TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

§å ¸n m«n häc thiÕt kÕ NM§.

TÝnh to¸n phô t¶i vµ c©n b»ng c«ng suÊt 3

Nªu c¸c ph¬ng ¸n vµ chän MBA 9

So s¸nh kinh tÕ, kü thuËt chän c¸c ph¬ng ¸n tèi u 15

TÝnh to¸n dßng ng¾n m¹ch 26

Chän khÝ cô ®iÖn vµ d©y dÉn 40

Lời nói đầu.

Đất nớc ta đang bớc vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành điệngiữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân Trongcuộc sống điện rất cần cho sinh hoạt và phục vụ sản xuất Với sự phát triển củaxã hội do vậy đòi hỏi phải có thêm nhiều nhà máy điện mới đủ để cung cấp điệnnăng cho phụ tải

Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chơng trình của ngành phát dẫn

điện em đợc nhà trờng và hộ môn Hệ thống điện giao nhiệm vụ thiết kế gồmnội dung sau:

Thiết kế phần điện trong nhà máy điện kiểu nhiệt điện ngng hơi gồm 4 tổmáy, công suất mỗi tổ là 100 MW cấp điện cho phụ tải địa phơng 10,5KV vàphát vào hệ thống 220KV

Sau thời gian làm đồ án với sự lỗ lực của bản thân, đợc sự giúp đỡ tận tìnhcủa các thầy cô giáo trong khoa, các bạn cùng lớp Đặc biệt là sự giúp đỡ và h-ớng dẫn tận tình của thầy giáo TS Trần Bách đến nay em đã hoàn thành bản đồ

án Vì thời gian có hạn, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em khôngtránh những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận đợc sự góp ý bổ xung của cácthầy cô giáo và các bạn đông nghiệp để đồ án của em ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin gửi tới thầy giáo hớng dẫn cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ mônlời cảm ơn chân thành nhất!

Sinh Viên:

Đồ án môn học thiết kế NMĐ.

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Tại mổi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điệnnăng tiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải.Trong thực tế điện năngtiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm đợc đồ thị phụ tải làrất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành

Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể chọn đợc phơng án nối điện hợp lý, đảmbảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suấtcủa các máy biến áp (MBA) và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy với nhau

và giữa các nhà máy điện với nhau

I.1. Chọn máy phát điện

Theo yêu cầu thiết kế nhà máy có tổng công suất 4ì100 MW = 400 MW.Chọn 4 máy phát điện kiểu TBΦ-100-2 có các thông số nh bảng 1-1 sau:

Bảng 1-1

P đm (MW) U đm (KV) I đm (KA) COSϕđm X d” X d’

I.2. Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp.

Từ đồ thị phụ tải nhà máy và đồ thị phụ tải các cấp điện áp dới dạng bảngtheo % công suất tác dụng và hệ số cosϕ Từ đó ta tính đợc phụ tải ở các cấp

điện áp theo công suất biểu kiến từ công thức sau:

TB

t t

Cos

P S

ϕ

100

%.Pmaxp

Trong đó: S(t) là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA)

CosϕTB là hệ số công suất trung bình của từng phụ tải

I.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy.

Nhà máy gồm 4 tổ máy có: PGđm = 100 MW, Cosϕđm = 0,85 do đó

6 , 117 85 , 0

100

MVA Cos

P S

TB

t t

Cos

P S

ϕ

100

%.Pmaxp

Hình 1-1:Đồ thị phụ tải toàn nhà máy.

I.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng toàn nhà máy:

Tự dùng max của toàn nhà máy bằng 6% công suất định mức của nhà máyvới cosϕ = 0,85 đợc xác định theo công thức sau:

) ( 6

, 0 4 , 0 ( ) (

max NM

NM NMdm

td

S

t S S

t

Trong đó :

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

SNMđm: Tổng công suất của nhà máy MVA

SNM(t): Công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t theobảng 1-2

SNM(t) MVA

T (h)0

470.4

423.5

376.5 423.5

500

400 300 200 100

Hình 1-2: Đồ thị phụ tải tự dùng toàn nhà máy.

