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

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT – CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂYI.chọn máy phát điện.. Nhờ vào đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn phương án nối dây hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuậ

THIẾT KẾ MÔN HỌC PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN

- Nhà máy kiểu thủy điện gồm 5 tổ máy x 60MW

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

1 phụ tải địa phương cấp điện áp 10,5kV: Pmax=8MW,Cos =0,85.Biến thiên phụ tải ghi trên bảng.Tại địa phương dùng máy cắt hợp bộ với Icắt=21 kA và

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

2 Phụ tải cấp diện áp máy trung 110kV: Pmax=70MW,Cos =0,9.Gồm 1 kép x 70MW.Biến thiên phụ tải ghi trên bảng

3 Phụ tải cấp điện áp cao 220kV: Pmax=90MW,Cos =0,88.Gồm 1 kép x

90MW.Biến thiên phụ tải ghi trên bảng

4 Nhà máy nối với hệ thống 220kV bằng đường dây kép dài 90 km.Công suất hệthống(không kể nhà máy đang thiết kế):2500MVA;công suất dự phòng của hệ thống :110 MVA;điện kháng(công suất) ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệthống: xHT*=0,95;

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT – CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

I.chọn máy phát điện.

Chất lượng điện năng là một yêu cầu quan trọng của phụ tải Để đảm bảo chất lượng điện năng tại mỗi thời điểm, điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lượng điện năng tiêu thụ Vì điện năng ít có khả năng tích lũy nên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện rất quan trọng, trong thực

tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi việc nắm được quy luật biến thiên cuar đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế vàvận hành Nhờ vào đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn phương án nối dây hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Ngoài

ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suât các máy biến áp và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau

Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy thủy điện có tổng công suất đặt là 300 MW gồm

có 5 tổ máy phát công suất 60MW cung cấp cho các phụ tải sau : phụ tải địa

phương điện áp 10,5 kV,phụ tải cấp trung áp 110 kV và phát về hệ thống với cấp điện áp 220 kV

Ta chọn máy phát điện loại CB-505/190-16T có các thông số sau:

ax % os

Pmax : công suất của phụ tải cực đại tính bằng ( MW)

Cosφtb : hệ số công suất trung bình của từng phụ tải

II tính toán phụ tải và cân bằng công suất

1 Phụ tải địa phương ( 10,5kV)

Phụ tải dịa phương của nhà máy có điện áp 10,5kV,công suất cực đại Pmax= 8 MW, Cosφ=0,85 : Gồm 3 kép x 2MW x 2 km và 2 đơn x 1MW x 2km Để xác định đồ thị phụ tải địa phương phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho nhờ công thức :

)

%(

)

Cos

P t

% 80 8 ) 4 0

Số liệu ban đầu Pmax= 300 MW,Cos =0,9.

3 Đồ thị phụ tải phía trung(110kV)

Theo đồ án đã cho Pmax= 70 MW và Cosφtb=0,90 , gồm 1 kép x 70 MW Để xác định đồ thị phụ tải phía trung áp phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đãcho nhờ công thức :

)

%(

)

Cos

P t

S UT





Kết quả tính toán theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-2 và dồ thị phụ tải phía trung

4 Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao ( 220kV).

Theo đồ án đã cho Pmax=90 MW , Cosφtb=0,88, gồm 1 kép x 90 MW

Để xác định đồ thị phụ tải phía cao áp phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày nhờ công thức :

)

%(

)

Cos

P t

90 90 )

Ta tính tương tự cho các thời điểm tiếp theo kết quả ghi ở bảng sau :

Phụ tải tự dùng của toàn nhà máy :

Trong việc thiết kế cho nhà máy thủy điện,công suất điện tự dùng phần trăm thấp hơn nhiều so với nhiều nhà máy nhiệt điện,chi chiếm từ 0,8% đến 1,5% công suất định mức máy phát.Phần tự dùng của nhà máy thủy điện gồm 2 phần tự dùng

chung và tự dùng riêng cho từng tổ máy phát.Trong đó công suất cho tự dùng

chung chiếm đa phần công suất tự dùng của toàn nhà máy,mà phần tự dùng chung không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy.Do vậy công suất tự dùng cho nhà máy thủy điện coi như không đổi theo thời gian và được xác dịnh theo công thức sau:

92,045

39 , 4 82 , 0 100

60 5 2 , 1

Do nhà máy thiết kế có nhiệm vụ ngoài nhiệm vụ cung cấp điện năng cho các

phụ tải phía trung áp, cao áp và phụ tải địa phương thì lượng còn lại sẽ cung cấp về

0 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24100

254,78

162,045

70

III : Lựa chọn phương án nối điện chính

Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy điện Sơ đồ nối điện hợp lí không những đem lại lợi ích kinh tế

lớn lao mà còn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật

Trong các thiết bị điện của nhà máy và trạm biến áp các khí cụ điện được nối lại với nhau thành sơ đồ điện, yêu cầu của sơ đồ điện là làm đảm bảo độ tin cậy, cấu tạo đơn giản, vận hành linh hoạt, kinh tế và an toàn cho người do vậy chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những khâu quan trọng trong quá trình thiết kế

% 075 , 7 67 , 6 2

41 , 9

Giá trị công suất này nhỏ hơn 15% công suất định mức của một tổ máy phát Dovậy để cung cấp điện cho phụ tải địa phơng đợc an toàn, liên tục trong các phơng

án nối dây đa ra khụng cần phải có thanh góp điện áp máy phát.Phụ tải điện ỏpđược lấy trực tiếp từ đầu cực mỏy phỏt

_ Lưới phớa cao (220kV) và lưới phớa trung (110kV) là lưới trung tớnh trực tiếp nốiđất và

c

T c

 Ta sử dụng 2 mỏy biến ỏp tự ngẫu làm liờn lạc

– Mỏy biến ỏp liờn lạc là mỏy biến ỏp tự ngẫu nờn để nâng cao tính đảm bảo cungcấp điện cho phụ tải cấp điện áp 110kV ta có thể ghộp 1 đến 2 bộ mỏy phỏt – mỏybiến ỏp hai cuộn dõy lờn thanh gúp điện ỏp phớa trung.Ta cú 2.SđmF =2.66,7 >

Sdp=110MVA nờn ta khụng phải ghộp chung 2 mỏy biến ỏp

– Nhà máy thiết kế ngoài việc cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp và

tự dùng còn phát về hệ thống một lợng công suất đáng kể SVHTmax = 157,455MVA

thống (khụng kể nhà mỏy đang thiết kế) là 2500MVA.Cụng suất dự phũng là110MVA

– Từ các nhận xét trên ta thấy rằng nhà máy cần thiết kế ngoài việc đảm bảo cungcấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp nó còn có ý nghĩa quan trọng đối với toàn hệthống, lợng công suất phát về hệ thống khá lớn nên nó có ảnh hởng trực tiếp tới độ

ổn định của hệ thống Vì vậy trong quá trình đề xuất các phơng án nối dây cần chú

ý tới tầm quan trọng của nhà máy với hệ thống

Từ nhận xột trờn đõy ta cú thể đề xuất một số phương ỏn như sau :

1 Phương ỏn I

Nhận xét : Trong phương án này ta dùng hai bộ máy biến áp phát ở phía trung

áp Còn dùng ba máy phát để cung cấp điện cho thanh cái 220kV, trong đó có máy phát F1 với máy biến áp 2 cuộn dây B1 để phát điện lên thanh cái 220kV còn máy biến áp tự ngẫu B2, B3 dùng để liên lạc 3 cấp điện áp với nhau

Ưu điểm : Ta thấy thanh cái trung áp 110kv có hai máy phát F4, F5, máy biến

áp B4, B5 cấp lên với Sđm = 2.66,7 = 133,4 ( MVA ) thì phụ tải S UTmax  77MVA

màS UTmax 62 , 2MVA

 Như vậy lượng công suất thừa chuyển sang thanh cái cao làm cho phía cao tải công suất lớn mặc dù hạ và trung chỉ tải đến công suất tính toán Dung lượng máy biến áp nhỏ hơn

Đảm bảo kinh tế, kỹ thuật, cung cấp điện liên tục, vận hành đơn giản

Nhược điểm : gây tổn hao công suất lớn.

2 Phương án II

Nhận xét : trong phương án này ta dùng hai bộ máy biến áp B1, B2 máy phát điện

F1, F2 làm việc song song với nhau cung cấp lên thanh góp cao áp 220 kV và hai

cặp F3, F4 máy biến áp B3, B4 làm việc song song, trong đó hai máy biến áp tự

ngẫu B3, B4 làm nhiệm vụ liên lạc giữa 3 cấp điện áp với nhau

Ưu điểm : lượng công suất truyền tải qua cuộn trung nhỏ nên tổn thất công suất

nhỏ

Nhược điểm : thiết kế như vậy thì sẽ không cân bằng công suất giữa các pha với

nhau

3 Phương án III

Nhận xét : đối với phương án này thì bên trung áp hai bộ máy phát – máy biến áp

F4, F5 và B4, B5 làm việc song song còn bên 220 kV ta cho ba bộ máy phát – máy

biến áp F1, F2, F3 và B1, B2, B3 làm việc song song và để liên lạc giữa 3 cấp điện

áp với nhau ta dùng hai máy biến áp B6, B7

Ưu điểm : vẩn đảm bảo cung cấp điện liên tục.

Nhược điểm : theo phương án này ta thấy có mặt hạn chế hơn là về cách đấu phức

tạp hơn, vốn đầu tư cho máy biến áp nhiều hơn, tổn thất nhiều hơn về cả về kỹ

thuật lẫn vận hành so với hai phương án trên

 Tóm lại : qua những phân tích trên ta để lại phương án I và phương án II để tính

toán so sánh cụ thể hơn về kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối

ưu cho nhà máy điện

CHƯƠNG II CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

I Chọn MBA cho các phương án

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

- Điện áp phía đầu ra khá ổn định, chỉ yêu cầu điều chỉnh phía cao của bộ và việc điều chỉnh này chỉ bằng điều chỉnh dòng kích từ máy phát nên không phải chọn MBA điều chỉnh dưới tải  về kinh tế rẻ và vận hành đơn giản

- Chỉ cần máy cắt phía cao của bộ vì hỏng một trong hai ( MBA hoặc

MF ) thì hỏng cả bộ, dẫn đến cắt cả bộ

- Công suất định mức MBA được chọn

SđmB ≥ SđmF = 66,7 MVA

 Chọn MBA TДЦ có SđmB = 80 MVA có các thông số

Loại MBA Sđm ( MVA) UC ( kV) UH ( kV) ΔPPo( kW) ΔPPN( kW) UN% Io%

2) MBA liên lạc

 Mang tải Phía 110kV

 Chọn MBA TДЦH có SđmB = 80 MVA có các thông số

Loại

MBA Sđm ( MVA) UC ( kV) UH ( kV) ΔPPo( kW) ΔPPN( kW) UN% Io%

 Phía 220kV

- bằng phẳng ( do yêu cầu phụ tải phía cao, trung, hạ không bằng

phẳng và do khi bộ đã mang tải bằng phẳng thì phần còn lại là tự ngẫu phải mang tải không bằng phẳng )

- Mang tải không bằng phẳng, lại liên quan đến nhiều cấp điện áp, nếu chỉ dùng điều chỉnh dòng kích từ thì chưa đủ mà phải huy động đến điều chỉnh dưới tải của MBA

 phải chọn MBA có điều chỉnh dưới tải

- Các cấp điện áp của MBA liên lạc đều phải có máy cắt để đảm bảo việc vận hành linh hoạt:

+ Để loại MBA đó khỏi hệ thống khi sự cố

+ Khi mất điện một phía, chỉ phía đó mất điện, hai phía còn lại vẫn liên lạc với nhau

- Công suất định mức MBA được chọn

max thua dmB 1S

 Phân bố công suất cho các MBA trong chế độ làm việc bình thường

- MBA 2 dây quấn

Sb1 = Sb4 = Sb5 = SđmF – 1/5.Stdmax

= 66,7 – 1/5 4,39 = 65,822 MVA

- MBA liên lạc

1 2

m TD

S

=66,7- 9, 41

2

-4,39 5 = 61,117 MVA

SCC = SCH - SCT =61,117 – 5,979 = 55,138 MVA

 SCH = 61,117 MVA < Stt = 80 MVA

Vậy máy biến áp không bị quá tải

- Công suất thiếu

Sthiếu = ( Svht+ Suc ) – ( Sb1 + 2 SCC )

= ( 157,455 + 100 ) - ( 65,822 + 2 55,138)

= 81,357 MVA < Sdp = 110 MVA

1.2.tính tổn thất điện năng của MBA

 Tổn thất điện năng trong MBA bộ B1

* Ph¬ng ¸n I cã tæng tæn thÊt ®iÖn n¨ng cña c¸c m¸y biÕn ¸p trong mét n¨m lµ : AI = AB2 + AB3 + AB1 + AB4 +AB5

=2 1562062,445+ 2,598.10 6 +2.2,451.10 6 = 10624124,89 (KWh)

1.3.tính dòng điện cưỡng bức của các mạch

2.0,88 3.230 = 0,128 (kA)

- Phía cao của máy biến áp liên lạc B2,B3

+ Chế độ làm việc bình thường : SUCmax = 102,27 (MVA)

Vậy dòng cưỡng bức cực đại của mạch phía 220kV là:ICB(220) = 0,396 (kA)

- Khi sự cố 1 MBA bộ B4 dòng qua mạch lớn nhất là:

- Khi sự cố MBA B2 hay B3 dòng qua mạch là:

→ Icb5 = 1,05.Ibt5 = 1,05.4,278 =4,492 (kA)

B.Phương án II.

 Phân bố công suất cho các MBA trong chế độ làm việc bình thường

- MBA 2 dây quấn

 5

1 2

m TD

S

=66,7- 9, 41

2

-4,39 5 = 61,117 MVA

SCC = SCH - SCT =61,117 – 38,89 = 22,227 MVA

 SCH = 61,117 MVA < Stt = 80 MVA

Vậy máy biến áp không bị quá tải

- Công suất thiếu

Sthiếu = ( Svht+ Suc ) – ( Sb1 + Sb2 + 2 SCC )

= ( 157,455 + 100 ) - ( 65,822 + 65,822+ 2 22,227)

= 81,357 MVA < Sdp = 110 MVA

1.2 Tính tổn thất điện năng của MBA

 Tổn thất điện năng trong MBA bộ B1,B2

822 , 65 320 80

822 , 65 310 70

* Ph¬ng ¸n II cã tæng tæn thÊt ®iÖn n¨ng cña c¸c m¸y biÕn ¸p trong mét n¨m lµ :

AII = AB1 + AB2 + AB3 + AB4 +AB5

Ibt(2) =

max

2 3

HT S

2.0,88 3.230 = 0,128 (kA)

- Phía cao của máy biến áp liên lạc B3,B4

+ Chế độ làm việc bình thường : SUCmax = 102,27 (MVA)

- Khi sự cố 1 MBA bộ B4 dòng qua mạch lớn nhất là:

- Khi sự cố MBA B2 hay B3 dòng qua mạch là:

→ Icb5 = 1,05.Ibt5 = 1,05.4,278 =4,492 (kA)

CHƯƠNG III

SO SÁNH KINH TẾ KỸ THUẬT - CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Mục đích của việc tính toán kinh tế- kĩ thuật là để chọn được phương án hợp lý nhất trong các phương án đang xét,cần phải tiến hành so sánh một cách tổng hợp

cả về mặt kinh tế và kĩ thuật giữa các phương án:

Phương pháp tính toán về mặt kỹ thuật như đã biết ở phần đề xuất các phương án (là đảm bảo linh hoạt,an toàn ).Về mặt kinh tế ta chọn theo chi phí tính toán thấp nhất

3.1 Chọn sơ bộ máy cắt và dao cách ly

* Việc chọn máy cắt điện được tiến hành sau khi ta biết dòng điện cưỡng bức và dòng ngắn mạch cho từng điểm cần xác định.Đối với cấp điện áp cao 220kV và trung 110kV ta chỉ cần chọn một loại máy cắt điện và dao cách ly chung cho từng cấp điện áp

- Máy cắt điện được chọn theo điều kiện sau:

+ Loại máy cắt diện: máy cắt không khí hoặc máy cắt SF6

* Dao cách ly được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

+ Loại dao cách ly trên cùng một cấp điện áp ta chọn cùng một loại dao cách ly.+ Điện áp định mức: UđmCL > Uđmmang

+ Dòng điện định mứcIđmCL >Icb (là dòng cưỡng bức của máy cắt)

+Kiểm tra ổn định nhiệt : Inh >Bn

+Kiểm tra ổn đinh động:Iodd >ixk = 2 1,8.IN”

Tên mạch điện

3.2 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối.

a.chọn cho phương án I.

- Cấp điện áp cao 220kV có 3 lộ đường dây đến từ 2 máy biến áp tự ngẫu và 1

máy biến áp bộ ,có 4 lộ đường dây ra gồm 1 đường dây kép nối với hệ thống và 1 đường dây kép cung cấp điện áp cho phụ tải cao áp

Vậy ta chọn sơ đồ cho phía điện áp cao là sơ đồ hệ thống 2 thanh góp.

- Cấp điện áp 110kV ta có 4 lộ đường dây vào từ 2 MBA tự ngẫu và 2 máy biến

áp bộ.Có 4 lộ đường dây ra gồm 1 đường dây kép và 2 đường dây đơn cấp điện ápcho phụ tải trung áp

Vậy tổng số mạch của phía điện áp trung 110kV là 8 mạch nên ta dùng sơ đồ hai

hệ thống thanh góp có thanh góp đường vòng

3.3 Tính toán kinh tế kĩ thuật chọn phương án tối ưu

Để tính toán kinh tế kĩ thuật cho một phương án ta cấn tính đến vốn đầu tư và phítổn vận hành hàng năm.Khi so sánh các phương án để có đầy đủ cơ sở thuyết phụcphương án thiết kế là tối ưu ta cần so sánh phương nào có chỉ tiêu kinh tế cao hơn

Về mặt cơ sở lý luận,để luận chứng kinh tế các phương án ta xét một cách đơn giảnnhất nghĩa là ta chỉ xét tới các phần tử khác nhau trong 2 phương án ,cụ thể làMBA ,máy cắt,trong đó phương án nào có chi phí tính toán thấp nhất thì sẽ kinh tếnhất

Như vậy chỉ tiêu kinh tế cơ bản cần xét là vốn đầu tư và phí tổn vận hành hàngnăm được xác định như sau:

3.3.1.vốn đầu tư.

3.3.1.1.phương án I.

* Vốn đầu tư cho MBA.

vB : Giá tiền mua MBA

MBA 2cuộn dây

MBA tựngẫu

MBA 2cuộn dây

 VTBPP = 103 ( 5 80 + 5 50 + 2 30 ) = 710.103USD

= 710.103 15.103 = 10,65 109 VNĐ

3.3.1.2.Phương án II

* Vốn đầu tư cho MBA.

vB : Giá tiền mua MBA

MBA 2cuộn dây

MBA tựngẫu

MBA 2cuộn dây

110 kV : 50.103 USD/1Mạch10,5 kV : 30.103 USD/1Mạch-Cấp điện áp 110 kV dùng sơ đồ hệ thống hai TG + TG vòng (do số mạch >3 )-Cấp điện áp 220 kV dùng sơ đồ hệ thống hai TG có MC liên lạc (do số mạch <5 )

Với + V là vốn đầu tư của phương án

+ a là định mức khấu hao và cho a =8,4%

YLSC:chi phí phục vụ thiết bị (sửa chữa thường xuyên +lương công nhân)ngoài ra

YLSC phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại thiết bị,…Chi phí này không đáng kể sovới tổng chi phí Mặt khác nó cũng khác nhau rất ít giữa các phương án cần sosánh do vậy ta bỏ qua chi phí này

Y∆A: chí phí tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện

Y∆A =β*∆AVới ∆A : tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị +MBA

β =550 (đồng/kWh):giá thành điện năng trung bình trong hệ thống điện

Từ kết quả tính toán kinh tế cho 2 phương án ta so sánh tổng hợp hai phương án:

2 1

Y Y

V V





= 8, 691 8,89648, 25 48,94

Ta thấy T=3,366 <Tđm= 8,vậy ta chọn phương án I là phương án tối ưu dùng đểthiết kế.

CHƯƠNG IV: TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Mục dích của việc tính toán ngắn mạch là để phục vụ cho việc chọn khí cụdiện,máy cắt,dao cách ly và các bộ phận có dòng điện chạy qua,các thanh