ĐỒ ÁN NHÀ MÁY ĐIỆN

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤTCÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY §1.1 Chọn loại máy phát điện Máy phát điện cho là loại nhiệt điện ngưng hơi NDNH, bao gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có c

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT

CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

§1.1 Chọn loại máy phát điện

Máy phát điện cho là loại nhiệt điện ngưng hơi (NDNH), bao gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 60 MW

Thông số kĩ thuật của máy phát điện

MVA

PMW

UKV

nv/ph

§1.2 Tính toán cân bằng công suất

1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

Ta đi xây dựng đồ thị phụ tải toàn nhà máy theo công thức sau:

S(t) = S đm∑

Trong đó:

S(t) - công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

P%(t) - phần trăm công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t, số liệu cho trong

đồ án như sau:

cosϕ - hệ số công suất định mức của máy phát, số liệu cho trong đồ án cosϕ =0.8

S đm∑ - tổng công suất biểu kiến định mức của nhà máy, số liệu cho:

Ta có, công suất phụ tải tự dùng:

S(t) = ( 0,4 + 0,6 )Trong đó, theo số liệu đồ án:

( đã xác định ở đồ thị phụ tải toàn nhà máy)

Từ công thức và số liệu đã cho, ta có bảng tính phụ tải tự dùng:

Do đó, đồ thị phụ tải tự dùng như sau:

P%(t): phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t.

Với đồ án cho, sẽ có 3 cấp điện áp: 10.5 kV; 110 kV; 220 kV

Ta đi tính toán cụ thể cho từng cấp điện áp như sau:

a) Cấp điện áp 10.5 kV ( Phụ tải địa phương).

Thông số như sau:

Do đó, đồ thị phụ tải cấp điện áp địa phương (10,5 kV) :

b) Cấp điện áp 110 kV (cấp điện áp phía trung).

Thông số như sau:

82.35

65.88

0 6 10 14 16 20 24 t, h Hình 1.4: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung

c) Cấp điện áp 220 kv (cấp điện áp phía cao):

Thông số như sau:

Dựa vào các số liệu đã tính toán ở trên,ta có bảng tính công suất về hệ thống như sau:

14÷16 16÷18 18÷20 20÷22 22÷24

§ 1.3 Đề xuất các phương án nối điện

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

Ta có bảng tổng hợp đồ thị phụ tải Min/Max như sau:

Các bước chọn phương án nối dây như sau:

1) Xét xem có cần thanh góp điện áp máy phát hay không:

như vậy cần thanh góp máy phát

2) Chọn số lượng tổ máy phát ghép lên thanh góp máy phát

Ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc

4) Do máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu nên ta ghép từ 1 đến 2 bộ MBA 2 cuộn dây lên thanh góp điện áp phía trung

MF-Do đó các phương án đưa ra như sau:

Phương án 1:

Phương án 2

Phương án 3:

Qua 3 phương án trên ta thấy phương án 1 và 3 là hai phương án đơn giản hơn

Do đó giữ lại để tính toán kinh tế và kĩ thuật nhằm chọn sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP A_PHƯƠNG ÁN I:

1) Phân bố công suất:

a) MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây

5

m TD

2.3) kiểm tra quá tải:

Sự cố 1: hỏng một bộ MF-MBA bên trung, thời điểm

ax

m UTS

●Điều kiện kiểm tra quá tải:

ax ax

dmB

dmTN

●phân bố công suất trên các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố:+)công suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu:

Nên máy biến áp chọn thỏa mãn

Sự cố 2: hỏng một MBA liên lạc, thời điểm

ax

m UTS

●Điều kiện kiểm tra quá tải:

dmTN

dmTN

●phân bố công suất trên các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố:+)công suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu:

Do Sthi uê < S dt=100 (MVA)

Nên máy biến áp chọn thỏa mãn

3) Tính tổng tổn thất công suất

và điện năng:

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 :

∆A 2cd = 365.(∆Po.t + ∆PN 2dmB

i

2 i

2 Ti NT i

2 Ci NC 2

2 H T N 2

H C N

α

∆

−α

PP

2 H T N 2

H C N

α

∆+α

PP

2 H T N 2

H C N

α

∆+α

∆

= ∆A B5

= 8760.(70 + 310

2 2

70,93

Máy biến áp tự ngẫu :

Vì nhà chế tạo chỉ cho biết trị số ∆PNC-T do đó ta lấy

PT N

Phương án I có tổng tổn thất điện năng là:

∆AI = ∆AB1 + ∆AB2 + ∆AB3 + ∆AB4 + ∆AB5 = 2904406 +2 976548,74 +2.2747943

= 10,353( MWh)

4) chọn kháng phân đoạn:

Bước 1: phân bố phụ tải địa phương cho các phân đoạn thanh góp máy phát.

