Đề tài:Thiết kế phần điện trong nhà máy điện

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN Thiết kế phần điện cho nhà máy Nhiệt điện ngưng hơi gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 50MW. Nhà máy có nhiệm vụ cấp điện cho các phụ tải sau: 1. Phụ tải cấp điện áp máy phát: Pmax = 8MW; cosφ = 0,85; Gồm 2 lộ kép x 4 MW x 4 km. Biến thiên phụ tải theo thời gian như bảng dưới. Tại địa phương dùng máy cắt hợp bộ với Icắt = 20kA; tcắt = 0,7sec; cáp nhôm vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất là 70mm2. 2. Phụ tải cấp điện áp trung 110kV: Pmax = 140MW; cosφ = 0,85. Gồm 2 lộ kép x 70 MW. Biến thiên phụ tải theo thời gian như bảng dưới. 3. Nhà máy nối với hệ thống 220kV bằng đường dây kép dài 100km, x0 = 0,4Ωkm. Công suất hệ thống (Không kể công suất của nhà máy đang thiết kế) là 4000MVA. Dự trữ quay của hệ thống 200MVA. Điện kháng ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệ thống xHT = 0,9. 4. Phụ tải tự dùng: α td = 8%; cosφ = 0,85. 5. Biến thiên công suất phát của toàn nhà máy cho trong bảng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Trần Chung Hiếu

Lớp: Đ6H1 Hệ : Chính quy

Ngành học: Hệ thống điện

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN

Thiết kế phần điện cho nhà máy Nhiệt điện ngưng hơi gồm 5 tổ máy, côngsuất mỗi tổ máy là 50MW Nhà máy có nhiệm vụ cấp điện cho các phụ tải sau:

1 Phụ tải cấp điện áp máy phát: Pmax = 8MW; cosφ = 0,85;

Gồm 2 lộ kép x 4 MW x 4 km Biến thiên phụ tải theo thời gian như bảngdưới Tại địa phương dùng máy cắt hợp bộ với Icắt = 20kA; tcắt = 0,7sec; cápnhôm vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất là 70mm2

2 Phụ tải cấp điện áp trung 110kV: Pmax = 140MW; cosφ = 0,85

Gồm 2 lộ kép x 70 MW Biến thiên phụ tải theo thời gian như bảng dưới

3 Nhà máy nối với hệ thống 220kV bằng đường dây kép dài 100km, x0 =0,4ΩVkm Công suất hệ thống (Không kể công suất của nhà máy đang thiết kế) là4000MVA Dự trữ quay của hệ thống 200MVA Điện kháng ngắn mạch tính đếnthanh góp phía hệ thống x*HT = 0,9

4 Phụ tải tự dùng: α td = 8%; cosφ = 0,85

5 Biến thiên công suất phát của toàn nhà máy cho trong bảng.

Bảng biến thiên công suất theo thời gian tính theo phần trăm

1 Tính toán cân bằng công suất, chọn phương án nối dây

2 Tính toán chọn máy biến áp

3 Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

4 Tính toán ngắn mạch

5 Chọn các khí cụ điện và dây dẫn

6 Tính toán tự dùng

7 Bản vẽ: Bản vẽ phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

Kết quả tính toán kinh tế kỹ thuật của phương án

Sơ đồ nối điện toàn nhà máy, kể cả tự dùng

Sơ đồ thiết bị phân phối theo mặt bằng

PHẦN CHUYÊN ĐỀ: Thiết kế trạm biến áp 400kVA-22V0,4kV.

Ngày giao : 10 V 10 V2015

Ngày hoàn thành : 28 V 12 V2015

Ths Phạm Thị Phương Thảo

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay khi nhu cầu sử dụng năng lượng đang gia tăng mạnh mẽ ở tất cảcác nước trên thế giới.Trong đó, nhu cầu về năng lượng điện đang đặt ra cho ngànhđiện lực cũng như các quốc gia những khó khăn lớn Việc đáp ứng nhu cầu sử dụngđiện trong công nghiệp cũng như sử dụng điện sinh hoạt với chất lượng điện năngtốt, cung cấp điện liên tục, an toàn đang là vấn đề bức thiết với mỗi quốc gia

Việc sử dụng nguồn năng lượng hiện có cũng như việc quy hoạch, khaithác nguồn năng lượng mới một cách hợp lý, không những đảm bảo về an ninh nănglượng mà còn là một vấn đề mang nhiều ý nghĩa về kinh tế, chính trị, xã hội…Saukhi học xong chương trình của ngành hệ thống điện, và xuất phát từ nhu cầu thực tế,

em được giao nhiệm vụ thiết kế các nội dung sau:

Phần I: Thiết kế phần điện trong nhà máy Nhiệt điện, gồm 5 tổ máy với công suất

mỗi tổ máy là 50MW, cung cấp điện cho phụ tải địa phương, phụ tải cấp trung áp

110 kV, phụ tải cấp điện áp cao áp 220 kV và phát về hệ thống qua đường dây képdài 100 Km

Phần II:Thiết kế trạm hạ áp 22V0,4kV cung cấp điện cho một khu chung cư.

Em xin chân thành cám ơn: các thầy, cô giáo Trường đại học Điện Lực đã tậntâm truyền đạt kiến thức cho em trong quá trình học tập Đặc biệt em xin gửi lời cảm

ơn chân thành nhất tới cô giáo Ths Phạm Thị Phương Thảo đã trực tiếp hướng

dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Do thời gian và khả năng có hạn, tập đồ án này không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót, em mong nhận được những lời nhận xét, góp ý của các thầy cô và các bạn

để em rút kinh nghiệm và bổ xung kiến thức còn thiếu

Em xin trân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 04 tháng 1 năm 2016

Sinh viên

Trần Chung Hiếu

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

….…

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hà Nội, ngày tháng năm

Giáo viên phản biện

Mục Lục

Chương 1 10

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, 10

CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 10

1.1 Chọn máy phát điện 10

1.2 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp 10

1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy 11

1.2.2 Phụ tải cấp điện áp máy phát 12

1.2.3 Phụ tải cấp điện áp trung 12

1.2.5 Phụ tải tự dùng 13

1.3 Cân bằng công suất toàn nhà máy 13

1.4 Đề xuất các phương án nối điện 15

1.4.1 Cơ sở chung để đề xuất các phương án nối điện 15

1.4.2 Đề suất các phương án sơ đồ nối điện 17

Chương 2 22

TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 22

A Phương án I: 22

2.1 Chọn công suất cho các máy biến áp 23

2.1.1 Chọn máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA 23

2.1.2 Chọn máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 phía 220 kV 23

2.1.3 Phân bố công suất trong các máy biến áp 24

2.1.4 Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp khi sự cố 25

2.2 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 29

2.2.1 Tính tổn thất điện năng của máy biến áp B1, B4, B5, trong sơ đồ bộ MF-MBA: .29

2.2.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu B2 và B3: 30

B Phương án II: 31

2.3 Chọn công suất cho các máy biến áp 31

2.3.1 Chọn máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA 31

2.3.2 Phân bố công suất trong các máy biến áp 32

2.3.4 Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp khi sự cố 33

2.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 39

2.4.1 Tính tổn thất điện năng của máy biến áp B3, B4, B5, trong sơ đồ bộ MF-MBA: .39

2.4.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu B1 và B2: 39

Chương 3 41

TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT 41

CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 41

3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 41

3.2 Tính toán kinh tế-kỹ thuật chọn phương án tối ưu 41

3.2.1 Vốn đầu tư 41

3.2.2 Chi phí hàng năm 42

3.3.1 Sơ đồ thiết bị phân phối phương án I 43

3.3.2 Sơ đồ thiết bị phân phối phương án II 45

3.3.3 Lựa chọn phương án tối ưu 46

CHƯƠNG IV: 47

TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 47

4.2 Lập sơ đồ thay thế 47

4.3 Xác định các tham số 48

4.3.1 Hệ thống 49

4.3.2 Đường dây 49

4.3.3 Máy biến áp .50

4.3.4 Máy phát điện 51

4.4.Tính toán ngắn mạch theo từng điểm đã chọn 53

4.4.1.Điểm ngắn mạch N1 53

4.3.2.Điểm ngắn mạch N2 56

4.3.3 Điểm ngắn mạch N3 : 58

4.3.4 Điểm ngắn mạch N3’ 60

4.3.5 Điểm ngắn mạch N4 60

Bảng 4.1: Kết quả tính toán các điểm ngắn mạch phương án 2 61

Chương 5 62

CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 62

5.1 Dòng điện làm việc và dòng điện làm việc cưỡng bức 62

5.1.1 Phía điện áp cao 220kV 62

5.1.2.Phía điện áp trung 110kV 63

5.1.3.Mạch máy phát 6,3 kV 64

Bảng 5.1:dòng cưỡng bức các cấp điện áp phương án 2 64

5.2.Chọn máy cắt và dao cách li 64

5.2.1.Chọn máy cắt 64

Bảng 5.2: thông số máy cắt phương án 2 65

5.2.2 Chọn dao cách ly: 65

Bảng 5.3: thông số dao cách ly phương án 2 65

5.3.Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát: 66

5.3.1 Chọn loại và tiết diện thanh dẫn 66

Bảng 5.4: thông số của thanh dẫn cứng được chọn 67

5.3.2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch 67

5.3.3 Kiểm tra điều kiện ổn định động 67

5.3.4 Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng 69

5.3.5 Chọn sứ đỡ 70

Hình 5.2: sứ đỡ thanh dẫn cứng 70

5.4.Chọn thanh góp,thanh dẫn mềm 71

5.4.1.Chọn loại và tiết diện thanh dẫn 71

Bảng 5.5: thông số thanh dẫn mềm được chọn 71

5.4.2 Kiểm tra điều kiện tổn thất vầng quang 71

5.4.3 Kiểm tra ổn dịnh nhiệt khi ngắn mạch 72

5.5.Chọn cáp cho phụ tải địa phương và kháng điện đường dây 76

5.5.1.Chọn cáp cho phụ tải địa phương: 76

Bảng 5.7:thông số chọn cho cáp kép 78

5.6 Tính dòng cưỡng bức qua kháng 79

5.7 Chọn máy biến áp đo lường 83

5.7.1 Chọn máy biến áp BU 83

5.6.2 Chọn máy biến dòng BI 85

5.7 Chọn chống set van (CSV) 88

5.7.1 Chọn chống sét van cho thanh góp 88

5.7.2 Chọn chống sét van cho máy biến áp 88

Chương 6 90

TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG 90

6.1 Sơ đồ nối điện tự dùng 90

6.2 Chọn kháng điện: 91

6.3 Chọn máy biến áp tự dùng cấp điện áp 0,4 kV Error! Bookmark not defined 6.4 Chọn khí cụ điện tự dùng Error! Bookmark not defined 6.4.1 Chọn máy cắt hợp bộ mạch tự dùng 6,3 kV Error! Bookmark not defined. 6.4.2 Chọn máy cắt hợp bộ mạch tự dùng 6,3 kV 92

6.4.3 Chọn aptomat cho phụ tải tự dùng cấp 0,4 kV 93

PHẦN II: THIẾT KẾ TRẠM HẠ ÁP 22V0,4 KV 95

CUNG CẤP CHO MỘT KHU CHUNG CƯ 95

I Yêu cầu thiết kế 95

II Khảo sát phụ tải 95

CHƯƠNG 7: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN, CHỌN MÁY BIẾN ÁP 96

7.1.Xác định phụ tải tính toán 96

7.2.Chọn máy biến áp 96

7.3.Chọn kiểu trạm biến áp 96

CHƯƠNG 8: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ KHÍ CỤ ĐIỆN 97

8.1 Sơ đồ nối điện 97

8.1.1.Sơ đồ nối điện 97

8.1.2.Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp treo 400-22V0,4kv 97

8.1.3.Sơ đồ đấu dây trạm biến áp treo 22V0,4 kv 98

8.2 Chọn thiết bị điện cao áp 99

8.2.1.Chọn dây dẫn từ đường trục đi vào trạm 99

8.2.2.Chọn cầu dao phụ tải 99

8.2.3.Chọn cầu chì tự rơi 100

8.2.4.Chống sét van 100

8.2.5.Chọn sứ cao thế 100

8.2.6.Chọn thanh dẫn xuống máy biến áp 101

8.3 Chọn thiết bị điện hạ áp 101

8.3.1.Chọn cáp từ máy biến áp sang tủ phân phối 101

8.3.2 Chọn aptomat tổng : 102

8.3.3 Chọn aptomat nhánh : 102

8.3.4 Chọn thanh cái hạ áp : 103

8.3.5 Chọn máy biến dòng : 103

8.3.6 Chọn sứ đỡ thanh cái: 103

8.3.7 Chọn chống sét van hạ áp: 104

8.3.8 Chọn các thiết bị đo đếm điện năng : 104

8.3.9 Chọn cáp đầu ra của các nhánh : 104

8.3.10 Chọn tủ phân phối hạ áp: 105

8.4 Tính toán ngắn mạch và kiểm tra thiết bị ,khí cụ điện đã chọn 106

8.4.1 Tính toán ngắn mạch 106

8.4.2 Kiểm tra các thiết bị, khí cụ điện đã chọn 110

CHƯƠNG 9: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 112

9.1 Điện trở nối đất của thanh 112

9.2 Điện trở nối đất của cọc 112

9.3 Điện trở nối đất của hệ thống thanh cọc 113

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Trong thiết kế và vận hành nhà máy điện, việc tính toán phụ tải và đảm bảocân bằng công suất giữa các phụ tải là hết sức quan trọng Công việc này sẽ đảm bảocho sự ổn định của hệ thống điện và chất lượng điện năng Quyết định phương thứchuy động nguồn cũng như vận hành từng tổ máy phải chính xác, hợp lý cả về kỹthuật và kinh tế Dưới đây ta sẽ tiến hành tính toán về phụ tải và phân phối công suấtcho các tổ máy của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi mà ta sẽ thiết kế

1.1 Chọn máy phát điện

Nhiệm vụ thiết kế là thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi cócông suất đặt 250 MW gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 50 MW Để thuậntiện cho việc xây dựng cũng như vận hành ta chọn 5 tổ máy phát điện cùng loại

Dựa vào tài liệu “Thiết Kế Phần Điện Trong Nhà Máy Điện Và Trạm BiếnÁp’’ –PGS.TS Phạm Văn Hòa (Chủ biên) và ThS Phạm Ngọc Hùng – Nhà xuấtbản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2007, ta chọn máy phát có các thông số như bảng1.1:

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của máy phát điện tuabin hơi

Loại MF n đm

V/phút

S đm MVA

P đm MW

U đm

kV Cos I đm

kA X d ″ X d ′ X d

1.2 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp

Công suất phụ tải các cấp tại từng thời điểm được xác định theo công thứcsau:

P(t) S(t)

P(t): công suất phụ tải tại thời điểm t

Pmax: công suất phụ tải lúc cực đại

P%: phần trăm công suất cực đại

Cos: hệ số công suất của phụ tải

S(t): công suất biểu kiến ở từng cấp tại thời điểm t

1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy

Phụ tải toàn nhà máy được xác định theo công thức sau:

TNM TNM

STNM(t): công suất phát biểu kiến của toàn nhà máy tại thời điểmt

PTNM(t): công suất tác dụng toàn nhà máy tại thời điểm t

P%(t): phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t

CosF: hệ số công suất định mức của máy phát

Pđặt: công suất tác dụng đặt toàn nhà máy

Pđặt = n.Pđm (1.2b)

Sđặt = n.SđmF (1.2c)

Sđặt: công suất biểu kiến đặt toàn nhà máy

Pđặt: công suất tác dụng đặt toàn nhà máy

Pđm: công suất tác dụng định mức 1 tổ máy

SđmF: công suất biểu kiến định mức 1 tổ máy

Tính toán tương tự ta có bảng sau:

Bảng 1.2.1. Biến thiên của phụ tải toàn nhà máy

PTNM(t), MW 200 200 225 225 237,5 250 225

1.2.2 Phụ tải cấp điện áp máy phát

Theo nhiệm vụ thiết kế ta có:

Tính toán tương tự cho từng thời điểm ta có bảng sau :

Bảng 1.2.2 Biến thiên của phụ tải cấp điện áp máy phát

1.2.3 Phụ tải cấp điện áp trung

Theo nhiệm vụ thiết kế ta có:

Tính toán tương tự cho từng thời điểm ta có bảng sau :

Bảng 1.2.3 Biến thiên của phụ tải cấp điện áp trung

1.2.5 Phụ tải tự dùng

Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố (dạngnhiên liệu, loại tuabin, công suất phát của nhà máy,…) và chiếm khoảng 5% đến10% tổng công suất phát Theo nhiệm vụ thiết kế thì nhà máy ta thiết kế có côngsuất tự dùng chiếm 8% Công suất tự dùng gồm hai thành phần: thành phần thứ nhất(chiếm khoảng 40%) không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy, phần còn lại(chiếm khoảng 60%) phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy Một cách gần đúng

có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau:

Std(t): là công suất tự dùng tại thời điểm t

costd: là hệ số công suất tự dùng

td%: là hệ số tự dùng cực đại

PdmF , SđmF :công suất tác dụng và công suất biếu kiến

Theo nhiệm vụ thiết kế ta có:

td = 8% ; costd = 0,85

Tính toán tương tự cho từng thời điểm ta có bảng sau:

Bảng 1.2.5 Biến thiên của phụ tải tự dùng

1.3 Cân bằng công suất toàn nhà máy

Tổng công suất hệ thống (không kể công suất của nhà máy thiết kế):

SVHT(t): công suất phát về hệ thống tại thời điểm t.

STNM(t): công suất phát cuả toàn nhà máy tại thời điểm t

Suf(t): công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t

SUT(t): công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t

Std(t): công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t

Từ công thức (1.4) ta có bảng tổng hợp phụ tải toàn nhà máy như sau:

Bảng 1.3 Bảng biến thiên của phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

Hình 1.3 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

1.4 Đề xuất các phương án nối điện

1.4.1 Cơ sở chung để đề xuất các phương án nối điện

Phương án nối điện chính của nhà máy điện là một khâu hết sức quan trọngtrong quá trình thiết kế phần điện trong nhà máy điện Căn cứ vào kết quả tính toánphụ tải và cân bằng công suất để đề suất các phương án nối điện Có một số nguyêntắc phục vụ cho đề suất các phương án nối điện của nhà máy điện như sau:

Nguyên tắc 1

Khi phụ tải địa phương có công suất nhỏ thì không cần thanh góp điện ápmáy phát, mà chúng được cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát, phía trên máy cắtcủa máy biến áp liên lạc Quy định về mức nhỏ công suất của địa phương là: chophép rẽ nhánh từ đầu cực máy phát một lượng công suất không quá 15% công suấtđịnh mức của một tổ máy phát Vậy khi đó, giả thiết phụ tải địa phương trích điện từđầu cực hai tổ máy phát, ta có:

max uF dmF

thì nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu (MBATN) làm liên lạc Nếu một trong haiđiều kiện trên không thỏa mãn thì dùng hai máy biến áp (MBA) ba cuộn dây làmliên lạc

Ghi chú: Trong trường hợp chỉ có hai cấp điện áp (không có phụ tải phía

trung) thì dùng hai máy biến áp hai cuộn dây làm liên lạc

Nguyên tắc 4

Chọn số lượng bộ máy phát – máy biến áp (MF-MBA) hai cuộn dây ghépthẳng lên thanh góp (TBPP) cấp điện áp tương ứng trên cơ sở công suất cấp và côngsuất tải tương ứng Cần lưu ý trong trường hợp máy biến áp liên lạc là máy biến áp

ba cuộn dây thì việc ghép số bộ MF-MBA hai cuộn dây bên trung phải thỏa mãnđiều kiện: tổng công suất định mức các máy phát ghép bộ phải nhỏ hơn công suấtmin của phụ tải phía trung; Cụ thể là:

min dmF UT các bô S  S (1.7)Điều kiện (1.7) đưa ra để không cho công suất truyền tải qua hai lần máy biến

áp (MBA bộ và MBA ba cuộn dây), nhằm giảm tổn thất điện năng trong MBA.Nhưng điều kiện này không cần đối với MBA liên lạc là tự ngẫu, vì đối với tự ngẫukhuyến khích chế độ truyền tải công suất từ trung sang cao (phía cao tải được đếncông suất định mức mặc dù phía trung và phía hạ chỉ tải được công suất tính toán)

Nguyên tắc 5

Mặc dù có ba cấp điện áp, nhưng công suất phụ tải phía trung quá nhỏ thìkhông nhất thiết phải dùng MBA ba cấp điện áp (ba cuộn dây hay tự ngẫu) làm liênlạc Khi đó có thể được coi đây là phụ tải được cấp điện từ trạm biến áp với sơ đồ là

trạm hai MBA lấy điện trực tiếp từ hai đầu cực máy phát hay từ thanh góp (TBPP)phía điện áp cao.

Nguyên tắc 6

Đối với nhà máy điện có công suất một tổ máy nhỏ có thể ghép một số máyphát chung một MBA, nhưng phải đảm bảo nguyên tắc tổng công suất các tổ máyphát phải nhỏ hơn công suất dự chữ nóng của hệ thống điện, cụ thể là:

HT dmF dp ghép S  S (1.8)

1.4.2 Đề suất các phương án sơ đồ nối điện

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế, kết quả tính toán cân bằng công suất ở bảng1.2.5 và dực trên cơ sở các nguyên tắc nêu trên ta có một số nhận xét sau:

+ Giả sử phụ tải cấp điện áp máy phát lấy điện từ 2 máy phát –máy biến ápliên lạc, vậy mỗi tổ máy sẽ lấy là:

max uf dmF

Vậy không cần thanh góp điện áp máy phát

+ Vì mạng điên phía cao 220kV và phía trung 110kV là lưới trung tính nốiđất và có hệ số có lợi:

Do vậy ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc

+ So sánh phía điện áp trung :

max UT min UT

Hình 1.4.2.1 Sơ đồ nối điện phương án I

+ Đặc điểm:

Phương án này có hai bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanhgóp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV và một máy phát hai cuộndây nối lên thanh góp 220kV Hai bộ máy phát - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữacác cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải côngsuất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV

Hình 1.4.2.2 Sơ đồ nối điện phương án II

+ Đặc điểm:

Phương án II khác với phương án I có ba bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộndây nối lên thanh góp 110 kV Như vậy ở phía thanh góp 220 kV không có bộ máyphát - máy biến áp 2 cuộn dây nào

+ Ưu điểm:

 Bố trí nguồn và tải cân đối

 Công suất truyền tải từ cao sang trung qua máy biến áp tự ngẫu nhỏnên tổn thất công suất nhỏ

 Đảm bảo về mặt kỹ thuật, cung cấp điện liên tục

 Vận hành đơn giản

+ Nhược điểm:

 Tổn thất công suất lớn khi SUTmin

Hình 1.4.2.3 Sơ đồ nối điện phương án III

 Khi sự cố một trong hai MBA liên lạc tại thời điểm SUTmax thì MBAcòn lại có thể bị quá tải nặng

 Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dâychung lớn so với công suất của nó.

Kết luận :

Qua bốn phương án đã được đưa ra ở trên ta có nhận xét rằng hai phương án I

và II đơn giản và kinh tế hơn so với hai phương án còn lại Hơn nữa, nó vẫn đảmbảo cung cấp điện liên tục; an toàn cho các phụ tải và thoả mãn các yêu cầu kỹ

thuật Do đó ta sẽ giữ lại phương án I và phương án II để tính toán kinh tế và kỹthuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện

Chương 2 TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng Trong hệ thống điện tổng công suất cácmáy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 5 lần tổng công suất của các máy phát điện

Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều Yêu cầu đặt ra là phải chọn sốlượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện chocác hộ tiêu thụ Điều đó có thể đạt được bằng cách thiết kế hệ thống một cách hợp

lý, dùng máy biến áp tự ngẫu và tận khả năng quá tải của máy biến áp, không ngừngcải tiến cấu tạo của máy biến áp

Trong hệ thống điện có điện áp cao và trung tính nối đất trực tiếp thườngdùng máy biến áp tự ngẫu Loại MBA này có ưu điểm hơn MBA thường giá thànhchi phí vật liệu và tổn thất năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn với MBAthường có cùng công suất

Hình 2.1 Sơ đồ nối điện phương án I

2.1 Chọn công suất cho các máy biến áp

2.1.1 Chọn máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA

a Máy biến áp B4, B5 phía 110 kV

Chọn công suất máy biến áp 2 cuộn dây theo điều kiện:

dmB4 dmB5 dmF

S  S  S  62,5 MVA (2.1)Theo điều kiện trên ta chọn máy biến áp B4, B5 có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 2.1.1.1.a Thông số kỹ thuật máy biến áp B4, B5

b Máy biến áp B1 phía 220 kV

Chọn công suất máy biến áp 2 cuộn dây theo điều kiện (2.1):

dmB1 dmF

S  S  62,5 MVA Theo điều kiện trên ta chọn máy biến áp B1có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 2.1.1.1.b Thông số kỹ thuật máy biến áp B1

2.1.2 Chọn máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 phía 220 kV

Chọn công suất máy biến áp tự ngẫu B2 và B3theo điều kiện :

Công suất cuộndây, kV

2.1.3 Phân bố công suất trong các máy biến áp

Việc phân bố công suất cho các MBA cũng như cho các cấp điện áp củachúng được tiến hành theo nguyên tắc cơ bản sau: phân công suất cho MBA trong

sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ, phần thừa thiếucòn lại do MBA liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát bằngcông suất thu (phụ tải), không xét đến tổn thất trong MBA Nguyên tắc trên đượcđưa ra để đảm bảo vận hành đơn giản, không cần chọn MBA trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây loại không điều chỉnh dưới tải, làm hạ vốn đầu tư đáng kể

Sau đây cụ thể hóa nguyên tắc cơ bản trên việc phân bố công suất cho MBAtrong bộ MF- MBA hai cuộn dây và MBA liên lạc

a) MBA hai cuộn dây B1, B4, và B5 trong sơ đồ bộ với MF- MBA hai cuộn dây

Giả thiết các máy biến áp này mang tải bằng phẳng trong suốt 24giờVngày vàđược tính theo công thức sau:

S -công suất tự dùng cực đại

dmF

S - công suất một tổ máy phát.

Theo công thức (2.3) ta có:

max B1 B4 B5 bo dmF td

1

n 1

5

b) Máy biến áp tự ngẫu B2 và B3

Sau khi phân bố công suất cho MBA hai cuộn dây trong bộ MF-MBA, phầncông suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận và được xác định trên cơ sở cân bằngcông suất, không xét đến tổn thất trong MBA

Phân bố công suất cho các phía của MBA tự ngẫu B2, B3 theo từng thời điểmnhư sau:

S (t),S (t),S (t): công suất các phía trung, hạ, cao của máy

biến áp tại thời điểm t

VHT

S (t): công suất phát về hệ thống tại thời điểm t.

Theo công thức (2.4) ta có kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộndây của máy biến áp tự ngẫu như bảng sau:

Bảng 2.1.1.3 Bảng phân bố công suất của MBA B2, B3

2.1.4 Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp khi sự cố

Đối với máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA không cần kiểmtra quá tải, bởi một trong hai phần tử máy phát hay máy biến áp bị sự cố thì cả bộngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố

Còn đối với MBA liên lạc khi sự cố một trong các MBA trong sơ đồ thìMBA liên lạc còn lại phải mang tải nhiều hơn cùng với sự huy động công suất dựphòng của hệ thống thì mới có thể đảm bảo cung cấp công suất phụ tải các cấp cũngnhư phát về hệ thống như lúc bình thường Bài toán đặt ra là trong những trườnghợp này MBA đã quá tải (gọi là quá tải sự cố) hết mức so với công suất định mức(khi không phải là MBA tự ngẫu) hay tính toán (nếu là MBA tự ngẫu) Chính vì vậyviệc kiểm tra qúa tải chỉ cần xét đối với MBA tự ngẫu

*Sự cố 1: Giả thiết hỏng một bộ MF-MBA B5 bên trung tại thời điểm phụ tải

Ứng với: SmaxUT  164,7 MVA

+ Điều kiện kiểm tra quá tải:

qt dmB boB4 UT

2.k S   S  S (2.5)

sc qt

Vậy thỏa mãn điều kiện

+ Phân bố công suất khi sự cố:

Schung = 53,2725 MVA < kscqt.Stt = kscqt.SđmB2,B3 =1,4.0,5.125= 87,5MVA

Vậy các cuộn dây của máy biến áp không bị quá tải

-Vậy chiều công suất như sau:

Hình 2.1.1.1 Phân bố công suất khi sự cố máy biến áp B5

+ Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất:

Sthiếu=SUT maxVHT  (2.SCC  SboB1) 96,49 [2.( 0,355) 57,8]

37,98MVA

Sthiếu= 37,98 < SdtqHT =200MVA

Vậy khi hỏng máy biến áp B5 thì nhà máy vẫn làm việc bình thưòng.

* Sự cố 2: Giả thiết hỏng một máy biến áp tự ngẫu B3 tại thời điểm phụ tải

+ Điều kiện kiểm tra quá tải:

qt dmB bo UT

k S   2.S  S (2.6)

sc qt

Vậy thỏa mãn điều kiện

+ Phân bố công suất khi sự cố:

Schung = SCH + SCC =48,39+0,5.0,71= 48,745 MVA Schung =48,745MVA<kscqt.Stt=kscqt.SđmB2,B3=1,4.0,5.125=87,5MVA

Vậy các cuộn dây của máy biến áp không bị quá tải

-Vậy chiều công suất như sau:

Hình 2.1.1.2 Phân bố công suất khi sự cố máy biến áp B3 khi SUTmax

+ Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất:

Sthiếu =SUT maxVHT  (SCC  SboB1) 96,49 [( 0,71) 57,8)]

37,98MVA

Sthiếu= 37,98 < SdtqHT =200 MVAVậy khi hỏng máy biến áp tự ngẫu B3 thì nhà máy vẫn làm việc bình thường

Kết luận: Qua tính toán phân bố công suất ở trên ta thấy các máy biến áp đã

chọn ở Phương án I đạt yêu cầu

2.2 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

2.2.1 Tính tổn thất điện năng của máy biến áp B1, B4, B5, trong sơ đồ bộ MBA:

MF-Tổn thất điện năng cả năm của máy biến áp tính theo công thức sau:

2 bo

Po : tổn thất công suất không tải trong máy biến áp

PN: tổn thất công suất ngắn mạch của máy biêến áp

SđmB: công suất định mức của máy biến áp

Sbộ: công suất truyền tài qua máy biến áp bộ MF-MBA

Theo công thức (2.7) ta có:

2 B4 B5

57,8

802030760,173kWh = 2030,76MWh

57,8

802164087,92kWh = 2164,087 MWh

2.2.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu B2 và B3:

Tổn thất điện năng cả năm của máy biến áp tính theo công thức sau:

Hình 2.2 Sơ đồ nối điện phương án II

2.3 Chọn công suất cho các máy biến áp

2.3.1 Chọn máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA

a Máy biến áp B3,B4,B5 phía 110 kV

Chọn công suất máy biến áp 2 cuộn dây theo công (2.1):

dmB5 dmF

S  S  62,5 MVA Theo điều kiện trên ta chọn máy biến áp B5 có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 2.2.1.1.a Thông số kỹ thuật máy biến ápB3,B4, B5

Công suất cuộndây, kV

2.3.2 Phân bố công suất trong các máy biến áp

a) MBA hai cuộn dây B3, B4, và B5 trong sơ đồ bộ với MF- MBA hai cuộn dây

Giả thiết các máy biến áp này mang tải bằng phẳng trong suốt 24giờVngày.Theo công thức (2.3) ta có:

max B1 B2 B5 bo dmF td

1

n 1

b) Máy biến áp tự ngẫu B1 và B2

Sau khi phân bố công suất cho MBA hai cuộn dây trong bộ MF-MBA, phầncông suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận và được xác định trên cơ sở cân bằngcông suất, không xét đến tổn thất trong MBA

Phân bố công suất cho các phía của MBA tự ngẫu B3, B4 theo từng thời điểmnhư sau:

2.3.4 Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp khi sự cố

Đối với máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA không cần kiểmtra quá tải, bởi một trong hai phần tử máy phát hay máy biến áp bị sự cố thì cả bộngừng làm việc,không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố Nênviệc kiểm tra qúa tải chỉ cần xét đối với MBA tự ngẫu

*Sự cố 1: Giả thiết hỏng một bộ MF-MBA B5 bên trung tại thời điểm phụ tải

Ứng với: SmaxUT  164,7 MVA

+ Điều kiện kiểm tra quá tải:

qt dmB bo UT

2.k S   2.S  S (2.13)

sc qt

+ Phân bố công suất khi sự cố:

-Vậy chiều công suất:

Hình 2.2.1.1 Phân bố công suất khi sự cố máy biến áp B5

+ Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất:

Sthiếu=SUT maxVHT  2.SCC 96,49 2.28,545 39,4MVA

Sthiếu= 39,4 MVA < SdtqHT =200 MVAVậy khi hỏng máy biến áp B5 thì nhà máy vẫn làm việc bình thường.

* Sự cố 2: Giả thiết hỏng một máy biến áp tự ngẫu B1 tại thời điểm phụ tải

Ứng với: SmaxUT  164,7 MVA

Ta có: SUT maxuf  9,41MVA SVHTUT max  96,49MVA

+ Điều kiện kiểm tra quá tải:

qt dmB bo UT

k S   3.S  S (2.14)

sc qt

Vậy thỏa mãn điều kiện

+ Phân bố công suất khi sự cố:

-Vậy chiều công suất:

Hình 2.2.1.2 Phân bố công suất khi sự cố máy biến áp B1

+ Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất:

Sthiếu =SUT maxVHT  SCC 96,49 57,09

39,4MVA

Sthiếu= 39,4 < SdtqHT =200 MVA

Vậy khi hỏng máy biến áp tự ngẫu B4 thì nhà máy vẫn làm việc bình thường.

* Sự cố 3: Giả thiết hỏng một máy biến áp tự ngẫu B1 tại thời điểm phụ tải

Hình 2.1.1.3 Phân bố công suất khi sự cố máy biến áp B1 khi SUTmin

Ứng với: SminUT  123,5MVA

+ Phân bố công suất khi sự cố:

Dấu (-) cho thấy công suất truyền từ phía 110kV sang phía 220kV.

Qua phân bố công suất ta thấy công suất truyền từ trung đồng thời từ hạ lêncao Trường hợp này công suất làm việc của máy biến áp bị giới hạn bởi phía hạ vàphía cao, tức là bị giới hạn bởi khả năng tải của cuộn hạ và cuộn nối tiếp

Công suất của cuộn nối tiếp là:

Snt = .(SCH + SCT) =0,5.99,23 = 49,615 MVA Snt = 49,615 MVA <kscqt Stt = kscqt.SđmB2,B3 =1,4.0,5.125= 87,5 MVA

Vậy các cuộn dây của máy biến áp không bị quá tải

+ Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất:

Sthiếu =SUT minVHT  SCC 82,63 99,23

16,6MVA



Sthiếu= -16,6 < SdtqHT =200 MVAVậy khi hỏng máy biến áp tự ngẫu B1 thì nhà máy vẫn làm việc bình thường

Kết luận: Qua tính toán phân bố công suất ở trên ta thấy các máy biến áp đã

chọn ở Phương án II đạt yêu cầu

2.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

2.4.1 Tính tổn thất điện năng của máy biến áp B3, B4, B5, trong sơ đồ bộ MBA:

MF-Theo công thức (2.7) ta có:

2 bo

57,8

80 2030760,173kWh = 2030,76MWh