đồ án tốt nghiệp thiết kế phần điện trong nhà máy điện

Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chương trình của ngành hệ thống điện, em được nhà trường và bộ môn Hệ thống điện giao nhiệm vụ thiết kế gồm nội dung sau: Thiết kế phần điện tron

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành điện giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân Trong cuộc sống điện rất cần cho sinh hoạt và phục vụ sản xuất Với sự phát triển của xã hội đòi hỏi phải có thêm nhiều nhà máy điện mới đủ để cung cấp điện năng cho phụ tải

Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chương trình của ngành hệ thống điện, em được nhà trường và bộ môn Hệ thống điện giao nhiệm vụ thiết kế gồm nội dung sau:

Thiết kế phần điện trong nhà máy thủy điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ là 55 MW cấp điện cho phụ tải địa phương 10,5kV, phụ tải điện áp trung 110kV, phụ tải điện áp cao 220kV

và phát vào hệ thống 220KV

Sau thời gian làm đồ án với sự lỗ lực của bản thân, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy

cô giáo trong khoa, các bạn cùng lớp Đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS Vũ Hoàng Giang đến nay em đã hoàn thành bản đồ án Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý bổ sung của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án của em ngày càng hoànthiện hơn

Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất!

Sinh viên thực hiện

Trần Đức Liêm

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

CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

I.1 Chọn máy phát điện

Theo yêu cầu của đề bài ta phải thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện gồm 4 tổ máy x 55 MW Nhà máy điện cung cấp điện cho phụ tải địa phương có Uđm= 22 kV, phụ tải trung áp là 110 kV và phụ tải cao áp và phát về hệ thống ở cấp điện áp 220 kV Do đã biết số lượng và công suất của từng tổ máy ta chỉ cần chú ý một số điểm sau:

+ Chọn điện áp của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòng ngắn mạch ở các cấp điện áp sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại khí cụ điện sẽ giảm thấp

+ Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như việc vận hành nên chọn các máy phát điện cùng loại

Từ đó tra trong bảng phụ lục được loại máy phát sau:

I.2 Tính toán cân bằng công suất.

I.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy.

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

dm

PS

P%(t) – phần trăm công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

cosφdm – hệ số công suất định mức của máy phát

Ptnm(t) – công suất tác dụng của toàn nhà máy tại thời điểm t

Và tổng công suất phát toàn nhà máy phải bằng tổng công suất tiêu thụ:

 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 phương tại thời điểm t

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

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

STD(t) – công suất tự dùng của nhà máy

dm

PS

Bảng 1-1:

Hình 1-1: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

t(h) 50

Std(t)=α.SmaxNM=0,011.275=3,025 (MVA)

I.2.3 Đồ thị phụ tải địa phương cấp điện áp máy phát U F (10,5 kV)

Phụ tải địa phương của nhà máy có điện áp 10,5 kV, công suất cực đại PmaxUF=14MW,cosφ=0,82; gồm 2 kép x 3 MW x 5 km và 4 đơn x 2 MW x 3 km Để xác định đồ thị phụ tải địa phương phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức:

UF(t) UF(t)

I.2.4 Đồ thị phụ tải trung áp (110 kV)

Phụ tải cấp điên áp trung UT=110kV có: Pmax110=74 MW, cosφ110=0,83, gồm:

2 hộ loại I x 25MW và 2 hộ loại III x 12MW Để xác định đồ thị phụ tải trung áp ta phải dựa vào sự biến thiên phụ tải hằng ngày và dựa vào công thức:

110 T(t )

Hình 1-3: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung.

I.2.5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao U C

Phụ tải cấp điện áp cao UC=220kV có: Pmax220=86 MW, cosφ220=0,84, gồm:

1 hộ loại I x 50 MW và 3 hộ loại III x 12 MW Để xác định đồ thị phụ tải cao áp ta phải dựa vào sự biến thiên phụ tải hằng ngày và dựa vào công thức:

220 C(t )

Hình 1-4: Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao.

I.2.6 Đồ thị công suất phát về hệ thống.

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:

S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) Stnm  DP  UT  UC  TD  VHT(t)

Hay: SVHT(t) S (t) tnm  S (t) S (t) S (t) S (t)DP  UT  UC  TD 

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

SDP(t) – công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t (hay SUF(t))

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

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

STD(t) – công suất tự dùng của nhà máy

Áp dụng công thức trên ta tính toán được bảng số liệu sau:

t(h)

I.2.7 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

Bảng cân bằng công suất toàn nhà máy:

Hình 1-6: Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy.

I.3 Đề xuất các phương án nối điện

Phương 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 Từ quá trình tính toán ở trên ta có một số nhận xét sau:+ Ta biết nguyên tắc để sơ đồ nối điện không cần có thanh góp điện áp máy phát là:

P

24,83% 15%

điện chính của nhà máy sẽ có thanh góp điện áp máy phát

+ Do các cấp điện 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp, mặt khác hệ số có lợi

α < 0,5 nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp

điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống

Từ những nhận xét trên ta có thể đề xuất một số phương án nối điện sau:

1.Phương án I:

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP.

II.1 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CÁC CẤP ĐIỆN ÁP CỦA MBA.

II.1.1 Phương án 1:

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

Phân công suất cho MBA trong sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ, phần thừa thiếu còn lại do MBA liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát bằng công suất thu( phụ tải), không xét đến tổn thất trongMBA

Công suất của MBA này được tính theo công thức sau:

Phân bố công suất cho các phía của MBA B2, B3 theo từng thời điểm như sau:

CH CC CT

S (t) S (t) S (t) Trong đó: SUT(t), SUC(t): Công suất phụ tải điện áp trung, cao tại thời điểm t

SCT(t), SCC(t), SCH(t): Công suất các phía trung, cao, hạ của MBA tại thời điểm t

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

SboT, SboC: Công suất bộ phía trung và phía cao

Kết quả tính toán phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 được cho trong bảng sau :

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

Tương tự như phương án 1 ta có công suất của MBA này là:

II.2 CHỌN LOẠI VÀ CÔNG SUẤT ĐỊNH MỨC CỦA MBA.

II.2.1 Phương án 1.

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

a) Loại MBA hai cuộn dây B1 không có điều chỉnh dưới tải

MBA này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ Như vậy, chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp và được điểu chỉnh trực tiếp 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:

dmB1 dmF

Đối với MBA này không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi một trong hai phần tử MF hay MBA bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố Cũng chính vì lí do này chỉ cần dùng máy cắt (MC) phía cao áp là đủ, phía hạ áp chỉ dùng dao cách ly(DCL) phụ cho sửa chữa

2) Chọn máy biến áp tự ngẫu B2, B3 :

Là loại MBA có điều chỉnh dưới tải Khi đó công suất định mức của MBA được chọn theo biểu thức sau:

Loại

MBA

SđmMVA

I0%

PN

T

H

C- H

T- T

H T- H

C-ATдцHTH 125 230 121 11 75 290 - - 11 31 19 0,6

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

Máy biến áp liên lạc B2 và B3 :

Quá tải bình thường:

Từ bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu ta thấy công suất qua cáccuộn dây của máy biến áp tự ngẫu đều nhỏ hơn công suất tính toán :

Stt = STNđm = 0,5.125 =62,5 MVAVậy trong điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp tự ngẫu B2, B3 không bị quá tải

Ta có phân bố công suất khi sự cố:

Khi đó phải có: K SSCqt ha 1, 4.61,16 85,624 .SdmB 0,5.125 62,5 (MVA)

 MBA thỏa mãn điều kiện không bị quá tải

Trong khi đó công suất cần phát lên hệ thống là SVHT = 66,775 MVA, vì vậy lượng côngsuất còn thiếu là:

Trong khi SdtHT=2%.15000=300 (MVA) > Sthieu

Vì lượng công suất này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống không

bị mất ổn định

=> MBA đảm bảo điều kiện kĩ thuật

Sự cố 2: hỏng một MBA tự ngẫu (TN) B3 tại thời điểm phụ tải trung cực đại.

 1,4.0,5.125+67,994=155,494 ≥ 89,16 MVA => Thỏa mãn điều kiện

Ta có phân bố công suất khi sự cố:

Khi đó: Sha Smaxthua SmaxCH 87,5 (MVA)

Và K SSCqt ha 1, 4.87,5 122,5 .SdmB 0,5.125 62,5 (MVA)

 MBA thỏa mãn điều kiện không bị quá tải

Trong khi đó công suất cần phát lên hệ thống là SVHT = 66,775 MVA, vì vậy lượng côngsuất còn thiếu là:

Trong khi SdtHT=2%.15000=300 (MVA) > Sthieu

Vì lượng công suất này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống không

bị mất ổn định

=> MBA đảm bảo điều kiện kĩ thuật

Sự cố 3: hỏng một MBA tự ngẫu (TN) B3 tại thời điểm phụ tải trung cực tiểu.

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

MBA hai cuộn dây B3, B4 là loại không có điều chỉnh dưới tải

Trường hợp này giống như MBA B4 ở phương án 1 nên:

Chọn máy biến áp B3, B4 phía trung áp với các thông số kĩ thuật sau:

Loại

MBA

SđmMVA

TPдцHH 80 115 10,5 70 310 10,5 0,55

2) Chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2 :

Cũng như phương án 1 điều kiện chọn MBA tự ngẫu B1, B2 như sau:

Loại

MBA

SđmMVA

I0%

PN

T

H

C- H

T- T

H

C- H

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

Máy biến áp liên lạc B1 và B2 :

Quá tải bình thường:

Từ bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu ta thấy công suất quacuộn dây hạ áp của máy biến áp tự ngẫu đều nhỏ hơn công suất tính toán :

Stt = STNđm = 0,5.125=62,5 MVACòn các cuộn dây nối tiếp và cuộn dây chung tải được công suất định mức Sdm=125 MVA.Vậy trong điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp tự ngẫu B1, B2 không bị quá tải

=> 2.1,4.0,5.200+80=360≥89,16 MVA => Thỏa mãn điều kiện

Ta có phân bố công suất khi sự cố:

Khi đó phải có: K SSCqt ha 1, 4.61,16 85,624 .SdmB0,5.125 62,5 (MVA)

 MBA thỏa mãn điều kiện không bị quá tải

Trong khi đó công suất cần phát lên hệ thống là SVHT = 66,775 MVA, vì vậy lượng côngsuất còn thiếu là:

Trong khi SdtHT=2%.15000=300 (MVA) > Sthieu

Vì lượng công suất này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống không

bị mất ổn định

=> MBA đảm bảo điều kiện kĩ thuật

Sự cố 2: hỏng một MBA tự ngẫu (TN) B2 tại thời điểm phụ tải trung cực đại.

 1,4.0,5.125+2.67,994=223,488 ≥ 89,16 MVA => Thỏa mãn điều kiện

Ta có phân bố công suất khi sự cố:

Vậy chế độ truyền tải trong trường hợp này của MBA tự ngẫu là tải công suất từ phía trung

và hạ lên phía cao Khi đó cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất Do đó ta chọn giá trị công suất của cuộn nối tiếp Snt để tính

Và K SSCqt nt 1, 4.67,164 94,03 .SdmB 0,5.125 62,5 (MVA)

 MBA thỏa mãn điều kiện không bị quá tải

Trong khi đó công suất cần phát lên hệ thống là SVHT = 66,775 MVA, vì vậy lượng côngsuất còn thiếu là:

Trong khi SdtHT=2%.15000=300 (MVA) > Sthieu

Vì lượng công suất này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống không

bị mất ổn định

=> MBA đảm bảo điều kiện kĩ thuật.

Sự cố 3: hỏng một MBA tự ngẫu (TN) B2 tại thời điểm phụ tải trung cực tiểu.

S 13,66 (MVA);SUT minUC 92,14 (MVA);SUT minVHT 12,345 (MVA)

Ta có phân bố công suất khi sự cố:

Vậy chế độ truyền tải trong trường hợp này của MBA tự ngẫu là tải công suất từ phía trung

và hạ lên phía cao Khi đó cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất Do đó ta chọn giá trị công suất

của cuộn nối tiếp Snt để tính

Và K SSCqt nt 1, 4.76,079 106,511 .SdmB 0,5.125 62,5 (MVA)

 MBA thỏa mãn điều kiện không bị quá tải

II.3 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA.

II.3.1 Phương án 1

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

a Tính tổn thất điện năng hằng năm trong MBA B4

Vì đầu bài ra MBA mang tải bằng phẳng Sbo cả năm (8760 giờ) nên tổn thất điện năng

được xác định theo công thức sau:

Trong đó: P , P0  N  tổn thất công suất không tải, ngắn mạch trong MBA

b Tính tổn thất điện năng hằng năm trong MBA B1

Tương tự MBA B4 ta có tổn thất điện năng trong MBA B1:

2) Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu B2, B3.

Để tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu trước hết ta phải tính tổn thất công suất

ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau:

  hệ số có lợi của MBA tự ngẫu; C T

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

Tính tổn thất điện năng hằng năm trong MBA B3, B4

Vì đầu bài ra MBA mang tải bằng phẳng Sbo cả năm (8760 giờ) nên tổn thất điện năng

được xác định theo công thức sau:

Trong đó: P , P0  N  tổn thất công suất không tải, ngắn mạch trong MBA

2) Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu B1, B2.

Để tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu trước hết ta phải tính tổn thất công suất

ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau:

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH.

Trong hệ thống điện nói chung và các nhà máy điện nói riêng, các khí cụ điện và dây dẫncần làm việc đảm bảo an toàn kinh tế ở chế độ bình thường, đồng thời chịu được những tácđộng cơ, nhiệt lớn khi có sự cố, đặc biệt trong sự cố ngắn mạch Việc tính toán dòng điệnngắn mạch nhằm giúp cho việc chọn đúng các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy đảm bảo

các tiêu chuẩn về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch xảy ra Vì vậy phải chọnđiểm ngắn mạch sao cho dòng ngắn mạch qua các khí cụ điện và dây dẫn là lớn nhất Do đótrong chương này ta tính toán ngắn mạch cho từng phương án với dạng ngắn mạch để chọnkhí cụ điện là ngắn mạch ba pha.

Sử dụng phương pháp đường cong tính toán để tính dòng ngắn mạch

3.1 Tính điện kháng các phần tử trong sơ đồ thay thế

Chọn đại lượng cơ bản : Scb = 100 MVA

 Ucb = Utbđm

Dòng cơ bản ở cấp điện áp máy phát : Ucb1 = 10,5 (kV)

Dòng cơ bản ở cấp điện áp trung : Ucb2 = 115 (kV)

Dòng cơ bản ở cấp điện áp cao : Ucb3 = 230 (kV)

i 0 max

Tra bảng với dây nhôm lõi thép và Tmax = 5060,24 (h) ta được Jkt = 1 A/mm2

Tiết diện của đường dây nối nhà máy với hệ thống :

3

2 lvbt

kt kt

Ta chọn dây AC-120 có X0 = 0,423 /km, Icp = 380 (A)

Kiểm tra dây đã chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép : I’

cp  IcbTrong đó :

- Icb là dòng làm việc cưỡng bức : Icb = 2.Ilvbt = 2.113 =226 A

TNdm H

+ Khi sự cố một máy biến áp liên lạc B3

Ta có phân bố công suất:

Loại kháng Udm, kV Idm, A XK, Ω Id.dm, kA Inh.dm, kA

Ta có:

3 Kdm

 - Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch máy phát điện, chọn hai điểm ngắnmạch N4 hay N’4 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N’4 là máy phát F1 Nguồn cung cấpcho điểm ngắn mạch N4 là hệ thống và nhà máy, trừ máy phát F1 Trong hai điểm ngắn mạchnày, 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 ngắn mạch N6,MBA B2 và máy phát F2 nghỉ( phương án 1) hay MBA B1 và máy phát F1 nghỉ (phương án2), nguồn cấp là các MF còn lại của nhà máy và hệ thống Dễ thấy:

IN6=IN3 – I’N4

 - Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng, phụ tải địa phương chọn điểmngắn mạch N5 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch này là hệ thống và các máy phát điện

Ta có : IN5 = IN4 + I’N4

3.3 Tính toán ngắn mạch cho các phương án

3.3.1 Tính toán ngắn mạch cho phương án 1

a.Tính toán ngắn mạch tại điểm N 1

Lập và biến đổi sơ đồ thay thế :

X 7 0,092

X 5 0,092

X 9 0,131

X 10 0,262

X 6 0,156

X 8 0,156

X 4

0,262

X 11 0,209

X 13 0,262

X 12 0,262

X 2 0,048

Tính dòng ngắn mạch tại điểm N 1 ở các thời điểm t = 0 và t =

b Tính toán ngắn mạch tại điểm N 2

Lập và biến đổi sơ đồ thay thế :

Điểm ngắn mạch N2 có tính chất đối xứng, sau khi thu gọn sơ đồ ta có :

Ta cũng có các giá trịX1 X24 khi tính ngắn mạch giống N1:

Từ ta có sơ đồ tương đương:

X190,393

N2

HT

X210,0533

F1,2,3

X280,382

X270,382

X260,382

X 27 0,382

HT

X 30 0,503

F1,2,3

X 31 0,144

X 19 0,393

Tính dòng ngắn mạch tại điểm N 2 ở các thời điểm t = 0 và t =

X F

0,172

X HT 1,042

d Tính toán ngắn mạch tại điểm N’ 4

Nguồn cấp chỉ là máy phát F2 và sơ đồ thay thế sau:

e Tính toán ngắn mạch tại điểm N 4

Lập và biến đổi sơ đồ thay thế :

IXK(kA)

B3 B1

Lập và biến đổi sơ đồ thay thế :

Ta vẫn dùng các giá trị điện kháng đã sử dụng ở phương án 1:

b Tính toán ngắn mạch tại điểm N 2

Lập và biến đổi sơ đồ thay thế :

Áp dụng sơ đồ tính toán tại điểm N1 ta có sơ đồ: