Đồ án tốt nghiệp nhiệt điện 5x60MW, 3 cấp điện áp

Chương 1Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.1 .CHọN MáY PHáT ĐIệN Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy , mỗi tổ máy có công suất 60MW ,căn cứ vào nhiệm vụ cung cấp cho phụ tải địa phươ

Chương 1

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

1.1 CHọN MáY PHáT ĐIệN

Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy , mỗi tổ máy có công suất 60MW ,căn cứ vào nhiệm

vụ cung cấp cho phụ tải địa phương đồng thời để thuân tiện cho vận hành và sửa chữa Chọnmáy phát điện đồng bộ Turbin hơi TB - 60-2

có các thông số kỹ thuật sau :

U(kV) cos

I(kA) Xd” Xd’ XdTBễ

1.2 TíNH TOáN PHụ TảI Và CÂN BằNG CÔNG SUấT

Công suất phụ tải được tính vào từng khoảng thời gian cụ thể tương ứng với

cos

)()

(1.2)Trong đó P (t) - công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t [MW]

S (t) - công suất toàn phần của phụ tải tại thời điểm t [MVA]

P (t)%- phần trăm công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t [%]

1.Tính toán phụ tải điện áp máy phát

Phụ tải cấp điện áp máy phát

t P t

P( )  ( )% max 65%.127,8

P t

85,0

8,7cos

)

Tính toán tương tự kết quả ghi trong bảng sau

SuF (MVA)

2.Tính toán phụ tải điện áp trung 110kV

Thông số phụ tải cấp điện áp trung

t P t

MVA t

P t

86,0

98cos

)()

t (h)

SptT ( MVA )

7

0 4 8 12 16 20 24

120 130 140 150 160 170

110 113,95

146,51

162,79

130,23

SptT (MVA) 113,95 146,51 162,79 130,23

Căn cứ vào số liệu trên vẽ được đồ thị phụ tải sau

3.Tính công suất phát của nhà máy

Thông sô công suất của nhà máy

Pmax = 4X75 = 300MW , cos=0,8

áp dụng công thức (1.1) , (1.2)

Công suất phát của nhà máy trong khoảng thời gian 0 7

MW P

t P t

MVA t

P t

8,0

210cos

)()



Tính toán tương tự trong các khoảng thời gian còn lại kết quả ghi trong bảng sau

SNM(MV A)

Căn cứ vào số liệu trên vẽ được đồ thị phụ tải sau

4.Tính công suất tự dùng của nhà máy

Công suất tự dùng của nhà máy được tính theo công thức sau

max max

)

)(.6,04,0

Trong đó :  - phần trăm lượng điện tự dùng của nhà máy ( = 8%)

S NMmax- công suất phát lớn nhất của nhà máy (Smax= 375MVA)

Công suất tự dùng của nhà máy trong khoảng thời gian 0 7

))(.6,04,0.(

max

NM

NM TD

S

t S

.S NMmax = 8%.(0,4+0,6.0,7).375 =24,6MVA

Tính toán tương tự trong các khoảng thời gian còn lại kết quả ghi trong bảng sau

t(h )

STD (MVA)

7

0 4 8 12 16 20 24

24 26 28 30

20 22

5.Công suất phát vào hệ thống

Công suất phát vào hệ thống (HT)

Tính toán tương tự trong các khoảng thời gian còn lại ,kết quả ghi trong bảng sau

Bảng 1-6

CS t(h) 07 78 814 1420

2024

HT

S

(MVA)

114,774

117,914

114,384

168,09

2 97,288

Bảng tổng kết thông số phụ tải

CS t(h) 07 78 814 1420 2024

114,384

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy

Trong quá trình chọn sơ bộ sơ đồ cần bảo đảm những nguyên tắc sau

 Khi 2

1

SuF > 15% SFdm thì bắt buộcphải có thanh góp điện áp máy phát

 Khi liên kết hai hệ thống trung tính trực tiếp nối đất phải dùng máy biến áp tự ngẫu

 Công suất bộ máy phát điện – máy biến áp không được lớn hơn công suất dự trữ quay của hệ thống

Căn cứ vào các yêu cầu trên và thông số bài cho ta có thể tiến hành phân tích sơ bộ như sau

 Thanh góp điện áp máy phát

Từ kết quả trên nhận thấy không cần thanh góp điện máy phát

 Điện áp bên cao 220kV , trung110kV có trung tính trực tiếp nối đất do đó sẽ dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai hệ thống (đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho bên trung và có lợi về tổn thất )

2.1 - đề xuất phương án – chọn sơ bộ

A Phương án 1

110kV 220kV

Ưu điểm

+ Lượng công suất được cấp liên tục cho các phụ tải trong trường hợp bình thường

và sự cố

+ Công suất tải qua máy biến áp tự ngẫu là không lớn do đó có lợi về tổn thất

+ Số lượng máy biến áp ít , sơ đồ vận hành đơn giản

Nhược điểm

Chủng loại máy biến áp nhiều gây khó khăn trong việc lắp đặt và sửa chữa

B Phương án 2

t d

110kV 220kV

F4 F1

F3 F2

Ưu điểm

+ Lượng công suất được cấp liên tục cho các phụ tải trong trường hợp bình thường

và sự cố

+ Số lượng và chủng loại MBA ít

+ Sơ đồ đơn giản

Nhược điểm

Tổng công suất phát của ba bộ MF-MBA luôn lớn hơn công suất phụ tải bên trungnên phần công suất còn thừa phải truyền qua hai lần biến áp không có lợi về tổn thất

C Phương án 3

TD TD

TD

F4

B4 B3

Trong phương án ba dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai hệ thống220kV và 110kV, phía cao áp có hai bộ MF-MBA,phía trung áp có ba bộ MF-MBA, phụ tảiđịa phương lấy phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu, phụ tải tự dùng được lấy từ đầu cực củamáy phát

Cả ba phương án đều thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật

Nhìn tổng quan có thể nhận thấy phương án 3 là phức tạp hơn cả ( số lượng MBA

nhiều , sơ đồ phức tạp … ) đồng thời vốn đầu tư lớn do đó sẽ loại phương án này và tiến

hành phân tích hai phương án còn lại

110kV 220kV

Phương án 1 & 2 gần như tương đương : sử dụng hai MBATN ,số lượng MBA như

nhau tuy nhiên đặc điểm khác nhau căn bản là số lượng bộ MF-MBA nối vào bên Trung , lượng công suất truyền tải qua MBA tự ngẫu …

Để tìm hiểu rõ hơn ta sẽ tiến hành phân tích cụ thể từng phương án qua đó sẽ tìm được một phương án tối ưu nhất

2.2 Phương án 1

2 Chọn máy biến áp

a.Máy biến áp hai cuộn dây

Công suất của máy biến áp hai cuộn dây nối theo sơ đồ bộ với máy phát được chọn theo công thức sau : S2dqdm S Fdm 75MVA

Tra bảng 4 & 6 “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” chọn được máy biến áp có các

thông số kỹ thuật sau

Bảng 2-1

Loại máy Uc(kV) Uh(kV) P0(

kW)

Pn(kW) Un(%) I0(%)

Sốlượng Giá Tọệ80000/22

Tọệ80000/11

b Máy biến áp tự ngẫu

Công suất của máy biến áp tự ngẫu được chọn theo công thức sau

Fdm Hdm

- hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu (= C

T C

1





Tra bảng 6 “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” chọn được máy biến áp tự ngẫu có

các thông số kỹ thuật sau

Bảng 2-2

Loại máy

U (kV)

SB2 (MVA)

121

1

-38

0 20 11 32

2.Kiểm tra quá tải của máy biến áp

Trong thực tế phụ tải của máy biến áp luôn thay đổi và phần lớn thời gian làm việc với phụ tải nhỏ hơn định mức , khi đó hao mòn cách điện của máy biến áp sẽ nhỏ hơn hao mòn cách điện định mức(do nhiệt độ của máy biến áp nhỏ hơn nhiết độ định mức) kết quả là tuổi thọ của máy biến áp tăng Do vậy vào những thời điểm phụ tải lớn hơn công suất định mức vẫn có thể cho máy biến áp làm việc với công suất và thời gian quá tải phù hợp

Xét hai trạng thái quá tải của máy biến áp là

Quá tải bình thường

Quá tải sự cố

a.Bình thường

 Máy biến áp hai cuộn dây

Máy biến áp hai cuộn dây làm việc hiệu quả nhất với đồ thị phụ tải bằng phẳng

Công suất lớn nhất truyền tải qua máy biến áp là

MVA

S S

6930.5

175

.5

1

max

 Máy biến áp tự ngẫu

 Công suất tải qua cuộn cao của một máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức

2

bC HT

C

S S

 Công suất tải qua cuộn trung của một máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức

2

bT ptT

T

S S

 Công suất tải qua cuộn hạ của một máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức

T C

S - công suất của một bộ máy phát điện – máy biến áp bên trung áp

Từ đó ta có bảng phân bố công suất cho các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu trong các

khoảng thời gian như sau

 Hỏng một bộ máy phát điện – máy biến áp bên trung

Khi phụ tải bên trung cực đại

110kV 220kV

max

S S

2

130.5

175

2

1

5

1

max



MVA S

S

S C  H  T 61,941 46,89515,046

Trong trường hợp này máy biến tự ngẫu tải công suất từ hạ sang cao và trung do đó công suất tải qua cuộn hạ là lớn nhất

S S

S  HT  (2 C  bC) 168,092 (2.15,04669) 69



110kV 220kV

F4

0 69

S T = 22,475

Sc = 41,667

Khi phụ tải bên trung là cực tiểu

Phụ tải bên trung cực tiểu trong khoảng thời gian( 07h) tương ứng với công suất

min

S S

2

130.5

175

2

1

5

1

max



MVA S

S

S C  H  T 64,142 22,47541,667

Trong trường hợp này máy biến áp tự ngẫu tải công suất từ hạ sang cao và trung do đó

công suất tải qua cuộn hạ là lớn nhất

S S

S  HT  (2 C  bC) 114,774 (2.41,66769) 37,56



Dấu (-) ở đây thể hiện công suất phát ra của nhà máy là thừa so với yêu cầu ,do đó công suất của các tổ máy sẽ được giảm bớt để thoả mãn nhu cầu của hệ thống

Hỏng máy biến áp tự ngẫu

Khi phụ tải bên trung là cực đại

Phụ tải bên trung cực đại trong khoảng thời gian (1420h) tương ứng với công suất

S

S T  ptTmax  2 bT 162,79 2.69 24,79

MVA S

S S

5

175

5

1

max



MVA S

S

S C  H  T 54,882 24,79 30,092

110kV 220kV

S S

S  HT  ( C  bC) 168,092 (30,09269) 69



Công suất dự trữ quay của hệ thống S dtquay 110MVA suy ra S  S dtquay

Vậy hệ thống làm việc bình thường

Khi phụ tải bên trung là cực tiểu

Phụ tải bên trung cực tiểu trong khoảng thời gian (07h) tương ứng với công suất

110kV 220kV

F4

69 69

S T = 24,05

S

S T  uTmin  2 bT 113,95 2.69 24,05

MVA S

S S

5

175

5

1

max



MVA S

S  . vậy máy biến áp làm việc bình thường

Công suất phát về hệ thống so với lúc làm việc bình thường bị thiếu là

MVA S

S S

S  HT  ( C  bC) 114,774 (83,87469) 38,1



Dấu (-) ở đây thể hiện công suất phát ra của nhà máy là thừa so với yêu cầu ,do đó công suấtcủa các tổ máy sẽ được giảm bớt để thoả mãn nhu cầu của hệ thống

3 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp

 Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây

áp dụng công thức

8760

t n

S

S P P

S 2 - công suất định mức của máy biến áp hai cuộn dây[MVA]

Thay số vào được kết quả sau

+ MBA hai dây quấn 220kV

MWh

80

69.320105

A

A dq 2. 110  220 2.2633,43005 8271,8



Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu

Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức sau

dmB

S P

P

 ,P T,P H - tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây , kW

iH iT

 - tổn thất công suất không tải của máy biến áp , kW

S TNdm- công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu , MVA

Tổn thất công suất tác dụng của cuộn cao

0





H nT H

nC T

nC

P P

P

=

1905

,0

1905

,0

190380

.5,

nT H

P

2 2

.5,

5,0

1905

,0

190.5,

160

1

S kV

092,168

3)

4

1

S I

dm

pt

110.3

6975,40.2

3

.2

+ Dòng cưỡng bức phía cao áp của máy biến áp hai cuộn dây

kA U

S I

dm

F

110.3

75.05,1

3.05,1

) 2 (

S I

dm

T

110.3

895,46

3

max )

3 (

S I

dm

F

5,10.3

75.05,1

3.05,

110kV 220kV

F4 F1

F3 F2

SHT.max = 168,092MVA SHT.min = 97,788MVA

SptT.max = 162,79MVA SptT.min = 113,95MVA

a.Máy biến áp hai cuộn dây

Công suất của máy biến áp hai cuộn dây nối bộ với máy phát được chọn theo công thức sau (khi công suất tự dùng lấy từ nguồn dự phòng )

MVA S

S B2dq  Fdm 75

Tra bảng 4 “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” chọn được máy biến áp hai cuộn dây

có các thông kỹ thuật sau

Bảng 2-4

Loại máy Uc(kV) Uh(kV) P0(

kW)

Pn(kW) Un(%) I0(%)

Sốlượng Giá Tọệ80000/11

b Máy biến áp tự ngẫu

Công suất của máy biến áp tự ngẫu được chọn theo công thức sau

Fdm Hdm

- hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu (= C

T C U

U

U 

= 242 0,5

121242

.5,0

1





Tra bảng 6 “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” chọn được máy biến áp có các thông

sô kỹ thuật sau

Bảng 2-5

Loại máy

U (kV)

H

C-H

T-T

H

121

1

-38

0 20 11 32

2.Kiểm tra quá tải của MBA

Trong thực tế phụ tảiluôn thay đổi và phần lớn thời gian làm việc của máy biến áp với phụ tải thường nhỏ hơn định mức , khi đó hao mòn cách điện sẽ nhỏ hơn hao mòn cách điện định mức(do nhiệt độ của máy biến áp nhỏ hơn nhiết độ định mức) kết quả là tuổi thọ của

máy biến áp tăng Do vậy vào những thời điểm công suất của phụ tải lớn hơn công suất định mức của máy biến áp vẫn có thể cho làm việc với công suất và thời gian quá tải phù hợp

Xét hai trạng thái quá tải của máy biến áp là

Quá tải bình thường

Quá tải sự cố

a.Bình thường

Máy biến áp hai cuộn dây

Máy biến áp hai cuộn dây làm việc hiệu quả nhất với đồ thị phụ tải bằng phẳng

SB2(MV A)

6930.5

175

.5

1

max

 Máy biến áp tự ngẫu

 Công suất tải qua cuộn cao của một máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức sau

2

HT C

T

S S

 Công suất tải qua cuộn hạ của một máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức sau

T C

S - công suất của một bộ máy phát điện – máy biến áp bên trung áp

Từ đó ta có bảng phân bố công suất cho các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu trong từngkhoảng thời gian như sau

Bảng 2-6

Thời

gian (h) 07 78 814 1420 2024

F4 F1

F3 F2

69 0

ST

=12,395

SC = 49,546MVA

SHT.max = 168,092MVA

SptT.max = 162,79MVA

 Hỏng một bộ máy phát – máy biến áp phía trung áp

Khi phụ tải bên trung cực đại

Phụ tải bên trung cực đại trong khoảng thời gian (1420h) tương ứng với công suất

.2

max

S S

2

130.5

175

2

1

5

1

max



MVA S

S

S C  H  T 61,941 12,39549,546

Trong trường hợp này máy biến tự ngẫu tải công suất từ hạ sang cao và trung do đó công suất tải qua cuộn hạ là lớn nhất

Khi phụ tải bên trung cực tiểu

Phụ tải bên trung cực tiểu trong khoảng thời gian( 07h) tương ứng với công suất

.2

max

S S

2

130.5

175

2

1

5

1

max



MVA S

S

S C  H  T 64,412 ( 12,025) 76,437

Dấu (-) ở đây chỉ có nghĩa là thể hiện công suất truyền tải từ trung áp sang phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu

F4 F1

F3 F2

69 0

SptT.min = 113,95MVA

MVA S

S

S n  T  H 0,5.(64,41212,025) 38,219 mà S n.dm 80MVA suy

ra S n S n.dm vậy máy biến áp tự ngẫu làm việc bình thường

Công suất phát về hệ thống so với lúc làm việc bình thường bị thiếu một lượng là

MVA S

S

S  HT  2 C 114,774 2.76,437 38,1



Dấu (-) thể hiện công suất phát của nhà máy vào hệ thống lớn hơn so với yêu cầu khi bốn

tổ máy còn lại làm việc ở công suất định mức trong thời gian phụ tải bên trung là cực tiểu do

đó cần giảm công suất phát của các tổ máy để đảm bảo yêu cầu của hệ thống

 Hỏng một máy biến áp liên lạc

Khi phụ tải bên trung cực đại

Phụ tải bên trung cực đại trong khoảng thời gian (1420h) tương ứng với công suất

S

S T  ptTmax  3 Fdm 162,79 3.69 44,21

F4 F1

F3 F2

69 69

ST

=44,21

SC = 99,092

SHT.max = 168,092MVA

S = 69MVA

SptT.max = 162,79MVA

S S

5

175

5

1

max



MVA S

S

S C  H  T 54,882 ( 44,21) 99,092

Dấu (-) ở đây chỉ để thể hiện công suất truyền từ phía trung sang phía cao của

máy biến áp tự ngẫu

Trong trường hợp này máy biến tự ngẫu tải công suất từ hạ và trung sang cao do đó công suất tải qua cuộn nối tiếp là lớn nhất

MVA S

S  . vậy máy biến áp tự ngẫu làm việc bình thường

Công suất phát về hệ thống so với lúc làm việc bình thường bị thiếu một lượng là

MVA S

Khi phụ tải bên trung cực tiểu

Phụ tải bên trung cực tiểu trong khoảng thời gian (07h) tương ứng với công suất

F4 F1

F3 F2

69 69

ST

=93,05

SC = 152,875

SHT = 114,774MVA

SptT.min = 113,95MVA

S

S T  ptTmin  3 Fdm 113,95 3.6993,05

VA S

S S

5

175

5

1

max



MVA S

S

S C  H  T 59,824 ( 93,05) 152,874

Dấu (-) ở đây chỉ để thể hiện công suất truyền từ phía trung sang phía cao của

máy biến áp tự ngẫu

Trong trường hợp này máy biến tự ngẫu tải công suất từ hạ và trung sang cao do đó công suất tải qua cuộn nối tiếp sẽ là lớn nhất

MVA S

S S

S n  T  H 0,5 C 0,5.152,87476,437 mà S n.dm 80MVA suy ra

dm

n

n S

S  . vậy máy biến áp làm việc bình thường

Công suất phát về hệ thống so với lúc làm việc bình thường bị thiếu là

MVA S

S

S  HT  2 C 114,774 152,874 38,1



Dấu (-) thể hiện công suất phát của nhà máy vào hệ thống lớn hơn so với yêu cầu khi bốn

tổ máy còn lại làm việc ở công suất định mức trong thời gian phụ tải bên trung là cực tiểu , cần giảm công suất phát của các tổ máy để đảm bảo đủ yêu cầu hệ thống

3 Tính tổn thất điện năng trong MBA

 Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây

Trong phương án này dùng ba máy biến áp hai cuộn dây 110kV và tổn thất điện năng củamột máy biến áp là

MWh

80

69.31070

A2dq 3. 110 3.2633,4 7900,2



 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu

Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức sau



57,192 190 30,245 190 26,947 570.6160

1

S kV

092,168

3)

4

1

S I

dm

pt

110.3

6975,40.2

3

.2

kA U

S I

dm

F

110.3

75.05,1

3.05,1

) 2 (

S I

dm

T

110.3

05,93

3

max )

3 (

S I

dm

F

5,10.3

75.05,1

3.05,

Do đó việc tính toán ngắn mạch là một việc quan trọng , mục đích là để xác định dòngđiện lớn nhất chạy qua các thiết bị điện và khi cụ điên khi xảy ra ngắn mạch ba pha trong hệthống ( đây là trường hợp thường gây hậu quả nghiệm trọng nhất )

Trong tính toán ngắn mạch cần xác định các loại dòng điện

- Dòng điện siêu quá độ tại điểm ngắn mạch I”(0)

3

+ Điểm N4- Sau máy cắt nối giữa máy phát và máy biến áp tự ngẫu , nguồn cung cấp là hệ thống và các máy phát trừ máy phát F3

+ Điểm N5 - Đầu đường dây cung cấp cho phụ tải tự dùng và địa phương của nhà

máy , nguồn cung cấp là hệ thống và toàn bộ các máy phát

3.2 Tính toán ngắn mạch cho phương án 1

Vị trí các điểm ngắn mạch của phương án 1

TD TD

F5

B5 B4

HT

XB 1

X T

X C

Xdd+X HT

HT

X F

X F

X F

X F

X F

1 Sơ đồ thay

2 Tính toán điện kháng của các phần tử

Chọn đại lượng cơ bản S cb 100MVA

U  cb U tb= (10,5kV ; 115kV ; 230kV)

• Điện kháng hệ thống

HT

cb HT HT

S

S X



Trong đó : X HT* - điện kháng tính đến thanh cái hệ thống ( * 1,4



HT X

• Điện kháng của đường dây kép nối với hệ thống

2 1

0 2

1

cb

cb dd

U

S L x

1

2 



dd X

• Tính điện kháng của máy biến áp

Máy biến áp tự ngẫu

Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây phía cao ,trung , hạ được tính theo công thức sau

%)

%

%(

5,0

%5,11)203211(5,

5,0

%5,0)322011(5,

5,0

5

X 2 N1

X 3

X 4

HT

X 1

072,0160

100.100

%5,11

C

S

S U

X

0160

100.100

%5,0

T

S

S U

X

(bỏ qua)

128,0160

100.100

%5,20

H

S

S U

X

Máy biến áp hai cuộn dây

138,080

100.100

%11

100

%)

220(

dm

cb N

qd

S

S U

X

131,080

100.100

%5,10

100

%)

110(

dm

cb N

qd

S

S U

X

• Điện kháng của máy phát điện

195,075

100.146,0

S

S x x

 Tính ngắn mạch tại điểm N 1

Sơ đồ có tính chất đối xứng qua điểm ngắn mạch do đó thể biến đổi đơn giản như sau

Trong đó

1065,00875,0019,0

1 X dd  X HT   

X

036,02

072,02

2 X C  

X

1615,02

195,02

128,022

3 X H  X F   

X

X4 X F  X B220 0,1950,1380,333