ĐỒ ÁN NHÀ MÁY ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Trong nhiệm vụ thiết kế, ngời ta thờng cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các cấp điện áp và hệ số công suất của phụ tải tơng ứng, cũng có khi cho đồ thị phụ tảihàng ngày của toàn nhà máy..

lời nói đầu

Trong những năm gần đây, với chính sách kinh tế mới, Đảng và nhà nớc

ta chú trọng đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nớc Cùng với sự pháttriển mạnh mẽ của các nghành công nghiệp, ngành năng lợng Việt nam đã cónhững bớc tiến vợt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinhtế.Cùng với việc xây dựng thành công đờng dây tải điện Bắc – Nam và một sốcông trình lớn khác ,hệ thống điện nớc ta đã từng bớc đợc cải tạo, nâng cấp Xuấthiện ngày càng nhiều nhà máy điện và các trạm biến áp phân phối điện,do đó sản l-ợng cũng nh chất lợng điện năng ngày càng đợc nâng cao

Do địa hình nớc ta có nhiều đồi núi và các con sông lớn nên ta có thể xâydựng các nhà máy thủy điện Nhà máy thủy điện đem lại những lợi ích không nhỏ

về kinh tế cũng nh kỹ thuật Tuy nhiên, xây dựng nhà máy thủy điện lại cần vốn

đầu t kinh tế lớn và thời gian xây dựng kéo dài nhiều năm.Do đó, để theo kịp tốc độphát triển của nền kinh tế,để đáp ứng nhu cầu trớc mắt về điện năng ta cần thiếtphải xây dựng các nhà máy nhiệt điện : có vốn đầu t ít hơn ,thời gian xây dựngnhanh hơn

Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế – kỹ thuật sẽ đem lại lợi íchkhông nhỏ cho nền kinh tế và hệ thống điện.Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điệnnhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối u không chỉ là nhiệm vụ màcòn là sự củng cố toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên nghành hệ thống

điện trớc khi xâm nhập thực tế

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hớng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái

đã hớng dẫn em tận tình, giúp em hoàn thành bản đồ án này

Sinh viên

Đào Xuân Tú

CHƯƠNG I Tính toán phụ tải & cân bằng công suất

Đất nớc ta đang trên đà phát triển mạnh theo con đờng công nghiệp hoá, hiện

đại hoá, vì thế điện năng đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu trong quá trìnhphát triển đất nớc Số hộ dùng điện và lợng điện năng tiêu thụ không ngừng thay

đổi và tăng nhanh chóng Do vậy, để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉtiêu kinh tế ngời ta sử dụng các phơng pháp thống kê, lập nên đồ thị phụ tải để từ

đó lựa chọn phơng thức vận hành, sơ đồ nối điện hợp lý

Trong nhiệm vụ thiết kế, ngời ta thờng cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các cấp

điện áp và hệ số công suất của phụ tải tơng ứng, cũng có khi cho đồ thị phụ tảihàng 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 tựdùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố (dạng nhiên liệu, áp lựchơi ban đầu, loại tuabin và công suất của chúng, loại truyền động đối với các máybơm cung cấp.v v ) và chiếm khoảng 5 - 8% tổng điện năng phát ra

Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy thờng vẽ theo công suất biểu kiến S(MVA) để có đợc độ chính xác hơn vì hệ số công suất của phụ tải ở các cấp điện ápthờng khác nhau Nh vậy, dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp tiến hành tính toánphụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy theo thời gian hàng ngày

1.1 Chọn máy phát điện :

Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là : 100 MW

- Chọn máy phát điện đồng bộ tuabin hơi có các thông số sau :

Loại

v/ph MVAS MWP kVU cos ϕ kAI X’’d X’d Xd

TBφ-100-2 3000 117,5 100 10,5 0,85 6,475 0,183 0,263 1,79

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất :

1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà mỏy

Nhà mỏy tại từng thời điểm.Cụng suất này được xỏc định theo cụng thức sau:

Để vẽ được đồ thi phụ tải toàn nhà mỏy ta cần xỏc định cụng suất của toàn

)1(S

.100

)t

%(

P

=)t(

Trong đú : S

tnm

(t):Cụng suất phỏt của toàn nhà mỏy tại thời điểm t ; MVA P%(t) :Phần trăm cụng suất phỏt ra của toàn nhà mỏy tại thời điểm t

đm

S : Tổng công suất biểu kiến định mức của toàn nhà máy ; MVA

MVA470

=5,117.4

=S.n

=100

470.85

=)4-0(S

=>

)4-0(

Đồ thị phụ tải toàn nhà mỏy

1.2.2 Phụ tảI các cấp điện áp

1 Phụ tải điện áp máy phát (địa phơng) :

Uđm = 10,5 KV ; Pmax = 14 MW ; Cos ϕ = 0,85

Cụng suất phụ tải cỏc cấp tại từng thời điểm được xỏc định theo cụng thức sau:

)4(φcos

P.100

)t

%(

P

=)t(

Trong đú : S(t) : Cụng suất phụ tải thời điểm t MVA

Pmax : Cụng suất cực đại của phụ tải MW

Cosφ : Hệ số cụng suất

P%(t) : Phần trăm cụng suất của phụ tải tại thời điểm t

Theo đàu bài ta cú:

+ Phụ tải địa phương :

)MVA(53,11

=85,0.100

14.70

=)4-0(S

=>

)4-0(

S ĐP (t) 11.53 11.53 11.53 13.18 14.82 14.82 16.47 14.82 13.18

Đồ thị phụ tải địa phong

2 Phô t¶i ®iÖn ¸p trung :

)MVA(86,142

=84,0.100

150.80

=)4-0(S

=>

)4-0(

- §å thÞ phô t¶i trung ¸p :

3 Phụ tải cấp điện cao áp 220 kV :

)MVA(180

=9,0.100

90.180

=)4-0(S

=>

)4-0(

1.2.3 C«ng suÊt tù dïng :

Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố (dạng nhiên liệu.loại tuabin.công suất phát của nhà máy…) và chiếm khoảng (5% - 10%) tổng công suất phát

Công suất tự dùng gồm hai thành phần:

- Thành phần thứ nhất (chiếm khoảng 40%) không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy

- Thành phần thứ hai (chiếm khoảng 60%) phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy

Một cách gần đúng có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt

điện theo công thức:

)2()S.n

)t(S.6,0+4,0(φsco

P.n.100

%α

=)t(

S

đmF

tnm TD

đmF TD

PđmF: Công suất tác dụng định mức của 1 tổ máy phát MW

SđmF : Công suất biểu kiến định mức của 1 tổ máy phát MVA

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

Thay số vào công thức (2) ta có:

=)5,117.4

5,399.6,0+4,0(84,0.100

100.4.7

=)4-0(S

Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm (công suất phát bằng

công suất thu).không xét đến công suất tổn thất trong máy biến áp ta có:

Stnm(t) – SVHT(t) – SĐP(t) - SUC(t) –SUT(t) - STD(t) = 0 (5)

Hay : SVHT(t) = Stnm(t) - SĐP(t) - SUC(t) –SUT(t) - STD(t)

Trong đó : SVHT(t) : Công suất phát về hệ thống tại thời điểm t MVA

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

SĐP(t) : Công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t MVA

SUT(t) : Công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t MVA

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

STD(t) : Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t MVA

Ở phía thanh góp cao (TBPP cao áp) đ cấp điện cho phụ tải điện áp phía cao và phát công suất thừa về hệ thống; vậy công suất tổng tại đây gọi là phụ tải thanh góp cao áp STGC(t) được tính theo công thức:

STGC(t)= SVHT(t) + SUC(t) (6)Thay số vào công thức (5) và (6) ta được :

t = (0 - 4) => SVHT(0 – 4) = 470-12.09-180-163.64-36.24 = 78.04 (MVA)

STGC(t) = 78.04+180 = 258.04 (MVA)Tính toán tưương tự ta có bảng tổng hợp đồ thị phụ tải các cấp như sau:

Đồ thị cụng suất phỏt về hệ thống

Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà mỏy

1.3.Chọn sơ đồ nối dây của nhà máy

1.3.1.Cơ sở chung để đề xuất các phương án nối điện

Dựa vào 7 nguyên tắc cơ bản để phân tích và từ đó đưa ra phương án nối điện

- Giả thiết phụ tải địa phương trích điện từ đầu cực hai tổ MF ta có:

%15

<

%7

=

%100.5,117.2

47,16

=

%100.S.2

S

đmF

max ĐP

= > Không dùng thanh góp điện áp MF

- Với 3 cấp điện áp (điện áp máy phát điện áp trung điện áp cao) vàthỏa mãn:

+ Lưới điện áp trung và điện áp cao đều là lưới trung tính trực tiếp nối đất

+ Hệ số có lợi α = =0,5≤0,5

220

110-220

=U

U-U

C

T C

 Dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc

1.3.2 Đề xuất các phương án nối điện

Với số liệu tính toán phụ tải các cấp căn cứ vào các nguyên tắc đã phântích ở trên ta đề xuất ba phương án nối điện cho nhà máy sau:

F2 F1

đất (U ≥ 110 kV) nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc Mặt khác, chủngloại máy biến áp ít nên sơ đồ dễ chọn lựa thiết bị cũng nh vận hành, độ tin cậy cao,cung cấp điện đảm bảo

+ Nhợc điểm :

Có một phần công suất truyền qua hai lần biến áp làm tăng tổn thất công suất.Nhng vì sơ đồ trên sử dụng máy biến áp tự ngẫu liên lạc nên tổn thất công suấtkhông đáng kể, có thể bỏ qua

