Tính toán phụ tải và cân bằng công suất chọn phương án nối dây

Tính toán phụ tải và cân bằng công suấtchọn phương án nối dây

mục lục

lời mở đầu

chơng 1: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

1.Chọn máy phát điện2.Tính toán phụ tải và cân bằng công suất3.Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện

chơng 2: Tính toán chọn máy biến áp

1.Chọn MBA cho phơng án I2.Chọn MBA cho phơng án II

chơng 3: Tính toán kinh tế và xác định phơng án tối u

1 Tính cho phơng án I

2 Tính cho phơng án II chơng 4:Tính toán ngắn mạch và chọn các thiết bị

1.Tính toán ngắn mạch2.Chọn thiết bị phân phối

hệ thống điện cũng phát triển với nhiều nhà máy và trạm biến áp với công suất lớn.Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vậnhành nhà máy điện sẽ mang lại những lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế nói chung

và hệ thống điện nói riêng Muốn giải quyết tốt các vấn đề đã nêu cần có những hiểubiết toàn diện, sâu sắc về nhà máy điện.

Sau quá trình học tập nghiên cứu ở trờng, tôi đợc thầy cô giáo giao nhiệm vụthiết kế phần Điện của nhà máy điện Do thời gian ít , trình độ còn nhiều hạn chế mặc

dù đã cố gắng với tất cả khả năng của mình nhng chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sóttrong khi thiết kế Vì vậy tôi rất mong đợc sự giúp đỡ và góp ý của các thầy cô giáo

và các bạn để đồ án của tôi đợc hoàn chỉnh

Tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo Bộ môn Hệ thống điện đãtận tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản đồ án này

Trong thực tế , mức tiêu thụ điện năng tại các phụ tải luôn thay đổi theo thờigian, do đó việc nắm đợc qui luật này , tức là tìm đợc dạng đồ thị phụ tải là một điềuvô cùng quan trọng đối với ngời thiết kế và vận hành bởi vì nhờ có đồ thị phụ tải mà

có thể lựa chọn đợc phơng án, sơ đồ nối điện phù hợp Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh

tế - kỹ thuật nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ngoài ra đồ thị phụ tải còn cho phépchọn đúng dung lợng máy biến áp , phân bố đợc tối u công suất giữa các nhà máy

điện hoặc giữa các tổ máy trong một nhà máy điện

I Chọn máy phát điện

Thiết bị điện chiếm vị trí quan trọng nhất trong nhà máy điện là máy phát điện ,

nó trực tiếp biến đổi cơ năng thành điện năng.Ngoài điều chỉnh công suất của mình ,máy phát điện còn giữ vai trò quan trọng trong công việc đảm bảo chất điện năng Dựa vào nhiệm vụ thiết kế và số liệu ban đầu của nhà máy nhiệt điện ngng hơigồm 4 tổ máy mỗi tổ máy có công suất P = 100 MW, điện áp định mức 10,5kV Theotài liệu tham khảo chọn máy phát điện có ký hiệu : TB-100-2 (Sách thiết kế mạngSách thiết kế mạng

và hệ thống điện – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ Bộ môn Hệ Thống Điện) có các thông số sau:

Bảng 1.1

S

MVA

P MW

II Tính phụ tải và cân bằng công suất

Để chọn dung lợng và tính toán tổn thất trong máy biến áp cần thiết lập đồ thị phụtải ngày của nhà máy Máy biến áp đợc chọn theo công suất biểu kiến , mặt khác hệ

số cos các cấp khác nhau nên cân bằng công suất đợc tính theo công suất biểu kiến Sau đây tiến hành tính công suất các cấp của nhà máy

Công thức chung để tính tính toán công suất nh sau:

S =

 cos 100

%

p

Pmax (Sách thiết kế mạng 1 - 1)

Trong đó : S - Công suất biểu kiến của phụ tải ở từng cấp

Pmax - công suất cực đạiP% - Công suất tính theo phần trăm công suất cực đại

cos - hệ số công suất phụ tải

1 Đồ thi phụ tải toàn nhà máy:

Bỏ qua tổn thất của các máy biến áp điện lực và các biến áp tự dùng , phụ tảinhà máy theo thời gian xác định là :

S(Sách thiết kế mạngt) =

100

%

S

Sđặt với Sđặt = 312,5 MVAKết quả tính theo công thức đợc ghi bảng sau :

470

329

2 Đồ thị phụ tải điện áp máy phát (10.5kV) :

Đồ thị phụ tải máy phát xác định nh trên với :

Snm : Công suất đặt toàn nhà máy

S(Sách thiết kế mạngt) : Công suất phát toàn nhà máy tại thởi điểm t

 : Phần trăm điện tự dùng NM đợc thiết kế là nhà máy nhiết điệnvới hệ số tự dùng là 8%

Kết quả tính đợc ghi trong bảng sau :

Bảng 1.4

Biểu đồ công suất phát toàn nhà máy điện

Biểu đồ phụ tải điện áp máy phát

Stdt MVA 22 23,5 25 21,25

4 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110kV :

Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110 kV xác định theo công thức (Sách thiết kế mạng1-1) :

Kết quả tính đợc ghi trong bảng sau :

Snm :Công suất đặt toàn nhà máy

SUF : Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

Tổng hợp các kết quả tính toán trên đợc ghi ở bảng 1.6

Bảng 1.6

34.22

31.96

Theo kết quả tính toán đợc trong bảng (Sách thiết kế mạng1-6) và qua các đồ thị phụ tải, ta nhận thấy:

- Chọn công suất mỗi tổ máy phát điện là hợp lý

- Nhà máy có đủ công suất cung cấp cho các phụ tải ở các cấp điện áp

- Công suất phát về hệ thống nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (Sách thiết kế mạng540 MVA), do

đó sự ảnh hởng của nhà máy điện đối với hệ thống là không đáng kể

Chơng 2

Lựa chọn sơ đồ nói điện chính

chọn máy biến áp

III Chọn sơ đồ nối điện chính

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế và kết quả tính toán đợc ở phần trớc, ta tiến hànhvạch một số phơng án nối điện của nhà máy Việc đa ra các phơng án nối điện phải

đảm bảo sao cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng là bé nhất đồng thời thuậntiện cho công tác vận hành cũng nh sửa chữa sau này có tính tới nhu cầu phát triểntrong tơng lai

Trớc tiên ta có một số nhận xét sau dây:

- Nhà máy đợc thiết kế có hai cấp điện áp 10.5 kV, 110 kV và nối với hệ thống

ở cấp điện áp 220kV do đó để liên lạc giữa các cấp điện áp ta sử dụng máy biến áp bapha tự ngẫu có 3 cấp điện áp:10.5, 110 và 220kV

Theo tính toán thì công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

- SuFMAX = 9,195 MVA < 15% SFĐM = 9,375MVA nhng phụ tải ở cấp điện ápmáy phát có số lộ nhiều (Sách thiết kế mạng3 kép+ 1 đơn) nên trong sơ đồ nối điện ta sử dụng nối bộmáy phát- máy biến áp kết hợp với sơ đồ có hệ thống thanh góp điện áp máy phát

- Công suất phát vào(Sách thiết kế mạng hệ thống) phía cao áp: SCmax = 138,775 MVA

ở phơng án này dùng bộ MF-MBA 2 cuộn dây nối với thanh cái điện áp cao, 1 bộMF-MBA 2 cuộn dây phát lên thanh cái điện áp trung và sử dụng 2 MF nối với thanhgóp điện áp máy phát liên hệ với thanh góp điện áp cao và trung qua 2 MBA 3 pha tựngẫu

Nhận xét chung : Ta thấy hai phơng án đều dễ vận hành và đảm bảo khi mùa khô

cho một tổ máy ngừng làm việc dễ dàng

 Phơng án một phải dùng

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 2 Máy

- Máy biến áp ba tự ngẫu : 2 Máy

* Phơng án hai phải dùng

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp cao : 1 Máy

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 1 Máy

- Máy biến áp ba tự ngẫu : 2 Máy

tính toán chọn máy biến áp

I Chọn máy biến áp cho phơng án 1

1 Chọn máy biến áp AT 1 , AT 2

Chọn máy biến áp ba pha tự ngẫu theo điều kiện sau:

SAT1 = SAT2 = Sthừa*1/2=1/2*(Sách thiết kế mạngSđmF -Stdmax -SUFmin) =1/2*0,5*(Sách thiết kế mạng2*117,5-18,8- 8,7)=207,5 MVAChọn MBA (Sách thiết kế mạng220kV) có các thông số nh sau:ATДЦTHTH-250 -230 /121/11

Kiểm tra lại theo các điều kiện:Khi STmax mà sự cố 1 MBA

a Sự cố 1 bộ MF-MBA bên trung

2*kqt**Sđm≥ STmax -(Sách thiết kế mạngSbộT -ST4)

350 ≥ 275-(2*117,5-117,5)350≥ 157,5 Điều kiện này thoả mãn

ATДЦTHTH 250 230 121 11 145 520 11 32 20 0.5 250

2 Chọn máy biến áp T 3 ,T 4 :

Chọn máy biến áp ba pha hai cuộn dây theo điều kiện hợp bộ sau:

phát dự kiến sẽ đấu vào thanh góp điện áp máy phát nên trong công thức trên bỏ quathành phần SUfmin

SĐMT = 117,5 – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ7,7075= 109,7925MVA 109,8MVA

Chọn MBA (Sách thiết kế mạng110kV) có các thông số nh sau: TДЦTH-125 -121/10,5

Bảng 2.1

II Phân bố công suất Tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp

1 Phân bố công suất trong máy biến áp.

a Phân bố công suất trong máy biến áp T3, T4 :

Đối với hai bộ MF-MBA T 3 , T 4 u tiên phát công suất bằng phẳng:

ST3 = ST4 = SDMF – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ STD = 117,5 – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ 9,4 = 108,1 MVA

Phần còn lại thay đổi giao cho 02 máy biến áp điều chỉnh dới tải đảm nhiệm

b Phân bố công suất trong máy biến áp AT1, AT2 :

SAT1= SAT2 = 0,5*(Sách thiết kế mạngSHT + SU110 – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ ST3 – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ ST4) MVATại các thời điểm trong ngày ta có bảng phân bố công suất nh sau:

S

t S P n T P n

+ SđmT là công suất định mức máy biến áp

a Tổn thất điện năng trong MBA ba pha 2 dây quấn T 3 và T 4

Với máy biến áp T3 T4:

SMAX = SĐMF – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ STD = 117,5 - 9,4 = 108,1 MVA là công suất tải qua máy biến

áp bằng phẳng suốt cả năm tính cho T= 8760

= 3.671.758kWh

8760

* 125

108,1

* 400 8760

*

2 4

,

A T

B Chän m¸y biÕn ¸p cho ph¬ng ¸n hai

I.Chän m¸y biÕn ¸p:

Chän m¸y biÕn ¸p ba pha hai cuén d©y theo ®iÒu kiÖn hîp bé sau:

S§MT2,T3 = (S¸ch thiÕt kÕ m¹ngS§MF - STDmin – Khoa §iÖn – Bé m«n HÖ Thèng §iÖn §å ¸n m«n NM§ SUfmin)*

 2

1

= 207,5 MVAChän MBA cã c¸c th«ng sè nh sau:

 Pnc Sic ti Pnt Sit ti ti

Sdm Po

* 2

365 8760

Kiểm tra khi :

a Sự cố 1 bộ máy phát – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ máy biến áp bên trung:

2*Kq**Sđm  STmax - (Sách thiết kế mạngSbộT - ST4 )

vì (Sách thiết kế mạngSbộT – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ ST4 ) = 0

nên 2*Kq**Sđm  STmax

Sđm  STmax/(Sách thiết kế mạng2Kqt ) = STmax/(Sách thiết kế mạngKqt) = 196,5

Điều kiện này thoả mãn

b Sự cố 1 máy biến áp liên lạc:

Kq**Sđm  STmax - SbộT = 275 - 175,5 = 157,5

 1,4 * 0,5 * 250 = 175  157,5

Điều kiện này thoả mãn

III Phân bố công suất,Tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp

1.Phân bố công suất trong máy biến áp.

a Phân bố công suất trong máy biến áp B1:

Đối với hai bộ MF-MBA T1 , T 4 u tiên phát công suất bằng phẳng:

ST1 = ST4 = SDMF – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ STD = 117,5 – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ 9,4 = 108,1 MVA

Phần còn lại thay đổi giao cho 02 máy biến áp điều chỉnh dới tải đảm nhiệm

b Phân bố công suất trong máy biến áp T2,T3 :

SAT2 = SAT3 = 0,5x(Sách thiết kế mạngSHT + SU110 – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ ST1 – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ ST4 ) MVATại các thời điểm trong ngày ta có bảng phân bố công suất nh sau:

S

t S P n T P n

+ PN là tổn thất ngắn mạch

+ SMAX là công suất tải qua máy biến áp trong thời gian ti (Sách thiết kế mạngti = 24giờ)

+ T= ti x365ngày

+ SđmB là công suất định mức máy biến áp

a Tổn thất điện năng trong MBA T 1

S P

* 2

365 8760

108,1

* 350 8760

220kV 110kV

TGV TGII TGI

10,5kV

Ph¬ng ¸n II:

220kV

TGI

TGV TGII

tình trạng mà không có phần tử nào của khu vực đang xét bị cắt , Ibt là dòng lớn nhấttrong tình trạng này.

Dòng làm việc bình thờng dùng để chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiệnkinh tế

Tình trạng làm việc cỡng bức là tình trạng làm việc nếu 1 phần tử của khu vực xét

bị cắt, dòng cỡng bức cực đại thờng để chọn khí cụ điện và đây dẫn theo điều kiệnphát nóng lâu dài

a Cấp 220kV

- Phía đờng dây Theo nhiệm vụ thiết kế thì phụ tải của hệ thống đợc cung cấp bằng đờng dâykép dài 82 km.Vậy dòng bình thờng và dòng cỡng bức của đờng dây là:

220 3 2

185.74

3 2

92.87

* 8 , 0

117,5

* 3

92,87

185.74

3 2

- PhÝa m¸y biÕn ¸p:

+ M¸y biÕn ¸p 2 d©y quÊn:

220 3

117,5

35,03

* 8 , 0

- PhÝa m¸y biÕn ¸p:

+ M¸y biÕn ¸p 2 d©y quÊn:

220 3

117,5

78,75

* 3

92,87

Ngoài ra các máy cắt điện đợc chọn cần phải kiểm tra ổn định nhiệt và ổn định

C Tính toán kinh tế chọn phơng án tối u

Để tính toán chỉ tiêu kinh tế của một phơng án cần tính vốn đầu t ban đầu và phítổn vận hàng hàng năm do sửa chữa thay thế chỉ cần xét đến những phần tử thiết bịkhác nhau trong các phơng án nh máy biến áp, máy cắt điện Nh vậy vốn đầu t các

phơng án chỉ tính đến tiền mua thiết bị, tiền chuyên chở và tiền xây lắp Còn đối vớicác thiết bị phân phối thì tiền chi phí thiết bị dựa vào số mạch của thiết bị phân phốiứng với các cấp điện áp tơng ứng và chủ yếu là do chủng loại máy cắt quyết định Vốn đầu t của một phơng án đợc tính theo biểu thức:

V = KB VB + VTBPP

Trong đó:

- VB: Vốn đầu t máy biến áp

- KB: Hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp máy biến áp, hệ số này phụ thuộcvào điện áp định mức của cuộn cao áp và công suất định mức của máy biến áp

- VTBPP: Vốn đầu t xây dựng thiết bị phân phối và đợc tính nh sau:

Với: n1, n2 số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2 trong sơ

đồ nối điện đã chọn

U2 và bao gồm cả tiền mua, chuyên chở, xây lắp

Pt: Chi phí tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện

Pt = c A

Trong đó:C là giá thành 1 KWh điện năng

A: Tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị chủ yếu trong máy biến

áp.Sau đây tính toán chỉ tiêu kinh tế cho từng phơng án:

I Tính toán cho phơng án I

1 Tính vốn đầu t của thiết bị V

a Vốn đầu t các máy biến áp

- Bốn máy biến áp ba pha hai cuộn dây: TДЦ - 125 - 242/13,8

Giá: 162 * 103 * 40 * 103 VND với KB = 1,4Vậy tổng số vốn đầu t vào máy biến áp là:

VB = (Sách thiết kế mạng2 * 250 + 2 * 162 ) * 40*106*1,4 = 46.144*106 VNĐ

b Tính vốn đầu t thiết bị phân phối

Từ sơ đồ nối điện của hai phơng án thấy rằng thiết bị phân phối hai phơng ángiống nhau tức là: Đối với thiết bị phân phối cao áp 220KV dùng hệ thống hai thanhgóp có máy cắt nối Do đó đối với hai phơng án I và II chúng chỉ khác nhau ở thiết bịmáy cắt vì vậy khi tính toán vốn đầu t thiết bị phân phối chỉ tính toán giá thành đốivới máy cắt điện ở các cấp điện áp:

- Mạch cấp 220KV gồm có 5 mạch với máy cắt điện không khí kiểu

BBb - 220 - 31.5/2000

Mỗi mạch giá: 71,5 103 40 103 VNĐ

- Mạch cấp 13,8 KV gồm có 2 mạch với máy cắt điện không khí kiểu

M - 20 – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ 6000/3000

Mỗi mạch giá: 15 103 40 103 VNDVậy tổng vốn đầu t để xây dựng thiết bị phân phối:

II Tính toán cho phơng án II:

1 Tính vốn đầu t của thiết bị V

a Vốn đầu t cho các máy biến áp

- Hai máy biến áp ba pha hai cuộn dây: TДЦ - 200 - 242/13,8

.







- Một máy biến áp ba pha hai cuộn dây: TДЦ - 125 - 242/13,8

Giá: 181 x 103 x 40 x 103 VND với KB = 1,4Vậy tổng số vốn đầu t vào máy biến áp là:

VB = (Sách thiết kế mạng1*181 + 2 * 250 + 1 * 162 ) * 40*106*1,4 = 47.208*106 VNĐ

b Tính vốn đầu t thiết bị phân phối

Tơng tự nh phơng án I chỉ cần tính vốn đầu t của máy cắt điện:

- Mạch cấp 220KV gồm có 4 mạch với máy cắt điện không khí kiểu

BBb - 220 - 31.5/2000

Mỗi mạch giá: 71,5 103 40 103 VNĐ

- Mạch cấp 10KV gồm có 2 mạch với máy cắt điện không khí kiểu

BM - 20 – Khoa Điện – Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án môn NMĐ 90/11200Y3

Mỗi mạch giá: 11,5 103 40 103 VNDVậy tổng vốn đầu t để xây dựng thiết bị phân phối:

Có bảng tổng kết so sánh về mặt kinh tế của hai phơng án nh sau:

P.A V (Sách thiết kế mạng106 VND ) P (Sách thiết kế mạng106 VND)

.







Để chọn đợc phơng án hợp lý nhất trong những phơng án trên cần phải so sánhtổng hợp cả về mặt kinh tế và kỹ thuật giữa các phơng án Về mặt kinh tế từ bảng tổngkết dễ dàng nhận thấy:

V1  V2 và P1  P2

Cho thấy sự u việt của phơng án I truớc phơng án II Ngay cả về mặt kỹ thuậtcũng thây sự linh hoạt của phơng án I trớc phơng án II, ngoài ra phơng án I còn dễdàng trong vận hành

Phơng án I là phơng án tối u và ta chọn phơng án này để tính toán ngắn mạch

và lựa chọn các khí cụ điện.

100

X

dm

cb n

T T

- MF§:

56 ,

1

f

- M¸y biÕn ¸p tõ ngÉu :

7,0

*)(

*200

NT H

NC T

NC

S

S U

U U

Xc





26,0

*)(

*200

NC H

NT T

NC

S

S U

U U