Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ là 60 MW cấp điện cho phụ tải địa phương 10KV, phụ tải điện áp trung 110KV và phát vào hệ thống 220KV

Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chương trình của môn Nhà máy điện, em được giao nhiệm vụ thiết kế Nhà máy điện gồm nội dung sau:Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện gồm 5

Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chương trình của môn Nhà máy điện, em được giao nhiệm vụ thiết kế Nhà máy điện gồm nội dung sau:

Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ là 60 MW cấp điện cho phụ tải địa phương 10KV, phụ tải điện áp trung 110KV và phát vào hệ thống 220KV

Sau thời gian làm đồ án với sự lỗ lực của bản thân, được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Trương Ngọc Minh và các bạn trong lớp đến nay em đã hoàn thành đồ án.Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót

Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý bổ sung của các thầy cô giáo để đồ án của em hoàn thiện hơn

Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn lời cảm

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I 3

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 3

I Chọn máy phát điện 3

II Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 3

CHƯƠNG II 9

CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN 9

I Lựa chọn các phương án 9

II Chọn phương án 10

1 Phương án I 10

2 Phương án II 11

3 Phương án III 12

4 Phương án IV 13

III Chọn máy biến áp 13

IV Tính toán chi tiết cho từng phương án 14

1 Phưong án I 14

2 Phương án II 18

V Tính tổng tổn thất công suất và điện năng 21

1 Phương án I 22

2 Phương án II 22

VI Tính dòng điện làm việc và dòng điện cưỡng bức 23

1 Phương án I 23

2 Phương án II 25

CHƯƠNG III 26

TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 26

3 Phương án I 28

4 Phương án II 37

CHƯƠNG IV 46

SO SÁNH KINH TẾ - KĨ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 46

I Chọn máy cắt điện 46

II Chọn sơ đồ thanh ghóp 46

III Tính toán kinh tế 46

IV Phương án I 47

V Phương án II 48

CHƯƠNG V 50

CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ THANH DẪN 50

I Chọn thanh dẫn 50

1 Chọn thanh dẫn cho mạch máy phát ( thanh dẫn cứng ) 50

2 Chọn sứ đỡ 52

2 Chọn kháng điện 62

3 Chọn chống sét van 64

CHƯƠNG VI 65

SƠ ĐỒ TỰ DÙNG VẠ MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG 65

I Sơ đồ nối điện tự dùng 65

II Chọn máy biến áp tự dùng 65

1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp I 65

2 Chọn máy biến áp tự dùng cấp II 66

3 Chọn máy cắt 66

4 Sơ đồ nối điện tự dùng : 68

Trong nhiệm vụ thiết kế người ta thường cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các cấp điện

áp và hệ số công suất của phụ tải tương ứng , cũng có khi cho đồ thị phụ tải hàng ngày của toàn nhà máy Dựa vào đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp mà xây dựng đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy , ngoài phần phụ tải của hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp , phụ tải

phát về hệ thống còn có phụ tải tự dùng của nhà máy Công suất tự dùng của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố : dạng nhiên liệu , áp lực hơi ban đầu , loại tua bin và công suất của chúng loại truyền động đối với máy bơm cung cấp chiếm khoảng 5 – 8 % tổng điện năng phát ra

Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy thường vẽ theo công suất biểu kiến S

( MVA) để có độ chính xác vì hệ số công suất ở các cấp điện áp thường khác nhau Như vậy dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp tiến hành tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy theo thời gian hàng ngày

Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy công suất của mỗi máy là 60 MW.

Chọn máy phát điện tua bin hơi đồng bộ có các thông số sau :

Loại

máy phát Thông số định mứcn S P U cos  I Điện kháng tương đốiX’’d X’d Xd

Trong đó :

S : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t

P : Công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

: Hệ số công suất phụ tải

1 Phụ tải điện áp máy phát ( phụ tải dịa phương )

S (WMA)df

5 10 15

2 Phụ tải điện ỏp trung

Uđm = 110 KV , Pmax = 120 MW,

Gồm 1đờng dây kép x40 MW , 2 đờng dây đơn x 40 MW

Áp dụng cụng thức tớnh ở trờn ta cú bảng phụ tải :

3 Phụ tải toàn nhà máy

204080100

Std (t) : Phụ tải dùng điện tại thời điểm t

SNmmax : công suất của toàn nhà máy SNMmax = 375 MVA

SNM(t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t

: Số phần trăm lượng điện tự dùng =5,5%

t(h)

15 25 35

8 1114 20 24 5

10 20 30 40

5 Cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống.

Ta xác định công suất của toàn nhà máy theo công thức sau :

- Ta thấy nhà máy thiết kế có công suất lớn nhất là SNMmax = 375 MVA

So với công suất tổng của hệ thống ( không kể nhà máy thiết kế ) SHT = 3200 MVA thì nhà máy thiết kế chiếm 11,72 % công suất của hệ thống

- Công suất phát vào hệ thống là :

Max = 224,62MWA tõ 14-15Min = 110,72 MWA tõ 7 -.8

- Phụ tải trung áp

STmax = 138 MWA tõ 8-12h chiÕm 36,8 % c«ng suÊt nhµ m¸y

STmin = 97 MVA từ 20- 24 h chiếm 25,87 % công suất nhà máy

Nhà máy được thiết kế cung cấp cho phụ tải điện trung áp 110 KV và phát công suất lên

hệ thống 220 KV do đó sử dụng máy biến áp tự ngẫu ( ở cấp điện áp này có trung tính nốiđất trực tiếp )

Có : = = 10 % < 15 % nên ta không cần dùngthanh góp điện áp máy phát

Khả năng phát triển nhà máy điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà máy , địa bàn , nguồn nguyên liệu nhưng về phần điện thì vẫn có khả năng phát triển phụ tải theo các cấp điện áp sẵn có

CHƯƠNG II

CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN

 Sơ đồ nối điện chính .

Thiết bị , máy phát điện , máy biến áp được nối với nhau theo sơ đồ nhất định gọi là

sơ đồ nối điện chính Sơ đồ nối điện phụ thuộc vào số nguồn , số phụ tải , công suất của nguồn , công suất phụ tải , phụ tải phụ thuộc vào tính chất của hộ tiêu thụ và phụ thuộc vào khả năng đầu tư Sơ đồ nối điện phải thoả mãn điều kiện

- Về kỹ thuật

Đảm bảo an toàn cung cấp điện theo yêu cầu

Đảm bào an toàn cho người và thiết bị

- Về kinh tế

Vốn đầu tư ít

Dễ vận hành thay thế , lắp đặt, sửa chữa

Có khả năng phát triển về sau

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy biến áp với các cấp điện áp về số lượng và dung lượng của máy biến áp về số lượng máy phát điện nối vào thanh ghóp điện áp máy phát , số máy phát điện ghép với bộ máy biến áp

Công suất mỗi bộ máy phát điện – máy biến áp không lớn hơn dự trữ quay của hệ thống Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát và máy biến áp với công suất không qua 15 % công suất của bộ máy phát – máy biến áp

Không nối hai bộ máy phát điện với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy

sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống

Cả phiá cao áp và trung áp đều có trung tính nối đất trực tiếp nên ta sử dụng máy biến

áp tự ngẫu để liên lạc

Từ những yêu cầu trên ta có các phương án sau :

Phương án này có hai bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV va một máy phát hai cuộn dây nối lênthanh góp 220kV Hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện

áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV

- Bố trí nguồn và tải cân đối

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

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

- Vận hành đơn giản

Nhược điểm:

- Có một bộ máy phát điện - máy biến áp bên cao nên đắt tiền hơn

Nhận xét:

Nhà máy dùng năm bộ máy phát- máy biến áp: ba bộ nối với thanh góp 220kV, hai bộ nối với thanh góp 110kV Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giưa thanh góp UC vàthanh góp UT đồng thời để cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát UF

- Đảm bảo cung cấp điện liên tục

- Do tất cả các máy biến áp đều nối về phía 110kV nên giảm được vốn đầu tư so với phương án 1

Nhược điểm:

- Do tất cả các máy biến áp đều nối vào phía 220kV, nên để đảm bảo cung cấp điện cho phía 110 kV công suất của máy biến áp tự ngẫu có thể phải lớn hơn so với các phương ánkhác Khi có ngắn mạch xẩy ra ở thanh góp hệ thống thì dòng điện ngắn mạch lớn gây nguy hiểm cho thiết bị

- Tổn thất công suất lớn

 Kết luận

Qua 4 phương án đã được đưa ra ở trên ta có nhận xét rằng 2 phương án 1 và 2 đơn giản và kinh tế hơn so với các phương án còn lại Hơn nữa vẫn đảm bảo 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 1 và phương án 2 để tính toán kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện

IV Chọn máy biến áp .

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

thống điện ,

Trong hệ thống điện có điện áp cao và trung tính nối đất trực tiếp thường dùng máy biến áp tự ngẫu Loại MBA này có ưu điểm hơn MBA thường giá thành chi phí vật liệu

và tổn thất năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn với MBA thường có cùng công suất

V Tính toán chi tiết cho từng phương án

a,Chọn máy biến áp

- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây :

SdmB  SdmF = 75MVA

Bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu :

SđmTN  SđmF ;  : Hệ số có lợi ; ( )

Ta có : SđmB 75 = 150 MVA

Bảng thông số của máy biến áp theo phương án I:

b,Phân phối công suất : Các máy biến áp và cuộn dây

Các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây vận hành với phụ tải bằng phẳng suốt

trong năm :

S BT = S đmF - S tdmax = 75 - 20,63 = 70,874 MVA

Công suất truyền qua máy biến áp tự ngẫu :

Công suất truyền qua cuộn cao :

Dấu âm chỉ công suất được truyền từ cuộn trung sang cuộn cao của máy biến áp

c, Kiểm tra quá tải

* Khi làm việc bình thường :

Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đại nên không

cần kiểm tra điều kiện quá tải khi làm việc bình thường

* Khi có sự cố :

 Sự cố một bộ máy phát – máy biến áp bên trung

- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung :

SBT = SđmF - Std = 75 – 20,63 = 70,874 MVA

- Điều kiện kiểm tra sự cố :

2Kqt .SđmTN  STmax  SđmTN

SđmTN = 47.947 MVA

SđmTN = 200 MVA > 47.947 MVA nên thoả mãn điều kiện

- Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố :

+ Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu :

Vì công suất phát lên hệ thống là 199,44 MVA , vì thế lượng công suất thiếu là

Sthiếu = = 63,374 – 2.29,811 = 3,752 ( MVA)

- Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (160 MVA) nên máy biến ápđược chọn thoả mãn

 Sự cố hỏng máy biến áp liên lạc :

- Điều kiện kiểm tra sự cố :

.Kqt .SđmTN  STmax- 3SBT  SđmTN

- Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA tự ngẫu khi sự cố :

+Công suất truyền trên cuộn trung :

b,Phân phối công suất : Các máy biến áp và cuộn dây

Các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây vận hành với phụ tải bằng phẳng suốt trong năm :

S h(t) = S t (t) + S c(t)Sau khi tính toán ta có bảng phân phối công suất :

C, Kiểm tra quá tải

* Khi làm việc bình thường : Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải khi làm việc bình thường

* Khi có sự cố :

 Sự cố máy biến áp phía trung áp:

- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung :

SBT = SđmF - Std = 75 – 20,63 = 70,874 MVA

- Điều kiện kiểm tra sự cố :

2Kqt .SđmTN  STmax  SđmTN

SđmTN = 200 MVA > 98,571MVA thoả mãn điều kiện

- Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố :

Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu :

Điều kiện kiểm tra sự cố :

.Kqt .SđmTN  STmax- SBT  SđmTN

Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA tự ngẫu khi sự cố :

Công suất truyền trên cuộn trung :

Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần

- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải của nó

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ tải máy biến áp

Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến ba pha hai cuộn dây trong một năm :

SCi , STi , SHi : là công suất qua cuộn cao ,trung , hạ của máy biến áp tự ngẫu trong thời gian t.

Si : là công suất tải qua máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian t

: tổn hao sắt từ

: tổn thất ngắn mạch Tổn hao ngắn mạch của các cuộn dây trong máy biến áp tự ngẫu :

Có PNC-T = 430 do đó ta lấy PNC-H = PNT-H = PNC-T = 215 KW

PNC = 0,5.(430 + ) = 215 KW

PNT = 0,5.(430 + ) = 215 KW PNH = 0,5.(-430 + ) = 645 KW

Ta có :

= 23,68682.7 + 2,2342.1 + 29,0932.3 + 2,2342.1 + 12,74142.2 + 48,55392.1 + 43,51872.5 + 49,4762.4 = 28419,7 KW

Phương án I có tổng tổn thất điện năng là:

AI = AB1 + AB2 + AB3 + AB4 + AB5

= 2.1220526,895 + 2808846 + 2.2655370 = 10560639,79 KWh 10560,64 MVA

Máy biến áp 3,4,5 luôn làm việc với công suất truyền tải qua là SB = 69,375 MVA

= 8760.(70 + 310 ) = 2655370 KWh

= = 8760.(80 + 320 ) = 2808846 KWh Máy biến áp tự ngẫu :

Có PNC-T = 430 do đó ta lấy PNC-H = PNT-H = PNC-T = 215 KW

PNC = 0,5.(430 + ) = 215 KW

PNT = 0,5.(430 + ) = 215 KW PNH = 0,5.(-430 + ) = 645 KW

a, Các mạch phía cao áp 220 KV.

Mạch đường dây :

Ibt =

Icb = 2.Ibt =2.0,295= 0,59(KA)

Máy biến áp liên lạc :

Cuộn cao của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường :

Ibt =

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

Khi sự cố máy biến áp bên trung :

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

+) Khi sự cố máy biến áp bên trung :

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

+) Khi sự cố máy biến áp bên trung :

 Máy biến áp liên lạc :

Cuộn trung của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường :

Ibt =

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

+) Khi sự cố máy biến áp bên trung :

Để tính toán ngắn mạch ta lập sơ đồ thay thế , lựa chọn các đại lướng cơ bản :

Ta chọn Scb =100 MVA

Ucb = Utb = Uđmtb

+)Điện kháng của đường dây kép

a Ngắn mạch tại N1.

Do tính chất đối xứng của sơ đồ nên ta có :

X23 = X16 // X22 = = 0,0807Điện kháng tính toán:

Biến đổi sơ đồ

Biến đổi sơ đồ ta có :

X28 = X19 // X20 //X21 = 0,1054

N3 36,38 38,36 92,61

Sơ đồ thay thế :

Biến đổi sơ đồ ta có :

b Ngắn mạch tại N2

Sơ đồ tương đương :

Biến đổi sơ đồ ta có :

 Itt27 = = = 16,0654 kA

d Ngắn mạch tại N3 (các nguồn trừ F2 )

Biến đổi sơ đồ :

X29 = X19 // X21 = = 0,1556

X30= X26 // X29 = = 0,097

X31 = X27 + X6 + = 0,113 + 0,26+ = 0,676

X32 = X30 + X6 + = 0,097 + 0,26+ = 0,58Điện kháng tính toán:

Máy cắt điện được chọn sơ bộ theo điều kiện sau

 Loại máy cắt điện

Dựa vào kết quả tính toán dòng cưỡng bức và dòng điện ngắn mạch ta có lựa chọn máy

cắt cho các cấp điện áp như bảng sau :

VIII Chọn sơ đồ thanh ghóp.

Phía 220 KV ta chọn sơ đồ hệ thống hai thanh ghóp

Phía 110 KV ta chọn sơ đồ hai thanh ghóp

Phía 10 KV ta ko cần dùng thanh ghóp điện áp máy phát

Để tính toán kinh tế , kỹ thuật cho một phương án ta cần tính đến vốn đầu tư và phí tổn

vận hành hàng năm của nó Khi so sánh kinh tế các phương án về vốn đầu tư và phí tổn

vận hành do sửa chữa thay thế , ta chỉ xét đến những phần tử khác nhau trong phương án

cụ thể là máy biến áp, máy cắt

Như vậy vốn đầu tư của một phương án được xác định theo công thức sau

V = V B + V TB

Trong đó

Vốn đầu tư máy biến áp : V B =  k Bi V Bi

KBi : hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp máy biến áp