Đồ án thiết kế cho nhà máy điện

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT, ĐỀ SUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY******* Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện là rất cần thiết đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định, tin cậy và đảm

LỜI MỞ ĐẦU

*******

Điện năng là một phần không thể thiếu trong tất cả các lĩnh vực, từ công nghiệp cho tới đời sống sinh hoạt, Trong nền kinh tế đang phát triển, ngành công nghiệp điện năng càng đóng một vai trò quan trọng hơn bao giờ hết, Để xây dựng một nền kinh tế phát triển thì không thể thiếu một nền công nghiệp điện năng vững mạnh, do đó khi quy hoạch phát triển các khu dân cư, đô thị hay các khu công nghiệp… thì cần phải hết sức chú trọng vào phát triển mạnh điện, hệ thống điện ở đó nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các khu vực đó, Hay nói cách khác, khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội thì kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, thoả mãn nhu cầu điện năng không chỉ trước mắt mà còn cho sự phát triển trong tương lai

Khi xã hội phát triển, rất nhiều các nhà máy được xây dựng, việc quy hoạch thiết

kế các nhà máy điện và các trạm biến áp…là một công việc vô cùng quan trọng, Để thiết kế được một hệ thống điện trong các nhà máy điện và trạm biến áp một cách hợp

lý, an toàn và đảm bảo độ tin cậy cao đòi hỏi người kỹ sư điện phải có được trình độ và khả năng thiết kế Xuất phát từ điều đó, bên cạnh những kiến thức tiếp thu được trên giảng đường, mỗi sinh viên ngành Hệ Thống Điện đểu được giao đồ án môn nhà máy điện để thiết kế phần điện trong nhà máy điện Quá trình thực hiện đồ án giúp chúng ta

có hiểu biết tổng quan nhất về hệ thống điện cũng như các thiết bị trong hệ thống,

Chúng em xin chân thành cảm ơn giáo viên bộ môn NMĐ, cùng các thầy cô dạy các môn hoc liên quan đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án

Hà Nội, ngày 2 tháng 10 năm 2013

SINH VIÊN

Nguyễn Tuấn Anh

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT, ĐỀ SUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

*******

Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện là rất cần thiết đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định, tin cậy và đảm bảo chất lượng điện năng về tần số, Công suất do nhà máy điện phát ra phải cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải, Trong thực tế lượng điện năng luôn thay đổi do vậy người ra phải lập nên đồ thị phụ tải, nhờ đó định ra phương pháp vận hành tối ưu, chọn sơ đồ nối điện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện…Đồ thị phụ tải còn giúp ta chọn đúng công suất máy biến áp và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy khác,

1.1 Chọn máy phát điện

Theo đề bài yêu cầu thiết kế nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất là 30 MW, Tra bảng 1.1 trang 113 – “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS-TS Phạm Văn Hòa, ta chọn máy phát loại TBC-30

1.2 Tính toán cân bằng công suất

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho phụ tải của nhà máy và phụ tải các cấp điện áp dưới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng Pmax và hệ số cosϕ của từng phụ tải ở cấp điện áp tương ứng, từ đó ta tính được phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến.Các tính toán được trình bày như sau:

1.2.1 Phụ tải toàn nhà máy

Phụ tải toàn nhà máy nhiệt điện :

P t - Phần trăm công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

cosϕF - Hệ số công suất định mức của MF

S dmΣ- Tổng công suất biểu kiến định mức của nhà máy

• Thành phần không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy chiếm 40%

• Phần còn lại phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy chiếm 60%

S t - Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t.

Số liệu ban đầu: α =7%, coscosϕ =TD 0,8

1.2.3 Phụ tải các cấp

Công suất phụ tải các cấp tại từng thời điểm được xác định theo công thức:

ax( ) %( )

P - Công suất tác dụng cực đại của phụ tải

cosϕ- Hệ số công suất

Giờ 0÷4 4÷8 8÷10 10÷12 12÷16 16÷18 18÷20 20÷22 22÷24( )

% ( )

P t - Phần trăm công suất phụ tải các cấp tại thời điểm t

♦ Đối với phụ tải địa phương (cấp điện áp máy phát U F )

Số liệu : U = 10,5 kV, Pmax = 12 MW, cosϕ=0,85

ax

UF ax

1214,12 ( )

Tính toán lần lượt cho các khoảng thời gian còn lại, ta lập đươc bảng sau:

♦ Đối với phụ tải cấp điện áp trung áp 110kV

Số liệu : Uđm=110 kV, Pmax= 60 MW, cosϕ= 0,8

Công suất phụ tải phía trung áp 110 kV tại thời điểm 0-4

Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm, nghĩa là công suất phát ra của nhà máy phải bằng công suất tiêu thụ của phụ tải và tổn thất công suất.

Nếu không xét đển tổn thất công suất, ta có thể tính toán gần đúng theo công thức sau:

S t - Công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t

S TD( )t - Công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t

Thay số liệu vào, ta tính được công suất phát về hệ thống theo bảng sau:

Đồ thị phụ tải của toàn nhà máy bao gồm cả phụ tải cấp điện áp máy phát, phụ tải cấp

điện áp trung , tự dùng của nhà máy và công suất phát về hệ thống như sau:

Giờ 0÷4 4÷8 8÷10 10÷12 12÷16 16÷18 18÷20 20÷22 22÷24( )

Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy và các cấp điện áp

1.3 Xây dựng các phương án nối dây

1.3.1 Cơ sở để đề xuất các phương án nối dây

Qua quá trình phân tích và tính toán phụ tải ở các cấp điện áp và phụ tải toàn nhà máy ta có bảng tổng kết công suất sau :

UT

UT

S

S = ; mà công suất một tổ máy S dmF =37,5MVA

 Vậy ta có thể ghép 1 đến 2 bộ MF-MBA lên thanh góp cấp điện áp trung

 Nguyên tắc 6

Ta có thể sử dụng sơ đồ có nối bộ MF-MBA liên lạc hoặc sử dụng bộ MF-MBA cuộn dây ở 2 phía điện ápcao, còn MBA liên lạc không nối trực tiếp với MFmà nối với thanh góp điện áp cao, phụ tải địa phương được cấp điện từ cuộn hạ áp của MBA liên lạc

 Nguyên tắc 7

Đối với tổ máy công suất nhỏ, ta có thể ghép hai MF chung với 1 MBA, nhưng phải đảm bảo nguyên tắc tổng công suất các tổ máy phải nhỏ hơn công suất dự phòng của hệ thống

Từ những phân tích ở trên, ta có thể đưa ra sơ bộ các phương án như sau:

220kV

~

~ F1

2 Phân tích, đánh giá sơ bộ và chọn phương án

Để giảm khối lượng tính toán, ta đi phân tích sơ bộ để giữ lại 2 phương án

•Phương án 1

Phương án này có hai bộ MF-MBA 2 cuộn dây, được nối lên thanh góp trung áp 110kV Một bộ MF-MBA 2 cuộn dây nối lên thanh góp cao áp 220kV MBA liên lạc là MBA

TN, phụ tải địa phương được trích từ thanh góp đầu cực MF

Công suất của hai bộ MF-MBA 2 cuộn dây phải cấp đủ công suất cho phụ tải phía trung, phần công suất còn thừa được truyền lên cao áp nhờ MBA liên lạc Khi hỏng một bộ MF-MBA 2 cuộn dây nối lên thanh góp cấp điện áp phía trung thì công suất còn thiếu sẽ được truyền từ phía cao áp sang phía trung áp của MBA TN

Khi hỏng một MBA TN thì công suất từ phía trung truyền sang phía cao thì do MBA TN còn lại đảm nhiệm

 Phương án này vận hành linh hoạt, đơn giản , đảm bảo CCĐ cho phụ tải các cấp

•Phương án 2

Ta dùng hai bộ MF-MBA 2 cuộn dây nối thẳng lên thanh góp trung áp, có3 bộ MF-MBA

2 cuộn dây nối thẳng lên thanh góp cao áp 220kV MBA liên lạc là MBA TN, phụ tải địa phương được cấp điện từ cuộn hạ của MBA liên lạc

Phương án này sử dụng MBA 220kV nên vốn đầu tư tăng hơn so với phương án 1vì phải dùng nhiều MBA 220kV MBA liên lạc vận hành phức tạp, kém linh hoạt.

