ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHÀ MÁY ĐIỆN THIẾT KẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 4 TỔ MÁY VỚI CÔNG SUẤT 200 MW (4x50 MW) Giáo viên hướng dẫn LÃ VĂN ÚT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÓ 4 TỔ MÁY VỚI TỔNG CÔNG SUẤT 200 MW (4x50 MW) Giáo viên hướng dẫn LÃ VĂN ÚT.Đồ án môn học thiết kế nhà máy điện được chia làm 7 chương: Chương I: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất. Chương II: Chọn sơ đồ nối điện chính cho nhà máy điện. Chương III: Chọn máy biến áp và tính tổn thất điện năng. Chương IV: Tính toán kinh tếkỹ thuật và chọn phương án tối ưu. Chương V: Tính toán dòng điện ngắn mạch. Chương VI: chọn dây dẫn và khí cụ điện Chương VII: Chọn sơ đồ tự dùng và MBA tự dùng.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện năng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống.Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện để cung cấp cho các hộ tiêu thụ

Để đáp ứng nhu cầu phụ tải, cần phải xây dựng thêm nhiều nhà máy điện Do đóviệc nghiên cứu tính toán kinh tế – kĩ thuật trong thiết kế xây dựng nhà máy điện làcông việc hết sức cần thiết

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, cùng với những kiến thức chuyên ngành đãđược học, em đã được giao thực hiện Đồ án thiết kế môn học Nhà máy điện vớinhiệm vụ thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện công suất 200 MW

Trong quá trình thiết kế, với sự tận tình giúp đỡ của các thày giáo trong bộ môn

và các bạn trong lớp cùng với nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành được bản đồ

án này Tuy nhiên, do trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bản đồ án không tránhkhỏi có những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo vàcác bạn để bản đồ án này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cám ơn các thầy trong bộ môn Hệ thống điện, đặc biệt làGS.TS Lã Văn Út đã giúp em hoàn thành bản thiết kế đồ án môn học này

Hà nội, tháng 04 năm 2008

Sinh viên

Nguyễn Trọng Bao

Chương I:

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Dựa vào đồ thị phụ tải phụ tải ở các cấp điện áp mà xây dựng đồ thị phụ tảitổng của toàn nhà máy, ngoài phần phụ tải của hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp, phụtải phát về hệ thống, còn có phụ tải tự dùng của nhà máy Công suất tự dùng củanhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố và chiếm khoảng 8% tổng điệnnăng phát ra

Đồ thị phụ tải của các cấp điện áp (tính theo % Pmax):

Thời gian (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24

Nhà máy nhiệt điện có nhiệm vụ phát công suất theo biểu đồ sau:

.0

200cos

S6.04.0(SS

nm

t nm

VHT NM UF UT td

1.1.Chọn máy phát điện.

Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy với côngsuất mỗi tổ máy là 50 MW Ta chọn 4 máy phát đồng bộ tua bin khí TB-50-2 đểthuận tiện cho vận hành và sửa chữa sau này

MF TB-50-2 có các thông số sau :

L

oại máy

S(MVA)

P(MW)

U(KV)

I(KA) Cosϕ Xd'' Xd' Xd

1.2.Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát:

Ta xây dựng đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát trong các thời điểmkhác nhau theo công thức:

P(t) =

100

%P

x Pmax ; S(t) =

ϕ

Cos

)t(P

Trong đó: P(t) là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t.S(t) là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t.Cosϕlà hệ số công suất phụ tải

Theo đề bài ta có :

Pmax= 13MW , cosϕ= 0.8Phụ tải bao gồm : 2 kép x 3 MW x 4 km

5 đơn x 1.4 MW x 3 kmBảng biến thiên công suất của phụ tải cấp điện áp máy phát theo thời gian như sau:Thời gian

1.3.Tính toán phụ tải cấp điện áp trung 110 kV:

Ta xây dựng đồ thị phụ tải cấp điện áp trung trong các thời điểmkhác nhau theo công thức:

P(t) =

100

%P

x Pmax ; S(t) =

ϕ

Cos

)t(P

Trong đó: P(t) là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t.S(t) là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t.Cosϕlà hệ số công suất phụ tải

Theo đề bài ta có :

Pmax= 90 MW , cosϕ= 0.8Phụ tải bao gồm các đường dây 1 kép + 4 đơn ( công suất phân bố đều )Bảng biến thiên công suất của phụ tải cấp điện áp trung theo thời gian như sau:Thời gian

112.5 101.25

106.88 90

0 20 40 60 80 100 120

1.4.Tính toán công suất phát của nhà máy điện:

Ta xây dựng đồ thị công suất phát của nhà máy trong các thờiđiểm khác nhau theo công thức:

PNM

Trong đó: PNM(t) là công suất tác dụng của toàn nhà máy tạithời điểm t

PNMlà tổng công suất tác dụng của toàn nhà máy, PNM= n x PMP

n là số tổ máy phát điện trong nhà máy điện

PMP là công suất tác dụng định mức của 1 tổ máy phát điệnSNM(t) là công suất biểu kiến của toàn nhà máy tại thời điểm t

Cosϕlà hệ số công suất nhà máy

Theo đề bài ta có : PNM= 4 x 50 MW = 200 MW , cosϕ= 0.8

Bảng biến thiên công suất phát của nhà máy theo thời gian như sau:

187.5 225

250 212.5 187.5

0 50 100 150 200 250 300

)

Trong đó: α: phần trăm điện tự dùng ( α= 8%)

STD(t) là công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t, MVA

SNMlà tổng công suất của toàn nhà máy, MVA

SNM(t) là công suất phát ra của nhà máy tại thời điểm t, MVA

Bảng biến thiên công suất tự dùng của nhà máy theo thời gian như sau

17 18.8

20 18.2 17

0 5 10 15 20 25

1.6.Tính toán công suất phát về hệ thống của nhà máy điện:

Công suất phát về hệ thống được tính theo công thức sau:

SVHT= SNM- (SUF + SUT+ STD)Bảng biến thiên công suất phát về hệ thống

Thời gian Công suất 0-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24

S NM (t) (MVA) 187.5

0

187.50

212.50

212.50

250.00

225.00

225.00

187.50

S UF (t) (MVA) 11.38 13.81 13.81 16.25 16.25 14.63 12.19 12.19

S UT (t) (MVA) 90.00 106.8

8

106.88

101.25

101.25

Công suất phát lên hệ thống của nhà máy nhỏ hơn dự trữ của hệ thống nên khi có

sự cố tách nhà máy ra khỏi hệ thống vẫn đảm bảo ổn định hệ thống

Chương II:

CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CHO NHÀ MÁY ĐIỆN

Chọn sơ đồ nối điện chính cho nhà máy điện là một khâu quan trọng trongquá trình thiết kế nhà máy điện Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế,dựa vào bảng cân bằng công suất và các nhận xét tổng quát ở trên để tiến hành đưa

ra các phương án nối dây hợp lý Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấpđiện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy biến ápvới các cấp điện áp, về số lượng và dung lượg của máy biến áp, về số lượng máyphát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát, số máy phát điện ghép bộ với máybiến áp…

Các yêu cầu cần đảm bảo khi tiến hành nối dây:

- Số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phải đảm

bảo khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất thì các máy còn lại vẫnđảm bảo đủ cung cấp điện cho các phụ tải ở cấp điện áp máy phát vàphụ tải điện áp trung (trừ phần phụ tải do các bộ hoặc các nguồn khácnối vào thanh góp điện áp trung có thể cung cấp)

- Công suất mỗi bộ máy phát - máy biến áp không lớn hơn dự trữ quay

của hệ thống

- Chỉ được ghép bộ máy phát – máy biến áp hai quộn dây vào thanh góp

điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ lày, cónhư vậy mới tránh được trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này khôngphát hết công suất hoặc phải chuyển qua hai lần máy biến áp làm tăngtổn hao và gây quá tải cho máy biến áp 3 quộn dây Đối với máy biến

áp tự ngẫu liên lạc thì không cần điều kiện này

- Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ, để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ

nhánh từ các bộ máy phát – biến áp,nhưng công suất lấy rẽ nhánhkhông được lớn hơn công suất của bộ

- Máy biến áp ba quộn dây chỉ nên sử dụng khi mà công suất truyền tải

qua quộn dây này không nhỏ hơn 15% công suất truyền tải qua quộndây kia

- Không nên sử dụng quá 2 máy biến áp 3 quộn dây hoặc tự ngẫu để liên

lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ phân phối sẽ phức tạphơn

- Máy biến áp tự ngẫu chỉ được sử dụng khi cả hai phía điện áp trung và

cao đều có trung tính nối đất trực tiếp

- Khi công suất tải lên điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì

phải đặt ít nhất hai máy biến áp

- Không nối song song máy biến áp hai quộn dây với máy biến áp ba

quộn dây vì thường không chọn được hai máy biến áp có cùng tham sốphù hợp với điều kiện vân hành song song

Sau khi đã chọn được một số phương án cần tiến hành phân tích sơ bộ về cácmặt kinh tế, kỹ thuật để loại trừ bớt một số các phương án bất hợp lý

Dựa trên các thông số của các máy phát, số lượng máy phát công suất củaphụ tải các cấp điện áp, dự trữ công suất của hệ thống

4 tổ máy phát công suất 250 MVA, phụ tải địa phương có công suất

16,25/11,38 MVA (S max /S min ), nếu phụ tải địa phương lấy điện trên 2 máy phát thì

tỉ lệ điện được chích từ đầu cực máy phát là

max dp dmF

= =0,104=10,4%

2.S 2.62,5 <15% dovậy có thể không cần thanh góp điện áp máy phát

Ta nhận thấy phía cao và trung đều là lưới trung tính nối đất trực tiếp và hệ

số có lợi α =0.5 cho nên có thể dùng 2 MBA tụ ngẫu làm liên lạc

Phụ tải cấp trung là 112,5 /78,75 MVA cho nên cần có 1 đến 2 bộ máy phátmáy biến áp bên trung

Phụ tải bên cao là 115,26/49,81 MVA cho nên cần có 1 bộ máy phát máybiến áp bên cao hoăc không bộ nào

Ta có thể đưa ra một số phương án sau:

Phương án 1:

St HT

110 kV

220 kV

Nhận xét: Ở trong phương án này ta nhận thấy có một bộ máy phát máy biến

áp nối trực tiếp với thanh góp cao Trong cả chế độ cực đại và cực tiểu công suấtđều có xu hướng truyền từ hạ sang cao và trung của máy biến áp tự ngẫu nhất làtrong trường hợp sự cố bộ bên trung khi đó công suất truyền qua bên trung rất cao.Nhiều thiết bị bên cao nên chi phí lớn

Phương án 3:

Sdp

St HT

B1

B2 B3 B4 B5 B6

Nhận Xét: Trong phương án này thì ta nhận thấy dòng công suất chuyền qualại giữa phía cao trung là không tuy nhiên vẫn có dòng công suất phải chuyền qua 2lần máy biến áp gây tổn hao nhưng bù lại công suất của máy biến áp liên lạc chỉcần chọn thấp đây là ưu điểm của sơ đồ này Tóm lại: qua phân tích trên thì có thể

để lại các phương án 2 và 3 để so sánh các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật

Trong phương án này dòng công suất chảy trong máy biến áp liên lạc chuyền

từ hạ sang trung cao như vậy công suất của máy biến áp được sác định theo côngthức (do phụ tải các cấp đều có cosϕ=0.8 cho nên ta có thể đơn giản một số phéptính):

α

=

2 đmB 1

đmB

SS

STrong đó α =0.5

Với hệ không có thanh góp thì ta có:

SCH=SđFmax=62.5 MVA

5.0

5.62S

SđmB1 = đmB2 = = MVAMáy biến áp trong bộ máy phát máy biến áp được chọn:

5.62S

S

SđmB3 = đmB4 = Fđđ = MVA

Từ kết quả tính toán trên ta chọn được các máy ATДЦTH-125 cho máy biến

áp liên lạc B1, B2 và máy biến áp TPДЦH-63 cho các máy biến áp B3, B4 trong bộmáy phát máy biến áp, các loại máy trên có các thông số kỹ thuật:

Phương án 3:

Sdp

StHT

B1

B2 B3 B4B5 B6

Máy biến áp trong bộ máy phát máy biến áp phía cao và phía trung có côngsuất như nhau và được tính theo công thức:

5.62S

SS

S

SđmB1= đmB2 = đmB3 = đmB4 = Fđđ = MVACác máy biến áp liên lạc cung cấp công suất cho phụ tải địa phương đượctính theo công thức:

Sđmb3= Sđmb3= 1Stt

α

Trong đó: Stt=max(Sh,Snt,Sch)tại tất cả thời gian trong ngày

-Trong chế độ dòng công suất chảy từ cao sang trung hạ hay ngược lại thì ta

có dòng công suất chảy trong các quận dây hạ, nối tiếp, chung

2 t h

2 t h

nt (P P) (Q Q )

2 h c

t t

2 h c

t t

U

UQ()PU

UP(

2 h

2 h

S = +

-Trong chế độ dòng công suất chảy từ hạ sang cao trung hay ngược lại thì ta

có dòng công suất chảy trong quận dây hạ là cực đại

2 h

2 h

S = +

-Trong chế độ dòng công suất chảy từ trung sang cao hạ hay ngược lại thì ta

có dòng công suất chảy trong các quận dây hạ nối tiếp, chung

2 c

2 c

S =α +

2 h

2 h

S = +

2 c h

2 c h

22.02

44.040.5

Từ kết quả tính toán trên ta chọn được các máy ATДTH-32 cho máy biến ápliên lạc B5, B6 máy biến áp TPДЦH-63 cho các máy biến áp B1, B2, B3 trong bộmáy phát máy biến áp cấp điện cho thanh góp 110 kV và TPДЦH-63 cho máy biến

áp B4 cấp điện cho thanh cái 220 kV, các loại máy trên có các thông số kỹ thuật:

A, Khi hỏng một bộ bên trung:

Công suất cấp cho bên trung không đổi Stmax

Biểu thức kiểm tra:

max UT

(SS

Sthiếu< dự trữ quay của hệ thống =294 MVA => thỏa mãn.

Trong trường hợp này chúng ta không cần sét sự cố hỏng một máy biến ápliên lạc khi Smin

Dòng công suất chảy trong quận cao là cực đại < Sđm

Dòng công suất chảy về hệ thống:

C, Hỏng một tự ngẫu:

Sdp

StHT

B2 B3 B4B5 B6

1 Khi công suất STmax:

Dòng công suất chảy từ trung sang cao hạ

Dòng công suất chảy trong quận dây nối tiếp:

Do đó để máy biến áp chịu được quá tải thì phải nâng công suất máy biến áp đến:

.44.04 62.921.4 1.4 0.5



Máy biến áp tự ngẫu chọn lại không có trong bảng nên phải đặt hàng:

Các thông số nằm trong khoảng:

III, Tính toán tổn thất điện năng.

Tính toán tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu trong quá trìnhđánh giá một phương án về mặt kinh tế và kỹ thuật trong nhà máy điện tổn thấtđiện năng chủ yếu gây ra bởi các máy biến áp

- Tổn thất điện năng trong máy biến áp 2 quộn dây được tính theo biểu thức:

τ

∆+

S

SPtPA

Trong đó:

SđmBA:- công suất định mức máy biến áp

Smax: - phụ tải cực đại của máy biến áp

t: - tính trong một năm thì t = 8760h

τ: - thời gian tổn thất cực đại là hàm số của thời gian sửdụng phụ tải cực đại Tmax và cosϕ theo đồ thị phụ tải hàng năm.Trường hợp có đồ thị phụ tải hình bậc thang, có thể xác định tổn thất điệnnăng trong máy biến áp ba pha 2 quộn dây như sau:

2

đmBA

i

2 i N kt

S

tSPtP

∆

Trong đó Si là phụ tải qua máy biến áp trong khoảng thời gian titương ứngvới đồ thị phụ tải hình bậc thang

- Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu 3 pha

Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp tự ngẫu là:

H 2

đmBA

2 H max H 0

2

đmBA

2 0 max 0 n

2

đmBA

2 n max n kt

S

SPS

SPS

SPtP

P)2

P(2

)12(P

(2

Cũng có thể xác định tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu ba phatương tự như máy biến áp 3 pha 3 quộn dây:

H 2

đmBA

2 H max H N 0

2

đmBA

2 T max T N n

2

đmBA

2 C max C N kt

S

SPS

SPS

SPtP

Trong đó:

)PP

P(5.0

2 H C N T

C N C

∆

−α

∆+

P(5.0

2 H C N T

C N C

∆+α

P(5.0

2 H C N T

C N C

∆+α

∆+

đmBA

2 iT T N 2

đmBA

2 iC C N

S

SP

S

SP

S

SP

(tPA

đmB

i

2 3 i 3 NB 3

ktB 4

B 3

B

S

tSP

tPA

Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu liên lạc:

P(5.0

2 H C N T

C N C

∆

−α

∆+

1455

.0

145290

(2

P(5.0

2 H C N T

C N T

∆+α

1455

.0

145290

(2

P(5.0

2 H C N T

C N H

∆+α

∆+

1455

.0

145290

(2

1

2

2 ++

đmBA

2 iT T N 2

đmBA

2 iC C N kt

1

S

SP

S

SP

S

SP(tPA

đmBA

2 iH H N 2

đmBA

2 iT T N 2

đmBA

2 iC C

S

SP

S

SP

S

SP

(876080

=1216474 kWh = 1216 MWhNhư vậy tổng tổn thất điện năng trong phương án 2 là:

6110)

18391216

(2

B1

B2 B3 B4B5 B6

Tổn thất điện năng trong máy biến áp 2 quộn dây:

2 1

đmB

i

2 1 i 1 NB 1

ktB 1

B

S

tSP

tP

∆

2

42.625 10 48.575 4 45.6 2300.(

2 3

đmB

i

2 3 i 3 NB 3

ktB 4

B 3

B 2

B

S

tSP

tPA

Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu liên lạc:

)PP

P(5.0

2 H C N T

C N C

∆

−α

∆+

5.825

.0

5.82165(2

P(5.0

2 H C N T

C N T

∆+α

5.825

.0

5.82165(2

P(5.0

2 H C N T

C N H

∆+α

∆+

5.825

.0

5.82165(2

1

2

2 ++

đmBA

2 iT T N 2

đmBA

2 iC C N kt

1

S

SP

S

SP

S

SP(tPA

đmBA

2 iH H N 2

đmBA

2 iT T N 2

đmBA

2 iC C

S

SP

S

SP

S

SP

(876038

=452610 kWh = 453 MWhNhư vậy tổng tổn thất điện năng trong phương án 3 là:

86332210

183934532

A = ⋅ + ⋅ + =

Chương IV:

TÍNH TOÁN KINH TẾ-KỸ THUẬT

VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Khi quyết định chọn một phương án nào cũng cần phải dựa trên cơ sở sosánh về các mặt kinh tế kỹ thuật Khi tính vốn đầu tư của một phương án dùng để

so sánh với các phương án khác một cách gần đúng có thể chỉ cần tính vốn đầu tưcho máy biến áp và các thiết bị phân phối (bao gồm tiền mua, tiền vận chuyển, vàxây lắp) Đã biết vốn đầu tư cho máy cắt chiếm phần lớn vốn đầu tư cho thiết bịphân phối, trong so sánh kinh tế chúng ta chỉ cần chọn sơ bộ máy cắt, và chỉ cầnchọn các máy cắt từ thanh cái trở xuống

I, Chọn sơ bộ máy cắt:

Vì các lý do kinh tế nên thường chỉ chọn một lọai máy cắt cho tất cả cácmạch nối vào cùng một thanh cái Nhìn chung trong trường hợp chọn sơ bộ máycắt để so sánh kinh tế thì chỉ cần chọn theo dòng điện cưỡng bức

Các nhà máy điện mới xây dựng thì máy cắt đều được chọn là loại máy cắtSF6 Với điều kiện chọn sơ bộ như sau:

- Chọn máy cắt cho các đường dây nối vào thanh cái 220kV:

Dòng điện cưỡng bức chảy trong mạch còn lại khi một mạch của đường dâynối về hệ thống bị đứt trong núc dòng công suất chảy về hệ thống là cực đại:

IcbVHT max 115.26

0.3023.220 3.220

Máy cắt được chọn là: 3AQ1-245 do simens chế tạo

- Chọn máy cắt cho các đường dây nối vào thanh cái 110kV:

Dòng điện cưỡng bức chảy trong các đường dây kép khi đứt một mạch vàdòng điện cưỡng bức chảy trong các đường dây đơn trong núc phụ tải là cực đại lànhỏ hơn dòng điện cương bức chảy trong máy biến áp trong bộ máy phát máy biến

áp khi máy phát làm việc quá tải:

1103

5.6205.11103

S05

25.461103

5.6205.15.103

S05