thiết kế phần điện trong nhà máy điện

1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng.- Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố dạng nhiên liệu, loại tuabin, công suất của nhà máy… và chiếm khoảng 5% đến 10% tổng c

Tập đoàn điện lực việt nam

Trờng đại học điện lực khoa điện

Nhiệm vụ:

THIếT Kế MÔN HọC PHầN ĐIệN NHà MáY ĐIệN

Họ tên sinh viên: Nguyễn Trọng Khuê

Lớp: D1H3 Ngành: Hệ thống điện

Cán bộ hớng dẫn: PGS- TS Phạm Văn Hòa

Nhà máy điện kiểu: NĐNH gồm 4 tổ máy x 50 MW

Nhà máy có nhiệm vụ cấp điện cho các phụ tảI sau đây:

1 Phụ tải địa phơng cấp điện áp 10,5kv; Pmax= 20MW ; Cosφ = 0,78

Gồm 4 kép x 3MW x 3km và 4 đơn x 2MW x 3km

Biến thiên phụ tảI ghi trong bảng Tại địa phơng ding máy cắt hợp bộ với Icắt= 21(KA)

và tcắt= 0,7 (s) và cáp nhôm, vỏ PVC với thiết diện nhỏ nhất là 70mm2

2 Phụ tải cấp điện áp máy trung 110 KV: không có

3 Phụ tải cấp điện áp cao 220 KV : Pmax= 70MW ; Cosφ = 0,88

Gồm 1 đơn x 70MW Biến thiên phụ tảI ghi trên bảng

4 Nhà máy nối với hệ thống 220 KV : Bằng đờng dây kép dài 80km Công suất hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế): 2500 MVA; Công suet dự phòng của hệ thống: 90 MVA; Điện kháng (công suất) ngắn mạch tính đến thanh góp phía

hệ thống : Xht = 1,1

5 Tự dùng : α = 0,8 %; Cosφ =0,83

6 Công suất phát của toàn nhà máy : Ghi trog bảng:

Bảng biến thiên công suất:

Giờ 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24

Power University

Chơng 1 tính toán cân bằng công suất

và đề xuất các phơng án nối dây.

1.1 Chọn máy phát điện

Vì đây là nhà máy nhiệt điện, công suất mỗi tổ máy là 50MW và cấp điện áp địa

ph-ơng là 10,5kV nên ta chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi TBΦ-60-2 cho nhà máy có các thông số sau:

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

P%(t): Phần trăm công suất phát của toàn nhà máy tai t

CosφF: Hệ số công suất định mức của máy phát

Sdm∑ : Tổng công suất biểu kiến định mức của nhà máy

Với Sdm∑ = n SdmF = 4.50 = 200(MW)

Lập bảng tính toán:

t 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24P%

1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng.

- Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố ( dạng nhiên liệu, loại tuabin, công suất của nhà máy…) và chiếm khoảng 5% đến 10% tổng công suất phát Công suất tự dùng gồm 2 thành phần: thành phần thứ nhất( chiếm khoảng 40%) không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy, phần còn lại ( 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 NĐ theo công thức sau:

( )

t n

t

n Cos

S P

PdmF, SdmF : Công suất tác dụng và công suất biểu kiến của 1 tổ MF

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

Vậy ta có:

( ) 4*50

( ) 0,08 (0, 4 0,6 )

tnm TD

t

Lập bảng tính toán ta có:

Từ đó, ta xây dựng đợc đồ thị phụ tải tự dùng

1.2.3 Đồ thị phụ tải các cấp điện áp

- Công suất phụ tải các cấp ở từng thời điểm đợc xác định theo công thức sau:

max

( )t %( )P t CosP

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

• Phụ tải địa phơng cấp điện áp 10,5kV

20 ( ) %( ) 0,87

Sdp(t

)

18,39 18,39 18,39 16,09 16,09 18,39 20,69 22,99 20,69 20,69 18,39

Xây dựng đồ thị phụ tải:

• Phụ tải cấp điện áp cao 220kV

70 ( ) %( ) 0,88

Ta có bảng:

t 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24P%

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

Sdp(t) : Công suất phụ tải địa phơng tại thời điểm t

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

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

Suy ra ta có bảng số liệu tính toán:

Power University

1.3 Xây dựng các phơng án nối dây

1.3.1 Cơ sở đề xuất các phơng án nối dây

Phơng án nối điện chính của nhà máy điện 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 các phơng án nối điện

Bảng tổng hợp đồ thị phụ tải các cấp, MVA

nhánh từ đầu cực máy phát một lợng công suất nhỏ không quá 15% công suất định mức của một tổ máy phát Vậy khi đó, giả thiết phụ tải địa phơng trích điện từ đầu cực hai

tổ máy phát, ta có:

.100 15%

2.

Max DF dmF

thì nên dùng hai MBA tự ngẫu làm liên lạc Nếu một trong hai điều kiện trên không thỏa mãn thì dùng hai MBA ba cuộn dây làm liên lạc.( trong TH kô có cấp điện áp trung áp thì dung MBA hai cuộn dây làm liên lạc)

• Nguyên tắc 4

Chọn số lợng MF-MBA hai cuộn dây ghép thẳng lên thanh góp(TBPP) cấp điện áp tơng ứng trên cơ sở công suất cấp và công suất tải tơng ứng Cần lu ý rằng trong tr-ờng hợp MBA liên lạc là MBA 3 cuộn dây thì việc ghép bộ số MF-MBA hai cuộn dây bên trung phải thỏa mãn điều kiện: tổng công suất định mức các máy phát ghép bộ phải nhỏ hơn công suất min của phụ tải phía trung; cụ thể:

Min dmF UT cacbo∑ S ≤S

điều kiện trên đợc đa ra để không cho công suất truyền tải qua hai lần

MBA( MBA bộ và MBA 3 cuộn dây), nhằm giảm tổn thất điện năng trong MBA Nhng

điều kiện này không cần thiết đối với trờng hợp MBA liên lạc là tự ngẫu vì đồi với tự ngẫu khuyên khích chế độ truyền tải công suất từ trung sang cao(phía cao tải đợc

đến công suất định mức mặc dù phía trung và hạ chỉ tải đợc đến công suất tính toán

• Nguyên tắc 5

Mặc dù có 3 cấp điện áp, nhng công suất phụ tải phía trung quá nhỏ thì không nhất thiết phải dùng MBA ba cấp điện áp( ba cuộn dây hay tự ngẫu) làm liên lạc Khi

Power University

đó có thể coi đây là phụ tải đợc cấp từ trạm biến áp với sơ đồ trạm là hai MBA lấy

điện trực tiếp từ hai đầu cực MF hay từ thanh góp(TBPP) phía điện cao áp

• Nguyên tắc 6

Mặc dù có 3 cấp điện áp, không nhất thiết phải có nối bộ MF-MBA liên lạc, mà có thể sắp xếp các bộ MF-MBA hai cuộn dây ở hai phía điện áp tơng ứng với công suất phụ tải của chúng, còn hai MBA tự ngẫu liên lạc không có nối trực tiếp vơi MF điện Trờng hợp này hay áp dụng khi lợng công suất trao đổi giữa các phía cao - trung là không lớn, công suất định mức của tự ngẫu không lớn, lúc này sẽ có hiệu quả kinh tế hơn so với việc dùng bộ MF-MBA liên lạc Nhng nếu công suất trao đổi giữa hai cấp cao- trung mà lớn thì dùng sơ đồ này sẽ không kinh tế bởi công suất định mức của chúng lớn mà vận hành lại phức tạp

• Nguyên tắc 7

Đối với nhà máy điện có công suất 1 tổ máy nhỏ có thể ghép một sô MF chung một MBA, nhng phải đảm bảo nguyên tắc tổng công suất các tổ MF phải nhỏ hơn công suất dự trữ nóng của hệ thống điện, cụ thể là:

HT dmF DP Ghep∑ S ≤S

Cần lu ý là trong trờng hợp này, mỗi MF phải có riêng máy cắt điện để thuận tiện cho việc hòa MF vào lới

1.3.2 Đề xuất các phơng án nối dây

Vậy ta phải dùng thanh góp điện áp Máy Phát

 Do có thanh góp điện áp MF, nên cần ghép nhiều hơn 1 máy phát vào thanh góp

 Do hệ thống không có cấp điện áp trung áp, nên ta sử dụng MBA 2 cuộn dây làm MBA liên lạc

 Có Sduphong=90(MVA) < 2*SdmF=125(MVA) Nên ta không thể ghép chung nhiều máy phát vào 1 MBA

Từ các nhận xét trên ta có các phơng án nối dây cho hệ thông:

Sơ đồ nối dây:

Nhận xét: Sơ đồ gồm 2 sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây, phát điện trực tiếp lên TBPP cao áp 2 máy phát còn lại nối lên thanh góp máy phát, cung cấp điện cho các phụ tải địa phơng, tự dùng và phát công suất lên hệ thống qua máy biến áp liên lạc 2 cuộn dây

+ Ưu điểm:

- Vận hành linh hoạt, đơn giản, đảm bảo cung cấp điện liên tục

- Đảm bảo khi có sự cố ở bất kỳ một MF nào thì tất cả các phụ tải đều vẫn

đợc cung cấp đầy đủ

+ Nhợc điểm:

- Do mỗi MF đợc nối với 1 MBA nên chi phí đầu t cao hơn

Sơ đồ nối dây:

Power University

Nhận xét: Sơ đồ gồm 1 sơ đồ bộ MF-MBA phát điện trực tiếp lên TBPP cao

áp 3 MF còn lại đợc nối lên thanh góp MF, và đợc nối với TPBB cao áp bằng 2 MBA liên lạc 2 cuộn dây

+ Ưu điểm:

- Sơ đồ vận hành linh hoạt,đơn giản, đảm bảo cung cấp liên tục

- Đảm bảo khi có sự cố ở bất kỳ 1 MF nào thì tất cả các phụ tải đêu đợc cung cấp đầy đủ công suất

- Sơ đồ bớt đợc 1 MBA 2 cuộn dây, giảm chi phí đầu t

- Tiết kiệm chi phí đầu t do giảm số lợng MBA

- Đảm bảo các phụ tải đợc cấp điện liên tục khi có sự cố ở bất kỳ MF nào>+ Nhợc điểm:

- Do tất cả MF đều nối với TBPP bằng 2 MBA liên lạc nên trong trờng hợp

có sự cố với 1 MBA thì máy biến áp còn lại làm việc quá tải, dễ gây nên sự

cố tiếp tục Khi đó sẽ không phát công suất lên hệ thống đợc

Kết luận:

Qua 3 phơng án đã đa ra ở trên, ta thấy 2 phơng án 1 và 2 là đơn giản, kinh tế và phù hợp Mặt khác nó vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục, an toàn cho các phụ tải và thoả

mãn các yêu cầu kỹ thật Do đó ta giữ lại phơng án 1 và phơng án 2 để tính toán về kinh

tế và kỹ thuật nhằm tìm ra phơng án tối u nhất cho nhà máy điện

Chơng 2 tính toán chọn máy biến áp.

2.1 Phơng án 1

Sơ đồ:

2.1.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp

Việc phân bố công suất cho các MBA cũng nh cho các cấp điện áp của chúng ta

đ-ợc tiến hành theo nguyên tắc cơ bản là: Phân công suất cho MBA trong sơ đồ bộ MBA hai cuộn dây là bằng phẳng trong 24 giờ, phần thừa thiếu còn lại do MBA liên lạc

MF-đảm nhận trên cơ sở MF-đảm bảo cân bằng công suất phát bằng công suất thu( phụ tải), không xét đến tổn thất trong MBA Nguyên tắc trên đợc đa ra để đảm bảo vận hành đơn giản, không cần chọn MBA trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây loại không điều chình d-

ới tải, làm hạ vốn đầu t đáng kể

a) Đối với MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây :

bo dmF n TD

b) Máy biến áp liên lạc

Phân bố công suất cho các MBA liên lạc tại từng thời điểm nh sau:

2.1.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA

a) chọn MBA 2 cuộn dây B1 và B2

MBA hai cuộn dây B1, B2 đợc chọn theo điều kiện:

1F dmB dmF TD dmF

Đối với MBA 2 cuộn dây thông thờng lõi từ cũng nh cuộn dây đợc thiết kế 100% công suất định mức của MBA Vậy để chọn đợc công suất đinh đợc công suất định mức cho chúng trớc hết ta phải xác định đợc công suất tải lớn nhất trong 24h đợc gọi là công suất thừa lớn nhất để xác định công suất thừa max này ta có công thức:

1 2

Max thua dmF DP n TD

2.1.3 Kiểm tra quá tải MBA khi có sự cố

Sự cố nguy hiểm nhất ở đây là việc bị hỏng 1 MBA liên lạc B3 hoặc B4 tại thời điểm (SVHT + SUC)max Giả sử MBA B4 sảy ra sự cố:

Ta kiểm tra theo điều kiện:

Sthieu= 30, 6 ≤SduPhong HT = 90(MVA)

2.1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA

a) tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây

b) tổn thất điện năng trong MBA liên lạc 2 cuộn dây.

Tổn thất điện năng khi MBA mang tải theo đồ thị bậc thang đợc tính nh sau:

2 24

1

i N

điện sau kháng này Phân bố phụ tải cho các phân đoạn này theo nguyên tắc sau:

• Đờng dây lộ kép đợc lấy điện từ hai phân đoạn

• Ưu tiên hơn phụ tải cho phân đoạn giữa nếu trờng hợp có ba phân đoạn

• Sơ đồ là đối xứng nhất có thể

ở đây phụ tảI gồm 4 kép x 3 MW x 3km và 4 đơn x 2 MW x 3km

Đối với sơ đồ phân bố phụ tải có 2 phân đoạn thanh góp là:

S qua K S'1

F2 F1

SI Std

2.2.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp.

c) Đối với MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây :Công suất của MBA này mang tải bằng phẳng trong suốt 24h/ngày và đợc tính theo công thức:

bo dmF n TD

d) Máy biến áp liên lạc

Phân bố công suất cho các MBA liên lạc tại từng thời điểm nh sau:

2.2.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA.

c) chọn MBA 2 cuộn dây B1

MBA hai cuộn dây B1 đợc chọn theo điều kiện:

1F dmB dmF TD dmF

1 2

Max thua dmF DP n TD

2.2.3 Kiểm tra quá tải MBA khi có sự cố.

Sự cố nguy hiểm nhất ở đây là việc bị hỏng 1 MBA liên lạc B2 hoặc B3 tại thời điểm (SVHT + SUC)max Giả sử MBA B3 sảy ra sự cố:

Ta kiểm tra theo điều kiện:

Sthieu= 15,89 ≤SduPhong HT = 90MVA

Hệ thống không bị quá tải

2.2.4 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA

a) tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây

Tổn thất điện năng đợc xác định theo công thức:

2

N dm

b) tổn thất điện năng trong MBA liên lạc 2 cuộn dây

Tổn thất điện năng khi MBA mang tải theo đồ thị bậc thang đợc tính nh sau:

2 24

1

i N

 Sqk SC1=SquaB+S1'= 46,77 2, 299 49,1( + = MVA)

 Sù cè 2: Háng 1 MBA liªn l¹c:

Power University

S qua K 1,4.a.SdmB

F4 F3

F2

SI Std

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng, phụ tải địa phơng, chọn điểm ngắn mạch N5, nguồn cấp là các MF và hệ thống.

S

I X

Biến đổi tam giác(Xb3,XB4,Xk) thành sao(X3,X4,X5) rồi nối tiếp (X4+XF3) và (X5+XF4)

0,19 0,175

0,658 0,555

0,19 0,175

0,658 0,555

Power University

ta có sơ đồ:

Tiếp tục ghép song song hai nhánh F12 và F34 ta đợc

2 9 10

2 9

* 0.202*1.121

0,172 0.202 1.121

+ Dòng ngắn mạch siêu quá độ: 100 5, 25

cb cb

0,19 0,175

0,658 0,555

0,19 0,175

0,658 0,555

GhÐp song song hai nh¸nh F12 vµ F4 ta cã:

7 8 9

ThiÕt kÕ m«n häc phÇn ®iÖn nhµ m¸y ®iÖn Electric Power University

-X d - 0.03

X B2

-0.19

X B3 - 0.19

X B1

-0.19

X k - 1234

N4

0,19 0,175

0,658 0,555

0,19 0,175

0,658 0,555

GhÐp sao(X1,X2,X3) thµnh tam gi¸c thiÕu(X6,X7):

S I

U

12 100

N CB B

dmK

I X

3.2.3 Tính toán ngắn mạch cho từng điểm

Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch N1:

Qua các phép biến đổi và tính toán nh ở Phơng án 1 ta sẽ rút ra đợc sơ đồ thay thế đơn giản nh sau:

- ghép nối tiếp XHT và Xdayta có: X1 =X ht +X day = 0,044 0,03 0,074 + =

- ghép nối tiếp XF1 và XB1 ta có:X2 = X F1 +X B1 = 0,19 0, 214 0, 404 + =

Do điểm ngắn mạch N1 có tính chất đối xứng về mặt hình học trên sơ đồ, nên ta có thể gập hình lại theo trục đối xứng Vì vậy ta có sơ đồ sau:

Power University

ghÐp nèi tiÕp XK/2 víi XF3 ta cã: X4 =X K/2 +X F3 = 0.065 0.214 0.279 + =

ghÐp sao(XB23,XF24,X4) thµnh tam gi¸c thiÕu(X5,X6):

6 7

* 0,137*0,55

0,11 0,137 0,55

+ Dòng ngắn mạch siêu quá độ: 100 5, 25

cb cb

cb

S I

S I

4.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối

Điều kiện để chọn sơ đồ thiết bị phân phối:

• Khi chỉ có hai mạch nguồn và mạch đờng dây thì chọn sơ đồ TBPP 1 hệ thống thanh góp có phân đoạn bằng máy cắt Nếu là TBPP quan trọng thì nên chọn loại sơ đồ hai hệ thống thanh góp.

• Khi số mạch đờng dây từ trên 2 đến 7 đối với điện áp 35kV, số mạch đờng dây từ 2 đến 5 đối với điện áp 110kV, số mạch đờng dây từ 2 đến 4 đối với

điện áp 220kV thì dùng TBPP hai hệ thống thanh góp

• Khi số mạch đờng dây từ 7 trờ lên với điện áp 35kV, số mạch từ 5 trở lên

đối với điện áp 110kV, và từ 4 trờ lên đối với điện áp 220kV thì nên dùng sơ

đồ TBPP hai hệ thống thanh góp có thanh góp đờng vòng

• Sơ đồ 1,5MC/mạch chỉ dùng cho TBPP cấp điện áp 220kV nếu có nhiều mạch và thực sự quan trọng và dùng cho TBPP cấp điện áp 500kV cho mọi tr-ờng hợp số mạch ít hay nhiều

4.2 Tính toán kinh tế- kỹ thuật chọn phơng án tối u

A PHƯƠNG áN 1

4.2.1 Vốn đầu t

Khi tính vốn đầu t của một phơng án, chỉ tính tiền mua thiết bị, tiền vận chuyển và xây lắp các thiết bị chính nh: Máy phát điện, máy biến áp, máy cắt điện ở đây chỉ tính vốn đầu t cho máy biến áp và các TBPP ( tiền mua, vận chuyển và xây lắp)

Vốn đầu t của phơng án đợc xác định nh sau:

V = VB + VTBPP

Trong đó:

VB- Vốn đầu t MBA và đợc xác định theo công thức:

VB = ∑ KB.Vb

Vb- tiền mua MBA

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

ni: số mạch của từng cấp điện áp

m- số cấp điện áp

VTBPPi: giá tiền trọn bộ cho một mạch cấp điện áp i;

Cấp điện áp,kV v TBPPi , VNĐ

Pkh- Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu t và sửa chữa, đ/năm

Pvh- Tiền vận hành VNĐ /năm

V- Tổng vốn đầu t, VNĐ

∆A- Tổn thất điện năng, kWh

C- Giá 1 đơn vị tổn thất điện năng, C = 500 VNĐ/kWh

Coi atc = akh+avh = 8,4%

P = atc.V + ∆A.C = 0,084.69,37.109 + 16347130.500 =14,014964.109 VNĐ