thiết kế phần điện trong nhà máy điện

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Xuất phát từ biểu đồ biến thiên công suất hàng ngày dạng phần trăm p%t đối với phụ tải từng cấp điện áp và công suất phát của toàn nhà máy, cùng với những th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên :Dơng Công Hùng

Lớp : D6H3 Ngành : Hệ thống điện

Cán bộ huớng dẫn : : Th.s Phạm Ngọc Hựng

THIếT Kế PHầN ĐIệN TRONG NHà MáY ĐIệN Và XÂY DựNG

VùNG LàM VIệC CủA MáY PHáT ở CHế Độ LàM VIệC BìNH THƯờNG

Phần I Thiết kế phần điện trong nhà máy điện

Nhà máy điển kiểu : NĐNH gồm 4 tổ máy x60 MW

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

1.Phụ tải cấp điện áp máy phát : Pmax = 12 MW ; COS ϕ = 0,83

Gồm 2 képx3MWx3Km và 4 đơn x 1,5 MW x 3 Km

Biến thiên phụ tải ghi trên bảng Tại địa phơng 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 điện áp máy trung 110 kV : Pmax = 70 MW; COS ϕ =0,84

Gồm 1 képx40MW và 1 đơn x 30 MW Biến thiên phụ tải ghi trên bảng

3.Phụ tải cấp điện áp cao 220 kV : Pmax = 70 MW; COS ϕ =0,84

Gồm 1 đơn x 70 MW Biến thiên phụ tải ghi trên bảng

4 Nhà máy nối với hệ thống 220 kV bằng đờng dây kép dài 90 Km Công

suất hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế) : 3000 MVA; Công suất dự phòng của hệ thống : 100 MVA ; Điện kháng ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệ thống XHT*=0,85

5 Tự dùng :α=8%; COS ϕ =0,82

6 Công suất phát của toàn nhà máy ghi trên bảng

Bảng biến thiên công suất

PhÇn II X¢Y DùNG VïNG LµM VIÖC CñA M¸Y PH¸T ë CHÕ §é LµM VIÖC B×NH TH¦êNG

Néi dung tÝnh to¸n :

PhÇn I :

1.TÝnh to¸n c©n b»ng c«ng suÊt, chän phu¬ng ¸n nèi d©y

2 TÝnh to¸n chän m¸y biÕn ¸p

3 TÝnh to¸n ng¾n m¹ch

4 TÝnh to¸n kinh tÕ -kü thuËt, chän phu¬ng ¸n tèi u

5 Chän khÝ cô ®iÖn vµ d©y dÉn

Ngày giao nhiệm vụ : 05 tháng 10 năm 2015

Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 28 tháng 12 năm 2015

PHẦN I THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, ĐỀ XUẤT CÁC

PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN

Căn cứ vào yêu cầu thiết kế cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 55 MW, tra phụ lục 1 trang 113 sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp” PGS.TS Phạm Văn Hoà - ThS Phạm Ngọc Hùng, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007, ta chọn máy phát điện có các thông số ghi trên bảng sau:

1.2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Xuất phát từ biểu đồ biến thiên công suất hàng ngày dạng phần trăm p%(t) đối với phụ tải từng cấp điện áp và công suất phát của toàn nhà máy, cùng với những thông số đã cho khác, ta tiến hành xây dựng đồ thị điện áp các cấp, công suất phát toàn nhà máy, phụ tải tự dùng và công suất phát về hệ thống

Bảng 1.2 Bảng biến thiên công suất

SUC 90 90 80 95 95 95 95 90

1.2.1 Phụ tải toàn nhà máy

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

%( )( )

STNM(t) - công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t, (MVA)

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

TNM

Ta có kết quả tính toán trong bảng sau:

Công suất phát toàn nhà máy tại thời điểm t.

STNM(t),MVA 270 240 240 240 300 300 300 270

1.2.2 Phụ tải tự dùng

Công suất phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện được xác định theo công thức sau:

STD(t) - công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t, (MVA)

- hệ số công suất phụ tải tự dùng,

cosϕTD =0,82

n - số tổ máy phát, n = 4

PdmF, SdmF - công suất tác dụng và công suất biểu kiến định mức của 1 tổ MF

STNM(t): Công suất phát của nhà máy tại thời điểm t, (MVA)

Áp dụng công thức 1.2, phụ tải tự dùng từ 0 - 5h được tính như sau:

Ta có kết quả tính toán trong bảng sau:

Bảng biến thiên phụ tải tại thời điểm t

STD(t),MVA 22,010 20,605 20,605 20,605 23,415 23,415 23,415 22,010

1.2.3 Tớnh toỏn phụ tải ở cỏc cấp điện ỏp:

Theo nhiệm vụ thiết kế ta cú:

• Phụ tải cấp điện áp máy phát : Pmax = 12 MW ; COS ϕ = 0,83

Gồm 2 képx3MWx3Km và 4 đơn x 1,5 MW x 3 Km

Biến thiên phụ tải ghi trên bảng Tại địa phơng 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

• Phụ tải cấp điện áp máy trung 110 kV : Pmax = 70 MW; COS ϕ =0,84

Gồm 1 képx40MW và 1 đơn x 30 MW Biến thiên phụ tải ghi trên bảng

• Phụ tải cấp điện áp cao 220 kV : Pmax = 70 MW; COS ϕ =0,84

Gồm 1 đơn x 70 MW Biến thiên phụ tải ghi trên bảng

Cụng suất phụ tải ở cỏc cấp điện ỏp được xỏc định theo cụng thức sau:

S(t) - cụng suất phụ tải tại thời điểm t, (MVA)

P%(t) - phần trăm cụng suất phụ tải tại thời điểm t

Pmax - cụng suất tỏc dụng lớn nhất của phụ tải, (MW)

cosϕ

- hệ số cụng suất của phụ tải

Ta tớnh cụng suất phụ tải từ 0h đến 5h ta cú:

Bảng biến thiên công suất phụ tải cấp điện áp theo thời gian t

SVHT(t) - công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, (MVA)

STNM (t) - công suất phát toàn nhà máy tại thời điểm t, (MVA)

SUF(t) - công suất phụ tải cấp điện áp máy phát 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 phụ tải tự dùng tại thời điểm t, (MVA)

Áp dụng công thức 1.4, công suất phát về hệ thống tại thời điểm từ 0 – 5h được tính như sau:

S VHT(0-5) = 270 – (13,012 + 75 + 75 + 22,01) = 84,976 (MVA) Bảng biến thiên công suất phát về hệ thống theo thời gian:

SVHT 84,978 64,716 73,050 50,771 107,961 99,628 107,961 84,978

Đồ thị phụ tải tổng hợp như hình vẽ sau:

Hình 1.1 Đồ thị phụ tải tổng hợp

Kết luận:

Qua bảng số liệu trên ta thấy SVHT(t) > 0 trong mọi thời điểm Do vậy nhà máy luôn phát công suất thừa về hệ thống

Nhận sét:

+ Nhà máy gồm có 4 tổ máy Công suất mỗi tổ 60 MW

+ Nhà máy thiết kế có những phụ tải ở cấp điện áp sau:

• Cấp điện áp máy phát (phụ tải địa phương): 10,5 kV

• Cấp điện áp trung: 110 kV

• Cấp điện áp cao: 220 kV

1.3 CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

1.3.1 Cơ sở chung đề xuất phương án nối điện

Chọn phương án nối điện chính là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy điện Phương án nối điện phù hợp không chỉ đem lại lợi ích kinh tế lớn lao mà còn phải đáp ứng được các tiêu chuẩn kĩ thuật Căn cứ vào bảng 1.3, ta có nhận xét:

c T c

Vậy ta chỉ nên ghép 1 hoặc 2 bộ PF-MBA vào bên trung Do công suất phía trung tương đối lớn nên ta phải lấy điện từ các máy phát ghép bộ và phía trung của tự ngẫu.

- Phụ tải địa phương UF được cung cấp điện qua hai máy biến áp nối với máy phát F1 và F2

- Lượng công suất được cấp liên tục cho các phụ tải lúc bình thường, sự cố.

- Bố trí nguồn và tải cân đối

- Công suất truyền tải từ cao sang trung qua máy biến áp tự ngẫu nhỏ nên tổn thất công suất nhỏ

- Đảm bảo về mặt kỹ thuật, cung cấp điện liên tục, vận hành đơn giản

- Có một bộ máy phát điện - máy biến áp bên cao nên đắt tiền hơn

máy biến áp tự ngẫu liên lạc có nhiệm vụ vừa phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hay thiếu cho phía 110kV Phụ tải địa phương UF được cung cấp điện qua hai máy biến áp nối với máy phát F1và F2.

- Số lượng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giá thành

hạ hơn giá máy biến áp 220kV

- Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục

- Tổn thất công suất trong máy biến áp tự ngẫu nhỏ khi làm việc ở chế độ truyền công suất từ trung và hạ sang cao

- Công suất truyền qua máy biến áp tự ngẫu B1 lớn khi sự cố máy biến áp tự ngẫu B2

- Số lượng và chủng loại máy biến áp ít nên vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục

- Các MBA bố trí hết bên cao lên giá thành thiết bị cao không kinh tế

- Có sự cố thì cuộn trung của MBATN sẽ quá tải, gây tổn thất lớn

- Máy biến áp chọn công suất lớn vì phía trung chỉ tải đến công suất tính toán

1.3.2.4 Phương án 4

Hình 1.5 Sơ đồ đi dây phương án 4 Nhận xét:

- Nhà máy dùng bốn bộ máy phát – máy biến áp, 1 bộ nối vào thanh góp 110kV

và 3 bộ nối vào thanh góp 220kV, dùng hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp và cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát

- Đảm bảo cung cấp điện liên tục

- Chế độ làm việc bình thường công suất truyền từ phía cao sang trung và hạ nên giảm được tổn thất trong máy biến tự ngẫu

- Sử dụng nhiều máy biến áp, nên giá thành cao, tổn thất lớn và vận hành phức tạp

Kết luận: Qua 4 phương án đã được đưa ra ở trên ta có nhận xét rằng 2 phương án 1

và 2 là đơn giản và kinh tế hơn so với các phương án còn lại Hơn nữa nó vẫn đảm bảo các chỉ tiêu về kĩ thuật Do đó ta giữ lại 2 phương án đó để tính toán chi tiết và so sánh

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp lực cũng như máy phát điện là thiết bị chính trong hệ thống điện, dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác phục vụ cho việc truyền tải và phân phối điện năng

Thường điện năng từ nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ phải qua 3-4 lần biến

áp Do vậy tổng công suất của các máy biến áp cũng phải lớn hơn tổng công suất phát của các máy phát trong nhà máy điện 3-4 lần Vì vậy việc chọn máy biến áp không chỉ đảm bảo yêu cầu kĩ thuật mà còn phải kính tế, do đó ta phải đi tiến hành chọn máy biến áp

A PHƯƠNG ÁN 1

Hình 2.A Sơ đồ đi dây phương án 1

2.1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP

2.1.1 Phân bố công suất của các cấp điện áp của MBA

2.1.1.1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MFĐ-MBA hai cuộn dây

Các bộ MF - MBA vận hành với phụ tải bằng phẳng trong suốt 24h Khi đó công suất tải qua máy biến áp của mỗi bộ được tính như sau :

Sbo - công suất tải qua MBA của mỗi bộ MF - MBA hai cuộn dây, (MVA).

SdmF : công suất của một tổ máy phát, (MVA)

n - số tổ máy của nhà máy thiết kế, n = 4

ax

m

TD

s

- công suất tự dùng cực đại của nhà máy, (MVA)

Áp dụng công thức 2.1, công suất tải qua MBA của mỗi bộ được tính như sau:

75 23, 415 69,146( )4

Phần công suất còn lại do các máy biến áp liên lạc đảm nhận

2.1.1.2 Máy biến áp liên lạc

Phần công suất do máy biến áp liên lạc đảm nhận được xác định theo công thức:

SCC(t), SCT(t), SCH(t) - công suất phía cao, trung, hạ của máy biến áp liên lạc tại thời điểm t, (MVA)

SUC(t), SUT(t) – công suất phụ tải điện áp cao, trung tại thời điểm t, (MVA)

SVHT(t) – công suất về hệ thống tại thời điểm t, (MVA)

Áp dụng công thức 2.2, ta có kết quả ở bảng sau:

2.1.2 Chọn loại và công suất định mức cho MBA 2.1.2.1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF - MBA hai cuộn dây

Chọn MBA 2 cuộn dây không có điều chính dưới tải MBA này mang tải bằng phằng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ.Như vậy chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp trực tiếp bằng tự động điều chỉnh kích từ (TDK) của máy phát Công suất định mức của MBA 2 cuộn dây được xác định theo công thức:

dmB dmF

(2.3) Trong đó:

S dmB : công suất định mức máy biến áp, (MVA).

S dmF : công suất định mức máy phát, (MVA).

Có SdmF = 75 MVA, áp dụng công thức 2.3, tra “Bảng 2.5 Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp PGS.TS Phạm Văn Hòa & Th.s Phạm Ngọc Hùng” ta chọn MBA:

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật MBA 2 cuộn dây B4 và B3.

2.1.2.2 Máy biến áp liên lạc

Chọn loại MBA tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải

Công suất định mức của MBA tự ngẫu được xác định theo công thức:

Tra “Bảng 2.6 Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp PGS.TS Phạm Văn Hòa&Th.s Phạm Ngọc Hùng”, ta chọn MBA:

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật MBA tự ngẫu

2.1.2.3 Kiểm tra điều kiện quá tải

- Đối với máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA không cần kiểm tra quá tải, bởi một trong hai phần tử máy phát hay máy biến áp bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố

- Đối với MBA TN: Ta xét các trường hợp sự cố như sau:

a TH1: Hỏng 1 bộ MF-MBA 2 cuộn dây bên trung khi phụ tải trung cực đại

Tại thời điểm từ 17 - 20h phụ tải phía trung đạt giá trị cực đại ta có:

Thỏa mãn điều kiện quá tải

Phân bố lại công suất tại thời điểm sự cố:

Hình 2.1 Phân bố công suất MBATN sự cố 1, TH1

Vậy thỏa mãn điều kiện

max max 2 max

99,628 79,167 2.54,825 69, 416 100(MVA)

thieu VHT UC CC

HT DP

Vậy hệ thống đã bù đủ công suất thiếu

b TH2: Hỏng 1 máy biến áp liên lạc khi phụ tải trung cực đại

Kiểm tra điều kiện quá tải:

Thỏa mãn điều kiện quá tải

Phân bố lại công suất thời điểm sự cố:

Vậy cuộn hạ mang tải nặng nhất

Hình 2.2 Phân bố công suất MBATN sự cố 2, TH1

Vậy thỏa mãn điều kiện.

Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

Vậy hệ thống đã bù đủ công suất

Kết luận: Qua phân tích và tính toán ta thấy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu.

2.2 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP

2.2.1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp 2 cuộn dây B3 và B4

Do bộ MF – MBA 2 cuộn dây làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt cả năm nên tổn thất điện năng được xác định theo công thức:

∆Po - tổn thất công suất không tải trong máy biến áp, (MW)

∆PN - tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp, ( MW)

SđmB - công suất định mức của máy biến áp, (MVA)

Sbo - công suất truyền tải qua bộ MF-MBA 2 cuộn dây, (MVA)

Áp dụng công thức 2.5, tổn thất điện năng trong 2 máy biến áp 2 cuộn dây được tính như sau:

2.2.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp liên lạc B1 và B2

Do MBA mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trưng cho toàn năm nên tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau:

S

,

H i

B PHƯƠNG ÁN 2

Hình 2.B Sơ đồ đi dây phương án 2

2.3 CHỌN MÁY BIẾN ÁP

2.3.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA

2.3.1.1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MFĐ-MBA hai cuộn dây

Tính toán tương tự như phương án 1, ta có:

75 23, 415 69,146( )4

Phần công suất còn lại do các máy biến áp liên lạc đảm nhận

2.3.1.2 Máy biến áp liên lạc

Phần công suất do máy biến áp liên lạc đảm nhận được xác định theo công thức:

SCC(t), SCT(t), SCH(t) - công suất phía cao, trung, hạ của máy biến áp liên lạc tại

thời điểm t, (MVA)

SUC(t), SUT(t) – công suất phụ tải điện áp cao, trung tại thời điểm t, (MVA)

SVHT(t) – công suất về hệ thống tại thời điểm t, (MVA)

Áp dụng công thức 2.7, ta có kết quả ở bảng sau:

2.3.2 Chọn loại và công suất cho máy biến áp 2.3.2.1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF - MBA hai cuộn dây

Tương tự như phương án 1, áp dụng công thức 2.3, tra “Bảng 2.5 Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp PGS.TS Phạm Văn Hòa & Th.s Phạm Ngọc Hùng”

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật MBA 2 cuộn dây B3 và B4

2.3.2.2 Máy biến áp liên lạc

Chọn loại MBA tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải

Tương tự như phương án 1, ta có:

Tra “Bảng 2.6 Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp PGS.TS Phạm

Văn Hòa & Th.s Phạm Ngọc Hùng”, ta chọn MBA:

1

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật MBA tự ngẫu

2.3.2.3 Kiểm tra điều kiện quá tải

- Đối với máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA không cần kiểm tra quá tải, bởi một trong hai phần tử máy phát hay máy biến áp bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố

- Đối với MBA TN: Ta xét các trường hợp sự cố như sau:

a TH1: Hỏng 1 bộ bên trung khi phụ tải trung cực đại (B4)

Tại thời điểm từ 16 - 18h phụ tải phía trung đạt giá trị cực đại ta có:

Thỏa mãn điều kiện quá tải.

Phân bố lại công suất tại thời điểm sự cố:

ax

max max UF

14,458 23,415 61,91761,917 6,

Vậy thỏa mãn điều kiện.

Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

HT DP

Vậy hệ thống đã bù đủ công suất

b TH2: Hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải trung cực đại

Kiểm tra điều kiện quá tải:

Thỏa mãn điều kiện quá tải

Phân bố lại công suất tại thời điểm sự cố:

Hình 2.4 Phân bố công suất MBATN sự cố 2, TH2

Vậy thỏa mãn điều kiện

Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

ax

m max

99,628 79,167 89,398 89,397 100( )

U UT

Vậy hệ thống đã bù đủ công suất thiếu

c TH3: Hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải trung cực tiểu

Tại thời điểm từ 8 - 11h phụ tải phía trung đạt giá trị cực tiểu ta có: