Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện ngo thanh tung

Tính toán cân bằng công suất Để đảm bảo chất lượng điện năng tại mỗi thời điểm, công suất do các nhà máy điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với công suất tiêu thụ kể cả tổn thất công s

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 1.1 Chọn máy phát điện

Căn  cứ  vào  yêu  cầu  thiết  kế  cho  nhà  máy  nhiệt  điện  ngưng  hơi  gồm  4  tổ  máy, công suất mỗi tổ máy là 100 MW, ta chọn máy phát điện có các thông số ghi trên bảng sau: 

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của máy phát điện 

Loại máy  S  P  n  U  cos  Xd’’   Xd’  Xd 

(MVA)  (MW)  (v/p)  (kV) TBΦ-120-2  125  100  3000  10,5  0,8  0,192  0,273  1,907 

1.2 Tính toán cân bằng công suất

Để  đảm bảo  chất  lượng điện  năng  tại  mỗi  thời điểm,  công  suất  do  các nhà  máy điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với công suất tiêu thụ (kể cả tổn thất công suất trong các mạng điện). Công thức chung để tính toán thiết kế như sau: 

1.2.1 Phụ tải toàn nhà máy

Với P TNMmax = n.P dmF  = 4.100 = 400 MW; cos  =  0,8 

t TNM TD

dmF

S n

S P

c Phụ tải cấp điện áp máy phát

Với: P DPmax = 14 MW; cos = 0,85 

Phụ tải địa phương tại thời điểm từ 0h – 4h được xác định theo công thức (1-1): 

(0 4) max(0 4)

Bảng 1.3:Tổng hợp phụ tải các cấp điện áp và công suất phát về hệ thống

Nhà  máy  thiết  kế  gồm  có  4  tổ  máy.  Tổng  công  suất  toàn  nhà  máy  là  S  = 

500MVA. Cung cấp điện cho các phụ tải điện áp máy phát 10,5 kV, trung áp 110 kV, 

220 kV và tự dùng cho nhà máy. Ngoài ra còn phát 1 lượng công suất về hệ thống. 

Phụ tải điện áp máy phát: Smax =16,47 MVA, Smin = 11,53 MVA 

Phụ tải trung áp 110 kV: Smax = 162,79 MVA, Smin = 130,23 MVA 

Công suất phát về hệ thống: Smax =143,39 MVA, Smin = 76,38 MVA 

1.3 Đề xuất các phương án nối điện

Có thể đưa ra một số nguyên tắc để đề xuất các phương án nối điện của nhà máy điện như sau: 

1 Có hay không sử dụng thanh góp điện áp máy phát

Giả thiết phụ tải  địa phương trích  điện từ đầu cực 2 tổ  máy phát, khi đó lượng công suất được phép rẽ nhánh từ đầu cực máy phát sẽ là: 

Vậy dùng 2 MBA tự ngẫu, có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải làm liên lạc

3 Chọn số lượng bộ MF-MBA hai cuộn dây trên thanh góp điện áp phía trung

- Phụ tải cấp điện áp 110 kV có công suất: SUTmax = 162,79 MVA 

1.3.2 Phương án 2(Hình 1.3)

Ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa 3 cấp điện áp, ở phía 110 kV ta chỉ dùng một bộ MF - MBA và chuyển một bộ MF - MBA sang bên thanh cái điện áp cao 220 kV để cung cấp thêm nguồn công suất phát về hệ thống. 

Nhược điểm: 

- Do có hai bộ MBA – MF ở phía trung và phía cao nên việc vận hành và thay thế phức tạp hơn.  

1.3.3 Phương án 3(Hình 1.4)

Dùng hai  MBA  tự  ngẫu  để liên  lạc  giữa  các  cấp  điện  áp  bên  cao và  bên trung đồng thời được trích một phần để cung cấp cho phụ tải địa phương. Ta dùng một bộ MF - MBA để cung cấp điện cho phụ tải điện áp trung 110 kV, bên cao 220 kV ta dùng ba 

bộ MF - MBA. 

     Hình 1.4: Sơ đồ nối điện của phương án 3

Số lượng MBA như nhau tuy nhiên đặc điểm khác nhau căn bản là số lượng bộ MF- 

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

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. 

A Phương án 1

Hình 2.1: Sơ đồ nối điện phương án 1

2.1.A Phân bố công suất các cấp điện áp trong máy biến áp

Việc  phân  bố  công  suất  cho  các  máy  biến  áp  được  thực  hiện  theo  nguyên  tắc: Phân công suất cho máy biến áp trong sơ đồ bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây 

là bằng phẳng trong suốt 24h, phần thừa còn  lại do  máy biến áp liên lạc đảm nhiệm trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát bằng công suất thu, không xét đến tổn thất trong máy biến áp

2.1.A.1 MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA

Công suất của các máy biến áp B3, B4 được xác định theo (công thức 2.1-Tr21-Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và Trạm biến áp): 

Tổ máy phát điện F1, F2cung cấp cho tự dùng, phụ tải địa cấp điện áp máy phát, phần còn lại đưa lên thanh góp 110kV hoặc 220kV. Với phân bố công suất như trên, 

ta tính luồng công suất chảy qua các cấp điện áp của 2 máy biến áp tự ngẫu: 

(Áp dụng công thức 2.2-Tr22-Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và Trạm biến áp) 

  1.     2

S t  S t S t S

  1.   2 2

2.2.A Chọn loại và công suất định mức của máy biến áp

2.2.A.1 MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của máy biến áp hai cuộn dây

   Loại  Sdm  UCdm  UHdm   P  P 

 UN%   I0 %    Máy  (MVA)  (kV)  (kV)  (kW)  (kW) 

2.2.A.2 MBA tự ngẫu

     MBA tự ngẫu là loại MBA có điều chỉnh dưới tải bởi tất cả  các phía của MBA mang tải không bằng phẳng nên sẽ có nhu cầu điều chỉnh điện áp tất cả các phía. 

     Công suất của MBA tự ngẫu dược xác định theo công suất tải lớn nhất trong suốt 24h của từng cuộn dây. Khi đó công suất của máy được chọn theo công thức: 

max

.125 2500,5

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của máy biến áp tự ngẫu

1 Kiểm tra quá tải của MBA:

a Kiểm tra quá tải bình thường:

Do các máy biến áp được chọn theo công suất định mức của máy phát nên không cần kiểm tra quá tải khi làm việc bình thường. 

b Kiểm tra quá tải khi sự cố:

Sự cố 1: Giả sử hỏng bộ MF-MBA (F4-B4) bên trung tại thời điểm 14h - 16h phụ tải trung cực đại  max

UT

S  = 162,79 MVA  

Khi đó :      S VHT  = 125,47 MVA; S UC = 158,82 MVA; S UF   = 14,82 MVA 

Sbo    = 115,48MVA; STD= 38,10 MVA 

(Áp dụng công thức 2.11 -Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và TBA) 

  + Điều kiện kiểm tra: 2..K SC qt S dmTN + S bo  Smax

UT    Với: K qt SC 1,4;  0,5; S dmTN 250MVA 

Vậy ta có: 2.0,5.1,4.250 + 115,48 = 465,48 MVA >Smax

UT  = 162,79 MVA  

 Máy biến áp không bị quá tải 

+ Phân bố công suất qua các cấp điện áp của máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố: 

SCT =     

2

12

+ Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường: 

  S thiếu = S VHT + S UC – 2.S CC = 125,47 + 158,82 - 2.84,41 = 115,47 MVA   

Sthiếu = 115,47 MVA <S dự trữ= 200 MVA, nên khi bị sự cố 1 MBA bên trung áp thì hệ thống huy động đủ lượng công suất thiếu hụt. 

Sự cố 2: Giả sử hỏng MBA tự ngẫu B2 tại thời điểm 14h -16 h khi phụ tải trung cực đại  max

Sthiếu = S VHT + SUC – SCC = 125,47 + 158,82 – 168,83 = 115,46 MVA 

Sthiếu = 115,46 MVA <S dự trữ = 200 MVA, nên khi bị sự cố 1 MBA tự ngẫu thì hệ thống cũng huy động đủ lượng công suất thiếu hụt. 

Sự cố 3: Giả sử hỏng MBA tự ngẫu B2 tại thời điểm 6h-8h khi phụ tải trung cực tiểu Smin

UT = 130,23 MVA  

Khi đó:  SVHT = 81,89 MVA; SUC  = 141,18 MVA; SUF  = 13,18 MVA 

 Sbo    = 115,48MVA;STD 33,52 MVA

 + Phân bố công suất qua các cấp điện áp của máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố: 

Sthiếu = S VHT + SUC – SCC  = 81,89 + 141,18 – 204,17= 18,84 MVA 

Sthiếu =  18,84  MVA  <S dự trữ  =  200  MVA,  nên  khi  bị  sự  cố  1  MBA  tự  ngẫu  thì  hệ thống cũng huy động đủ lượng công suất thiếu hụt. 

Kết luận: Các máy biến áp đã chọn là phù hợp

2.3.A Tính toán tốn thất điện năng trong máy biến áp

Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần: 

+  Tổn  thất  sắt  không  phụ  thuộc  vào  phụ  tải  của  máy  biến  áp  và  bằng  tổn  thất không tải của nó. 

N dmB

  8760 = 3866,60 MWh      Suy ra:       AΣ = 2. 3866,60 = 7733,20 MWh 

2.3.A.2 Tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu

Vậy tổng tổn thất điện năng của phương án 1 là:

A1 = ΔAΣ+ ΔAAT = 4914,60   + 7733,20 = 12647,8 MWh 

B Phương án 2:

Hình 2.5: Sơ đồ nối điện phương án 1

2.1.B Phân bố công suất các cấp điện áp

Tổ máy phát điện F1, F2cung cấp cho tự  dùng riêng, phụ tải địa phương, phần còn lại đẩy lên thanh góp 110kV hoặc 220kV. Với phân bố công suất như trên, ta tính luồng công suất chảy qua các cấp điện áp của 2 máy biến áp tự ngẫu: 

Bảng 2.4: Phân bố công suất cho các cấp điện áp của máy biến áp tự ngẫu

2.2.B Chọn loại và công suất định mức của máy biến áp

2.2.B.1 MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA

- Máy biến áp B1 được ghép bộ với máy phát điện F1: 

Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật của máy biến áp hai cuộn dây B4

   Loại  Sdm  UCdm  UHdm   P  P 

 UN%   I0 %    Máy  (MVA)  (kV)  (kV)  (kW)  (kW) 

1 Kiểm tra quá tải của MBA:

a Kiểm tra khi làm việc bình thường:

      Do máy biến áp được chọn theo công suất định mức máy phát nên không cần kiểm tra quá tải. 

b Kiểm tra khi có sự cố MBA:

Sự cố 1: Giả sử hỏng bộ MF-MBA (F4-B4) bên trung tại thời điểm 14h - 16h phụ tải trung cực đại  max

UT

S  = 162,79 MVA . 

Khi đó :      S VHT  = 125,47 MVA; S UC = 158,82 MVA; S UF   = 14,82 MVA 

Sbo    = 115,48MVA; STD= 38,10 MVA  

 + Điều kiện kiểm tra: 2..K SC qt S dmTN  Smax

UT  Với:  SC 1,4

Sthiếu = S VHT +SUC –2.SCC – Sbo= 125,47 + 158,82 – 2.26,14 – 115,48 = 116,53 MVA 

 Thấy S thiếu = 116,53 MVA <S dự trữ = 200 MVA, nên khi bị sự cố của máy biến áp bên trung áp thì hệ thống huy động đủ lượng công suất thiếu hụt. 

Sự cố 2: Giả sử hỏng bộ MBA tự ngẫu (F2-B2) bên trung tại thời điểm 14h - 16h phụ tải trung cực đại  max

UT

S  = 162,79 MVA  

Khi đó :     S VHT  = 125,47 MVA; S UC = 158,82 MVA; S UF   = 14,82 MVA 

Sbo    = 115,48MVA; STD= 38,10 MVA  

4 = 100,660 MVA     SCC  = S CH – SCT = 100,660 – 47,31 = 53,345 MVA  

   + Công suất thiếu về phía hệ thống so với lúc bình thường: 

Sthiếu = S VHT + SUC – SCC – Sbo = 125,47 + 158,82 – 53,345 – 115,48 = 115,47 MVA 

Sthiếu  = 115,47 MVA <S dự trữ = 200 MVA Nên khi bị sự cố của máy biến áp tự ngẫu thì hệ thống huy động đủ lượng công suất thiếu hụt. 

Kết luận: Các máy biến áp đã chọn là phù hợp

2.3.B Tính toán tốn thất điện năng trong máy biến áp

dmT

bo N

S

S ΔΡ ΔΡ

Trong đó:  Po = 115 kW = 0,115 MW;

   PN = 380 kW = 0,38 MW;  Sbo = 115,48 MVA 

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

3.1 Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối

3.1.1 Phương án 1

Chọn  sơ đồ  thiết  bị  phân  phối  cho  mạch  điện  phía điện  áp  cao và  phía  điện  áp trung  được  chọn  căn  cứ  vào  số  mạch  đường  dây  và  mạch  máy  biến  áp  đấu  nối  vào chúng. Ta có: 

  -  Phía  220kV:  Gồm  có  1  lộ  kép  x  150  MWcho  phụ  tải  và1  lộ  kép  truyền  tải công suất về hệ thống. 

Vậy:  Có  2  mạch  máy  biến  áp  và  4  mạch  đường  dây  nên  ta  dùng  sơ  đồ  hai  hệ thống thanh góp. 

Hình 3-2 : Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 2 

3.2 Tính toán kinh tê, kỹ thuật Chọn phương án tối ưu

Phương án tối ưu được chọn phải căn cứ vào vốn đầu tư máy biến áp, thiết bị 

phân phối và chi phí vận hành hàng năm. Việc tính toán về vốn đầu tư và chi phí vận hành được thể hiện như sau: 

3.2.1 Các chỉ tiêu kinh tế của phương án I

1 Vốn đầu tư cho các máy biến áp

VB  =  kB . vB Trong đó : 

- kB là hệ số xét đến việc vận chuyển và lắp ráp máy biến áp. 

Vốn đầu tư cho các máy biến áp được tính trong bảng 3-1:

Bảng 3-1: Vốn đầu tư cho các máy biến áp phương án I

Loại MBA  Số lượng   Đơn giá 

(109.vnđ)       KB 

Thành tiền  (109.vnđ) 

- n1, n2,  , nn là số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2,  , Un 

Thành tiền (109.Vnđ) 

100

.V1a

Áp dụng công thức như cho phương án I ta có: 

1 Vốn đầu tư cho các máy biến áp

Vốn đầu tư cho các máy biến áp được tính trong bảng 3-3:

Bảng 3-3: Vốn đầu tư cho các máy biến áp phương án II

Loại MBA  Số lượng   Đơn giá 

(109.vnđ)       KB 

Thành tiền  (109.vnđ) 

Thành tiền (109.Vnđ) 

VII = V B(II) + VPP(II) = 73,161.109  + 48.109  = 121,161.109 (vnđ) 

3 Tính chi phí vận hành hàng năm của phương án II

       Chi phí do tổn thất điện năng (Pt): P t = .A

P k  ; (Với: a = 8,4)   Vậy: 

Từ kết quả tính toán các chỉ tiêu kinh tế cho 2 phương án, ta có bảng so sánh sau: 

Bảng 3-5 : So sánh vốn đầu tư và chi phí của 2 phương án

Phương án  Vốn đầu tư (109 đ)  Chi phí vận hành 

CHƯƠNG 4 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 2 đã được chon là phương án thiết kế tối ưu ở chương 3. 

- Phía điện áp máy phát 10,5kV: Phía hạ máy biến áp liên lạc, điểm ngắn mạch tính 

toán  là  N3'  có  nguồn  cung  cấp  là  máy  phát  F3.Đầu  cực  máy  phát  ta  tính  dòng  ngắn mạch tại điểm N3 có nguồn cung cấp gồm các máy phát điện và hệ thống trừ máy phát 

F3

- Tự dùng:Điểm ngắn  mạch  tính  toán N4có  nguồn  cung  cấp  là  hệ  thống  và  tất  cả 

các máy phát. 

4.2 Lập sơ đồ thay thế

 Tính điện kháng cho các phần tử trong hệ đơn vị tương đối:

       Để tính toán dòng ngắn mạch trong đồ án thiết kế này ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp trung bình các cấp: Ucb=Utb = 230, 115, 11 kV. 

S X

S

Hình 4-2: Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch

4.3 Tính toán ngắn mạch theo điểm

 Rút gọn sơ đồ : 

 N1 là điểm ngắn mạch có tính chất đối xứng, nên ta có sơ đồ thay thế sau khi gập theo trục đối xứng như sau : 

 Tính toán dòng ngắn mạch cho điểm N1

Theo  công  thức  (4.8)  trang  104  sách  “  Ngắn  mạch  và  đứt  dây  trong  hệ  thống điện”, của PGS.TS. Phạm văn Hòa ta có công thức tính: 

   Ghép F4 với F23 ta có : 

X130,242

X100,085

X170,079

X150,023

F1HT

4.3.3 Điểm ngắn mạch N3

Ta có sơ đồ thay thế: 

Ta có sơ đồ thay thế: 

 Ghép F4 với F2, ta có: 

 Ghép F1 với F24, ta có: 

CHƯƠNG 5 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 5.1 Tính toán dòng cưỡng bức các cấp điện áp

5.1.1 Cấp điện áp 220 kV

1 Mạch đường dây:

a Đường dây nối về hệ thống: Dây kép dài 135(km); Smax

VHT = 143,39 (MVA) Dòng cưỡng bức xảy ra khi đứt một dây trong lộ kép: 

90

CT = 81,4 (MVA); SSC2

CT  = 47,31 (MVA)    Dòng làm việc cưỡng bức: 

I cb   (kA) 

I’’ 

(kA)  

i xk   (kA) 

U dm   (kV) 

I dm 

(kA) 

I  Cdm   (kA) 

i ddm 

(kA)  

110  0,689  12,172  30,986  3AQ 1 - FG  123  3,15  31,5  80  10,5  7,217  39,818  101,36  8FG10  12  12,5  80  225 

Do các máy cắt được chọn đều có dòng làm việc định mức lớn hơn 1(kA) nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 

Bảng 5-3: Thông số tính toán và thông số kỹ thuật của dao cách ly 

Udm  (kV) 

Idm (kA) 

iddm (kA)  

Inhdm (kA)  

t nh  (s)  

220  0,46  16,393  PЛHД- 220Л/1000  220  1  80  15  10 

110  0,69  30,986  PЛHД - 110/1000  110  1  80  15  10  10,5  7,217  101,36  PBP -20/8000  20  8  300  12  4 Các dao cách ly không cần phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt vì có dòng làm việc định mức lớn hơn 1 (kA). 

5.3 Chọn thanh cứng đầu cực máy phát

Thanh dẫn cứng được dùng ở cấp điện áp máy phát 10,5(kV) được chọn theo: 

cb hc

Icp: Dòng điện làm việc cho phép của thanh dẫn cứng đầu cực máy phát. 

Khc: Hệ số hiệu chỉnh  theo nhiệt  độ môi trường xung quanh (0), khi nó khác với nhiệt độ tính toán định mức qui chuẩn (dm ).  

dm cp

cp hc

5.3.1 Chọn loại và tiết diện

Vì I cb  =  7,217(kA)    (  3000  A    8000  A  )  nên  ta  chọn  thanh  dẫn  cứng  dạng hình máng. 

    Ta có:    K hc = 

dm cp

35 70

I

K   = 8,183(kA) 

mm2 

Mômen trở kháng  (cm3) 

Mômen quán tính  (cm4) 

Dòng  điện  cho  phép  hai  thanh  (A) 

Một thanh 

Hai  thanh 

W yo-yo 

Một thanh 

Hai  thanh 

a Kiểm tra ổn định động khi không xét đến dao động

     Ta chọn khoảng cách giữa 2 sứ đỡ liền nhau là l = 150(cm), khoảng cách giữa các pha là: a = 80(cm).