đồ án nhà máy điện

LỜI MỞ ĐẦU******* Điện năng là một phần không thể thiếu trong tất cả các lĩnh vực, từ công nghiệp cho tới đời sống sinh hoạt, Trong nền kinh tế đang phát triển, ngành công nghiệp điện nă

LỜI MỞ ĐẦU

*******

Điện năng là một phần không thể thiếu trong tất cả các lĩnh vực, từ công nghiệp cho tới đời sống sinh hoạt, Trong nền kinh tế đang phát triển, ngành công nghiệp điện năng càng đóng một vai trò quan trọng hơn bao giờ hết, Để xây dựng một nền kinh tế phát triển thì không thể thiếu một nền công nghiệp điện năng vững mạnh, do đó khi quy hoạch phát triển các khu dân cư, đô thị hay các khu công nghiệp… thì cần phải hết sức chú trọng vào phát triển mạnh điện, hệ thống điện ở

đó nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các khu vực đó, Hay nói cách khác, khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội thì kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, thoả mãn nhu cầu điện năng không chỉ trước mắt mà còn cho sự phát triển trong tương lai

Khi xã hội phát triển, rất nhiều các nhà máy được xây dựng, việc quy hoạch thiết kế các nhà máy điện và các trạm biến áp…là một công việc vô cùng quan trọng, Để thiết kế được một hệ thống điện trong các nhà máy điện và trạm biến áp một cách hợp lý, an toàn và đảm bảo độ tin cậy cao đòi hỏi người kỹ sư điện phải

có được trình độ và khả năng thiết kế Xuất phát từ điều đó, bên cạnh những kiến thức tiếp thu được trên giảng đường, mỗi sinh viên ngành Hệ Thống Điện đểu được giao đồ án môn nhà máy điện để thiết kế phần điện trong nhà máy điện Quá trình thực hiện đồ án giúp chúng ta có hiểu biết tổng quan nhất về hệ thống điện cũng như các thiết bị trong hệ thống,

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Hoà, cùng toàn thể các thầy cô trong khoa Hệ thống điện đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành bản

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT, ĐỀ SUẤT CÁC PHƯƠNG

ÁN NỐI DÂY

*******

Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện là rất cần thiết đảm bảo cho

hệ thống làm việc ổn định, tin cậy và đảm bảo chất lượng điện năng, Công suất do nhà máy điện phát ra phải cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải, Trong thực tế lượng điện năng luôn thay đổi do vậy người ra phải dùng phương pháp thống kê dự báo lập nên đồ thị phụ tải, nhờ đó định ra phương pháp vận hành tối ưu, chọn sơ đồ nối điện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện…Đồ thị phụ tải còn giúp ta chọn đúng công suất máy biến áp và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy khác,

1.1 Chọn máy phát điện

Theo đề bài yêu cầu thiết kế nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất là 50 MW, Tra bảng 1,1 trang 113 - Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp của PGS-TS Phạm Văn Hòa, ta chọn máy phát loại TB-50-3600 có các thông số như bảng dưới đây:

Loại MF S đm

MVA MW P d’ U đm’ n đm

v/ph cosϕ X’’ d X’ d X 2

TB φ -50-3600 62,5 50 10,5 3000 0,8 0,1336 0,1786 0,163

1.2 Tính toán cân bằng công suất

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải các cấp điện áp dưới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng Pmax và hệ số cos

ϕ của từng phụ tải tương ứng từ đó ta tính được phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến.Các tính toán được trình bày như sau:

1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

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

Trong đó:

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

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

cosϕ- hệ số công suất định mức mủa MF

Sđm∑ - tổng công suất biểu kiến định mức của nhà máy

2 Đồ thị phụ tải tự dùng

Công suất tự dùng của nhà máy NĐ phụ thuộc vào nhiều yếu tố

Như dạng nhiên liệu, loại tuabin, công suất phát của nhà máy… công suất tự dùng chiếm khoảng 5-15% tổng công suất phát, Công suất tự dùng gồm có 2 thành phần là:

• Thành phần không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy chiếm 40%

• Phần còn lại phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy chiếm 60%

Theo bài ra lượng điện phần trăm tự dùng là α = 8%ta xác định phụ tải dùng của nhà máy theo công thức:

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

Số liệu ban đầu: α=8%, cosϕ=0,83

STD(0÷4) = 8 5.50 .(0, 4 0,6. 250 ) 21, 20

100 0,83 + 5.62,5 = MVATương tự cho từng mốc thời gian ta có bảng số liệu

Đồ thị phụ tải

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

S tnm 250 250 250 250 281,25 281,25 312,50 312,50 312,50 281,25 281,25

S TD 21,20 21,20 21,20 21,20 22,65 22,65 24,10 24,10 24,10 22,65 22,65

m P

=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 thời điểm t

Số liệu ban đầu: U = 10,5 kV, Pmax = 10MW, cosϕ=0,85

SĐPmax = ax

os

m P

c ϕ =

10 11,76

Đồ thị phụ tải các cấp

Số liệu ban đầu: U = 110kV, Pmax = 120MW, cosϕ=0,89

SUTmax = ax

os

m P

120 134,83

107,8 7

107,8 7

121,3 5

121,3 5

134,8 3

121,3 5

121,3 5 107,8

7 107,87

Đồ thị phụ tải cấp trung

4 Đồ thị công suất phát về hệ thống

Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm là công suất phát bằng công suất thu, nếu không xét đến công suất tổn thất trong máy biến áp ta áp dụng công thức là

SVHT(t) = Stnm(t) – [SDP(t)+SUT(t)+SUC(t)+STD(t)]

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

Thay số liệu vào tính toán ta có được bảng sau theo từng mốc thời gian

Đồ thị công suất phát về hệ thống

1.3 Xây dựng các phương án nối dây

1 Cơ sở để đề xuất các phương án nối dây

Qua quá trình phân tích và tính toán phụ tải ở các cấp điện áp và phụ tải toàn nhà máy ta có bảng tổng kết công suất sau :

Khi phụ tải địa phương có công suất nhỏ thì không cần đến thanh góp điện áp

MF, mà chúng được cấp điện trực tiếp từ đầu cực MF, phía trên máy cắt của MBA liên lạc Vậy lúc đó, giả thiết phụ tải địa phương lấy điện từ đầu cực 2 tổ MF

⇒ vậy không cần thanh góp điện áp MF

Khi có cấp điện áp ( điện áp MF, điện áp trung, điện áp cao) thỏa mãn 2 điều kiện:

+ Lưới điện áp phía cao áp (220kV), điện áp phía trung áp (110kV) đều là trung tính trực tiếp nối đất

⇒ Dùng 2 MBA tự ngẫu làm liên lạc

Phụ tải phía điện áp trung SUTmax /SUTmin=134,83/107,87 MVA,

Mà công suất 1 tổ máy là 62,5MVA

⇒ có thể ghép từ 1 đến 2 bộ MF-MBA 2 cuộn dây lên thanh góp điện áp phía trung.

Từ những nhận xét trên, ta đưa ra các phương án như sau:

Phương án 1

Phương án 2

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

*******

2.1 phân bố công suất các cấp điện áp của MBA

1 MBA 2 cuộn dây

Công suất bộ MF-MBA 2 cuộn dây

Phân bố công suất cho MBA tự ngẫu cho các phía MBA B2,B3 theo từng thời

điểm như sau

2.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA

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

Công suất định mức được chọn theo công thức :

MBA MBA Loại

MBA MBA Loại

+ Trường hợp tải công suất từ hạ lên cao và lên trung , cuộn hạ mang tải nặng

=

1 0,552,39 = 104,78 MVAChọn máy biến áp TN loại ATДЦTH- 125 -230/121/11 có thông số

 Sự cố 1: hỏng B4 tại SUT max =134,83 MVA

Khi đó ứng với thời điểm t =(14÷16)

SVHT =142,98 MVA

SĐP= 10,59 MVA + Điều kiện kiểm tra quá tải khi sự cố

⇒ 2.1,4.0,5.125+ 57,68 =232,68 ≥ 134,83 MVA (đạt yêu cầu)

+ Phân bố công suất khi sự cố

Công suất cấp trung, hạ và cao của MBA tự ngẫu:

⇒ Máy biến áp tự ngẫu cho phép quá tải

Ta có công suất về hệ thống lúc này là 142,98 MVA, vậy công suất thiếu là:

Sthiếu = SVHT - Sbộ - 2.SCC = 142,98 - 57,68 - 2 13,81 = 57,68 MVA

Sthiếu =57,68 MVA < SDPHT = 100MVA(thỏa mãn)

 Sự cố 2: hỏng máy biến áp TN 2 tại SUT max =134,83 MVA

Ứng với thời điểm t =(14÷16)

SVHT =142,98 MVA

SĐP= 10,59 MVA

Điều kiện kiểm tra quá tải: Kqtsc.α .SđmTN+ 2Sbộ ≥SUTmax

⇒ 1,4.0,5.125+2.57,68= 202,86≥134,83MVAPhân bố công suất sự cố

SCH = 47,09 < Kqtsc α SđmTN= 1,4.0,5 125 = 87,5MVA

⇒ Máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải

Ta có công suất về hệ thống lúc này là 142,98 MVA, vậy công suất thiếu là:

1 0,552,39 = 104,78 MVAChọn máy biến áp TN loại ATДЦTH- 125 -230/121/11 có thông số

 Sự cố 1: hỏng B4 tại SUT max =134,83 MVA

Khi đó ứng với thời điểm t =(14÷16)

SVHT =142,98 MVA

SĐP= 10,59 MVA + Điều kiện kiểm tra quá tải khi sự cố

2.Kqtsc max

⇒ 2.1,4.0,5.125 =175 ≥ 134,83 MVA (đạt yêu cầu)

+ Phân bố công suất

Công suất bộ MF-MBA 2 cuộn dây:

⇒ Máy biến áp tự ngẫu cho phép quá tải

Ta có công suất về hệ thống lúc này là 142,98 MVA, vậy công suất thiếu là:

Sthiếu = SVHT - 2Sbộ - 2.SCC = 142,98 – 2.57,68 - 2 (- 15,03) = 57,68 MVA

Sthiếu =57,68 MVA < SDPHT = 100MVA

 Sự cố 2: hỏng máy biến áp TN 2 tại SUT max =134,83 MVA

Ứng với thời điểm t =(14÷16)

SVHT =142,98 MVA

SĐP= 10,59 MVA

Điều kiện kiểm tra quá tải: Kqtsc.α .SđmTN+ Sbộ ≥SUTmax

⇒ 1,4.0,5.125+57,68= 145,18≥134,83MVAPhân bố công suất sự cố

SCT = SUTmax - Sbộ = 134,83- 57,68 = 77,15 MVA

SCH = SđmF - SDPUTmax - 1

5STDmax = 62,5 - 10,59 - 1

524,1 =47,09 MVA

⇒ Máy biến áp tự ngẫu cho phép quá tải

Ta có công suất về hệ thống lúc này là 142,98 MVA, vậy công suất thiếu là:

Sthiếu = SVHT - 2.Sbộ - SCC = 142,98 - 2.57,68 – (- 30,06) = 57,68 MVA

Sthiếu =57,68 MVA < SDPHT = 100MVA

Vậy phương án 2 hoàn toàn đảm bảo quá tải bình thường và quá tải sự cố

2.3 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA

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

Do MBA mang tải bằng phẳng SBộ = 57,68 MVA trong suốt cả năm nên tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây là:

- MBA trong sơ đồ nối bộ MF-MBA phía trung áp

SCC, SCT’ SCH : công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của mỗi máy biến áp tự

ngẫu trong khoảng thời gian ti

∆PNC, ∆PNT, ∆PNH : tổn thất công suất ngắn mạch các cuộn cao, trung, hạ

∆PNT-H : tổn thất ngắn mạch giữa cuộn trung và cuộn hạ

∆PNC-H : tổn thất ngắn mạch giữa cuộc cao và cuộn hạ

∆PNC-T : tổn thất ngắn mạch giữa cuộn cao và cuộn trung

ta tính toán cụ thể như sau

vậy tổng tổn thất điện năng trong máy biến áp là

∆AΣ= 2.∆ATN + ∆AB1 + 2.∆AB4,5

= 2.1 188 758,669 + 2 315 874,93+2 2 789 819,91= 10 273 032,09kWh

Phương án 2

37, 49 2 38,075 2 33 369,802

365 85.8760 145.3 299,967 145.22 202,675 435.3

vậy tổng tổn thất điện năng trong máy biến áp là

∆AΣ= 2.∆ATN + 2.∆AB1,5 + ∆AB4

= 2.1 170 073,129 + 2.2 315 874,93+ 2 789 819,91= 9 761 761,028 kWh

Tổng tổn thất điện năng của 2 phương án

Phương án 1 10 273 032,09 kWh

Phương án 2 9 761 761,028 kWh

Xét về mặt tổn thất ta thấy phương án 2 tốt hơn phương án 1

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

*******

3.1 Phương án 1

1.Chọn điểm ngắn mạch

Ta chọn 5 điểm ngắn mạch như hình vẽ

• Điểm ngắn mạch N1: để chọn khí cụ điện cho cấp cao áp 220 kV, nguồn cấp gồm hệ thống điện và mọi máy phát điện của nhà máy.

• Điểm ngắn mạch N2: để chọn khí cụ cho cấp trung áp 110 kV, nguồn cấp gồm

hệ thống và mọi máy phát điện của hệ thống

• Điểm ngắn mạch N3, N3’: để chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện Nguồn cấp cho điểm ngắn mạch N3 là hệ thống và các máy phát điện trừ máy phát F2 Nguồn cấp cho điểm ngắn mạch N3’ chỉ có máy phát F2

• Điểm ngắn mạch N4 : để chọn khí cụ cho mạch tự dùng, nguồn cấp là hệ thống

và toàn bộ máy phát điện

155, 29.2 156, 47.2 140,15.2 141,32.2

156, 477051,006

Tra bảng với dây nhôm lõi thép và Tmax = 7051,006 h có Jkt = 1 A/mm2

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

lvbt kt

Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài cho phép

Điện kháng đối với đường dây là 0,413 Ω/ km

Ta có điện kháng của đường dây

dmB H

cb HT

N

S X

X5 = X4 // X4 = 0,379/2 = 0,190

X6 = X3 // X3 = 0,368/ 2 = 0,184

S X

Tra đường cong tính toán ta có

Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy

• t = 0, XttF =0,403 ⇒ "

F

I∗ =2,45

" " 62,5.5

2, 45 1,922( )

3 3.230

dmF kA

3 3.230

dmF kA

S X

X8 = XC2 // XC3 = 0,092/2 = 0,046

Biến đổi Y(X1,X2,X8) thành tam giác thiếu (X11,X12)

S X

Tra đường cong tính toán ta có

Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy

3 3.115

dmF kA

S X

c Ngắn mạch N 3

Biến đổi tính toán như phần a ta được sơ đồ sau

X5 = X4 // X4 = 0,379/2 = 0,190

11 2

13 '

H H

S X

Tra đường cong tính toán ta có

Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy

3 3.11

dmF kA

S X

S X

3 3.11

dmF kA

XD= 0,035Điện kháng máy biến áp B5,B1

XB1= XB5 = 0,190 Điện kháng máy biến áp B4

XB4 =0,167Điện kháng máy biến áp tự ngẫu

2 3

% 19,5 100 0,156

cb HT

N

S X

S X

Tra đường cong tính toán ta có

Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy

3 3.230

dmF kA

S X

Dòng ngắn mạch tổng tại N1

" " "

( ) ( ) ( )

3, 012 2,628 5,64( )3,14 1,796 4,936( )

X20 = X4 // X6 = 0,379.0,184 0,124

0,379 0,184 =

+

X8 = XC2 // XC3 = 0,092/2 = 0,046

Biến đổi Y(X1,X16,X8) thành tam giác thiếu (X21,X22)

S X

Tra đường cong tính toán ta có

Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy

• t = 0, XttF =0,288 ⇒ I F∗"= 3,35

" " 62,5.5

3,35 2,628( )

3 3.115

dmF kA

3 3.115

dmF kA

S X

H H

S X

Tra đường cong tính toán ta có

Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy

3 3.11

dmF kA

S X

S X

3 3.11

dmF kA

I"

kA

I(∞) kA

Ixk kA

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT CHỌN

PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

*******

4.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối

Dựa vào yêu cầu phụ tải, vị trí của nhà máy trong hệ thống điện cũng như đặc điểm, chế độ làm việc của nhà máy điện, sơ đồ phân bố công suất mà ta chọn sơ đồ nối điện của nhà máy một cách hợp lý đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật như: tin cậy, linh hoạt, an toàn và chỉ tiêu kinh tế

Sơ đồ TBPP 2 hệ thống thanh góp vòng chỉ được sử dụng tốt khi các máy cắt hay hư hỏng, vì vậy sơ đồ đó ít được sử dụng do các máy cắt ngày càng tốt hơn Ta

ưu tiên sử dụng sơ đồ TBPP hệ thống 2 thanh góp

+ Phía 10,5 kV: không dùng hệ thống thanh góp điện áp máy phát

Sơ đồ thiết bị trạm phân phối ngoài trời

+ Phía 10,5 kV: không dùng hệ thống thanh góp điện áp máy phát.

Sơ đồ thiết bị trạm phân phối ngoài trời

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

1 Vốn đầu tư

Một cách gần đúng chỉ tính vốn đầu tư xây dựng MBA và các TBPP Chi phí

để xây dựng phân phối dựa vào số mạch của TBPP ở cấp điện áp tương ứng Vốn đầu tư của một phương án là:

V =VB+ VTBPP

Trong đó

VB: vốn đầu tư MBA với VB=∑ K V B. b

KB: hệ số tính đến chi phí vận chuyển và xây lắp MBA tra bảng 4.1 trang 56 sách thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp- PGS Phạm Văn Hòa

Vb: tiền mua MBA

VTBPP: vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối tính theo công thức

- Hai MBA tự ngẫu loại ATДЦTH – 125 MVA cấp điện áp 220 kV

Giá mỗi cái là 185.103 rúp ⇒ Vb1 = 2.185.103.50.103 = 18,5.109đ

- Một MBA 3 pha 2 cuộn dây TPДЦH – 63 MVA cấp điện áp 220 kV

Giá mỗi cái là 109 103 rúp ⇒ Vb2 = 109 103 50.103 =5,45.109đ

- Hai MBA 3 pha 2 cuộn dây TPДЦH – 63 MVA cấp điện áp 110 kV

Giá mỗi cái là 91 103 rúp ⇒ Vb3 = 2 91 103 50.103 =9,1.109đ

- Hai MBA tự ngẫu loại ATДЦTH – 125 MVA cấp điện áp 220 kV

Giá mỗi cái là 185.103 rúp ⇒ Vb1 = 2.185.103.50.103 = 18,5.109đ

- Hai MBA 3 pha 2 cuộn dây TPДЦH – 63 MVA cấp điện áp 220 kV

Giá mỗi cái là 109 103 rúp ⇒ Vb2 = 2.109 103 50.103 =10,9.109đ

- Một MBA 3 pha 2 cuộn dây TPДЦH – 63 MVA cấp điện áp 110 kV

Giá mỗi cái là 91 103 rúp ⇒ Vb3 = 91 103 50.103 = 4,55.109đ

3 Lựa chọn phương án tối ưu

(10 9 đ)

Chi phí vận hành (10 9 đ/năm)

CHƯƠNG V: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN

Lúc bình thường SCCmax = 49,395 MVA

Khi sự cố bên bộ MF-MBA: SCCmax = 15,03 MVA

Khi sự cố một máy biến áp : SCCmax = 8,34 MVA