DO AN môn học nhà máy điện

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT LƯẠ CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 1.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT: 1.1.1:Chọn máy phát: Số tổ máy phát điện: 4x100MW Nhà máy là nhà máy nhiệt điện có công suất 400MW.  Ta chọn loại máy phát: TB1002 có các thông số sau : Lo¹i m¸y ph¸t Th«ng sè ®Þnh møc §iÖn kh¸ng t­¬ng ®èi n vph S MVA P MW U kV cos  I kA X’’d X’d Xd TB1002 3000 117,65 100 10,5 0,85 6,475 0,183 0,263 1,79 1.1.2 : Tính toán cân bằng công suất: 1. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy: Nhà máy có nhiệm vụ phát công suất tổng theo biểu đồ (theo %Pmax): Vì vậy ta có bảng và đồ thị phụ tải toàn nhà máy như sau : T 07 714 1420 2024 P% 70 70 100 70 P(t) MW 300 320 400 300 S(t) MVA 375 400 500 375 Bảng 1.1

Lời Nói Đầu

Năng lợng mà cụ thể là điện năng ngày càng đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, giao thông vận tải ,y tế, giáo dục và đời sống sinh hoạt con ngời Điện năng đợc sản xuất ở nhà máy điện và đợc truyền tải, cung cấp cho các hộ tiêu thụ.

Để hiểu rõ đợc tầm quan trọng của điện năng và nắm bắt đợc các chế độ vận hành của nhà máy ,vận hành tốt nhà máy trong các điều kiện bình thờng cũng

nh trong các chế độ sự cố thì ng … ời kĩ s cần phải có kiến thức chuyên môn thật tốt và đội ngũ các chuyên gia góp phần không nhỏ Là một sinh viên nghành hệ thống điện thì việc làm những đồ án nh thế này sẽ giúp ích cho chúng em rất nhiều cho việc làm đồ án tốt nhgiệp sắp tới và trong công tác sau này Bởi lẽ Thiết kế nhà máy điện là một khâu rất quan trọng trong hệ thống điện, việc thiết

kế phần điện trong nhà máy điện là một công việc rất phức tạp, nó bao gồm nhiều yếu tố mang tính độc lập cao và đòi hỏi ngời thiết kế phải nắm bắt một cách tổng quan công việc mình làm và phải vận dụng một cách sáng tạo những kiến thức đã tích cóp đợc trong học tập và trên thực tế cũng nh những ảnh hởng của các yếu tố bên ngoài đến thiết kế, thi công công trình, vận hành.

Để hoàn thiện đợc đồ án môn học này, em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong bộ môn hệ thống điện, đặc biệt là thầy hớng

Do còn hạn chế về những kinh nghiệm thực tế nên đồ án chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đợc sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các thầy cô để đồ án đợc hoàn thiện hơn.

- 1 -

Nhà máy là nhà máy nhiệt điện có công suất 400MW.

 Ta chọn loại máy phát: TBΦ-100-2 có các thông số sau :

1.1.2 : Tính toán cân bằng công suất:

1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy:

100

)

%(

)

NM =

Σ

Nhà máy có nhiệm vụ phát công suất tổng theo biểu đồ (theo %Pmax):

Vì vậy ta có bảng và đồ thị phụ tải toàn nhà máy như sau :

T(h)

8 12 14 20 24

Hình 1.1: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

2 Đồ thị tính toán tự dùng toµn nhµ m¸y :

Nhà máy là loại nhà máy nhiệt điện cho nên công suất tự dùng của nhà máy được tính bằng công thức:

dmF

tNM td

dmF td

S

t S P

t

S 0,4 0,6 ( )

cos

.100

%)(

ϕα

Với đầu bài cho αtd= 7%

Từ công thức trên ta có được bảng sau:

P i

ϕ

=

a Đồ thị tính toán phụ tải địa phương (đồ thị phụ tải máy phát):

Với Pmax= 16,8 MW; cosϕ=0,8;

áp dụng công thức trên ta có bảng và đồ thị sau: Bảng 1.3

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát.

b Đồ thị phụ tải điện áp trung áp 110kV:

Với Pmax= 215 MW cosϕ=0,8 ;

14

S(MVA)

T(h)

Công thức tính toán công suất phát về hệ thống:

SvềHT(t)= StoànNM(t) – [ Sđph(t) + SUT(t) + SUC(t) + Std(t)]

Với SUC(t) = 0 do nhà máy không có phụ tải phía cao

Các số liệu của các phụ tải khác được tính ở trên ta có bảng tính công suất phát về

375

76.3

48.1

97.1169.8215.6106.6

29.75 STD

2117.8

T(h)

phát công suất về hệ thống (cao áp 220kV),

Từ đồ thị phụ tải phía trung áp: STmax/STmin=268.75/201.56 => ta sử dụng 1 bộ máy phát- máy biến áp 2 cuộn dây phía trung áp 110kV, công suất còn lại do các máy tự ngẫu liên lạc đảm nhiệm

2 Xây dựng các phương án nối dây:

Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Số lượng máy phát điện nối vào thành góp điện áp máy phát phải thỏa mãn điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất, các máy phát còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ cho các phụ tải ở điện áp máy phát và phụ tải điện áp trung áp (trừ phần phụ tải do các bộ hoặc các nguồn khác nối vào thanh góp điện áp trung có thể cung cấp được)

- Công suất mỗi bộ máy phát điện – máy biến áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống

- Chỉ được ghép bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này; có như vậy mới tránh được trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải chuyển qua hai lần máy biến áp làm tăng tổn hao và gây quá tải cho máy biến

áp ba cuộn dây Đối với máy biến áp tự ngẫu liên lạc không cần điều kiện này

- Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ, để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từ các

bộ máy phát điện – máy biến áp, nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được vượt quá 15% công suất của bộ

- Máy biến áp 3 cuộn dây chỉ nên sử dụng khi công suất truyền tải qua cuộn dây này không nhỏ hơn 15% công suất truyền tải qua cuộn dây kia Đây không phải là điều quy định mà chỉ là điều cần chú ý khi ứng dụng máy biến áp ba cuộn dây Do đó nếu công suất truyền tải qua một cuộn dây nào đó quá nhỏ sẽ không tận dụng được khả năng tải của nó

- Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc tự ngẫu làm liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết bị phân phối sẽ phức tạp hơn

- Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai máy biến áp phía điện áp trung và cao đều có trung tính trực tiếp nối đất (U≥110kV)

- 6 -

- Khi công suất tải trên điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì phải đặt

ít nhất hai máy biến áp

- Không nên nối song song máy biến áp hai cuộn dây với máy biến áp 3 cuộn dây

vì thường không chọn được hai máy biến áp có tham số phù hợp với điều kiện để vận hành song song

Ch¬ng 2

TÍNH TOÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP

- 10 -

1 Chọn công suất máy biến áp:

-Bộ máy phát điện – máy biến áp 2 cuộn dây: Để lựa chọn kinh tế ta chọn máy biến

áp không điều chỉnh dưới tải

Áp dụng công thức:

đmF

td đmF

n

S S

S ≥ − max ≈

Do máy phát điện có SđmF = 125 MVA

=> Chọn máy biến áp TДЦ 125 - 121/10,5 có các thông số như sau:

- 11 -

∆P= 100.kW ; ∆P = 400.kW ; I %= 0,5

Trong việc lựa chọn bộ máy phát điện – máy biến áp ta không cần kiểm tra điều kiện

sự cố do mỗi bộ máy phát điện – máy biến áp nếu hỏng sẽ loại bỏ cả bộ mà không vận hành thiết bị còn lại trong bộ

-Máy biến áp tự ngẫu liên lạc có điều chỉnh dưới tải

Trong sơ đồ này như ta đã chọn ở phần trước thì đây là dạng sơ đồ không có thanh góp do vậy ta sử dụng công thức sau để lựa chọn công suất tự ngẫu:

• Phân bố công suất:

+ Phân bố công suất:

Cuộn trung áp: SCT = ½(STmax – Sbộ) = 76.3MVA

Bảng 2.1.2

SthiÕu -22.31 -47.31 1.90 51.90 98.750 26.113 26.113 -22.313

b Sự cố hỏng 1 máy tự ngẫu tại thời điểm STmax :

• Điều kiện: Sbộ=SđmMF -Std /4 =125-35/4=116.25 MVA

Công thức: Kqtảisc.α.SđmTN + 2Sbộ = 407.5 ≥ STmax = 268.75 MVA

• Phân bố công suất cho tự ngẫu:

Cuộn trung áp: SCT = STmax – 2.Sbộ = 36.25 MVA

Kqtảisc.α.SđmTN + 2Sbộ = 407.5 ≥ STmin = 201.6 MVA

• Phân bố công suất cho tự ngẫu:

Cuộn trung áp: SCT = STmin – 2.Sbộ = -30.94 MVA

Cuộn hạ áp: SCH = SđmF – SUF - Stdmax/4 = 102.338 MVA

Cuộn cao áp: SCC = SCH – SCT = 133.275 MVA

Công suất đi từ phía cuộn hạ và cuộn trung vào cuộn cao, cuộn cao mang tải lớn nhất

- 13 -

.t

Bộ máy phát – máy biến áp có ∆P0 = 100kW, ∆PN = 400 kW

Ta có bảng sau (tính trong 1 ngày)

t S

S P S

P S

P

2

2 2

a Chọn công suất máy biến áp:

Tương tự như phương án I ta cũng chọn máy phát điện có SđmF= 125 MVA

=> Chọn máy biến áp TДЦ 125 - 121/10,5 có các thông số như sau:

∆P0= 100.kW ; ∆PN= 400.kW ; I0%= 0,5 ;UN =10.5%

Và máy biến áp TДЦ 125 - 242/10,5 có các thông số như sau:

∆P0= 115.kW ; ∆PN= 380.kW ; I0%= 0,5% UN %=11%

- Máy biến áp tự ngẫu liên lạc có điều chỉnh dưới tải

Chọn loại máy biến áp tự ngẫu ATДЦTH 250-230/121/11 có các thông số như sau:

∆P0= 120kW ; ∆PN C-H= 520kW ; I0%= 0,5

2 Kiểm tra sự cố:

- 15 -

• Điều kiện:

Công thức: 2.Kqtảisc.α.SđmTN≥ STmax

 2x1,4 x 0,5x 250 = 350 > STmax = 268.75 MVA

• Phân bố công suất:

+ Phân bố công suất:

Cuộn trung áp: SCT = ½(STmax) = 134.375MVA

Cuộn hạ áp: SCH = SđmF – 1/2SUF – 1/4Stdmax= 107.325MVA

Cuộn cao áp: SCC = SCH – SCT = -27.05 MVA Bảng2 2.1

Công thức: Kqtảisc.α.SđmTN + Sbộ = 292.038 ≥ STmax = 268.75 MVA

• Phân bố công suất cho tự ngẫu:

Cuộn trung áp: SCT = STmax – Sbộ = 152.5 MVA

Cuộn hạ áp: SCH = SđmF – SUF - Stdmax/4 = 98.4 MVA

Cuộn cao áp: SCC = SCH – SCT = -54.1MVA

Công suất đi từ phía cuộn cao và cuộn hạ về phía cuộn trung, cuộn trung mang tải lớn nhất.

Ta có Stt = α.SđmTN = 125 MVA

Sch = SCH + α.SCC = 71.35 MVANhư vậy Sch < Stt

+ Công suất thiếu Sthiếu = Svề HT - SCC – Sbộ = 16.563 MVA

Bảng2 2.4

SthiÕu 3.831 -24.619 -0.406 110.931 107.781 16.563 51.731 3.306

3 Tính tổn thất điện năng:

- Phân bố công suất trên bộ máy phát – máy biến áp phía trung:Sbộ = Sđmf – 1/n Std

Đối với bộ máy phát – máy biến áp có ∆P = 115 kW, ∆P = 380 kW cũng từ công

thức trên ta có bảng sau (tính trong 1 ngày) Bảng2.3.3

t S

S P S

P S

P

2

2 2

I)Tính toán các điện kháng trong hệ đơn vi tương đối:

Chọn hệ cơ bản với các đại lượng như sau:

Scb = 100 MVAUcb = Utb các cấp:

Trong đó:

Cấp 220 kV: Utb220 = 230 kV

- 18 -

Cấp 110 kV: Utb110 = 115,5 kVCấp 10,5 kV: Utb10,5 = 11 kV

1.1)Điện kháng hệ thống.

Điện kháng hệ thống trong hệ tương đối cơ bản được tính như sau:

023,04300

1.2)Tính điện kháng đường dây 220 kV.

Dây dẫn nối từ thanh góp cao áp về hệ thống được chọn là loại dây có:

Xdây = 0,4 Ω/kmĐiện kháng đường dây 220 kV trong hệ tương đối cơ bản:

036,0230

100944,05,0U

S.l

X.5,0

cb

CB day

1.3)Điện kháng máy phát.

 Trong khi tính ngắn mạch, điện kháng của máy phát được thay thế bằng điện kháng siêu quá độ Với máy phát TBΦ-120-2

Có thông số Sđm= 125MVA, cosϕ=0,8, Iđm= 6,875kA, Uđm= 10,5 kV

Xd” = 0,192 và SFđm = 125 MVA ta tính được điện kháng tương đối trong hệ cơ bản :

154 , 0 125

100 192 , 0

=

Fdm

cb d

S X X

1.4)Điện kháng máy biến áp 2 cuôn dây.

Fdm

cb N

B

S

S 100

% U

100 100

5 , 10 S

S 100

1.5)Điện kháng máy biến áp tự ngẫu.

Trước hết tính điện kháng ngắn mạch từng cuộn dây:

- 19 -

100 100

5 , 11 S

S 100

100 100

0 S

S 100

100 100

5 , 20 S

S 100

Đối với mạch tự dùng và phụ tải địa phương xét điểm ngắn mạch N4 với nguồn cung cấp là toàn bộ nhà máy và hệ thống.

a)Tính ngắn mạch cho điểm N1.

Hình 3.1.3

X13 = X1 + X2 = 0,049

X15 = X14 = X4 + X5 = 0,236

X17 = X16 = X9 + X10 = 0,238Ghép song song các nhánh ta thu được sơ đồ sau:

Hình 3.1.4

Trong đó:

119,02

238.02

16

X

118,02

236,02

14

X

023,02

046,02

Hình 3.1.5

082,0119,0118,0

119,0.118,0023,0

20 19

20 19 18

++

=+

+

=

X X

X X X

X

Điện kháng tính toán từ hệ thống đến điểm ngắn mạch và từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch được tính như sau:

568.1100

3200049,0

=

cb

HTdm HTtt

S

S X X

41,0100

1254082,0

S

S X X

cb

Fdm NMtt

Tra đường cong tính toán, ứng với máy phát tuabin hơi tiêu chuẩn ta tìm được dòng điện ngắn mạch từ hệ thống và từ phía máy phát đến điểm ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối định mức:

I

tb

HTdm HT

230.3

320064

,0

30

U

S I

I

tb

Fdm NM

230.3

125.4.4,2

30

Dòng điện ngắn mạch tại N1 có trị số:

IN1(0) = IHT(0) + INM(0) = 5.14 + 3.01 = 8.15 kATính tương tự ta có:

IN1(0,1) = 7.44 kA IN1(0,2) = 7.21 kA

IN1(0,5) = 6.94kA IN1(1) = 6.918 kADòng ngắn mạch xung kích tại N1:

ixkN1 = √2 kxk.IN1(0) = √2.1,8.8.15 = 20,75 kA

b)Tính ngắn mạch cho điểm N2.

Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch

- 24 -

Hình 3.1.8

Trong đó:

119,0238,0238,0

238,0.238,0

17 16

17 16

+

=+

=

X X

X X X

118,0236,0236,0

236,0.236,0

15 14

15 14

+

=+

=

X X

X X X

023,0046,0046,0

046,0.046,0

3 6

3 6

+

=+

=

X X

X X X

Tiếp tục biến đổi về dạng đơn giản cuối cùng:

Hình 3.1.9

059,0119,0118,0

119,0.118,0

20 19

20 19

+

=+

=

X X

X X X

X22 = X13 + X18 = 0,059 + 0,023 = 0,082Điện kháng tính toán từ hệ thống đến điểm ngắn mạch và từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch được tính như sau:

624.2100

3200082,0

=

cb

HTdm HTtt

S

S X X

295,0100

1254059,0

S

S X X

cb

Fdm NMtt

Tra đường cong tính toán, ứng với máy phát tuabin hơi tiêu chuẩn ta tìm được dòng điện ngắn mạch từ phía máy phát đến điểm ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối định mức:

( ) ( ) kA

U

S I

I

tb

HTdm HT

5,115.3

320038

,0

30

U

S I

I

tb

Fdm NM

5,115.3

1254.4,3

30

Dòng điện ngắn mạch tại N2 có trị số:

IN2(0) = IHT(0) + INM(0) = 6.08+8.49=14.57 kATính tương tự ta có:

IN2(0,1) = 13.01kA

IN2(0,5) = 11.76 kA IN2(1) = 11.577 kADòng ngắn mạch xung kích tại N2:

Hình 3.1.12

Trong đó :

119,0238,0238,0

238,0.238,0

17 16

17 16

+

=+

=

X X

X X X

023,0046,0046,0

046,0.046,0

3 6

3 6

+

=+

=

X X

X X X

Tiếp tục biến đổi:

Hình 3.1.13

X21 = X13 + X18 = 0,059 + 0,023 = 0,082

079,0119,0236,0

119,0.236,0

20 15

20 15

+

=+

=

X X

X X X

Biến đổi sao tam giác thiếu ta được

Hình 3.1.14

082,0

079,0.082,0079,0082,0

21

22 4 22 4

X

X X X

X X

249,0079

,0

082,0.082,0082,0082,0

22

21 4 21 4

X

X X X

X X

Điện kháng tính toán từ hệ thống đến điểm ngắn mạch và từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch được tính như sau:

68.7100

320024

,0

S

S X

X

cb

HTdm HTtt

934,0100

1253249,0

x S

S X X

cb

Fdm NMtt

Vì XHTtt > 3 nên ta có:

IHT*(∞) = IHT*(0) = 1 / XHTtt = 1 / 7.68= 0,13Tra đường cong tính toán, ứng với máy phát tuabin hơi tiêu chuẩn ta tìm được dòng điện ngắn mạch từ phía máy phát đến điểm ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối định mức:

INM*(0) = 1,07Trong hệ đơn vị có tên, các dòng điện này có trị số:

U

S I

I

tb

HTdm HT

11.3

320013,0

30

( ) ( ) x kA

U

S I

I

tb

Fdm NM

11.3

1254.07.1

30

Dòng điện ngắn mạch tại N3 có trị số:

IN3(0) = IHT(0) + INM(0) = 21.83+28,08= 49,91 kADòng ngắn mạch xung kích tại N3:

125154,0

= Σ

cb

Fdm NMtt

INM*(0) = IN3’*(0) = 5.4

INM*(∞) = IN3’*(∞) = 2,55Trong hệ đơn vị có tên, các dòng điện này có trị số:

U

S I

I

tb

Fdm N

11.3

125

*4.5

300

I

tb

Fdm N

11.3

125.55,2

e)Tính ngắn mạch cho điểm N4.

Với các khí cụ điện cao áp ta xét điểm ngắn mạch N1 trên thanh góp cao áp Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là toàn bộ các máy phát và hệ thống.

Với các thiết bị trung áp ta xét điểm ngắn mạch N2 trên thanh góp trung áp của nhà máy với nguồn cấp là hệ thống và toàn bộ các máy phát của nhà máy

Với mỗi mạch máy phát ta xét điểm ngắn mạch N3 với nguồn cấp là các máy phát còn lại và hệ thống; điểm ngắn mạch N3’ với nguồn cấp chỉ là máy phát bị ngắn mạch

Đối với mạch tự dùng và phụ tải địa phương xét điểm ngắn mạch N4 với nguồn cung cấp là toàn bộ nhà máy và hệ thống

a)Tính ngắn mạch cho điểm N1.

X16 = X9 + X11 = 0,242

X17 = X10 + X12 = 0,238Ghép song song các nhánh ta thu được sơ đồ sau:

Hình 3.2.4

Trong đó:

Hình 3.2.5 Hình 3.2.6

102,0079,0023,020 18

X

079,0118,0238,0

118,0

*238.0

*

19 17

19 17

+

=+

=

X X

X X

X

118,02

236,02

046,02

102,0.242,0

21 16

21 16

+

=+

=

X X

X X X

Điện kháng tính toán từ hệ thống đến điểm ngắn mạch và từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch được tính như sau:

568.1100

3200049,0

=

cb

HTdm HTtt

S

S X X

36,0100

1254072,0

S

S X X

cb

Fdm NMtt

Tra đường cong tính toán, ứng với máy phát tuabin hơi tiêu chuẩn ta tìm được dòng điện ngắn mạch từ hệ thống và từ phía máy phát đến điểm ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối định mức:

IHT*(0) = 0,64

INM*(0) = 2,7Trong hệ đơn vị có tên, các dòng điện này có trị số:

U

S I

I

tb

HTdm HT

230.3

320064

,0

30

U

S I

I

tb

Fdm NM

230.3

125.4.7,2

30

Dòng điện ngắn mạch tại N1 có trị số:

IN1(0) = IHT(0) + INM(0) = 5,141 + 3,389 = 8.53 kATính tương tự ta có:

IN1(0,1) = 7,867 kA IN1(0,2) = 7,345 kA

IN1(0,5) = 7,37kA IN1(1) = 7,428 kADòng ngắn mạch xung kích tại N1:

- 38 -

N 1

X17 = X10 + X12 = 0,238Ghép song song các nhánh ta thu được sơ đồ sau:

Hình 3.2.10 Hình 3.2.11

Trong đó:

669,0242

,0

023,0.59,0023,059,0

16

18 13 18 13

X

X X X

X X

274,059

,0

023,0.242,0023,0242,0

13

18 16 18 16

X

X X X X X

118,02

236,02

14

X

023,02

046,02