THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN trong nhà máy điện TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

dựa vào các số liệu ấy chúng ta có thể xây dựng được đồ thị công suất phát toàn nhà máy, phụ tải tự dùng, diện áp các cấp và công suất phát về hệ thống.. Đồ thị phụ tải các cấp điện áp C

Từ những vấn đề đó đặt ra nhiệm vụ trước hết cho người thiết kế là phải tiến hành các công việc : chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất một cách hợp lý nhất.

I Chọn máy phát điện

Theo yêu cầu thiết kế : nhà máy NĐNH gồm 5 tổ máy với tổng công suất 250 MW Công suất mỗi tổ máy là 50 MW Tra trong sổ tay thiết kế ta chọn được loại máy phát điện đồng bộ tua bin hơi có các thông số sau:

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của máy phát điện

II Tính toán cân bằng công suất

Trong nhiệm vụ thiết kế, người ta thường cho công suất cực đại, hệ số công suất cosϕ và biểu đồ biến thiên hàng ngày công suất dạng phần trăm P%(t) dựa vào các số liệu ấy chúng ta

có thể xây dựng được đồ thị công suất phát toàn nhà máy, phụ tải tự dùng, diện áp các cấp và công suất phát về hệ thống

1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

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

Stnm (t) =

% (0, 4 0,6 )

Stnm (t) : công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

P%(t) : phần% công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

cosϕF : hệ số công suất định mức của máy phát

Sdm ∑ : tổng công suất biểu kiến định mức của nhà máy

Sdm ∑ = n SdmF

SdmF : công suất định mức của 1 tổ máy

n : số tổ máy Tại thời điểm t = ( 0÷4 ):

2 Đồ thị phụ tải công suất tự dùng

Công suất tự dùng của NMNĐ phụ thuộc vào nhiều yếu tố ( dạng nhiên liệu, loại tua bin, công suất phát,…) và chiếm khoảng 5% -10% tổng công suất phát Công suất tự dùng gồm 2 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

Công suất tự dùng được tính theo công thức sau:

Tính toán tương tự cho các thời điểm khác ta có bảng kết quả sau

3 Đồ thị phụ tải các cấp điện áp

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

S(t) =

ax %( ) os

20 80 0,87 100

a Phụ tải địa phương

Tại thời điểm t = ( 0÷4 ):

SDP(0÷4) = 20 .80

0,87 100 = 18,39 MVA Tính toán tương tự cho các thời điểm khác ta có bảng kết quả sau

b Phụ tải cấp điện áp trung 110 kV , Pmax= 60 MVA , cosϕ = 0,89

Tại thời điểm t = ( 0÷4 ):

SUT(0÷4) = 60 .90

0,89 100 = 60,674 MVA Tính toán tương tự cho các thời điểm khác ta có bảng kết quả sau:

c Phụ tải cấp điện áp cao 220 kV , Pmax = 80MW , cosϕ = 0,86

Tại thời điểm t = ( 0÷4 ):

SUC(0÷4) = 80 . 90

0,86 100 = 83,721 MVA Tính toán tương tự cho các thời điểm khác ta có bảng kết quả sau

4 Đồ thị phụ tải công suất phát về hệ thống

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

Phụ tải thanh góp cao áp:

III Đề xuất các phương án nối dây

Qua các tính toán ở trên ta có bảng tổng hợp kết quả sau:

Giá tri max 312,5 23,53 22,988 67,415 93,023 207,606

Các phương án nối điện của nhà máy được dựa trên việc cân bằng công suất của nhà máy

và được thực hiện theo các nguyên tắc sau:

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

khi phụ tải địa phương có công suất nhỏ thì không cần thanh góp điện áp máy phát, mà chúng được cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát, phía trên của m.b.a liên lạc Quy định : cho phép rẽ nhánh từ đầu cực máy phát một lượng công suất không quá 15% công suất định mức của một tổ máy phát Ta có:

ax

.100 2.

tự ngẫu làm liên lạc

4 SUT = 67,415/53,933 ⇒ ghép 2 đến 3 bộ máy phát – mba phía trung vì SdmF = 62,5 MVA

5 Ghép từ 2 đến 3 bộ máy phát – mba 2 cuộn dây lên phía cao áp

6 Sdự phòng = 100 MVA nên không thể ghép 2 máy phát với 1 máy biến áp (mba)

Từ các điều kiện trên ta có các phương án sau:

a Phương án 1

• Đặc điểm:

- Dùng 2 mba 3 pha tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp

- Máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây nối bộ với máy phát để cấp điện cho phụ tải 110 kV và 220 kV

- Máy phát F3 và F4 được ghép vào thanh góp điện áp máy phát Phụ tải cấp 10,5 kV được lấy điện từ thanh góp này

• Nhận xét:

- Luôn đảm bảo cung cấp điện cho các cấp điện áp

- Sơ đồ nối điện đơn giản, công suất của 2 mba tự ngẫu nhỏ

b Phương án 2

• Đặc điểm:

- Dùng 2 mba 3 pha tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp

- Máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây nối bộ với máy phát để cấp điện cho phụ tải 110 kV và 220 kV

- Máy phát F2 ,F3 và F4 được ghép vào thanh góp điện áp máy phát Phụ tải cấp 10,5 kV được lấy điện từ thanh góp này

• Nhận xét:

- Luôn đảm bảo cung cấp điện cho các cấp điện áp

- Sơ đồ nối điện đơn giản

- Số lượng mba ít hơn nhưng công suất lại lớn hơn

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

I Phân bố các cấp điện áp của máy biến áp (mba)

Việc phân bố công suất cho các mba cũng như cho các cấp điện áp của chúng được tiến hành theo nguyên tắc : phân công suất cho mba trong sơ đồ bộ MF – MBA 2 cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ Phần thừa, thiếu còn lại là do mba liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát = công suất thu (không xét đến tổn thất)

1 Máy biến áp 2 cuộn dây

S : công suất tự dùng cực đại

SdmF : công suất định mức 1 tổ máy

2.Máy biến áp liên lạc

II Chọn loại và công suất định mức của máy biến áp

1 Máy biến áp 2 cuộn dây

Chọn loại không có điều chỉnh điện áp dưới tải, mba này mang tải bằng phẳng nen không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ như vậy chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao và được điều chỉnh bằng tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của máy phát.

Công suất định mức được chọn theo công thức sau:

2.Máy biến áp liên lạc

Do mba liên lạc mang tải không bằng phẳng (do yêu cầu phụ tải phía cao, trung, hạ không bằng phẳng và khi bộ đã mang tải bằng phẳng thì phần còn lại là tự ngẫu phải mang), và liên quan đến nhiều cấp điện áp nên phải chọn mba có điều chỉnh điện áp dưới tải

Các cấp điện áp của mba liên lạc đều phải có máy cắt để đảm bảo việc vận hành linh hoạt Khi mất điện một phía, chỉ phía đó mất điện, 2 phía còn lại vẫn liên lạc

Để xác định được công suất định mức của mba tự ngẫu, trước hết ta phải xác định được công suất tải lớn nhất trong suốt 24h của từng cuộn dây: Sthua(max) , khi đó:

Sđm TN = 1 ax

. m thua

3 Kiểm tra quá tải mba khi có sự cố

Quá tải sự cố tối đa cho phép đối với mba như sau : sc

a Phương án 1

• Sự cố 1: hỏng một bộ bên trung tại thời điểm phụ tải trung cực đại

- Điều kiện kiểm tra:

2 .sc max

qt dmTN UT

k α S ≥S ⇔ 2.1,4.0,5.100 = 140 ≥ 67,415

Vậy điều kiện được thỏa mãn

- Phân bố công suất khi sự cố:

SCT=

max UT

1 S 2

SCH= UTmaxx F3+F4

1 dmF dp TD

1 (n S -S -S ) 2

Do SCC= 63,599(MVA)<SdmTN=100(MVA) nên MBA tự ngẫu không bị quá tải

- Công suất thiếu được tính theo CT:

Sthieu=( UTmax UTmax ) (2 2 )

=(123,885+93,023)-(2.57,79+2.63,599)

= -25,87 (MVA)

Vậy công suất không thiếu và lượng công suất còn phát thừa lên hệ thống.

• Sự cố 2: Hỏng 1 MBA tự ngẫu tại thời điểm phụ tải trung cực đại

1,4.0,5.100+57,79=127,79≥ 67,415(MVA)=>MBA không bị quá tải.

- Phân bố công suất:

ax

max 1

Công suất còn thiếu:

Sthiếu=( UTmax UTmax ) (2 )

=(123,885+93,053)-(2.57,79+25,181)

=76,177(MVA)

Sthiếu<Sdp=100(MVA)=>HT không bị mất ổn định

• Sự cố 3:hỏng 1 MBATN khi phụ tải trung cực tiểu

Phân bố công suất khi xảy ra sự cố:

- Công suất phía trung áp của MBATn:

Công suất phía cao của MBATN:

SCC=SCH-SCT=42,268+3,857=46,125(MVA).

SCC=46,125(MVA)<SđmTN=100(MVA) nên MBATN không bị quá tải

Công suất thiếu: min min

Điều kiện thỏa mãn

- Phân bố công suất khi sự cố:

Công suất phía trung áp cua MBA tự ngẫu:

SCT=1 ax 1

.67, 415 33,707( )

m UT

Công suất phía hạ áp của MBATN:

max 1

SCC<SdmTN=>MBATN không bị quá tải.

-Công suất thiếu phát về hệ thống:

• Sự cố 2: hỏng MBATN tại thời điểm phụ tải trung cực đại ứng với

max max max max

Điều kiện thỏa mãn:

- Phân bố công suất:

Công suất phía trung áp của MBATN:

SCC<SđmTN=>MBA không bị quá tải

- Công suất thiếu:

Sthiếu=( UTmax UTmax ) ( )

• Sự cố 3: hỏng 1 MBATN khi phụ tải trung đạt cực tiểu:

- Công suất phía trung áp của MBATN:

SCC<SđmTN=>không bị quá tải MBATN

- Công suất thiếu:

Sthiếu= min min

=>lượng công suất được phát thừa lên hệ thống

III Tính toán thổn thất điện năng trong MBA:

1) Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây với trường hợp xét MBA mang tải bằng phẳng cả năm Sbộ, tổn thất được xác định dựa trên công thức:

2) Tính toán tổn thất điện năng trong MBATN:

Để tính tổn thất điện năng trong MBATN trước hết phải tính tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây:

CT N

Trường hợp 1:khi có sự cố MBALL B4(hoặc B3).

Để tìm công suất qua kháng lớn nhất ta tính lượng công suất ta tính lượng công suất truyền tải qua cuộn hạ áp MBA B3

ổn định nhiệt khi có ngắn mạch xảy ra.

I. Chọn các đại lượng cơ bản:

Chọn SCB=100(MVA),UCB=UTB ở các cấp điện áp.Ta có

Dòng điện cơ bản ở cấp điện áp máy phát:UCB1=10,5kV

Với dạng ngắn mạch dùng cho tính toán là ngắn mạch 3 pha N(3).

II. Chọn các điểm ngắn mạch để tính toán:

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

MF của NMD và HT

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía trung áp,chọn điểm ngắn mạch N2, nguồn cấp là các

MF của NMD và HT

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp,chọn điểm ngắn mạch N3,MBA B3 nghỉ(PA1

và MBAB2 nghỉ(PA2), nguồn cấp là các MF của NMD và HT

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch MF, chọn điểm NM N4 hay N4’

+ Đối với điểm NM N4, nguồn cấp là từ HT và từ các MF của NM trừ MF F3

+Đối với điểm NMN4’, nguồn cấp là MFF3

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng phụ tải địa phương chọn điểm N5, nguồn cấp là các MF của NM và HT

CB HT

S L

U

dmK

I X

T

dmTN H

6

5 5

8

8

N1

10 10'

E5 E1,2

HT

E1,2,3,4,5

5 5

13

N2 10 10'

E5 E1,2

7

N3

10 10'

E5 E1,2

7

8

E3

' ' ' 23 7

6

5 5

8 N4

10 10'

E5 E1,2

7 64

E1,2,4,5

CB HT

S L

K

dmK

I X

dmTN H

6 6

4

4 8

HT

9

12

11 N1

10 10

E5 E1

14

E3

N2 1010

E5 E1

14

E3

E5 E1

HT

19

10 N2

10 5

4

8 10

27 28

7

6 6

5

4 8

10

4

Tận dụng các phép biến đổi sao tam giác thiếu từ các điểm ngắn mạch trước ta có:

Biến đổi sao tam giác thiếu X22, X21, X7 ta được:

22 7

36 22 7

21

0,359

CHƯƠNG 5

CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN

5.1 Dòng điện làm việc và dòng cưỡng bức

1) Dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 220 kV.

- Mạch đấu bộ MF-MBA 2 cuộn dây:

0,328 3

- Mạch trung áp của MBALL:

Công suất truyền tải cực đại phía điện áp trung

max max 9,621

0,029 3

5.2) Chọn máy cắt và dao cách ly:

1 Máy cắt điện: dùng để đóng cắt mạch điện với dòng phụ tải khi làm việc bình thường và

dòng ngắn mạch khi sự cố Vì vậy máy cắt điện được chọn theo điều kiện sau :

− Điện áp định mức của máy cắt : Uđm ≥ Uđm mạng

− Dòng điện định mức của máy cắt : Iđm ≥ Icb

− Dòng điện cắt định mức của máy cắt : Icắt đm ≥ I”

Trong đó : + Icb _ là dòng cưỡng bức của mạch đặt máy cắt

+ I’’ _ là dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phần chu kỳ

Ngoài ra máy cắt được chọn phải kiểm tra ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch với các điều kiện kiểm tra là :

− Điều kiện kiểm tra ổn định động :

2, Dao cách ly: dùng để ngắt mạch với dòng không tải Chúng được chọn theo các điều kiện sau:

− Điện áp định mức của dao cách ly : Uđm ≥ Uđm mạng

− Dòng điện định mức của dao cách ly : Iđm ≥ Icb

− Điều kiện kiểm tra ổn định động :

Tên

mạch

điện

Điểm NM

Uđm

mạng điệnkV

Các đại lượng tính toán Ký hiệuDCL Các đại lượng định mức

5.3 Chọn thanh dẫn, thanh góp cứng:

1 Chọn tiết diện thanh dẫn cứng cho mạch MF.

Thanh dẫn cứng được chọn theo điều kiện dòng làm việc lâu dài cho phép :

cp

xq cp

θ θ

Với: θCP = 700C : nhiệt độ cho phép làm việc lâu dài của thanh dẫn

θXQ = 350C : nhiệt độ môi trường nơi đặt thanh dẫn

θCP = 250C : nhiệt độ quy định khi tính ICP

cp cp

25 70

35 70

Tiết diện1 cực (mm2)

Mômen trở kháng (cm3) Mômen quán tính

1 thanh 2 thanh 1 thanh 2 thanh

3) Kiểm tra ổn định nhiệt

Vì thanh dẫn đã chọn có ICP = 4,3 kA nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt

4) Kiểm tra ổn định động

Mặt cắt của thanh dẫn :

Theo tiêu chuẩn độ bền cơ, ứng suất của vật liệu thanh dẫn không được lớn hơn ứng suất cho phép của nó, nghĩa là :

δtt ≤ δCP

Trong đó ứng suất cho phép của đồng : δCP = 1400 KG/cm2

 Lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt :

2

10 76 ,

ixk : dòng điện xung kích (A)

l : khoảng cách giữa 2 sứ liền nhau của 1 pha ; l = 180 cm

a : khoảng cách giữa các pha ; a = 60 cm

tt

M

KG cm W

So sánh với δCu ta thấy: δtt = 16,025 kG/cm2 < δcp = 1400 kG/cm2

4 )Xác định khoảng cách lớn nhất có thể giữa 2 miếng đệm (L1max).

Lực điện động tác dụng lên 1cm chiều dài thanh dẫn trên một pha do dòng điện của các thanh dẫn cùng pha tác dụng lên nhau sinh ra là:

h I

Điều kiện kiểm tra ổn định động :

ph tt

H

H F

tt là lực điện động đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch 3 pha

+ Ftt là lực điện động tác dụng lên pha giữa khi ngắn mạch ba pha

+ Fph là lực phá hoại nhỏ nhất của sứ khi uốn

+ H là chiều cao của sứ đỡ

+ H’ = H + h/2 là chiều cao từ chân sứ đến trọng tâm thiết diện thanh dẫn

+ H là chiều cao của thanh dẫn

5.4 Chọn thanh dẫn mềm.

Thanh dẫn mềm được dùng làm thanh góp cấp điện áp 220 kV và 110 kV đồng thời cũng dùng để nối liên kết các khí cụ điện như MBA - MC - DCL

 Thanh dẫn mềm được chọn theo điều kiện dòng làm việc lâu dài cho phép :

Trong đó : BN _ xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch 3 pha

C _ hằng số phụ thuộc vật liệu thanh dẫn

 Thanh dẫn chọn đồng thời phải thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang Với điện áp 100

kV trở lên ta phải kiểm tra theo điều kiện :

Uvq ≥ Uđmmạng

Sau đây ta tiến hành chọn thanh dẫn cho từng cấp điện áp

1) Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 220kV.

Cấp điện áp 220 kV ta dùng hai hệ thống thanh góp có máy cắt nối Công suất lớn nhất nhà máy

có thể phát về hệ thống là :

SHTmax = 123,885 MVADòng cưỡng bức trên cấp điện áp 220 kV được xác định khi một hệ thống thanh góp làm việc là :

max 0,326

3

HT cb

cb cp

Khi ngắn mạch xung lượng nhiệt do dòng ngắn mạch sinh ra được tính theo công thức :

∫

= cat

t t

B

0

2

b Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang.

Điều kiện kiểm tra : Uvq ≥ Uđmmạng

( Uvq là điện áp tới hạn phát sinh vầng quang )

Nếu dây dẫn được bố trí trên ba đỉnh của tam giác đều thì ta có :

r

a r m

U vq = 84 lgTrong đó: m _ hệ số xét đến độ xì của bề mặt dây dẫn; m = 0,83÷0,97

r _ bán kính ngoài của dây dẫn ; r = 11,2 mm

a _ khoảng cách giữa các trục dây dẫn,cm; a=5m=500 cm

Thay vào công thức trên ta có:

2) Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 110kV.

Công suất lớn nhất của phụ tải phía trung áp là : SUTmax = 67,415 MVA

Dòng cưỡng bức trên thanh cái 110 kV là :

max 67, 415

0,354

3 3 110

UT cb

0, 402 0,88

cb cp

Vậy dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện phát nóng lâu dài

a Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

b Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang

5.5 Chọn máy biến áp đo lường.

1 Chọn máy biến điện áp

a) Chọn BU cho cấp điện áp máy phát 10,5kV

BU được chọn dựa vào các điều kiện sau :

 Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp phải phù hợp với nhiệm vụ của nó Để cấp điện cho công

tơ ta chỉ cần ha biến điện áp một pha nối V/V

 Điều kiện về điện áp : UđmSC ≥ Uđmmạng = 10,5 kV

 Cấp chính xác của BU : vì cấp điện cho công tơ nên chọn BU có cấp chính xác là 0,5

 Công suất định mức : tổng phụ tải nối vào BU (S2) phải nhỏ hoặc bằng công suất định mức của BU với cấp điện áp đã chọn :SđmBU ≥ S2

(S2- tổng phụ tải các dụng cụ đo lường nối vào BU không tính tổng trở dây dẫn )

Ta phải phân bố các đồng hồ điện phía thứ cấp đồng đều cho hai BU tương ứng như bảng sau

Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải BU pha AB Phụ tải BU pha BC