Thiết kế phần điện trong nhà máy điện

Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng Công suất tự dùng của nhà máy NĐ phụ thuộc vào nhiều yếu tố dạng nhiênliệu, loại tuabin, công suất phát của nhà máy… và theo đề

THIẾT KẾ MÔN HỌC PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY ĐIỆN

Họ tên sinh viên: Kim Thị Hương

Lớp: D2H3 Ngành: Hệ thống điện

Cán bộ hướng dẫn: PGS_TS Phạm Văn Hòa

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT , ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN

NỐI DÂY

*************

1.1 Chọn máy phát điện

Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi (NĐNH) gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy công suất

100(MW), ta chọn máy phát điện đồng bộ tuabin hơi:TBФ-100-2 có các thông số

ghi trong bảng số liệu sau:

dm,kA

''

x d x d' x d x2 x0

TBФ-100-2 117,5 100 10,5 3000 0,85 6,475 0,183 0,263 1,79 0,223 0,095

1.2 Tính toán cân bằng công suất

1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

Để vẽ được đồ thị phụ tải toàn nhà máy, ta cần xác định công suất phát của toàn

nhà máy tại từng thời điểm

Công suất phát của toàn nhà máy xác định theo công thức sau:

( ) %( ) 100

: Công suất định mức của 1 tổ máy phát, (MVA)

Với công suất định mức của 1 tổ máy phát là:

10÷12 12÷14 14÷1

6

16÷18

18÷20

20÷22 22÷24

Stnm 470 470 470 470 528,7

5 528,75 578,5 578,5 578,5 528,75 528,75

Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy

1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng

Công suất tự dùng của nhà máy NĐ phụ thuộc vào nhiều yếu tố( dạng nhiênliệu, loại tuabin, công suất phát của nhà máy…) và theo đề bài thì chiếm 7% tổngcông suất phát của toàn nhà máy(α=7%).Công suất tự dùng gồm 2 thành phần:thànhphần thứ nhất(chiếm khoảng 40%) không phụ thuộc vào công suất phát của nhàmáy, phần còn lại(chiếm khoảng 60%) phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy.Công suất phụ tải tự dùng được xác định theo công thức sau:

: Lượng điện phần trăm tự dùng α% 7%=

Thay số vào công thức, ta có bảng biến thiên công suất phụ tải tự dùng:

Biểu đồ phụ tải địa phương

b) Phụ tải cấp điện áp máy trung cấp 110(kV)

SUT 181,818 163,636 163,636 145,455 145,455

Biểu đồ phụ tải cấp điện áp trung

c) Phụ tải cấp điện áp cao 220(kV)

Biểu đồ phụ tải cấp điện áp cao

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

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

SDP(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 tự dùng của nhà máy tại thời điểm t, (MVA)

Phía thanh góp cao(TGC) đồng thời cấp điện cho phụ tải điện áp phía cao vàphát công suất thừa về hệ thống

Công suất phụ tải thanh góp cao áp tại thời điểm t là STGC(t) được tính như sau:

S TGC t =S VHT t +S UC t

Từ công thức tính toán và các số liệu, ta có bảng tổng kết sau:

Nhận xét

Nhà máy chủ yếu cung cấp điện cho phụ tải phía trung áp, cao áp và phát về hệthống Công suất cung cấp cho phụ tải địa phương và tự dùng là nhỏ so với côngsuất phát ra của toàn nhà máy

+++++ Biểu đồ phụ tải công suất phát về hệ thống

1.3 Đề xuất các phương án nối điện

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

Phương án nối điện chính của nhà máy điện là 1 khâu hết sức quan trọng trongquá trình thiết kế phần điện nhà máy điện.Căn cứ vào kết quả tính toán phụ tải vàcân bằng công suất ở trên và dựa vào 7 nguyên tắc sau:

Các nguyên tắc :

• Nguyên tắc 1: Trong sơ đồ nối điện có hay không có thanh góp điện áp máy phát.Không được phép kích điện trực tiếp từ đầu cực máy phát quá 15% so với công suấtđịnh mức của máy phát.Khi phụ tải địa phương có công suất nhỏ thì không cần

thanh góp điện áp máy phát, mà chúng được cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát,phía trên máy cắt của MBA liên lạc.

- Nếu

ax 100% 15%

2.

m

S DP

S dmF >

thì có thanh góp điện áp máy phát

• Nguyên tắc 2: Nếu trong sơ đồ nối điện có thanh góp điện áp máy phát thì phải chọn

số lượng tổ máy phát ghép lên thanh góp sao cho khi 1 tổ máy có công suất lớn nhất

bị sự cố, thì các tổ máy còn lại vẫn đảm bảo cấp điện cho các phụ tải địa phương vàphụ tải tự dùng của chúng

• Nguyên tắc 3: Chọn máy biến áp liên lạc

- Nếu chỉ có 2 cấp điện áp(không có phụ tải phía trung) thì dùng 2 MBA hai cuộn dâylàm máy biến áp liên lạc

- Nếu có 3 cấp điện áp: thỏa mãn 2 điều kiện sau thì chọn 2 máy biến áp tự ngẫu làmmáy biến áp liên lạc.Không thỏa mãn thì dùng MBA 3 cuộn dây

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

• Nguyên tắc 5: Mặc dù có 3 cấp điện áp, nhưng công suất phụ tải phía trung quá nhỏthì không nhất thiết phải dùng MBA ba cấp điện áp làm MBA liên lạc.Khi đó coiphía trung như 1 phụ tải bình thường được kích điện trực tiếp từ đầu cực máy pháthoặc từ thanh góp (TBPP) phía điện áp cao

• Nguyên tắc 6: Có thể MBA liên lạc không nhất thiết phải nối với máy phát.Nếu cânđối tốt giữa phụ tải và các bộ MF-MBA 2 cuộn dây thì dùng MBA liên lạc nối cấpcao, trung và cấp cho phụ tải địa phương

• Nguyên tắc 7: Đối với nhà máy điện có công suất 1 tổ máy nhỏ, có thể ghép chung 2máy phát với 1 MBA nếu thỏa mãn điều kiện sau:

S dmF S dp

Trong đó:

S dp

: là công suất dự phòng của hệ thống điện (MVA)

1.3.2 Đề xuất các phương án sơ đồ nối điện cụ thể

Nhà máy NĐNH có 5 tổ máy công suất 5x117,5 (MVA)

Cấp điện áp Địa phương

m

S DP

Nên cần thanh góp điện áp máy phát

Phụ tải địa phương được cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát phía trên là máycắt của MBA liên lạc

- Do nhà máy có công suất lớn và có 3 cấp điện áp( 10,5kV; 110kV; 220kV )

Lưới điện áp phía trung và phía cao đều có trung tính nối đất trực tiếp và có

hệ số có lợi

220 110

0,5220

Nên dùng 2 MBA tự ngẫu làm liên lạc

- Vì MBA liên lạc là 2 MBA tự ngẫu Ta có:

max

181,818min 145, 455

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

*****************

 Phương án 1:

Sơ đồ nối điện của phương án 1

Tính toán cụ thể

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

Việc phân bố công suất cho các máy biến áp cũng như cho các cấp điện áp củachúng được tiến hành theo nguyên tắc cơ bản sau: Phân bố công suất cho MBAtrong sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ, phần thừathiếu còn lại đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công phát bằng công suất thu(phụ tải), không xét đến tổn thất trong máy biến áp Nguyên tắc này đưa ra để đảmbảo vận hành đơn giản, không cần chọn MBA trong sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộndây loại không điều chỉnh dưới tải, làm hạ vốn đầu tư đáng kể

Sau đây, em sẽ cụ thể hóa nguyên tắc cơ bản trên việc phân bố công suất choMBA trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây và máy biến áp liên lạc

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

Để đảm bảo vận hành trong vận hành và kinh tế, các máy biến áp hai cuộndây trong sơ đồ bộ MF-MBA ( B1, B4, B5) vận hành với đồ thị bằng phẳng suốtnăm như sau:

2.1.2 Máy biến áp liên lạc

Sau khi phân bố công suất cho MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBAhai cuộn dây, phần công suất còn lại do MBA liên lạc (tức MBA tự ngẫu) đảm nhận

và được xác định trên cơ sở cân bằng công suất, không xét đến tổn thất trong MBA Phân bố công suất cho các phía MBA liên lạc B2, B3 theo từng thời điểm:

Giờ SUT(t),

MVA

SUC(t),MVA

SVHT(t),MVA

Sbo,MVA

SCT(t),MVA

SCC(t),MVA

SCH(t),MVA

2.2Chọn loại và công suất định mức của MBA trong sơ đồ nối điện

2.2.1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộn dây

a) Loại máy biến áp 2 cuộn dây: 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 và được điều chỉnh trực tiếp bằng tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của

máy phát.Vậy ta chọn loại máy biến áp không điều chỉnh dưới tải

2.2.2 Máy biến áp liên lạc

a) Loại máy biến áp liên lạc: Các phía cảu máy biến áp liên lạc mang tải không

bằng phẳng, nên có nhu cầu điều chỉnh điện áp tất cả các phía Nếu dùng

TĐK thì chỉ điều chỉnh được phía hạ, nên cần có kết hợp với điều chỉnh dưới

tải của MBA liên lạc thì mới điều chỉnh điện áp được tất cả các phía Vậy tachọn loại MBA liên lạc là Máy biến áp tự ngẫu , có điều chỉnh dưới tải

b) Công suất định mức:

Hệ số có lợi:

220 110

0,5220

U C

Vậy chọn MBA liên lạc B2,B3 - ATDCTH-250 cấp điện áp 230/121/11 (kV)

Ta có các thông số của máy biến áp liên lạc tự ngẫu B2, B3 sau:

c) Kiểm tra quá tải của máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố

Quá tải sự cố cho phép tối đa là:

Xét 2 sự cố làm máy biến áp còn lại mang tải nặng nề nhất:

- Sự cố 1: Hỏng 1 bộ MF-MBA bên trung (MBA B4) tại thời điểm

Sơ đồ nối điện:

Điều kiện kiểm tra quá tải:

- Phân bố công suất khi xảy ra sự cố:

Vậy máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải

- Công suất thiếu :

S thieu = MVA <S dp = MVA

Vậy hệ thống làm việc bình thường, đáp ứng đủ công suất bị thiếu khi xảy ra sự cố

 Sự cố 2 : Hỏng 1 MBA liên lạc tự ngẫu B3 tại thời điểm

ax

m

S UT

Ta có bảng số liệu sau:

Giờ S max

UT

,MVA

Sơ đồ nối điện

- Kiểm tra điều kiện quá tải:

ax k qt dmTN sc.S S boB4 S boB5 S UT m

- Phân bố công suất khi xảy ra sự cố:

Vậy máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải

- Công suất thiếu :

S thieu = MVA <S dp = MVA

Vậy hệ thống làm việc bình thường ,đáp ứng đủ công suất bị thiếu khi xảy ra sự cố

Do đó, các máy biến áp đã chọn đều đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

2.3 Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp

2.3.1 Trường hợp tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây

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

Tính toán tương tự với các máy biến áp còn lại, ta có bảng tổng kết sau:

Máy biến áp ΔP0, kW ΔPN, kW SdmB, MVA ΔA, MWh Cấp điện áp

2.3.2 Trường hợp tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu B2, B3

Ta có bảng thông số của máy biến áp B2, B3 như sau:

kW

ΔPN,kW

Vì máy biến áp mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trưng cho cả năm,

Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu B2, B3 là:

 Phương án II :

Sơ đồ nối điện phương án II

Tính toán cụ thể

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

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

Để đảm bảo vận hành trong vận hành và kinh tế, các MBA hai cuộn dây trong sơ

đồ bộ MF-MBA ( B1, B4, B5) vận hành với đồ thị bằng phẳng suốt năm như sau:

2.1.2 Máy biến áp liên lạc

Phân bố công suất cho các phía MBA liên lạc B2, B3 theo từng thời điểm:

2.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA trong sơ đồ nối điện

2.2.1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộn dây

a Loại máy biến áp 2 cuộn dây: Tương tự phương án 1

b Công suất dịnh mức: SdmB ≥ SdmF =117,5 (MVA)

Vậy ta chọn máy biến áp B1, B4 là loại TDC-125 cấp điện áp 242/10,5 (kV)

Máy biến áp B5 là loại TDC-125 cấp điện áp 121/10,5 (kV)

Bảng thông số các MBA đã chọn như sau:

2.2.2 Máy biến áp liên lạc

Công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu phải thỏa mãn điều kiện sau:

1.1.117,5 2350,5

Vậy chọn MBA liên lạc B2,B3 -ATDCTH-250 cấp điện áp 230/121/11 (kV)

Ta có các thông số của máy biến áp liên lạc tự ngẫu B2, B3 sau:

,kW

ΔPN,kW

I0% UN% Cấp điện áp, kV

- Kiểm tra quá tải của máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố

Quá tải sự cố cho phép tối đa là:

1, 4

sc k

qt =

với điều kiện làm việc không quá 6giờ trong ngày, và không được quá 5 ngày đêm liên tục

Xét 2 sự cố làm máy biến áp còn lại mang tải nặng nề nhất:

- Sự cố 1: Hỏng 1 bộ bên trung (MBA B4) tại thời điểm

ax

m S UT

- Sự cố 2: Hỏng 1 MBA tự ngẫu B3 tại thời điểm phụ tải trung cực đại

ax

m

S UT

Tính toán cụ thể cho từng trường hợp sự cố

 Sự cố 1: Hỏng 1 bộ MF-MBA bên trung (B5) tại thời điểm

Sơ đồ nối điện:

- Điều kiện kiểm tra quá tải:

Ta thấy

350 MVA ≥S UT m = 181,818 MVA

(thỏa mãn)Vậy máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố trong trường hợp này không bị quá tải

- Phân bố công suất khi xảy ra sự cố:

( )

1 ax 1 .181,818 90,909

Vậy máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải

- Công suất thiếu :

S thieu = MVA <S dp = MVA

Vậy HT làm việc bình thường, đáp ứng đủ công suất bị thiếu hụt khi xảy ra sự cố

 Sự cố 2 : Hỏng 1 MBA liên lạc tự ngẫu B3 tại thời điểm

ax

m

S UT

Ta có bảng số liệu:

Sơ đồ nối điện

- Kiểm tra điều kiện quá tải:

ax k qt dmTN sc.S S boB5 S UT m

Ta thấy

284, 265 MVA ≥S UT m = 181,818 MVA

(thỏa mãn) Vậy máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố trong trường hợp này không bị quá tải

- Phân bố công suất khi xảy ra sự cố:

Vậy máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải

- Công suất thiếu :

Vậy HT làm việc bình thường và đáp ứng đủ công suất bị thiếu hụt khi xảy ra sự cố

2.3 Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp

2.3.1 Trường hợp tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây

2.3.2 Trường hợp tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu B2, B3

Tương tự như phương án 1, ta có bảng số liệu sau:

SCH(t),MVA

BMWh

3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối

3.1.1 Phương án I:

1 Cấp điện áp cao 220kV

- Có 3 lộ đến từ hai MBA B2, B3 và 1 bộ MF-MBA hai cuộn dây B1

- Có 6 lộ ra gồm: 1 đường dây kép nối với hệ thống và 2 đường dây képcung cấp điện cho phụ tải phía cao áp

Nên ta chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phía cao áp là sơ đồ hệ thống 2 hệthanh góp có thanh góp vòng

2 Cấp điện áp trung 110kV

- Có 4 lộ đến từ hai MBA B2, B3và hai bộ MF-MBA hai cuộn dây B4, B5

- Có 3 lộ ra gồm: 1 đường dây kép và 2 đường dây đơn cấp điện cho phụ tảiphía trung áp

Nên ta chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phía trung áp là sơ đồ hệ thống hai

hệ thanh góp

3.1.2 Phương án II:

a Cấp điện áp cao 220kV

- Có 4 lộ đến từ hai MBA B2, B3 và hai bộ MF-MBA hai cuộn dây B1, B4

- Có 6 lộ ra gồm: 2 đường dây kép cấp điện cho phụ tải phía cao áp và 1đường dây kép nối với hệ thống

Nên ta chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phía cao áp là sơ đồ hệ thống 2 hệthanh góp có thanh góp vòng

b Cấp điện áp trung 110kV

- Có 3 lộ đến từ hai MBA B2, B3 và 1 bộ MF-MBA hai cuộn dây B5

- Có 4 lộ ra gồm: 2 đường dây đơn và 1 đường dây kép cấp điện cho phụ tảiphía trung áp

Nên ta chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phía trung áp là sơ đồ hệ thống hai hệthanh góp

Ta có sơ đồ thiết bị phân phối cho cả 2 phương án như sau:

3.2 Tính toán kinh tế- kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

Để chọn ra phương án tối ưu thì phải đảm bảo 2 yêu cầu kỹ thuật và kinh tế:

- Yêu cầu kỹ thuật: Xây dựng sơ đồ thanh góp cho từng phương án tiếnhành phân tích sơ bộ

- Yêu cầu đảm bảo tính kinh tế: Lập hàm chi phí tính toán

+ Chi phí vốn đầu tư V: MBA , MC

Khi tính vốn đầu tư của một phương án, chỉ tính tiền mua thiết bị, tiền vậnchuyển và xây lắp các thiết bị như máy phát điện, máy biến áp, máy cắt, kháng điệnphân đoạn Một cách gần đúng có thể chỉ tính vốn đầu tư cho máy biến áp và cácTBPP (bao gồm tiền mua,vận chuyển và xây lắp) Chi phí xây dựng các thiết bịphân phối dựa vào số mạch của TBPP ở cấp điện áp tương ứng, chủ yếu do loại máycắt quyết định Như vậy vốn đầu tư của một phương án như sau:

V = VMBA + VTBPP

Trong đó : VMBA :Vốn đầu tư MBA

VMBA= ∑KBi VBi

KB : Hệ số tính đến chi phí vân chuyển và xây lắp MBA

Hệ số này phụ thuộc vào điện áp và công suất định mức của MBA

VTBPP :Vốn đầu tư xây dựng thiêt bị phân phối,

Cấp 10,5kV: giá thành mỗi không có kháng là: 15.103.50.103=0,75.109(đ)

• Tính toán chi phí vận hành hằng năm

P= ( akh+avh ).V + β

.∆A=P1+P2

Trong đó: V: vốn đầu tư

P1: chi phí khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sữa chữa lớn ; (đ/năm)

P2 : chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong MBA; (đ/năm)

β : giá thành trung bình điện năng trong hệ thống điện ; (đ/kWh)

∆A :tổn thất điện năng hàng năm trong MBA ; (kWh)

(đ) Máy biến áp B2 và B3 là 2 máy biến áp công suất SdmB2=SdmB3=250(MVA) cấpđiện áp 220kV có giá thành mỗi máy là:

Giá thành cho các mạch máy cắt ở các cấp điện áp là:

- Phía 220kV có 11 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 3,5.109 (đ/ mạch)

- Phía 110kV có 9 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,55.109 (đ/ mạch)

- Phía 10,5kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,75.109 (đ/ mạch)Nên vốn đầu tư cho thiết bị phân phối ở phương án I là:

a Chi phí vốn đầu tư máy biến áp của phương án II là: VII

• Vốn đầu tư máy biến áp

II

V B

MBA (B1,B4) là 2 MBA công suất định mức SdmB1 =SdmB4=125(MVA) cấpđiện áp 220kV có giá thành là:

1, 4.104.50.10 7, 28.10 5

Giá thành cho các mạch máy cắt ở các cấp điện áp là:

- Phía 220kV có 12 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 3,5.109 (đ/ mạch)

- Phía 110kV có 8 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,55.109 (đ/ mạch)

- Phía 10,5kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,75.109 (đ/ mạch)Nên vốn đầu tư cho thiết bị phân phối ở phương án II là: