thiết kế phần điện của nhà máy điện

Ch ơng ITính toán phụ tải và cân bằng công suất Để đảm bảo chất lợng điện năng , tại mỗi thời điểm công suất do các nhà điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với công suất tiêu thụ kể cả

mục lục

lời mở đầu

chơng 1: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

chơng 2: Đề xuất sơ đồ nối điện chính của nhà máyđiện

1 Phơng án I

2 Phơng án II

chơng 2: Chọn máy biến áp

1.Phơng án I2.Phơng án II

chơng 3:Tính toán ngắn mạch và chọn các thiết bị

1.Tính toán ngắn mạch2.Chọn thiết bị

chơng 4: Tính toán kinh tế và xác định phơng án tối u

4 Máy biến áp đo lờng

chơng 6:Sơ đồ nối dây và thiết bị tự dùng

lời mở đầu

Điện năng đợc xản xuất từ các nhà máy và đợc truyền tải đến các hộ tiêu dùng nhờ các trạm biến áp Nhà máy điện và các trạm biến áp là khâu không tể thiếu trong hệ thống điện Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lợng quốc gia, ở nớc ta hệ thống điện cũng phát triển với nhiều nhà máy và trạm biến áp với công suất lớn Việc giải quyết đúng

đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại những lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế nói chung và hệ thống điện nói riêng Muốn giải quyết tốt các vấn đề đã nêu cần có những hiểu biết toàn diện, sâu sắc về nhà máy điện

Sau quá trình học tập nghiên cứu ở trờng, tôi đợc thầy cô giáo giao nhiệm vụ thiết kế phần Điện của nhà máy điện Do thời gian ít , trình độ còn nhiều hạn chế mặc dù đã cố gắng với tất cả khả năng của mình nhng chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót trong khi thiết kế Vì vậy tôi rất mong đ-

ợc sự giúp đỡ và góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để cuốn đồ án của tôi đợc hoàn chỉnh

Tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo khoa Hệ thống điệnvà đặc biệt là thầy giáo Trịnh Hùng Thám đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản đồ án này

Ch ơng I

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Để đảm bảo chất lợng điện năng , tại mỗi thời điểm công suất do các nhà

điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với công suất tiêu thụ kể cả công suất tổn thất Nh vậy việc tính toán phụ tải và cân bằng công suất trong hệ thống điện là một điều vô cùng quan trọng

Trong thực tế , mức tiêu thụ điện năng tại các phụ tải luôn thay đổi theo thời gian, do đó việc nắm đợc qui luật này , tức là tìm đợc dạng đồ thị phụ tải là một điều vô cùng quan trọng đối với ngời thiết kế và vận hành bởi vì nhờ có đồ thị phụ tải mà có thể lựa chọn đợc phơng án, sơ đồ nối điện phù hợp Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra

đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng dung lợng máy biến áp , phân bố đợc tối

u công suất giữa giữa các nhà máy điện hoặc giữa các tổ máy trong một nhà máy

điện

Để chọn dung lợng và tính toán tổn thất trong máy biến áp cần thiết lập đồ thị phụ tải ngày của nhà máy Máy biến áp đợc chọn theo công suất biểu kiến , mặt khác hệ số cosϕ các cấp khác nhau không nhiều nên cân bằng công suất đợc tính theo công suất biểu kiến Sau đây tiến hành tính công suất các cấp của nhà máy

Công thức chung để tính tính toán công suất nh sau:

S = 100 cos ϕ

%

p

Pmax ( 1 - 1)Trong đó : S - Công suất biểu kiến của phụ tải ở từng cấp

Pmax - công suất cực đạiP% - Công suất tính theo phần trăm công suất cực đại

cosϕ - hệ số công suất phụ tải

1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho nhà máy gồm 5 tổ máy phát điện kiểu 150-2 có

t NM

Kết quả tính đợc cho trong bảng 1.1 và đồ thị phụ tải cho trên hình 1.1:

2 Đồ thị phụ tải địa phơng:

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho :Pđpmax = 28 MW, cosϕ = 0,92

Đồ thị phụ tải nhà máy đợc xác định bằng công thức :

P P

Kết quả tính đợc cho trong bảng 1.2 và đồ thị phụ tải cho trên hình 1.2:

882,5 706

Hình 1.2

3 Đồ thị phụ tải trung áp 110 kV

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho :P110max = 250 MW, cosϕ = 0,8

Đồ thị phụ tải nhà máy đợc xác định bằng công thức :

P P

Kết quả tính đợc cho trong bảng 1.3 và đồ thị phụ tải cho trên hình 1.3:

) ( 1- 2 )Trong đó Std(t) : Công suất tự dùng

SNMđm : Công suất đặt toàn nhà máy

SNM (t) : Công suất phát toàn nhà máy tại thởi điểm t

Theo kết quả tính toán đợc trong bảng (1-5) và qua các đồ thị phụ tải, ta nhận thấy:

Nhà máy có đủ công suất cung cấp cho các phụ tải ở các cấp điện áp

Công suất phát về hệ thống lớn hơn dự trữ quay của hệ thống(400 MVA), do đó

sự ảnh hởng của nhà máy điện đối với hệ thống là đáng kể

Từ các kết quả tính toán trên ta có đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy cho trên hình 1.6

S220(t) (MVA)

S td(t)

S 110(t)

S NM(t)

474,27

459,22

414,93

S220(t)

Hình 1.6

Chơng:II

đề xuất sơ đồ nối điện chính

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế và kết quả tính toán đợc ở phần trớc, ta tiến hành vạch một số phơng án nối điện của nhà máy Việc đa ra các phơng án nối

điện phải đảm bảo các yêu cầu kimh tế kỹ thuật đồng thời thuận tiện cho công tác vận hành cũng nh sửa chữa sau này có tính tới nhu cầu phát triển trong tơng lai

Trớc tiên ta có một số nhận xét sau dây:

Do phụ tải địa phơng đợc cung cấp với điện áp 22 kV , mà điện áp định mức máy phát bằng 18 kV nên phụ tải địa phơng đợc cung cấp qua 2 MBA tăng áp 18/22

kV Trong các phơng án nêu sau đây phần cung cấp điện cho phụ tải địa phơng

đ-ợc thực hiện giống nhau Nh vậy sơ đồ nối điện chính của nhà máy sẽ có 3 cấp

và trung áp dùng hai bộ ( G1-T1 và G2-T2) Phụ tải địa phơng đợc cung cấp qua 2 máy biến áp 18/22 kV nh đã nói trên

Hình 2.1

T4

T 2

18/22 kV

Phụ tải địa phương

22 kV

S 220max = 474,2 MVA

S220min = 414,43 MVA

S110max = 312,5 MVA

S110min = 218,75 MVA

ơng án hai : (hình 2.2 ) Để giảm vốn đầu t của phơng án 1, chuyển bộ

G4- T4 từ thanh góp 220 kV sang thanh góp 110 kV Phần còn lại của sơ đồ giống

nh PA 1 Tuy nhiên do phụ tải cực tiểu trung áp nhỏ hơn công suất định mức của hai máy phát điện, do đó trong những giờ phụ tải trung áp cực tiểu , nếu hệ thống

đòi hỏi G3 ,G4 phát công suất định mức thì hệ thống nhận đợc công suất thừa trên thanh góp 110 kV phải qua một lần biến áp nữa (qua hai máy biến áp tự ngẫu T1 ,

T2 ).Truyền tải nh vậy làm cho tổn thất trong cuộn dây nối tiếp của nó tăng lên nhng tổn thất trong cuộn dây chung lại giảm xuống

Nhận xét chung : Nhận xét sơ bộ u điểm của từng phơng án

110 kV

18/22 kV

Phụ tải địa phương

T 2

G 3

S220min =414,43 MVA

S 110max =312,5 MVA

S110min =218,75 MVA

• Phơng án một phải dùng

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 1 Máy

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp cao : 2 Máy

- Máy biến áp tự ngẫu ba pha (18,110,220kV) : 2 máy

* Phơng án hai phải dùng

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 2 Máy

- Máy biến áp tự ngẫu ba pha (18,110,220kV) : 2 máy

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp cao : 1 Máy

Chơng III

Chọn máy biến áp - Tính tổn thất điện năng

I Phơng án 1

1.Máy biến áp ba pha hai cuộn dây:T3 , T4 , T5

Theo điều kiện hợp bộ sau:

2 Máy biến áp tự ngẫu T 1 và T 2 :

T1 và T2 đợc chọn theo điều kiện sau:

ST1đm = ST2đm= S Gdm 176,5 353MVA

5,0

Từ đó chọn máy bến áp tự ngẫu ba pha ATдЦTH-360 có thông số nh bảng 2.3

m Tđm Hđm

% (MVA

)

(kV

)

(kV ) (kV)

(kW )

T

H

C- H

T- T

H

C-

3 USD )

+ Máy biến áp tự ngẫu T 1 ,T 2 :

Khi đó phụ tải các phía của MBA tự ngẫu T1,T2 nh sau :

- Phía cao áp : SC-T1,T2 =

2

1(S220(t)- ST4 - ST5 )

- Phía trung áp : ST-T1,T2 =

2

1(S110(t)- ST3 )

Qua trên thấy rằng MBA tự ngẫu làm việc theo chế độ tải từ hạ lên cao và trung

áp Khi đó cuộn hạ có tải lớn nhất Từ bảng trên thấy rằng

SH-T1,T2max = 144,52 MVA

Do SH-T1,T2max < ST1,T2tt = 0,5 ST1,T2đm = 0,5.360 = 180 MVA

Nên T1, T2 không bị quá tải

b.Tính toán tổn thất trong MBA

+ Tổn thất điện năng trong một MBA ba pha 2 dây quấn T 3 ,T 4 và T 5

đợc xác định theo công thức :

T

S

S P T P A

dm

Y T T N

2 5 , 4 , 3

∆ +

∆

=

∆

Với máy biến áp T4 ,T5:

Với máy biến áp T3:

+Tổn thất trong máy biến áp tự ngẫu T 1 , T 2,

dm

iT T N iC

dm

iC C N

S

S P t

S

S P t

S

S P T

P

2 2

2 2

2

365

, 0

500 900 5 , 0 5

, 0

α α

H T N H

C N T C N C

N

P P

, 0

560 900 5 , 0 5

, 0

α α

H C N H T N T C N T

N

P P

560 5

, 0

500 5 , 0 5

Vậy tổng tổn thất điện năng ở phơng án một là:

∆AI = 2.4985568,8 + 2.5892424,4 + 4529144,8 = 26 285 130,4 kWh

4 Kiểm tra tình trạng làm việc của các máy biến áp khi sự cố

Coi rằng sự cố nghiêm trọng nhất là xảy ra vào thời gian phụ tải trung áp cực đại

S110max = 312,5 MVA (vào 8-12 giờ ) Tơng đơng với thời gian đó ;

.

2 5

,

∆

Do SH-T1,T2= 156,693< ST1,T2tt = 180 MVA nên T1, T2 không bị quá tải.

Với sự cố này phía hệ thống còn thiếu

S220th= S220max - ST4 - ST5 = 474,27 -165,55 - 165,55 = 143,17 MVA

S220th vẫn còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống

b Khi sự cố máy T 1 hoặc T 2

Giả thiết sự cố T1 Khi đó phía trung áp của máy T2 phải cung cấp cho thanh góp 110 kV là

SC-T2 = SH-T2 - ST-T2 = 135,475 - 146,95 = -11,475 MVA

Điều đó có nghĩa là để đảm bảo cho phụ tải cực đại trung áp khi sự cố T1thì T2

phải tải từ thanh góp 220 kV sang thanh góp 110 kV là 11,475 MVA

Qua trên thấy rằng khi sự cố T1 thì T2 làm việc theo chế độ tải từ hạ và cao áp sang trung áp Khi đó cuộn chung có tải lớn nhất và xác định bởi công thức sau:

Do Sch = 141,212 MVA < Schđm =180 MVA nên T2 không bị quá tải

Qua trên thấy rằng với sự cố này phía 220 kV còn thiếu

S220th = S220th - ST4 - ST5 - SC-T2

= 474,27 - 165,55 -165,55 -11,475 = 154,645 MVA

Lợng thiếu này còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống

b Khi sự cố máy T 4 (hoặc T 5 )

Khi đó hệ thống mất một lợng công suất ST4 = 165,55 MVA

Lợng thiếu này còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống

III Chọn máy biến áp cho phơng án hai

1.Máy biến áp ba pha hai cuộn dây T 3 , T 4 , T 5 :

T3 ,T4 mỗi bộ bên thanh góp 110 kV đợc chọn nh sau

ST3đm = ST4đm ≥ SGđm - Std = 176,5 - 10,59 = 165,91 MVA

Nh vậy T3 , T4 đợc chọn nh T3 của PA I , các thông số của nó nh bảng 2-2

MBA T5 đợc nối bộ bên thanh góp 220 kV đợc chọn theo điều kiện

ST5đm≥ SGđm - Std = 176,5 - 10,59 = 165,91 MVA

Nh vậy T5 đợc chọn nh T5 của PA I có các thông số nh bảng 2-1

Dễ dàng thấy rằng T1 , T2 cũng đợc chọn nh T1 , T2 của PA I có các thông số

nh bảng 2-3

2 Phân bố phụ tải và tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp

a Phân bố phụ tải trong máy biến áp.

+ Phân bố phụ tải trong máy biến áp T 3 , T 4 , T 5 :

Để vận hành thuận tiện và kinh tế , đối với bộ máy phát - máy biến áp hai dây quấn cho vận hành với :

Qua trên thấy rằng MBA tự ngẫu làm việc theo chế độ tải từ hạ và trung lên cao

áp Khi đó cuộn hạ có tải lớn nhất Từ bảng trên thấy rằng

SH-T1,T2max = 144,52 MVA

Do SH-T1,T2max < ST1,T2tt = 0,5 ST1,T2đm = 0,5.360 = 180 MVA

Nên T1, T2 không bị quá tải

b.Tính toán tổn thất trong MBA

+ Tổn thất điện năng trong một MBA ba pha 2 dây quấn T 3 ,T 4 và T 5

đợc xác định theo công thức :

S

S P T P A

dm

Y T T N

2 5 , 4 , 3

∆ +

∆

=

∆

Với máy biến áp T5:

Với máy biến áp T3, T4:

+Tổn thất trong máy biến áp tự ngẫu T 1 , T 2,

dm

iT T N iC

dm

iC C N

S

S P t

S

S P t

S

S P T

P

2 2

2 2

2

365

560 5

, 0

500 900 5 , 0 5

, 0

α α

H T N H

C N T C N C

N

P P

, 0

560 900 5 , 0 5

, 0

α α

H C N H T N T C N T

N

P P

560 5

, 0

500 5 , 0 5

Vậy tổng tổn thất điện năng ở phơng án một là:

KWh

200

59 , 165 550 8760

2 4

∆AII = 4985568,8 + 2.6261329,8 + 2.4529144,8 = 26 566 518 kWh

3 Kiểm tra sự cố

cùng với sự cố nghiêm trọng xảy ra vào thời gian phụ tải trung áp cực đại

S110max = 312,5 MVA (vào 8-12 giờ ) Tơng đơng với thời gian đó ;

Qua trên thấy rằng với sự cố mày MBA tự ngẫu T1,T2 vẫn làm việc theo chế

đọ truyền tải từ hạ lên cao và trung áp và không bị quá tải

b Khi sự cố máy T 1 hoặc T 2

Giả thiết sự cố T1 Khi đó phía trung áp của máy T2 phải cung cấp cho thanh góp 110 kV là

b Khi sự cố máy G 5 - T 5

Khi đó hệ thống mất một lợng công suất ST5 = 165,55 MVA

Lợng thiếu này còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống

Chơng III

Tính toán ngắn mạch, chọn các thiếtbị

Mục đích của việc tính toán dòng điện ngắn mạch là để phục vụ cho các khí cụ

điện: Máy cắt , dao cách ly và các phần tử có dòng điện chạy qua ,các thanh dẫn , cáp vì các khí cụ điện phải ổn định ,lực điện động và ổn định nhiệt , với các…khí cụ đóng cắt còn đủ khả năng cắt mạch điện

Khi tính toán ngắn mạch ta sử dụng phơng pháp đờng cong tính toán

Để tính toán ngắn mạch ta chọn các đại lợng cơ bản nh sau :

I ph ơng án I (hình 4-1)

Chọn điểm ngắn mạch :

Sơ đồ xác định điểm ngắn mạch đợc cho trên hình vẽ , mạch điện áp 110 kV

và 220 kV thờng chỉ chọn một loại máy cắt điện , và dao cách ly , nên ta chỉ tính toán ngắn mạch tại một điểm cho mỗi cấp điện áp Để xác định điểm tính toán ngắn mạch ta căn cứ vào điều kiện thực tế có thể xẩy ra sự cố nặng nề nhất

Để chọn các khí cụ điện cho mạch 220 kV ta lấy điểm N1 là điểm tính toán ngắn mạch Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N1 là tất cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống

Để chọn các khí cụ điện cho mạch 110 kV ta chọn điểm N2 trên thanh góp

110 kV Nguồn cung cấp điểm ngắn mạch là các máy phát điện và hệ thống Chọn khí cụ điện cho máy phát điện : điểm ngắn mạch N3 và N4 Nguồn cung cấp điểm ngắn mạch cho N4 là các máy phát điện và hệ thống trừ G3 Nguồn cung cấp điểm ngắn mạch cho điểm N3 chỉ là máy phát điện F3

Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng : điểm ngắn mạch N5 , nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống

Do vậy với điểm ngắn mạch 5 thì

12000

100 0,8.

S

S X X

HT

cb HTdm

- Đờng dây: điện kháng 2 đờng dây

Đờng dây kép có SCmax = 474,27 MVA do đó :

220 3

474,27

2

1 220 3

S 2

1

T 2

G 3

T 1

220 kV

T3T

và Icb = 2.Ibt = 2.0,622 = 1,244 kA

Để dự trữ ,tránh vầng quang và tăng khả năng truyền tải của đờng dây dùng dây phân pha làm hai dây cách nhau 200 mm , mỗi dây có tiết diện 300 mm2 với dòng cho phép tổng :

Icb = 2.690 = 1380 A = 1,38 kA

Thông số đờng dây đã tính đến 2 sợi song song

R0 = 0,048

X0 = 0,202Giả thiết đờng dây không có bù nối tiếp (tức là không có điện dung nối tiếp với

đờng dây ) Để đơn giản khi tính ngắn mạch ta bỏ qua điện dung của đờng dây và cũng bỏ qua điện trở chỉ kể ddấn điện kháng Ngoài ra đờng dây 220 kV có chiều dài 70 km nên sơ dồ thay thế là sơ đồ có thông số tập trung

Điện kháng đờng dây với các thông số đã nêu trên:

0134 , 0 2

1 230

100 70 202 , 0

1

X

cb

cb D

- MBA tự ngẫu ký hiệu ATDUTH –360 :

UN(C-T) = 13 UN(C-H) = 24 UN(T-H) = 12

Từ đó ta có

0514 , 0 360

100 ).

5 , 0

12 24 13 ( 200

1 ).

%

%

% (

200

1

=

− +

=

− +

NC T

5 , 0

24 12 13 ( 200

1 ).

%

%

% (

200

1

≈

− +

=

− +

NC H

NT T

13 5 , 0

12 24 ( 200

1

%).

%

% (

S S U

U U

X

dm

cb T

NC H

NT H

5 , 10

dm

cb n

T

MBA hai dây quấn (T4 ,T5): có Sđm = 200 MVA ; UN% = 11

055 , 0 200

100 100

11

X

dm

cb n

T T

- Máy phát điện : có X”

d = 0,123

5 , 176

100 123 , 0

X

dm

cb d G

Sơ đồ thay thế của nhà máy (hình 4-2)

N1

X DD 0,0134

XT30,0525

XG0,0697

XC0,0514

XT50,055

XC0,0514

XH0,0819

XH0,0819 X

G 0,0697

XG0,0697

XG0,0697

G 3

G 4

XT40,055

XG

0,0697

) 0697 , 0 055 , 0 ( ) 0697 , 0 055 , 0 (

) 0697 , 0 055 , 0 ).(

0697 , 0 055 , 0

+ +

+

+ +

0514 , 0 0514 , 0

0514 , 0 0514 ,

+

) 0697 , 0 0153 , 0 ( ) 0697 , 0 0153 , 0 (

) 0697 , 0 0819 , 0 ).(

0697 , 0 0819 , 0

+ +

+

+ +

X17= X8 + X10 = 0,0525 + 0,0697= 0,1222

E HT

X 1

X 15

X16

N 1

X17X

G1

N1

X 11

X 8

G 3

X 10

G 5

Hình 4-4Tiếp tục biến đổi sơ đồ ta có hình 4-5 :

0725 , 0 0624 , 0

= +

X18

G1- G2- G3

N 1