- Ta có: SđmF = 62,5MVA, S DP HT = 100MVA
=> Chỉ ghép được 1 máy phát – 1 máy biến áp.
3.1.2 Đề xuất các phương án
Trên cơ sở các phân tích trên, ta đề xuất 3 phương án như sau:
Hình 1 2 Sơ đồ nối điện phương án 1 Ưu điểm:
- Số lượng và chủng loại máy biến áp ít.
- Vận hành đơn giản, linh hoạt, đảm bảo cung cấp điện liên tục.
- Tổn thất công suất nhỏ
Nhược điểm: (so với phương án 2 ở dưới)
- Có 2 bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây bên cao 220kV => Giá thành cao hơn phương án 2.
Khi xảy ra sự cố với một máy biến áp tự ngẫu (MBA), không chỉ công suất của máy phát kết nối bị mất, mà việc truyền tải công suất thừa hoặc thiếu sang phía trung áp cũng sẽ bị hạn chế.
Hình 1 3 Sơ đồ nối điện phương án 2 Ưu điểm:
- Sơ đồ nối điện đơn giản, vận hành linh hoạt, cung cấp đủ công suất cho phụ tải các cấp điện áp
- Giá thành rẻ hơn so với phương án 1
Tổn thất công suất lớn xảy ra khi có sự truyền công suất qua hai lần máy biến áp từ phía trung áp sang cao áp, đặc biệt khi phụ tải bên trung ở mức cực tiểu.
Hình 1 4 Sơ đồ nối điện phương án 3 Ưu điểm:
- Sơ đồ làm việc tin cậy, đảm bảo tính linh hoạt cho các trạng thái vận hành.
- Do phụ tải địa phương được trích ra từ cuộn hạ áp của máy biến áp tự ngẫu nên đảm bảo cung cấp điện liên tục
- Sử dụng nhiều máy biến áp nên vốn đầu tư cao, thiết bị phân phối phía cao áp phức tạp.
Kết luận: Dựa trên các phân tích đã thực hiện, chúng ta quyết định giữ lại phương án 1 và phương án 2 để tiến hành tính toán và so sánh chi tiết hơn về mặt kinh tế và kỹ thuật, nhằm lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện.
Trong Chương 1, chúng ta đã lựa chọn máy phát điện và tính toán cân bằng công suất cho toàn bộ nhà máy, bao gồm cả phụ tải tự dùng và các cấp điện áp Tiếp theo, chúng ta sẽ tiến hành tính toán để lựa chọn máy biến áp cho hai phương án đã được chọn, nhằm hình thành cơ sở cho việc xác định phương án tối ưu nhất.
TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP
Phương án 1
Hình 2 1: Sơ đồ phân bố công suất phương án 1
2.1.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA (phương án 1).
2.1.1.1 MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây
Công suất MBA 2 cuộn dây được mang tải bằng phẳng trong suốt 24 giờ/ngày, được tính theo công thức sau:
Trong đó: n – Số tổ máy.
S TD max – Công suất tự dùng cực đại.
SđmF – Công suất một tổ MF.
Như vậy, công suất bộ truyền qua các MBA T1, T2, T3 được xác định như sau:
ST1 = ST2 = ST3 = Sbo = 62,5 - 17 5 , 24 = 59,052 (MVA)
2.1.1.2 Máy biến áp liên lạc
Sau khi phân bố công suất cho MBA 2 cuộn dây trong bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây, phần công suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận, được xác định dựa trên cân bằng công suất mà không xét đến tổn thất trong MBA Giả sử chiều công suất như hình 2.1, công suất được phân bố cho các phía của MBA AT1 và AT2 như sau:
SCC(t); SCT(t); SCH(t) – Công suất truyền qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp tại thời điểm t, MVA
SVHT(t) – công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA.
Khi đó, ta có bảng tính phân bố công suất của MBA liên lạc từng thời điểm như sau:
Bảng 2 1: Phân bố công suất cho các cuộn dây MBATN theo thời gian t (h) 0-6 6 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 18 18 ÷ 20 20 ÷ 24
2.1.2: Chọn loại và công suất định mức của MBA.
2.1.2.1: MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây a, Loại MBA hai cuộn dây không điều chỉnh dưới tải
Máy biến áp này hoạt động với tải bằng phẳng, do đó không cần điều chỉnh điện áp ở phía hạ Chúng ta chỉ cần điều chỉnh điện áp ở phía cao áp, được thực hiện trực tiếp thông qua hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của máy phát điện Công suất định mức của máy cũng cần được lưu ý.
Công suất định mức của MBA T1, T2, T3 được chọn theo công thức sau:
SđmT1,2,3 ≥ SđmF = 62,5 (MVA)Tra bảng 2.5 và 2.6 – Sách thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp ta chọnMBA với các thông số như sau:
Bảng 2 2: Thông số MBA 2 cuộn dây
Đối với MBA (Máy Biến Áp) có thông số (T1, T2) 63 230 6,6 67 300 12 0,8, không cần kiểm tra điều kiện quá tải Nếu một trong hai phần tử MPĐ (Máy Phát Điện) hay MBA gặp sự cố, cả bộ sẽ ngừng hoạt động Do đó, chỉ cần sử dụng máy cắt (MC) ở phía cao áp, trong khi phía hạ áp chỉ cần dao cách ly (DCL) để phục vụ cho việc sửa chữa.
2.1.2.2: MBA liên lạc (AT1, AT2) a, Loại MBA có điều chỉnh dưới tải
Tất cả các mặt của máy biến áp mang tải đều không bằng phẳng, do đó cần điều chỉnh điện áp cho tất cả các phía Việc sử dụng TĐK chỉ có thể điều chỉnh phía hạ, vì vậy cần kết hợp với điều chỉnh dưới tải của máy biến áp liên lạc để đảm bảo điều chỉnh điện áp cho tất cả các phía.
- Công suất MBATN được xác định là công suất truyền lên từ phía hạ nên công suất của MBATN được chọn theo công thức sau:
Tra bảng 2.6 – Sách thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn MBA tự ngẫu với các thông số như sau:
Bảng 2 3: Bảng thông số MBA tự ngẫu
2.1.3 Kiểm tra quá tải của MBA khi có 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 như phát về hệ thống như lúc bình thường Quá tải sự cố tối đa cho phép như sau: kqtsc = 1,4 với điều kiện làm việc không quá 6 giờ trong ngày và không được quá 5 ngày đêm liên tục.
Xét 2 trường hợp sự cố nguy hiểm nhất:
2.1.3.1: Sự cố 1: Sự cố 1 bộ MPĐ – MBA cuộn dây bên phía trung (T3) khi phụ tải phía trung cực đại (hình 2.2)
- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cấp đủ cho phụ tải bên trung:
2.1,4.0,5.125 = 175(MVA) ≥ S UT max =¿114,94(MVA) => Thỏa mãn.
- Phân bố công suất cho các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố:
MBATN hoạt động với chế độ công suất truyền đồng thời từ hạ và cao sang trung, trong đó cuộn chung chịu tải nặng nhất Việc kiểm tra sự quá tải của cuộn chung là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Sch = SH + SC = 54,68 + 0,5.2,79 = 56,08(MVA) Điều kiện kiểm tra sự quá tải của các cuộn dây: α k qt S đmTN ≥ S ch
1,4.0,5.125 = 87,5(MVA) ≥ S ch =¿56,08(MVA) => Thỏa mãn.
Vậy cuộn chung đáp ứng được điều kiện quá tải khi MBA gặp sự cố tại thời điểm S UT max
- Công suất thiếu khi xảy ra sự cố:
S thieu = S VHT UT max + S UC UT max − ( 2 Sb + 2 S Cc sc 1 ) = 174 , 34 − 2.59,052 + 2.2 , 79 = 61 , 82 ( MVA ) kiểm tra điều kiện : S thieu = 61 , 82 ( MVA )< S DP = 100 ( MVA )
Vậy hệ thống bù được phần công suất thiếu hụt do sự cố MBA T3 MBA đã chọn đạt yêu cầu.
2.1.3.2: Sự cố 2: Hỏng 1 MBATN (AT1) khi phụ tải phía trung cực đại (hình 2.3)
- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cấp đủ cho phụ tải phía trung: α k qt S TN + S b ≥ S UT max ⇒
1,4.0,5.125 + 59,052 = 146,6(MVA) ≥ S UT max =¿114,94(MVA) => Thỏa mãn.
- Phân bố công suất của MBATN khi có sự cố:
MBATN hoạt động với chế độ công suất truyền đồng thời từ hạ và cao sang trung, trong đó cuộn chung chịu tải nặng nhất Việc kiểm tra sự quá tải của cuộn chung là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
- Điều kiện kiểm tra sự quá tải của các cuộn dây: α k qt S đmTN =0 , 5.1, 4.125 , 5( MVA )≥ S ch = 53,1(MVA)
Vậy cuộn chung đáp ứng đc điều kiện quá tải khi MBA gặp sự cố tại thời điểm Công suất thiếu khi xảy ra sự cố:
Công thức tính công suất thiếu hụt được xác định là \$S_{thieu} = S_{VHT} \cdot UT_{max} + S_{UC} \cdot UT_{max} - (2 \cdot Sb + S_{Cc} \cdot sc^2) \cdot 4.34 - 2.59 \cdot 0.52 + 5 \cdot 5.58 \cdot a \cdot 82 (MVA)\$ Điều kiện kiểm tra là \$S_{thieu} \cdot a \cdot 82 (MVA) < S_{DP} \cdot 0 (MVA)\$ Như vậy, hệ thống bù sẽ khắc phục được phần công suất thiếu hụt do sự cố MBA AT1.
=>Kết luận: Qua phân tích và tính toán ta thấy MBA đã chọn đạt yêu cầu.
2.1.4: Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp
2.1.4.1: Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây
Máy biến áp mang tải bằng phẳng Sbo cả năm (8760 giờ).Tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau:
∆A = [ ∆Po + ∆PN ( SđmT Sbo ) 2 ].8760 (kwh) Trong đó:
∆Po: Tổn thất công suất không tải trong máy biến áp (MW).
∆PN: Tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp (MW).
SđmT: công suất định mức của máy biến áp (MVA)
Thay số vào công thức ở trên ta có kết quả được thể hiện trong bảng số liệu dưới đây
Bảng 2 4: Tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây
2.1.4.2: Tính toán tổn thất điện năng trong MBATN Để tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu trước hết phải tính tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây trong máy biến áp tự ngẫu theo công thức sau:
CT , ∆ P N CH , ∆ P N TH : tổn thất công suất ngắn mạch cao – trung, cao – hạ, trung– hạ.
C , ∆ P T N , ∆ P N H : tổn thất ngắn mạch cuộn cao, trung, hạ.
∝ : hệ số có lợi của MBATN, ∝= 0 , 5
Do nhà sản xuất chỉ cho biết ∆ P N
Thay các thông số vào các công thức trên ta tính được tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp tự ngẫu như sau:
Bảng 2 5: Tổn thất công suất ngắn mạch của MBA tự ngẫu
Công thức tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu AT1 và AT2 được xác định dựa trên đồ thị phụ tải ngày đặc trưng cho toàn năm, do MBA mang tải theo.
MBA Cấp điện áp (KV) ∆ P N
=> Vậy tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 1 là: ΔApa1 = 2 ΔAT1,T2 + 2 ΔAAT1 + ΔAT3
Phương án 2
Hình 2 2: Sơ đồ phân bố công suất phương án 2
2.2.1: Phân bố công suất các cấp của MBA (phương án 2)
2.2.1.1: MBA 2 cuộn dây trong bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây
Tương tự phương án 1, công suất bộ truyền qua MBA T1, T2, T3 được chọn như sau:
Sau khi phân bố công suất cho MBA 2 cuộn dây trong bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây, phần công suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận, được xác định dựa trên cân bằng công suất mà không xét đến tổn thất trong MBA Giả sử chiều công suất như hình trên, phân bố công suất cho các phía của MBA AT1 và AT2 được thực hiện như sau.
S CH ( t )=S CC ( t )+ S CT ( t ) Áp dụng công thức, thay số vào ta có bảng sau:
Bảng 2 6: Phân bố công suất cho các cuộn dây MBA tự ngẫu theo thời gian t (h) 0-6 6 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 18 18 ÷ 20 20 ÷ 24
Dấu (-) thể hiện chiều công suất phía trung ngược chiều giả thiết.
2.2.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA
2.2.2.1 MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây a, Loại MBA hai cuộn dây không điều chỉnh dưới tải
Máy biến áp này có tải bằng phẳng, do đó không cần điều chỉnh điện áp phía hạ Việc điều chỉnh điện áp chỉ cần thực hiện ở phía cao áp, thông qua hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của MPĐ Công suất định mức của máy biến áp cũng được xác định rõ ràng.
Công suất định mức của MBA T1, T2, T3 được chọn theo công thức sau:
Tra bảng 2.5 và 2.6 – Sách thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn MBA với các thông số như sau:
Bảng 2 7: Thông số máy biến áp hai cuộn dây T1, T2, T3
Đối với MBA 63 230 6,6 67 300 12 0,8, không cần kiểm tra điều kiện quá tải vì nếu một trong hai phần tử MPĐ hoặc MBA gặp sự cố, cả bộ sẽ ngừng hoạt động Do đó, chỉ cần sử dụng máy cắt (MC) ở phía cao áp, trong khi phía hạ áp chỉ cần dao cách ly (DCL) để phục vụ cho việc sửa chữa.
2.2.2.2: MBA liên lạc (AT1, AT2) a, Loại MBA có điều chỉnh dưới tải
Tất cả các mặt của máy biến áp mang tải đều không bằng phẳng, dẫn đến nhu cầu điều chỉnh điện áp ở mọi phía Việc sử dụng TĐK chỉ có thể điều chỉnh ở phía hạ, do đó cần kết hợp với điều chỉnh dưới tải của máy biến áp liên lạc để có thể điều chỉnh điện áp toàn diện Công suất định mức cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Tra bảng 2.6 – Sách thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn MBA tự ngẫu với các thông số như sau:
Bảng 2 8: Bảng thông số MBA tự ngẫu
2.2.3: Kiểm tra quá tải của MBA khi có 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 như phát về hệ thống như lúc bình thường Quá tải sự cố tối đa cho phép như sau: kqtsc = 1,4 với điều kiện làm việc không quá 6 giờ trong ngày và không được quá 5 ngày đêm liên tục.
Xét 3 trường hợp sự cố nguy hiểm nhất:
2.1.3.1: Sự cố 1: Sự cố 1 bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây bên phía trung (T2 hoặc T3) khi phụ tải phía trung cực đại
- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cấp đủ cho phụ tải bên trung:
2.1,4.0,5.125 = 175(MVA) ≥ S UT max =¿114,94(MVA) => Thỏa mãn.
- Phân bố công suất cho các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố:
SCH , SCT ,SCC > 0 MBA TN có chế độ truyền tải công suất từ trung và hạ lên cao Trong trường hợp này cuộn hạ mang tải nặng nhất.
SH = Sch + SC = 27,94 + 0,5.26,74 = 41,31(MVA) Điều kiện kiểm tra sự quá tải của các cuộn dây: α k qt S đmTN ≥ S H
- Công suất thiếu khi xảy ra sự cố:
S thieu = S VHT UT max + S UC UT max − ( Sb +2 S Cc sc 1 ) 4 , 34−59,052−2.26 , 74a , 81( MVA ) kiểm tra điều kiện : S thieu a , 81( MVA )< S DP 0 ( MVA )
Vậy hệ thống bù được phần công suất thiếu hụt do sự cố MBA T3 MBA đã chọn đạt yêu cầu.
2.2.3.2: Sự cố 2: Hỏng 1 MBATN (AT1) khi phụ tải phía trung cực đại
- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cấp đủ cho phụ tải phía trung: α k qt S TN + 2 S b ≥ S UT max ⇒
1,4.0,5.125 + 2.59,052 = 205,604(MVA) ≥ S UT max =¿114,94(MVA) => Thỏa mãn.
- Phân bố công suất của MBATN khi có sự cố:
5 S TD max −S đp UT max b , 5− 1
SH , SC>0; ST0; STKết luận: Qua phân tích và tính toán ta thấy MBA đã chọn đạt yêu cầu.
2.2.4: Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp
2.2.4.1: Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây
Máy biến áp mang tải bằng phẳng Sbo cả năm (8760 giờ).Tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau:
∆A = [ ∆Po + ∆PN ( SđmT Sbo ) 2 ].8760 (kwh) Trong đó:
∆Po: Tổn thất công suất không tải trong máy biến áp (MW).
∆PN: Tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp (MW).
SđmT: công suất định mức của máy biến áp (MVA)
Thay số vào công thức ở trên ta có kết quả được thể hiện trong bảng số liệu dưới đây
Bảng 2 9: Tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây
SđmT (MVA) ΔPO (kW) ΔPN (kW)
2.2.4.2: Tính toán tổn thất điện năng trong MBATN
Tương tự phương án 1, ta có:
Do nhà sản xuất chỉ cho biết ∆ P N
Bảng 2 10: Tổn thất công suất ngắn mạch của MBA tự ngẫu
Công thức tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu AT1 và AT2 được xác định dựa trên đồ thị phụ tải ngày đặc trưng cho toàn năm, do MBA mang tải theo.
=> Vậy tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 2 là: ΔApa1 = 2 ΔAT2,T3 + 2 ΔAAT1 + ΔAT1
Bảng 2 11: Tổn thất điện năng trong MBA của 2 phương án
MBA Cấp điện áp (KV) ∆ P N CT ∆ P TH N ∆ P CH N ∆ P C N ∆ P T N ∆ P N H
Kết luận: Trong chương 2, chúng ta đã lựa chọn MBA và tính toán tổn thất điện năng cho cả hai phương án Tiếp theo, chúng ta sẽ chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho cả hai phương án và dựa trên các số liệu đã tính toán để xác định phương án tối ưu.
TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
Chọn sơ đồ thiết bị phân phối
Hình 3 1: Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 1
3.1.1.1: Cấp điện áp cao 220 kV
- Ngăn lộ MBA: Có 4 lộ đến từ hai máy biến áp tự ngẫu và hai máy biến áp bộ.
+ Hệ thống: 1 lộ kép cấp điện cho hệ thống.
=> Tổng số lộ đường dây là 2 N
Như vậy ta chọn sơ đồ TBPP cho phía điện áp cao là sơ đồ TBPP hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng.
3.1.1.2: Cấp điện áp trung 110 kV
- Ngăn lộ MBA: Có 3 lộ đến từ hai máy biến áp tự ngẫu và một máy biến áp bộ.
Ngăn lộ đường dây bao gồm 4 lộ ra, trong đó có 2 lộ kép cung cấp điện cho phụ tải phía trung áp Do đó, sơ đồ TBPP cho phía điện áp trung được chọn là sơ đồ hai hệ thống thanh góp với thanh góp vòng.
- Ngăn lộ MBA: Có 3 lộ đến từ hai máy biến áp tự ngẫu và một máy biến áp bộ.
+ Hệ thống: 1 lộ kép cấp cho hệ thống
=> Tổng số mạch đường dây là 2 mạch
Như vậy ta chọn sơ đồ TBPP cho phía điện áp cao là sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng.
3.1.2.2: Cấp điện áp trung 110 kV
- Ngăn lộ MBA: Có 4 lộ đến từ hai máy biến áp tự ngẫu và hai máy biến áp bộ.
Ngăn lộ đường dây bao gồm 4 lộ ra, trong đó có 2 lộ kép cung cấp điện cho phụ tải phía trung áp Do đó, sơ đồ TBPP cho phía điện áp trung được chọn là sơ đồ hai hệ thống thanh góp với thanh góp vòng.
Hình 3 2: Sơ đồ thiết bị phân phối của phương án 2
Tính toán kinh tế - kỹ thuật, lựa chọn phương án tối ưu
Phương án tối ưu được lựa chọn dựa trên vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm Các tính toán liên quan đến vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm sẽ được trình bày dưới đây.
Khi tính toán vốn đầu tư cho một phương án, chỉ cần xem xét chi phí mua thiết bị, vận chuyển và lắp đặt các thiết bị chính như máy phát điện, máy biến áp và máy cắt điện Chi phí xây dựng các thiết bị phân phối phụ thuộc vào số mạch TBPP ở cấp điện áp tương ứng, chủ yếu do loại máy cắt quyết định Do đó, vốn đầu tư của phương án được xác định dựa trên các yếu tố này.
Với: v B - tiền mua MBA (Tra phụ lục 2, tài liệu [1]). k B - hệ số tính đến chi phí vận chuyển và xấy lắp MBA ((Tra Bảng 4.1, tài liệu [1]).
V TBPP : vốn đầu tư xây dựng các mạch thiết bị phân phối.
Với: n1; n2: số mạch TBPP ứng với mỗi cấp điện áp.
VTBPP1; VTBPP2: giá thành mỗi mạch phân phối.
Giá một mạch cấp 10,5kV: 0,9.10 9 đ
Giá một mạch cấp 110kV: 1,8.10 9 đ
Giá một mạch cấp 220kV: 4,2.10 9 đ
2, Chi phí vận hành hàng năm
- Chi phí vận hành hàng năm được xác định theo công thức sau:
- P1: Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn (đ/năm)
Trong đó: α%: định mức khấu hao phần trăm α% = 8,4%, (Tra Bảng 4.2, tài liệu [1]).
- P2: Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong MBA.
Trong đó: C: giá thành điện năng (đồng/kWh), C = 1500 (đồng/kWh).
3.2.1: Các chỉ tiêu kinh tế của phương án 1
1, Vốn đầu tư của MBA Áp dụng công thức, thay số vào ta có bảng sau:
Bảng 3 1: Vốn đầu tư cho MBA phương án 1
Vậy tổng vốn đầu tư MBA phương án 1 là:
2, Vốn đầu tư xây dựng TBPP
Theo sơ đồ nối điện phương án 1:
+ Phía 220kV có 8 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 4,2.10 9 (đồng)
+ Phía 110kV có 6 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,8.10 9 (đồng)
+ Phía 10,5 kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,9.10 9 (đồng). Áp dụng công thức =>Vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối phương án 1 là: V 1TBPP = 8 4,2.10 9 + 6 1,8.10 9 + 2 0,9.10 9 = 46,2.10 9 (đồng)
=> Như vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 1 là:
3, Chi phí vận hành hàng năm Áp dụng công thức =>Chi phí vận hành hàng năm phương án 1 là:
3.2.2: Các chỉ tiêu kinh tế của phương án 2
1, Vốn đầu tư cho MBA Áp dụng công thức thay số vào ta có bảng sau:
Bảng 3 2: Vốn đầu tư cho MBA phương án
Vậy tổng vốn đầu tư MBA phương án 2 là:
2, Vốn đầu tư xây dựng TBPP
Theo sơ đồ nối điện phương án 2:
+ Phía 220kV có 7 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 4,2.10 9 (đồng)
+ Phía 110kV có 7 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,8.10 9 (đồng)
+ Phía 10,5 kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,9.10 9 (đồng). Áp dụng công thức =>Vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối phương án 2 là: V 2TBPP = 7 4,2.10 9 + 7 1,8.10 9 + 2 0,9.10 9 = 43,8.10 9 (đồng)
=> Như vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 2 là:
3, Chi phí vận hành hàng năm Áp dụng công thức => Chi phí vận hành hàng năm phương án 2 là:
So sánh chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật Chọn phương án tối ưu
Dựa trên kết quả tính toán kinh tế cho 2 phương án, ta có bảng tổng hợp kết quả sau:
Bảng 3 3: Tổng hợp vốn đầu tư và chi phí vận hành 2 phương án
Phương án Vi.109 (đồng) Pi.109 (đồng)
Từ bảng tổng kết trên, số vốn đầu tư và chi phí vận hành của phương án 2 nhỏ hơn phương án 1
Vậy ta chọn phương án 2 làm phương án tối ưu để tính toán thiết kế cho nhà máy nhiệt điện
Kết luận: Trong chương 3, chúng tôi đã thực hiện tính toán số vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm cho hai phương án Dựa trên các số liệu đã phân tích, phương án 2 được chọn là phương án tối ưu cho thiết kế nhà máy nhiệt điện.
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Kết quả tính toán ngắn mạch
Qua tính toán ở phụ lục ta có bảng kết quả sau:
Bảng 4 1 Kết quả tính toán các điểm ngắn mạch Điểm ngắn mạch N1 N2 N3 N3' N4
Trong chương 4, chúng ta đã xác định giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm khác nhau Ở chương tiếp theo, chúng ta sẽ dựa vào những giá trị này để lựa chọn thiết bị điện và dây dẫn phù hợp cho phương án.
CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN
Tính toán dòng điện làm việc và dòng điện cưỡng bức
1 Mạch đường dây: a) Đường dây nối về hệ thống: Bằng 2 lộ đường dây dài 160 (km)
Công suất đưa về hệ thống cực đại: S VHT max = 174 , 34 ( MVA ) Dòng cưỡng bức xảy ra khi 1 mạch đường dây bị sự cố:
2 Mạch máy biến áp: a) Mạch máy biến áp 2 cuộn dây:
√ 3 220 =0,172 ( kA ) b) Mạch máy biến áp tự ngẫu:
Dòng cưỡng bức là dòng lớn nhất ở các chế độ: bình thường, sự cố 1, sự cố 2, sự cố 3.
I (3 cb ) = Max { S CC btmax ; S CC sc 1 ; S CC sc2 ; S CC sc3 }
√ 3 220 =0,203( kA ) Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất bên phía cao 220kV là I cb 220 =0,457 ( kA )
1 Mạch đường dây: Đường dây nối về phụ tải trung áp: Pmax = 100 (MW), cos φ = 0,87 Gồm 1 kép x 100MW
- Lộ kép nối với tải:
2 Mạch máy biến áp: a) Mạch máy biến áp 2 cuộn dây:
√ 3 110 = 0,344 ( kA ) b) Mạch máy biến áp tự ngẫu:
Dòng cưỡng bức là dòng lớn nhất ở các chế độ: bình thường, sự cố 1, sự cố 2, sự cố 3.
I cb ( 6 ) = Max { S CT btmax ; S CT sc1 ; S CT sc 2 ; S CT sc 3 }
Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất bên phía trung 110kV là I cb =0,603( kA )
Dòng cưỡng bức xảy ra khi máy phát điện làm việc quá tải:
√ 3 10 , 5 =3,608( kA ) Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất bên phía hạ 10,5 kV là I cb
10,5 = 3,608 ( kA ) Vậy ta có bảng tổng kết sau:
Bảng 5 1: Dòng cưỡng bức các cấp điện áp
Cấp điện áp 220 kV 110 kV 10,5 kV
Chọn máy cắt và dao cách ly
Đối với hệ thống điện áp cao và trung áp, máy cắt khí SF6 và máy cắt cùng dao cách ly được lựa chọn cho lắp đặt ngoài trời Trong khi đó, đối với cấp điện áp của máy phát, máy cắt không khí hợp bộ sẽ được sử dụng và lắp đặt trong nhà.
Máy cắt được chọn theo các điều kiện sau:
Ổn định động: Idm ≥ ixk.
Ổn định nhiệt: (Điều kiện này chỉ xét khi máy cắt có dòng điện định mức dưới 1000 A)
I 2 nh.đm: Dòng điện ổn định nhiệt của máy cắt ứng với thời gian ổn định nhiệt tnh
: Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch.
Dựa vào kết quả tính toán trong bảng 4.1và bảng 5.1, tra Phụ lục 3, tài liệu[1] ta chọn máy cắt có các thông số cho trong bảng sau:
Bảng 5 2 Thông số tính toán và thông số kĩ thuật của máy cắt
Uđm Icb ixk Uđm Iđm Icắt ilđđ
Các máy cắt được chọn đều có dòng định mức lớn hơn 1000A và lớn hơn nhiều Icb nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
Dao cách ly được chọn phải thỏa mãn điều kiện sau:
Loại dao cách ly trên cùng một cấp điện áp ta chọn cùng một loại dao cách ly.
Điện áp định mức: UđmCL≥ Uđmlưới.
Dòng điện định mức IđmCL ≥ Icb (là dòng cưỡng bức của máy cắt).
Kiểm tra điều kiện ổn định động: Iddm≥ ixk.
Ổn định nhiệt: (Điều kiện này chỉ xét khi máy cắt có dòng điện định mức dưới 1000 A)
Dựa vào kết quả tính toán trong bảng 4.1và bảng 5.1, tra Phụ lục 3, tài liệu [1] ta chọn máy cắt có các thông số cho trong bảng sau:
Bảng 5 3: Thông số tính toán và thông số kĩ thuật của dao cách ly
Uđm Icb I'' Ixk Uđm Iđm Iôđđ
) (kA) (kA) (kA) (kV) (kA) (kA
Các dao cách ly được chọn đều có dòng điện định mức lớn hơn 1000A, do đó không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt Bảng thông số cho thấy các dao cách ly này đều đáp ứng các yêu cầu đã đề ra.
Chọn cáp và máy biến áp cho phụ tải địa phương
Hệ thống cáp cho phụ tải địa phương có 2 đoạn:
- Đoạn 1 là cáp 1, từ nhà máy sau kháng đường dây đến trạm đia phương, có máy cắt đầu đường dây là MC1.
Cáp 2 là loại cáp nhôm với vỏ PVC, được sử dụng từ trạm địa phương đến hộ tiêu thụ, có tiết diện nhỏ nhất là 95 mm² Cáp này có dòng cắt là 21 kA và thời gian cắt là 0,7 giây.
Chọn tiết diện dây theo mật độ dòng điện:
Thời gian sử dụng công suất cực đại của cáp:
Chọn cáp lõi nhôm cách điện bằng giấy có Jkt=1,2A/mm 2
Nhiệm vụ thiết kế đã cho: PĐPmax = 8 (MW), cos = 0,87 Gồm 2 kép x 4 MW
- Dòng điện làm việc bình thường của dây cáp là:
- Tiết điện của cáp là:
Cáp lõi bằng nhôm, cách điện bằng giấy do DELTA sản xuất, có thông số Fcáp = 120 mm² và Icp = 210, được đặt trong đất với diện tích 1,2 = 50,27 mm², theo bảng 10.8 trong phụ lục 10 của tài liệu [1].
Bảng 5 4 Bảng thông số kỹ thuật cáp đường dây kép
Tiết diện phần lõi điện
185 210 22 Kiểm tra điều kiện phát nóng khi bình thường:
Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố: với = 1,3.
Cáp trong đất nhiệt độ xung quanh là 15 C, nhiệt độ phát nóng của ruột cáp là 70 C, nhiệt độ cho phép là 25 C, khoảng cách cáp đặt là 100 (mm).
Hệ số hiêu chỉnh theo môi trường đặt cáp là: và với cáp đơn thì hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song là k2 = 1,00 nên ta có:
- Khi làm việc bình thường: 1,106.1,00.210 = 232,26 (A) > Ibt = 60,33 (A).
Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài.
Do Uđp là 22 kV và UđmF là 10,5 kV, chúng ta sẽ sử dụng 2 MBA tăng áp để cung cấp điện cho phụ tải địa phương Điện sẽ được lấy từ 2 đầu cực MP có MBA liên lạc và hoạt động ở chế độ dự phòng nóng Công suất định mức của MBA được lựa chọn để đảm bảo khi một máy gặp sự cố, máy còn lại vẫn có khả năng quá tải cung cấp đủ điện cho phụ tải địa phương.
{ ¿ S dmT ¿ S ≥ dmT S đPmax ≥ 2 S 1 đPmax = , 4 8 = , 2 74 8 1 = , , 74 4 4 , =6 37 ( , 24 MVA )
Do đó ta chọn máy biến áp có : SđmB= 10MVA là loại TД-10,5/22kV
Bảng 5 5 Thông số MBA địa phương
Hình 5 1 Sơ đồ cung cấp điện phụ tải địa phương
5.3.3 Chọn máy cắt cho mạch phụ tải địa phương a Chọn máy cắt cho mạch cấp điện áp 10,5kV (phía trên MBA địa phương).
Ta có kết quả tính toán ngắn mạch điểm N4 (Bảng 4.1):
} P,17 \( kA \ ¿ và I xkN4 = 127 , 71 ( kA ) Máy cắt phía trước MBA địa phương được chọn theo điều kiện: Điện áp: U đmMC ≥ U đm lưới = 10 , 5 ( kV )
Ta chọn được máy cắt và dao cách ly như sau:
Bảng 5 6: Thông số máy MC trước MBA phụ tải địa phương Điểm
Bảng 5 7 Thông số DCL trước MBA phụ tải địa phương Điểm
Các máy cắt và dao cách ly được lựa chọn đều có dòng định mức Idm lớn hơn 1000A, do đó không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt Bên cạnh đó, cần chọn máy cắt phù hợp cho mạch cấp điện áp 22 kV, nằm phía sau máy biến áp địa phương.
Các điểm ngắn mạch sau sơ đồ hình 5.3 bao gồm: Điểm N5, nằm ngay sau MC1 đầu đường dây cáp 1, được sử dụng để chọn MC1 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 1 khi xảy ra ngắn mạch Điểm N6, nằm ngay sau MC2 đầu đường dây cáp 2, phục vụ cho việc chọn MC2 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 2 trong trường hợp ngắn mạch.
Hình 5 2: Sơ đồ thay thế tính toán điểm ngắn mạch N5 và N6 Điện kháng cơ bản của máy biến áp đã chọn ở phụ tải địa phương :
10 =0,75 Điện kháng hệ thống tính đến trước MBA địa phương:
I N4 }} = {{S} rsub { cb }} over {sqrt {3} {U } rsub {tb } { I } rsub { N 4 } rsup { = 100
√3 10,5.50,17 =0,109Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại N5:
Dòng ngắn mạch xung kích tại N5:
Dòng điện cưỡng bức qua 1 máy cắt chính là dòng quá tải sự cố khi 1 MBA bị sự cố:
Ta chọn được máy cắt sau MBA phụ tải địa phương như sau:
Bảng 5 8 Thông số máy cắt sau MBA phụ tải địa phương
Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của cáp 1:
Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 được xác định như sau:
Trong đó: F- tiết diện của cáp (F0 mm 2 )
C- hệ số (CAl = 90) tcat – thời gian cắt của máy cắt, bao gồm cả thời gian bảo vệ rơ le tcatMC1 = tcatMC2 + Δt với Δt = 0,3-0,5 (s)
Dòng ổn định nhiệt của cáp 1:
} =2 ,92 \( kA \)≤ {I} rsub { nh cap1 } ,8 \( kA \¿
→ Cáp 1 thỏa mãn yêu cầu về ổn định nhiệt
Kiểm tra MC2 và cáp 2:
Do yêu cầu của MC2 là sử dụng máy cắt hợp bộ với dòng cắt Icắt = 21 kA và thời gian cắt tcắt = 0,7s, cùng với cáp nhôm vỏ PVC có tiết diện nhỏ nhất là 95 mm², nên cần kiểm tra các điều kiện liên quan.
MC2 và cáp 2 như sau: Điện kháng của cáp 2 được xác định theo công thức:
Trong đó: x0 – điện kháng đơn vị của cáp (x0 = 0,075 Ω/km) l – chiều dài của cáp (l = 10km)
Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm N6 là:
I N6 } = {1} over {{X} rsub {HT } + { X } rsub {T } + {X} rsub {cap1 }} {{S} rsub { cb }} over {sqrt {3} {U } rsub { tb }} = {1} over {0,109+0 ,75+0,141 } {100 } over {sqrt {3} 23 } =2 ,51 \( kA \ ¿
Dòng ổn định nhiệt của cáp 2 được tính theo công thức:
I N6 } =2 ,51 \( kA \)≤ { I} rsub { nh cap2} ,2 \( kA \¿
→ MC2 và cáp 2 đều đảm bảo yêu cầu kĩ thuật
Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát
5.4.1 Chọn loại và tiết diện
Thanh dẫn cứng được dùng ở cấp điện 10,5 (kV) được chọn theo công thức:
Trong đó: k hc = √ θ θ cp cp −θ −θ đm 0 = √ 70 70−25 − 35 =0,882
Thay số vào ta có :
Ta chọn thanh dẫn bằng đồng có tiết diện hình máng: (Vì đầu cực máy phát nên chọn thanh dẫn cứng).
Hình 5 3: Mặt cắt thanh dẫn hình máng
Tra Phụ lục 10- bảng 10.3, tài liệu [1] ta chọn thanh góp đồng, tiết diện hình máng có sơn với các thông số như sau:
Bảng 5 9: Thông số kỹ thuật thanh dẫn hình máng
Kích thước (mm) Tiết diện một cực (mm 2 )
Dòng điện cho phép hai thanh (A) h b c r
Thanh dẫn được chọn có: Icp = 5500 A > 1000 A nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.
5.4.2 Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch a) Kiểm tra ổn định động khi không xét đến dao động
Ta chọn khoảng cách giữa hai sứ đỡ liền nhau là l= 180 (cm), khoảng cách giữa các pha là a= 45 (cm).
- Điều kiện ổn định động:
(Với thanh góp bằng đồng có: )
: Ứng suất ngoài do dòng điện các pha tác dụng với nhau.
: Ứng suất nội bộ do dòng điện trong các thanh dẫn cùng một pha tác dụng với nhau.
- Lực điện động tác dụng lên thanh dẫn là:
45 ∙62 , 01 2 '0 , 70( kG ) Xác định mô-men uốn: Ta chọn K= 10 với số nhịp số lớn hơn 2.
10 = 4872 ,6 ( kG cm ) Ứng suất tính toán trên mỗi thanh dẫn: σ 1 = M 1
Lực tác động do dòng ngắn mạch trong cùng 1 pha gây ra trên 1 đơn vị chiều dài thanh góp: f 2 = 0 ,51.10 −2 1 h ( i 3 xk ) 2 = 0 ,51.10 −2 12 1 ,5 62 ,01 2 = 1 ,56 ( kG / cm )
Theo điều kiện ổn định động: σ 1 + σ 2 ≤ σ cp ↔ σ 1 + f 2 l 1 2
Nhận thấy rằng chiều dài l = 180 cm nhỏ hơn chiều dài tối đa l1max = 314,24 cm, do đó chỉ cần đặt một miếng đệm ở hai đầu của sứ để thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động Bên cạnh đó, cần kiểm tra ổn định động khi xem xét sự dao động riêng của thanh dẫn.
Tần số dao động riêng của sứ và thanh dẫn phải nằm trong giải tần số cộng hưởng với giới hạn ± 10% tần số chính của hệ thống.
- Tần số riêng của thanh dẫn xác định theo công thức: f r = 3 ,65 l 2 √ E J y S γ o −y o 10 6 ( Hz )
Trong đó: l: Độ dài thanh dẫn giữa 2 sứ, l= 180 (cm).
E: Mô-men đàn hồi của vật liệu làm thanh dẫn ECu= 1,1.10 6 (kG/cm 2 ).
Jy0-y0: Mô-me quán tính đối với y0-y0, Jy0-y0= 625 (cm 2 )
S: Tiết diện ngang của thanh dẫn, S= 2.F (cm 2 ).
: Khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn, Cu = 8.93 (g/cm 3 ). f r = 3 ,56
Giá trị này nằm ngoài khoảng 45 – 55 Hz, 90 – 110 Hz nên thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động riêng.
5.4.3 Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng
Sứ đỡ được chọn theo các điều kiện sau:
Loại sứ: chọn theo vị trí đặt.
Điện áp định mức: UđmS≥ UđmHT = 10,5 (kV)
Điều kiện ổn định động: ≤ 0,6 Fph
: Lực động điện đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch: F tt
Ftt: Lực điện động tác dụng lên thanh dẫn khi ngắn mạch 3 pha, Ftt= 270,70 (kG)
Fph: Lựa phá hoại cho phép của sứ.
H ’ : Chiều cao từ đáy sứ lên đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn: H ’ = H + h 2
Hình 5 4: Sơ dồ kích thước sứ đỡ
Tra Phụ lục 9, tài liệu [1] ta chọn loại sứ: OФ-20-2000KB-Y3.
Bảng 5 10: Thông số kỹ thuật sứ đỡ
Loại sứ Điện áp, (kV)
Lực phá loại nhỏ nhất khi uốn tính, (kG)
Chiều cao, (mm) Định mức Duy trì ở trạng thái khô
Kiểm tra ổn định động:
F cp = 0 ,6 F ph = 0 ,6.2000 = 1200 ( kG ) Như vậy: F tt
' ≤ Fcp Vậy sứ đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động.
Chọn dây dẫn, thanh góp mềm phía điện áp cao và trung
Trong nhà máy điện, thanh dẫn mềm được sử dụng làm thanh góp và kết nối với các máy biến áp chính khi cấp điện áp từ 35 kV trở lên Với chiều dài ngắn của thanh góp và thanh dẫn mềm, việc lựa chọn chúng cần được cân nhắc kỹ lưỡng.
I cb ≤ I h c cp =k h c I cp với khc = 0,882.
Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch:S≥S min =√ B N
S: tiết diện của thanh dẫn mềm; (mm 2 ).
BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch: B N = B NCK + B NKCK ; (A 2 s).
C: là hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, với dây dẫn AC có CAl = 79(A.s 1/2 /mm
Kiểm tra điều kiện vầng quang (với điện áp >110 kV thì phải kiểm tra điều kiện này)
Uvq: Điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang; (kV).
5.5.1 Chọn thanh góp cấp điện áp 220 kV
0,882 = 518 , 14 ( A ) Tra Bảng 10.12- phụ lục 10, tài liệu [1] ta chọn dây dẫn và thanh góp mềm là:
Bảng 5 11: Thông số kỹ thuật thanh góp mền 220KV
Tiết diện chuẩn nhôm/thép
Tiết diện mm 2 Đường kính mm Dòng điện cho phép (A)
Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép
220 kV 300/24 298 204 29,2 18,5 690 a) Kiểm tra điều kiện vầng quang:
U vq = 84 m r lg a r ≥ U đmHT m: là hệ số phụ thuộc vào bề mặt dây dẫn (dây nhiều sợi, lấy m = 0,97). r: là bán kính ngoài của dây dẫn: r= d
2 ,6 ( mm )= 1 , 46( cm ) a: là khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, a= 500(cm).
Khi bố trí pha trên mặt phẳng ngang thì giá trị này giảm đi 4% đối với pha giữa và 6% đối với dây dẫn pha bên.
U vq 0 , 97.1 , 46 lg ( 1 500 , 46 ) 01 , 52 (kV )>U đmHT "0 ( kV )
Dây dẫn AC – 300/24 thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang. b) Kiểm tra ổn định nhiệt:
Ta tính xung nhiệt với thời gian tồn tại của ngắn mạch là 1 (s), ta xác định dòng ngắn mạch tại các thời điểm 0s; 0,1s; 0,2s; 0,5s; 1s.
Theo kết quả tính toán chương 4, khi ngắn mạch tại N1 ta có:
- Phía nhánh nhà máy: X tt 2 = X 26 ∙ S đms
Tra đường cong tính toán ta được các dòng I NM ¿ , từ đó áp dụng công thức sau để tính ngắn mạch phía nhánh nhà máy.
√ 3 230 Dòng ngắn mạch tại N1 ở các thời điểm trong đơn vị (kA) do nhà máy và hệ thống cung cấp là: I N 1 ( t )= I HT ( t )+ I NM ( t )( kA )
Giá trị trung bình bình phương cho các khoảng thời gian: ∆ t i =t i+1 −t i (s)
2 ( k A 2 ) Tính toán theo trình tự trên ta có bảng sau:
Bảng 5 12: Tính toán xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ (điểm ngắn mạch N1) t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1
Xác định xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ: B NKCK =( I N ) 2 T a
I N = 4 ,81 ( kA ): dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm N1.
T a là hằng số thời gian tắt dần của dòng ngắn mạch không chu kì (Lưới có U > 1000V lấy T a = 0 ,05 ( s )).
Thay số vào ta được kết quả:
Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh cái 220 kV là:
B N = B NCK + B NKCK 1 = 5,525 + 1,156 = 6,681 ( kA 2 s ) Dây dẫn mềm đảo bảo điều kiện ổn định nhiệt khi:
79 2 , 71( mm 2 )< S chọn )8( m m 2 ) Vậy dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt.
5.5.2 Chọn thanh góp cấp điện áp 110 kV
Ta có: I cb 110 =0,603 ( kA )`3 ( A ) , k hc =0,882.
→ I cp ≥ I cb k hc = 6030,882 h3 , 67 ( A )Tra Bảng 10.12- phụ lục 10, tài liệu [1] ta chọn dây dẫn và thanh góp mềm là:
Bảng 5 13 Thông số kỹ thuật của thanh góp mêm cấp điện áp 110 kV
Tiết diện chuẩn nhôm/thép
Tiết diện mm 2 Đường kính mm Dòng điện cho phép (A)
Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép
110 kV 300/24 298 204 29,2 18,5 690 a)Kiểm tra điều kiện vầng quang:
Trong đó: m: là hệ số phụ thuộc vào bề mặt dây dẫn (dây nhiều sợi, lấy m = 0,97). r: là bán kính ngoài của dây dẫn, (cm). r= d
2 ,6 ( mm)=1 , 46( cm ) a: là khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, a= 300(cm).
Khi bố trí pha trên mặt phẳng ngang thì giá trị này giảm đi 4% đối với pha giữa và 6% đối với dây dẫn pha bên.
U vq 0 ,97.1 , 46.lg ( 1 300 , 46 ) '5,128 ( kV )>U đmHT 0 ( kV )
Dây dẫn AC – 300/24 thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang. b)Kiểm tra ổn định nhiệt:
Theo kết quả tính toán chương 4, khi ngắn mạch tại N2 ta có:
- Phía nhánh nhà máy: X tt 2 = X 27 ∙ S đms
100 = 0,253 Tra đường cong tính toán ta được các dòng I NM ¿
, từ đó áp dụng công thức sau để tính ngắn mạch phía nhánh nhà máy.
√ 3 230 Dòng ngắn mạch tại N2 ở các thời điểm trong đơn vị (kA) do nhà máy và hệ thống cung cấp là: I N 2 ( t )= I HT ( t )+I NM ( t )( kA )
Giá trị trung bình bình phương cho các khoảng thời gian: ∆ t i =t i+1 −t i (s)
2 ( k A 2 ) Tính toán theo trình tự trên ta có bảng sau:
Bảng 5 14: Tính toán xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ (điểm ngắn mạch N2) t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1
Xác định xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ: B NKCK =( I N ) 2 T a
I N = 9 , 24( kA ): dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm N2.
T a là hằng số thời gian tắt dần của dòng ngắn mạch không chu kì (Lưới có U > 1000V lấy T a =0 ,05 ( s )).
Thay số vào ta được kết quả:
Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh cái 110 kV là:
B N = B NCK + B NKCK 2 = 7,974 + 4 , 26 = 12 ,23 ( kA 2 s ) Dây dẫn mềm đảo bảo điều kiện ổn định nhiệt khi:
79 = 44 , 26( mm 2 )< S chọn = 298( m m 2 )Vậy dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt.
Chọn máy biến áp đo lường
5.6.1 Chọn máy biến dòng điện (BI) a) Chọn biến dòng điện cấp điện áp máy phát 10,5 kV : Điều kiện chọn BI:
- Điện áp định mức: U đmSC ≥ U đmlưới , 5( kV ).
- Dòng điện định mức sơ cấp: I đmSC ≥ I cb =3,608( kA ).
- Cấp chính xác: tùy theo nhu cầu.
- Sơ đồ nối dây: đủ 3 pha, 2 hay 1 pha.
=> Ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại TШЛ-20-1 có các thông số như sau:
Bảng 5 15: Thông số của BI cấp điện áp 10,5kV
Dòng điện định mức (A) Cấp chính xác
Để đảm bảo độ bền cơ học, khi chọn dây dẫn nối giữa BI và dụng cụ đo lường, tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn các trị số quy định.
- Khi nối với dụng cụ đo điện năng: F Cu ≥ 2 ,5 mm 2 ; F Al ≥ 4 mm 2
- Khi không nối với dụng cụ đo điện năng: F Cu ≥ 1 ,5 mm 2 ; F Al ≥ 2 , 5 mm 2
Chúng tôi đã chọn dây dẫn đồng với chiều dài từ biến dòng điện đến dụng cụ đo là 60 m Do sơ đồ nối sao hoàn toàn, ta có chiều dài thực tế ltt là 60 m và điện trở suất là 0,0175 Ω.mm²/m.
Để đảm bảo độ chính xác, tổng phụ tải thứ cấp (Z2) của TI, bao gồm cả tổng trở dây dẫn, không được vượt quá phụ tải định mức của TI (ZđmTI).
Bảng 5 16: Phụ tải đồng hồ cấp điện áp 10,5 kV.
TT Phần tử Loại Phụ tải
6 Công tơ phản kháng MT-672 2,5 5 2,5
- Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha a (hoặc pha c) là:
Vậy ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện là F = 10 mm 2
Máy biến dòng đã chọn không cần kiểm tra điều kiện ổn định động, vì điều này phụ thuộc vào điều kiện ổn định động của thanh dẫn máy phát.
Ta có IđmSC = 6000A > 1000A do vậy TI đã chọn không cần kiểm tra ổn định nhiệt. b) Chọn biến dòng điện cấp điện áp 220 kV và 110 kV:
Ta có thông số BI được chọn như sau:
Bảng 5 17 Thông số BI cấp điện phía 220kV và 110kV
Bội số ổn định dòng
Bội số ổn định nhiệt
- Kiểm tra điều kiện ổn định động:
Cấp 220 kV: I ldd ( kA )> i xkN 1 ,23 ( kA ).
Cấp 110 kV: √ 2 ∙ k ddm ∙ I đmSC =√ 2 ∙75 ∙ 0 , 75y ,55 ( kA )> i xkN 2 # ,52( kA ).
- Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: Idm >1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
Vậy BI dã chọn thỏa mãn điều kiện.
5.6.2 Chọn máy biến điện áp (BU) a) Chọn biến điện áp cấp điện áp máy phát 10,5 kV:
BU được lựa chọn dựa trên loại biến điện áp, sơ đồ nối dây và nhiệm vụ cụ thể Để cung cấp điện cho công tơ, chỉ cần sử dụng 2 BU một pha đấu theo kiểu V/V.
- Điều kiện điện áp: U đmBU ≥ U đmlưới ,5 ( kV ).
- Cấp chính xác: vì cấp điện cho công tơnên chọn cấp chính xác là 0,5.
- Công suất định mức: S2 ≤ SđmBU
Từ điều kiện trên ta chọn BU cấp điện áp 10,5kV có các thông số như sau:
Bảng 5 18: Thông số BU cấp điện áp 10,5 kV
Loại máy Cấp điện áp kV Điện áp định mức, V Công suất định mức
Bảng 5 19: Thông số các dụng cụ phụ tải của BU
TT Phần tử Ký hiệu Phụ tải BU: AB Phụ tải BU: BC
7 Công tơ phản kháng WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62
- Phụ tải của BU: AB là:
- Phụ tải của BU: BC là:
S đmBU = 75 ( VA )> S 2 nên BU đã chọn thỏa mãn điều kiện.
Chọn dây dẫn từ BU đến các dụng cụ đo
- Tính dòng điện chạy trong các dây dẫn:
100 = 0,1998 ( A ) Để đơn giản ta coi Ia = Ic = 0,2(A) và cos ab = cos bc 1 =>Ib = √ 3 I a = √ 3 0,2 = 0,346A
- Điện áp giáng trên dây pha a và pha b:
Giả sử khoảng cách từ dụng cụ đo đến BU là l = 60 m, bỏ qua góc lệch pha giữa Ia và Ib
Vì trong mạch có công tơ nên U = 0,5% do vậy tiết diện dây dẫn phải chọn là:
=> Theo tiêu chuẩn độ bền cơ học ta lấy dây dẫn là dây đồng có tiết diện F = 2,5 (mm 2 ).
Hình 5 5 Sơ đồ nguyên lý bố trí các thiết bị đo lường b) Chọn biến điện áp cấp điện áp máy phát 110 kV và 220 kV:
Máy biến điện áp 1 pha được sử dụng cho TU 110kV và 220kV nhằm kiểm tra cách điện, cung cấp cho bảo vệ role và tự động hóa Chúng tôi chọn 3 máy biến điện áp với sơ đồ nối dây Y/Y/Δ hở và cấp chính xác 0,5.
Bảng 5 20 Thông số của BU cấp điện áp 110kV và 220kV
Loại máy Cấp điện áp kV Điện áp định mức, V
Công suất định mức, Cuộn sơ cấp Cuộn thứ VA cấp chính
Trong chương này, chúng ta đã xác định các khí cụ điện và dây dẫn cần thiết cho sơ đồ nối điện chính của nhà máy Tiếp theo, chúng ta sẽ tiến hành tính toán để lựa chọn các thiết bị và khí cụ điện phù hợp cho sơ đồ tự dùng của NMTĐ đang được thiết kế.
TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG
Sơ đồ nối điện tự dùng
Trong nhà máy nhiệt điện, hệ thống điện tự dùng hoạt động với hai cấp điện áp là 6,3 kV và 0,4 kV Cấp điện áp 6,3 kV chiếm ưu thế, cung cấp năng lượng cho các động cơ công suất lớn, đảm bảo hoạt động ổn định của lò hơi và tuabin trong các tổ máy.
- Cấp tự dùng 0,4 kV cung cấp cho các động cơ công suất nhỏ và thắp sáng.
Mỗi tổ máy được kết nối với một lò, và mỗi lò nhận nguồn điện từ một phân đoạn riêng biệt Để cung cấp điện tự dùng cho 5 tổ máy, cần sử dụng 5 phân đoạn, mỗi phân đoạn được cấp điện bởi một máy biến hạ áp 10,5/6,3 kV.
Cấp 0,4 kV không nhất thiết phải phân đoạn theo số lộ Để dự trữ cho cấp 6,3 kV, cần sử dụng một MBA dự trữ kết nối với cuộn hạ MBATN ở phía trên máy cắt đầu cực Đối với cấp 0,4 kV, cũng cần một MBA nối với thanh góp dự trữ 6,3 kV.
Hình 6 1: Sơ đồ tự dùng nhà máy nhiệt điện a) Chọn máy biến áp tự dùng cấp 1 (10,5/6,3 kV)
- Công suất các MBA tự dùng cấp 6,3 kV (TD91, TD92, TD93, TD94, TD95) được chọn theo điều kiện sau:
S đmTD91 ≥ S TD max n = 17 5 ,24 = 3,448(MVA) => S đmTD 91= 4000 (kVA)
Bảng 6 1: Thông số MBA tự dùng và dự phòng cấp 6,3kV
Sđm (kVA) Điện áp (kV) AP0
TMH 4000 10,5 6,3 5,45 33,5 6,5 0,9 b) Chọn máy biến áp tự dùng cấp 2 (6,3/0,4 kV)
Nguồn cung cấp tự dùng 0,4 kV được lấy từ phân đoạn 6,3 kV, và công suất tự dùng ở mức 0,4 kV thường chiếm khoảng 10-15% tổng công suất tự dùng của toàn nhà máy.
S đmTD61 ≥ 15 S TD max n 100 = 15.17 5.100 , 24 = 0,5172(MVA) => S đmTD61= 1000 (kVA)
Công suất của MBA tự dùng và MBA dự phòng cấp 0,4 kV được chọn bằng nhau và bằng 1000 kVA:
Bảng 6 2: Thông số MBA tự dùng và dự phòng cấp 0,4kV
Sđm (kVA) Điện áp (kV) AP0
6.3: Chọn khí cụ điện của sơ đồ tự dùng.
6.3.1 Chọn máy cắt Để chọn máy cắt cho mạch 6,3 kV ta cần xác định được dòng ngắn mạch sau các máy biến áp tự dùng Xét các điểm ngắn mạch sau:
Điểm ngắn mạch N4 nằm phía trước các MBA TD91, TD92, TD93, TD94, TD95, TD96 Trong khi đó, điểm ngắn mạch N7 được đặt phía sau các MBA từ TD91 đến TD96 và phía trước các MBA từ TD61 đến TD66 Sơ đồ thay thế cho các điểm này cũng đã được cung cấp.
Chọn Scb = 100 (MVA); Ucb = Utb các cấp.
50 ,17 √ 3 10 ,5 =¿ 0,109 Điện kháng tương đương của điểm ngắn mạch N7 là:
X tđN 7 =( X HT + X TD91 )=¿0,109 + 1,625 = 1,734 Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại N7 là:
√ 3 6 ,3 = 5,28 (kA) Dòng ngắn mạch xung kích tại N7 là: i N xk 7 =√ 2 ∙ k xk ∙ I ' ' N 7 =√ 2 ∙ 1 , 8 ∙ 5 , 28 = 13 , 44 ( kA ) Dòng làm việc cưỡng bức:
- Máy cắt tự dùng cấp điện áp máy phát 10,5 kV được chọn theo giá trị của dòng ngắn mạch tại N4.
- Máy cắt tự dùng cấp điện áp 6,3 kV được chọn theo giá trị của dòng ngắn mạch tại N7
Bảng 6 3 Thông số máy cắt phía tự dùng Điểm ngắn mạch
Máy cắt được chọn đều có dòng định mức lớn hơn 1000A nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.
Dao cách ly mạch tự dùng phía 10,5 kV được chọn theo giá trị dòng ngắn mạch N4.
Bảng 6 4 Thông số dao cách ly Điểm ngắn mạch
6.3.3 Tính toán chọn áp-tô-mát và cầu dao phía hạ áp 0,4 kV
Tính toán ngắn mạch tại điểm N8 phía sau MBA sử dụng cáp 6,3 kV, với giả định nguồn cấp cho điểm N8 có công suất vô cùng lớn (XHT = 0).
Chọn Scb = 100 (MVA); Ucb = Utb các cấp = 0,4 (kV).
- Tổng trở MBA cấp 0,4 kV là:
- Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại N8 là:
√ 3 9,104 = 25,62 (kA) Dòng ngắn mạch xung kích tại N8 là:
1,952 =4 , 51Tra đồ thị hình 4.4, tài liệu [2] được kxk = 1,55. i N xk 1 =√ 2∙ k xk ∙ I ' ' N 1 =√ 2 ∙ 1 , 55 ∙ 25 , 62V,161 ( kA )
- Ta coi dòng làm việc cưỡng bức bằng với dòng làm việc bình thường ở mạch tự dùng.
√ 3 0 , 4 = 1,443 (kA) a) Chọn áp-tô-mát Điều kiện chọn aptomat:
- Icđm ≥ I”N %,62 (kA) V ậy ta chọn áp-tô-mát M16 do Merlin Gerin chế tạo có thông số kỹ thuật trong bảng sau:
Bảng 6 5: Thông số aptomat cấp 0,4kV
Loại Uđm (V) Iđm (kA) Icắtđm (kA)
Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho aptomat vì aptomat có Iđm> 1000A. b) Chọn cầu dao phía hạ áp Điều kiện chọn:
Ta chọn cầu dao có thông số nhƣ sau:
Bảng 6 6: Thông số cầu dao hạ áp 0,4kV
Loại Uđm (V) Iđm (kA) Icắtđm (kA)
Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì cầu dao đã chọn có Iđm> 1000A.
Như vậy phần điện của nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 55
MW đã được thiết kế hoàn chỉnh, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
[2] Sổ Tay Lựa Chọn & Tra Cứu Thiết Bị Điện Từ 0,4kV đến 500kV của Ngô Hồng Quang
[3] Giáo trình Cung cấp điện Tác giả: Ngô Hồng Quang
1 Lập sơ đồ thay thế
Hình 1 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch toàn nhà máy
Để tính điện kháng cho các phần tử trong hệ đơn vị tương đối, chúng ta áp dụng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình Điện áp cơ bản được chọn là điện áp trung bình các cấp, cụ thể là Ucb = Utb với các giá trị: {230; 115; 13,8} (kV) Đồng thời, công suất cơ bản cũng được xác định trong quá trình tính toán dòng ngắn mạch cho đồ án thiết kế này.
- Điện kháng hệ thống: Với S đmHT 000 MVA , X ¿ HT =1 , 42.
- Điện kháng đường dây nối với hệ thống: l = 160(km), Ucb = 230 (kV), đối với đường dây trên không ta chọn x0= 0,4 Ω/km
- Điện kháng máy biến áp hai cuộn dây:
- Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu:
Vì U T N %=−0 , 5 % QUOTE ≈ 0 nên ta coi như không có điện kháng phía trung.
Vậy điện kháng của MBATN AT1, AT2 là:
- Điện kháng của máy phát điện:
X 10 = X 11 = X 12 = X 13 ¿ X 14 = X S = X d } ∙ {{S} rsub {cb}} over {{S} rsub {đmS}} =0,1336∙ {100} over {62,5} =0,213 ¿
2 Tính toán ngắn mạch theo điểm
Ta có sơ đồ thay thế sau khi biến đổi:
2 2 N1 là điểm ngắn mạch có tính chất đối xứng, nên sơ đồ thay thế sau khi gập hình theo trục đối xứng với các điện kháng được tính là:X`
0,383+0 ,14 = 0,102 Cuối cùng ta được sơ đồ thay thế dạng đơn giản là:
Hình 4 Sơ đồ thay thế tối giản tại điểm ngắn mạch N1
Tính dòng ngắn mạch siêu quá độ theo phương pháp đơn giản:
- E tdi : Suất điện động tương đương, dạng tương đối cơ bản (Etdi ≈ 1).
- X tdi : Điện kháng tương đương nhánh i trong sơ đồ thay thế đơn giản.
- U cb : Điện áp cơ bản các cấp; Ucb = Ucb1 = 230 (kV).
- I cb : Dòng điện cơ bản cấp điện áp có điểm ngắn mạch, kA.
Dòng điện xung kích tại N1: i N 1 xk =√ 2 ∙ k xk ∙ I ' ' N 1 =√ 2 ∙ 1 , 8 ∙ 4 , 81 = 12 , 23 ( kA )
Hình 5 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N2
Biến đổi tương tự điểm N1 ta có sơ đồ thay thế:
X 21 + X 23 0 ,19 + 0,188 Biến đổi sao – tam giác thiếu đoạn (X15, X16, X22) ta được:
Ta có sơ đồ thay thế:
0,094 +0,593 =0,081 Cuối cùng ta được sơ đồ thay thế dạng đơn giản là:
Hình 6 Sơ đồ thay thế tối giản tại điểm ngắn mạch N2
Tính toán dòng ngắn mạch cho điểm N2
Dòng điện xung kích tại N2: i N 2 xk =√ 2 ∙ k xk ∙ I ' ' N 2 =√ 2 ∙ 1 , 8 ∙ 9 , 24 = 23 , 52 ( kA )
Hình 7 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N3
Ta có sơ đồ thay thế sau khi biến đổi:
Biến đổi sao – tam giác thiếu đoạn (X15, X16, X21) ta được:
0,593 + 0 ,12 =0,099 Biến đổi sao – tam giác thiếu đoạn (X23, X25, X8) ta được:
0,165 =0,361Cuối cùng ta được sơ đồ thay thế dạng đơn giản là:
Chọn khí cụ điện của sơ đồ tự dùng
6.3.1 Chọn máy cắt Để chọn máy cắt cho mạch 6,3 kV ta cần xác định được dòng ngắn mạch sau các máy biến áp tự dùng Xét các điểm ngắn mạch sau:
Điểm ngắn mạch N4 nằm phía trước các MBA TD91, TD92, TD93, TD94, TD95, TD96 Trong khi đó, điểm ngắn mạch N7 được đặt phía sau các MBA từ TD91 đến TD96 và phía trước các MBA từ TD61 đến TD66 Sơ đồ thay thế cho các điểm này được cung cấp để dễ dàng theo dõi.
Chọn Scb = 100 (MVA); Ucb = Utb các cấp.
50 ,17 √ 3 10 ,5 =¿ 0,109 Điện kháng tương đương của điểm ngắn mạch N7 là:
X tđN 7 =( X HT + X TD91 )=¿0,109 + 1,625 = 1,734 Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại N7 là:
√ 3 6 ,3 = 5,28 (kA) Dòng ngắn mạch xung kích tại N7 là: i N xk 7 =√ 2 ∙ k xk ∙ I ' ' N 7 =√ 2 ∙ 1 , 8 ∙ 5 , 28 = 13 , 44 ( kA ) Dòng làm việc cưỡng bức:
- Máy cắt tự dùng cấp điện áp máy phát 10,5 kV được chọn theo giá trị của dòng ngắn mạch tại N4.
- Máy cắt tự dùng cấp điện áp 6,3 kV được chọn theo giá trị của dòng ngắn mạch tại N7
Bảng 6 3 Thông số máy cắt phía tự dùng Điểm ngắn mạch
Máy cắt được chọn đều có dòng định mức lớn hơn 1000A nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.
Dao cách ly mạch tự dùng phía 10,5 kV được chọn theo giá trị dòng ngắn mạch N4.
Bảng 6 4 Thông số dao cách ly Điểm ngắn mạch
6.3.3 Tính toán chọn áp-tô-mát và cầu dao phía hạ áp 0,4 kV
Tính toán ngắn mạch tại điểm N8 phía sau MBA sử dụng cáp 6,3 kV, với giả định nguồn cấp cho điểm N8 có công suất vô cùng lớn (XHT = 0).
Chọn Scb = 100 (MVA); Ucb = Utb các cấp = 0,4 (kV).
- Tổng trở MBA cấp 0,4 kV là:
- Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại N8 là:
√ 3 9,104 = 25,62 (kA) Dòng ngắn mạch xung kích tại N8 là:
1,952 =4 , 51Tra đồ thị hình 4.4, tài liệu [2] được kxk = 1,55. i N xk 1 =√ 2∙ k xk ∙ I ' ' N 1 =√ 2 ∙ 1 , 55 ∙ 25 , 62V,161 ( kA )
- Ta coi dòng làm việc cưỡng bức bằng với dòng làm việc bình thường ở mạch tự dùng.
√ 3 0 , 4 = 1,443 (kA) a) Chọn áp-tô-mát Điều kiện chọn aptomat:
- Icđm ≥ I”N %,62 (kA) V ậy ta chọn áp-tô-mát M16 do Merlin Gerin chế tạo có thông số kỹ thuật trong bảng sau:
Bảng 6 5: Thông số aptomat cấp 0,4kV
Loại Uđm (V) Iđm (kA) Icắtđm (kA)
Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho aptomat vì aptomat có Iđm> 1000A. b) Chọn cầu dao phía hạ áp Điều kiện chọn:
Ta chọn cầu dao có thông số nhƣ sau:
Bảng 6 6: Thông số cầu dao hạ áp 0,4kV
Loại Uđm (V) Iđm (kA) Icắtđm (kA)
Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì cầu dao đã chọn có Iđm> 1000A.
Như vậy phần điện của nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 55
MW đã được thiết kế hoàn chỉnh, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
[2] Sổ Tay Lựa Chọn & Tra Cứu Thiết Bị Điện Từ 0,4kV đến 500kV của Ngô Hồng Quang
[3] Giáo trình Cung cấp điện Tác giả: Ngô Hồng Quang
1 Lập sơ đồ thay thế
Hình 1 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch toàn nhà máy
Để tính điện kháng cho các phần tử trong hệ đơn vị tương đối, ta áp dụng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình Điện áp cơ bản được chọn là điện áp trung bình các cấp, cụ thể là Ucb = Utb với các giá trị: {230; 115; 13,8} (kV) Đồng thời, cần xác định công suất cơ bản cho hệ thống.
- Điện kháng hệ thống: Với S đmHT 000 MVA , X ¿ HT =1 , 42.
- Điện kháng đường dây nối với hệ thống: l = 160(km), Ucb = 230 (kV), đối với đường dây trên không ta chọn x0= 0,4 Ω/km
- Điện kháng máy biến áp hai cuộn dây:
- Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu:
Vì U T N %=−0 , 5 % QUOTE ≈ 0 nên ta coi như không có điện kháng phía trung.
Vậy điện kháng của MBATN AT1, AT2 là:
- Điện kháng của máy phát điện:
X 10 = X 11 = X 12 = X 13 ¿ X 14 = X S = X d } ∙ {{S} rsub {cb}} over {{S} rsub {đmS}} =0,1336∙ {100} over {62,5} =0,213 ¿
2 Tính toán ngắn mạch theo điểm
Ta có sơ đồ thay thế sau khi biến đổi:
2 2 N1 là điểm ngắn mạch có tính chất đối xứng, nên sơ đồ thay thế sau khi gập hình theo trục đối xứng với các điện kháng được tính là:X`
0,383+0 ,14 = 0,102 Cuối cùng ta được sơ đồ thay thế dạng đơn giản là:
Hình 4 Sơ đồ thay thế tối giản tại điểm ngắn mạch N1
Tính dòng ngắn mạch siêu quá độ theo phương pháp đơn giản:
- E tdi : Suất điện động tương đương, dạng tương đối cơ bản (Etdi ≈ 1).
- X tdi : Điện kháng tương đương nhánh i trong sơ đồ thay thế đơn giản.
- U cb : Điện áp cơ bản các cấp; Ucb = Ucb1 = 230 (kV).
- I cb : Dòng điện cơ bản cấp điện áp có điểm ngắn mạch, kA.
Dòng điện xung kích tại N1: i N 1 xk =√ 2 ∙ k xk ∙ I ' ' N 1 =√ 2 ∙ 1 , 8 ∙ 4 , 81 = 12 , 23 ( kA )
Hình 5 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N2
Biến đổi tương tự điểm N1 ta có sơ đồ thay thế:
X 21 + X 23 0 ,19 + 0,188 Biến đổi sao – tam giác thiếu đoạn (X15, X16, X22) ta được:
Ta có sơ đồ thay thế:
0,094 +0,593 =0,081 Cuối cùng ta được sơ đồ thay thế dạng đơn giản là:
Hình 6 Sơ đồ thay thế tối giản tại điểm ngắn mạch N2
Tính toán dòng ngắn mạch cho điểm N2
Dòng điện xung kích tại N2: i N 2 xk =√ 2 ∙ k xk ∙ I ' ' N 2 =√ 2 ∙ 1 , 8 ∙ 9 , 24 = 23 , 52 ( kA )
Hình 7 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N3
Ta có sơ đồ thay thế sau khi biến đổi:
Biến đổi sao – tam giác thiếu đoạn (X15, X16, X21) ta được:
0,593 + 0 ,12 =0,099 Biến đổi sao – tam giác thiếu đoạn (X23, X25, X8) ta được:
0,165 =0,361Cuối cùng ta được sơ đồ thay thế dạng đơn giản là:
