Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

Đề xuất phương án Để liên lạc giữa hai hệ thống 110kV và 220kV ta có thể sử dụng máy biến áp ba cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu nhưng do tính ưu việt của máy biến áp tự ngẫu so với máy

CHƯƠNG I CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG 

v/ph

S MVA

P MW

φ        (1.1) 

max (t)

P %.P

P =t

100        (1.2)Trong đó:  

0 100 200 300 400 500 600

nm max

nmmax td

P Cos 

Snm(t)      : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t α% : Số phần trăm lượng điện tự dùng

cos Mtd  : Hệ số công suất tự dùngTheo công thức (1.3) ta được bảng sau:

t(h) 0­04 04­06 06­08 08­10 10­12 12­14 14­18 18­20 20­24

Bảng 1.3:Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải tự dùng.

0 10 20 30 40 50

Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy

Std(MVA)

t(h)

Hình 1.2:Đồ thị phụ tải  tự dùng nhà máy 1.2.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát(phụ tải địa phương)

Phụ tải điện áp máy phát có Udm= 10,5kV; PUF max = 18 MW; cosM = 0,92.

Đồ thị phụ tải địa phương

SUF (MVA)

t(h)

Hình 1.3:Đồ thị phụ tải địa phương

SUT (MVA)

t(h)

Hình 1.4:Đồ thị phụ tải điện áp trung 1.2.5 Đồ thị phụ tải điện áp cao áp

Phụ tải cao áp có Udm= 220 kV;  PUC max= 140 MW;  cosM = 0,87

­10 10 30 50 70 90 110 130 150

Đồ thị phụ tải điện áp cao

SUC (MVA)

t(h)

Hình 1.5:Đồ thị phụ tải điện áp cao 1.2.6 Đồ thị công suất phát về hệ thống

0 5 10 15 20 25 0

100 200 300 400 500

600

Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

Snm SuF SuT Std SvHT SuC

uVậy phụ tải điện áp máy phát nhỏ có thể lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát điện – máy biến áp mà không cần thanh góp điện áp máy phát

1.3.2  Hệ 

thống

Hệ thống có lượng công suất dự trữ là Sdt 200MVA

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP

2.1. Đề xuất phương án

Để liên lạc giữa hai hệ thống 110kV và 220kV ta có thể sử dụng máy biến áp ba cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu nhưng do tính ưu việt của máy biến áp tự ngẫu so với máy biến áp ba dây quấn như tổn thất điện năng bé, kích thước trọng lượng cũng như tiêu hao vật liệu bé, hiệu suất lại cao, linh hoạt trong vận hành nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai hệ thống. Hơn nữa, điện áp ở hệ thống 220kV và phía trung áp 110 kV đều là mạng trung tính nối đất trực tiếp nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai hệ thống là hoàn toàn phù hợp

Ta thấy: 

uF max

đm F

19,57S

uNên ta không cần sử dụng thanh góp điện áp máy phát

 Do :

TA max

TA min

169, 4114

Với các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau:

¾ Phương án 2HTĐ220kV110kVB5F3BUT1/2SUFF51/2SUFStdF4B4StdSUC

   + Nhược điểm: Dùng ba loại máy biến áp gây ra khó khăn trong việc vận hành và bảo vệ. Ngoài ra số thiết bị bên phía cao áp nhiều nên vốn đầu tư cao

      +  Nhược  điểm:  Số  lượng  thiết  bị  nối  với  phía  cao  áp  nhiều  nên  vốn  đầu  tư  lớn. Dùng ba loại MBA nên khó khăn trong việc vận hành và bảo vệ. Sơ đồ phức tạp nên khó khăn khi vận hành và sửa chữa

Kết luận:

Qua phân tích như trên ta thấy phương án 1 và 2 có nhiều ưu điểm như vận hành tin cậy,  đảm  bảo  độ  tin  cậy  cung  cấp  điện,  vốn  đầu  tư  ít,  đơn  giản  nên  dễ  vận  hành  …  hơn phương án 3. Do đó ta chọn phương án 1 và phương án 2 để tính toán cụ thể, so sánh các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật để chọn phương án tối ưu

2.2. Tính toán chọn máy biến áp

2.2.1.Phương án 1

HTĐ 220 kV 110 kV F 3B

Với D là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:

C T C

U ­U 220­110

Do đó :

2.2.1.3. Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp

™ Máy biến áp 2 cuộn dây B3,B4, B5

Vì công suất của máy biến áp B3, B4, B5 đã được chọn lớn hơn công suất định mức của máy phát điện. Đồng thời từ 0 ­ 24h luôn cho bộ máy phát điện ­ máy biến áp này làm việc với phụ tải bằng phẳng nên đối với máy biến áp 2 cuộn dây ta không cần phải kiểm tra khả năng quá tải

Ta  thấy  Smaxnt D(SHTNSTTN) 94,97(MVA) Snt   đm 125 (MVA)

 do  đó  máy  biến  áp không bị quá tải trong chế độ bình thường

Quá tải sự cố

¾ Sự cố  MBA B3 (hoặc B4, B5) lúc phụ tải bên trung cực đại

Ta thấy tại thời điểm t = 06 ­ 08(h); 10 – 12(h); 18 – 20(h)  phụ tải bên trung cực đại khi đó: SUT max 169,41 (MVA)

Ta thấy: 

S D(S S ) 123,24(MVA) D.k S 0,5.1,4.250 175 (MVA)do  đó  máy  biến 

áp không bị quá tải trong chế độ sự cố này

TTN UT min B3

S (t) = S ­ 3.S 141,18 3.108,13 183,21 MVA

UT min HTN F

2 đmF

VHTmax cb(1)

6 0

™ Mạch máy biến áp nối bộ MF­MBA

đmF bt

đmF bt

Fdm cb(2) bt

3.U 3.10,5

I =1,05 I =1,05 6,47 = 6,79 kAu uVậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp 10,5kV là :

HTĐ 220 kV 110 kV B 5F 3B UT 1/2S UF F 51/2S UF Std F 4B 4Std S UC

ta cho phát hết công suất từ 0 ­ 24h , tức là làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng :  

Máy biến áp tự ngẫu làm việc hoàn toàn bình thường ở chế độ này,không bị quá tải

2.2.2.3. Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp

™ Máy biến áp 2 cuộn dây B3,B4,B5

Với máy biến áp hai cuộn dây không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi nếu một trong hai phần tử máy phát hoặc máy biến áp bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố

Ta  thấy:       Smaxnt D(SHTNSCTN) 67,94 (MVA) Snt đm 125 (MVA)  do  đó  máy  biến  áp 

không bị quá tải trong chế độ bình thường

Quá tải sự cố

¾ Sự cố  MBA B3(hoặc B4) lúc phụ tải bên trung cực đại

Ta thấy tại thời điểm t = 06 ­ 08(h); 10 – 12(h); 18 – 20(h)  phụ tải bên trung cực đại khi đó: SUT max 169,41 (MVA)

TTN UT max B3

S (t) = S 2S 169,41 2.108,13 46,85 (MVA)

UTmax HTN F

TTN UT min B3

S (t) = S S 141,18 2.108,13 75,08 (MVA)

UT min HTN F

VHTmax cb(1)

5 2

™ Mạch máy biến áp nối bộ MF­MBA

đmF bt

đm

S 117,65

3.U 3.110

cb(2) bt

I =1,05 I u 1,05 0,62 0,63kA u

™ Mạch máy biến áp liên lạc

Tmax cb(3)

Fdm cb(2) bt

3.U 3.10,5

I =1,05 I =1,05 6,47 = 6,79 kAu uVậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp 10,5kV là :

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

3.1 Chọn sơ đồ thanh góp

3.1.1 Phương án 1

Ta có sơ đồ nối điện như sau:

B 220 kV 110 kV

2 

lộ kép

Hình 3.1:Sơ đồ nối điện phương án 1 3.1.2 Phương án 2F1220kV110kVLộ kép về hệ thống2 lộ kép & 2 lộ đơnF22 lộ kép

3.2 Tính toán chỉ tiêu kinh tế 3.2.1 Các chỉ tiêu đánh 

giá

Mục đích của chương này là tính toán so sánh các phương án về mặt kinh tế để từ đó lựa chọn ra phương án vừa đảm bảo tính kỹ thuật vừa thỏa mãn tiêu chí kinh tế nhất.Để so sánh về mặt kinh tế giữa 2 phương án ta quan tâm đến:

+ Vốn đầu tư + Chi phí vận hành hàng năm. 

B B B

V  = ¦K vvới : 

 ­ ni : số mạch cấp điện áp i

­ vTBPPi : giá thành mỗi mạch TBPP cấp điện áp i

3.3.1.2  Chi phí vận hành hàng năm

Chi phí vận hành của các phương án được tính theo công thức sau:

k p t

P = P  + P  + P

Trong đó : + Pk : tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn,đ/năm:

k

a%V

P  = 100

với : 

­ a : định mức khấu hao %, lấy a= 8,4%

­ V: vốn đầu tư của một phương án+ PP : chi phí phục vụ thiết bị (sửa chữa thường xuyên và tiền lương công nhân đồng/năm). Chi phí này tạo nên một phần không đáng kể so với tổng chi phí sản xuất, mặt khác nó cũng khác nhau ít giữa các phương án so sánh nên khi đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án có thể bỏ qua chi phí này

+ Pt : chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong MBA

t

P  =  β.ΔA

9 9 9 9 TBPP 1 2 3

Chi phí khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn:

9

9 2

+Vốn đầu tư: V1 < V2

+Chi phí vận hành hàng năm: P1 < P2

Ta thấy:2 phương án có độ chênh lệch về chi phí vận hành không quá 5%,ta quay lại chọn theo vốn đầu tư

Vậy phương án 1 là phương án có lợi hơn về mặt kinh tế do đó ta lựa chọn phương án 

1 làm phương án thiết kế nhà máy điện

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

4.1. Mục đích

Việc tính toán dòng điện ngắn mạch nhằm giúp cho việc chọn đúng các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch xảy ra

đm cb

cb đm

110 B

cb đm

X =X × × = 0,183× = 0,195

4.2.2 Tính các điểm ngắn mạch

HB 2

X

B 3

X

B 4

X

CB 1

X

CB 2

X

TB 2

X

TB 1

E HT X 1 X 2 X 3 X 4 E 12 E 345 N 1

Ghép các nguồn E12, E345 song song ta có:

i =  2.k I (0) = 2.1,8.7,09 = 18,05(kA)

HB 2

X

B 3

X

B 4

X

CB 1

X

CB 2

X

TB 2

X

TB 1

I (0) 4,2

Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

110 '' cb

i = 2.k I (0) =  2.1,8.13,49 = 34,34(kA)

c.Điểm ngắn mạch N3

HB 2

X

B 3

X

B 4

X

CB 1

X

CB 2

X

TB 2

X

TB 1

đmF ttF F

3:

3

'' xk

I (0) = I (0) + I (0) = 34,54 + 28,46 = 64,00(kA)Dòng xung kích:

'' xkN4 xk N4

CHƯƠNG V CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ THANH DẪN

máng. Tra bảng phục lục XII.3(Sách Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp­PGS.Nguyễn  Hữu Khái) ta có bảng thông số như sau:

y y

0

h

y h

1 1

y0­y0

M

σ  =  W

­8 3 2 tt1

1 y0­y0

y­y

M

σ  =  W

F l

M = 12

6 y0­y0

r 2

E.J 103,65

f  = 

γTrong đó :

+ Kiểm tra ổn định động: F’tt d Fcp = 0,6.Fph

Trong đó:

+Fcp  : lực cho phép tác dụng lên đầu sứ  kG+Fph  : lực phá hoại định mức của sứ  kG+F’tt  : lực động điện đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch 3 pha     

Với Ftt: lực tính toán trên khoảng vượt của thanh dẫn

ở trạng thái  khô kV

Lực phá hoại  nhỏ nhất Fph kG

Chiều cao  H mm

5.2 Lựa chọn thanh góp và thanh dẫn mềm

Thanh dẫn và thanh góp mềm được lựa chọn theo điều kiện dòng điện làm việc lâu dài cho phép: 

Tương tự như phần chọn thanh dẫn cho mạch máy phát ta chọn thanh dẫn mềm là dây dẫn  trần  bằng  đồng  có  nhiệt  độ  lâu  dài  cho  phép  là θ =70 Ccp 0 ,  nhiệt  độ  môi  trường  xung 

cp 0 đm

θ  ­ θ 70 ­ 35

θ  ­ θ 70 ­ 25Theo tính toán dòng cưỡng bức phía cao áp (bảng 2.5 – trang 21) ta có dòng cưỡng bức lớn nhất là: Icb =  0,332 kA. Vậy ta có dòng điện cho phép qua dây dẫn trong chế độ làm việc lâu dài bằng:

cb cp hc

Tiết diện chuẩn

nhôm/thép

Tiết diện, mm 2 Đường kính, mm Icp

(A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép

B = I

Với  giả  thiết  thời  gian  tồn  tại  ngắn  mạch  là  1s,  theo  kết  quả  tính  toán  ngắn  mạch  ở chương III (Ngắn mạch tại điểm N1) ta có:

