đồ án thiết kế nhà máy điện 4x400

Tuy nhiên do đã biết số lượng và công suất của từng tổ máy thì do đó chỉcần kiểm tra sổ tay kĩ thuật điện để chọn loại máy phát điện tương ứng với cácthông số kĩ thuật khác như điện áp,

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình phát triển của một quốc gia thì điện năng là một trongnhững nguồn năng lượng không thể thiếu được Điện năng phục vụ đắc lực chomọi hoạt động, trong mọi ngành nghề của xã hội Để hiểu được tầm quan trọngcủa điện năng và vận hành tốt được hệ thống điện thì người giáo sư, tiến sĩ và cácchuyên gia của ngành điện góp phần không nhỏ, là một sinh viên ngành hệthống điện em rất hiểu điều đó Trong quá trình học tập trong nhà trường thì việcthiết kế phần điện trong nhà máy điện là một công việc rất phức tạp, nó bao gồmnhiều yếu tố mang tính độc lập cao, đòi hỏi người thiết kế phải nắm bắt một cáchtổng quát công việc mình làm, vận dụng một cách sáng tạo những kiến thức đãtích góp được trong học tập và trên thực tế cũng như những ảnh hưởng của cácyếu tố bên ngoài đến thiết kế thi công, công trình và vận hành Thiết kế phầnđiện trong nhà máy điện (một khâu quan trọng của hệ thống điện) trong khi đangngồi trên ghế nhà trường sẽ giúp em có được không ít kinh nghiệm để chuẩn bịtrước khi ra công tác

Đê hoàn thiện được đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn sự

hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện của

Trường ĐHBK Hà Nội, đặc biệt là thầy GS.TS Lã Văn út

Do còn hạn chế về những kinh nghiệm thực tế nên chắc chắn em sẽ khôngtránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự quan tâm, đóng góp ýkiến của các thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn

MUC LUC

Đồ án ikiểd kế K\kà máy cliẹm

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CÂN BANG CÔNG SUÂT

I Chọn máy phát điện 3

II Tính toán phụ tải và cân bằng công suất ở các cấp điện áp 4

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIÊN ÁP

I Lựa chọn máy biến áp 17

II Tính tổn thất điện năng 32III Tính toán dòng cưỡng bức 41

CHƯƠNG III CHỌN MÁY CẮT - TÍNH TOÁN KINH TÊ -KĨ THUẬT

CHỌN PHƯƠNG ÁN Tối Ưu

I Chọn máy cắt 48

II Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 52

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

ĩ Đặt vấn đề 60

'VrườncỊ ĐU BK "Hà A)ội ^

ĐỒ c\n tkiévt ke K\kà máy đ\Ậ n

II Chọn điểm ngắn mạch 61

CHƯƠNG V CHỌN DÂY DẪN VÀ KHÍ cụ ĐIỆN

I Chọn máy cắt và dao cách ly 85

II Chọn thanh dẫn và thanh góp 87

CHƯƠNG VI CHỌN Sơ ĐỔ NỐI ĐIỆN VÀ THIÊT BỊ Tự DÙNG

I Chọn sơ đồ nối điện 112

II Chọn thiết bị tự dùng 112

~TTmờncỳ ĐU BK 'Hà A)ọi 2

dự trữ hệ thống là 12%, điện kháng ngắn mạch (tính đến thanh cái của hệ thốngnối với đường dây ) là 0,65.

- Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải:

+ Phụ tải cấp điện áp máy phát có Uđm=10,5kV

+ Phụ tải điện áp trung có Uđm=l lOkV

- Nhà máy có nhiệm vụ phát công suất (tổng ) có Udm=220kV

Trong khi thiết kế chọn máy phát điện ta cần chú ý những điểm sau:

+ Máy phát điện có công suất càng lớn thì vốn đầu tư, tiêu hao nhiên liệu đểsản xuất ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hằng năm càng nhỏ Nhưng

về mặt cung cấp điện thì đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không được lớnhon dự trữ quay về hệ thống

+ Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành về sau, nên chọn cácmáy phát điện cùng loại

+ Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòngđiện ngắn mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ và do đó dễ dàng chọn các khí cụ điệnhơn

Tuy nhiên do đã biết số lượng và công suất của từng tổ máy thì do đó chỉcần kiểm tra sổ tay kĩ thuật điện để chọn loại máy phát điện tương ứng với cácthông số kĩ thuật khác như điện áp, dòng điện, công suất định mức, hệ số côngsuất coscp, các điện kháng x'd, x"d

Trường E>H BK Mà AJội '3'

v/ph

sMVA

pMW

uKV

-5-1 14,35 7,4253| -

T(h) 0-4 4-10 10-14 14-18 00 •1- to

T(h) o •1- 00 8-12 12-14 14-20 20-24

-9-T(h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 oo •1 - to o 20-24

smm(t) 350 350 350 450 450 425 500 500 350

SUF(0 10,2 5 10,25 14,35 14,35 17,425 17,425 20,5 12,3 12,3SịjT(t) 1 68,75 191,25 191,25 191,25 225 225 202,5 168,75 168,75

-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may cfỉẹr\

+ S TD

Hình 6

2 Nhẩn xét

Qua đồ thị phụ tải tổne hợp trên ta có một số nhận xét chung như sau:

Nhà máy phát công suất cực đại Snmmax = 500 MVA lúc!4h - 20h, công suất

~Cy'Liờv\g HHH BK ‘klà 7\)ội -

12-Bồ áv\ tkiết kế Kvkà may chẹm

cực tiểu Snmmin = 350 MVA vào lúc Oh- 8h và 20h - 24 h

Công suất phụ tải trung áp cực đại STmax = 225 MVA vào lúc lOh - 14h vàcực tiểu STmin = 168,75 MVA lúc Oh - 4h và 18h - 24h

Công suất phát lên hệ thống cực đại Shtmax =283,95 MVA lúc 18h - 20h vàcực tiểu Shtmin = 115,7 MVA lúc 6h - 8h

Công suất phụ tải điện áp máy phát cực đại Sđfmax = 20,5 MVA lúc 14 h - 18

h và cực tiểu Sđfmin = 10,25 MVA lúc 0 - 6 h

Công suất tự dùng cực đại Stdmax =35MVA lúc 14h-20h và cực tiểu

Stdmin=28,7MVA lúc Oh- 8h và 20h - 24h

Công suất dự trữ quay của hệ thống Sdtq= 12% 4400 = 528 MVA

Công suất phát lớn nhất của nhà máy là 500 MVA, lượng công suất này chủyếu phát cho phụ tải trung áp (110 kV) STmax = 225 MVA, một phần nhỏ cấp chophụ tải địa phưong (10,5kV), Sđfmax = 20.5 MVA và tự dùng còn lại phát về hệthống (220 kV), mà hệ thống có công suất 4400 MVA, công suất phát về hệthống cực đại là 283,95 MVA vì vậy nhà máy thiết kế rất quan trọng đối với phụtải trung áp Nhà máy thiết kế với 4 máy phát và 3 cấp điện áp 220 kV, 110 kV,10,5 kV, phụ tải điện áp máy phát (địa phương) chiếm so với công suất định mức

của một máy phát là 10,25 =8,2% < 10% Các nhận xét này được dùng để tính

toán, lựa chọn sơ đồ nối điện ở phần sau

III LƯA CHON SO Đồ NÔI ĐIÊN CỦA NHÀ MÁY ĐIÊN

l Đề xuất các vhươtĩ 2 án

lựa chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một công việc rất quantrọng trong quá trình thiết kế nhà máy, dựa vào sơ đồ nối điện chính ta có cái

~Cy'Liờv\g BB BK "Hà A)ội 13

-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may chẹn

nhìn tổng quan về phần điện trong nhà máy Sơ đồ lựa chọn phải thoả mãn đượccác yêu cầu cơ bản về kinh tế -kĩ thuật cũng như đảm bảo an toàn cho người vàthiết bị

Yêu cầu kỹ thuật như đảm bảo độ tin cậy, cung cấp điện liên tục cho các hộtiêu thụ, vận hành đơn giản, linh hoạt

Theo nhận xét cuối chương 1 ta thấy phụ tải điện áp trung rất quan trọngđối với nhà máy Phụ tải địa phương chiếm một lượng bé nên để đơn giản trongvận hành ta sử dụng sơ đồ bộ (máy phát điện ghép bộ với máy biến áp), phụ tảiđịa phương lấy ở hạ áp của máy biến áp liên lạc giữa hai hệ thống Trong sơ đồghép bộ thì công suất mỗi bộ

phải nhỏ hơn lượng dự trữ quay của hệ thống bởi vì nếu không thoả mãn điềunày thì khi xảy ra sự cố bộ đó thì phụ tải không được cung cấp điện đầy đủ dolượng công suất dự trữ huy động về không đủ Để liên lạc giữa hai hệ thống

1 lOkV và 220 kV ta có thể sử dụng máy biến áp ba cuộn dây hoặc máy biến áp

tự ngẫu nhưng do tính ưu việt của máy biến áp tự ngẫu so với máy biến áp bacuộn dây như tổn thất điện năng bé, kích thước, trọng lượng cũng như tiêu haovật liệu bé, hiệu suất cao nên ta dùng biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai hệthống Hơn nữa, điện áp ở hệ thống 220 kV và phía trung áp 110 kV đều làmạng trung tính nối đất trực tiếp nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạcgiữa hai hệ thống là hoàn toàn phù hợp Dựa vào phân tích trên ta vạch ra cácphương án nối điện sau:

Phương án I

~Cy'Liờv\g HHH BK HI à A)ội -

14-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may chẹn

ƯU đỉêm: Do phụ tải bên trung s™ị" = 168,75 MVA> =125 MVA nên

máy phát bằng phẳng liên tục trong tổn thất máy biến áp trong chế độ hoạt độngbình thường nhỏ

- sơ đồ đơn siản, dòng nsắn mạch nhỏ nên chọn các thiết bịNhược điểrmphảl ding ba loại máy biến áp , gây khó khăn cho việc vậnhành và bảo vệ,ngoài ra có thêm các mạch nối lên thiết bị phân phối điện áp caonên vốn đâu tư tăng

Phưons án 2

~Cy'Liờv\g HHH BK "Hà A)ội 15

-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may cfỉẹr\

Hình 8Trong phương án này ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để làm liên lạc giữa 2

hệ thống 110 kV và 220 kv, bên phía trung áp 110 kv còn có 2 bộ máy phát máy biến áp ghép bộ Công suất được truyền tải từ phía hạ lên phía cao áp vàtrung áp, đồng thời có thể truyền từ phía trung sang phía cao và ngược lại

-Ưu điểm là sử dụng ít chủng loại máy biến áp nên dễ vận hành, lắp đặt,lượng điện được cấp liên tục cho phụ tải Phụ tải trung áp lớn nhất 225 MVA lớnhơn 2 tổ máy phát nên nó được cấp đủ công suất ít phải huy động từ hệ thống

về Khi STmin thì tổn thất điện năng nhiều do phải truyền công suất qua hai loạimáy biến áp (máy biến áp hai dây quấn và máy biến áp tự ngẫu)

Nhược điểm: số lượng thanh cái nối vào thanh trung áp nhiều nên công suetthừa bên trung trung vào hệ thống qua 2 lần máy biến áp làm tăng tổn thất côngsuất

/Phương án 3

~Cy'Liờv\g HHH BK "Hà A)ội -

16-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may ctiẹm

Hình 9Nhận xét:

Trong phương án 3 nàycó ưu điểm là ding í chủng loại máy biến ápNhược điểm: cả bốn máy biến áp đều nối vao thanh cái phía cao áp nêndòng ngắn mạch qua phía cao rất lơn sinh ra vốn đầu tư sẽ rất lớn Khi xẩy ra sự

cố một máy biến áp tự ngẫu bị hang cs máy còn lại làm việc rất nặng nề dễ sinh

ra quá tảl,và cấp điện cho phụ tải trung áp sẽ khong cao

án III không thích hợp để chon làm phương án tói ưu , ta chỉ xét 2 phương án Ivàphương án II để so sánh chỉ tiêu về mặt kinh tế , kỹ thuật nhằm tìm ra mộtphương án tối ưu để tính toán và thiết kế cho nhà máy

~Cy'Liờv\g HHH BK "Hà A)ội -

17-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may cfỉẹr\

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

3 LƯA CHON MÁ Y ỊỊỊẾN ÁP

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện Điện năngđược sản xuất ở nhà máy điện được truyền tải đến hộ tiêu thụ thường qua nhiềulần biến đổi bằng các máy biến áp (MBA) tăng áp và giảm áp Vì vậy tổng côngsuất của máy biến áp gấp từ 4-5 lần tổng công suất của máy phát điện Mặc dầuhiệu suất của máy biến áp tương đối cao nhưng tổn thất điện năng trong máybiến áp rất lớn Bởi vậy người ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp ít vàcông suất đặt nhỏ mà vẫn đảm bảo được an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêuthụ điện Chọn máy biến áp trong nhà máy điện là chọn loại, số lượng, công suấtđịnh mức, và hệ số biến áp MBA được chọn phải đảm bảo an toàn trong điềukiện bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất

Đối với nhà máy điện có phụ tải điện áp máy phát, cần tiến hành xây dựngnhững đường đặc tính phụ tải ngày đêm và sự trao đổi công suất giữa nhà máyvới hệ thống trong chế độ làm việc bình thường, ngoài ra cũng phải xem xétnhững luồng công suất trao đổi trong chế độ sự cố

- Một trong những máy phát điện công suất lớn nhất của nhà máy nối vàothanh góp điện áp máy phát nghỉ không làm việc (trường họp này các máy cònlại phải làm việc với công suất định mức )

- Khi sự cố trong hệ thống điện, các máy phát điện của nhà máy cần thiếtmang công suất định mức

Việc liên lạc với hệ thống bằng một máy biến áp chỉ thực hiện khi công suấttruyền vào hệ thống không vượt quá công suất dự trữ quay của hệ thống trongchế độ làm việc bình thường

Các máy biến áp và máy biến áp tự ngẫu thường chọn loại ba pha có điều

~Cy*iẨỜv\C) HHH BK "Hà A)ội -

18-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may chẹm

chỉnh điện áp dưới tải trừ máy biến áp hai cuộn dây nối bộ với máy phát điện

Giả thiết các MBA được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trườngnơi lắp đặt nhà máy điện Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất định mức củachúng

Phân bô dòng côns suất cho các má V biến áy trons chế đô bình thường

a Phân bố dòng cổng suất trong các máy biến áp hai dây quấn ghép bố

~Cy'Liờv\g HHH BK "Hà A)ội 21

-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may chẹm

Các máy biến áp ghép bộ hai dây quấn B, ta cho phát công suất bằng phẳng

để đỡ phải điều chỉnh nhiều khi phụ tải thay đổi do đó công suất truyền tải quamáy biến áp bộ này là:

SB, =SB:=S„= sfđm - ìstdm„ = 125- ^ =116,25 MVA

Do điều kiện chọn SBdm > SFđm nên máy biến áp không bị quá tải trong chế

độ làm việc bình thường

Đồ thị phụ tải của MBA B,

b Phân bố dòng còng suất trong máy biến áp tu' ngẫu TN1 TN2

Dòng công suất các phía cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu trong chế

độ làm việc bình thường trong các khoảng thời gian được tính như sau:

Trong phương án này công suất truyền lên hệ thống do hai máy biến áp tựngẫu và một máy biến áp BI nên công suất truyền lên phía cao 220 kV :

Công suất truyền lên trung áp 110 kV do một bộ máy phát điện- máy biến

áp và lượng công suất phía trung của hai máy biến áp tự ngẫu nên công suấttruyền lên phía trung 1 lOkV của mỗi máy biến áp tự ngẫu là:

c _ c _ ST — sbộ

oT| — oT2 —

~Cy'Liờv\g HHH BK "Hà A)ội 2 2

\ ' Q omin ^1 Qinax _ 1 3 x P5 1 0 ° 5 ^

7_ J ctmF ^UF ^TD

= 169,25 MVA+Công suất truyền lên phía cao 220 kV là:

Lượng công suất phát bị thiếu so với chế độ bình thường là:

sthiếu = SVHTmax - sht = 174,625- 113,5=61,125 MVA<Sdtquay =528 MVA

b Khi sư cốmôt máy biến áp tư mẫu TN1 ìioăc TN2

Hình 13Trong trường hợp này ta kiểm tra máy biến áp tự ngẫu bị sự cố thì bộ bêntrung có cung cấp đủ cho phía trung hay không

+Công suất phía trung của máy biến áp tự ngẫu là:

ST1 = STmax- sbộ = 225- 116,25 = 108,75 MVA nghĩa là công suất truyền từtrung sang cao của máy biến áp tự ngẫu

+Mà Công suất định mức cuộn trung là:Siđm=a SdmB=0,5.250=125 MVAnên ST<STđm Do đó máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải

+Công suất phát lên phía hạ là:

scl =ShI -STI = 171,813 -108,75 =63,063 MVA

~Cy'Liờv\g B>-H BK ‘klà 7\)ội 25

-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may cbệo

Đây cũne chính là lượng công suất phát lên hệ thống do đó lượng công suấtphát bị thiếu so với chế độ bình thường là:

sth = SvHTma* - Sht = 174,625 - 63,063 =111,562 MVA < Sdtquay = 528 M

Điếu kiện chọn : SđmB > SdmF=íaML=^=125 MVA

coscp 0,8

Dựa vào bảng phụ lục 2 (trong phần V- MBA với điện áp cao 1 lOkV trang

86 -sách Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của P.GS -Nguyễn Hữu Khái)

ta chọn loại MBA Bị, B2 loại có TP/mH SđmB = 125 MVA các thông sô cho ởbảng sau:

~Ci^iẨỞng HHH BK "Hà A)ội 2 6

MVA -31,85 -20,625 -20,625 -20,625 -3,75 -3,75 -15 -31,85 -31,85Shl,h2

MVA 39,3 39,275 37,225 85,125 83,588 71,613 106 109,13 38,28

Dấu “ ở hàng Sj| X2 thể hiện công suất tmyền tải từ hạ, trang sang cao

của máy biến áp tự ngẫu

2 Kiểm tra điều kiên làm viêc sư cô

Trong điều kiện làm việc sự cố máy biến áp thì sự cố trầm trọng là lúc phụtải trang áp cực đại, xét xem lúc đó công suất truyền lên hệ thống là bao nhiêu,thiếu so với lúc vận hành bình thường là bao nhiêu và máy biến áp có bị quá tảihay không, nếu quá tải thì quá tải bao nhiêu phần trăm Công suất lớn nhất của

a Khỉ sưcốmôt bô máy biến úp - máy phút bên trung úp

Theo tĩnh toán phân bố công suất tính dưới đây ta có sơ đồ phân bố côngsuất như hình sau:

Khi sự cố một máy biến áp hai dây quấn bên phía trang áp thì nguồn côngsuất cấp cho phụ tải trung là do một máy biến áp hai dây quấn và phía trang ápcủa hai máy biến áp tự ngẫu nên:

+Công suất qua cuộn hạ MBA tự ngẫu ( khả năng phát của máy phát)

Sh,=Sh2=i(tsamF-sr-|s7) = i(2 125- 10,25-^.35)= 111,125 MVA

+Công suất truyền lên phía cao 220 kV là:

Scl= sc2 = shl - Sp, = 111,125-54,375 = 56,75 MVA+Công suất phát lên hệ thống là:

+Lượng công suất phát bị thiếu so với chế độ bình thuờng là:

sthiếu = SVHT - sht =174,675 - 113,5= 61,175 MVA < Sdtquay =528 MVA.Trong trường hợp này công suất truyền từ hạ lên cao, trung nên cuộn hạ cócông suất lớn nhất mà cuộn hạ không bị quá tải vì thế máy biến áp chọn không

bị quá tải

b Khi sư cô môt máy biến áy tư nsẫu TN1 hoác TN2

~Cy'Liờv\g HHH BK "Hà A)ội 31

-V)ề áv\ tkiết kế Kvkà may cfỉẹr\

Trong tniờng hợp này ta kiểm tra máy biến áp tự ngẫu bị sự cố thì máybiến áp tự ngẫu còn lại và bộ bên trung có cung cấp đủ cho phía trung haykhông

+Ta sẽ xét lúc STminxem MBA tự ngẫu có bị quá tải haykhôngiS^i^lóS^ốMVA+Công suất phía trung của máy biến áp tự ngẫu là:

ST| = STmin- 25^ = 168,75- 2x116,25 = - 63,75 MVA nghĩa là công suấttruyền từ trung sang cao của máy biến áp tự ngẫu

+Mà Công suất định mức cuộn trung là:STđm=a SđmB=0,5.250=125 MVA nênST<STđm Do đó máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải

+Công suất phát lên phía hạ là:

+Công suất truyền lên phía cao 220 kv là:

+Đây cũng chính là lượng công suất phát lên hệ thống do đó lượng công suất

phát bị thiếu so với chế độ bình thường là:

sth = SVHTmax - sht = 174,625- 113,5=61,125 MVA < sdtquay =

ỊL TÍNH TổNG TổN THAT ĐỈẾN NĂNG

Trong quá trình truyền tải công suất qua máy biến áp thì có tổn hao đồngtrên điện trỏ' dây quấn sơ cấp và thứ cấp và tổn hao sắt từ trong lõi thép do dòngxoáy và từ trễ Tổn hao sắt từ trong lõi thép có thể xem gần như không phụ thuộcvào tải và bằng tổn hao không tải vì trên thực tế trong điều kiện điện áp sơ cấpkhông đổi khi tải thay đổi từ thông trong lõi thép thay đổi rất ít Tổn hao đồngtrên các dây quấn phụ thuộc vào dòng điện tải Tổn hao này được biểu diển theotổn hao ngắn mạch Tổn thất điện năng trong máy biến áp gồm hai thành phần:Tổn thất điện năng không phụ thuộc vào phụ tải được xác định theo thờigian làm việc với tổn thất c công suất không tải của máy biến áp

~Cy'Liờv\g HHH BK Hà A)ội 3 2

ATN| —0,12.8760 + -365

AAyv,, —0,12.8760+

(250f365(250f L

365(250)2

365(250)2 L

365(250):

L Tính toán cho ữhươne án II

a.Tổn thất điên năm tro nọ máy biến áp bô hai dây quấn tính theo công thức

T là thời gian vận hành máy biến áp, T=8760 h

Sj là công suất truyền tải qua máy biến áp trong khoảng thời gian i, MVA

Sđm là công suất định mức của máy biến áp, MVAThay số :