 Phương án này vốn đầu tư lớn, vận hành phức tạp, kém linh hoạt

 Ưu điểm như phương án 1 nhưng vốn đầu tư cao hơn

Từ những phân tích nêu trên, ta có thể sơ bộ chọn 2 phương án để tính tiếp đó là phương

án 1 và phương án 3.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 2.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA

2.1.1 MBA 2 cuộn dây

Công suất bộ MF-MBA 2 cuộn dây:

Bảng tính toán cho các khoảng thời gian như sau:

2.2 Chọn loại và công suất định mức cho MBA

2.2.1 MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây

Công suất định mức chọn theo công thức sau:

Giờ 0÷4 4÷8 8÷10 10÷12 12÷16 16÷18 18÷20 20÷22 22÷24( )

S dm B≥S dm F −S TD 1F ≈S dm F

 Phương án 1

Các máy phát điện có công suất định mức S dm F =37,5(MVA)

Vậy ta chọn MBA B1,B4,B5 có thông số như sau:

Bảng thông số MBA 2 cuộn dây (Tra bảng 2.5 và 2.6 -“ Thiết kế phần điện trong NMĐ

và trạm BA” –Phạm Văn Hòa)

MBA Loại

MBA (dmBA )

S MVA

Điện áp cuộn dây (kV) Điện áp ngắn mạch (%) I0(%)

 Phương án 3

Chọn MBA 2 cuộn dây như phương án 1

Bảng thông số MBA 2 cuộn dây (Tra bảng 2.5 và 2.6-“ Thiết kế phần điện trong NMĐ

và trạm BA” –Phạm Văn Hòa)

MBA Loại

MBA (S MVA dmBA )

Điện áp cuộn dây (kV) Điện áp ngắn mạch (%) I0(%)

- MBA TN B2,B3là loại điều chỉnh dưới tải

- Chọn công suất cho MBA B2,B3 như sau:

•Lúc bình thường

- Trường hợp tải công suất từ trung, đồng thời từ hạ lên cao thì cuộn nối tiếp mang tải nặng nề nhất.

Ứng với thời điểm t = (10-12)

ax 29,65( ) ; 28,52( ) ; 1,13( )

m

Vậy công suất thừa lớn nhất trong TH này:

Ứng với thời điểm t = (12-16)

Công suất thừa lớn nhất lúc này :

S = MVA ; S TDUFmin =11,55 (MVA)

Công suất thừa lớn nhất tại thời điểm này:

ax UFmin min UFmin

S như sau:

ax 3

Ta chọn loại MBA TN loại ATДЦTH -63000/220/110 có các thông số như sau:

(tra bảng 2.6-“ Thiết kế phần điện trong NMĐ và trạm BA” – Phạm Văn Hòa)

Loại

MBA (S MVA dmBA )

Điện áp cuộn dây (kV) Điện áp ngắn mạch (%) I0(%)

 Cuộn hạ mang tải nặng nề nhất.

Kiểm tra quá tải của cuộn hạ :

Chế độ công suất truyền tải từ hạ lên cao, đồng thời từ lên trung.

 Cuộn hạ mang tải nặng nề nhất

Kiểm tra quá tải của cuộn hạ :

Ứng với thời điểm t = (0-4)

ax 16,32( ) ; 11,97 ( ) ; 4,35( )

m

Vậy công suất thừa lớn nhất trong TH này:

S = MVA ; S TDUFmin = 11,55 (MVA)

Công suất thừa lớn nhất tại thời điểm này:

ax UFmin min UFmin

S như sau:

ax 3

.30, 25 60,5( )

0,5

m dmTN thua

α

Ta chọn loại MBA TN loại ATДЦTH -63000/220/110 có các thông số như sau:

(tra bảng 2.6-“ Thiết kế phần điện trong NMĐ và trạm BA” – Phạm Văn Hòa)

- Xét sự cố: Hỏng một bộ MF-MBA 2 cuộn dây nối lên thanh góp cấp điện áp trung 110kV tại thời điểm S UTmax = 75MVA Giả sử hỏng bộ B5, ứng với thời điểm t = (12-16)

UF 86,66( ) ; 12,71( )

Chế độ công suất truyền tải từ hạ, đồng thời từ cao sang trung

 Cuộn chung tải nặng nề nhất

Kiểm tra quá tải của cuộn chung :

Chế độ công suất truyền tải từ hạ, đồng thời từ cao sang trung.

 Cuộn chung tải nặng nề nhất

Kiểm tra quá tải của cuộn chung :

Vậy phương án 3 đảm bảo điều kiện quá tải bình thường và quá tải sự cố

2.3 Tính toán tổn thất công suất,điện năng trong MBA

2.3.1 Tính toán tổn thất công suất, điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây.

Do sơ đồ bộ mang tải bằng phẳng suốt 24h , S bo = 34,87 (MVA), nên tổn thất điện năng

cả năm trong MBA là:

- MBA 2 cuộn dây cấp 110kV có ∆ =P N 175kW ; ∆ =P0 52kW

2 2bô

Ta lập được bảng số liệu sau:

Giờ S CTi2 ∆t Ti S CCi2 ∆t Ci S CHi2 ∆t Hi

Ta lập được bảng số liệu sau:

Giờ S CTi2 ∆t Ti S CCi2 ∆t Ci S CHi2 ∆t Hi

Xét về mặt tổn thất ta thấy phương án 3 tốt hơn phương án 1

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

*******

3.1 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, chế độ làm việc của nhà máy điện, 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

Các thiết bị phân phối (TBPP) các cấp tương ứng nhận điện năng từ các MBA, sau

đó phân phối điện cho phụ tải các cấp điện áp của mình và phát công suất thừa về

hệ thống Tùy theo số lượng đường dây và tính chất quan trọng của phụ tải có thể là: sơ đồ TBPP một hệ thống thanh góp (HTTG) có phân đoạn bằng máy cắt, sơ đồ TBPP hai HTTG, sơ đồ TBPP hai HTTG có thanh góp vòng, sơ đồ TBPP 1,5 máy cắt/mạch…

+ Khi chỉ có 2 mạch nguồn và 2 đường dây thì chọn sơ đồ TBPP một hệ thống thanh góp có phân đoạn bằng máy cắt

+ Khi số mạch đường dây từ 2 đến 7 với cấp 35kV, từ 2 đến 5 với cấp 110kV, từ 2 đến 4 với cấp 220KV thì dùng sơ đồ TBPP hai hệ thống thanh góp

+ Khi số mạch đường dây từ 7 trở lên với cấp 35kV, từ 5 trở lên với cấp 110kV, từ

4 trở lên với cấp 220kV thì dùng sơ đồ TBPP hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng

+ Sơ đồ 1,5 máy cắt/mạch chỉ dùng cho TBPP cấp điện áp 220kV nếu có nhiều mạch, thực sự quan trọng và dùng cho TBPP cấp điện áp 500kV cho mọi trường hợp số mạch nhiều hay ít

+ Sơ đồ TBPP 2 hệ thống thanh góp vòng chỉ được sử dụng tốt khi các máy cắt hay hư hỏng, vì vậy sơ đồ đó ít được sử dụng do các máy cắt ngày càng tốt hơn Ta ưu tiên sử dụng sơ đồ TBPP hệ thống 2 thanh góp

+ Phía 10,5 kV: dùng hệ thống phân đoạn thanh góp điện áp máy phát

Sơ đồ thiết bị trạm phân phối ngoài trời, có 3 lộ kép và hai mạch đơn

Phương án 3

+ Phía 220 kV: có 4 mạch máy biến áp và 2 mạch đường dây nối với hệ thống

Ta dùng sơ đồ TBPP hệ thống 2 thanh góp

+ Phía 110 kV:có 3 mạch máy biến áp và 1 mạch đường dây kép nối với phụ tải trung Ta dùng sơ đồ TBPP hệ thống 2 thanh góp.

+ Phía 10,5 kV:dùng hệ thống phân đoạn thanh góp điện áp máy phát

Sơ đồ thiết bị trạm phân phối ngoài trời, có 3 lộ kép và 2 lộ đơn

3.2 Tính toán kinh tế- kỹ thuật chọn phương án tối ưu

3.2.1 Vốn đầu tư

Một cách gần đúng chỉ tính vốn đầu tư xây dựng MBA và các TBPP Chi phí để xây dựng phân phối dựa vào số mạch của TBPP ở cấp điện áp tương ứng Vốn đầu tư của một phương án là:

V =VB+ VTBPPTrong đó

VB: vốn đầu tư MBA với VB=∑ K V B b

KB: hệ số tính đến chi phí vận chuyển và xây lắp MBA tra bảng 4.1 trang 56 sách thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp- PGS Phạm Văn Hòa

Vb: tiền mua MBA

VTBPP: vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối tính theo công thức

- MBA tự ngẫu loại ATДЦTH – 63 MVA cấp điện áp 220 kV

Giá mỗi máy là 108,7.103 rúp ⇒ VbTN = 108,7.103.60.103 = 6,52.109 (đồng)

- MBA 3 pha 2 cuộn dây TPДЦ – 63 MVA cấp điện áp 220 kV

Giá mỗi máy là 109 103 rúp ⇒ Vb220 = 109 103 60.103 =6,54.109 (đồng)

- MBA 3 pha 2 cuộn dây TPД – 40 MVA cấp điện áp 110 kV

Giá mỗi máy là 72,6 103 rúp ⇒ Vb110 = 91 103 60.103 =5,46.109 (đồng)

Hệ số tính đến chi phí vận hành là KB TN= 1,4, KB220 =1,4 ,KB110 = 1,5

Giá thành TBPP các cấp:

Mạch 10,5kV + kháng phân đoạn ; >10,5 :1,2.109 (đồng)

3 Lựa chọn phương án tối ưu

Phương án Vốn đầu tư (10 9 đ) Chi phí vận hành (10 9 đ/năm)

nhận thấy T > Ttc = 8 năm, do đó chọn phương án có vốn đầu tư ít là phương án hợp lý

Vậy phương án tối ưu là phương án 1.

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

*******

4.1 Chọn điểm ngắn mạch

Mục đích tính toán ngắn mạch là để chọn khí cụ điện và dây dẫn theo tiêu chuẩn ổn định nhiệt và ổn định động khi có dòng ngắn mạch chạy qua chúng Do vậy, ta chọn vị trí điểm ngắn mạch sao cho dòng ngắn mạch qua khí cụ điện và dây dẫn là lớn nhất Ta lần lượt chọn các điểm ngắn mạch cho các phương án như sau:

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía cao áp, ta chọn điểm ngắn mạch tại N1, nguồn cấp cho điểm ngắn mạch là các MF của nhà máy và hệ thống

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía trung áp, ta chọn điểm ngắn mạch tại N2, nguồn cấp cho điểm ngắn mạch là các MF của nhà máy và hệ thống

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ ápMBA liên lạc, ta chọn điểm ngắn mạch tại N3 hoặc N3’

Điểm ngắn mạch N3, MBA B2 ngừng làm việc, nguồn cấp cho điểm ngắn mạch là các MF của nhà máy và hệ thống

Điểm ngăn mạch N3’ ,nguồn cấp cho điểm ngắn mạch là các MF và hệ thống (trừ MF2 )

- Để chọn dây dẫn và khí cụ điện phía hạ mạch MF, ta chọn điểm ngắn mạch N5 Điểm ngắn mạch N5, nguồn cấp chỉ gồm MF F2

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía mạch phân đoạn, ta chọn điểm ngắn mạch N6, MBA B2 và MF F2 nghỉ, nguồn cấp còn lại gồm các MF còn lại và hệ thống

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng , phụ tải địa phương, ta chọn điểm ngắn mạch N4

Sơ đồ vị trí các điểm ngắn mạch cho phương án 1 như sau:

Nhà máy thiết kế nối với hệ thống bằng hai lộ đường dây, chiều dài mỗi lộ l = 150 (km) ,

max

.36561,06 3.85,11 94,16 86,66 82, 29 92,75 77,6194,16

2906,743( )

VHTi i i

VHT

S t T

95,38( )1,3

lv kt kt

- Icb là dòng làm việc cưỡng bức : Icb = 2.Ilv = 2.0,124 103= 248 A

Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài cho phép

Điện kháng đối với đường dây là x0 =0, 423( /Ω km)

Ta có điện kháng của đường dây

dmB H

Kháng điện: chọn kháng điện PbA-10-3000-12 có :X K% 12,= I dmK =3kA

cb K

K

dmK

I X

0, 408.0, 22

0,0871,036

X X X

X X X

D

2

8 12 23

0, 408

0,1611,036

X X X

D

Ta được sơ đồ:

Lợi dụng tính chất đối xứng của sơ đồ, ta có:

Ta có sơ đồ dạng đơn giản:

Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm ngắn mạch N1:

E E

Tra đường họ đường cong tính toán của máy phát tua-bin hơi, ta có:

Tính toán các điện kháng tương tự ta có sơ đồ tương đương:

Lợi dụng tính chất đối xứng của sơ đồ, ta có: