Thiết kế hệ thống điện của nhà máy điện

Nhà máy điện là một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống điện.Cùng với sự phát triển của hệ thống điện, cũng như sự phát triển hệ thống năng lượng quốc gia là sự phát triển của các

NHÀ MÁY ĐIỆN 

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Lời nói đầu : Ngành điện nói riêng và ngành năng lượng nói chung đóng góp một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Nhà máy điện là một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống điện.Cùng với sự phát triển của hệ thống điện, cũng như sự phát triển hệ thống năng lượng quốc gia là sự phát triển của các nhà máy điện. Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế kĩ thuật trong thiết kế nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung cũng như hệ thống điện nói riêng. 

Là  một  sinh  viên  theo  học  ngành  hệ  thống  điện  thì  việc  làm  đồ  án  thiết  kế phần điện nhà máy điện giúp em biết cách thiết kế đúng kĩ thuật, tối ưu về kinh tế trong bài toán thiết kế phần điện nhà máy điện cụ thể, hướng dẫn sinh viên biết cách đưa ra phương án nối điện đúng kĩ thuật, biết phân tích, biết so sánh chọn ra phương 

án tối ưu và biết lựa chọn khí cụ điện phù hợp. 

Với đồ án thiết kế phần điện nhà máy điện đã phần nào giúp em làm quen dần với việc thiết kế đề tài tốt nghiệp sau này. Trong thời gian làm bài, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn hệ thống điện và đặc 

biệt với sự giúp tận tình của cô Phùng T Thanh Mai, em đã hoàn thành tốt đồ án môn 

học của mình. Song do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên bài làm không tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô để em 

MF 

Sđm 

MVA 

Pd MVA 

Uđm 

kV 

cosφ  X”d  X’d  X2  X0  Xd  Iđm 

kA TBΦ-

1.2 :TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

1.2.1: Phụ tải toàn nhà máy: 

( ) %( ).

os

dmF t

26 26.5

27 27.5

Bảng 1.6: Bảng biến thiên công suất phụ tải cấp điện áp cao áp trong ngày Thời 

Stnm(t)-Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t. 

SĐP(t) – Công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t. 

SUT(t)- Công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t. 

1.3: Xây dựng các phương án nối dây :

1.3.1 Cơ sở đề xuất các phương án nối dây

- Nguyên tắc 1: Sơ đồ có hay không thanh góp điện áp máy phát 

Kiểm tra:  

max

UF 14, 29 100% 9, 53 15%

Phương án 1

UN%  I0% 

C  H  ∆P0 

∆PN B1  TДЦ  242  10,5  80  320  11  0,6 

ΔPN C-T  C-H  T-H  C-T  C-H  T-H ATДЦTH  160  230  121  11  85  380        11  32  20  0,5 

2.2.3: Kiểm tra quá tải MBA:

a, Máy biến áp 2 dây quấn: 

55, 39( ) 4

2.2.4:Tính toán tổn thất điện năng trong MBA

a, Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây:

MBA mang tải bằng phẳng Sbộ cả năm (8760 h), tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau: 

2.2.5a Dòng điện làm việc bình thường, dòng điện làm việc cưỡng bức: 

a Các mạch điện phía điện áp cao 220kV:

SC CC lv

SC CC lv

I = 1,05 I = 1,05.0,394 = 0,414(kA)

- Trên mạch đường dây phụ tải trung áp 

2√3Uđ =

59,522√3 110.0,84= 0,186(kA) 

I = 2 I = 2.0,186 = 0,372(kA) Vậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp trung 110kV là 

B.Phương án 2:

2.1b: Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA:

2.1.1b: MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây

1 2

       Bảng 2…. : Bảng phân bố công suất các MBA liên lạc 

2.2b: Chọn loại và công suất định mức của MBA:

2.2.1b: MBA hai cuộn dây không có điều chỉnh dưới tải:

Điện áp  

kV 

Tổn thất (kW) 

ΔPN C-T  C-H  T-H  C-T  C-H  T-H ATДЦTH  160  230  121  11  85  380        11  32  20  0,5  

2.2.3b: Kiểm tra quá tải MBA:

MBA mang tải bằng phẳng Sbộ cả năm (8760 h), tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau: 

 ∆ATN=8760.75+365.(1661,698+321,667+1577,919) =2044,47 (MWh) 

2.2.5b Dòng điện làm việc bình thường, dòng điện làm việc cưỡng bức:

a Các mạch điện phía điện áp cao 220kV:

SC CC lv

SC CC lv

I = 2 I = 2.0,186 = 0,372(kA) Vậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp trung 110kV là 

CHƯƠNG III:

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3.1: Chọn điểm ngắn mạch:

Mục đích tính dòng ngắn mạch là để chọn các khí cụ  điện và dây dẫn theo tiêu chuẩn ổn định nhiệt và ổn định động khi dòng ngắn mạch qua chúng. Vì vậy phải chọn điểm ngắn mạch sao cho dòng ngắn mạch qua các khí cụ điện và dây dẫn là lớn nhất. Sau đây sẽ xét việc chọn điểm ngắn mạch cho các phương án: 

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía cao áp, chọn điểm ngắn mạch N1, nguồn cấp 

là các MF của nhà máy và hệ thống. 

- Để chọn các khí cụ điện và dây dẫn phía trung áp, chọn điểm ngắn mạch N2, nguồn cấp là các MF của nhà máy và hệ thống. 

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ mạch MF , chọn điểm ngắn mạch N3, N3’. 

 Đối với N3,nguồn cấp là các MF của nhà máy ,trừ máy phát F2 và hệ thống. 

 Đối với N3’, nguồn cấp chỉ là máy phát F2 

Trong hai điểm ngắn mạch này , giá trị dòng ngắn mạch nào lớn sẽ được dùng để chọn khí cụ điện và dây dẫn. 

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng, phụ tải địa phương, chọn điểm ngắn mạch N4, nguồn cấp là các MF của nhà máy và hệ thống. Dễ dàng nhận thấy : 

- Đường dây: Nhà máy nối với hệ thống 220 kV bằng hai lộ đường dây, chiều dài mỗi lộ: 80km.  0 . 2 0, 4.80 100. 2 0, 03

cb d

cb

S l

E1

0,034 1

0,03 2

0,137 3

0,293 4 0,072 5

0,128 6

0,293 7 0,131 8

0,293 9

0,072 10

0,128 11

0,293 12

X X

N1 HT

0,424 16 0,064 13

 + Xét nhánh hệ thống: 

N1

0,064

13 0,125 22

N2 HT

E1

0,034 1

0,03 2

0,137 3

0,293 4 0,072 5

0,128 6

0,293 7 0,131 8

0,293 9

0,072 10

0,128 11

0,293 12

Biến đổi tương tự như N1 ta có: 

  Biến đổi sao Y(13,14,18)  ∆ thiếu (20,21): 

S I

0,036 18

0,424 20 0,211 19 E1

0,43 14

N2 HT

Dòng ngắn mạch xung kích: 

'' 2

0,43 14

0,128 6 0,424 16

0,036 18

0,421 17 N3

N3 HT

E1

E3,4

0,128 6

0,105 20

0,708

21

0,211 19

N3

HT

E2,3,40,128

6 0,163

22 0,105 20

S I

2 2.1, 9.51, 952 139, 595( )

 Xét điểm ngắn mạch N3’  (nguồn cấp chỉ là máy phát F2): 

 Theo phương pháp đơn giản ta có: 

' '' 3

1 100 18, 767( )

N3'

E2 0,293

7

cb d

cb

S l

=> Ta có sơ đồ thay thế ngắn mạch của phương án 2 như sau: 

0,128 4 0,072 6

0,293 8

0,293 10 0,293 12

E2

0,034 1

0,03 2

0,293 5 0,128 7

0,131 9 0,131 11 N1

0,036 18

0,211

19 0,21220

0,036 18

0,211

19 0,21220

22 13 18 0, 064 0, 036 0,1

 Xét nhánh hệ thống: 

N3 HT

E2 E3,4

0,064 13

0,036 18

0,128 4

0,421 16 0,212 20

1 100 18, 766( )

4

0,141

21 0,1

N3'

E1

0,293 5

(kA) 

Ixk (kA) 

Phương án II I'' 

(kA) 

Ixk (kA) 

A.Phương án I:

4.1: Chọn sơ đồ thiết bị phân phối :

Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 1

Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 2

4.2 Chọn máy cắt điện và dao cách li

4.2.1 Chọn máy cắt điện

a) Chọn loại: 

Đối với cấp điện áp cao và cấp điện áp trung chọn một loại máy cắt với dòng cưỡng bức lớn nhất trong các dòng cưỡng bức của mạch và thường chọn là máy cắt 

khí(máy cắt không khí, khí elega SF6) để thuận tiện cho điều khiển và cung cấp khí nén 

b) Điều kiện chọn máy cắt điện như sau: 

- Điều kiện áp: UđmMC≥ Ulưới 

- Điều kiện dòng: IđmMC≥Icb(Icb- dòng cưỡng bức) 

Icb (kA) 

I'' (kA) 

Ixk (kA) 

Uđm (kV) 

Iđm (kA) 

ICđm  iđđm 

(kA) N1  220  220  0,321  5,923  15,077  3AQ1  245  4  40  100 N2  110  110  0,414  9,036  23,002  3AQ1  123  4  40  100 N3  10,5  10,5  4,33  51,952  139,595  8BK40  12  5  63  160 N4  10,5  10,5  0,196  70,350  190,05  8BK41  12  12,5  80  225 

Phương án 2

Bảng 4.2chọn máy cắt cho phương án 2

220  0,8  80 

N2  110kV  110  0,42  24,835 

PHД- 110T/1000 

N3  10,5kV  10,5  4,33  79,638 

PBK- 10/5000 

N4  10,5kV  10,5  0,196  130,328 

PBK- 10/3000 

10  3  200 

Các dao cách ly đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 

4.3 Tính toán kinh tế- kĩ thuật chọn phương án tối ưu

A Phương án 1:

4.3.1 Vốn đầu tư

Khi tính vốn đầu tư của một phương án, chỉ tính tiền mua thiết bị, tiền vận chuyển xây lắp các thiết bị điện chính như máy phát điện, máy biến áp, mắt cắt điện, kháng điện(nếu có). Một cách gần đúng có thể chỉ tính vốn đầu tư cho máy biến áp và các thiết bị phân phối(chủ yếu do loại máy cắt quyết định) 

Vậy vốn đầu tư của một phương án như sau: 

V=VB+VTBPP Trong đó: VB- vốn đầu tư máy biến áp 

9

9 2

Thanh  dẫn  cứng  được  dùng  ở  cấp  điện  áp  máy  phát  (10,5  kV).  Chiều  dài không lớn cho nên nó được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép tức là: 

Ilvcb = 4,33 (kA) 

Icp : Dòng làm việc cho phép của thanh dẫn sẽ chọn. 

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 (0đm ) 

dm cp

CP HC

Giả thiết: 0 = 350c. 

Ta có: Khc = 

dm cp cp

Bảng 5.1 chọn thanh dẫn đầu cực máy phát

Kích thước, mm 

Tiết diện một cực, 

mm2 

Mômen trở kháng, cm3  Mômen quán tính, cm

4

Icp 

cả hai thanh, 

A 

Một thanh 

Hai thanh 

W y0 

y0-Một thanh  Hai 

thanh 

Jy0-y0 W

x-x 

Wy-y  Jx-x  Jy-y 

125  55  6,5  10  1370  50  9,5  100  290,3  36,7  625  5500 

Hình 5.1 thanh dẫn đầu cực máy phát

5.1.2 Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt

f l



   Trong đó: 

5.1.4:Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng

Tần số dao động riêng của sứ và thanh dẫn cần phải nằm ngoài khu vực cộng hưởng với giới hạn ± 10%  tần số chính của hệ thống . Cụ thể đối với tần số hệ thống 50 Hz thì tần số riêng phải nằm ngoài khoảng 45÷55 Hz và 90÷110 Hz . Tần số riêng của thanh dẫn dạng bất kì được xác định theo công thức: 

γAl =2,74 g/cm3). 

fR= 511,984 nằm ngoài khoảng 45÷55 Hz và 90÷110 Hz nên thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động của thanh dẫn. 

 Chiều cao (mm) 

Định mức 

Duy trì ở trạng thái khô 

5.3.1: Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp phía điện áp 220kV:

1 Điều kiện về dòng điện: I cphc > I cb (1)

Trong đó :   -  Icphc = Icp . Khc → (1)↔ cb

cp hc

I I K

  Với Khc được tính toán như sau: 

0 0d

70 35

0,88

70 25

cp hc

 0, 356 0, 405( )

0,88

cb cp hc

- Tại thời điểm t=0. Tại thời điểm này giá trị dòng ngắn mạch bằng giá trị dòng ngắn mạch quá độ như đã tính ở trên , do đó ta có  (0)

0,96 *84 * * *log tb vq

m=0,93÷0,98; dây nhiều sợi m= 0,83÷0,97). Lấy m = 0,85. 

Ta kiểm tra điều kiện vầng quang cho pha giữa: 

500 0,96.84.0,85.1, 46.lg 253, 65( ) 220

1, 46

vq

Như vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang. 

5.3.2: Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp phía điện áp 110 kV:

1 Điều kiện về dòng điện: I cphc > I cb (1)

VớiIcb(110) = 0,42 (kA)

 0, 42 0, 477( )

0,88

cb cp hc

Comment [T1]: Sửa lại hình vẽ 

      -  Ta là hằng số thời gian tắt dần của dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kì. Đối với mạng điện cao áp ta có thể lấy Ta = 0,05s 

U U

 Trong đó Uvq – điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang, kV 

Nếu 3 pha được bố trí trên 3 đỉnh của một tam giác đều đối xứng, điện áp vầng quanh được tính theo công thức sau: 

0,96 *84 * * *log tb vq

      m- hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn ( dây một sợi 

m=0,93÷0,98; dây nhiều sợi m= 0,83÷0,97). Lấy m = 0,85. 

Ta kiểm tra điều kiện vầng quang cho pha giữa: 

500 0,96.84.0,85.1, 46.lg 253, 65( ) 110

vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất là 70mm2. 

Cáp điện lực được chọn theo các điều kiện sau: 

+ Loại cáp : 

Chọn theo vị trí đặt cáp : Cáp được đặt trong hầm cáp, treo trên tường hoặc trong đất. 

  

Trong đó:  - Ilvbt : Dòng điện làm việc bình thường. 

      - Jkt : Mật độ dòng điện kinh tế được xác định dựa vào thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải cấp điện áp máy phát : 

24 ax

1 ax

365

.

i m

CAl = 90 (A Sec1/2/m2) 

InhC2 = 70 *90

0, 7 =7530 (A) =7,53 (kA) Tại đầu đường cáp phía nhà máy thời gian cắt lớn hơn 1 cấp nên: 

X =0, 081.4. 1002 0, 294

10,5        Điện kháng tổng : 

cb đmK

cb N

I” (kA) 

ixk (kA) 

Uđm (kV) 

Iđm (kA) 

Icắt (kA) 

iđđm (kA) N5  10,5  0,785  9,928  25,273  8BM20  12  1,25  25  63 

Bảng 5.2 Bảng thông số máy cắt MC1

Ta thấy MC đã chọn có dòng định mức lớn hơn 1000 (A) nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. 

4 Tính toán kiểm tra lại với kháng đơn và cáp đã chọn

    XK = 0,44 

Dòng điện ngắn mạch tại N5 là: 

5, 5

9, 93( )0,114 0, 44

cb N

cb N

5.5 CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG VÀ MÁY BIẾN DÒNG

5.5.1 Chọn máy biến dòng điện

Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu ,tổng phụ tải thứ cấp Z2 của nó (kể cả dây dẫn) không được vượt quá phụ tải định mức : 

Z2 = ZΣdc +Zdd< Zđm BI Với : 

Zdd – Tổng trở của dây dẫn nối biến dòng điện với dụng cụ đo ; 

ZΣdc – Tổng phụ tải các dụng cụ đo. 

Ta có bảng phụ tải  đồng hồ đo điện nối vào biến dòng điện như sau : 

Pha A  Pha B  Pha C 

Vậy chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện: FCu≥4mm2. 

b) Chọn máy biến dòng cấp điện áp 110 và 220 kV: 

Tương tự như khi chọn biến dòng cho cấp điện áp địa phương, với các giá trị dòng cưỡng bức của các mạch điện cao ,trung áp đã tính toán ở chương II,  

Sơ cấp  Thứ 

cấp 

0,5 TΦHPД-

P

W

Q VAR

- Tổn thất điện áp trên dây dẫn không vượt quá 0,5%  (0,5 V)  điện áp thứ cấp khi có công tơ và 3% khi không có công tơ. 

-  Khi nối với dụng cụ đo điện năng: FCu≥2,5mm2; FAl≥4mm2 

- Khi không nối với dụng cụ đo điện năng:FCu≥1,5mm2; FAl≥2,5mm2. 

20, 7

0, 207( ) 100

ab a ab

bc b bc

Vậy tiết diện dây dẫn là:  

2

0, 0175.30 ( ) (0, 2 0,346) 0,5733( )

Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào biến điện áp và biến dòng điện mạch MF. 

b) Chọn biến điện áp cấp 110,220kV

Phụ tải phía thứ cấp của BU cấp điện áp 110kV và 220kV thường là cuộn dây điện áp của các đồng hồ Vônmét có tổng trở rất lớn nên công suất thường nhỏ nên không cần phải tính phụ tải phía thứ cấp. Tiết diện được chọn sao cho 

đảm bảo độ bền cơ học 

Nhiệm vụ chính của các BU ở các cấp điện áp này là kiểm tra cách điện và đo lường điện áp do vậy ta chọn ba biến điện áp một pha đấu Y0/Y0. 

2.HOM-15

Loại BU 

Cấp điện 

áp (kV) 

Điện áp định mức các cuộn dây (V) 

Công suất theo cấp chính xác (VA) 

Công suất max (VA) 

Điện áp, kV  Tổn thất, kW  UN%  I0% Cuộn 

Loại MC  Uđm, kV  Iđm, A  Dòng cắt định 

mức; kA 

Dòng ổn định động định mức 

 Điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4: 

Loại MC  Uđm, kV  Iđm, A  Dòng cắt định 

mức; kA 

Dòng ổn định động định mức 

3

4

12, 2.10 100 100 12, 2.10

Vì áp tô mát đặt sau MBA 0,4 kV nên dòng điện làm việc lớn nhất qua áp tô mát được xác định theo dòng làm việc định mức của MBA : 

(0,4 )

max

1000 1443,376( )

IđmA ≥ Ilv max = 1443,376(A) 

IcđmA ≥ IN = 25,626 (A)