thiết kế phần điện trong nhà máy điện

Và để làm được điều này thì chúng ta phải không ngừng nâng cao vàphát triển hệ thống điện trên cả nước nói chung và phát triển các nhà máyđiện nói riêng.Cùng với sự phát triển của hệ thố

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay điện năng là một thứ thiết yếu nó đã tham gia vào mọi lĩnh vựccủa cuộc sống từ công nghiệp đến sinh hoạt.Điện năng đóng một vai trò rấtquan trọng trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Chính vìvậy điện năng được ứng dụng rất rộng rãi

Điện năng là nguồn năng lượng chính là điều kiện quan trọng để pháttriển đất nước Vì vậy muốn phát triển kinh tế xã hội, thì điện năng phải đitrước một bước Nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không những trong giaiđoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai Điều nàyđòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện an toàn, tin cậy để sản xuất và sinhhoạt Và để làm được điều này thì chúng ta phải không ngừng nâng cao vàphát triển hệ thống điện trên cả nước nói chung và phát triển các nhà máyđiện nói riêng.Cùng với sự phát triển của hệ thống điện, cũng như sự pháttriển của hệ thống năng lượng quốc gia là sự phát triển của các nhà máyđiện.Việc giải quyết đúng vấn đề kinh tế,kỹ thuật trong thiết kế nhà máyđiện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chungcũng như hệ thống điện nói riêng

Trong quá trình thiết kế, với khối lượng kiến thức đã học và được sự

giúp đỡ của thầy Phạm Văn Hòa đã giúp em hoàn thành bản thiết kế này.

Nhưng do kiến thức còn có hạn và còn thiếu kinh nghiệm thực tế nên bảnthiết kế không tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự góp ý của các thầy

cô trong khoa

Em xin chân thành cảm ơn

Hà nội,ngày 20tháng 4 năm 2011 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thự An

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI,CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất khi thiết kế nhà máy điện là mộtviệc không thể thiếu được để đảm bảo kinh tế trong xây dựng và vận hành Lượng điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêuthụ tại các hộ dùng điện và điện năng tổn thất

Trong thực tế,lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thayđổi.Do vậy,cần phải biết các đồ thị phụ tải,nhờ đó có thể chọn phương ánvận hành hợp lý,chọn sơ đồ nối điện phù hợp,đảm bảo độ tin cậy cung cấpđiện và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật

Từ những vấn đề đó đặt ra nhiệm vụ trước hết cho người thiết kế là phảitiến hành các công việc:chọn máy phát điện,tính toán phụ tải và cân bằngcông suất,chọn các phương án nối dây một cách hợp lý nhất

1-1.Chọn máy phát điện.

Khi thiết kế phần điện trong nhà máy điện người ta đã định trước số lượng

và công suất máy phát,vậy chỉ cần chọn loại máy phát tương ứng.MF điệnđồng bộ tuabin hơi đối với nhà máy nhiệt điện hay máy phát thủy điện đốivới nhà máy thủy điện

Đối với đồ án thiết kế này,ta có:

Nhà máy điện kiểu:nhiệt điện ngưng hơi gồm 3 tổ máy,công suất của mỗimáy là 100MW

Chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi

Bảng 1-1.Thông số kĩ thuật của máy phát điện

nđm,v/ph

1-2.Tính toán cân bằng công suất.

1-2-1.Đồ thị phụ tải toàn nhà máy.

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

(1)

80 )

Tính tương tự cho các thời điểm khác,ta có bảng sau:

Bảng 1-2-1.Công suất phát của toàn nhà máy

10÷12 12÷14 14÷1

6

16÷18

18÷20

352,5 352,5 352,5 317,2

5

317,25

S;MVA

đmF TD

S n

t S P

n t

cos 100

%

ϕ α

Trong đó: STD(t) – phụ tải tự dùng tại thời điểm t

α% - lượng điện phần trăm tự dùng

cosφTD – hệ số công suất phụ tải tự dùng

n – số tổ MF

PđmF, SđmF – công suất tác dụng và công suất biểu kiến định mức của một tổ MF

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

Công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t1 =0 ÷ 4

Thay vào công thức trên ta có:

5 , 117 3

282 6 , 0 4 , 0 83 , 0

100 3 100

Bảng 1-2-2:Công suất tự dùng của nhà máy

6

16÷18

18÷20

20÷22 22÷24

Stnm(t) 282 282 282 282 317,2

5

317,25

22.27

22.2723,78 23,78 25,30 25,30 25,30 23,78 23,78

STD;MVA

0 10 14 20 24 Giờ

Hình 1.2.Đồ thị phụ tải ngày tự dùng.

1-2-3.Đồ thị phụ tải các cấp điện áp.

a,Đồ thị phụ tải cấp địa phương

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

max P t P

t

ϕ

Trong đó: S(t) – công suất phụ tải tại thời điểm t

Pmax – công suất max của phụ tải

cosφ – hệ số công suất

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

Công suất phụ tải cấp địa phương tại thời điểm t1=0÷4 là:

34

=

⋅

=

Tính tương tự cho các thời điểm khác ta có bảng sau:

Bảng 1-2-3: Công suất phụ tải cấp địa phương

10÷12

12÷14

14÷16

16÷18

18÷20

20÷22

0 8 12 14 16 18 22 24 Giờ

Hình 1.3.Đồ thị phụ tải ngày cấp địa phương.

b,Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao

Công suất phụ tải cấp điện áp cao là:

100 ⋅ =

=

Tính tương tự cho các thời điểm khác ta có bảng sau:

Bảng 1-2-4: Công suất phụ tải cấp điện áp cao

14÷16

16÷18

Trong đó: SVHT(t) – công suất phát về hệ thống tại thời điểm t.

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

SĐP(t) – công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t

SUT(t) – công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t

[SUT(t)=0]

SCT(t) – công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t

STD(t) – công suất phụ tải tự dùng

Công suất phát về hệ thống tại thời điểm t1 = 0÷4 là:

SVHT(t1) = 282-(32+0+100+22,27) = 127,73(MVA)

STGC(t1) = 127,73+100 = 227,73(MVA)

Tính tương tự cho các thời điểm khác ta có bảng sau:

Bảng 1-2-5: Công suất phát về hệ thống

Giờ 0÷4 4÷6 6÷8 8÷10 10÷12 12÷14 14÷1

6

16÷18

18÷20 20÷22 22÷24

5

317,25

138,84

142,84

165,47

161,47

191,2 187,2 180,0

9

157,47

172,58

STGC(t) 227,7

3

227,73

227,73

231,73

265,47

261,47

STGC;MVA

Hình 1.6.Đồ thị phụ tải ngày thanh góp cao.

1-3.Chọn các phương án nối dây.

Theo kết quả tính toán trên ta có:

Phụ tải địa phương cấp điện áp 10,5kV: SĐPmax = 40MVA

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

% 15

% 17 100 5 , 117 2

40 100

max td max

, 77

3

3 , 25 5 , 117

3

3 , 25

40 + n1 < => n1 < =>n1 <

=> Chọn ghép 2 ; 3 tổ máy phát lên thanh góp.

Do đầu bài chỉ có hai cấp điện áp (không có phụ tải phía trung) => dùngMBA hai cuộn dây làm MBA liên lạc Đề xuất các phương án nối điện

Với số liệu tính toán phụ tải các cấp, căn cứ vào các nguyên tắc đã phân tích

ở trên em xin đề xuât hai phương án nối điện cho nhà máy sau:

Phương án I:

Phương án II:

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

A.Phương án I.

2-1a Chọn máy biến áp.

a,Chọn MBA B1:

+,Loại máy biến áp hai cuộn dây không có điều chỉnh dưới tải

MBA này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện ápphía hạ.Như vậy, chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp và được điều chỉnhtrực tiếp bằng tự động điều chỉnh kích từ (TDK) của MF

+,Công suất định mức

(MVA)

S S S

TD đmF

Tất cả các phía của MBA mang tải không bằng phẳng,nên có yêu cầu điều

chỉnh điện áp tất cả các phía.Nếu dùng TĐK chỉ điều chỉnh được phía hạ,nên

cần có kết hợp với điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc thì mới điều chỉnh

được điện áp tất cả các phía

đmF

n

n S S

n S

Trong đó: n1 - số tổ MF ghép vào thanh góp điện áp MF

c, Kiểm tra quá tải của MBA khi có sự cố

Sự cố : hỏng MBA B3 tại thời điểm (SVHT + SUC)max

Ứng với

max

TGC UT

S

ta có :

max max

TGC

S

- Điều kiện kiểm tra quá tải : không cần.

- Phân bố công suất khi sự cố:

SC qt F F TD

TGC ĐP đmF

S n

t S P

n S

S S

đmF

tnm TD

đmF F

TD

F TD F

F

TD

93 , 21 5 , 117 2

5 , 352 6 , 0 4 , 0 83 , 0

100 2 100

7

6 , 0 4 , 0 cos

100

% 3 2 3

⋅

= +

=

+

ϕ α

Vì không có điện áp phía trung nên ta có:

→ Đáp ứng đủ.Vậy các máy biến áp được chọn thảo mãn

2-2a.Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp.

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

Trong đồ án này MBA mang tải bằng phẳng Sbộ cả năm (8760 giờ)

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

8760

2 0

S

S P P

A

( )A

156 , 2818446 8760

125

2 , 92 380

b,Tính toán tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây

Trong trường hợp này,MBA mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trưng chotoàn năm:

( bô)

cao TGi

2 1

(MVA)

2

3 , 25 5 ,

227,73

231,73

265,47

261,47

291,2 287,2 291,2 257,4

7

261,47

Si(t) 61,44 61,44 61,44 63,44 80,31 78,31 93,17

5

91,175

93,175

76,31 78,31

( )A

A

49 , 2645642

2 100

31 , 76 2 100

175 , 91 4 100

175 , 93 4 100

31 , 78 2 100

31 , 80 2 100

44 , 63 8 100

44 , 61

360 365 94 8760

2 2

2 2

2 2

2-3a.Chọn kháng phân đoạn

- Chọn kháng phân đoạn theo điều kiện sau:

1.Điều kiện về áp: UđmK > Uđmlưới = 10,5kV 2.Điều kiện về dòng:I I K ( )kA

CB đmK ≥ = 1 , 5 3.Điện kháng XK% = 10 ÷ 12% tùy vào số liệu tra cứu kháng

Tra bảng thiết kế nhà máy điện ta được kháng có các thông số cho trongbảng sau sau:

2-4a.Tính toán dòng cưỡng bức.

+,Dòng điện làm việc bình thường qua kháng phân đoạn:

Trường hợp này chỉ có hai phân đoạn,thường phụ tải địa phương phân đềucho hai phân đoạn thì dòng điện làm việc bình thường qua kháng bằngkhông

+,Dòng điện cưỡng bức qua kháng phân đoạn

- Sự cố 1: hỏng một máy phát,khi đó:

n td đmF

2

1 1

i quaB

1 1 ,

I

SC quaK

273 , 27

B.Phương án II.

2-1b.Chọn máy biến áp.

Chọn MBA B1,B2:

+,Loại máy biến áp có điều chỉnh dưới tải

Tất cả các phía của MBA mang tải không bằng phẳng,nên có yêu cầu điều

chỉnh điện áp tất cả các phía.Nếu dùng TĐK chỉ điều chỉnh được phía hạ,nên

cần có kết hợp với điều chỉnh dưới tải của MBA lien lạc thì mới điều chỉnh

được điện áp tất cả các phía

đmF

n

n S S

n S

Trong đó: n1 - số tổ MF ghép vào thanh góp điện áp Mf

c, Kiểm tra quá tải của MBA khi có sự cố.

Sự cố : hỏng MBA B1 tại thời điểm (SVHT + SUC)max

TGC

S

- Điều kiện kiểm tra quá tải : không cần

- Phân bố công suất khi sự cố:

SC qt F F F TD

TGC ĐP đmF

S n

t S P

n S

S S S

đmF

tnm TD

đmF F

TD

F TD

F TD F

F

F

TD

30 , 25 5 , 117 3

5 , 352 6 , 0 4 , 0 83 , 0

100 3 100

7

6 , 0 4 , 0 cos

100

% 4

3 2 4 3

=

+ +

ϕ α

Vì không có điện áp phía trung nên ta có:

→ Đáp ứng đủ.Vậy các máy biến áp được chọn thảo mãn

2-2b.Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp.

Tính toán tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây

Trong trường hợp này,MBA mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trưng chotoàn năm:

,

117 − =

=

231,73

265,47

261,47

291,2 287,2 291,2 257,4

7

261,47

Si(t) 59,33 59,33 59,33 61,33 78,2 76,2 91,06

5

89,065

91,065

( )A

A

821 , 2208381

2 160

2 , 74 2 160

065 , 89 4 160

065 , 91 4 160

2 , 76 2 160

2 , 78 2 160

33 , 61 8 160

33 , 59

525 365 140 8760

2 2

2 2

2 2

- Chọn kháng phân đoạn theo điều kiện sau:

1.Điều kiện về áp: UđmK > Uđmlưới = 10,5kV 2.Điều kiện về dòng:I I K ( )kA

CB đmK ≥ = 4

3.Điện kháng XK% = 10 ÷ 12% tùy vào số liệu tra cứu kháng

Tra bảng thiết kế nhà máy điện ta được kháng có các thông số cho trongbảng sau sau:

2-4b.Tính toán dòng cưỡng bức.

+,Dòng điện làm việc bình thường qua kháng phân đoạn:

Trường hợp này có ba phân đoạn thì dòng điện làm việc bình thường quakháng bằng:

( )kA U

S S

I K đmF II

5 , 10 3 2

11 5 , 117

3

2

1 1

i quaB

2 2 ,

I

SC quaK

553 , 74

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN KINH TẾ KĨ THUẬT,CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

S I

đm

220 3 2

11 , 111

3 2

=

- Dòng điện cưỡng bức (ứng với lúc một mạch bị sự cố)

( )kA I

I CB = 2 bt = 2 0 , 146 = 0 , 292

+,Mạch máy biến áp

Máy biến áp bộ trong sơ đồ MF-MBA hai cuộn dây:

( )kA U

5 , 117

=

( )kA I

I CB = 1 , 05 bt = 0 , 324

Máy biến áp liên lạc:

- Dòng điện làm việc bình thường phía điện áp 220kV

( )kA U

S I

đm

230 3

11 , 111

S I

đm

230 3

07 , 173

5 , 117

S I

đm

220 3 2

11 , 111

3 2

=

- Dòng điện cưỡng bức (ứng với lúc một mạch bị sự cố)

( )kA I

I CB = 2 bt = 2 0 , 146 = 0 , 292

+,Mạch máy biến áp

Máy biến áp liên lạc:

- Dòng điện làm việc bình thường phía điện áp 220kV

( )kA U

S I

đm

230 3

11 , 111

S I

đm

230 3

2 , 287

5 , 117

- Điều kiện chọn máy cắt như sau:

1.Điều kiện áp UđmMC ≥ Ulưới

i ddm ≥ xk = xk

5.Điều kiện ổn định nhiệt nddm nh N

B t

; trong đó :

Inhdm – dòng điện ổn định nhiệt của MC ứng với thời gian ổn định nhiệt

tnh

BN – xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch

(điều kiện này chỉ xét khi MC có dòng điện định mức dưới 1000A)b,Chọn sơ bộ dao cách ly:

- Chọn loại trong nhà hay ngoài trời

- Điều kiện chọn CL như sau:

1.Điều kiện áp UđmCL ≥ Ulưới

2.Điều kiện dòng IđmCL ≥ ICB

4.Điều kiện ổn định động

"

2 I K i

i ddm ≥ xk = xk

5.Điều kiện ổn định nhiệt nddm nh N

B t

(điều kiện này chỉ xét khi MC có dòng điện định mức dưới 1000A)

3-3 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối.

Với phương án I :số mạch đường dây là 4 đối với điện áp 220kV thì nên

dùng sơ đồ TBPP hai hệ thống thanh góp

Sơ đồ như hình vẽ:

Với phương án II số mạch đường dây là 4 đối với điện áp 220kV thì nên

dùng sơ đồ TBPP hai hệ thống thanh góp

Sơ đồ như hình vẽ:

3-3 Tính toán kinh tế - kĩ thuật,chọn phương án tối ưu:

Ở đây : Vb – tiền mua MBA

KB – hệ số tính đến chi phí vận chuyển và xây lắp MBA

VTBPP – vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối,được xác định theocông thức sau:

TBPPi i TBPP n v

Ở đây : vTBPPi – giá thành mỗi mạch TBPP cấp điện áp i

Ni – số mạch cấp điện áp i

Phương án 1:

VB = 1,4.(162+109+109).50.106

= 26,6.109 (vnđ)Giá thành MC: Phía cao : 3,5 tỷ đồng / 1MC

Phía hạ : 0,75 tỷ triệu đồng / 1MC

( )vnđ

V TBPP = ( 7 3 , 5 + 7 0 , 75 ) 10 9 = 29 , 75 10 9 Vậy vốn đầu tư của phương án 1 là :

VI = (26,6+29,75).109 =56,35.109 (vnđ)

Phương án 2:

VB = 1,4.(109.2).50.106

= 15,26.109 (vnđ)Giá thành MC: Phía cao : 3,5 tỷ đồng / 1MC

Phía hạ : 0,75 tỷ đồng / 1MC

( )vnđ

V TBPP = ( 6 3 , 5 + 10 0 , 75 ) 10 9 = 28 , 5 10 9 Vậy vốn đầu tư của phương án 2 là :

Ở đây: V – vốn đầu tư ,đ

α% - định mức khấu hao phần trăm

P2 – chi phí cho tổn thất điện năng hàng năm trong máy biếnáp,đ/năm

=

Chi phí cho tổn thất điện năng hàng năm cho MBA:

,

=

Chi phí cho tổn thất điện năng hàng năm cho MBA:

P2 =700.2208381,821 = 1,546.109

Vậy chi phí vận hành hàng năm của phương án 1 là:

PII = 2,337.109+1,546.109 = 3,883.109(vnđ)

Từ kết quả tính toán được ta có bảng so sánh :

Phương án Vốn đầu tư (V)

.109 (VNĐ)

Chi phí vận hành (P).109 (VNĐ)

Nhận thấy VI > VII và PI > PII vì vậy xét về mặt kinh tế thì phương án II tối

ưu hơn,nên chọn phương án 2 làm phương án tối ưu

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

4-1.Chọn điểm ngắn mạch.

Mục đích tính dòng ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn theotiêu chuẩn ổn định nhiệt và ổn định động khi dòng ngắn mạch qua chúng.Vìvậy phải chọn điểm ngắn mạch sao cho dòng ngắn mạch qua các khí cụ điện

+ Đối với N3’ ,nguồn cấp chỉ là máy phát F1

Trong hai điểm ngắn mạch này,giá trị dòng ngắn mạch nào lớn sẽ được dùng

để chọn khí cụ điện và dây dẫn

-Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch phân đoạn,chọn điểm ngắnmạch N5,MBA B1 và máy phát F1 nghỉ,nguồn cấp là các MF của nhà máy

và hệ thống

IN5 = IN2 – I’N3

-Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng,phụ tải địaphương,chọn điểm ngắn mạch N4,nguồn cấp là các MF của nhà máy và hệthống

IN4 = IN3 +I’N3

4-2.Lập sơ đồ thay thế.

Lựa chọn các đại lượng cơ bản:

Scb =100(MVA)

Ucb =Utbcáccấp

Cấp điện áp 220kV : Ucb = Utb = 230kV

Cấp điện áp 10kV : Ucb = Utb = 10,5kV

Từ hai đại lượng công suất và điện áp cơ bản tính được dòng cơ bản theocông thức :

( )kA U

100

=

( )kA U

100

100 183 , 0

100 2

90 4 , 0

U

S L

x

X

c, Máy biến áp hai cuộn dây:

075 , 0 160 100

100 12

B

S

S U X

X

d, Kháng điện:

165 , 0 4 100

499 , 5 12

100 98 ,

S x

X

Lập sơ đồ thay thế :

4-3.Tính toán ngắn mạch theo điểm.

Tính ngắn mạch tại điểm N 1

Sơ đồ biến đổi tương đương:

Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản.

062 , 0 2 1

10 = X +X =

X

Vì sơ đồ có dạng đối xứng,ta biến đổi như sau:

0375 , 0 075 , 0 075 , 0

075 , 0 075 , 0

//

4 3

4 3 4

3

+

= +

=

=

X X

X X X

X

X

0825 , 0 165 , 0 165 , 0

165 , 0 165 , 0

//

6 5

6 5 6

5

+

= +

=

=

X X

X X X

X

X