Phụ tải địa phương cấp 10,5 kV

Bước 2: tính dòng qua kháng phân đoạn

Chỉ có 2 phân đoạn nên dòng điện làm việc bình thường qua kháng

K bt

' 1

2 23,7 2 28, 41( )

+)Máy biến áp liên lạc:

_Cuộn cao MBA liên lạc khi làm việc bình thường:

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau:

+)Sự cố MBA bên trung:

+)Mạch đường dây gồm 1 kép công suất 70 MW

Dòng điện làm việc bình thường:

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau:

+)sự cố MBA bên trung:

1)Phân bố công suất:

a)MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây

5

m TD

CC

S t -16 -16 -11 -10 -0.3 -1.5 12 11 6.6 -3 3.66( )

CH

S t -14 -14 -13 -12 1.25 0.1 17 12 8.2 -5 1.13

2)Chọn loại và công suất máy biến áp:

2.1) loại máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây

2.3) kiểm tra quá tải:

Sự cố 1: hỏng một bộ MF-MBA bên trung, thời điểm

ax

m UTS

●Điều kiện kiểm tra quá tải:

ax ax

●phân bố công suất trên các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố:+)công suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu:

Nên máy biến áp chọn thỏa mãn

Sự cố 2: hỏng một MBA liên lạc, thời điểm

ax

m UTS

●Điều kiện kiểm tra quá tải:

ax ax

dmTN

●phân bố công suất trên các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố:

+)công suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu:

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 :

∆A 2cd = 365.(∆Po.t + ∆PN 2dmB

i

2 i

2 Ti NT i

2 Ci NC 2

2 H T N 2

H C N

α

∆

−α

PP

2 H T N 2

H C N

α

∆+α

PP

2 H T N 2

H C N

α

∆+α

70,93

Máy biến áp tự ngẫu :

Vì nhà chế tạo chỉ cho biết trị số ∆PNC-T do đó ta lấy

PT N

Phương án I có tổng tổn thất điện năng là:

∆AI =2 ∆AB1 +2 ∆ABTN + ∆AB5 = 2.2904406 +2 776275,883 +2747943 = 10,109( MWh)

+)Máy biến áp liên lạc:

_Cuộn cao MBA liên lạc khi làm việc bình thường:

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau:

+)Sự cố MBA bên trung:

●Phía trung 110 kV:

+)Mạch đường dây gồm 1 kép công suất 70 MW

Dòng điện làm việc bình thường:

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau:

+)sự cố MBA bên trung:

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG

ÁN TỐI ƯU 3.1)Chọn sơ bộ máy cắt và dao cách ly:

Chọn phương án dựa trên cơ sở so sánh 2 mặt kỹ thuật và kinh tế.

Mặt kinh tế gồm: tổng vốn đầu tư, chi phí vận hành, thiệt hại do mất điện hằng năm…

Ta sử dụng phương pháp thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch so với phí tổn vận hành hằng năm.

Vốn đầu tư = vốn đầu tư mua MBA + vốn đầu tư TBPP

Thực tế thì vốn TBPP chủ yếu là máy cắt, do đó cần chọn sơ bộ máy cắt để chọn sơ bộ máy cắt cần phải tính dòng cưỡng bức cho từng cấp điện áp.

Sơ đồ thanh góp máy phát:

Sơ đồ thanh góp điện áp cao áp:

Chọn sơ bộ loại máy cắt và dao cách ly:

Chọn sơ bộ theo điều kiện:

So sánh kinh tế kỹ thuật chọn phương án tối ưu:

Một phương án có hiệu quả kinh tế cao nhất nếu chi phí tính toán là thấp nhất

Xét hàm chi phí:Ci = + Pi αdm i iV Y

Trong đó:

i

P:chi phí vận hành

i

V :vốn đầu tư

i

Y :thiệt hại do mất điện, αdm=0,15

Vốn đầu tư cho một phương án:

1

2

.

VTi = K VT. T là vốn đầu tư MBA

●Vốn đâu tư cho MBA:

Máy biến áp chọn gồm:

●Vốn đầu tư cho máy cắt:

Phía 220 Kv sử dụng máy cắt SF6-3AQ1có giá: 75000$, số lượng 8

Phía 110 Kv sử dụng máy cắt SF6-3AQ1có giá: 45000$, số lượng 6

Phía 10,5 Kv sử dụng máy cắt MC-8BK41có giá: 20000$, số lượng 5

Vốn đầu tư cho máy cắt cụ thể như sau:

Với tỉ giá: 1 RUP=50.103VND

●Vốn đầu tư cho máy cắt:

Phía 220 Kv sử dụng máy cắt SF6-3AQ1có giá: 75000$, số lượng 9

Phía 110 Kv sử dụng máy cắt SF6-3AQ1có giá: 45000$, số lượng 5

Phía 10,5 Kv sử dụng máy cắt MC-8BK41có giá: 20000$, số lượng 5

Vốn đầu tư cho máy cắt cụ thể như sau:

Từ đó, ta có bảng so sánh 2 phương án như sau:

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

MỤC ĐÍCH: Để chọn khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua của nhà máy theo điều kiện đảm bảo các yêu cầu về ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị khi có dòng ngắn mạch

S L

4.3)Tính toán ngắn mạch theo điểm:

Phía cao áp 220KV:

Để chọn khí cụ điện và dây dẫn ở cấp điện áp này ta xác định dòng ngắn mạch tại điểm N1 phía cao áp như hình vẽ, ta lần lượt có các bước biến đổi như sau:

Bước 1:

Bước 2:

Bước 3:

Bước 4:

Bước 5:

Bước 6:

Bước 1:

Bước 2:

Phía hạ MBA liên lạc:

Sơ đồ NM ban đầu:

Bước 1:

Bước 2:

Bước 3:

Bước 4:

Bước 5:

Phía hạ mạch máy phát: điểm ngắn mạch N3

Sơ đồ ban đầu:

Bước 1:

Bước 2:

Bước 3:

Bước 4:

Bước 5:

Bước 6:

Kết quả tính toán ở chương 2:

Uđmmạng

hiệumáy

Các đại lượng định

mức

máy cắt

Các đại lượngđịnh mức

IcbkA

I”

kA

ixkkA

UđmkV

IđmkA

iđđmkA

Vì vậy ta sẽ chọn thanh dẫn cứng loại hình máng

b Chọn tiết diện thanh dẫn:

Giả thiết nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn bằng đồng là θcp = 70oC, nhiệt

độ môi trường xung quanh là θ0 = 35oC và nhiệt độ tính toán định mức là θđm = 250C

Từ đó ta có hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ là :

88 , 0 25 70

o cp hc

K

θ θ

θ θ

Tiết diện của thanh dẫn cứng được chọn theo dòng điện lâu dài cho phép :

Ilvcb≤ Icp*Khc

6,014

6,834 0,88

Như vậy ta chọn thanh dẫn cứng bằng đồng, có tiết diện hình máng có các thông

số kỹ thuật như sau :

x x

b

h c

1 cực(mm2)

5.2.2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi nhắn mạch:

tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch

a Kiểm tra ổn định động

Ở điện áp 6,3 kV lấy khoảng cách giữa các pha là a = 50 cm, khoảng cách giữahai sứ đỡ là l = 150 cm

Tính ứng suất giữa các pha:

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

Ftt = 1,76.10-8 a

l.ixk2 khd KG ( khd = 1 ) = 1,76.10-8 .( 105,041.103)2 = 582,575 KG

Mô men uốn tác dụng lên chiều dài nhịp :

M1 = 10

l

F1. =

582,575.150

Và ứng suất do lực động điện giữa các pha là :

σ1 = yoyo

1

W

M =

8738,62

với Wyoyo = 167 cm3 là mô men chống uốn của tiết diện ngang thanh dẫn

Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm :

Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gâyra:

f2 = 0,254.10-2 h

1.ixk2 KG/cm = 0,254.10-2

1

15 105,0412 = 1,868 KG/cmỨng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra :

12.W

l

f

Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là :

σcpCu≥σ1 + σ2 hay σ2  σcpCu - σ1

miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là :

b

Kiểm tra ổn dịnh động có xét đến dao động:

Tần số riêng của dao động thanh dẫn dược xác định theo công thức sau :

E.Jl

3,65 yoyo 2

6

10

Trong đó :

E : Mô đun đàn hồi của vật liệu ECu = 1,1.106 KG/cm2

Jyoyo : Mô men quán tính Jyoyo = 1260 cm4

S : Tiết diện thanh dẫn S = 2.17,85 = 35,7 cm2

γ : Khối lượng riêng của vật liệu γCu = 8,93 g/cm3

H’ = (150 + 75)mm

Thanh dẫn

SỨ

F1 Ftt

Với tấn số tính được nằm ngoài khoảng cộng hưởng (45 - 55) Hz và (90 - 110)

Hz Vậy thanh dẫn đã chọn cũng thoả mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến daođộng

Sứ được chọn cần thoả mãn điều kiện : F’tt≤ 0,6.Fph

F’tt- Lực động điện đặt trên đầu sứ khi có ngắn mạch

F’tt = F1 H

H '

Với : F1 – Lực động điện tác động lên thanh dẫn khi có ngắn mạch

H – Chiều cao của sứ

H’ – Chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn

Thanh dẫn đã chọn có chiều cao h = 150mm

Do đó:

H’= H + 0,5.h = 150 + 0,5.150 = 225 mm

Lực phá hoại tính toán của sứ :

' '

1

225582,575 873,863

5.3 Chọn thanh góp ,thanh dẫn mềm:

Thanh dẫn mềm được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép :

I’cp ≥ Icb Trong đó : I’cp là dòng cho phép làm việc lâu dài đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơiđặt thanh dẫn, I’cp = khc.Icp

Icb là dòng làm việc cưỡng bức

Các thanh dẫn được chọn phải thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi xảy ra ngắn

B S

S ≥ min = N

Trong đó : S là tiết diện của thanh dẫn mềm

BN là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch 3 pha

C là hằng số phụ thuộc vật liệu thanh dẫn Thanh dẫn chọn đồng thời phải thoả mãn điều kiện chống phát sinh vầng quang.Với điện áp 100 kV trở lên ta phải kiểm tra theo điều kiện :

Uvq≥ Uđmmạng

a.Chọn tiết diện

Dòng làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong mạch này là: Ilvcb = 0,357 kA

Ta phải chọn dây dẫn có :

Icp ≥

0,357

0, 4060,88

lvcb hc

I

K = =

kA

Ta chọn thanh góp mềm cấp 220kV loại dây nhôm lõi thép ACO có các thông

số kỹ thuật cho trong bảng sau :Tiết diện

chuẩn

b Kiểm tra điều kiện vầng quang

Kiểm tra điều kiện vầng quang theo công thức : (Dây dẫn 3 pha nằm trên đỉnh tamgiác đều) :

Uvq≥ Uđm với Uvq = 84.m.r.lg(r

a

) kVTrong đó:

Uvq : là điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang

m : là hệ số có xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn, lấy m = 0,87

a là khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, lấy a =500cm (với cấp 220kV) và a

= 400cm (với cấp 110kV)

r : là bán kính ngoài của dây dẫn = 0,84 cm

Uvq = 84.0,87.0,84.lg

5000,84= 170,33 kV < Uđm = 220kV

Vậy dây dẫn dã chọn không thoả mãn diều kiện vầng quang

Do đó ta chọn lại thanh dẫn có tiết diện lớn hơn, có các thông số kỹ thuật:

Tiết diện

chuẩn

Khi đó : Uvq = 84.0,87.1,2.lg

500

1, 2 = 229,745 kV > Uđm = 220kV

Như vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang

c Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt : θN ≤θNcp

Hay : S ≥ Smin = C

BN

Trong đó :

BN : là xung lượng nhiệt khi ngắn mạch

C : hằng số tuỳ thuộc vào loại vật liệu làm dây dẫn

Với dây AC ta có CAl = 79 As1/2mm-1

Tính xung lượng nhiệt (BN) : BN = BN-CK + BN-KCK

Xung lượng nhiệt của thành phần chu kỳ xác định theo phương pháp giải tích đồ thị(giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1 (s) )

Theo kết quả tính toán ở chương 3 : Ngắn mạch tại điểm N1 của phương án 2

- Điện kháng tính toán phía nhà máy và phía hệ thống là:

1

25000,069 2, 76

S I

U

kA

2

5 5.75 0, 784

dmF dm

tb

S I

U

kA Vậy dòng ngắn mạch tại N1 ở các thời điểm là:

2

I +I

= 26,7697 (kA2)

I2

tb3 =

"2 "2 (0,2) (0,5)

2

I +I

= 27,6466 (kA2)Với ∆t = 0,1; 0,1; 0,3; 0,5 Ta tính được: B N-CK :

2 2

ta lấy Ta = 0,05s

ICK0 = I”

N1(0) = 5,859 kA ⇒ B N CK− =0, 05.(5,859.10 )3 2 =1, 7164.106 A s2

Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh góp 220 kV là :

29, 2153.10

68, 419279

a.Chọn tiết diện

Dòng làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong mạch này là: Ilvcb = 0,408 kA

Ta phải chọn dây dẫn có :

Icp≥

0, 408

0, 46360,88

lvcb hc

I

K = =

kA

Ta chọn thanh góp mềm cấp 110kV loại dây nhôm lõi thép ACO có các thông

số kỹ thuật cho trong bảng sau :Tiết diện

chuẩn

b Kiểm tra điều kiện vầng quang

Kiểm tra điều kiện vầng quang theo công thức : (Dây dẫn 3 pha nằm trên đỉnh tamgiác đều) :

Vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang

c Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

Tính xung lượng nhiệt (BN) : BN = BN-CK + BN-KCK Xung lượng nhiệt của thành phần chu kỳ xác định theo phương pháp giải tích đồ thị(giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1 (s) )

Tính B N-CK : Theo kết quả tính toán ở chương 3 : Ngắn mạch tại điểm N2 của phương án 2

- Điện kháng tính toán phía nhà máy và phía hệ thống là: