Thiết kế môn học nhà máy điện

Chơng I Tính toán phụ tải - cân bằng công suất -Tại mổi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năngtiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải.Trong thực t

Lời nói đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển chung của nền kinh tế quốc dân, nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực giao thông, nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt tăng lên và đặc biệt là sự phát triển ngày càng nhiều các xí nghiệp công nghiệp với nhu cầu sử dụng điện năng rất lớn Do vậy, đẩy nhanh việc xây dựng các nhà máy điện là rất cần thiết.

Thiết kế một nhà máy điện nối chung với hệ thống là một vấn đề rất quan trọng, nó sẽ nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ vì chúng hỗ trợ nhau khi sự cố một nhà máy nào đấy Đồng thời tăng thêm tính ổn

định của hệ thống và hạn chế số lợng máy phát dự trữ so với khi vận hành độc lập Quá trình thiết kế môn học không những củng cố lại những kiến thức đã đợc học mà còn giúp đỡ em có thêm những hiểu biết chính xác và đầy đủ hơn về một hệ thống điện nói chung cũng nh một nhà máy nhiệt điện nói riêng.

Qua đây, em cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo PGS Nguyễn Hữu Khái đã trực tiếp hớng dẫn em, cùng các thầy cô giáo, cán bộ trong bộ môn

đã giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ trong bản thiết kế

Chơng I Tính toán phụ tải - cân bằng công suất

-Tại mổi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năngtiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải.Trong thực tế điện năng tiêu thụtại các hộ dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm đợc đồ thị phụ tải là rất quantrọng 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, đảm bảocác chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suất của các

máy biến áp (MBA) và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy với nhau và giữacác nhà máy điện với nhau.

+ Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng nh vận hành nên chọn các máy phát

điện cùng loại Từ đó ta tra trong sổ tay đợc loại máy phát sau kiểuTBΦ-63-2 có

1.2 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp

Để đảm bảo vận hành an toàn, tại mỗi thời điểm điện năng do các nhàmáy điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lợng điện năng tiêu thụ ỏ các hộ tiêuthụ kể cả tổn thất điện năng

Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi.Việc nắm đợc quy luật biến đổi này tức là tìm đợc đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng

đối với việc thiết kế và vận hành Nhờ vào công cụ là đồ thị phụ tải mà ta có thể lựachọn đợc các phơng án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nângcao độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúngcông suất các máy biến áp và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy phát điện trongcùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tảicủa các cấp điện áp dới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng Pmax và hệ sốcosϕtb của từng phụ tải tơng ứng từ đó ta tính đợc phụ tải của các cấp điện áp theocông suất biểu kiến nhờ công thức sau :

TB

t t

Cos

P S

P t =

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

cosϕtb _ hệ số công suất trung bình của từng phụ tải

P% _ công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất max

Pmax _ công suất của phụ tải cực đại , MW

I.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

Nhà máy gồm 4 tổ máy có: PFđm = 63 MW, cosϕđm = 0,8 do đó

75 , 78 8 , 0

63

P S

P S

ϕcos

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 8% công suất định mức của nhà máy vớicosϕ = 0,8 đợc xác định theo công thức sau:

).

S

) t ( S 6 , 0 4 , 0 ( S ) t ( S

dm max

td

Với Stdmax = α.SNM = 29,65

85,0

315.100

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

Sđm: Công suất định mức của nhà máy MVA

S(t): Phụ tải tổng tại thời điểm t theo bảng 1-2

Từ đồ thị phụ tải nhà máy (phần 1) và công thức trên ta có phụ tải tự dùng nhà máytheo thời gian nh bảng 1-3

Bảng 1-3

S(t) 295.31 354.38 393.75 315

S td (t) 25.20 27.87 29.65 26.09

I.2.3 Phụ tải địa ph ơng

Nh nhiệm vụ thiết kế đã cho Pmax = 24 MW, cosϕ = 0,87 với công thức sau:

( ) ( )

TB

dp dp

t P t

S

ϕcos

100

% dpmax

dp dp

P P t

I.2.4 Phụ tải cấp 110kV

Các số liệu ban đầu: Uđm = 110kV ; Pmax = 140MW ; cosϕ = 0,86

Từ bảng biến thiên phụ tải trung áp ta tính đợc công suất phụ tải theo thời giantrong ngày nh bảng 1.5 bằng cách áp dụng các công thức:

Đồ thị phụ tải toàn nhà máy:

1.3 nhận xét

- Công suất thừa của nhà máy luôn lớn hơn công suất của một tổ máy tại mọi thời

điểm, ta có thể cho một tổ máy luôn vận hành với công suất định mức và phát côngsuất về hệ thống

% 15

% 52 , 17 100

* 75 , 78 2

59 , 27 100

* 2

→ Phải sử dụng thanh góp điện áp máy phát để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải

địa phơng đợc an toàn, liên tục

– Số lợng máy phát ghép vào thanh góp điện áp máy phát sao cho khi một tổ máynào đó bị sự cố thì tổ máy còn lại vẫn đảm bảo cung cấp điện năng cho phụ tải tựdùng và phụ tải địa phơng Nh vậy ta phải ghép ít nhất là hai tổ máy phát vào thanhgóp điện áp máy phát

– Để nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp 110kV ta có thểnối bộ máy phát + máy biến áp ba pha hai dây quấn vào thanh góp 110kV

– Nhà máy thiết kế ngoài việc cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp và tựdùng còn phát về hệ thống một lợng công suất đáng kể SHTmax = 169,19MVA và SHTmin =82,83MVA đợc truyền tải trên đờng dây kép dài 80km Công suất của hệ thống (không

kể nhà máy thiết kế) là 1900MVA và dự trữ quay của hệ thống là 95MVA

– Từ các nhận xét trên ta thấy rằng nhà máy cần thiết kế ngoài việc đảm bảo cungcấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp nó còn có ý nghĩa quan trọng đối với toàn hệthống, lợng công suất phát về hệ thống khá lớn nên nó có ảnh hởng trực tiếp tới độ

ổn định của hệ thống Vì vậy trong quá trình đề xuất các phơng án nối dây cần chú

ý tới tầm quan trọng của nhà máy với hệ thống

Chơng II Các phơng án nối điện chính

-chọn máy biến áp

2.1 Xây dựng các phơng án nối dây

Căn cứ vào bảng cân bằng công suất toàn nhà máy và các nhận xét ở Chơng

I, ta đề ra các yêu cầu đối với các phơng án nối điện chính của nhà máy cần thiết

kế nh sau:

– Sơ đồ nối điện cần phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cung cấp điện an toàn,liên tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp khác nhau, đồng thời khi bị sự cố không

bị tách rời các phần có điện áp khác nhau

– Do tầm quan trọng của nhà máy đối với hệ thống nên các sơ đồ nối điện ngoàiviệc đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải còn phải là các sơ đồ đơn giản, an toàn

và linh hoạt trong quá trình vận hành sau này

1 Ph ơng án 1

 Đặc điểm

– Dùng hai máy biến áp tự ngẫu ba pha liên lạc giữa ba cấp điện áp.

– Máy biến áp ba pha hai dây quấn 110/10,5kV nối bộ với máy phát để cấp điệncho phụ tải 110kV

– Máy phát F1 và F2 đợc nối vào thanh góp điện áp máy phát Phụ tải cấp điện áp10,5kV đợc lấy từ thanh góp này

 Nhận xét

– Phơng án này luôn đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp

– Phụ tải 10,5kV đợc cung cấp bởi hai máy phát do đó khi sự cố một máy thì vẫn

đợc cung cấp điện đầy đủ liên tục bởi máy phát còn lại

– Phụ tải 110kV đợc cung cấp bởi ba bộ máy phát + máy biến áp và công suất haicuộn trung áp của hai máy biến áp liên lạc

– Sơ đồ nối điện đơn giản, công suất của hai máy biến áp tự ngẫu có dung lợng nhỏ

2 Ph ơng án 2

 Đặc điểm

− Ghép ba tổ máy phát vào thanh góp điện áp máy phát, dùng hai máy biến áp tựngẫu ba pha làm máy biến áp liên lạc giữa ba cấp điện áp

 Nhận xét

− Phơng án này luôn đảm bảo cung cấp điện

− Số lợng máy biến áp ít hơn phơng án một song chúng lại có công suất lớn hơn

− Sơ đồ nối dây đơn giản

3 Ph ơng án 3

 Đặc điểm

− Ghép bộ máy phát + máy biến áp (F1 + B1) lên thanh góp điện áp 220kV

− Các máy phát F2 và F3 đợc nối vào thanh góp điện áp máy phát, các máy biến áp

tự ngẫu ba pha làm nhiệm vụ liên lạc giữa ba cấp điện áp

 Nhận xét

− Phơng án này đảm bảo cung cấp điện cho các cấp điện áp

– Số lợng máy biến áp công suất lớn nhiều

– Giá thành các máy biến áp lớn

4 Sơ bộ đánh giá các ph ơng án

Qua phân tích sơ bộ tong phơng án ta nhận thấy phơng án 3 có thể có vốn đầu

t lớn nhất do đó ta loại bỏ phơng án này và giữ lại phơng án 1 và 2 để tính toán, sosánh về kỹ thuật và kinh tế

2.2 chọn máy biến áp cho các phơng án

2.2.1 Chọn máy biến áp cho ph ơng án 1

Sơ đồ nối điện:

1 Chọn máy biến áp nối bộ

Công suất của máy biến áp B3 , B4, B5 đợc chọn theo điều kiện sau:

U U

α

Sthừa : công suất truyền qua hai cuộn hạ áp của các máy biến áp liên lạc

Sthừa= ∑SđmF − (SUFmin − 2/5STD) = 2.78,75 − (19,31 + 2/5*29,65) = 126,33MVAVậy công suất của các máy biến áp B1 và B2 đợc chọn nh sau:

MVA S

5 , 0 2

1 2

3 Phân bố công suất phụ tải cho các máy biến áp ở chế độ bình thờng.

a./. Với máy biến áp đấu bộ B 3 , B 4

Tổ máy F3, F4 và F5 làm việc ở chế độ định mức SđmF = 78,75MVA ta có côngsuất truyền qua máy biến áp B3 và B4:

Công suất truyền tải trên các cuộn dây của các máy biến áp B1 và B2 đợc tính nhsau:

− Cuộn hạ : SHB1 = SHB2 = SCB1 + STB1

Vào các thời điểm trong ngày do các phụ tải làm việc với đồ thị không bằngphẳng cho nên lợng công suất qua cuộn dây cao-trung-hạ của các máy biến áp tựngẫu cũng thay đổi

Qua tính toán ta lập đợc bảng phân phối công suất truyền tải trên các cuộn dâycủa các máy biến áp liên lạc tại từng thời điểm trong ngày nh bảng 2.3

truyền công suất từ hạ và trung lên cao

4 Kiểm tra quá tải khi các máy biến áp bị sự cố

a./. Giả sử sự cố máy biến áp B 5 , ta có sơ đồ nh sau:

Cho rằng sự cố xảy ra khi phụ tải trung cực đại:

SUTmax = 162,79 MVA

SUF = 24,83 MVA

SHT = 176,48 MVALúc này lợng công suất thiếu hụt của phụ tải trung 110kVđợc cung cấp nhờcác cuộn dây trung của các máy biến áp liên lạc B1 và B 2

=

2

1(2*78,75−24,83−2/5*29,65) = 60,405 MVA

− Cuộn cao : SCB1 = SCB2 = SHB1− STB1 = 60,405 − 8,575 = 51,83 MVA

Ta nhận thấy khi sự cố bộ máy phát + máy biến áp hai cuộn dây thì các máybiến áp liên lạc B1 và B2vẫn làm việc non tải

STB1 = STB2 = 8,575 MVA < SM = α SđmB = 0,5 200 = 100 MVA

SHB1 = SHB2 = 60,405MVA < SM = α SđmB = 0,5 200 = 100 MVA

SCB1 = SCB2 = 51,830 MVA < SđmB = 200 MVA

Khi đó công suất nhà máy phát về hệ thống thiếu hụt một lợng là:

S = SHT − 2 SCB1 = 176,48 − 2 51,830 = 72,82 MVALợng công suất này vẫn nhỏ hơn dự trữ của hệ thống là 95 MVA

b./. Giả sử sự cố máy biến áp B 1 , ta có sơ đồ nh sau:

+ Khi sự cố xảy ra phụ tải trung là cực đại:

SUTmax = 162,79 MVA

SUF = 24,83 MVA

SHT = 176,48 MVATrong trờng hợp này ta cần kiểm tra quá tải máy biến áp B2, còn máy biến áp

B3 và B4 vẫn tải công suất ở chế độ bình thờng và cung cấp cho thanh góp phụ tảitrung một lợng công suất là: S = 72,82 MVA

Ta tính lợng công suất truyền tải trên các cuộn dây của máy biến áp liên lạc B2

− Cuộn trung : lợng công suất truyền tải từ thanh góp điện áp 110kV sang phíacuộn dây cao là:

STB2 = SUTmax − (SB3 + SB4 + SB5) = 162,79 − 3*72,82 = - 55,67 MVA

Ta thấy : S = - 55,67 MVA < S = α.S = 0,5 200 = 100 MVA

Do vậy cuộn trung áp của máy biến áp B2 không bị quá tải.

− Cuộn hạ : Cuộn hạ của máy biến áp B2 có thể tải trong trờng hợp sự cố là:

SHB2 = KQTSC α SđmB2 = 1,4 0,5 200 = 140 MVA

− Cuộn cao : SCB2 = SHB2 − STB2 = 140 + 55,67 = 195,67 MVA

Ta thấy : SCB2 = 195,67 MVA < SđmB2 = 200 MVA

Do đó cuộn cao của máy biến áp B2 không bị quá tải trong trờng hợp sự cố

+ Khi sự cố xảy ra phụ tải trung là cực tiểu:

SUTmin = 113,95 MVA

SUF = 19,31 MVA

SHT = 136,85 MVATơng tự nh trên máy biến áp B3 và B4 vận hành với công suất nh ở chế độbình thờng ở đây ta chỉ xét quá tải máy biến áp B2

− Cuộn dây trung:

STB2 = SUTmin − SB3 = 113,95 − 3*72,82 = - 31,69 MVA

Ta thấy: STB2= - 31,69 MVA < SQTCP = KQTSC α SđmB = 1,4.0,5.200 = 140 MVA

Do đó cuộn trung áp của máy biến áp B2 quá tải nằm trong trị số cho phép

− Cuộn hạ áp : Công suất phát của máy phát F1 và F2 :

S = 2SđmF− 2/5STD− SUF = 2*78,75 − 2/5*29,65 − 19,31 = 126,33 MVAKhả năng tải của cuộn hạ áp khi sự cố là:

SHB2 = KQTSC α SđmB2 = 1,4.0,5.200 = 140 MVA

− Cuộn cao áp

SCB2 = STB2 + SHB2 = 140 - 126,33 = 13,67 MVA

Ta thấy SCB2 = 13,67 MVA < SđmB = 200 MVA

Kết luận : các máy biến áp đã chọn đảm bảo cung cấp đầy đủ điện năng cho

các phụ tải ở các chế độ ở phơng án một

5 Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp

− Tæn thÊt ®iÖn n¨ng cña m¸y biÕn ¸p hai d©y quÊn

t S

S n

P T

P n A

dmB

b N

*3

3108760

*70

iT T N dmB

iC C N

S

S P S

S P S

S P n

T P n

2 2

2 2

2 2

5 , 0

215 5

, 0

215 430

2

1 2

1

2 2

5 , 0

215 5

, 0

215 430 2

1 2

1

2 2

215 5

, 0

215 2

1 2

1

2 2

kWh A

A

6 2

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

2 2

10 92 , 3

4

* 200

6 , 60 645 200

78 , 11 215 200

38 , 72 215

6

* 200

82 , 96 645 200

58 , 8 215 200

24 , 88 215

6

* 200

64 , 76 645 200

63 , 3 215 200

27 , 80 215

1

* 200

44 , 48 645 200

85 , 15 215 200

29 , 64 215

7

* 200

58 , 52 645 200

85 , 15 215 200

43 , 68 215 { 365

* 2 8760

* 105

6 Tính dòng điện làm việc cỡng bức và chọn kháng điện

a./ Dòng cỡng bức ở cấp điện áp 220kV

Ta có công suất cực đại nhà máy phát về hệ thống qua một đờng dây kép là:

SHTmax = 176,48MVA

kA U

S I

cao

HT

220.3

48,176

P I

trung

110 86 , 0 3 3

40 2

cos 3 3

S I

trung

dmF

110 3

75 , 78 05 , 1

3 05 ,

=

+ Mạch trung áp của máy biến áp liên lạc

Dòng cỡng bức đợc xét khi sự cố một trong hai máy biến áp liên lạc (giả sử sự

cố máy biến áp B1) Ta có lợng công suất lớn nhất truyền tải qua cuộn trung áp củamáy biến áp liên lạc B2 là :

STmax = SUTmin - SB3 = 113,95 − 72,82 = 41,13 MVA

U

S I

trung

T

110 3

13 , 41

I

trung

dmB qtsc

5 , 10 3

200

5 , 0 4 , 1 3

S I

ha

dmF

5 , 10 3

75 , 78 05 , 1

3 05 ,

=

− Mạch kháng phân đoạn : Để xác định dòng cỡng bức qua kháng phân đoạn taxét hai trờng hợp sau:

• Trờng hợp 1: Khi sự cố máy biến áp liên lạc B2

Trong trờng hợp này để tìm công suất qua kháng lớn nhất ta tính lợng côngsuất truyền tải qua cuộn hạ áp máy biến áp B1 trong trờng hợp sự cố:

SqB1 = KQTSC α SđmB1 = 1,4 0,5 200 = 140 MVAVậy:

Sqk=SqB1−(SđmF1−1/5STD−1/2.SUF)=140−(78,75−1/5*29,65−1/2.27,59) =41,525 MVATrờng hợp : Khi sự cố máy phát F

Trờng hợp này ta tính công suất qua kháng ở hai chế độ của SUF (cực đại và cựctiểu) để so sánh chọn ra Sqkmax.

Vậy dòng cỡng bức qua kháng đợc xét trong trờng hợp máy biến áp sự cố máybiến áp B2:

kA U

S I

dm

qk

5 , 10 3

525 , 41

d./ Chọn kháng điện thanh góp điện áp máy phát

Kháng điện đợc chọn theo điều kiện:

UđmK ≥ Uđmmạng = 10,5kV

IđmK ≥ Icb = 2,283 kA

Tra tài liệu ta chọn kháng điện bêtông có cuộn dây bằng nhôm kiểu: 2500-12 có các thông số nh sau:

PbA-10-U đmK = 10,5kV ; I đmK = 2500A ; X K % = 8%.

2.2.2 Chọn máy biến áp cho ph ơng án 2

Sơ đồ nối điện:

1. Chọn công suất máy biến áp B 3 , B 4

Công suất của máy biến áp B3 và B4 đợc chọn theo điều kiện sau:

Điều kiện : S Bdm S thua

α2

U

U U

α

Sthừa _ công suất truyền qua 2 cuộn hạ áp của các máy biến áp liên lạc

Sthừa= ∑SđmF− (SUFmin + 3/4STD) =3.78,75 − (19,31 + 3/5*29,65) = 199,15 MVAVậy công suất của các máy biến áp B1 và B2 đợc chọn nh sau:

MVA S

5 , 0 2

1 2

3. Phân bố công suất cho các máy biến áp

a./. Với máy biến áp đấu bộ B 3

Tổ máy F3 làm việc ở chế độ định mức SđmF = 78,75MVA ta có công suấttruyền qua máy biến áp B3 :

SB3 = SđmF − 1/4STDmax = 78,75 − 1/5*29,65 = 72,82 MVA

So với Sđmbộ = 80 MVA ta thấy chế độ bình thờng máy biến áp bộ không bị quá tải

b./. Với máy biến áp tự ngẫu B 1 ,B 2

Công suất truyền tải trên các cuộn dây của các máy biến áp B1 và B2 đợc tính nh sau:

Vào các thời điểm trong ngày do các phụ tải làm việc với đồ thị không bằngphẳng cho nên lợng công suất qua cuộn dây cao-trung-hạ của các máy biến áp tựngẫu cũng thay đổi.

Qua tính toán ta lập đợc bảng phân phối công suất truyền tải trên các cuộn dâycủa các máy biến áp liên lạc tại từng thời điểm trong ngày nh bảng 2.6

truyền công suất từ hạ và trung lên cao

4. Kiểm tra quá tải máy biến áp khi sự cố xảy ra

a./ Giả sử sự cố máy biến áp B 4 , ta có sơ đồ nh sau:

Cho rằng sự cố xảy ra khi phụ tải trung cực đại:

SUTmax = 162,79 MVA

SUF = 24,83 MVA

SHT = 176,48 MVALúc này lợng công suất thiếu hụt của phụ tải trung 110kVđợc cung cấp nhờcác cuộn dây trung của các máy biến áp liên lạc B1 và B 2

- Cuộn cao : SCB1 = SCB2 = SHB1− STB1 = 96,815 − 44,985 = 51,83 MVA

Ta nhận thấy khi sự cố bộ máy phát + máy biến áp hai cuộn dây thì các máybiến áp liên lạc B1 và B2vẫn làm việc non tải

STB1 = STB2 = 44,985 MVA < SM = α SđmB = 0,5 200 = 100 MVA

SHB1 = SHB2 = 96,815MVA < SM = α SđmB = 0,5 200 = 100 MVA

SCB1 = SCB2 = 51,83 MVA < SđmB = 200 MVA

Khi đó công suất nhà máy phát về hệ thống thiếu hụt một lợng là:

S = SHT − 2 SCB1 = 176,48 − 2 51,83 = 72,82 MVALợng công suất này vẫn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống là SDT = 95 MVA

b./ Giả sử sự cố máy biến áp B1, ta có sơ đồ nh sau:

Ta có sơ đồ nối điện nh sau:

Công suất truyền qua các cuộn dây của máy biến áp B2 đợc tính nh sau:

- Cuộn trung :

ST = SUTmax – 2*SB3 = 162,79 – 2*72,82 = 17,15 MVA

Ta thấy : ST = 17,15 MVA < SM = α.SđmB = 0,5 200 = 100 MVA

Do đó cuộn trung của máy biến áp không bị quá tải

- Cuộn hạ : công suất các máy phát có phát lên cuộn hạ của máy biến áp B2 là:

S = 3SđmF − 3/5STD − SUF = 3*78,75 − 3/5*29,65 − 24,83 = 193,63 MVACuộn hạ của máy biến áp B2 có thể tải trong trờng hợp sự cố là:

SH = KQTSC α SđmB2 = 1,4 0,5 200 = 140 MVA

Vậy để cuộn hạ áp của máy biến áp B2 không bị quá tải vợt trị số cho phép thìphải giảm công suất các máy phát F1 và F2 đi một lợng công suất là:

S = 193,63 − 140 = 53,63 MVA

- Cuộn cao : SC = SH− ST = 140 − 17,15 = 122,85 MVA

Ta thấy : SC = 122,85 MVA < SđmB2 = 200 MVA

Do đó cuộn cao của máy biến áp B2 không bị quá tải trong trờng hợp sự cố

5. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp

- Tổn thất điện năng của máy biến áp hai dây quấn

t S

S n

P T

P n A

dmB

b N

*2

3108760

*70

iT T N dmB

iC C N

S

S P S

S P S

S P n

T P n

2 2

2 2

2 2

5 , 0

215 5

, 0

215 430

2

1 2

1

2 2

P P P NT H P NC H kW

T NC T

5 , 0

215 5

, 0

215 430 2

1 2

1

2 2

215 5

, 0

215 2

1 2

1

2 2

A

6 2

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

2

2

2 2

2 2

2 2

10 83 , 5

4

* 200

01 , 97 645 200

64 , 24 215 200

38 , 72 215

6

* 200

23 , 133 645 200

99 , 44 215 200

24 , 88 215

6

* 200

05 , 113 645 200

78 , 32 215 200

27 , 80 215

1

* 200

85 , 84 645 200

57 , 20 215 200

29 , 64 215

7

* 200

99 , 88 645 200

57 , 20 215 200

43 , 68 215 { 365

* 2 8760

* 105

a./.Dòng cỡng bức ở cấp điện áp 220kV

Ta có công suất cực đại nhà máy phát về hệ thống qua một đờng dây kép là:

SHTmax = 176,48MVA

kA U

S I

cao

HT

220.3

48,176

P I

trung

110 86 , 0 3 3

40 2

cos 3 3

kA U

S I

trung

dmF

110 3

75 , 78 05 , 1

3 05 ,

=

+ Mạch trung áp của máy biến áp liên lạc

Dòng cỡng bức đợc xét khi sự cố một trong hai máy biến áp liên lạc (giả sử sự

cố máy biến áp B1) Ta có lợng công suất lớn nhất truyền tải qua cuộn trung áp củamáy biến áp liên lạc B2 là :

STmax = SUTmin - SB3 = 113,95 − 72,82 = 41,13 MVA

U

S I

trung

T

110 3

13 , 41

I

trung

dmB qtsc

5 , 10 3

200

5 , 0 4 , 1 3

S I

ha

dmF

5 , 10 3

75 , 78 05

,

1

3

05 ,

=

− Mạch kháng phân đoạn

Để xác định dòng cỡng bức qua kháng phân đoạn ta xét hai trờng hợp sau:

• Trờng hợp 1: Khi sự cố máy biến áp liên lạc B2

Trong trờng hợp này để tìm công suất qua kháng lớn nhất ta tính lợng côngsuất truyền tải qua cuộn hạ áp máy biến áp B1 trong trờng hợp sự cố:

SqB1 = KQTSC α SđmB1 = 1,4 0,5 200 = 140 MVAVậy:

Sqk=SqB1−(SđmF1−3/5STD−1/3SUF) =140−(78,75−3/5*29,65−1/3*27,59) = 34,263MVA

• Trờng hợp : Khi sự cố máy phát F1

Trờng hợp này ta tính công suất qua kháng ở hai chế độ của SUF (cực đại và cựctiểu) để so sánh chọn ra Sqkmax

+ Khi SUFmin :

Ta có :

SqB=1/2.(2SđmF−SUFmin− 2/4STD) =1/2 (2.78,75 −19,31−2/5*29,65) = 63,165 MVA ⇒ Sqk = SqB + 1/3 SUF = 63,165 + 1/3*19,31 = 69,602 MVA

+ Khi SUFmax :

Ta có :

SqB=1/2.(2SđmF − SUFmax−2/5STD)=1/2.(2.78,75 − 27,59−2/5*29,65) = 59,025 MVA ⇒ Sqk = SqB + 1/3 SUF = 59,025 + 1/3*27,59 = 68,222 MVA

So sánh hai trờng hợp, dòng cỡng bức qua kháng đợc xét trong trờng hợp máybiến áp sự cố máy phát F1 ở chế độ UF min:

kA U

S I

dm

qk

5 , 10 3

602 , 69

d./ Chọn kháng điện thanh góp điện áp máy phát

Kháng điện đợc chọn theo điều kiện:

UđmK ≥ Uđmmạng = 10,5kV

IđmK ≥ Icb = 3,827kVTra tài liệu ta chọn kháng điện bêtông có cuộn dây bằng nhôm kiểu: PbA-10- 4000-12 có các thông số nh sau:

U đmK = 10,5kV ; I đmK = 4000 A ; X K % = 12%.

Chơng Iii Tính toán ngắn mạch

-Trong hệ thống điện nói chung và các nhà máy điện nói riêng, các khí cụ điện

và dây dẫn cần làm việc đảm bảo an toàn kinh tế ở chế độ bình thờng đồng thờichịu đợc những tác động cơ, nhiệt lớn khi có sự cố, đăc biệt trong sự cố ngắn mạch.Việc tính toán dòng điện ngắn mạch nhằm giúp cho việc chọn đúng các khí cụ điện

và dây dẫn của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn về ổn định động và ổn định nhiệtkhi ngắn mạch xảy ra

Trong chơng này ta tính toán ngắn mạch cho từng phơng án với dạng ngắnmạch để chọn khí cụ điện là ngắn mạch ba pha

Sử dụng phơng pháp đờng cong tính toán

S I

cb

cb

5 , 10 3

100

3 1

+ Dòng cơ bản ở cấp điện áp trung : Ucb2 = 115 kV

kA U

S I

cb

cb

115 3

100

3 2

+ Dòng cơ bản ở cấp điện áp cao : Ucb3 = 230 kV

kA U

S I

cb

cb

230 3

100

− Chọn khí cụ điện mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc: Xét điểm ngắn mạch N3.Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch này là hệ thống và nhà máy trong đó máybiến áp liên lạc B1 nghỉ.

− Chọn khí cụ điện mạch thanh góp điện áp máy phát: Xét điểm ngắn mạch N4.Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch này là hệ thống và nhà máy trong đó máyphát F1 và biến áp liên lạc B1 nghỉ

− Chọn khí cụ điện mạch máy phát điện: Xét hai điểm ngắn mạch N5 và N’5 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N5 là máy phát F1 Nguồn cung cấp cho điểmngắn mạch N’5 là hệ thống và nhà máy trong đó máy phát F1 nghỉ

− Chọn khí cụ điện mạch tự dùng: Xét điểm ngắn mạch N6 Nguồn cung cấp cho

điểm ngắn mạch này là hệ thống và các máy phát điện Để đơn giản ta có dòngngắn mạch tại N6 là : IN6 = IN5 + IN5’

S

S X X

− Đờng dây : Nhà máy thiết kế nối với hệ thống bằng 1 đờng dây kép có :

L = 80 km ; Xo = 0,4 Ω/km ; Ucb = 230 kV

230 2

100 80 4 , 0 2

d

U

S L X X

1

%

%

% 200

NT H

NC T

NC C

S

S U

U U

1

%

%

% 200

=

− +

dm

cb H

NC H

NT T

NC T

S

S U

U U

X

200

100 11 32 20 200

1

%

%

% 200

NC H

NC H

NT H

S

S U

U U

264 , 0 5 , 2 100

5 , 5 12

K

I

I X

X X

− Máy biến áp hai dây quấn :

131 , 0 80

100 100

5 , 10

100

%

3 9

8

dm

cb N

B

S

S U

X X X X

− Máy phát điện :

194 , 0 75 , 78

100 153 , 0

"

14 13

12 11

dmF

cb d F

S

S X X

X X

X X X

2 - Lập sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại điểm N 1

a) Lập và biến đổi sơ đồ thay thế

Ta có : X15 = ( X7 + X12) // ( X8 + X13)// ( X9 + X14) =

(0,131 + 0,194)/3 = 0,108

Ta thấy ngắn mạch tại điểm N1 các nguồn cung

cấp hoàn toàn đối xứng nên có thể bỏ qua X6 vì

không có dòng chạy qua Dùng phép gập hình ta đợc

sơ đồ:

Với :

19 15

19 15 19

15

20

= +

X X X

1900 054 , 0

1

CB

HT tt

S

S X X

− PhÝa nh¸nh m¸y ph¸t

362 , 0 100

75 , 78 5 092 , 0

21

CB

dmF tt

S

S X

X

* 1

* 1

230 3

1900

HT CK

U

S I

* 2

* 2

* 2

230 3

75 , 78 5

dmF CK

U

S I

I N (KA) 9.619 8.449 8.055 7.661

c) Tính dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N 1

IXK = 2 KXK I”N1(0) = 2 1,8 9,619 = 24,485 kA

3 - Lập sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N 2

a) Lập và biến đổi sơ đồ thay thế

Ta thấy các nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch

tại N2 hoàn toàn đối xứng Vận dụng kết quả biến đổi sơ

đồ khi tính ngắn mạch tại điểm N1 ta có sơ đồ rút gọn

149 , 0 108 , 0

//

24 15

24 15 23

15

+

= +

=

=

X X

X X X

1900 083 , 0

− Phía nhánh máy phát

248 , 0 100

75 , 78 5 063 , 0

22

CB

dmF tt

S

S X

X

Trong đó:

* 1

* 1

* 1

115 3

1900

HT CK

U

S I

* 2

* 2

* 2

115 3

75 , 78 5

dmF CK

U

S I

4 - Lập sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N 3

a) Lập và biến đổi sơ đồ thay thế

Điểm ngắn mạch N3 có nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy trong đó máybiến áp liên lạc B1 nghỉ Ta có sơ đồ thay thế nh sau:

Biến đổi sơ đồ ta có:

X25 = X1 + X3 = 0,054 + 0,058 = 0,112

Biến đổi Y (X5, X15, X25) sang ∠ (X26, X27)

322 , 0 108

, 0

112 , 0 103 , 0 112 , 0 103

,

0

15

25 5 25 5

26

= +

+

=

+ +

=

X

X x X X

X

X

31 , 0 112

, 0

108 , 0 103 , 0 108 , 0 103

,

0

25

15 5 15 5

27

= +

+

=

+ +

=

X

X x X X

X

X

119 , 0 31 , 0 194 , 0

31 , 0 194 , 0

//

27 11

27 11 27

11

+

= +

=

=

X X

X X X

X

X

Biến đổi Y (X6, X26, X28 sang ∠ (X29, X30)

3 , 1 119

, 0

322 , 0 264 , 0 322 , 0 264 , 0

28

26 6

26 6

X

X x X X

X

X

481 , 0 322

, 0

119 , 0 264 , 0 119 , 0 264 , 0

26

28 6 28 6

X

X x X X

X

X

138 , 0 481 , 0 194 , 0

481 , 0 194 , 0

//

30 10

30 10 30

10

+

= +

=

=

X X

X X X

, 24 100

1900 3 , 1

29

CB

HT tt

S

S X X

− Phía nhánh máy phát E1,2,3,4

543 , 0 100

75 , 78 5 138 , 0

30

CB

dmF tt

S

S X

X

Do Xtt1 >> 3 nên 0 , 04

7 , 24

1 1

1

tt tt

X I I

* 1

* 1

5 , 10 3

1900

HT CK

U

S I

2

* 2

* 2

5 , 10 3

75 , 78 5

dmF CK

U

S I

c) Tính dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N 3

IXK = 2 KXK I”N3(0) = 2 1,8 44,233 = 112,6 kA

5 - Lập sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N 4

a) Lập và biến đổi sơ đồ thay thế

Điểm ngắn mạch N4 có nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy trong đó máybiến áp liên lạc B1 và máy phát F1 nghỉ

Vận dụng kết quả rút gọn sơ đồ khi tính ngắn mạch tại N3 bỏ đi điện khángcủa máy phát F1 ta đợc sơ đồ rút gọn khi tính ngắn mạch tại N4 nh sau:

b) Tính dòng ngắn mạch tại N 4

− Phía nhánh hệ thống : Ta có SHT = 1900MVA ta có:

3 7

, 24 100

1900 3 , 1

29

CB

HT tt

S

S X X

− Phía nhánh máy phát E234

52 , 1 100

75 , 78 4 481 , 0

30

CB

dmF tt

S

S X

X

Do Xtt1 >> 3 nên 0 , 04

7 , 24

1 1

1

tt tt

X I I

* 1

* 1

5 , 10 3

1900

HT CK

U

S I

* 2

* 2

* 2

5 , 10 3

75 , 78 4

dmF CK

U

S I

c) Tính dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N 4

IXK = 2 KXK I”N4(0) = 2 1,8 16,304 = 41,502 kA

6 - Lập sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N 5

Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch tạ N5 là máy phát F1 Do vậy sơ đồ thaythế tính ngắn mạch nh sau:

Ta có : " 0 , 153

tt X X

75 , 78

dmF CK

U

S I

Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N5:

IXK = 2 KXK I”N5(0) = 2 1,9 29,444 = 74,952 kA

7 - Lập sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N' 5

a) Lập và biến đổi sơ đồ thay thế

Điểm ngắn mạch N’5 có nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy trong đómáy phát F1 nghỉ Ta có sơ đồ thay thế nh sau:

đồ

thay thế nh sau:

083 , 0 2

058 , 0 054 , 0 2 )

//

1 3

2 1

264 , 0 103 , 0

6 5 4

6 4

+ +

= + +

=

X X X

X X

X

058 , 0 264 , 0 103 , 0 103 , 0

264 , 0 103 , 0

6 5 4

6 5

+ +

= + +

=

X X X

X X X

144 , 0 207

, 0

025 , 0 108 , 0 023 , 0 108

,

0

36

33 15 33 15

37

= +

+

=

+ +

=

X

X x X X

X

X

28 , 0 108

, 0

207 , 0 025 , 0 207 , 0 025

,

0

15

36 33 36

33

39

= +

+

=

+ +

=

X

X x X X

X

X

023 , 0 264 , 0 103 , 0 103 , 0

103 , 0 103 , 0

6 5 4

5 4

+ +

= + +

=

X X X

X X

X

432 , 0 025

, 0

207 , 0 108 , 0 207 , 0 108 , 0

33

36 15 36 15 38

= +

+

=

+ +

=

X

X x X X

X X