I.2.3 Phụ tải địa phơng:

Nh nhiệm vụ thiết kế đã cho Pmax = 38 MW, Cosϕ = 0,85 với công thứcsau:

( ) ( )

TB

dp dp

Cos

t P t S

P P t

Hình 1-3: Đồ thị phụ tải địa phơng.

I.2.4 Đồ thị phụ tải điện áp cao (220kv).

Phụ tải điện áp cao Pmax = 220 MW, Cosϕ = 0,87 với công thức sau:

TB

c c

Cos

t P t

P P t

40.2 35.8

31.3

0 10 20 30 40 50

Đồ án môn học thiết kế NMĐ.

Hình 1-4: Đồ thị phụ tải điện áp cao.

I.3. Cân bằng công suất toàn nhà máy và xác định công suất phát vào hệ thống

Phơng trình cân bằng công suất toàn nhà máy:

252.9

227.6

202.3 227.6

Hình 1-5: Đồ thị phụ tải hệ thống.

I.4. Các nhận xét.

I.4.1 Tình trạng phụ tải ở các cấp điện áp.

Ta thấy phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp ở cấp điện áp máyphát phụ tải Pmax= 38MW, nhỏ so với công suất một máy phát P = 100 MW vàtoàn nhà máy thiết kế

Phụ tải cấp điện áp trung không có

Phụ tải điện áp cao Pmax= 220MW, tơng đối lớn

I.4.2 Dự trữ của hệ thống.

Ta có dự trữ của hệ thống S = 200MVA, lớn hơn so với công suất một máyphát Công suất của hệ thông cũng tơng đối lớn SHT= 300MVA

I.4.3 Điện áp.

Nhà máy thiết kế chỉ có hai cấp điện áp là:

Cấp điện áp máy phát Uđm= 10KV

Cấp điện áp cao có Uđm= 220KV

Không có cấp điện áp trung

T(h)

SHT(t)MVA

0

200 150 100

II.2 Chọn máy biến áp cho các phơng án.

II.2.1 Chọn công suất máy biến áp.

•Phơng án I:

∗ Máy biến áp bộ

Đợc chọn theo công suất phát của máy phát SđmB1≥ SGđm = 117,6 MVA

Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha hai dây quấn có các thông số ởbảng 2-1 sau:

∗Máy biến áp liên lạc:

Máy biến áp liên lạc B2, B3 đợc chọn là máy biến áp điều áp dới tải với điềukiện:

SđmB = 1/2 Sth.Với: Sth là công suất còn lại đa lên hệ thống

∗ Máy biến áp liên lạc:

Đợc chọn là loại máy biến áp điều chỉnh điện áp dới tải có công suất định

dmF th

SB1= SGđm – Std = 117.6 – 0.06ì117.6 = 110.5 MVA Phụ tải qua 2 máy biến áp B2, B3 đợc tính nh sau :

- Phụ tải truyền lên cao :

SC-B2,B3 =

2

1

ì( Sc(t) – SB1) Dựa vào bảng 1-6 và công thức trên tính đợc phụ tải cho từng thời điểm đ-

∗ phụ tải qua 2 máy biến áp B3 , B 4 :

+ Công suất tải lên cao :

SC B3–B4 = 12 ì(Sc(t) – SB1 – SB2)Dựa vào bảng 1-6 và công thức tính trên ta có phụ tải từng thời điểm cho ởbảng 2-5 sau:

• Sự cố 1 máy biến áp liên lạc:

Công suất thiếu của phía cao áp khi sự cố máy biến áp B2là:

Sth = STGC - SBb – 1.4ìSđmB.Trong đó:

STGC = SPTCmax + SHT = 252.9 + 153.5 =406.4MVA

SBb: công suất máy biến áp bộ SBb= 125MVA

SđmB: công suất định mức của máy biến áp liên lạc

⇒ Sth = 406.4 – 125 – 1.4ì160 = 57.4MVA

Ta thấy Sth = 57.4 < Sdt =200MVA Vậy máy biến áp chọn không bị quá tảikhi sự cố một máy biến áp liên lạc

b Phơng án II:

• Sự cố 1 máy biến áp liên lạc:

Công suất thiếu phía cao áp khi sự cố máy biến áp B3là:

Sth = STGC – 2ìSBb – 1.4ìSđmB=

= 406.4 – 2ì125 –1.4ì100 = 16.4MVA

Ta thấy Sth = 16.4 < Sdt= 200MVA Vậy máy biến áp không bị quá tải khi

sự cố máy biến áp liên lạc

• Sự cố một máy phát không cần kiểm tra vì dự trữ của hệ thống điện

đủ cung cấp cho phụ tải khi sự cố một máy phát

S P

T P A

dmB

b N

Trong đó:

T: Thời gian làm việc của máy biến áp T = 8760 h

Sb: Phụ tải của máy biến áp trong thời gian T

Máy biến áp B1có các số liệu sau:

3 ,

dm

N O

B

S

P T

P A

0

2 3

II.3.2 Phơng án II:

•Đối với máy biến áp B1,B2,tổn thất điện năng đợc tính theo công thức:

).

( 2

2 1 2

,

S

S P

T P A

dmB

b N

O B

0 (

2 2

4 ,

dm

N O

B

S

P T

P A

0

2 4

5 153 3

max '

KA U

S I

9 252 3

max

U

S I

Dòng điện cởng bức đợc xác định theo điều kiện làm việc cởng bức củamáy phát G1.

324 0 220 3

6 117 05 1 3

05

U

S I

cdm

dm G

∗ Mạch máy biến áp liên lạc.

Khi sự cố một máy biến áp, khả năng tải của máy biến áp còn lại là:

KqtscìSđmB = 1.4ì160 =224 MVA Dòng cởng bức qua máy biến áp

588 0 220 3

160 4 1 3

4 1

U

S I

• Dòng cởng bức ở cấp điện áp máy phát:

∗ Mạch máy biến áp phía hạ áp.

317 12 5 10 3

160 4 1 3

U

S K I

hdm

dmB qtsc

6 117 05 1 3

05 1

U

S I

∗ Dòng cởng bức qua kháng khi sự cố một máy phát G 2

Xét hai trờng hợp: phụ tải max và phụ tải min

+ Phụ tải max:

Dòng công suất cởng bức qua kháng khi phụ tải max là:

MVA

S S

S S

S cb dmG dF TD dF

575 99 7 44 3

1 2 28 4

3 7 44 6 117 2 2 1

3

1 4

3 2

2

1

max max

max '

=

ì +

+Khi phụ tải min:

Dòng công suất cởng bức qua kháng khi phụ tải min là:

MVA

S S

S S

S cb dmG dF TD dF

808 101 3 31 3

1 2 28 4

3 3 31 6 117 2 2 1

3

1 4

3 2

2

1

min max

min '

=

ì +

§å ¸n m«n häc thiÕt kÕ NM§.

598 5 5 10 3

808 101 3

'

U

S I

∗Dßng cëng bøc qua kh¸ng khi sù cè mét m¸y biÕn ¸p liªn l¹c lµ:

+Khi phô t¶i max:

Lîng c«ng suÊt thõa t¶i lªn hÖ thèng lµ

95 286 2 28 4

3 7 44 6 117 3 4

3

max

S S

S th =∑ dmF − dF − × TD = × − − × =

+ Khi phô t¶i min:

Lîng c«ng suÊt thõa t¶i lªn hÖ thèng lµ

35 300 2 28 4

3 3 31 6 117 3 4

3

max

S S

S th =∑ dmF − dF − × TD = × − − × =

Kh¶ n¨ng t¶i cña m¸y biÕn ¸p khi sù cè mét m¸y biÕn ¸p

Kqtsc×S®mB = 1.4×160 =224 MVA Dßng c«ng suÊt cëng bøc qua kh¸ng khi phô t¶i max lµ:

35 128 7 44 3

1 2 28 4

1 6 117 224

3

1 4

1

max max

''

MVA

S S

S S K

S cb qtsc dmB dmF TD dF

=

× +

× +

−

=

=

× +

× +

1 2 28 4

1 6 117 224

3

1 4

1

min max

''

MVA

S S

S S K

S cb qtsc dmB dmF TD dF

=

× +

× +

−

=

=

× +

× +

35 128 3

''

U

S I

Hình 3-2: Sơ đồ nối điện phơng án II.

• Dòng cỡng bức phía cao áp:

∗ Mạch đờng dây về hệ thống.

Dòng làm việc cởng bức đợc tính với điều kiện một đờng dây bị đứt

403 0 220 3

5 153 3

max '

KA U

S I

Với: SHtmaxcông suất về hệ thống qua đờng dây kép, SHtmax= 153.5MVA

∗ Mạch phụ tải phía điện áp cao.

664 0 220 3

9 252 3

max

U

S I

6 117 05 1 3

05

U

S I

cdm

dm G

∗ Mạch máy biến áp liên lạc.

Khi sự cố một máy biến áp, khả năng tải của máy biến áp còn lại là:

KqtscìSđmB = 1.4ì100 =140 MVA Dòng cởng bức qua máy biến áp

367 0 220 3

100 4 1 3

4 1

§å ¸n m«n häc thiÕt kÕ NM§.

VËy dßng ®iÖn lµm viÖc cëng bøc lín nhÊt ë phÝa ®iÖn ¸p cao lµ:

Icb1 = 0.664 kA

• Dßng cëng bøc ë cÊp ®iÖn ¸p m¸y ph¸t:

∗ M¹ch m¸y biÕn ¸p phÝa h¹ ¸p:

698 7 5 10 3

100 4 1 3

U

S K I

hdm

dmB qtsc

6 117 05 1 3

05 1

U

S I

∗Dßng cëng bøc qua kh¸ng khi sù cè mét m¸y ph¸t G 3

XÐt hai trêng hîp: phô t¶i max vµ phô t¶i min

+ Phô t¶i max:

Dßng c«ng suÊt cëng bøc qua kh¸ng khi phô t¶i max lµ:

MVA

S S

S S

S cb dmG dF TD dF

75 51 7 44 2

1 2 28 4

2 7 44 6 117 2

1

2

1 4

2 2

1

max max

max '

=

× +

+Khi phô t¶i min:

Dßng c«ng suÊt cëng bøc qua kh¸ng khi phô t¶i min lµ:

MVA

S S

S S

S cb dmG dF TD dF

75 51 3 31 2

1 2 28 4

2 3 31 6 117 2

1

2

1 4

2 2

1

min max

min '

=

× +

75 51 3

'

U

S I

∗ Dßng cëng bøc qua kh¸ng khi sù cè mét m¸y biÕn ¸p liªn l¹c lµ:

+Khi phô t¶i max:

Lîng c«ng suÊt thõa t¶i lªn hÖ thèng lµ

4 176 2 28 4

2 7 44 6 117 2 4

2

max

S S

S th =∑ dmF − dF − × TD = × − − × =

+ Khi phô t¶i min:

Lîng c«ng suÊt thõa t¶i lªn hÖ thèng lµ

75 182 2 28 4

2 3 31 6 117 2 4

2

max

S S

S th =∑ dmF − dF − × TD = × − − × =

Kh¶ n¨ng t¶i cña m¸y biÕn ¸p khi sù cè mét m¸y biÕn ¸p

Kqtsc×S®mB = 1.4×100 =140 MVA Dßng c«ng suÊt cëng bøc qua kh¸ng khi phô t¶i max lµ:

8 51 7 44 2

1 2 28 4

1 6 117 140

2

1 4

1

max max

''

MVA

S S

S S K

S cb qtsc dmB dmF TD dF

=

× +

× +

−

=

=

× +

× +

1 2 28 4

1 6 117 140

2

1 4

1

min max

''

MVA

S S

S S K

S cb qtsc dmB dmF TD dF

=

× +

× +

−

=

=

× +

× +

8 51 3

''

U

S I

VËy dßng cëng bøc qua kh¸ng lín nhÊt lµ: Icb4 = 2.848 KA

Tõ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n trªn ta cã b¶ng tãm t¾t kÕt qu¶ dßng cëng bøc sau:b¶ng 3-1

∗ PhÝa ®iÖn ¸p cao.

Tõ dßng ®iÖn cëng bøc ë phÝa cao ¸p Icb1max= 664 kA, ta chän m¸y c¾t lo¹iSF-6 cña h¶ng Merlin cã kÝ hiÖu FA- 245- 40 cã c¸c th«ng sè ë b¶ng 3-2 sau:

B¶ng3-2

Đồ án môn học thiết kế NMĐ.

∗ Phía điện áp thấp.

Từ các dòng cởng bức phía điện áp thấp Icb2=12.317kA, Icb3= 6.789kA, Icb4

= 7.057kA, ta chọn loại máy cắt điện không khí của hãng Simen loại 12- 80 có các thông số ở bảng 3-3 sau:

∗ Phía điện áp cao.

Từ dòng điện cởng bức ở phía cao áp Icb1max= 664 kA, ta chọn máy cắt loạiSF-6 của hảng Merlin có kí hiệu FA- 245- 40 có các thông số ở bảng 3-2

∗ Phía điện áp thấp.

Từ các dòng cởng bức phía điện áp thấp Icb2=7.698kA, Icb3= 6.789kA, Icb4

= 2.848kA, ta chọn loại máy cắt điện không khí của hãng Simen loại 12- 80 có các thông số ở bảng 3-3

III.2 Chọn sơ đồ thanh góp các cấp điện áp máy phát

III.2.1 Thanh góp điện áp máy phát.

a Ping án I:

Sơ đồ thanh góp máy phát đợc chọn nh hình 3-3 sau:

Hình 3-3: Sơ đồ thanh góp máy phát phơng án I

b Ping án II:

Sơ đồ thanh góp máy phát đợc chọn nh hình 3-4 sau:

Hình 3-4: Sơ đồ thanh góp phát phơng án II

Đồ án môn học thiết kế NMĐ.

III.2.2 Sơ đồ thanh góp điện áp cao áp.

Cả hai phơng án ta đều chọn một loại thanh góp là sơ đồ hai thanh góp có

máy cắt liên lạc nhw hình 3-5 sau:

Hình 3-5: Sơ đồ thanh góp phía cao áp.

III.3 So sánh kinh tế-kỹ thuật chọn phơng án tối u.

n1 là số lợng máy cắt

Phía điện áp cao có 4 bộ máy cắt loại FA-245-40 gi::18Ẻ24::103::24ũ24::103VNĐ

Phía hạ áp 5 bộ máy cắt loại 8FGB-12-80 giá 15ì103::24ũ24::103VNĐ.

2 bộ máy cắt loại 8FGB-12-80 giá

21ì103::24ũ24::103VNĐ

⇒ VTB= 4::24Ẻ24::103::24ũ24::103 + 5ì15ì103::24ũ24::103 ++2ì21ì103::24ũ24::103=16040ì106VNĐ

Vậy tiền vốn mua máy biến áp và thiết bị là:

V1= VB1+ VTB = 35832ì106 +16040ì106= 51872ì106 VNĐ

∗ Chi phí vận hành hàng năm.

Chi phí vận hành hàng năm của thiết bị đợc tính theo công thức sau:

P1= PV1+ P∆A1.Trong đó:

Đồ án môn học thiết kế NMĐ.

⇒ VTB= 5::24Ẻ24::103::24ũ24::103 +4ì15ì103::24ũ24::103 ++1ì21ì103::24ũ24::103=17440ì106VNĐ

Vậy tiền vốn mua máy biến áp và thiết bị là:

V2= VB2+ VTB = 33632ì106 +17440ì106= 51072ì106 VNĐ

∗ Chi phí vận hành hàng năm.

Chi phí vận hành hàng năm của thiết bị đợc tính theo công thức sau:

P2= PV2+ P∆A2.Trong đó:

Chơng IV

Tính toán dòng ngắn mạch.

Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thờng xảy ra trong hệ thống

điện Mục đích của việc tính toán dòng điện ngắn mạch là để chọn khí cụ điện

và các phần tử có dòng điện chạy quay của nhà máy theo điều kiện đảm bảo cácyêu cầu về ổn định động và ổn định nhiệt khi có dòng ngắn mạch (dòng tínhtoán ngắn mạch là dòng 3 pha)

Để đơn giản tất cả các giá trị ta đều tính trong hệ đơn vị tơng đối Chọn các

đại lợng cơ bản nh công suất cơ bản và điệ áp cơ bản Ta dùng phơng pháp gần

đúng với khái niệm điện áp trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp

định mức trung bình (Ucb= Utb), công suất cơ bản chọn là Scb= 1000MVA

Đã cho XHT= 1.25 và SđmHT = 3000 MVA

Ta có điện kháng tơng đối cơ bản của hệ thống là:

4167 0 3000

1000 25

S

S X

IV.2.2 Xác định giá trị điện kháng.

• Điện kháng của đờng dây

4132 0 220

1000 100

4 0 2

1 1

d

U

S l x n X

• Điện kháng máy biến áp

∗ đối với máy biến áp bộ B1, B2:

88 0 125

1000 100

11 100

B B

U

S U

X X

∗ đối với máy biến áp liên lạc:

2 1 100

1000 100

12 100

B B

U

S U

X X

1.2

0.4132

X 0.88

B1

1.5561 1.5561 1.5561

• Điện kháng của máy phát.

5561 1 6 117

1000 183

0

=

dm

cb d F

S

S X X

• Điện kháng của kháng điện

31 2 3 10 3 100

1000 12 3

100

% 100

cb K

Bdm

cb K

K

I U

S X

S

S X

Biến đổi sơ đồ hình 4-3a ta có sơ đồ hình4-4a

Gộp 2 nguồn máy phát G1,G2 lại ta có X9, biến đổi sao-tam giác X4, X5, X5

ta có X10, X11, X12 có các giá trị sau:

2181 1 4361 2 4361 2

4361 2 4361 2

3 2

3 2

+

ì

= +

ì

=

X X

X X X

G3

1.5561 X

1.2

X X 2.31

G4

1.5561 X

1.2 X

X HT

X

G2 G1

HT

1.5561

0.3057 0.8299

11

X 1.2181

Hình 4-4a.

Đồ án môn học thiết kế NMĐ.

3057 0 31 2 2 1 2 1

2 1 2 1

6 5 4

5 4

+ +

ì

= + +

ì

=

X X X

X X X

5885 0 31 2 2 1 2 1

31 2 2 1

6 5 4

6 4

+ +

ì

= + +

ì

=

X X X

X X X

5885 0 31 2 2 1 2 1

31 2 2 1

6 5 4

6 5

+ +

ì

= + +

ì

=

X X X

X X X

Gộp 2 máy phát G3, G4 lại ta có sơ đồ hình 4-5a

1

0723 1 3057 0 2181 1 ) (

) (

13 10 9

13 10 9

+ +

+

ì

= +

30008299.0

1

cb

dmHT tt

S

S X X

304.01000

4

4706466.0

2

cb

dmNM tt

S

S X X

Tra đờng cong tính toán (của nhà máy tuabin hơi) ta sẽ nhận dợc giá trịdòng ngắn mạch nh bảng 4-1

HT

X 2∑

0.6466

Hình 4-6a.