đồ án kỹ thuật điện điện tử Tính toán cân bằng công suất. Lựa chon phương án nối dây máy phát điện

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY Căn cứ vào kết quả tính toán cân bằng công suất ta rút ra một số nhận xét sau trước khi đưa ra các phương án nối điện của nhà máy.. - Phần công suất thừa bên t

PHẦN 1 : PHẦN NHÀ MÁY ĐIỆN

CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT LỰA

CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY.

1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN.

Khi thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện thì vấn đề đầu tiên là lựa chọn máy phát điện Khi lựa chọn máy phát điện phù hợp sẽ thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành về sau

Ở đây nhà máy cần thiết kế là nhà máy NĐNH gồm 4 tổ máy có công suất 4 x 100MW Từ yêu cầu thiết kế ta chọn máy phát điện cùng loại và đều là máy phát điện đồng bộ tuabin hơi kiểu TBΦ-100-2 có các thông số kỹ thuật sau :

PMVV

U

KV cosϕ I

KA X ⊃d X⋅d Xd

TBΦ-100-2 3000 117,5 100 10,5 0,85 6,5 0,183 0,263 1,8

1.2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT.

Để đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện thì tại một thời điểm bất kỳ phải đảm bảo được sự công bằng công suất áp dụng và công suất phản kháng Cân bằng công suất tác dụng để giữ cho tần số hay độ lệch tần số nằm trong giới hạn cho phép, còn cân bằng công suất phản kháng để giữ cho điện áp hay

độ lệch điện áp nằm trong giới hạn cho phép Mục đích cân bằng công suất ở đây là để chọn thiết bị và khí vụ điện, nên tiến hành cân bằng công suất theo công suất biểu kiến S Chính vì lý do đó mà việc công bằng giữa công suất phát, công suất tiêu thụ và tổn thất công suất là rất cần thiết

Mức tiêu thụ điện năng luôn thay đổi theo thời gian và được biểu diễn bằng đồ thị phụ tải Tính toán phụ tải chính là tìm đồ thị phụ tải của các cấp điện áp khác nhau

Trong yêu cầu thiết kế đã cho đồ thị phụ tải ngày (tính theo % Pmax) và

Pmax, cosϕ ở các cấp điện áp khác nhau Từ đó ta có công thức tính :

+ Công suất tác dụng :

)MW(P100

%P)t(

+ Công suất biểu kiến :

ϕ

= cosP t()

)t(

Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát :

2 Phụ tải điện áp trung 110 KV.

Pmax = 130 MW; cosϕ = 0,85

Ta có bảng kết quả tính toán như sau :

Khoảng thời

gianCông

P% 70 80 90 100 80 90 80 70

PUT (t) MW 91 104 117 130 104 117 104 91

SUT MVA 107,05 122,35 137,65 152,94 122,35 137,65 122,35 107,05

Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung :

3 Phụ tải cấp điện áp cao 220 KV.

Pmax = 130 MW; cosϕ = 0,85

Ta có bảng tính toán như sau :

Khoảng thời

gianCông

4 Phụ tải toàn nhà máy.

PNM = Σ PFđm = 4 x 100 = 400 MW; cosϕ = 0,85

Khoảng thời

gianCông

NM

)t(S.6,04,0cos

P.100

%)

t(S

0

423

Đồ thị công suất tự dùng được vẽ như sau :

6 Tính lượng công phát lên hệ thống :

Công suất phát về hệ thống được xác định theo công thức :

SHT(t) = SNM(t) – [Std(t) + ST(t) +SUF(t)+SC(t)]

Trong đó : - SNM(t): công suất nhà máy tại thời điểm t

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

- ST(t) : công suất phụ tải trung tại thời điểm t

- SUF(t) : công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t

- SC(t) : công suất phụ tải cao áp 220KV tại thời điểm t

- SHT(t) : công suất phát về hệ thống tại thời điểm t

Kết quả tính toán cân bằng công suất được ghi vào bảng sau :

7 Công suất tổng phía cao áp 220KV :

Goàm SC(t) và SHT(t) ⇒ SΣC(t) = SC(t) + SHT(t)

Trong đó : - SC(t) : công suất phụ tải cao áp tại thời điểm t

- SHT(t) : công suất phát về hệ thống tại thời điểm t

470

SHT

ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TỔNG HỢP TOÀN NHÀ MÁY Ở CÁC CẤP ĐIỆN ÁP

1.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Căn cứ vào kết quả tính toán cân bằng công suất ta rút ra một số nhận xét sau trước khi đưa ra các phương án nối điện của nhà máy

Nhiệm vụ chủ yếu của nhà máy điện là cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp 110KV và cung cấp điện cho phụ tải cao áp 220KV còn lại phát về hệ thống 220KV

Công suất phụ tải địa phương nhỏ hơn so với công suất của tổ máy :

%89,14100x5,117

5,17100xS

Trung tính của hai cấp điện áp cao áp và trung áp (UC = 220 KV; UT =

110 KV) đều trực tiếp nối đất Do đó có thể dùng máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa hai cấp điện

Ta thấy SmaxT /SminT =152,94/107,05(MVA)trong khi đó SFđm = 117,5 (MVA)cho nên phía trung áp có thể ghép từ 1 đến 2 bộ Máy phát – Máy biến áp

Từ các phân tích trên em đề xuất các phương án nối dây sau :

1 Phương án 1 :

- Bên trung áp ta dùng hai bộ máy phát điện – máy biến áp 3 pha 2 dây quấn

- Bên cao ta dùng hai bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu

- Sự liên lạc giữa bên cao và trung được thông qua máy biến áp tự ngẫu

SƠ ĐỒ NỐI DÂY

Nhận xét :

- Độ cung cấp điện đảm bảo cho phụ tải các cấp điện áp

- Ít chủng loại máy biến áp (chỉ có 2 loại mày biến áp) vốn đầu tư vào mày biến áp là nhỏ

- Phần công suất thừa bên trung áp được truyền qua máy biến áp tự ngẫu đưa lên hệ thống (vì tổng công suất các bộ máy bên trung luôn lớn hơn phụ tải cực đại bên trung)

Nhược điểm :

- Phía bên thanh góp 110 KV có số mạch nhiều, dòng ngắn mạch lớn

- Công suất thừa bên trung truyền sang phía cao áp nên tổn thất công suất và tổn thất điện năng tăng

2 Phương án 2 :

- Bên trung ta dùng một bộ máy phát điện – máy biến áp 2 dây quấn

- Bên cao ta dùng hai bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu và một bộ máy phát điện – máy biến áp 2 dây quấn

- Sự liên lạc giữa bên cao và bên trung được thông qua máy biến áp tự ngẫu

SƠ ĐỒ NỐI DÂY

- Phía trung áp dùng hai bộ máy phát điện – máy biến áp 2 cuộn dây.

- Bên cao áp dùng hai bộ máy phát điện – máy biến áp 2 cuộn dây, dùng hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa cấp điện áp cao 220 KV và cấp điện áp trung 110 KV

- Phụ tải địa phương lấy từ cuộn hạ của hai máy biến áp tự ngẫu

SƠ ĐỒ NỐI DÂY

- Nhược điểm : Số lượng và chủng loại máy biến áp quá nhiều do đó dẫn đến giá thành cao.

* Nhận xét chung :

Từ các phân tích ở các phương án nối dây đã đưa ra, em nhận thấy phương án 1 và phương án 2 là có tính khả thi hơn cả vì sơ đồ nối dây đơn giản, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải, số lượng máy biến áp cũng ít dẫn đến giá thành cho phương án củng rẻ hơn Do đó em chọn phương

án 1 và phương án 2 để tiếp tục tính toán và so sánh chọn phương án tối ưu

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

A PHƯƠNG ÁN 1.

2.1 Chọn máy biến áp.

1 Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây B 3 và B 4

SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY

Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây theo điều kiện :

SB3đm ≥ Fđm =

Do đĩ ta chọn :

)MVA(5,117S

2 Chọn máy biến áp tự ngẫu B 1 và B 2

Chọn máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 theo điều kiện :

Fđm đm

B đm

UU

,117x5,0

1S

x

1S

3 Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp khi sự cố.

Sự cố nghiêm trọng nhất xảy ra vào thời gian phụ tải trung áp 110KV cực đại tức là từ 11 ÷ 14h Khi đĩ :

)MVA(94,152

SmaxT =

)MVA(04,268

SΣC =

)MVA(87,14

Sbộ = 108,96 (MVA)

- Bộ máy phát điện – Máy biến áp sẽ cung cấp cho phụ tải trung áp một lượng là :

)MVA(96,1084

15,345,117S

4

1S

Sbộ = Fđm − TDmax = − =

- Cơng suất cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu sẽ mang tải :

)MVA(99,212

96,10894

,

1522

SS

- Cơng suất cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu sẽ mang tải :

)MVA(53,1012

87,

144

15,345,117

S2

1S

4

1S

Cơng suất thiếu = 108,96 (MVA) < cơng suất dự trữ = 150 (MVA)

Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu.

+ Trường hợp hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu (giả sử hỏng B1)

05,305,117.24

SS

.2

Fđm bộ

05,305,117

S4

SS

Fđm CH

210,66 (MVA)

112,92 (MVA)

108,96(MVA)

108,96(MVA)

- Công suất cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu sẽ mang tải :

Mặt khác: Sthiếu = 15,99 (MVA) < Sdự trữ = 150 (MVA)

Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

- Trường hợp phụ tải trung áp cực đại tức là từ 11h00 đến 14h00

Khi đó : SmaxT =152,94 (MVA)

159,08 (MVA)64,99 (MVA)

108,96(MVA)

108,96(MVA)

Mặt khác : Sthiếu = 108,96 (MVA) < Sdự trữ = 150 (MVA)

Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

4 Tính toán phân bố công suất trong máy biến áp

- Để vận hành thuận tiện về kinh tế ta cho bộ máy phát điện – máy biến

áp 2 cuộn dây B3 và B4 luôn vận hành định mức suốt năm

)MVA(96,1084

15,345,1174

SS

S

Fñm B

1)t(S)t(

SC−B1 = C−B2 = ΣC

Trong đó :

SΣC(t) : công suất phát về thanh góp cao theo thời gian (MVA)

)t(S);

[S (t) S (t) S (t)]

2

1)t(S)t(

ST−B1 = T−B2 = T − B3 − B4

Trong đó :

)t(

S);

t(

ST−B1 T−B2 : công suất truyền qua cuộn trung máy biến áp

tự ngẫu B1 hoặc B2 theo thời gian (MVA)

ST(t) : công suất của nhà máy phát cho phía trung áp theo thời gian (MVA)

:)t(S);

t(

SB3 B4 công suất truyền qua máy biến áp B3 và B4 theo thời gian (MVA)

+ Công suất truyền qua cuộn hạ áp của máy biến áp tự ngẫu B1 và B2

theo thời gian (MVA)

SH(t) = SC(t) + ST(t)Trong đó :

SH(t) : công suất truyền qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu B1

hoặc B2 theo thời gian (MVA)

Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của 1 máy biến áp

tự ngẫu

Thời gianCông

Suất

0÷5 5÷8 8÷11 11÷14 14÷17 17÷20 20÷22 22÷24

) MVA ( S

SC−B1 = C−B2 113,32 126,84 142,1 134,02 149,31 140,35 126,41 113,32

) MVA ( S

ST−B1 = T−B2 -55,16 -47,78 -40,13 -32,49 -47,78 -40,13 -47,78 -55,16

) MVA ( S

SH−B1 = H−B2 58,16 79,06 101,97 101,53 101,53 100,22 78,63 58,16

Dấu (-) chứng tỏ chiều công suất đi từ phía trung áp sang cao áp 220KV

5 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

Với máy biến áp 3 pha 2 dây quấn B3 và B4 thì tổn thất điện năng được tính theo công thức :

)KWh(8760.S

S.PP

.8760

ñm

2 B N

Sđm : công suất định mức của máy biến áp (MVA)

SB : công suất truyền tài qua máy biến áp (MVA)

Vậy :

)KWh(38,35384308760

.125

96,108.400100

.8760A

.PA

Trong đó :

∆Po : tổn thất không tải của máy biến áp tự ngẫu (KW)

i i

,0

260260

520.5,0

PP

P.5,0P

NC NC

∆+

,0

260260

520.5,0

PP

P.5,0P

NC NT

∆+

,0

260260

520

5,0

PP

P.5,0P

NC NH

∆+

.32,1132

.41,1263.35,143

31,1493.02,1343.1,1423.84,1265.32,113S

t

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

C

i i

=+

++

++

++

=

∑

( ) ( ) ( ) ( )

)hMVA(08,52391

2.16,552

.78,473

.13,403

.78,47

49,323

.13,403

.78,475

.16,55S

t

2

2 2

2 2

2 T

i i

=

=

−+

−+

−+

−+

−+

−+

−+

−

=

∑

)hMVA(74,177970

2.16,582.63,783.22,100

3.53,1013.53,1013.97,1013.06,795.16,58S

t

2

2 2

2

2 2

2 2

2 2

H

i i

=

++

+

++

++

.8760A

∆

)KWh(34,2564822A

AB1 =∆ B2 =

∆

Tổn thất điện năng trong máy biến áp của phương án 1 là :

)KWh(44,1220650538

,3538430

234,2564822

2

AA

AA

A B1 B2 B3 B1

=+

=

∆+

∆+

∆+

Tình trạng làm việc bình thường là tình trạng mà không có phần tử nào của khu vực xét bị cắt Dòng điện làm việc bình thường Ibt là dòng lớn nhất có thể ở tình trạng này Dòng điện làm việc bình thường dùng để chọn tiết diện của dây dẫn và cáp theo điều kiện kinh tế

Tình trạng làm việc cưỡng bức là tình trạng nếu một phần tử của khu vực xét bị cắt Dòng cưỡng bức lớn hơn dòng bình thường Dòng cưỡng bức cực đại Icbmax dùng để chọn khí cụ điện và dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài

a Cấp điện áp 220KV :

Ta có :

- SmaxHT =146,55MVA do đó 0,368(KA)

230.3

55,146

ILVCB = =

- SmaxUC =152,94MVA do đó 0,384(KA)

230.3

94,152

ILVCB = =

- Mạch máy biến áp tự ngẫu : khi sự cố 1 máy biến áp tự ngẫu thì máy còn lại đưa vào hệ thống 1 lượng công suất là :

Như đã phân tích ở phần trước :

+ Khi bình thường SC−B1 =SC−B2 =149,31(MVA)

+ Khi sự cố hỏng bộ máy phát điện - máy biến áp :

)MVA(54,79S

SC−B1 = C−B2 =

+ Khi sự cố hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu (B1) :

)MVA(66,210S

S

SC−B2 = CH + CT =

Do đó : 0,529(KA)

230.3

66,210

ILVCB = =

Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 220KV là 0,592 (KA)

b Cấp điện áp 110KV :

Căn cứ vào giả thiết cho ở phụ tải trung áp ta có :

- Dòng điện lớn nhất 1 đường dây kép

)KA(488,0115.3

85,0

80U

.3

cosPI

ñm LVCB= ϕ = =

- Dòng điện của 1 dây đơn :

)KA(295,0115.3

85,0

50U

.3

cosPI

ñm

- Máy biến áp nối bộ :

)KA(62,0115.3

5,117.05,1U

.3

S.05,1

SB1T = B2T =

+ Khi sự cố hỏng bộ máy phát điện – máy biến áp :

SB1T = B2T =

+ Khi sự cố hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu (B1) :

)MVA(92,112

SB2T =

115.3

92,

112U

.3

SI

ñm

cb max

Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức ở cấp điện áp 110KV là :

)KA(62,0

ImaxLVCB =

c Cấp điện áp 10,5KV :

Dòng điện làm việc cưỡng bức của máy phát :

)KA(784,65,10.3

5,117.05,1U

.3

S.05,1

I

ñm

Fñm

7 Bảng tổng kết dòng điện làm việc cưỡng bức ở các cấp điện áp :

1 Chọn máy biến áp 3 pha 2 dây quấn B 1 và B 4

Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây theo điều kiện :

SBđm ≥ SFđm = 117,5 (MVA)Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây B1 và B4 theo điều kiện :

- Máy biến áp B1 chọn loại : T Д Ц -125-242/10,5 có Sđm = 125(MVA)

- Máy biến áp B4 chọn loại : T Д Ц -125-121/10,5 có Sđm = 125(MVA).Bảng thông số máy biến áp :

Loại MBA (MVA)Sđm (KV)UC (KV)UH ∆PO

(KW) ∆PN

(KW) UN% IO%

T Д Ц -125-242/10,5 125 242 10,5 115 380 11 0,5

T Д Ц -125-121/10,5 125 121 10,5 100 400 10,5 0,5

2 Chọn máy biến áp tự ngẫu B 2 và B 3

Chọn máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 theo điều kiện :

- α là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

- SFđm : công suất định mức của máy phát (MVA)

5,0

5,117S

Qua sơ đồ nối điện ta thấy rằng bất cứ 1 máy biến áp nào sự cố đều không ảnh hưởng tới hệ thống vì dự trữ quay của hệ thống lớn hơn nhiều so với công suất 1 tổ máy Sdt = 150 (MVA); SFđm = 117,5 (MVA).

Ta thấy khi sự cố máy biến áp B1 sẽ không ảnh hưởng đến sự làm việc của máy biến áp còn lại Như vậy ta chỉ xét 2 trường hợp sau :

a Trường hợp 1 :

Hỏng 1 bộ máy phát biến áp B4 như hình vẽ :

Trường hợp này sự cố nguy hiểm nhất xảy ra từ 11 ÷ 14h khi đó phụ tải điện áp trung cực đại :

2

152,942

101,53 (MVA)

108,96

(MVA)

25,06 (MVA) 25,06 (MVA)

76,47 (MVA)76,47 (MVA)

F1 F

4

15,

342

87,145,117

4

SS

2

1S

Do đó không có cuộn dây nào của máy biến áp tự ngẫu bị quá tải

Mặt khác công suất thiếu Sthiếu = 108,96 (MVA) < Sdt = 150 (MVA).Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

b Trường hợp 2 :

Hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu (giả sử hỏng B2) Sơ đồ nối dây như hình vẽ :

Trường hợp nguy hiểm nhất là lúc phụ tải điện áp trung cực đại

Khi đó : SmaxT =152,94(MVA)

SΣC =

)MVA(87,14

SUF =

- Cơng suất cuộn trung của B3 phải mang tải :

)MVA(98,4396,10894

,152S

S

SCT = maxT − bộ4 = − =

- Cơng suất cuộn hạ của B3 :

)MVA(

09,944

15,3487,145,1174

SS

Do đĩ khơng cĩ cuộn dây nào của B3 bị quá tải

Mặt khác cơng suất thiếu : Sthiếu = 108,97 (MVA) < Sdt = 150 (MVA).Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

4 Tính tốn phân bố cơng suất trong máy biến áp.

Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho các bộ máy phát điện – Máy biến cứ 2 dây quấn B1 và B4 luơn vận hành định mức suốt năm

)MVA(96,1084

15,345,1174

SS

S

Fđm B

B1 = 4 = − = − =

Phân bố cơng suất trong các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu B2 và B3

- Cơng suất truyền qua cuộn cao của 1 máy biến áp tự ngẫu :

[S (t) S (t)]

2

1)t(S)t(

SC−B2 = C−B3 = ΣC − B1

Trong đĩ :

SΣC (t) : Cơng suất phát về thanh gĩp cao theo thời gian (MVA)

SB1 (t) : Công suất truyền qua máy biến áp B1 (MVA).

SC – B (t) : Công suất truyền qua cuộn cao của một máy biến áp tự ngẫu (MVA)

- Công suất truyền qua cuộn trung của một máy biến áp tự ngẫu :

[S (t) S (t)]

2

1)t(S)t(

SB4 : công suất truyền qua máy biến áp B4 (MVA)

ST – B (t) : công suất truyền qua cuộn trung của 1 máy biến áp tự ngẫu theo thời gian (MVA)

- Công suất truyền qua cuộn hạ của một máy biến áp tự ngẫu :

SH – B (t) = SC – B (t) + ST – B (t)Trong đó :

SH – B (t) : công suất truyền qua cuộn hạ của một máy biến áp tự ngẫu theo thời gian (MVA)

Kết quả tính toán cho trong bảng dưới đây :Thời gian

Công

Suất

0÷5 5÷8 8÷11 11÷14 14÷17 17÷20 20÷22 22÷24

) MVA ( S

SC−B2 = C−B3 58,84 72,36 87,62 79,54 94,83 85,87 71,92 58,84

) MVA ( S

S

3 B

H

2

B

H − = − 57,89 79,05 101,96 101,53 101,52 100,21 78,61 57,89

5 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp.

- Tổn thất điện năng trong máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây

)KWh(8760.S

S.PP

.8760

ñm

2 B N

.125

96,108.380115

.8760

2

∆

.125

96,108.400100

.8760

.8760

ñm

Vì B2 và B3 cũng là các máy biến áp tự ngẫu giống như phương án 1 do

đó ∆PNC, ∆PNT, ∆PNH cũng không thay đổi do đó ta có :

)hMVA(68,1413982

.84,582.92,713.87,85

3.54,793.62,873.36,725.84,58t

S

2 2

2 2

2 2

2 2

2

Ci i

=+

++

++

3.69,63.99,213.34,143.69,65.95,0t

S

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

Ti i

=

−++

+

++

++

.89,572.61,783.21,100

3.52,1013.53,1013.96,1013.05,705.89,57t

S

2 2

2 3

2 2

2 2

2 2

Hi i

=+

++

++

++

,177722

780

86,3048.26068

,141398

260250

365120

.8760A

=+

++

55,

146U

3

SI

ñm

max HT