Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có tổng công suất 400MW, gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất là 100MW.DOC

Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất cácmáy biến áp và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùngmột nhà máy và phân bố công suất giữa các n

Phần I : Thiết kế nhà máy nhiệt điện

U KV

TB 

-100-3600 117,5 100 10,5 0,85 6,475 0,1593 0,2243 1,6493

1200-420

BTT-II Tính toán phụ tải và cân bằng công suất.

Để đảm bảo vận hành an toàn , tại mỗi thời điểm điện năng do cácnhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lợng điện năng tiêu thụ ởcác hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng

Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay

đổi Việc nắm đợc quy luật biến đổi này tức là tìm đợc đồ thị phụ tải là điều rấtquan trọng đối với việc thiết kế và vận hành

Nhờ vào công cụ là đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn đợc các phơng ánnối điện hợp lý , đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật , nâng cao độ tin cậycung cấp điện

Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất cácmáy biến áp và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùngmột nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụtải của các cấp điện áp dới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng Pmax và

hệ số cos của từng phụ tải tơng ứng từ đó ta tính đợc phụ tải của các cấp điện

áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức sau :

Trong đó :

1) - (1 cos

100

% )



P x P t

S 

2) - (1 100

% )

(t P xPmax

P(t) lµ c«ng suÊt t¸c dông cña phô t¶i t¹i thêi ®iÓm t.

S(t) lµ c«ng suÊt biÓu kiÕn cña phô t¶i t¹i thêi ®iÓm t

P% lµ c«ng suÊt t¸c dông cña phô t¶i cho díi d¹ng %

cos  lµ hÖ sè c«ng suÊt cña phô t¶i

SuF Std

I.1 TÝnh to¸n phô t¶i vµ c©n b»ng c«ng suÊt cÊp ®iÖn ¸p m¸y ph¸t:

-Theo nhiÖm vô thiÕt kÕ cho Pmax = 15MW vµ cos = 0,9

- ¸p dông c«ng thøc (1-1)vµ (1-2) ta cã kÕt qu¶ tÝnh to¸n ghi ë b¶ng :

11.67 13.33

15

11.67 10

II.2 TÝnh to¸n phô t¶i vµ c©n b»ng c«ng suÊt cÊp ®iÖn ¸p trung 110kV :

-Theo nhiÖm vô thiÕt kÕ cho Pmax = 100 MW; P% (t) vµ cos = 0,8

- ¸p dông c«ng thøc (1-1)vµ (1-2) ta cã kÕt qu¶ tÝnh to¸n ghi ë b¶ng:

100 87.5

-Theo nhiÖm vô thiÕt kÕ cho Pmax = 90 MW; P% (t) vµ cos = 0,85.

- ¸p dông c«ng thøc (1-1)vµ (1-2) ta cã kÕt qu¶ tÝnh to¸n ghi ë b¶ng:

74.12 79.41

376.47 400

1.2.4 Tính toán công suất tự dùng nhà máy:

công suất tự dùng của nhà máy đợc tính theo công thức:

)

6 , 0 04 (

.

nmdm

nm nmdm

td

S

S S

20.69 21.4

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

Snm(t): Tổng phụ tải của nhà máy tại thời điểm t

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

Su110(t): Phụ tải ở cấp điện áp trung 110 kV

Su220(t): Phụ tải ở cấp điện áp trung 220 kV

SuF(t): Phụ tải ở cấp điện áp máy phát

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

1) Nhà máy thiết kế có tổng công suất là:SNMđm = 4.100 = 400 (MVA)

So với công suất của hệ thống SHT = 8000 (MVA) thì nhà máy thiết kếchiếm : 5,88 công suất toàn hệ thống

2)công suất cực đại phát về hệ thống là:212,04MVA;

phụ tải điện áp trung cực đại là 112,04MVA;dự trữ hệ thống là10Std=0,1.8000=800MVA.Do đó khi nhà máy bị sự cố thì hệ thống vẫn làm việc

ổn định và đảm bao cung cấp điện liên tục cho phụ tải điên áp trung

3)Từ đồ thị công suất phát toàn nhà máy ta có thể tính đợc lợng điện năng nhàmáy phát ra trong một năm nh sau:

A=365Pnmi*ti=365(280.4+300.4+380.8+340.4+320.4).103=2920000.103KWh

Cơ sở để để xác định các phơng án có thể là số lợng và công suất máy phát điện ,công suất hệ thống điện , sơ đồ lới và phụ tải tơng ứng , trình tự xây dựng nhà máy điện và lới điện

Khi xây dựng phơng 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 SuFmax nhỏ và không có nhiều dây cấp cho phụ tải địa phơng thì không cần thanh góp điện áp máy phát SuFmax  30% Sđm 1F

Nguyên tắc 2

Nếu có thanh góp điện áp máy phát thì số lợng máy phát nối vào thanh góp phải

đảm bảo sao cho khi một tổ máy lớn nhất bị sự cố thì những máy phát còn lại phải đảm bảo phụ tải địa phơng và tự dùng

Nguyên tắc 3

Nếu phía điện áp cao , trung có trung tính nối đất và hệ số có lợi   0,5 thì nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp.

2-Do các cấp điện 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp,mặt khác

hệ số có lợi  = 0,5 nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suấtliên lạc giữa các cấp điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống

3-Nhà máy gồm 4 tổ máy có công suất 4.100MW

Với nhận xét trên ta có các phơng án nối đIện cho nhà máy nh sau:

Nhận xét:

- Phơng án này có hai bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanhgóp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV Hai bộ máy phát điện -máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát côngsuất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV.+ Ưu điểm:

-Số lợng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giáthành hạ hơn giá máy biến áp 220kV

-Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục

Nhận xét: Phơng án 2 khác với phơng án 1 ở chỗ chỉ có một bộ máy phát điện

-máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 110 kV Nh vậy ở phía thanh góp 220

kV có đấu thêm một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây

Nhận xét: Phơng án 3 khác với phơng án 2 ở chỗ không có máy biến áp 2 cuộn

dây nối lên thanh góp 110 kV Nh vậy ở phía thanh góp 220 kV có đấu 2 bộ máyphát điện - máy biến áp 2 cuộn dây

-chi phí lớn.

4 Phơng án 4:

Nhận xét: Phơng án 4 khác so với các phơng án trên,lấy hạ áp maý biến áp tự

ngẫu cung cấp cho phụ tải địa phơng

B1

B2

B3B4

- Mặt khác khi có một máy biến áp bất kỳ nào phải nghỉ do sự cố hoặc dosửa chữa thì các máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố phải đảm bảo tải

đủ công suất cần thiết

Chọn máy biến áp liên lạc B3và B4 :

Điều kiện chọn: SđmB3= SđmB3  SđmF=117,5 MVA

Vậy ta chọn máy biến áp loại TPДЦH có Sđm=125 MVA

Tham số Sđm

(MVA) U (kV) (Kw) Po Pn (kW) Un% I O %

Chọn máy biến áp liên lạc B1và B2 :

Với nhận xét nh ở phần trên ta chọn máy biến áp liên lạc B1 và B2 là máybiến áp tự ngẫu theo điều kiện sau :

U U c

SH:công suất đa vào phía hạ áp của MBA tự ngẫu

SH=Sfđm – SuFmin/2-Stdmax/4=117,5-10/2-22,81/4=106,8MVA

SđmB là công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu đợcchọn:

SđmB  213 , 6

5 , 0

8 , 106

II Kiểm tra quá tải của các máy biến áp :

+Quá tải thờng xuyên :

Các máy biến áp đã chọn có công suất định mức lớn hơn công suất cực đại nên

ta không phải kiểm tra quá tải bình thờng

+Quá tải sự cố:

a.Sự cố B 3 (hoặc B 4 )

Trờng hợp nguy hiểm nhất là khi Sut=Sutmax=112.5MVA(8-20h)

Trong trờng hợp này để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải điện áp trung thìcuộn dây điện áp trung của máy biến áp B1( B2 ) phải tải một lợng công suất là:

STB1(B2) = [Su110max-(SđmF-Stdmax/4)]/2 =[112.5-(117,5-22,81/4)]/2=0.35 (MVA)Công suất đa vào phía hạ của máy biến áp tự ngẫu

Sth=212.04-124.85=87.19 (MVA) nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống thiếu nhiều.Vậy hệ thống vẫn làm việc ổn định.

b.Máy biến áp tự ngẫu B1 hoặc B2 bị sự cố :

Ta có Su110max/Su110min=112.5/87.5 nếu ta vẫn cho hai máy phát F3, F4 làm việcvới công suất định mức thì công suất truyền lên thanh góp trung áp qua các máybiến áp B3,B4 là SB3+SB4=2(SđmF-Stdmax/4)=2(117,5-22,81/4)=223,6 MVA Do đócông suất luôn truyền từ phía trung sang phía cao Khi Su110min thì công suấttruyền từ trung sang cao là lớn nhất.Vậy trờng hợp nặng nề nhất là khi Su110min (0-4h)

Công suất truyền từ thanh góp trung áp sang phía cao áp của máy biến áp B2 là

Sc(B2) = SH(B2) + ST(B2) = 101,8+136.1=237,9 (MVA)Maý biến áp làm việc ở chế độ truyền công suất từ hạ ,trung lên cao;mà

SC(B2)<Sđm=250 MVA

Lợng công suất phát về hệ thống là:

SHT=SC(B2)-SU220=237,9-79,41=158,49 MVALớn hơn công suất phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình th-ờng Nh vậy máy biến áp đã chọn ở trên đạt yêu cầu

105.13

112.5

111,8

124.85

SHT

111,8

TD

B4110kV

111,8

87.5

237,9

101.85

139,1

158.49

44

HT

III Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thờng :

+ Đối với máy biến áp nối bộ B3 và B4

- Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lênthanh góp, tức là bộ này làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng Khi đó côngsuất tải qua máy biến áp nối bộ đợc tính :

SB3 = SB4 = SđmF - Stdmax/4 = 117,5-22,81/4=111,8 (MVA)

- Tổng phụ tải của 2 máy biến áp B 3 và B4 là :

SB3 + SB4 = 2.111,8 = 223,6 (MVA)+.Phân bố công suất cho các cuộn dây của hai máy biến áp tự ngẫu B1và B2:

- Phía điện áp cao 220kV : Công suất của cuộn dây điện áp cao đợc phân bố theobiểu thức sau :

SC 106,35 110,64 148,37 126,385 125,18

IV Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp :

a MBA hai dây quấn B3, B4:

Tổn thất điện năng trong máy biến áp bộ đợc tính theo công thức

T S

S P T P A A

2

dm

3 B n 0 4

125

8 , 111 400 8760 100

2 4

S P S

S P

dmB

H i H N dmB

T i T N dmB

C i C

2 2

2

.365

Trong đó :

- A : Tổn thất điện năng trong máy biến áp (kWh)

- Po : tổn thất không tải máy biến áp (kW)

-  C N

P  = 520 kW

 C H N

, 0

260 5

, 0

260 520 5 , 0 α

Δ α

Δ Δ

CH N CT N

, 0

260 5

, 0

260 520 5 , 0 α

Δ α

Δ Δ

TH N CT N

5 , 0

-260 5

, 0

260 5 , 0 α

Δ α

Δ Δ

CH N CT N

- VËy tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong m¸y biÕn ¸p cña ph¬ng ¸n 1 lµ:

AP1 =AB1 + AB2

4 , 4135256

5 , 2

=0,17(kA)

2 M¹ch 110kV :

Icbmax =

115 3

Scbmax

(kA)

Trong đó: Scbmax=MAX{Skép,;SscB1)

Scbmax

(kA) Trong đó: Scbmax=MAX{Sđơn,; Sbt;SscB1;Sht}

38 , 123

I Chọn công suất cho máy biến áp :

1) Chọn máy biến áp nối bộ B3, B4 :

- Công suất máy biến áp nối bộ 2 cuộn dây đợc lựa chọn theo điều kiện :

SđmB  SđmF

SđmF = 50 (MVA)Trong đó : - SđmF là công suất định mức máy phát

- SđmB là công suất định mức của máy biến áp chọn

Máy biến áp đã chọn có mã hiệu và tham số trong bảng sau:

Tham số

Mã hiệu

Sđm MVA

Uc kV

Uh kV

Po kW

Pn

2) Chọn máy biến áp liên lạc :

Với nhận xét nh ở phần trên ta chọn máy biến áp liên lạc B1 và B2 là máybiến áp tự ngẫu theo điều kiện sau :

U U c

4 / 82 , 2 50 4 /

II Kiểm tra quá tải của các máy biến áp :

Các máy biến áp bộ có công suất định mức lớn hơn công suất định mức của máyphát điện nên không cần kiểm tra quá tải.Chỉ kiểm tra máy biến áp liên lạc

Các máy biến áp liên lạc đã chọn có công suất định mức lớn hơn công suất cực

đại nên ta không phảI kiểm tra quá tảI bình thờng,ta chi kiểm tra quá tảI sự cốa) Quá tảI sự cố B3 và B4 :

+ Giả thiết sự cố 1 máy biến áp bộ B3 hoặc B4 ứng với thời điểm phụ tải điện áptrung cực đại SUTmax = 91,9 (MVA) Đay là trờng hợp nguy hiểm nhất.

+ Cuộn trung áp của máy biến áp B1 (B2) phải truyền tải sang thanh góp 110kV

STB1(B2) =

2

) 4 / 82 , 2 50 ( 9 , 91 2

) 4 / _(

82 , 2 50

49,3

Trong khi đó thì khả năng tải của cuộn cao 100(MVA); cuộn trung vàcuộn hạ đợc phép tải là .Sđm =0,5.100 = 50 (MVA)

 Cuộn cao , trung và hạ của máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải

Qua phân tích và tính toán ta thấy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

b) Giả thiết máy biến áp tự ngẫu B1 hoặc B2 bị sự cố :

Ta có SUTmax/SUTmin=91,9/64,4.Nếu ta vẫn cho2 máy phát F3,F4 làm việc với côngsuất định mức thì công suất truyền lên thanh góp trung âp qua máy biến ápB3,B4 là:

Nh vậy các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải

- So với công suất cần phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hànhbình thờng thì lợng công suất thiếu hụt là :

123,38 –75,38= 48 (MVA) < SdtHT = 200 (MVA)

 Hệ thống vẫn làm việc ổn định

Nh vậy máy biến áp đã chọ ở trên đạt yêu cầu

III Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thờng :

a) Đối với máy biến áp nối bộ B3 và B4 :

- Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lênthanh góp, tức là bộ này làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng Khi đó côngsuất tải qua máy biến áp mỗi bộ đợc tính :

SB3 = SB4 = SđmF -

4

82 , 2 50 4

B 2 :

- Phía điện áp cao 220kV : Công suất của cuộn dây điện áp cao đợc phân

bố theo biểu thức sau :

- Phía điện áp trug 110kV : Công suất của cuộn dây điện áp trung đợcphân bố theo biểu thức sau :

ST(B1) = ST(B2) =

2

) ( B3 B4

IV Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp :

1- Tổn thất điện năng trong 2 máy biến áp 2 dây cuốn B3 và B4

AB3 = AB4 =(P0 + Pn 2

2

mB

B S

S



).8760Trong đó :

- SđmB : là công suất định mức của máy biến áp

- SB : phụ tải bằng phẳng của máy biến áp

- P0, PN : Tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến

A = AB3 + AB4 = 2.6930,377 = 13860,754 (MWh)

2- Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu tính theo công thức sau:

S P S

S P S

S P

2

mB

H i H N 2

mB

T i T N 2

mB

C i C

Trong đó :

- A : Tổn thất điện năng trong máy biến áp (kWh)

- Po : tổn thất không tải máy biến áp (kW)

-  C N

= 290 kW

 C H N

, 0

145 5

, 0

145 290 5 , 0 α

Δ α

Δ Δ

CH N CT

, 0

145 5

, 0

145 290 5 , 0 α

Δ α

Δ Δ

TH N CT

5 , 0

-145 5

, 0

145 5 , 0 α

Δ α

Δ Δ

CH N CT N

- Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp của phơng án 2 là:

AP1 = 2 AB1 +2 AB2

Scbmax

(kA) Trong đó: Scbmax=MAX{Skép,;1,05Sfđm;SscB1)

Scbmax

(kA) Trong đó: Scbmax=MAX{ Sbt;SscB1;Sht}

38 , 123

= 0,32 (kA)

Ch ơng III Tính dòng điện ngắn mạch

- Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để phục vụ cho việc chọn cáckhí cụ điện : Máy cắt, dao cách ly và các phần tử có dòng điện chạy qua, cácthanh dẫn, cáp Theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệtkhi ngắn mạch

-Dòng ngắ mạch tính toán để chọn khí cụ điện và dây dẫn là dòng ngắnmạch ba pha.Để tính toán dòng ngắn mạch trong đồ án thiết kế này ta ding ph-

ơng pháp gần đúng với kháI niệm điện áp định mức trung bình và chọn điện ápcơ bản bă điện áp định mức trung bình Ucb=Utb các cấp.Công suất cơ bản Scb=100MVA

A.phơng án 1 :

3.1a.chọn điểm ngắn mạch:

- Sơ đồ xác định các điểm cần tính ngắn mạch đợc cho trên hình (3 - 1) Mạch điện áp 110kV và 220kV thờng chỉ chọn 1 loại máy cắt điện, vàdao cách ly, nên ta chỉ tính toán ngắn mạch ở một điểm cho mỗi cấp điện áp Đểxác định điểm tính toán ngắn mạch ta căn cứ vào điều kiện thực tế có thể xảy ra

sự cố nặng nề nhất

- Để chọn các khí cụ điện cho mạch 220kV ta lấy điểm N1 trên thanh góp220kV là điểm tính toán ngắn mạch Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N1 làtất cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống

- Để chọn các khí cụ điện cho mạch 110kV ta chọn điểm N2 trên thanh góp

110 kV Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là các máy phát điện và hệ thống

- Chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện : điểm ngắn mạch N3 và N4.Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 là các máy phát điện và hệ thống.Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 chỉ là máy phát điện F1

- Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng : điểm ngắn mạch N5, nguồn cungcấp là các máy phát điện và hệ thống

Do vậy với điểm ngắn mạch 5 thì

I"N5 = I"N3 + I"N4

3.3a tính dòng ngắn mạch theo điểm:

I Tính điện kháng của các phần tử trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản :

+ Điện kháng của đờng dây đơn nối nhà máy với hệ thống có

XD 0 , 08

230

100 110 4 , 0

S l Xo

+ §iÖn kh¸ng cña m¸y ph¸t ®iÖn : ta cã X"d = 0,2

XF = Xd"

50

100 2 , 0

  11 32 20 11 , 5

2

1 2

U U

U U

5 , 11

cb NC

S

S U

200

100 100

5 , 20

S

S U

0 230

3 2000

3

U S

I I

= 2,06 (kA)

) ( 16 , 2 43 , 0 230 3

2000

3

U

S I I

Xtt = X2 0 , 358

100

200 179 ,

Tra đờng cong tính toán đối với máy thuỷ điện ta đợc :

I*0 = 2,8 , I* =2,1Trong hệ đơn vị tơng đối ta tính đợc :

I"nm = I*0

230 3

200 8 , 2



cb

F dm U

S

=1,4 (kA)

Inm = I*

230 3

200 1 , 2



cb

F dm U

S

= 1,05(kA)Vậy trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 là :

I"N1 = I"HT + I"nm = 2,06+1,4 =3,46 (kA)

IN1 = IHT + Inm = 2,16+1,05=3,21(kA)Dòng điện xung kích có trị số là :

- Tra đờng cong tính toán có : I*0 = 0,34 , I* = 0,35

+ Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống

34 ,

0 230

3 2000

3

U S

I I

= 0,34 (kA)

) ( 35 , 0 35 , 0 230 3

2000

3

U

S I I

200

3 , 3



cb

dmF U

S

= 3,3 (kA)

Inm = I*

115 3

200

25 , 2



cb

dmF U

S

= 2,25(kA)Vậy trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là :

I"N2 = I"HT + I"nm = 0,34+ 3,3 = 3,64 (kA)

100 5

3

2

100 5 , 2

3

2