220

đm 4 '' '' '' cb

SI

, với Δt = 0,1

2 2 2 20,2 0,5

, với Δt = 0,3

2 2 2 20,5 1

vq đm

cp 0 đm

θ  ­ θ 70 ­ 35

θ  ­ θ 70 ­ 25

Theo tính toán dòng cưỡng bức phía trung áp (bảng 2.5 – trang 21) ta có dòng cưỡng bức lớn nhất là: Icb =  0,414 kA. Vậy ta có dòng điện cho phép qua dây dẫn trong chế độ làm việc lâu dài bằng:

cb cp hc

I 0,414

k 0,882t

B

Ct

n 2 NCK t bi i i=1

tt5

I (0) 4

Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

110 '' cb

Dòng điện ngắn mạch ở điểm N2 tại thời điểm t bất kì được tính theo công thức:

110

đm 4 '' '' '' cb

SI

2 2 2 20,1 0,2

U 84.m.r.lg 84.0,85.0,945.lg 183,76kV U 110kV

Đại lượng định mức Icb

(kA) I

’’

N (kA) (kA) ixk (kV) Uđm (kA) Iđm Icắt đm (kA) (kA) iôđđ

U đm

mạng  điện kV

Các đại lượng tính toán

Ký hiệu dao  cách ly

Các đại lượng  định mức

0,414 6,085 15,490Máy phát N3 10 4,33 9,549 24,308 PBK­20/5000 20 7 250

Tự dùng ­ Phụ tải địa phương

Việc chọn máy biến điện áp và máy biến dòng phụ thuộc vào tải của nó. Điện áp định mức của chúng phải phù hợp với điện áp định mức của mạng

5.5.1  Chọn  máy  biến  điện 

áp(BU)

Chọn BU theo điều kiện:

+Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp+Điện áp: UđmBU =Umạng 

+Cấp chính xác: 0,5+Công suất định mức: SđmBU tS2

5.5.1.1 Chọn BU cho cấp 10kV

2 2 2

Điện áp định mức,V

Công suất định  mức,VA cực đại,VA Công suất  Cuộn sơ cấp Cuộn thứ  cấp

2

a b(I I ) .l (0,2 0,34).0,0175.50

5.5.1.2 Chọn BU cho cấp 220kV và 110kV

Phụ tải phía thứ cấp của BU phía 110 KV và 220 KV thường là các cuộn dây điện áp của đồng hồ có tổng trở lớn,công suất nhỏ nên không cần tính toán phụ tải

Nhiệm vụ chính của các BU ở các cấp điện áp này là kiểm tra cách điện và đo lường điện áp do vậy ta chọn ba biến điện áp một pha đấu Y0/Y0 có thông số như sau:

VA theo  cấp chính  xác

Công  suất cực  đại VA cuộnsơ cấp cuộn thứ 

cấp chính

cuộn thứ  cấp phụ 1

Cấp chính  xác hay ký  hiệu cuộn thứ  cấp

Phụ tải định mức  ứng với cấp chính  xác, :

Từ đó suy ra tiết diện dây dẫn:

2 tt

Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện 6 mm2 làm dây dẫn từ BI tới dụng cụ đo

1000 A

Máy biến dòng không cần kiểm tra ổn định động vì: nó quyết định bởi điều kiện ổn định động thanh dẫn mạch máy phát

Dòng điện định  mức, A

Cấp  chính xác  hay ký  hiệu cuộn  thứ cấp

Phụ tải định  mức ứng với  cấp chính  xác, :

Bội số 

ổn  định  động

   Ta có :  2.Kôdd.IđmSC = 2.110.0,4 = 62,23 > ixk = 15,490kA

bt kt kt

24

i i i=0 max

3 3 max

kt kt

I 137,46

F F = = =68,73 mm

tVậy tiết diện đường dây kép là F = 70 mm2, với Icp = 215 A

cp ch

θ ­θ 60­25

θ ­θ 60­15+k2 = 0,9 đối với cáp kép

Vậy I =0,882.0,9.215=170,667 A > I'cp bt. Do đó dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng bình thường

™ Kiểm tra điều kiện làm việc cưỡng bức của cáp:

Khi sự cố một lộ, lộ còn lại phải mang tải với khả năng quá tải của mình mà vẫn đẩm bảo tải dòng điện. Điều kiện:

SC qt

SC qt

K

= 1,3

Có I =1,3.0,882.1.215=246,52'cp  A < I

cb = 2.134,2 = 268,54 A. Vậy dây dẫn đã chọn không thỏa mãn. Ta phải tăng tiết diện cáp lên: F = 95 mm2, với Icp = 265 A

Ta có: 

bt ' cp

SC qt

K

= 1,3

Có I =1,3.0,882.1.265=303,95'cp  A > I

cb = 2.137,46 = 274,92 A. Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn. 

5.6.2.1. Tính toán dòng cưỡng bức

Dòng cưỡng bức qua kháng là khi phụ tải địa phương lớn nhất và sự cố 1 kháng điện:

đfmax cbK

Để thiết bị phân phối đỡ cồng kềnh thường dùng một kháng cho một số đường dây . Trong điều kiện làm việc bình thường, dòng qua kháng chính là dòng qua phụ tải, do đó tổn thất điện áp trên không lớn. Vì vậy mà điện kháng phải chọn không quá 8 % với kháng đơn 

và không quá 16 % với kháng kép 

Để chọn XK% ta thành lập sơ đồ thay thế tính ngắn mạch sau:

X HT X K MC 1 X C1 MC 2 X C2

Các điểm ngắn mạch trong sơ đồ:

+Điểm N4: điểm ngắn mạch tại nơi đấu kháng điện (điểm ngắn mạch phục vụ chọn tự dùng và phụ tải địa phương)

+Điểm  N5:  điểm  ngắn  mạch  ngay  sau  máy  cắt  1  đầu  đường  dây  cáp  1,  phục  vụ  cho chọn máy cắt 1 và ổn định nhiệt cho cáp 1 khi ngắn mạch

+Điểm N6: điểm ngắn mạch ngay sau máy cắt 2 đầu đường dây cáp 2 dùng để phục vụ cho việc chọn máy cắt 2 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 2 khi ngắn mạch

Trong đó:

XHT: Điện kháng hệ thống tính đến điểm đấu kháng điện

10 cb

HT ''N4

I 10,997

I 38,829+XK%: điện kháng kháng điện (cần tìm)

6

HT K

I 10,997

X +X 33,33+1,1Dòng điện xung kích:

5.7.1.  Chọn  chống  sét  van  cho  thanh 

góp 

Trên các thanh góp 220 kV và 110 kV đặt các chống sét van với nhiệm vụ quan trọng 

là chống quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm. Vì vậy các chống sét van được chọn theo điện áp định mức của mạng lưới điện

Trên thanh góp 110 kV ta chọn chống sét van loại PBC­ 110 có  U =110đm  kV, đặt 

trên cả ba pha

5.7.2. Chọn chống sét van cho máy biến áp 

+ Chống sét van cho máy tự ngẫu : Các máy biến áp tụ ngẫu do có sự liên hệ về điện giữa cao và trung áp nên sóng điện 

Điện áp dư còn lại truyền tới cuộn dây của máy biến áp vẫn rất lớn có thể phá hỏng cách điện của cuộn dây,đặc biệt là phần cách điện ở gần trung tính nếu trung tính cách điện. 

Vì vậy tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây cần bố trí một chống sét van

Tuy  nhiên  do  điện  cảm  của  cuộn  dây  máy  biến  áp  biên  độ  đường  sét  khi  tới  điểm trung tính sẽ giảm một phần, do đó chống sét van đặt ở trung tính được chọn có điện áp định mức giảm một cấp

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG

6.1 Sơ đồ điện tự dùng

Điện  tự  dùng  là  một  phần  điện  năng  không  lớn  nhưng  lại  giữ  một  phần  quan  trọng trong quá trình vận hành nhà máy điện, nó đảm bảo hoạt động của nhà máy: như chuẩn bị nhiên liệu, vận chuyển nhiên liệu, bơm nước tuần hoàn, quạt gió, thắp sáng, điều khiển, tín hiệu và liên lạc   

SSαS =

nt

      Trong đó : 

D là hệ số % tự dùng

n là số máy phát trong nhà máy

tdmax đmB1

SđmB kVA

'P 0 kW