Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện dào thanh tùng

Máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA - Máy biến áp này không cần kiểm tra điều kiện quá tải: vì khi sự cố một trong hai phần tử máy phát hoặc máy biến áp thì cả bộ ngừng làm

PHẦN 1 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, CHỌN

PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

1.1. CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN

- Theo  nhiệm  vụ  thiết  kế  phần  điện  cho  nhà  máy  thủy  điện  có  công  suất  228  MW, 

gồm 4  tổ  máy  4x57  MW,  theo  bảng 1.2  trang  116 sách  Thiết kế  Phần điện  nhà  máy 

điện  và  Trạm  biến  áp  –  PGS.TS  Phạm  Văn  Hòa,  ta  chọn  máy  phát  điện  kiểu  660/165-32 có thông số như sau: 

CB-Bảng 1.1: Thông số kĩ thuật của máy phát điện

Loại MF  S đm 

(MVA) 

đm

P   (MW) 

cos đm   U đm 

(kV) 

đm

I   (kA) 

      S FNM( )t : công suất biểu kiến tại thời điểm t trong ngày, (MVA) 

 

P t %  : phần trăm công suất tác dụng của toàn nhà máy tại thời điểm t. cos   : hệ số công suất của máy phát điện, cos = 0,85 

Bảng 1.3: Biến thiên phụ tải ngày cấp điện áp máy phát

b Cấp điện áp trung 110kV

- Ta có : P max= 90MW và cos= 0,85

- Theo (1.2) thì tương tự ta cũng sẽ tính được công suất phụ tải cấp điện áp trung  tại từng thời điểm như sau:

Bảng 1.4: Biến thiên phụ tải ngày cấp điện áp trung

Bảng 1.5: Biến thiên phụ tải ngày cấp điện áp cao

S = 10,59 MVA và  min

UF

S = 7,41 MVA     + Phụ tải cấp điện áp trung 110kV gồm 1 lộ kép và 1 lộ đơn: 

ax UT

m

S = 105,88 MVA và  min

UT

S = 84,71 MVA     + Phụ tải cấp điện áp cao 220kV gồm 1 lộ đơn 

ax UC

m

S = 70,59 MVA và  min

UC

S = 56,47 MVA     + Công suất phát về hệ thống ( nối với thanh góp 220kV): 

ax VHT

C T C

d Có: S dpHT  100MVA, S dmF 67,1MVA. Xét thấy:

Hình 1.3: Phương án 2

- Đặc điểm: 

+ Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. 

+ Tổn thất công suất nhỏ. 

+ Vốn đầu tư và lắp đặt máy biến áp 2 cuộn dây bên cao áp sẽ cao hơn khi lắp đặt bên trung áp. 

   -  Dựa  vào  những  phân  tích  trên  ta  sẽ  giữ  lại  2  phương  án  1  và  2  để  tính  toán  ở chương tiếp theo. 

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

A. PHƯƠNG ÁN 1 

2.1.A. CHỌN MÁY BIẾN ÁP 

I Phân bố công suất cho máy biến áp

Hình 2.1: Phân bố công suất cho MBA ở phương án 1

1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây

- Công suất  của  máy  biến áp này  mang tải bằng phẳng trong suốt 24 giờ/ngày  và được tính theo công thức:     

( ), ( )

UT UC

S t S t  - công suất phụ tải điện áp trung và điện áp cao tại thời điểm t. ( ), ( ), ( )

S t S t S t  - công suất các phía hạ, trung và cao của MBA tại thời       điểm t. 

II Chọn máy biến áp

1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây

Bảng 2.2: Thông số kĩ thuật máy biến áp B3 và B4

N

P

   (kW) 

U   (kV) 

C T N

20  0,5 

III Kiểm tra quá tải cho máy biến áp

1 Máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA

    - Máy biến áp này không cần kiểm tra điều kiện quá tải: vì khi sự cố một trong hai phần  tử  máy  phát  hoặc  máy  biến  áp  thì  cả  bộ  ngừng làm  việc,  nên  không  thể  xảy ra hiện tượng máy biến áp này làm việc trong điều kiện sự cố. 

2 Máy biến áp liên lạc

a Hỏng một bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây tại thời điểm phụ tải bên trung cực đại

  Hình 2.2: Kểm tra quá tải MBA liên lạc ở phương án 1

  - Phụ tải bên trung cực đại trong thời gian từ 14h – 18h có: 

2

UTm UTm thieu VHT UC CC

    Hình 2.3: Kểm tra quá tải MBA liên lạc ở phương án 1

 - Phân bố công suất tại thời điểm sự cố: 

   S CT S UTmax 2.S B4= 105,88 - 2.66,48 = - 27,08 MVA        max max

2 24

.

C

N Ci i i

.

T

N Ti i i

.

H

N Hi i i

365 85.8760 (21, 73 1, 61 36,11).10

Hình 2.5: Phân bố công suất cho MBA ở phương án 2

1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây

    - Công suất của máy biến áp này mang tải bằng phẳng trong suốt 24 giờ/ngày, được tính theo công thức: 

ax

67,1 2, 47 4

2 Máy biến áp liên lạc

    -  Sau  khi  phân  bố  công  suất  cho  máy  biến  áp  2  cuộn  dây  trong  bộ  MPĐ-MBA  2 cuộn dây  thì  phần  công suất  còn  lại  do  máy  biến  áp  liên  lạc  đảm  nhận,  và  được  xác định như sau: 

II Chọn máy biến áp

1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây

N

P

   (kW) 

P

   (kW) 

C T N

20  0,5 

III Kiểm tra quá tải cho máy biến áp

1 Máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây

    -  Không  cần  kiểm  tra  điều  kiện  quá  tải,  vì  khi  sự  cố  một  trong  hai  phần  tử  MPĐ hoặc MBA thì cả bộ ngừng làm việc, do đó không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố. 

2 Máy biến áp liên lạc

    - Trong điều kiện làm việc bình thường mba liên lạc đã được chọn sao cho có công suất lớn hơn công suất thừa max. 

    - Trong điều kiện bị sự cố nặng nề nhất: 

    Nhận thấy :       S CH K qtsc .S dmTN   

     Vậy: Máy biến áp liên lạc không bị quá tải khi sự cố hỏng 1 bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây bên trung 

56, 95

UT CH

S  MVA < K qtsc .S dmTN  112 MVA    Vậy: Máy biến áp liên lạc không bị quá tải khi sự cố hỏng máy biến áp tự ngẫu B2 

.

C

N Ci i i

.

T

N Ti i i

365 85.8760 (5, 97 1, 07 36,12).10

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KĨ THUẬT, CHỌN

PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

3.1. CHỌN SƠ ĐỒ THIẾT BỊ PHÂN PHỐI 

      - Để đưa ra sơ đồ thiết bị phân phối (TBPP) cho các phía điện áp cao và trung ta căn cứ vào số mạch đường dây nối vào chúng. Cụ thể theo yêu cầu thiết kế thì: 

         +  Phía  trung  110kV:  có  3  mạch  đường  dây  (phụ  tải  trung  gồm1  lộ  kép  và  1  lộ đơn), nên chọn sơ đồ TBPP hai hệ thống thanh góp. 

   K B:  hệ  số tính đến  chi  phí  vận  chuyển và  xây  lắp  máy  biến  áp,  phụ  thuộc  và điện  áp  và  công  suất  MBA  (  ở  bảng  4.1  sách  Thiết  kế  phần  điện  NMĐ  và  TBA  PGS.TS Phạm Văn Hòa. 

Bảng 3.1: Giá thành các máy biến áp trong phương án 1

Bảng 3.3: Giá thành các máy biến áp trong phương án 2

Các mục  MBA 2 cuộn dây MBA tự ngẫu MBA 2 cuộn dây

1

P : tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn, (đồng/năm). 

0 1

100

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

-  Để  chọn  khí  cụ  điện  và  dây  dẫn  phía  trung  áp,  chọn  điểm  ngắn  mạch  N2  với nguồn cấp là các máy phát và hệ thống. 

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ mạch máy phát, ta chọn điểm ngắn mạch N3 hoặc N3’: 

  + Đối với N3 thì nguồn cấp là hệ thống và các máy phát, trừ máy phát F1. 

  + Đối với N3’ thì nguồn cấp chỉ là máy phát F1. 

-  Để  chọn  khí  cụ  điện  và  dây  dẫn  phía  hạ  áp  mạch  tự  dùng,  phụ  tải  địa  phương, chọn điểm ngắn mạch N4, với nguồn cấp là các máy phát của nhà máy và hệ thống :  

100 0,9 0, 026 3500

cb HT

S I

S I

S I

cb

S I

- Giá trị các dòng ngắn mạch này sẽ được sử dụng để chọn khí cụ điện và dây dẫn. 

CHƯƠNG 5 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN

T

P I

T

P I

b Mạch máy biến áp

- Phía bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây 

S I

U

- Mạch máy biến áp liên lạc: khi làm việc bình thường và khi sự cố thì công suất cực đại truyền tải qua phía trung là: 

Bảng 5.1: Công suất trao đổi giữa 2 cấp cao và trung khi bình thường và sự cố

       Trạng thái  S CT, (MVA)         Bình thường  24,13 

T

S I

C

S I

C

P I

b Mạch máy biến áp liên lạc: 

- Khi làm việc bình thường và sự cố thì công suất truyền tải qua phía cao MBA liên lạc: 

- Công suất lớn nhất truyền tải qua phía cao MBA liên lạc: S CCm sc ax  107,32(MVA)  

Bảng 5.2: Công suất truyền qua phía cao MBA liên lạc

       Trạng thái  S CC, (MVA)         Bình thường  77,83 

C

S I

(kV)

cb I

(kA)

đm U

kV

đm I

(kA)

đđm I

70 35

0,88

70 25

cp hc cp

I I K

Mô men trở kháng  (cm3) 

Mô men quán tính  (cm4) 

Dòng  điện  cho  phép  (A) 

50  9,5  100  290,3  36,7  625  5500 

Hình 5.2: Mặt cắt thanh dẫn đầu cực máy phát hình máng

5.3.2 Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt

- Thanh dẫn có dòng cho phép I cp= 5500 A > 1000A, nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. 

5.3.3 Kiểm tra điều kiện ổn định động

b Xác định khoảng cách lớn nhất giữa 2 miếng đệm, l2 axm ? 

-  Lực  điện  động  do  dòng  ngắn  mạch  gây  ra  trên  cùng  một  pha  trên  một  đơn  vị chiều dài (cm): 

Cu cp

1 2

2

12.W ( ) 12.9,5.(1400 21, 33)

246,8 2,58

2 axm 246,8

l  cm > l 120cm 

- Không cần phải đặt thêm miếng đệm trung gian, chỉ cần đặt đệm chính tại sứ. 

5.3.4 Kiểm tra ổn định khi xét dao động riêng

-  Tần  số  dao  động  riêng  của  sứ  và  thanh  dẫn  cần  phải  nằm  ngoài  khu  vực  cộng hưởng với giới hạn 10% tần số hệ thống, cụ thể với tần số hệ thống 50Hz thì tần số riêng  phải  nằm  ngoài  giới  hạn  4555Hz  và  90100Hz.  Tần  số  riêng  của  thanh  dẫn được xác định theo: 

6 2

3, 65 10

.

R

E J f

Điện áp duy trì 

ở trạng thái khô   (kV) 

Lực phá hoại  nhỏ nhất Fph  (kG) 

Chiều cao H  (mm) 

I I K

79

Al

A s C

cb cp hc

I I K

Tiết diện, mm  2 Đường kính, mm  I ,A  cp

trời 

b Kiểm tra điều kiện vầng quang

 + Điện kháng tính toán phía hệ thống và nhà máy: 

15

3500

0, 075 2, 63 100

4.67,1

0, 674

dmF dmF

tb

S I

tb

S I

27, 432.10

66, 3 79

cb cp hc

I I K

Tiết diện, mm  2 Đường kính, mm  I ,A  cp

- TínhB NCKtheo phương pháp gần đúng, giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch 1s. Theo chương 3 tính ngắn mạch tại N2: 

 + Điện kháng tính toán phía hệ thống và nhà máy: 

23

3500 0,111 3,885 100

tb

S I

tb

S I

74, 68.10

109, 4 79

+ Đoạn 2 là cáp 2- từ trạm địa phương đến hộ tiêu thụ mà đầu đường dây là MC2 

- Theo yêu cầu thiết kế, ta chỉ cần chọn cáp 1: 

Hình 5.4: Sơ đồ phân bố các phụ tải địa phương

a Cáp đơn

- Chọn loại cáp: cáp 3 lõi bằng nhôm, vỏ chì bọc riêng từng pha, cách điện bằng giấy tẩm, đặt trong đất. 

- Thời gian sử dụng công suất cực đại: 

24

0 max

2

1,5.10

80,9 0,85 3.10,5.1, 2

bt kt

.10

bt kt

.10

Bảng 5.11: Tiết diện cáp 1 được chọn cho phụ tải địa phương

b Tính toán chọn điện kháng

b.1 Chọn điện kháng X K%: ta phải tính ngắn mạch tại các điểm N5, và N6 

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

10, 5

cb C

1 1

1

.

C nhC

catMC

F C I

2 HT K C1 0,119 0,55 0, 226 0,895

- Dòng ngắn mạch tại điểm N6: 

6 2

5,5 6,15 0,895

cb N

5, 5

8, 2

0, 669

coban N

cb

I   (kA)   

''

I  

(kA)   

xk

i   (kA)   

đm

(kV)   

đm

I   (kA)   

cat

I   (kA)   

đđm

(kA)   

N5  Hạ  10,5  0,582  8,2  20,87  8BJ50 12  2,5  40  100 

Phụ tải  định  mức 

l F

r



Phụ tải  định  mức 

S Z

+ Điều kiện về điện áp: U đmBU U luoi. 

- Sử dụng 3 biến điện áp 1 pha, nối kiểu Y/Y/ . 

- Tiết diện dây dẫn giữa biến điện áp và dụng cụ đo lường thường được chọn sao cho đảm bảo độ bền cơ học. 

Bảng 5.18: Thông số kĩ thuật biến điện áp cấp 220kV và 110kV

Loại BU  Cấp điện 

áp (kV) 

Điện áp định mức các cuộn dây (V) 

Công suất  theo cấp  chính xác  (VA) 

Công  suất  max  (VA) 

- Có cấp chính xác: 0,5,  được đấu vào đầu cực để lấy điện áp dây AB và BC.  

- Phân bố các đồng hồ cho phía thứ cấp 2 biến điện áp: 

Bảng 5.19: Phụ tải đồng hồ của biến điện áp cấp 10,5kV 

Tên đồng hồ  Ký hiệu  Phụ tải BU pha AB  Phụ tải BU pha BC 

W(P)  VAR(Q)  W(P)  VAR(Q)  Vôn kế 

7,2  1,8  1,8  8,3 

-  0,66  0,66 

-  1,8  1,8  8,3  6,5  0,66  0,66 

Điện áp định mức  (V) 

Công suất định mức  (VA) ứng với cấp chính 

xác 0,5 

Công  suất cực  đại   (VA) 

AB a AB

S

U

2 20

0, 2 100

BC C BC

U

   Dây dẫn đồng được chọn thỏa mãn: 

  . (0,35 0, 2).0, 0175.30 2

0,58 0,5

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN TỰ DÙNG

- Để sản xuất điện năng các nhà máy điện tiêu thụ một phần điện năng để các cơ cấu tự dùng đảm bảo cho máy phát điện có thể làm việc được. Trong nhà máy thủy điện điện năng  tự  dùng  phục  vụ  cung  cấp  nước,  làm  mát  máy  phát,  máy  biến  áp,  thắp sáng…chúng chỉ chiếm khoảng một vài phần trăm so với tổng điện năng sản xuất của nhà máy. 

- Gồm 2 phần: tự dùng chung cho toàn nhà máy, tự dùng riêng cho mỗi tổ máy, nhưng chỉ có một cấp điện áp tự dùng là 0,4kV, được lấy từ phía hạ của các máy biến áp. 6.1. CHỌN SƠ ĐỒ TỰ DÙNG 

Hình 6.1: Sơ đồ cung cấp điện tự dùng nhà máy thủy điện

6.2.1 Máy biến áp tự dùng

- Các máy biến áp tự dùng (B5, B6, B7, B8) được chọn theo điều kiện làm việc bình thường và khi sự cố một MBA tự dùng: 

ax

2, 47

0, 618 4

m TD đmB

n

P

   (kW) 

cat

I   (kA) 

đđm

(kA)   

N4 

Hạ  10,5  3,874  46,372  120,912  8BK40  12  5  63  160 

- Tương tự ta ta chọn dao cách ly, kết quả được đưa trong bảng sau( dùng cho cả DCL cấp điện áp địa phương): 

+ Điều kiện dòng :     ax

đm

AT m lv

.10 , ( )

N HdmB B

dmB

P U R

N CdmB B

PHẦN 2 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY ĐIỆN

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG

1.1. CÁC CHẾ ĐỘ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 

- Tâp hợp các quá trình xảy ra trong hệ thống điện và xác định trạng thái làm việc của hệ thống điện trong một thời điểm hay  một khoảng thời gian  nào đó được gọi là chế độ của hệ thống điện. 

- Các chế độ của hệ thống điện được chia làm 2 loại: 

+  Chế  độ  xác  lập  :  là  chế  độ  trong  đó  các  thông  số  của  nó  dao  động  rất  nhỏ xung quanh giá trị trung bình nào đó, các giá trị này được coi là hằng số. Chế độ xác lập được chia thành: 

* Chế độ xác lập bình thường: là chế độ vận hành bình thường của hệ thống điện. 

* Chế độ xác lập sau sự cố: xảy ra sau khi loại trừ sự cố. 

+ Chế độ quá độ : chế độ trong đó các thông số biến đổi đột ngột và khá lớn. Chế độ quá độ gồm có: 

* Chế độ quá độ bình thường: là bước chuyển từ chế độ xác lập bình thường này sang chế độ xác lập bình thường khác. 

* Chế độ quá độ sự cố: xảy ra sau sự cố. 

1.2. YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÁC CHẾ ĐỘ CỦA HỆ THỐNG 

1.2.1 Đối với chế độ xác lập bình thường

- Bảo đảm chất lượng điện năng: điện năng cung cấp cho các phụ tải có chất lượng tốt,  tức là  bằng  hoặc  gần  bằng  giá  trị tối  ưu  hoặc  phải  nằm  trong giới hạn  được  quy định bởi tiêu chuẩn.  

- Đảm bảo độ tin cậy: các phụ tải được cung cấp điện liên tục với chất lượng được đảm bảo. 

- Có hiệu quả kinh tế cao: chế độ thỏa mãn độ tin cậy và đảm bảo chất lượng điện năng được thực hiện với chi phí nhỏ nhất. 

-  Đảm  bảo  an  toàn  điện:  phải  đảm  bảo  an  toàn  cho  người  vận  hành,  người  dùng điện và thiết bị phân phối điện. 

1.2.2 Đối với chế độ xác lập sau sự cố

- Các yêu cầu nói trên đều được giảm đi nhưng chỉ cho phép kéo dài trong một thời gian ngắn, sau đố phải có biện pháp hoặc thay đổi thông số hoặc là thay đổi sơ đồ hệ thống để đưa chế độ này về chế độ xác lập bình thường. 

1.2.3 Đối với chế độ quá độ

- Chấm dứt một cách nhanh chóng bằng chế độ xác lập bình thường hay chế độ xác lập sau sự cố. 

- Trong thời gian quá độ các thông số biến đổi trong giới hạn cho phép. 

1.3. ĐIỀU KIỆN TỒN TẠI CHẾ ĐỘ XÁC LẬP, ĐỊNH NGHĨA ỔN ĐỊNH CỦA HỆ         THỐNG ĐIỆN 

1.3.1 Điều kiện tồn tại chế độ xác lập

- Điều kiện cần để chế độ xác lập có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng 

và công suất phản kháng. Công suất do nguồn sinh ra phải bằng công suất do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của hệ thống điện: 

+ Công suất tác dụng là cân bằng khi tần số của hệ thống điện bằng tần số đồng 

bộ ( 50 hoặc 60Hz ) hoặc là nằm trong giới hạn cho phép 0,2Hz. 

+ Công suất phản kháng là cân bằng khi điện áp các nút của hệ thống điện nằm trong giới hạn cho phép 5%U dm. 

1.3.2 Ổn định của hệ thống điện

- Điều kiện cân  bằng công suất là không  đủ cho  một chế độ xác lập tồn tại trong thực tế, vì các chế độ trong thực tế luôn luôn bị các kích động bên ngoài. Một chế độ thỏa măn các điều kiện cân bằng công suất muốn tồn tại được trong thực tế phải chịu được các kích động mà điều kiện cân bằng công suất không bị phá hủy.  

b Ổn định tần số

- Là khả nẳng của một hệ thống điện vẫn còn duy trì được giá trị tần số trong giới hạn cho phép sau khi xảy ra sự cố tại một thời điểm vận hành nào đó.  

- Giới hạn tần số cho phép:  trong điều kiện bình thường:   f 0, 2Hz, khi sự cố thì   f 0,5Hz