Đồ án môn học nhà máy điện

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY Đặc thù của điện năng tại mỗi thời điểm, điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải có tính đế

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 2

1.1 Chọn máy phát điện 2

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 2

1.3 Đề xuất phương án nối dây 7

1.4 Kết luận chương 1 10

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP 11

2.1 Phương án 1 11

2.2 Phương án 2 17

2.3 Kết luận chương 2 21

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 22

3.1 Chọn sơ đồ thanh góp 22

3.2 Tính toán chỉ tiêu kinh tế 23

3.3 Tính toán cụ thể cho từng phương án 24

3.4 Kết luận chương 3 26

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 27

4.1 Mục đích 27

4.2 Tính toán ngắn mạch 27

4.3 Kết luận chương 4 36

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI

DÂY

Đặc thù của điện năng tại mỗi thời điểm, điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải có tính đến tổn thất điện năng do truyền tải điện năng trên lưới điện Do lượng điện năng tiêu thụ của các phụ tải luôn luôn thay đổi theo thời gian, việc xác định chính xác đồ thị phụ tải là rất quan trong đối với việc thiết kế và vận hành nhà máy điện Đồ thị phụ tải là cơ sở để lựa chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, phân bổ tối ưu công suất giữa các tổ máy trong nhà máy điện và vận hành tối ưu giữa các nhà máy điện trong hệ thống

Các bước để thực hiện việc tính toán phụ tải và đề xuất phương án nối dây được thực hiện trong chương I này

1.1 Chọn máy phát điện

Nhà máy nhiệt điện thiết kế gồm 4 tổ máy có tổng công suất 4×100 MW =

400MW Từ đó tra Phụ lục 1 – Bảng 1.1 Tài liệu “Thiết kế phần điện Nhà máy điện và Trạm biến áp - PGS.TS Phạm Văn Hòa và Th.S Phạm Ngọc Hùng” ta chọn 4 máy phát

nhiệt điện như sau:

S (MVA)

P (MW)

U

I (kA)

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Ta tính được phụ tải các cấp điện áp theo công suất biểu kiến bởi các công thức sau:

t ( ) max

Pmax : Công suất phụ tải cực đại, MW

1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy

Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 100 (MW) nên:

Tổng công suất đặt của nhà máy : PNM = 4x100 = 400 (MW) SNM = 4x117,5

Tương tự ta có bảng kết quả sau:

Bảng 1.2: Công suất phát toàn nhà máy tại từng thời điểm (t)

NM

FNM max td

P cos φ   

S (t)α

PNM : Tổng công suất tác dụng đặt của nhà máy, MW

SNM : Tổng công suất đặt của toàn nhà máy, MVA

SFNM (t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t, MVA α% : Số phần trăm lượng điện tự dùng

cos td : Hệ số công suất tự dùng Theo công thức (1.3) ta có:

70

Tương tự ta có bảng kết quả sau:

Bảng 1.3: Công suất phụ tải tự dùng của nhà máy tại từng thời điểm (t)

1.2.2 Phụ tải tự dùng toàn nhà máy

1.2.3 Phụ tải cấp điện áp máy phát (phụ tải địa phương)

Tương tự ta có bảng kết quả sau:

Bảng 1.4: Công suất phụ tải địa phương tại từng thời điểm (t)

Tương tự ta có bảng kết quả sau:

Bảng 1.5 Công suất phụ tải phía trung áp tại từng thời điểm (t)

Tương tự ta có bảng kết quả sau:

Bảng 1.6 Công suất phụ tải phía cao áp tại từng thời điểm (t)

1.2.4 Phụ tải phía điện áp trung

1.2.5 Phụ tải phía điện áp cao

1.2.6 Cân bằng công suất toàn nhà máy

Bảng 1.7 Bảng tổng kết phân bố công suất nhà máy nhiệt điện

Hình 1-1: Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy Chú thích:

Công suất về hệ thống SVHT Phụ tải điện áp cao SUC Phụ tải điện áp trung SUT Phụ tải tự dùng Std

Phụ tải địa phương SUF

1.3 Đề xuất phương án nối dây

bộ với máy biến áp, phụ tải địa phương được trích từ đầu cực máy phát nối bộ với máy biến áp liên lạc

- Chọn loại máy biến áp liên lạc:

Trong trường hợp có ba cấp điện áp (điện áp phía máy phát 10,5kV, điện áp phía trung 110kV, điện áp phía cao 220kV) và thỏa mãn cả hai điều kiện sau:

+ Lưới điện áp 110kV và 220kV đều là lưới trung tính trực tiếp nối đất

=> Vậy ta dùng hai MBATN làm liên lạc

- Chọn số lượng bộ MPĐ-MBA ba pha hai cuộn dây nối ở thanh góp trung áp 110kV

hé F

g p S  StTrong trường hợp này: 2Sđm MFĐ = 2.117,5 = 235 (MVA) > HT

dt

S  180 (MVA)nên không thể ghép 2MPĐ chung 1MBA

Với các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau:

Phía trung: 2Sđm MFĐ 2.117,5235 (MVA)SUT max 147,73 (MVA)

Như vậy, lúc nào cũng có 1 lượng công suất thừa từ phía trung áp truyền sang MBATN, gây tổn thất thêm 1 lần nữa

1.3.1 Phương án 1

+ Nhược điểm: Phương án này có số lượng MBA vẫn là 4 MBA, nhưng có 3 chủng loại máy khác nhau Chủng loại MBA gây nhiều khó khăn trong vận hành và sửa chữa Vốn đầu tư MBA đắt hơn so với phương án một, vì giá thành của bộ máy biến áp phía cấp điện áp cao 220kV luôn đắt hơn so với phía cấp điện áp trung 110kV

1.3.2 Phương án 2

+ Ưu điểm: Phụ tải địa phương không phụ thuộc vào máy phát

+ Nhược điểm: Số lượng và chủng loại MBA nhiều, 6MBA với 3 chủng loại (MBATN, MBA của bộ phía cao và phía trung) nên không có lợi về mặt kinh tế và gây khó khăn trong tính toán thiết kế cũng như trong vận hành, sửa chữa phức tạp

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, chính vì vậy việc lựa chọn máy biến áp sao cho đúng tiêu chuẩn đề ra, đồng thời đảm bảo được các điều kiện

sự cố trong quá trình vận hành là rất cùng quan trọng Yêu cầu đặt ra là phải chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các phụ tải Các nội dung này được lần lượt đề cập đến trong Chương II này

a MBA ba pha hai cuộn dây phía 110kV B3, B4

Máy biến áp ba pha hai cuộn dây cuộn dây B3, B4 được chọn theo điều kiện:

I 0

(%)

2.1.1 Chọn máy biến áp

C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H

TДЦ 125 121 - 10,5 - 10,5 - 100 - 400 - 0,5

(Tra Phụ lục 2 – Bảng 2.5 Tài liệu Thiết kế Phần điện NMĐ và TBA)

b Chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2 :

Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 được chọn theo điều kiện:

C T C

Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2 có thông số kỹ thuật :

Bảng 2.2:Thông số máy biến áp tự ngẫu B 1 ,B 2

(Tra Phụ lục 2 – Bảng 2.6 Tài liệu Thiết kế Phần điện NMĐ và TBA)

a Máy biến áp 2 cuộn dây bên trung áp 110 kV(B3, B4)

Để vận hành kinh tế và thuận tiện, đối với bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h , tức là làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng :

b Máy biến áp tự ngẫu (B1,B2):

- Công suất phía trung áp:

Áp dụng công thức trên ta có bảng phân bố công suất trong chế độ bình thường cho MBATN trong phương án 1

Bảng 2.3: Phân bố công suất phương án 1

Dấu (-) cho thấy chiều truyền công suất từ phía trung sang phía cao MBATN

a Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4

Vì công suất của máy biến áp B3, B4 đã được chọn lớn hơn công suất định mức của máy phát điện Đồng thời từ 0 - 24h luôn cho bộ máy phát điện - máy biến áp này làm việc với phụ tải bằng phẳng nên đối với máy biến áp 2 cuộn dây ta không cần phải kiểm tra khả năng quá tải

b Máy biến áp liên lạc B1, B2

 Sự cố MBA B3 (hoặc B4) lúc phụ tải bên trung cực đại

- Ta thấy tại thời điểm t = 12 – 16 (h) phụ tải bên trung cực đại khi đó:

Vậy thỏa mãn điều kiện

- Phân bố công suất khi sự cố:

Nhận thấy trong chế độ sự cố này máy biến áp tự ngẫu làm việc ở chế độ truyền tải công suất từ hạ lên cao và trung Do đó cuộn hạ chịu tải lớn nhất Công suất lớn nhất đi qua cuộn hạ bằng: max max  

Do đó thoả mãn điều kiện

- Công suất thiếu phát về hệ thống:

S 180(MVA) S => hệ thống bù đủ công suất thiếu

Vậy với sự cố này hệ thống có thể làm việc hoàn toàn bình thường

 Sự cố MBATN B2 (hoặc B1) vào lúc phụ tải bên trung là cực đại

- Kiểm tra điều kiện quá tải:

Vậy thỏa mãn điều kiện

- Phân bố công suất khi sự cố:

Dấu (-) thể hiện công suất truyền tải từ phía trung sang phía cao của MBATN

Nhận thấy công suất MBATN truyền từ hạ và trung lên cao áp do dó cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất

Kiểm tra theo điều kiện:

Do đó thoả mãn điều kiện

- Công suất thiếu về hệ thống:

UTmax UTmax thieu VHT UC C 123, 26 120,69 139,04 10

Nhận thấy:

HT

S 180(MVA) S => hệ thống bù đủ công suất thiếu

Vậy với sự cố này hệ thống có thể làm việc hoàn toàn bình thường

 Sự cố MBA B2 (hoặc B1) vào lúc phụ tải bên trung là cực tiểu

- Ta thấy tại thời điểm t = 0 – 6; 22 - 24 (h) phụ tải bên trung cực tiểu khi đó:

Dấu (-) thể hiện công suất truyền tải từ phía trung sang phía cao của MBATN

Nhận thấy công suất MBATN truyền từ hạ và trung lên cao áp do dó cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất

Kiểm tra theo điều kiện:

Do đó thoả mãn điều kiện

- Công suất thiếu phát về hệ thống:

max UT min UT min

S S S  S 02(MVA)

Nhận thấy:

S 180(MVA) S => hệ thống bù đủ công suất thiếu

Vậy với sự cố này hệ thống có thể làm việc hoàn toàn bình thường

a Tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ máy phát - máy biến áp:

Máy biến áp B3, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng do đó tổn thất điện năng được tính theo công thức:

2 B

+ P0: tổn thất công suất không tải

+ PN: tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp

+ T: thời gian sử dụng công suất cực đại (T = 8760h)

Vậy:

Tổn thất công suất trong MBA B3, B4 là:

3 B3

đmB3

1S

b Tổn thất điện năng trong máy biến áp liên lạc:

Do nhà chế tạo cho PNC T 520 kW nên ta lấy:

ΔPNC, ΔPNT, ΔPNH: công suất ngắn mạch các phía cao, trung, hạ

SCi: Công suất truyền qua phía cao tại thời điểm t

STi: Công suất truyền qua phía trung tại thời điểm t

SHi: Công suất truyền qua phía hạ tại thời điểm t

Ta có:

2.1.4 Tính tổn thất điện năng

a MBA ba pha hai cuộn dây phía 220kV B4:

Bảng 2.5:Thông số máy biến áp B 4

(Tra Phụ lục 2 – Bảng 2.6 Tài liệu Thiết kế Phần điện NMĐ và TBA)

b MBA ba pha hai cuộn dây phía 110kV B3

Bảng 2.6:Thông số máy biến áp B 3

I %

C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H

TДЦ 125 121 - 10,5 - 10,5 - 100 - 400 - 0,5

(Tra Phụ lục 2 – Bảng 2.5 Tài liệu Thiết kế Phần điện NMĐ và TBA)

c Chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2 :

Bảng 2.7:Thông số máy biến áp tự ngẫu B 1 ,B 2

(Tra Phụ lục 2 – Bảng 2.6 Tài liệu Thiết kế Phần điện NMĐ và TBA)

a Máy biến áp 2 cuộn dây phía cao áp 220 kV(B4) và phía 110kV (B3)

Để vận hành kinh tế và thuận tiện, đối với bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h , tức là làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng :

M B3 B4 đm PĐ td max

a Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4

2.2.1 Phân bố công suất cho các máy biến áp

2.2.2 Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp

Với máy biến áp hai cuộn dây không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi nếu một trong hai phần tử máy phát hoặc máy biến áp bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng quá tải làm việc trong điều kiện sự cố

b Máy biến áp liên lạc B1, B2

 Sự cố MBA B3 lúc phụ tải bên trung cực đại

- Ta thấy tại thời điểm t = 12 – 16 (h) phụ tải bên trung cực đại khi đó:

Vậy điều kiện đã thỏa mãn

- Phân bố công suất khi sự cố:

Do đó máy biến áp không bị quá tải trong chế độ sự cố này

- Công suất thiếu về hệ thống:

UTmax UTmax

S S S 2S S    2 6 104,31 104,92  (MVA)Nhận thấy:

HT

S 200(MVA) S => hệ thống bù đủ công suất thiếu

Vậy với sự cố này hệ thống có thể làm việc hoàn toàn bình thường

 Sự cố MBATN B2 (hoặc B1) lúc phụ tải bên trung cực đại

- Kiểm tra điều kiện quá tải:

Vậy điều kiện đã thỏa mãn

- Phân bố công suất khi sự cố:

Trong chế độ sự cố này công suất MBATN truyền từ phía hạ sang cao và trung áp

do đó cuộn hạ mang tải nặng nhất Công suất lớn nhất đi qua cuộn hạ bằng:

Do đó thoả mãn điều kiện

- Công suất thiếu về hệ thống:

UTmax UTmax thieu VHT UC C B4 123, 26 120,69 34

S S S  S S    ,73104,31104,91(MVA)Nhận thấy:

HT

S 200(MVA) S => hệ thống bù đủ công suất thiếu

Vậy với sự cố này hệ thống có thể làm việc hoàn toàn bình thường

a Tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ máy phát - máy biến áp:

Tổn thất công suất trong MBA B3, B4 là:

3 B3

đmB3

10S

B4 0

đmB4

10 S

b Tổn thất điện năng trong máy biến áp liên lạc:

Tổn thất điện năng trong máy biến áp B1, B2 được tính bằng:

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

3.1 Chọn sơ đồ thanh góp

Trong nhà máy điện, các thiết bị điện và khí cụ điện được nối lại với nhau thành sơ

đồ điện Yêu cầu chung của sơ đồ nối điện là: Làm việc đảm bảo, tin cậy, cấu tạo đơn giản, vận hành linh hoạt, kinh tế và đảm bảo an toàn cho người vận hành

Tính đảm bảo của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng của hộ tiêu thụ điện Tính linh hoạt của sơ đồ được thể hiện bởi khả năng thích ứng với nhiều trạng thái vận hành khác nhau

Tính kinh tế của sơ đồ được giải quyết bằng hình thức của các hệ thống thanh góp,

số lượng khí cụ điện dùng cho sơ đồ Ngoài ra cách bố trí thiết bị trong sơ đồ phải đảm bảo an toàn cho người vận hành

Căn cứ vào nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở cấp điện áp và vai trò của nhà máy đang thiết kế đối với hệ thống, sơ đồ nối điện của các phương án được chọn theo sơ đồ:

- Phía 220 kV: Dùng sơ đồ hai hệ thống thanh góp có máy cắt liên lạc

- Phía 110 kV: Dùng sơ đồ hệ thống 2 thanh góp như phía 220 kV

- Phía 10 kV: Do phụ tải địa phương nhỏ so với công suất máy phát nên ta không cần dùng thanh góp điện áp máy phát

B4

MPĐ4 MPĐ1

2 kép + 1 đơn

Hình 3-1: Sơ đồ nối điện phương án 1 3.1.1 Phương án 1

MPĐ4 MPĐ1

2 kép + 1 đơn

B4

MPĐ4

Hình 3-2:Sơ đồ nối điện phương án 2

3.2 Tính toán chỉ tiêu kinh tế

Mục đích của chương này là tính toán so sánh các phương án về mặt kinh tế để từ

đó lựa chọn ra phương án vừa đảm bảo tính kỹ thuật vừa thỏa mãn tiêu chí kinh tế nhất.Để so sánh về mặt kinh tế giữa 2 phương án ta quan tâm đến:

- KB : hệ số xét đến lắp đặt và vận chuyển máy biến áp

-vB : tiền mua máy biến áp

Bảng 3.1: Giá thành máy biến áp và giá trị của hệ số K B

+ VTBPP : vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối

TBPP i TBPPi

V = n v

với :

- ni : số mạch cấp điện áp i

- vTBPPi : giá thành mỗi mạch TBPP cấp điện áp i

Chi phí vận hành của các phương án được tính theo công thức sau:

P = P + P + P Trong đó :

+ Pk : tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn,đ/năm:

k

a%V

P = 100

Với :

- a : định mức khấu hao %, lấy a = 8,4%

- V: vốn đầu tư của một phương án + PP : chi phí phục vụ thiết bị (sửa chữa thường xuyên và tiền lương công nhân đồng/năm) Chi phí này tạo nên một phần không đáng kể so với tổng chi phí sản xuất, mặt khác nó cũng khác nhau ít giữa các phương án so sánh nên khi đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án có thể bỏ qua chi phí này

+ Pt : chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong MBA

Phía 220 kV có 10 mạch máy cắt, giá tiền 4,2.109 VNĐ/mạch

3.2.2 Chi phí vận hành hàng năm

3.3.1 Phương án 1

9 9 1

Tổng chi phí mua sắm máy cắt là:

k

121,a%.V 8, 4 .10

Bảng 3.2: Vốn đầu tư và chi phí vận hành

(10 9 đ)

Chi phí vận hành (10 9 đ)

3.3.3 Lựa chọn phương án tối ưu

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

4.1 Mục đích

Việc tính toán dòng điện ngắn 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

Trong chương này ta tính toán ngắn mạch cho từng phương án với dạng ngắn mạch

để chọn khí cụ điện là ngắn mạch ba pha

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

Ta chọn các đại lượng cơ bản:

- Điện kháng của đường dây đơn nối với hệ thống:

Trong tính toán sơ bộ lấy: x0 0, 4(/ km); L = 16 km

- Điện kháng máy biến áp tự ngẫu

4.2.1 Tính toán các thông số