2 Phơng án II:

+ Ưu điểm :

Về mặt công suất khắc phục đợc nhợc điểm của phơng án I, luôn luôn cung

cấp đủ công suất cho các phụ tải cho dù gặp phải sự cố ngừng một trong các máy

Do đó, độ tin cậy cung cấp điện đợc nâng cao, cải thiện đáng kể

+ Nhợc điểm :

Chủng loại máy biến áp nhiều gây khó khăn trong vận hành và sửa chữa

Vốn đầu t máy biến áp đắt hơn so với phơng án một

Nhận xét :

Tất cả các bộ máy phát điện – máy biến áp đều nối vào thanh góp điện áp cao(220 kV) Hai máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc và truyền công suất sang chothanh góp điện áp trung Khi xảy ra sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc,máy biến áp tự ngẫu còn lại không đảm bảo đủ cung cấp cho phụ tải điện áp bêntrung (110 kV)

Số lợng và chủng loại máy biến áp nhiều nên không có lợi về mặt kinh tế và gâykhó khăn trong tính toán thiết kế cũng nh trong vận hành, sửa chữa

Do đó, ta thấy hai phơng án I & II có nhiều u điểm hơn, đảm bảo độ an toàn ,

độ tin cậy, cung cấp điện ổn định , dễ vận hành nên ta chọn hai phơng án này để

so sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phơng án tối u

ch ơng ii: Tinh toan chon may bien ap

2.1 Phõn bố cụng suất cỏc cấp điện ỏp của mỏy biến ỏp

Việc phõn bố cụng suất cho cỏc MBA cũng như cho cỏc cấp điện ỏp củachỳng được tiến hành theo nguyờn tắc cơ bản sau: Phõn cụng suất cho MBA trong

sơ đồ MF-MBA hai cuộn dõy là bằng phẳng trong suốt 24 giờ phần thừa thiếu cũnlại do MBA liờn lạc đảm nhận trờn cơ sở đảm bảo cụng suất phỏt bằng cụng suấtthu (phụ tải) khụng xột đến tổn thất trong mỏy biến ỏp.Nguyờn tắc trờn được đưa

F1 F4

S T

ra để đảm bảo vận hành đơn giản không cần chọn MBA trong sơ đồ bộ MF-MBAhai cuộn dây loại không điều chỉnh dưới tải làm hạ vốn đầu tư đáng kể.

Sau đây sẽ cụ thể hóa nguyên tắc cơ bản trên vào việc phân bố công suất choMBA trong bộ MBA-MF hai cuộn dây và MBA liên lạc

1)MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MBA-MF hai cuộn dây

Công suất của MBA này mang tải bằng phằng trong suốt 24 giờ /ngày và được tính teo công thức sau:

max TD đmF

n

1S

Trong đó :

n: Số tổ máy ( n = 5 )max

TD

S : Công suất tự dùng cực đại

SđmF : Công suất một tổ máy

2) MBA liên lạc

Sau khi phân bố công suất cho MBA hai cuộn dây trong bộ MF-MBA hai cuộn dây phần công suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận và được xác định trên

cơ sở cân bằng công suất không xét đến tổn thất trong MBA

2.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA

1)MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây

a)Loại MBA hai cuộn dây không có điều chỉnh dưới tải

MBA này mang tải bằng phẳng nên khôngcó nhu cầu điều chỉnh điện ápphía hạ Như vậy chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp và được điều chỉnh trựctiếp bằng tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của MF

b) Công suất định mức :Công suất định mức được chọn theo công thức sau:

đmF F

1 TD đmF

Đối với MBA này không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi một trong haiphần tử MF hay MBA bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc không thể xảy ra hiệntượng làm việc trong đuiều kiện sự cố Cũng chính vì lý do này nên chỉ cần dùngmáy cắt (MC) phía cao áp là đủ, phía hạ áp chỉ cần dùng dao cách ly (CL) phụ chosửa chữa

2) MBA liên lạc hai cuộn dây

a)Loại MBA có điều chỉnh dưới tải

Điều này dễ hiểu bởi tất cả các phía của MBA mang tải không bằng phẳng.nên có nhu cầu điều chỉnh điện áp tất cả các phía.Nếu dùng TĐK chỉ điều chỉnhđược phía hạ nên cần có kết hợp với điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc thì mớiđiều chỉnh điện áp được tất cả các phía

b) Công suất định mức:

Đối với MBA hai cuộn dây thông thường lõi từ cũng như cuộn dây đượcthiết kế 100% công suất định mức của MBA Vậy để chọn được công suất địnhmức cho chúng trước hết phải xác định được công suất tải lớn nhất trong suốt 24giờ.được gọi là công suất thừa lớn nhất S

thừa

Khi đó công suất định mức của MBA

được chọn theo biểu thức :

max thua đmB S

c)Kiểm tra quá tải của MBA khi có sự cố:

Đối với MBA liên lạc khi một trong các MBA trong sơ đồ (MBA bộ haychính MBA liên lạc )thì MBA liên lạc còn lại phải mang tải nhiều hơn cùng với sựhuy động công suất dự phòng của hệ thống thì mới có thể đảm bảo cung cấp côngsuất cho phụ tải các cấp cũng như phát về hệ thống như lúc bình thường Bài toánđặt ra là trong những trường hợp này MBA đã quá tải ( gọi là quá tải sự cố ) hếtmức so với công định mức ( khi không phải là MBA tự ngẫu ) hay tính toán ( nếu

là MBA tự ngẫu)

cùng với công dự phòng của hệ thống đã đảm bảo cung cấp điện như đã nói ở trênhay chưa?

Quá tải sự cố tối đa cho MBA cho phép như sau: K

- Kiểm tra điều kiện quá tải

- Phân bố công suất cho MBA tại thời điểm sự cố.Từ đó kiểm tra mức độnon tải hay quá tải của tải các cuộn dây của MBA Cụ thể là:

+ MBA ba cuộn dây:

{S ,S ,S }Max

S

CC

SC CT

SC CH đmB

SC

+MBA hai cuộn dây:

SC đmB

SC qt ch

SC qt nt

2.3 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA

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

Trường hợp MBA mang tải bằng phẳng Sbộ cả năm (8760 giờ)

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

8760.S

SPP

A

2

đmB

bô N 0

đmB

i N

S

SP

.365P

.8760

a) Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA

1)MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây

Sbô = SđmF - max

TD

Sn

Phân bố công suất cho các phía của B1; B2 tại từng thời điểm như sau:

B2(t);B3(t) trong bảng sau:

b) Chọn loại và công suất định mức của MBA

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

- Loại MBA hai cuộn dây không có điều chỉnh dưới tải

- Công suất:

SđmB ≥ SđmF= 117.5 ( MVA )

B3 B4 : Chọn TDC -125 ; 121/10.5 kV; ∆P0= 100 kW ; ∆PN=400 kW ; UN

%=10.5 ; i0%=0.5

2 MBA tự ngẫu làm liên lạc

- Loại MBA tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải

- Công suất:

max thua

S = SđmF= 117.5 MVA

 SđmB2 = SđmB1 ≥

α

1 SđmF => SđmB2 = SđmB3 ≥ 235 ( MVA) Chọn ATDCTH - 250 ; 230/121/ 11 kV ; ∆P0= 120 kW ; ∆PN= 520 kW ; UC - T

N

=11%;

UCN-H= 32 %; UT - H

N = 20 %; i0%=0.5+ Kiểm tra quá tải của MBA khi có sự cố :

Sự cố 1:

Hỏng MBA B4 tại thời điểm Smax

UT = 178,57 MVA tại t = (12-16) giờ Ứng với Smax

UT thì SUT max

ĐP =14,82 MVA;SUT max

UC = 103,45 MVA;

MVA01

,139

=

SVHTUTmax ; SUT max

TGC = 242,46 MVA

-Điều kiện kiểm tra quá tải:

2.kscqt.α.SđmTN +Sbô≥SmaxUT

Thay số: 2.1.4.0.5.250 + 108,96 = 458,96 MVA > SmaxUT =178,57 MVA

Vậy điều kiện thỏa mãn

- Phân bố công suất khi sự cố:

=101,553

SCC = SCH - SCT =101,553-34,805 = 66,748 MVA

=> Chế độ truyền tải công suất từ hạ lên cao và lên trung

SCH=101,553 MVA < Stt = 0.5.250 = 125 MVA

 MBA không bị quá tải

-Công suất thiếu của hệ thống được xác định theo công thức:

Sthiếu= SUT max

TGC - 2 SCC = 242,46 – 2.66.748 = 108,965 (MVA) < SHTDP= 200 MVA

=> Đảm bảo điều kiện

Sự cố 2: Hỏng B2 tại thời điểm SmaxUT = 178,57 MVA tại t = (12 - 16) giờ

-Điều kiện kiểm tra quá tải:

S

≥S.2+S

- Phân bố công suất khi sự cố:

= 94,143 MVA

SCC = SCH - SCT = 94,143+39,35 = 133,493 MVA

=> Chế độ truyền tải công suất từ trung đ thời từ hạ lên cao

Snt= 0.5(94,143+39,35 ) = 66.746 MVA < Stt = 125 MVA

 MBA không bị quá tải

-Công suất thiếu của hệ thống được xác định theo công thức:

Sthiếu= STGCUTmax - SCC = 242,46 -133,493 = 108,967 (MVA) < SHTDP= 200 MVA