Đồ án tốt nghiệp ngành điện do minh duc

Cùng với sự phát triển của hệ thống điện, cũng như sự phát triển hệ thống năng lượng quốc gia là sự phát triển của các nhà máy điện.. Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế kĩ thuật tro

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành điện nói riêng và ngành năng lượng nói chung đóng góp một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Nhà máy điệnlà một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống điện Cùng với sự phát triển của hệ thống điện, cũng như sự phát triển hệ thống năng lượng quốc gia là sự phát triển của các nhà máy điện

Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế kĩ thuật trong thiết kế nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung cũng như hệ thống điện nói riêng… Sau khi học xong chương trình của nghành hệ thống điện, và xuất phát

từ nhu cầu thực tế, em được giao nhiệm vụ thiết kế các nội dung sau:

Phần I: Thiết kế phần điện trong nhà máy thủy điện, gồm 4 tổ máy với công suất mỗi tổ máy là 63MW, cung cấp điện cho phụ tải địa phương, phụ tải cấp trung áp 110 kV, phụ tải cấp điện áp cao áp 220 kV và phát về hệ thống qua đường dây kép dài 50 Km

Phần 2: Thiết kế trạm hạ áp 22/0,4kV

Em xin chân thành cám ơn: các thầy cô giáo Trường đại học Điện Lực đã trang bị kiến thức cho em trong quá trình học tập

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo trực tiếp hướng dẫn

em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp là TS Nguyễn Nhất Tùng

Tuy nhiên, do thời gian và khả năng có hạn, tập đồ án này không thể tránh khỏi nhưng thiếu sót, em mong nhận được những lời nhận xét, góp ý của các thầy cô để em rút kinh nghiệm và bổ xung kiến thức còn thiếu

Em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày 9 tháng 1 năm 2014

Sinh viên

Đỗ Minh Đức

PHẦN I :THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT,CHỌN PHƯƠNG

ÁN NỐI DÂY

Ở chương này công việc là tính toán xác định các phụ tải ở các cấp điện áp và lượng công suất cần thiết để trao đổi với nhà máy.Xây dựng các bảng phân phối và cân bằng công suất toàn nhà máy.Sau đó lựa chọn ra các phương án nối điện an toàn hợp lý Quá trình tính toán như sau:

1 Tính toán chọn máy phát điện

2 3000 78,75 63 10,5 0,8 4,33 0,153 0,224 2,199

2 Tính toán cân bằng công suất

2.1 Phụ tải toàn nhà máy

Đồ thị phụ tải toàn nhà máy được xác định như sau:

TNM

P : Công suất tác dụng lớn nhất của phụ tải toàn nhà máy

TNM

S (t) : Công suất biểu kiến của phụ tải toàn nhà máy tại thời điểm t

cosj : hệ số công suất định mức (=0,8)

Ta có bảng công suất phụ tải toàn nhà máy tại thời điểm t

Bảng 1.2 : Bảng biến thiên công suất phụ tải toàn nhà máy

t, h 50

100 150 200 250 300 350

α%: lượng điện phần trăm tự dùng, Với α=11,2%

TD

cosφ : hệ số công suất phụ tải tự dùng, Cosφ=0,82

PTNM, STNM: công suất tác dụng và công suất biểu kiến định mức toàn nhà máy

STNM(t): công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

Bảng 1.3 : Bảng biến thiên công suất phụ tải tự dùng

Hình 1.2: Đồ thị công suất tự dùng nhà máy

S(t) : công suất phụ tải thời điểm t

pmax : công suất cực đại của phụ tải

cosj: hệ số công suất

P%(t) : phần trăm công suất của phụ tải tại thời điểmt

2.3.1 Phụ tải địa phương (Phụ tải cấp điện áp máy phát)

8.04

9.19

10.34

9.19

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải địa phương:

2.3.2 Phụ tải cấp điện áp trung 110kV

Phụ tải cấp điện áp trung có PUTmax= 120 MW, cosj = 0,88

UT UT

Bảng 1.5 : Bảng biến thiên công suất phụ tải cấp điện áp trung

Hình 1.4: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung:

2.3.3 Phụ tải cấp điện áp cao 220kV

Phụ tải cấp điện áp cao có PUCmax= 70 MW, cosj = 0,86

UC UC

0 6 9 12 16 20 22 24 t, h

S , MVA

10 20 30 40 50 60 70 80

Hình 1.5: Đồ thịphụ tải điện áp phía cao

2.4 Bảng cân bằng công suất toàn nhà máy :

Ta xác định công suất của toàn nhà máy theo biểu thức :

STNM(t) S = TD(t) S + UT(t) S + UF(t) S + UC(t) S + VHT(t)

Công suất phát vào hệ thống:

SVHT(t) S = TNM(t) (S - TD(t) S + UT(t) S + UF(t) S + UC(t))

Trong đó:

+ S TNM( )t : Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

+ S VHT( )t : Công suất tự phát về hệ thống tại thời điểm t

+ S UF( )t : Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t

+ S UT( )t : Công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t

+ S UC( )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

Bảng 1.7 : Bảng cân bằng công suất toàn nhà máy

Từ bảng 1.7 ta có đồ thị phụ tải toàn nhà máy sau:

Hình 1.6: Đồ thị phụ tải tổng của nhà máy:

- Công suất phát vào hệ thống: SVHT max= 75,41MVA và SVHT min= 37,38MVA

Có SVHT max < SdtHT à nhà máy làm việc ổn định với hệ thống

3 Đề xuất các phương án nối dây cho nhà máy:

3.1 Các nguyên tắc tuân thủ :

-Nguyên tắc 1:Khi phụ tải địa phương có công suất nhỏ thì không cần thanh góp điện áp MF,mà chúng được cấp điện trực tiếp từ các đầu cực, quan trọng là nó phải thỏa mãn đk cho phép rẽ nhánh từ đầu cực máy phát một lượng công suất không quá 15%

DPmax dmF

bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây bên trung.Ta so sánh công suất phụ tải phía trung khi lớn nhất SUTmax=122,72(MVA)và nhỏ nhất SUTmin =109,09(MVA), với SdmMPD =78,75MVA

Khi đó ta có:

Vậy không thể ghép một số máy phát chung với máy biến áp

3.2 Đề xuất các phương án nối điện

Dựa trên cơ sở đã xét,ta đề xuất ra ba phương án nối điện như sau:

Phụ tải địa phương UF được cung cấp điện qua hai máy biến áp nối với máy phát

- Số lượng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giá thành

hạ hơn giá máy biến áp 220kV

- Sơ đồ nối điện đảm bảo kinh tế , kỹ thuật, cung cấp điện liên tục, vận hành đơn giản

Nhược điểm: Tổng công suất phát của 2 bộ MPĐ –MBA luôn lớn hơn công suất phụ tải

bên trung 2 2.78, 75 157, 5 max 122, 72

S = = MVA S> = MVAnên phần công suất còn thừa truyền qua MBA tự ngẫu Do đó công suất này phải hai lần truyền qua máy biến áp gây tổn thất trong truyền tải

hệ thống và cung cấp điện cho phía 110kV

Hình 1.10: Sơ đồ nối điện của phương án 4 Nhận xét

Nhà máy dùng bốn bộ máy phát – máy biến áp nối vào thanh góp 110kV và dùng hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp và cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát

Ưu điểm:Đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải

Nhược điểm:

Số lượng máy biến áp nhiều nên vốn đầu tư lớn

Sơ đồ phức tạp; vận hành kém linh hoạt, xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn

Lượng công suất truyền tải qua 2 lần MBA nên không có lợi về mặt tổn thất Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó

B4

TD F4

B3

TD F3 13,8 kV

CHƯƠNG II CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

Ở chương này ta sẽ tính toán và lựa chọn công suất cho các máy biến áp cho hai phương án đã được chọn, máy biến áp được chọn phải đảm bảo hoạt động an toàn trong điều kiện bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất

UC

S

Hình 2.1: Sơ đồ nối điện của phương án 1

1 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp

1.1 MBA hai cuộn dây B1 và B4 trong sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộn dây:

Công suất tải qua MBA được tính như sau:

n : số tổ máy của nhà máy thiết kế, n = 4

SdmF : công suất của một tổ hmáy phát

1

Sbo1 Sbo4 78,75 34, 42 70,15 MVA

4

Phần công suất còn lại do các máy biến áp liên lạc đảm nhận

1.2 Phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp tự ngẫu B2, B3 :

Ta có phân bố công suất như sau:

SđmF : công suất định mức máy phát

SđmB : công suất định mức máy biến áp ta chọn

Áp dụng để chọn máy biến áp ta có:

SđmF = 78,75 ( MVA ) →S dmB ³ 78,75(MVA) ta chọn được máy biến áp có thông số :

Bảng 2.2 : Bảng thông số MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ

2.2 Chọn máy biến áp liên lạc B2, B3

Với nhận xét như ở trên ta chọn các máy biến áp liên lạc B2, B3 là các máy biến áp tự ngẫu với hệ số độ lợi α =0,5

Công thức xác định công suất định mức MBA tự ngẫu như sau :

à Ta chọn MBATN có các thông số cho trong bảng sau:

Bảng 2.3 : Thông số máy biến áp tự ngẫu :

3 Kiểm tra quá tải của các máy biến áp :

3.1 Các máy biến áp nối bộ B1, B4 :

Đối với MBA 2 cuộn dây: MBA này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ, như vậy chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp và được điều chỉnh trực tiếp bằng tự động điều khiển kích thích (TĐK) của MF

3.2 Các máy biến áp liên lạc B2 và B3 :

TH1: Hỏng 1 bộ bên trung khi phụ tải trung cực đại

SUTmax =122,72 ( MVA ) trong thời điểm từ 9h – 12h

- Điều kiện kiểm tra quá tải của máy biến áp liên lạc B2,B3:

ax 2( 3)

Hình 2.2 : Sự cố hỏng máy biến áp bộ (B4) tại thời điểm phụ tải bên trung cực đại

Phân bố công suất khi sự cố là :

Ta có: Smaxthua SmaxPH =66,88 (MVA)

Ta kiểm tra điều kiện quá tải theo công thức sau:

ch

S k Ssc

qt  dmB

66,88 0,5.1, 4.160 112(MVA)

Vậy thỏa mãn điều kiện

Lượng công suất thiếu của nhà máy phát về hệ thống được tính theo công thức:

Vậy nên khi bị sự cố một bô MPĐ-MBA bên trung thì hệ thống vẫn huy động đủ được lượng công suất thiếu hụt.

TH2: Hỏng 1 máy biến áp liên lạc tại phụ tải trung cực đại

Ta có sơ đồ sau:

Hình 2.3 : Sự cố hỏng máy biến áp tự ngẫu (B3) tại thời điểm phụ tải bên trung cực đại

Ta kiểm tra điều kiện quá tải của máy biến áp liên lạc B2:

m a x.kq ts c.Sd m B 2 ( B 3 ) Sb o B 4 SU T

0 , 5 1, 4 1 6 0 7 0 , 1 5 1 8 2 , 1 5 1 2 2 , 7 2 (M V A )

Thỏa mãn điều kiện quá tải

Phân bố lại công suất:

Vậy thỏa mãn điều kiện

♦ Lượng công suất thiếu được tính theo công thức:

TH3: Hỏng 1 máy biến áp liên lạc tại phụ tải trung cực tiểu

Ta kiểm tra điều kiện quá tải cua máy biến áp liên lạc B2:

m in kq tsc.Sd m B 2(B 3) Sb o B 4 SU T

0, 5 1, 4 1 6 0 7 0,1 5 1 8 2,1 5 9 5, 2 4 (M V A )

Thỏa mãn điều kiện quá tải

Phân bố lại công suất ( ta xét thời điểm 6-9h)

Vậy thỏa mẫn ðiều kiện

Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

Vậy hệ thống làm việc ổn định

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

4 Tính toán tổn thất điện năng trong nhà

4.1 Tính tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 dây quấn

Máy biến áp mang tải bằng phẳng Sbo cả năm:

4.2 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu

Đối với 2 MBATN B2 và B3 nhà chế tạo chỉ cho thông số của

A = A b+ A TN = + + = MWh

UC S

Hình 2.4 : Sơ đồ nối điện phương án 2

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

2.1.1 Đối với các máy biến áp nội bộ B3,B4 :

2.1.2 Phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp tự ngẫu B1, B2 :

- Công suất truyền phía cao của các máy biến áp tự ngẫu sang các phía của máy biến áp:

Bảng 2.7: Bảng tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của máy biến áp

Giờ 0÷ 6 6÷ 9 9÷ 12 12÷ 16 16÷ 20 20÷ 22 22÷ 24

SPC MVA 55,32 51,25 61,245 74,335 73,76 74,05 68,06

SPT MVA -15,61 -15,61 -8,79 -8,79 -8,79 -15,61 -15,61

SPH MVA 39,715 35,645 52,455 65,545 64,97 58,445 52,455

2.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA

2.2.1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây

Trong phương án 2 này máy biến áp 2 cuộn dây chọn tương tự như trong phương án 1.Chỉ khác biệt ở chỗ máy biến áp B3 và B4 giống nhau và giống B4 của phương án 1

Bảng 2.8 : Bảng thông số MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ

2.2.3 Kiểm tra quá tải của các máy biến áp

TH1: Hỏng 1 bộ bên trung khi phụ tải trung cực đại

SUTmax =122,72 ( MVA ) trong thời điểm từ 9h – 12h

Ta kiểm tra điều kiện điều kiện quá tải của máy biến áp liên lạc B1,B2:

Thỏa mãn điều kiện quá tải:

Phân bố lại công suất

Vậy thỏa mãn điều kiện

*Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

U Tm SUC

Hình 2.5: Sự cố hỏng máy biến áp bộ (B4) bên trung tại thời điểm phụ tải trung

cực đại

TH2: Hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải trung cực đại

Điều kiện quá tải của máy biến áp liên lac B1:

max kqtsc.SdmB 2Sbo SUT

0, 5.1, 4.160 224 2.70,15 122, 72 17, 58(M VA )

Thỏa mãn điều kiện quá tải

Phân bố lại công suất:

Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

HT D

C P

Hình 2.6: Sự cố hỏng máy biến áp tự ngẫu (B2) tại thời điểm phụ tải bên trung cực đại

TH3: Hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải trung cực tiểu

Điều kiện quá tải của máy biến áp liên lạc B1:

Sthua SPC  S PH S PT    ,86(MVA)

Ta kiểm tra lại điều kiện quá tải:

max sc

Sthua k Sqt dmB47,86 0,5.1,4.160 112(MVA)

a

£

Vậy thỏa mãn điều kiện

Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

UT SUC

SCC thi

2.2.4.2 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu

Làm tương tự như trong phương án 1,với:

Tính toán ta cs kết quả ở bảng sau:

Bảng 2.10: Phân bố công suất và tính tổn thất ðiện nãng của phýõng án 2

Giờ 0÷ 6 6÷ 9 9÷ 12 12÷ 16 16÷ 20 20÷ 22 22÷ 24

SCC,MVA 55,32 51,25 61,25 74,34 73,76 74,05 68,06

SCT ,MVA -15,61 -15,61 -8,79 -8,79 -8,79 -15,61 -15,61

SCH,MVA 39,72 35,65 52,45 65,55 64,97 58,45 52,45 ( )

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KINH TẾ KĨ THUẬT,

CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối

Việc chọn sơ đồ thiết bị phân phối được căn cứ vào số mạch đường dây đấu nối vào chúng, theo yêu cầu đề bài:

Phụ tải cấp điện áp máy phát gồm 3 kép x 4MW x 2km, 3 đơn x 2MW x 1,5km

Phụ tải cấp điện áp trung gồm 2 kép x 60MW

Nhà máy nối với hệ thống 220kV bằng 2 lộ đường dây, chiều dài mỗi lộ là 50km

Phương án 2:

Hình 3.2:Sơ đồ thiết bị phân phốicủa phương án 2

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

VB: Vốn đầu tư MBA

kB : Hệ số tính đến chi phí và vận chuyển MBA

VTBPP: Vốn đầu tư xây thiết bị phân phối

Bảng 3.1: Vốn đầu tư phương án 1

Bảng 3.2: Vốn đầu tư phương án 2

Độ lệch về vốn của hai phương án là:

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH

Việc tính toán ngắn mạch là để lựa chọn trang thiết bị khi thiết kế, đảm bảo an toàn dưới tác động nhiệt và cơ do dòng ngắn mạch gây ra Hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ và tự động hóa trong hệ thống điện Ở chương này ta sẽ tính toán dòng ngắn mạch cho phương

án 1 đã được chon là phương án thiết kế tối ưu ở chương 3

Phương án 2:

4.1 Chọn điểm ngắn mạch

Hình 4.1 Các điểm ngắn mạch của phương án

Để chọn các khí cụ điện và dây dẫn trong các mạch ở các cấp điện áp một cách chính xác

- Chọn khí cụ điện mạch tự dùng: Xét điểm ngắn mạch N4 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch này là hệ thống và các máy phát điện Để đơn giản ta có dòng ngắn mạch tại

B2

Chọn S cb =100(MVA)và Ucb bằng điện áp trung bình các cấp điện áp,tức là:

a = - =

Do H% 25%

N

U > nên tính lại không có hệ số có lợi a

Máy biến áp tự ngẫu :

0, 02 D X

0, 02 C

X 0,07

H

X 0,13

MF

X 0,19

B4

X 0,13

M F X

0 , 1 9

C

X 0,07

H

X 0,13

MF

X 0,19

B3

X 0,13

MF

X 0,19

X 0,04

2 X 0,035 3 X 0,16

4 X 0,32

5 X 0,32

7 X 0,08

1,2,3,4

E

1

X 0,04

X

0, 08 E 1,2,3,4 HT

0, 02 D X

0, 02 C

X

0, 07

H

X 0,13

MF

X 0,19

B 4

X 0,13

MF

X 0,19

MF

X 0,19

B3

X 0,13

MF

X 0,19

Biến đổi tương tự như điểm ngắn mạch N-1 ta có sơ đồ tương đương :

C 2

X =X +X =0,02+0,02=0,04

H MF 3

5

X 0,32

7

X 0,08

1,2,3,4 E

X

0, 08 E 1,2,3,4 HT

Xtt = 3= 3 Tra đường cong tính toán ( của máy phát tuabin hơi có cuộn cảm) với t=0 và

t=∞ ta có trị số dòng ngắn mạch như sau:

X 0,13

MF

X 0,19

MF

X 0,19

B3

X 0,13

MF

X 0,19

Biến đổi tương đương như hình vẽ:

C 2

2

X 0,035

H

X 0,13

5

X 0,32

3

X 0,32

4

X 0,32

6

X 0,075

H

X 0,13

7

X 0,106

Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N3:

Tính điểm ngắn mạch N-4 với nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống, Ta có thể tính ngay được dòng điện ngắn mạch như sau:

3 N ' 3 N 4