Đồ án nhà máy Thủy Điện gồm 5 tổ máy công suất mỗi tổ máy 40 MW

Phần tự dùng nhà máy thủy điện gồm phần tự dùng chung sử dụng chung cho toàn nhà máy, không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy và phần tự dùng riêng cho từng tổ máy phát, trong đó

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 lad 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 cố giáo trong bộ môn

hệ thống điện và đặc biệt với sự giúp tận tình của thấy giáo PGS-TS Phạm Văn Hòa, 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 giáo để em có được những kinh nghiệm chuẩn bị cho công việc sau này

Em xin chân thành cám ơn thầy Phạm Văn Hòa cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn

Hà Nội, ngày tháng 1 năm 2010 Sinh viên thực hiện

Đặng Thị Hằng

CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, ĐỀ SUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY.

1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN.

Khi thiết kế phần điện trong nhà máy điện người ta đã định trước

số lượng và công suất máy phát (MF), vậy ta chỉ cần chọn loại MF tương ứng theo đề tài cho trước Ở đây ta cần chọn MF thủy điện cho nhà máy Thủy Điện gồm 5 tổ máy công suất mỗi tổ máy là 40 MW Máy phát được chọn từ phụ lục, các thông số ghi theo bảng 1.1 sau:

Loại

MF

Sđm,MVA

Pđ,MW

1.2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT.

1 Đồ thị phụ tải của toàn nhà máy.

Đồ thị phụ tải của toàn nhà máy được xác định theo công thức sau:

Giờ 0 ÷ 10h 10 ÷ 14h 14 ÷ 20h 20 ÷ 24h

Thay số vào công thức trên ta được

0 ÷ 10h công suất của toàn nhà máy là:

Công suất tự dùng phần trăm trong nhà máy TĐ thấp hơn nhiều so với nhà máy NĐ, chỉ chiếm từ 0,8% đến 1,5% công suất định mức máy phát Phần tự dùng nhà máy thủy điện gồm phần tự dùng chung (sử dụng chung cho toàn nhà máy, không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy) và phần tự dùng riêng cho từng tổ máy phát, trong đó công suất tự dùng chung là chiến đa phần công suất tự dùng của toàn nhà máy Do vậy công suất tự dùng cho nhà máy thủy điện coi như không đổi theo thời gian và được xác định theo công thức sau:

dmF td

td

α%.n.P

S = = const100.cosφ

Trong đó: Std – phụ tải tự dùng

α% - lượng điện phần trăm tự dùng

n – số tổ máy phát

Cosφtd – hệ số công suất phụ tải tự dùng

PdmF – công suất tác dụng của một tổ máy phát

Thay số ta có:

dmF td

Trong đó : S(t) – Công suất phụ tải tại thời điểm t

Pmax – là công suất lớn nhất của phụ tải

Cosφ – hệ số công suất.

P%(t) – phần trăm công suất tại thời điểm t

Ta có bảng công suất phát của toàn nhà máy như sau:

10÷12

12÷14

14÷16

16÷18

18÷20

20÷22

22÷24

Từ kết quả tính toán ở bảng số liệu trên ta có đồ thị phụ tải địa phương như sau:

b) Phụ tải cập điện áp máy trung 110kV

Ta có PMAX = 70 MW, cosφ = 0,89 , gồm 2 đơn x 35 MW

và bảng số liệu công suất phát

của toàn nhà máy ta có kết quả sau:

Từ bảng số liệu tính toán trên ta có đồ thị phụ tải cấp điện áp máy trung như sau:

c) Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao 220kV.

và bảng số liệu công suất phát

của toàn nhà máy ta có kết quả sau:

St(MVA) 61,364 61,364 54,545 54,545 61,364 61,364Giờ 14÷16 16÷18 18÷20 20÷22 22÷24

St(MVA) 61,364 61,364 68,182 61,364 54,545

Từ bảng số liệu tính toán trên ta có đồ thị phụ tải cấp điện áp máy trung như sau:

4.Đồ thị công suất phát về hệ thống.

Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm ( công suất phát bằng công suất thu), không xét đến tổn thất công suất trong máy biến áp ta có:

S (t) : Công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t

TD

S (t) : Công suất tự dùng của nhà máy

Ở phía thanh góp cao (TGPP cao áp) đồng cấp điện cho phụ tải điện áp phía cao và phát công suất thừa về hệ thống; Vậy công suất tổng tại đây gọi lài phụ tải thanh góp cao áp STGC(t) và sẽ được tính như sau:

S (t) = S (t) + S (t)

Từ công thức và các bảng số liệu tính toán ta có bảng kết quả sau:

Giờ STNM(t) S (t) DP S (t)UT S (t)UC S (t)TD SVHT(t) STGC(t)0÷4 200 4,706 70,787 61,364 2,892 60.251 121.6154÷6 200 4,706 70,787 61,364 2,892 60.251 121.6156÷8 200 4,418 62,921 54,545 2,892 75.224 129.7698÷10 200 4,418 62,921 54,545 2,892 75.224 129.76910÷12 225 4,706 70,787 61,364 2,892 85.251 146.61512÷14 225 4,706 70,787 61,364 2,892 85.251 146.61514÷16 250 5,294 78,652 61,364 2,892 101.798 163.16216÷18 250 5,882 70,787 61,364 2,892 109.075 170.43918÷20 250 5,294 70,787 68,182 2,892 102.845 171.02720÷22 225 5,294 62,921 61,364 2,892 92.529 153.89322÷24 225 4,706 62,921 54,545 2,892 99.936 154.481

Từ bảng kết quả tính toán trên ta có đồ thị phụ tải của nhà máy như sau:

Nhận xét:

Nhà máy điện chủ yếu cung cấp điện cho phụ tải trung áp, cao áp máy phát và phát lên hệ thống, công suất cung cấp cho tự dùng và phụ tải địa phương là nhỏ so với công suất phát ra của toàn nhà máy

Hệ số công suất của các phụ tải đều thỏa mãn các điều kiện kinh tế

kĩ thuật: cosφ ≥ 0,8

Nhà máy có 3 cấp điện áp 10,5kV; 110kV ; 220kV và phát công suất lớn nên phải dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa chúng và cung cấp cho các phụ tải.

Ta có đồ thị phu tải lấp đầy của toàn nhà máy như sau:

Từ những tính toán trên ta có bảng số liệu sau:

Côngsuất SđmF Σ Std SDP SUC SUT STGC

Max 200 2,892 5,882 68,182 78,652 171,027

1.3 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN.

1 Cơ sở chung để đề xuất phương án nối điện

Phương án nối điện chính của nhà máy là một khâu hết sức quan trọng trong quá trình thiết kế phần điện nhà máy điện Căn cứ và kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất để đề suất các phương án nối điện

Do PDPMAX/ 2PdmF = 7,353% < 15% nên phụ tải địa phương không cần thanh góp điện áp máy phát mà chúng được lấy trực tiếp từ đầu cực MF, phía trên của máy biến áp liện lạc

Do nhà máy có công suất lớn và có cấp điện áp trung (110kV), cao (220kV) có trung tính nối đất trực tiếp và có hệ số có lợi là:

Trên cơ sở trên ta đề xuất ra hai phương án nối điện như sau:

2.Đề xuất các phương án nối điện.

Phương án 1:

Phương án 2:

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP.

2.1 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CÁC CẤP ĐIỆN ÁP CỦA MBA.

Việc phân bố công suất cho các máy biến áp cũng như cho các cấp điện áp của chúng được tiến hành theo nguyên tắc cơ bản là : phân công suất cho MBA trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ , phần thừa thiếu còn lại do máy biến áp liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng giữa công suất phát và công suất thu, không xét đến tổn thất trong MBA

1 Máy biến áp hai cuộn dây trong bộ MF-MBA hai cuộn dây.

Công suất máy biến áp mang tải bằng phẳng trong suốt 24h/ngàym

và được tính theo công thức sau:

MF-Phân bố công suất cho các phía máy biến áp liên lạc theo từng thời điểm như sau:

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

Thay số liệu của từng thời điểm t vào công thức trên ta được bảng số liệu sau:

t S (t)UT S (t)UC Sbộ SVHT(t) S (t)CT S (t)CC S (t)CH0÷4 70.787 61.364 49.423 60.251 10.682 36.096 46.7784÷6 70.787 61.364 49.423 60.251 10.682 36.096 46.7786÷8 62.921 54.545 49.423 75.244 6.749 40.183 46.932

8÷10 62.921 54.545 49.423 75.244 6.749 40.183 46.93210÷12 70.787 61.364 49.423 85.251 10.682 48.596 59.27812÷14 70.787 61.364 49.423 85.251 10.682 48.596 59.27814÷16 78.652 61.364 49.423 101.798 14.6145 56.8695 71.48416÷18 70.787 61.364 49.423 109.075 10.682 60.508 71.1918÷20 70.787 68.182 49.423 102.845 10.682 60.802 71.48420÷22 62.921 61.364 49.423 92.529 6.749 52.235 58.98422÷24 62.921 54.545 49.423 99.936 6.749 52.529 59.278

2.2 CHỌN LOẠI VÀ CÔNG SUẤT ĐỊNH MỨC CỦA MBA.

1 MBA hai cuộn dây trong sỏ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây.

a/ Loại máy biến áp hai cuộn dây không điều chỉnh dưới tải.

Máy biến áp này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ Như vậy chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp và được điều chỉnh trực tiếp bằng tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của MF

Ta chọn B1, B4 là loại TDC-63 Cấp điện áp 230/11 kV

B5 là loại TDC-63 Cấp điện áp 115/10.5 kV

Đối với MBA này ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi một trong hai phần tử MF hay MBA bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc trong điều kiện sự cố Cũng chính vì lý do này chỉ cần dùng máy cắt (MC) phía cao áp là đủ , phía hạ áp chỉ cần dùng dao cách ly (DCL) phụ cho sửa chữa

2 MBA liên lạc.

a/ Loại MBA có điều chỉnh dưới tải

Tất cả các phía của máy biến áp mang tải không bằng phẳng nên có nhu cầu điều chỉnh điện áp tất cả các phía Nếu dùng TĐK chỉ điều chỉnh được phía hạ, nên cần có sự kết hợp với điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc thì mới điều chỉnh điện áp được tất cả các phía

b/ Công suất định mức.

*/ Nguyên tắc chung:

- Đối với máy biến áp ba cuộn dây thông thường lõi từ cũng như cuộn dây của ba cấp đều được thiết kế 100% công suất định mức của máy biến áp Vậy để chọn được công suất định mức của MBA trước hết

ta phải xác định đại lượng công suất lớn nhất trong suốt 24h trong số các cấp điện áp, được gọi là công suất thừa lớn nhất SMaxthua, khi đó công suất định mức của MBA được chọn theo biểu thức sau: SdmB ≥ SMaxthua

- Đối với MBA tự ngẫu thì lõi từ cũng như ba cuộn dây nối tiếp, trung và hạ đều được thiết kế theo công suất tính toán

Như vậy ta có: dmTN 1 Maxthua

0.5

≥

Vậy ta chọn MBA tự ngẫu loại ATDCTH – 100; 230/121/11kV

c/ Kiểm tra quá tải của MBA khi có sự cố.

Đối với MBA liên lạc khi sự cố một trong các MBA trong sơ đồ thì MBA còn lại phải mang tải nhiều hơn cùng với sự huy động công suất dự phòng của hệ thống thì mới có thể đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải các cấp cũng như phát về hệ thống như lúc bình thường

Quá tải sự cố tối đa cho phép như sau: K = 1.4scqt với điều kiện làm việc không quá 6 giờ trong ngày và không được quá 5 ngày đêm liên tục

• PHƯƠNG ÁN 1:

Sự cố 1: Hỏng một bộ bên trung (B5) tại thời điểm phụ tải trung cực đại.

Ứng với SmaxUT ta có SUTmaxDP ; SUTmaxUC ; SUTmaxVHT

- Điều kiện kiểm tra quá tải :2×K ×α×Sscqt dmB+ SbôB5 ≥SmaxUT

qt dmB bôB5

max UT

- Kiểm tra theo điều kiện : Sthieu ≤SHTDP ⇔54.047 (MVA) 150 (MVA)≤ ;

( thỏa mãn)

Sự cố 2: Hỏng một MBA tự ngẫu (B3) tại thời điểm phụ tải trung cực đại.

Ứng với SmaxUT ta có SUTmaxDP ; SUTmaxUC ; SUTmaxVHT

- Điều kiện kiểm tra quá tải :K ×α×Sscqt dmB+SbôB4+ SbôB5 ≥SmaxUT

sc

max UT

(dấu “ - “ chỉ chiều công suất đi từ trung sang cao )

Tải tự ngẫu chế độ cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất : C T

- Kiểm tra theo điều kiện : Sthieu ≤SHTDP ⇔51.713 (MVA) 150 (MVA)≤ ;

( thỏa mãn)

• PHƯƠNG ÁN 2:

Sự cố 1: Hỏng bộ bên trung (B5) tại thời điểm phụ tải trung cực đại.

Ứng với SmaxUT ta có SUTmaxDP ; SUTmaxUC ; SUTmaxVHT

- Điều kiện kiểm tra quá tải :2×K ×α×Sscqt dmB ≥SmaxUT

sc

max UT

×

- Kiểm tra theo điều kiện : Sthieu ≤SHTDP ⇔ 4.624 (MVA) 150 (MVA)≤ ;

( thỏa mãn)

Sự cố 2: Hỏng một MBA tự ngẫu (B3) tại thời điểm phụ tải trung cực đại.

Ứng với SmaxUT ta có SUTmaxDP ; SUTmaxUC ; SUTmaxVHT

- Điều kiện kiểm tra quá tải :K ×α×Sscqt dmB+ SbôB5 ≥SmaxUT

sc

max UT

2.3 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA.

1 Tính tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây.

Tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau:

2 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu.

Để tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu trước hết ta tính toán tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau:

ΔP - ΔP1

ΔP + ΔP1

ΔPNCT;ΔPNCH;ΔPNTH: Là tổn thất công suất ngắn mạch cao-trung,

cao-hạ, trung-hạ (nhà chế tạo cho)

Hai MBA tự ngẫu chọn như nhau nên ta có kết quả tính toán là như nhau Trong trường hợp nhà chế tạo chỉ cho biết trị số ΔPNCT thì được coi ΔPNCH=

Tổn thất điện năng trong máy biến áp của từng phương án như sau:

PHƯƠNG ÁN 1: ΔАI = ΔAB1 + 2.ΔAB2 + 2.ΔAB4

= 2204264,252 + 2.1992626,627+ 2.1837671,139

= 9864859,784 (kWh)

PHƯƠNG ÁN 2 :

ΔАI = 2.ΔAB1 + 2.ΔAB2 + ΔAB4

= 2.2204264,252 + 2.1992626,627 + 1837671,139 = 10231452,9 (kWh)

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN 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 lớn nhất

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía cao áp chọn điểm ngắn mạch N1, nguồn cấp là các máy phát của nhà máy và hệ thống.

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

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ máy phát, chọn điểm ngắn mạch N3’ hay N3

- Đối với N3 nguồn cấp là các máy phát của nhà máy và hệ thống trừ máy phát F2

- Đối với N3’ nguồn cấp chỉ là máy phát F2

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

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ mạch tự dùng, phụ tải địa phương chọn điểm ngắn mạch N4 nguồn cấp là nhà máy và hệ thống

Dễ dàng nhận thấy IN4 = IN3 – IN3’

3.1 LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ.

Sơ đồ thay thế toàn nhà máy cho tính toán ngắn mạch được lập trong hệ đơn vị tương đối cơ bản Để lập sơ đồ thay thế trước hết ta phải chọn công suất

cơ bản Scb và điện áp cơ bản Ucb

Chọn Scb = 100 MVA ; Ucb = Utb của từng cấp điện áp

Từ đó ta có dòng ngắn mạch cơ bản của các cấp như sau:

C cbcb

- Máy biến áp tự ngẫu.

Điên áp ngắn mạch các cấp được tính theo công thức sau:

TN

dmTN H

Sau khi lắp sơ đồ thay thế thì tính dòng ngắn mạch cho từng điểm ngắn mạch đã chọn ở trên Đối với mỗi điểm ngắn mạch trước hết biến đổi sơ đồ thay thế về dạng đơn giản một nguồn hay hai nguồn Sau đó sử dụng họ đường cong tính toán để tính toán dòng điện ngắn mạch cho từng điểm ngắn mạch.

• PHƯƠNG ÁN 1.

1) Đối với điểm ngắn mạch N1

a/ Lập sơ đồ thay thế và rút gọn sơ đồ.

Ta có sơ đồ thay thế như sau:

Sơ đồ thay thế trên có trục đối xứn là thanh góp cao áp – các bộ bên trung Nhập song song nhánh EF2 với EF3 ; nhánh EF4 với EF5 ta có:

F B4.5 N 5

X + X + X 0.32 + 0.167 - 0.075

Như vậy ta có sơ đồ rút gọn như sau:

Ghép song song hai nhánh EF23 và

0.4175 + 0.206 = 0.138

Tra đườg cong tính toán ( của máy phát tua bin thủy có cuộn cản) với t = 0 và t

= ∞ ta có trị số dòng ngắn mạch như sau:

( ) ( )

tb dmF

2) Đối với điểm ngắn mạch N2

a/ Lập sơ đồ thay thế và rút gọn sơ đồ.

Ta có sơ đồ thay thế như sau:

Sơ đồ thay thế trên có trục đối xứn là thanh góp cao áp – các bộ bên trung Nhập song song nhánh EF2 với EF3 ; nhánh EF4 với EF5 ta có:

Như vậy ta có sơ đồ rút gọn như sau:

Biến đổi sao (X1 , X2 , X3 ) về tam giác thiếu (X6 , X7):

0.059 = 1.402

Ta được sơ đồ như sau:

Nghép song song hai nhánh EF123

Tra đườg cong tính toán ( của máy phát tua bin thủy có cuộn cản) với t = 0 và t

= ∞ ứng với Xtt = 0.348 + 0.07 = 0.418 ta có trị số dòng ngắn mạch như sau:

( ) ( )

tb dmF

3) Đối với điểm ngắn mạch N3

a/ Lập sơ đồ thay thế và rút gọn sơ đồ.

Ta có sơ đồ thay thế như sau:

Như vậy ta có sơ đồ rút gọn như sau:

Biến đổi sao (X1, X2, X3) về tam giác thiếu (X7, X8)

0.059 = 1.402

Ghép song song hai nhánh EF1 và EF345 :

0.449 = 0.862

Ta được sơ đồ rút gọn cuối cùng như sau: