Luận văn Thiết kế hệ thống điện nhà máy nhiệt điện - Hồ Xuân Lý

Phần I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG Chương I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY Chương II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN Chương III: LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆ

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng, bao gồm các nhà máyđiện, mạng điện và các hộ tiêu thụ điện Trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ biếnđổi năng lượng sơ cấp như: than, dầu, khí đốt, thuỷ năn thành điện năng Hiện nay ởnước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện khôngcòn chiếm tỉ trọng lớn như thập kỷ 80 Tuy nhiên, với thế mạnh nguồn nguyên liệunhư nước ta, tính chất phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện thì việc củng cố và xây dựngmới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu đối với giai đoạn phát triển hiệnnay

Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt 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 điệntrước khi thâm nhập vào thực tế Với yêu cầu như vậy, đề tài đồ án tốt nghiệp của em

là: “Thiết kế hệ thống điện nhà máy nhiệt điện”.

Phần I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG

ÁNG Chương I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY

Chương II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN

Chương III: LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CHÍNH Chương IV: HỆ THỐNG TỰ DÙNG CỦA NHÀ MÁY

Phần II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE

Chương V: ĐẠI CƯƠNG VỀ BẢO VỆ ROLE

Chương VI: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG MÁY BIẾN ÁP, GIỚI THIỆU RƠLE KỸ THUẬT SỐ 7UT 633

Chương VII: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÀI ĐẶT, CHỨC NĂNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA ROLE

Trong thời gian nghiên cứu thực hiện nhiệm vụ đồ án.dù đã cố gắng tham khảo tàiliệu và thưc tế với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo Tuy nhiên do thời giannghiên cứu, tìm hiểu có hạn và trình độ năng lực còn nhiều hạn chế… đồ án khôngtránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy

cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh, Ngày … tháng … năm 2012 Sinh viên

Hồ Xuân Lý

Điện năng

Cơ năng

Nhiệt năng

Hoá năng

của nhiên liệu

của hơi nước

Trong nhà máy nhiệt điện người ta dùng nhiên liệu là than đá, dầu hoặc khí đốt,trong đó than đá được sử dụng rộng rãi nhất

Để quay máy phát điện, trong nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi nước, máy hơinước, động cơ đốt trong và tuabin khí, tuabin hơi nước có khả năng cho công suất cao

và vận hành kinh tế nên được sử dụng rộng rãi nhất

Nhà máy NĐ được chia làm hai loại: Nhiệt điện ngưng hơi và nhiệt điện trích hơi

- Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi toàn bộ hơi dùng sản xuất điện năng

- Nhà máy nhiệt điện trích hơi một phần năng lượng của hơi được sử dụng vàomục đích công nghiệp và sinh hoạt của nhân dân và vùng lân cận

Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện được mô tả:

Sơ đồ biến đổi năng lượng của nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi là các nhà máy nhiệt điện chỉ làm nhiệm vụ sản xuấtđiện năng, nghĩa là toàn bộ năng lượng nhiệt của hơi nước do lò hơi sản xuất ra đềuđược dùng để sản xuất điện Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi là loại hình chính và phổbiến của nhiệt điện

Nhiên liệu dùng trong các nhà máy nhiệt điện là các nhiên liệu rắn: than đá, thanbùn, ; nhiên liệu lỏng là các loại dầu đốt; nhiên liệu khí được dùng nhiều là khí tựnhiên, khí lò cao từ các nhà máy luyện kim, các lò luyện than cốc

* Đặc điểm của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi:

- Công suất lớn, thường được xây dựng gần nguồn nhiên liệu

- Phụ tải cung cấp cho khu vực gần nhà máy (phụ tải địa phương) rất nhỏ, phầnlớn điện năng phát ra được đưa lên điện áp cao để cung cấp cho các phụ tải ở xa

- Có thể làm việc với phụ tải bất kỳ trong giới hạn từ Pmin đến Pmax

- Thời gian khởi động lâu, khoảng 3 đến 10 giờ, thời gian nhỏ đối với nhà máychạy dầu và khí, lớn đối với nhà máy chạy than.

- Có hiệu suất thấp, thường khoảng 30 đến 35%

- Lượng điện tự dùng lớn 3 đến 15%

- Vốn xây dựng nhỏ và thời gian xây dựng nhanh hơn so với thủy điện

- Gây ô nhiễm môi trường do khói, bụi ảnh hưởng đến một vùng khá rộng

1.2 Giới Thiệu Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1

Chủ đầu tư : Tập đoàn dầu khí Quốc gia Việt Nam (PVN)

Địa điểm : Vũng Áng – Kỳ Anh – Hà Tĩnh

Diện tích : 213,65 ha

Quy mô : là một trong 16 dự án trọng điểm quốc gia được chính phủ phê duyệt , có công suất 1200 MW

Tổng mức đầu tư : 1,17 tỷ USD (tương đương 22.250 tỷ đồng)

Thời gian hoàn thành: tổ máy số I: quý III/2012; tổ máy số II: quý I/2013

Hình ảnh tổng quan nhà máy nhiệt điện Vũng Áng

Ta chọn máy phát đồng bô có các thông số như sau:

Loại máy

phát

nvg/

2.2 Tính toán phụ tải và cân băng công suất nhà máy

Từ các số liệu ban đầu đã cho ta tính được phụ tải ngày ở các cấp điện áp theophần trăm công suất tác dụng cực đại Pmax và hệ số công suất cosj của phụ tải tương

Trong đó: P(t) – công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

S(t) – công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t

cosj - hệ số công suất của phụ tải

2.2.1 Phụ tải toàn nhà máy.

Nhà máy điện bao gồm 2 tổ máy 600 MW có cosj = 0,85 nên :

PNM = 2 600 = 1200 MW

SNM = 2 706 = 1412 MVA

Do đặc thù của nhà máy là không có phụ tải địa phương, chỉ có phụ tải tự dùng nên toàn bộ công suất của nhà máy được phát hết công suất từ 0 – 24h lên hệ thống Hay nói cách khác máy phát làm việc với phụ tải bằng phẳng

Hình 2: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

2.2.2 Phụ tải tự dùng của nhà máy.

Phụ tải tự dùng của nhà máy điện bằng 6,08% tổng phụ tải toàn nhà máy

Công suất tự dùng của nhà máy:

SFHT(t): Công suất phát về hệ thống tại thời điểm t

SNM(t): Tổng công suất phát của nhà máy tại thời điểm t

Std(t) : Phụ tải tự dùng của nhà máy tại thời điểm t

Ta áp dụng công thức trên để tính ta có kết quả ghi ở bảng sau:

SFHT(t)=SNM(t) –Std(t)

2.2.5 Sự thay đổi điện áp đầu ra stator

Do toàn bộ công suất nhà máy được phát trực tiếp lên hệ thống, nên ta phai xét

sự ảnh hưởng của điện áp đầu ra stator đến công suất của máy phát trong phạm vi cho

(18-22 kV) Khi điện áp thay đổi, các giá trị công suất và dòng điện đầu ra của máyphát thay đổi tương ứng như sau:

Hình 4: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp đầu ra stator với công suất

máy phát

2.3 Lựa chọn sơ đồ nối dây cho nhà máy

Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trongthiết kế nhà máy điện Sơ đồ nối điện hợp lý không những đem lại những lợi ích kinh

tế lớn lao mà còn phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật

Cơ sở để để xác định các phương án có thể là số lượng và công suất máy phát điện ,công suất hệ thống điện , sơ đồ lưới và phụ tải tương ứng , trình tự xây dựng nhà máyđiện và lưới điện

Khi xây dựng phương án nối dây sơ bộ ta có một số nguyên tẵc chung sau :

Nguyên tắc 1

Có hay không có thanh góp điện áp máy phát

Nếu Suf max nhỏ và không có nhiều dây cấp cho phụ tải địa phương thì không cầnthanh góp điện áp máy phát

Suf max  25% Sđm 1F

Nguyên tắc 2

Nếu có thanh góp điện áp máy phát thì số lượng máy phát nối vào thanh góp phải đảmbảo sao cho khi một tổ máy lớn nhất bị sự cố thì những máy phát còn lại phải đảm bảophụ tải địa phương và tự dùng

Với nhiệm vụ đặt ra, nhà máy gồm 2 tổ máy mỗi tổ máy có công suất là 160 MW

2.3.1 Sơ đồ nối dây nhà máy điện.

1 Khái niệm chung.

Sơ đồ nối điện là tập hợp tất cả những thiết bị điện chính như máy phát, máy biến

áp, đường dây, máy cắt, thanh góp, thiết bị thao tác v.v được nối với nhau theo một thứ tự nhất định

Sơ đồ nối điện rất đa dạng nhưng khi thiết kế cần thỏa mản các yêu cầu sau:

- Đảm bảo được vai trò, vị trí cung cấp điện của nhà máy trong hệ thống điện

- Vận hành linh hoạt, độ tin cậy cao

- Tính kinh tế của sơ đồ

2 Các sơ đồ nối điện cơ bản.

Trong thực tế thì có rất nhiều loại sơ đồ nối điện nhưng ở đây chúng ta chỉ giới thiệu hai loại sơ đồ cơ bản, đó là sơ đồ hệ thống một thanh góp và sơ đồ hệ thống hai thanh góp.

a Sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn.

* )Phân đoạn bằng giao cách ly:

Thanh góp được phân thành nhiều đoạn nhỏ gọi là những phân đoạn và các phânđoạn này được nối với nhau bằng dao cách ly phân đoạn

Thường số phân đoạn bằng số nguồn cung cấp và mỗi một nguồn sẽ được nối vàomỗi phân đoạn, các đường dây được phân bố đều trên các phân đoạn

Hình 5 Sơ đồ hệ thống một thanh góp phân đoạn bằng dao cách ly

hành có những ưu nhược điểm riêng

- Vận hành với dao cách ly phân đoạn đóng:

- Vận hành với dao cách ly phân đoạn mở:

+) Ưu điểm

Khi có ngắn mạch trên một phân đoạn nào thì chỉ có phân đoạn đó bị mất điện,phân đoạn còn lại vẫn làm việc bình thường Hơn nữa khi ngắn mạch trên đường dâythì dòng ngắn mạch sẽ bé hơn nên ta có thể chọn khí cụ điện hạng nhẹ

+) Nhược điểm.

Các nguồn và phụ tải làm việc riêng rẽ nên vận hành không kinh tế Nhượcđiểm lớn nhất của việc phân đoạn bằng dao cách ly là các dao cách ly phải thao tác cóđiện mà ở thanh góp không phân đoạn chúng chỉ làm nhiệm vụ cách ly Hơn nữa trongchế độ vận hành với dao cách ly phân đoạn đóng, nếu xảy ra ngắn mạch trên bất kỳ

phân đoạn nào đều xảy ra mất điện toàn bộ Để khắc phục nhược điểm này ta phânđoạn thanh góp bằng máy cắt phân đoạn.

Hình 6 Sơ đồ hệ thống một thanh góp phân đoạn bằng máy cắt phân đoạn

b Sơ đồ hệ thống hai thanh góp.

Sau khi phân tích sự vận hành của sơ đồ một hệ thống thanh góp ta nhận thấy sơ đồnày có những nhược điểm cơ bản sau:

- Khi sửa chửa thanh góp hoặc dao cách ly thanh góp của một mạch nào đó thì tất

cả các mạch nối vào thanh góp ( hay phân đoạn) đều phải ngừng làm việc trongsuốt thời gian sửa chữa

- Khi sửa chửa máy cắt của một mạch bất kỳ thì mạch đó bị mất điện trong suốtthời gian sửa chữa

như hình sau:

Hình 7 Sơ đồ hệ thống hai thanh góp

Sơ đồ này có các ưu nhược điểm sau:

- Khôi phục nhanh chóng sự làm việc của sơ đồ khi có ngắn mach trên thanh góp

- Khi sửa chửa máy cắt của một mạch bất kỳ thì mạch đó chỉ ngừng làm việctrong thời gian thao tác sơ đồ

+) Nhược điểm.

- Dao cách ly phải thao tác lúc có điện

c Sơ đồ hệ thống một thanh góp có thanh góp vòng

Sơ đồ hệ thống một thanh góp có nhược điểm là khi sửa chữa máy cắt của một

mạch bất kỳ thì mạch đó phải mất điện trong suốt thời gian sửa chữa, để khắc phụcnhững nhược điểm trên người ta thường sử dụng sơ đồ hệ thống một thanh góp cóthanh góp vòng như trên Sơ đồ này thường được sử dụng ở cấp điện áp ≥ 35KV.Tuy nhiên sơ đồ này vẫn có một số nhược điểm sau

Khi cần sửa chữa máy cắt của một mạch bất kỳ thì mạch đó tạm thời bị mấtđiện trong thời gian thao tác để sử dụng máy cắt nối thay thế cho máy cắt của mạchnày và các bước thao tác tương đối phức tạp Đối với cấp điện áp ≥ 110KV, khi sự cốmạch nối vào thanh góp nhiều cần phải thường xuyên kiểm tra sửa chữa máy cắt đểtăng độ tin cậy cung cấp điện và giảm số lượng thao tác sơ đồ người ta sử dụng sơ đồ

hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng

Hình 8 Sơ đồ hệ thống một thanh góp có thanh góp vòng

d Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng.

Trong sơ đồ này:

- Máy cắt vòng ( MCV) được nối vào hai hệ thống thanh góp ( HTTG) qua haidao cách ly CL1V, CL2V và nối với thanh góp vòng qua dao cách ly CLV3.

- Các mạch đường dây và máy biến áp nối với hai HTTG qua 3 dao cách ly: hai daocach ly thanh góp và được nối với thanh góp vòng (TGV) qua dao cách ly vòng

- Hai HTTG nối với nhau qua máy cắt nối (MCN) và hai dao cách ly: CLN1 vàCLN2

Ta thấy sơ đồ này về cơ bản giống sơ đồ hai HTTG nhưng có thêm mạch MCV vàHTTG vòng

trong thời gian thao tác sơ đồ

- Độ tin cậy cung cấp điện cao

+ Nhược điểm:

- Số máy cắt nhiều, khi có một mạch lẻ thì phải có một mạch được bảo vệ bằnghai máy cắt nên tăng thêm số máy cắt do đó giá thành sơ đồ tăng

TG1 TG2

CLN 1

CL13

CL1

V

TG V CLV3

MCN MCV

CLN 2

CLV 2

CLV 1

CL23

MC2

Hình 9 Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng

2.2.2 Lựa chọn phương án nối dây.

Chọn sơ đồ nối điện nhà máy điện là một khâu rất quan trọng trong quá trìnhthiết kế nhà máy điện Nó quyết định những đặc tính kinh tế và kỹ thuật của nhà máythiết kế Cơ sở để vạch ra các phương án là bảng phụ tải tổng hợp, đồng thời tuân theonhững kỷ thuật nói chung

- Với cấp điện áp cao là 220kV và công suất truyền tải lên hệ thống luôn lớnhơn dự trữ quay của hệ thống, ta dùng hai máy biến áp liên lạc tự ngẫu

- Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ nhưvậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống

- Số tổ máy phát ghép vào thanh góp điện áp máy phát phải đảm bảo sao chokhi nghỉ một máy có công suất lớn nhất thì tổ máy còn lại vẩn đảm bảo cung cấp điệncho phụ tải điện áp máy phát

CL51

MC5CL52

B1CL32

CL31

MC3

CL11MC1

MF1

TDCLTD

CL61

MC6CL62

B2CL42

CL41

MC4

CL21MC2

S UFmax - Công suất phụ tải máy phát lớn nhất

S tdmax - Công suất tự dùng lớn nhất

Vậy ta có thể ghép lớn hơn một tổ máy phát vào thanh góp điện áp máy phát

Do vậy ta có thể dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc

Vậy ta có thể ghép 1- 2 bộ máy phát- máy biến áp hai cuộn dây phát bên trung

Từ các nhận xét trên ta đưa ra một số các phương án nối dây như sau

Hình 10 Sơ đồ nối điện phương án 1

CL52MC5CL51BA1CL32MC3CL31CL11MC1

CL52MC5CL51BA1CL32MC3CL31

MC7CL72=

CL71

UTUC

UMF

Ưu điểm của phương án này là đơn giản trong vận hành, nhờ sử dụng sơ đồ hệthống hai thanh góp có thanh gốp vòng nên sơ đồ đảm bảo được tính cấp điện liên tụccho hệ thống Sơ đồ sử dụng 2 bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây nên rất thuậnlợi trong vận hành cũng như sữa chữa khi gặp sự cố nên giảm được chi phí vận hành,đồng thời giảm được số lượng và chủng loại các thiết bị điện cao áp nên giảm giáthành đầu tư

Phương án 2:

Trong phương án này dùng một máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ truyền tải toàn bộcông suất của tổ máy số 1 lên phía cao áp và phát vào hệ thống và còn có chức năngliên lạc sang cấp trung áp bên tổ máy thứ 2 Tổ máy thứ 2 dùng một bộ máy phát –máy biến áp, toàn bộ công suất từ máy phát được truyền lên thanh góp trung áp Phụtải địa phương và tự dùng của nhà máy được lấy từ thanh góp điện áp máy phát

Hình 11 Sơ đồ nối điện phương án 2

HT

TDMF1

MC1CL11

MF2

MC2CL21

TDCLTD

Ưu điểm: của sơ đồ này là tính cấp điện liên tục cho phụ tải các cấp điện áp, phân

bố công suất giữa các cấp điện áp khá đồng đều

Nhược điểm:của phương án là phải dùng hai loại máy biến áp khác nhau gây khókhăn cho việc lựa chọn các thiết bị điện và vận hành sau này, công suất phát về hệthống ở chế độ cực tiểu nhỏ hơn nhiều so với công suất của 1 máy phát nên lượngcông suất thừa phải truyền tải hai lần qua các máy biến áp làm tăng tổn hao điện năng.Ngoài ra máy biến áp và các thiết bị điện ở cấp điện áp cao có giá thành cao hơn nhiều

so với ở cấp điện áp trung nên làm tăng chi phí đầu tư

Phương án 3:

Trong phương án này dùng một máy biến áp hai cuộn dây là nhiệm vụ truyền tải toàn bộ công suất từ hai máy phát lên phía cao áp và phát vào hệ thống Hai máy phát này được nối trực tiếp với cùng một thanh góp điện áp máy phát Điện tự dùng được lấy trên thanh góp máy phát

Hình 12: Sơ đồ nối điện phương án 3

CL1 V

CL32 CL31 CL22 CL21

CL12 CL11

CL2 V

CL23

MC2

CLLL

Ưu điểm : của phương pháp này là số lượng máy biến áp và các thiết bị điện cao áp

ít nên giảm giá thành đầu tư

Nhược điểm: của phương án này là khi sự cố trên thanh góp UF hoặc sự cố trên MBA thì toàn bộ hệ thống sẽ mất điện nghĩa là tính ổn định cung cấp điện là không cao, vì thế khi xảy ra sự cố sẽ gây tổn thất lớn về kinh tế và an ninh năng lượng mà nó cấp điện Trường hợp khi hỏng một tổ máy phát thì nhà máy lúc này chỉ có một tổ máyphát làm việc khi đó máy biến áp sẽ làm việc trong tình trạng non tải gây lãng phí trong đầu tư và làm giảm tuổi thọ máy biến áp

Từ phân tích sơ bộ các ưu nhược điểm của các phương án đã đề xuất, nhận thấy phương án 1 có nhiều ưu việt hơn hẳn các phương án còn lại nên sử dụng phương án 1 làm sơ đồ nối điện cho nhà máy

Chương 3 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CHÍNH

3.1 TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP.

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện,công suất củachúng rất lớn.Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp nhiều nên ta mong muốn chọn được

số lượng máy biến áp ít, công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo yêu cầu cung cấp điện của nhàmáy

Hình 13 Sơ đồ chọn máy biến áp phương án 1

Công suất của máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tìnhtrạng làm việc bình thường tương ứng với phụ tải cực đại khi tất cả các máy biến ápđều làm việc

Mặt khác khi có một máy bất kỳ nào phải nghỉ do sự cố hoặc do sửa chữa thìcác máy biến áp còn lại với khả năng quả tải sự cố phải đảm bảo cung cấp đủ côngsuất cần thiết.

3.1.1 Chọn công suất cho máy biến áp.

Máy biến áp tự ngẩu được chọn theo điều kiện sau:

S dmB≥S dmF

α

Trong đó: SđmB là công suất của máy biến áp đang chọn

SđmF là công suất của máy phát, là hệ số có lợi

Vì yêu cầu thiết kế của nhà máy có công suất lớn, với 2 máy phát được chọn có công suất mỗi máy là P= 600MW cho nên việc lựa chọn máy biến áp rất khó khăn Hiện nay trên thị trường loại MBA có công suất lớn như vậy là rât hiếm qua quá trình phân tích và tìm hiểu ta lựa chọn phương án sau : Mỗi tổ máy được nối với 1 máy biến áp riêng theo sơ đồ bộ khối Máy phát – máy biến áp Mỗi máy biến áp tăng áp là một nhóm 3 máy biến áp 1 pha 20kV/220kV±2,5%, công suất định mức của mổi máy

3.1.2 Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường.

Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0-24 giờ lên thanh góp, tức là bộ này làm việc với phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp mỗi bộ được tính:

SB1 = SB2 = 706 MVATổng công suất của hai máy:

SB1+SB2 = 2.706 = 1412 MVA

3.1.3 Kiểm tra quá tải máy biến áp.

máy biến áp lớn hơn công suất định mức của máy phát nên không cần kiểm tra quá tải

Do đó ta chỉ quan tâm tới các quy định, các thông số quá tải được ghi trong sổtay kỹ thuật của máy biến áp như sau:

- Độ nóng của MBA chính được kiểm tra theo nhiệt độ lớp dầu trên cùng, không

được cao hơn nhiệt độ không khí xung quanh MBA là 55oC và nhiệt độ cuộn dây

- Hệ số phụ tải cho phép lâu dài của MBA chính tuỳ theo nhiệt độ của môi trường

làm mát không được lớn hơn các trị số nêu trong bảng sau:



0

P

- Các MBA chính được phép quá tải ngắn hạn cao hơn dòng điện định mức theo các

giới hạn ghi trong bảng sau:

- MBA chính được phép quá tải cao hơn dòng điện định mức tới 40% với tổng số

thời gian không quá 6 giờ trong 1 ngày đêm trong 5 ngày liên tiếp, với điều kiện hệ

số phụ tải ban đầu không quá 0,93 lúc này phải tận dụng hết khả năng các trang bị

P0: Tổn thất công suất không tải ( kW )

PN: Tổn thất công suất khi có tải

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

SB: Công suất định mức 1 bộ máy phát điện ( MVA )

 phụ tải cấp điện áp máy phát:

+ Đối với đường dây kép:

Các khí cụ điện không những được chọn theo điều kiện làm việc bình thường

mà còn phải thoả mãn các điều kiện khi ngắn mạch Vì vậy ta phải tính toán ngắn mạch để từ đó chọn được khí cụ điện phù hợp

Theo quy trình thiết bị điện của Liên Xô thì sự ổn định của các khí cụ điện cầnkiểm tra theo điều kiện ngắn mạch ba pha N(3) Bởi vì dòng ngắn mạch ba pha là dònglớn nhất, chỉ trong trường hợp khi ngắn mạch 1 pha ở mạng trung tính nối đất thì dòngngắn mạch 1 pha có thể lớn hơn dòng ngắn mạch 3 pha, khi đó ta thực hiện điều chỉnhtách trung tính của 1 số máy biến áp cho không nối đất để giảm dòng ngắn mạch 1 pha

IN(1), thường giữ dòng IN(1) gần bằng dòng ngắn mạch IN(3)

phải chỉ trị số dòng ngắn mạch quyết định mà còn do trị số điện áp phục hồi trên đầutiếp điểm của máy cắt điện, điện áp phục hồi khi ngắn mạch ba pha có thể bằng hoặclớn hơn so với điện áp phục hồi khi ngắn mạch một pha Do đây là quá trình thiết kế

sơ bộ cho nên ta có thể dùng phương pháp gần đúng để tính toán ngắn mạch đó làphương pháp đường cong tính toán.Ta cần phải xác định rõ điểm ngắn mạch nặng nềnhất cho các mạch ở các cấp điện áp, đấy là điểm mà khi ngắn mạch dòng ngắn mạchqua nó là lớn nhất.

3.2.2 Chọn các đai lượng cơ bản.

SHT = 4000, XHT = 1,3, EHT = 1

3.2.3 Lựa chọn các điểm ngắn mạch.

N1 - Điểm ngắn mạch trên thanh cái cao áp 220 KV

N2 – Điểm ngắn mạch trên thanh cái đầu cực máy phát có điện áp 20KV

B2B1

Hình 14: Sơ đồ tương đương

3.2.5 Tính toán ngắn mạch tại điểm N 1

N2 N1

X10

E4

X9 E3

X12 X11

N1

3.2.6 Tính toán ngắn mạch tại điểm N 2

Từ sơ đồ thay thế ta có sơ đồ tương đương như sau

X15

3.3 CHỌN MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LY:

3.3.1 Điều kiện chọn máy cắt và dao cách ly:

a Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt:

Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau:

- Loại máy cắt điện

b Điều kiện chọn và kiểm tra dao cách ly:

Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau:

- Loại dao cách ly

- Điện áp: UđmCL ¿ Umg

- Dòng điện : IđmCL ¿ Ilvcb

- Ổn định nhiệt: I2nh

.tnh ¿ BN

- Ổn định lực điện động: iôđđ ¿ ixk Theo điều kiện chọn máy cắt điện và dao cách ly.Tra sách “Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp” Tác giả:Nguyễn Hữu Khái, ta chọn được máy cắt

Bảng lựa chọn dao cách ly:

3.4 CHỌN SƠ ĐỒ THIẾT BỊ PHÂN PHỐI

Dựa vào yêu cầu phụ tải, vị trí của nhà máy trong hệ thống điện cũng như đặc điểm quá trình sản xuất điện năng, chế độ làm việc của nhà máy, sơ đồ phân bố công

suất mà ta chọn sơ đồ nối điện của nhà máy một cách hợp lý đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật như : Tin cậy, linh hoạt, an toàn và chỉ tiêu kinh tế.

Cụ thể là :

thanh góp có máy cắt liên lạc

dùng được lấy từ đầu cực của máy phát

Các khí cụ điện và dây dẫn, thanh góp tuy có khác nhau về chức năng nhưng đều cóyêu cầu chung là chúng phải được ổn định nhiệt, ổn định động khi có dòng ngắn mạch

đi qua

3.5 CHỌN THANH GÓP, THANH DẪN, CÁP ĐIỆN LỰC:

Thanh góp, thanh dẫn, cáp điện lực được dùng rất nhiều trong các nhà máy điện

và trạm biến áp Thanh dẫn được dùng làm thanh góp, nối các thiết bị điện với nhautheo một sơ đồ nhất định Tùy theo nhiệm vụ, vị trí đặt và một số điều kiện khác,người ta có thể dùng thanh dẫn mềm hoặc cứng, thanh dẫn trần hoặc có vỏ bọc vớihình dáng và kích thước rất khác nhau Yêu cầu chung đối với chúng là dẫn điện tốt,

có độ bền cơ và nhiệt cao, cấu tạo đơn giản… Đối với thiết bị trong nhà, để giảm kíchthước của thiết bị phân phối, người ta dùng các thanh dẫn cứng Khi không có sự hạnchế nhiều về kích thước của thiết bị phân phối, nhất là các thiết bị phân phối điệnngoài trời, người ta thường dùng nhiều các dây dẫn mềm nhiều sợi kiểu vặn xoắnbằng đồng hoặc nhôm lõi thép

Ta chọn dây dẫn ACSR-800 có tiết diện S=800 mm2 có Icp =2.2910 = 5820 A;

2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch:

Kiểm tra ổn định nhiệt theo điều kiện tiết diện cho phép:

Schọn  Smin =

√B N C

Trong đó:

Schọn là tiết diện của thanh dẫn cần kiểm tra ổn định nhiệt

Smin là tiết diện nhỏ nhất mà thanh dẫn có thể chịu đựng được khi thanh dẫn xảy

Schọn = 800 mm2 > 29,654 mm2

Vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt

3 Kiểm tra điều kiện vầng quang:

Để tránh phát sinh vầng quang thanh dẫn khi làm việc bình thường, điện áp định mứccủa mạng điện Uđm không được vượt quá điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang Uvq

của dây dẫn:

Uvq  Uđm (3.10)Trong đó, Uvq phụ thuộc vào kích thước dây dẫn, khoảng cách pha, vị trí dây dẫn, nhiệt

độ, độ ẩm, áp suất môi trường…Nếu ba pha bố trí trên tam giác đều thì:

r: là bán kính ngoài của dây dẫn r=2,92/2=1.46 (cm)

ao: khoảng cách của 2 dây dẫn của 1 pha lấy ao=5 cm

atb là khoảng cách trung bình hình học giữa các pha của dây dẫn, atb = 550 cm.Nếu ba pha đặt trên mặt phẳng nằm ngang thì Uvq giảm đi 4% đối với pha giữa và tăng6% đối với dây dẫn pha bên Do đó:

Uvq = 96%.84.0,85.2,7.lg

550

Ta thấy Uvq > Uđm Vậy điều kiện vầng quang đã thoả mãn

4 Kiểm tra điều kiện ổn định động:

Vói cấp 220 KV có công suất ngắn mạch

SN = √ 3 I”N1.UđmC = √ 3 22.220=8383 (MVA) (3.14)Như vậy SN<9000 (MVA) do đó dây dẫn đã chọn không cần kiểm tra ổn định động.

b Chọn dây dẫn từ cao áp máy biến áp liên lạc đến thanh góp cao áp:

Tương tự như trên các điều kiện kiểm tra đã thỏa mãn

c Chọn đường dây liên lạc với hệ thống:

Tương tự như trên ta chọn dây AC-800có Icp = 3000 A; d = 29,2 mm

d Chọn sứ treo cho mạch 220 KV:

Chọn sứ theo điều kiện quá điện áp nội bộ Điện áp phóng điện ướt của cả chuỗi sứ tỉ

lệ với số bát sứ và được tính toán theo công thức sau:

Trong đó:

n là số bát sứ trong chuỗi sứ

Eư là cường độ điện trường phóng điện (mặt ngoài) trung bình

H là chiều cao của sứ

Cách điện của sứ phải đảm bảo có trị số điện áp phóng điện ướt cao hơn mức quá điện

áp nội bộ tính toán, nghĩa là:

Uư  Uqanb

Hoặc: Uư = K.Uqanb

Trong đó: K là hệ số xét đến khả năng phát sinh quá áp nội bộ Trong tính toán chọncách điện thường lấy hệ số K = 1,1

Tra bảng 8-1 giáo trình “Kỹ thuật Điện Cao áp” của tác giả Võ Viết Đạn, giá trị Uqanb ởcấp 220 KV được tính như sau:

Vậy, ta chọn chuỗi sứ gồm 12 bát sứ (giả thiết khi vận hành hỏng 1 bát sứ) vậy ta chọn: Sứ treo 12 bát cho 1 chuỗi.Sứ néo là 15 bát cho 1 chuỗi

3.5.2 Các mạch cấp điện áp máy phát 20 KV:

a Chọn thanh dẫn từ đầu cực máy phát đến máy biến áp:

K1 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, chọn K1= 0,9

K2 là hệ số hiệu ứng gần, chọn thanh dẫn cứng hình máng nên K2= 0,95

 Icp

Icb

K1 K2 =

21,40,9.0,95 = 29,9 KA

thanh

2thanh

1thanh

2thanh

Hình: 5-2

2 Kiểm tra ổn định nhiệt:

Kiểm tra ổn định nhiệt theo điều kiện tiết diện cho phép:

Schọn  Smin =

√B N C

Trong đó:

Schọn là tiết diện của thanh dẫn cần kiểm tra ổn định nhiệt

Smin là tiết diện nhỏ nhất mà thanh dẫn có thể chịu đựng được khi thanh dẫn xảy

hxy

yo

yob

c

σ2 là ứng suất do dòng điện trong hai thanh dẫn cùng pha tác động với nhausinh ra.

a là khoảng cách giữa các thanh dẫn, chọn a = 60 cm

l1 là chiều dài của một nhịp thanh dẫn, chọn l1 = 130 cm

Để giảm ứng suất trên thanh dẫn người ta đặt các miếng đệm cách nhau một khoảng l2

trong khoảng giữa hai sứ liền nhau của một pha Lực tác động lên đoạn thanh dẫn giữa

2 miếng đệm liên tiếp có chiều dài l2:

Ứng suất trong vật liệu thanh dẫn do f2 sinh ra:

⇒ l2max = √17,7(1400−53,4).12.81 = 271,94cm. (3.28)

Ta thấy l2max = 271,94 cm > l1 = 130 cm

Vậy, ta không phải đặt thêm miếng đệm vào giữa hai sứ mà vẫn đảm bảo điều kiện ổnđịnh động

4 Kiểm tra ổn định động của thanh dẫn theo khả năng dao động của thanh dẫn và sứ:

Tần số riêng của thanh dẫn có hình dạng bất kỳ được xác định như sau:

l là độ dài thanh dẫn giữa hai sứ gần nhau.l = 130 (cm)

E là modul đàn hồi của vật liệu thanh dẫn, thanh dẫn bằng đồng

E = 1,1 106KG/cm2

J là mômen quán tính của thanh dẫn đối với trục thẳng góc với phương uốn J

= Jyo-yo = 10300 cm4

γ là khối lượng riêng của vật liệu làm thanh dẫn γcu = 8,93 g/cm3

S là tiết diện ngang của 1 thanh dẫn, S = 5450 mm2 = 54,5 cm2

-Vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn các điều kiện kiểm tra

b Chọn cáp và dây dẫn cho phụ tải cấp điện áp máy phát 20 KV:

*Điều kiện chọn:

Tiết diện của dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện làm việc kinh tế:

Đối với cáp nhôm cách điện XLPE : Jkt = 1,2 A/mm2.

Đối với dây dẫn nhôm thì Jkt = 1 A/mm2

c Chọn sứ treo cho mạch 20 KV:

Cách điện của sứ phải đảm bảo có trị số điện áp phóng điện ướt cao hơn mức quá điện

áp nội bộ tính toán, nghĩa là:

Uư  Uqanb

Hoặc: Uư = K.Uqanb

Trong đó, K là hệ số xét đến khả năng phát sinh quá áp nội bộ Trong tính toán chọncách điện thường lấy hệ số K = 1,1

Tra bảng 8-1 giáo trình “Kỹ thuật Điện Cao áp” của tác giả Võ Viết Đạn, giátrị Uqanb ở cấp 20 KV được tính như sau:

Vậy, ta chọn chuỗi sứ gồm 2 bát sứ cho sứ treo và chuỗi sứ gồm 3 bát cho sứ néo

Hs : Là chiều cao của sứ

htd : Là chiều cao của thanh dẫn mềm

Ta chọn sứ treo thủy tinh đặt ngoài trời loại : U210B

250 ⋅(13,33)

2

= 12,5 (KG) = 122,5 (N)Xét khoảng cách giữa 2 sứ treo là l = 1000 (cm), khoảng cách giữa các pha là

a = 250 (cm)

Vậy : Ftt’ = 12,5 (170 + 0,5 30 ,09170 )=13 ,6 (KG)

= 133,28 (N)Thanh dẫn mềm đi dây kép nên Ftt’ = 2.133,28 =266,56 (N)

h td

Ftt : Là lực điện động tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch 3 pha

Hs : Là chiều cao của sứ

htd : Là chiều cao của thanh dẫn

Ta chọn sứ đặt trong nhà loại : 0Φ-10-2000Y3

Ta thấy Ftt’ < 0,6 Fcp Vậy sứ đã chọn thoả mãn

3.7 CHỌN MÁY BIẾN DÒNG VÀ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP

3.7.1 Lựa chọn cho cấp điện áp máy phát (20 KV)

a.Chọn máy biến dòng (BI):

1 Điều kiện chọn:

Máy biến dòng BI được chọn theo các điều kiện:

- Điện áp: UđmBI  Umạng = 20 KV (3.35)

H s

2 Kiểm tra máy biến dòng đã chọn:

-Kiểm tra ổn định nhiệt:

Vì BI có Iđm > 1000A nên ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt

b Chọn máy biến điện áp (BU):

Máy biến điện áp được chọn theo các điều kiện sau :

- Điện áp : UđmBU ¿ UđmMạng =20 KV

- Cấp chính xác phù hợp với dụng cụ đo

- Công suất định mức : S2đmBU ¿ S2

Máy biến điện áp cấp 20 KV là máy biến điện áp 3 pha thuộc hợp bộ máy cắt có cấp chính xác 0,5/3p

- Công suất định mức: S2đmBU  S2 = √ ∑ Pdc2 + ∑ Qdc2 (3.39)

a.Chọn máy biến dòng (BI):

Máy biến dòng được chọn theo điều kiện sau:

+ Điện áp : UđmBI ¿ Umạng

+ Dòng điện : IđmBI ¿ Ilvcb

15 Hệ số chính xác giới hạn của cấp bảo vệ 20

Giải thích ký hiệu của biến dòng điện LB6-230TH:

- L: Máy biến dòng điện

- 6: Số thiết kế

- 230: Điện áp định mức

- TH: Thích ứng với độ ẩm vùng nhiệt đới

b.Chọn máy biến điện áp(BU)

Máy biến điện áp được chọn theo các điều kiện sau :

- Điện áp : UđmBU ¿ UđmMạng

- Cấp chính xác phù hợp với dụng cụ đo

- Công suất định mức : S2đmBU ¿ S2

Dựa vào thông số tính toán ngắn mạch ta chọn được TU qua bảng sau :