Thiết kế phần điện cho nhà máy điện gồm 5 tổ máy, công suất của mỗi tổ máy bằng pđmf = 55 MW

5 Công suất phát của toàn nhà máy : Bảng biến thiên công suất của phụ tải ở các cấp điện áp và toàn nhà máy... LỜI MỞ ĐẦU******* Điện năng là một phần không thể thiếu trong tất cả các lĩ

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN

Thiết kế phần điện cho nhà máy điện gồm 5 tổ máy, công suất của mỗi tổ

máy bằng P đmF = 55 MW Hệ số tự dùng α TD = 9.2%, cosφ = 0,86 Nhà máy có

nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải:

1 Phụ tải cung cấp điện áp máy phát U F

P max = 14 MW, cosφ = 0,84 Gồm 2 kép công suất 7 MW, dài 1km Tại địa

phương dùng máy cắt hợp bộ có dòng điện định mức I cắt = 21 kA, t cắt = 0,7s

và cáp nhôm, vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất bằng 70 mm 2

2 Phụ tải cấp điện áp trung U T ( 110kV )

P max = 60 MW; cosφ = 0,84 Gồm 2 kép công suất 30 MW.

3 Phụ tải cấp điện áp cao U C (220kV )

P max = 80 MW; cosφ = 0,86 Gồm 2 kép công suất 40 MW.

4 Nhà máy liên lạc với hệ thống điện bằng đường dây kép 220kV dài

8 km

Hệ thống có công suất(không kể nhà máy đang thiết kế) là : S đmHT = 6000

MVA, điện kháng ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệ thống : X *

HT = 0,85, công suất dự phòng của hệ thống : S dtHT = 100MVA.

5 Công suất phát của toàn nhà máy :

Bảng biến thiên công suất của phụ tải ở các cấp điện áp và toàn nhà máy

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 giáo viên bộ môn NMĐ, cùng các thầy

cô dạy các môn hoc liên quan đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án.

Hà Nội, ngày…tháng…năm….

SINH VIÊN

CHƯƠNG I: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ 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.

Theo đề bài yêu cầu thiết kế nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy

có công suất là 55 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 TBø-55-2 có các thông số như bảng dưới đây:

0,064 5

1.2 Cân bằng công suất các cấp điện áp

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

P max và hệ số cosϕ 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. Công suất phụ tải các cấp

Công suất phụ tải các cấp tại từng thời điểm được xác định theo công thức:

ax

os

m P

c ϕ

=

Trong đó:

S(t)- công suất phụ tải tại thời điểm t

p max - công suất max của phụ tải

cosϕ- hệ số công suất

p%(t)- phần trăm công suất phụ tải thời điểm t.

♦ Đối với phụ tải địa phương

Số liệu ban đầu: P max = 14MW, cosϕ=0,84

S ĐPmax = = = 16,67 MVA Bảng số liệu tính toán

S ĐP 13,3

3

13,3 3

13,3 3

11,6 7

11,6 7

Đồ thị phụ tải các cấp

♦ Đối với phụ tải cấp điện áp máy trung

Số liệu ban đầu: U = 110kV, P max = 60MW, cosϕ=0,84

Đồ thị phụ tải cấp trung

♦ Đối với phụ tải cấp điện áp máy cao

Số liệu ban đầu: U = 220kV, P max = 80MW, cosϕ=0,86

Đồ thị phụ tải cấp cao

2. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

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

S đmF - công suất định mức của 1 tổ MF

10÷1 2

12÷1 4

14÷1 6

16÷1 8

18÷2 0

255, 8

3. 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:

• 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 = 9,2% ta xác định phụ tải dùng của nhà máy theo công thức:

S TD (t) = Trong đó:

S TD (t) - phụ tải tự dùng tại thời điểm t

%

α

- lượng điện phần trăm tự dùng

cosϕTD - hệ số công suất phụ tải tự dùng

n- số tổ MF

P đmF , S đmF - công suất tác dụng và công suất biểu kiến định mức của một tổ MF

S tnm (t)- công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t.

Số liệu ban đầu: α=9,2%, cosϕ=0,86

S TD (0÷4) = = 25,89 MVA Tương tự cho từng mốc thời gian ta có bảng số liệu

Giờ 0÷4 4÷6 6÷8 8÷1

0

10÷1 2

12÷1 4

14÷1 6

16÷1 8

18÷2 0

20÷2 2

22÷2 4

S tnm 255,8 255,8 255,8 255,8 287,8 319,8 319,8 319,8 287,8 287,8 287,8

S TD 25,8

9

25,8 9

25,8 9

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

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

S ĐP (t)- công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t

S UT (t)- công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t

8

18÷2 0

20÷2 2

22÷2 4

129.0 4

138.8

4 125.7 97.14 94.99 122.4

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 Đề suất các phương án nối dây.

1,Cơ sở đề suất 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

Ta có:

⇒

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.

+ Hệ số có lợi

Dùng 2 MBA tự ngẫu làm liên lạc

Phụ tải phía điện áp trung S UT max /S UT min =71,43/50 MVA,

Mà công suất 1 tổ máy là 55 MVA

2.Phương án 2

Phương án 2 có hai bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV và một bộ máy phát điện

- máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 220kV Hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV.

- Do có một bộ máy phát điện – máy biến áp 2 cuộn dây nối bên cao nên giá thành cao hơn và tổn thất nhiều hơn so với phương án 1.

3.Phương án 3

Phương án 3 có một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV và hai bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 220kV Hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV.

Ưu điểm:

- Sơ đồ nối điện đơn giản, vận hành linh hoạt, cung cấp đủ công suất cho phụ tải các cấp điện áp.

Nhược điểm:

- Có một phần lớn công suất truy ền qua máy biến áp sang bên trung (lớn nhất

sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện.

CHƯƠNG II: CHỌN MÁY BIẾN ÁP2.1 Tính toán chọn máy biến áp cho các phương án

1.Phương án 1

a.Chọn máy biến áp

Chọn máy biến áp 2 cuộn dây phía 110kV B3, B4, B5 :

Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4, B5 được chọn theo điều kiện:

b.Phân bố công suất cho các máy biến áp

Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4, B5:

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 lên thanh góp, tức là làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng :

S B3 = S B4 =S B5 = S đmF S td max = 63,95 = 58,07 MVA

Máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 :

- Công suất phía cao áp :

- Công suất phía trung áp:

) 3 (

2

1 ) 2 ( ) 1 (

ST B =S T B = S UT − S B3

- Công suất phía hạ áp:

) 1 ( ) 1 ( ) 2 ( ) 1 (

SH B =S H B =S C B +S T B

Kết quả tính toán phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu B1

và B2 được cho trong bảng sau :

S T (MVA) -62.1 -62.1 -54.96 -58.53 -58.53 -54.96 -51.39 -54.96 -54.96 -58.53 -62.1

c.Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp

 .Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4, B5:

Máy biến áp 2 cuộn dây không cần kiểm tra diều kiện quá tải vì máy phát điện hay máy biến áp gặp sự cố thì cả bộ ngừng làm việc.

Chỉ cần dung máy cắt phía cao áp, phía hạ áp chỉ cần dung dao cách ly phục vụ cho sửa chữa

 .Máy biến áp liên lạc B1 và B2 :

 Quá tải bình thường:

S CH = 18,03 MVA

S CT = -51,39 MVA S

≈ Max {α[S CH (t) + S CT (t)]} = 0,5.(28,03-51,39) = -11,68 MVA

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

Ứng với thời điểm t = (14÷16)

S

ax

m CH

= 18,03 MVA

S CC = 69,42 MVA

S CT = -51,39 MVA S

m thua

=

1 0,5

18,03 = 36,06 MVA Chọn máy biến áp TN loại TДЦ- 80 có thông số

Loại

MBA

S đm MVA

Hỏng 1 trong 2 máy biến áp tự ngẫu tại S UT max = 71,43 MVA

Khi đó ứng với thời điểm t =(14÷16)

2.1,4.0,5.80+ 58,07 =170,07 ≥ 71,43 MVA (đạt yêu cầu)

+ Phân bố công suất khi sự cố

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

S CT =

1 2

(S UT max - S bộ B5 )=

1 2

.(71,43 – 58,07)= 6,68 MVA

S CH = S đmF

-1 2

.15 -

1 5

Máy biến áp tự ngẫu cho phép quá tải

Ta có công suất về hệ thống lúc này là 138,84 MVA, vậy công suất thiếu là:

S thiếu = S VHT - S bộ - 2.S CC = 138,84 – 58,07 - 2 43,886 = -7,002 MVA

S thiếu =-7,002 MVA < S DP HT = 100MVA(thỏa mãn)

Vậy phương án 1 hoàn toàn đảm bảo quá tải bình thường và quá tải sự cố.

2.Phương án 2

a.Chọn máy biến áp

- Máy biến áp tự ngẫu B2, B3 và máy biến áp 2 cuộn dây bên trung áp 110kV B4, B5 chọn như phương án 1.

- Máy biến áp 2 cuộn dây bên cao áp 220kV B1 được chọn theo điều kiện:

S đmB5 S đmF = 63,95 MVA

Do đó ta có thể chọn máy biến áp B1 có các thông số kỹ thuật:

MBA MVA

b.Phân bố công suất cho các máy biến áp

Máy biến áp 2 cuộn dây B1, B4, B5:

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 lên thanh góp, tức là làm việc liên

tục với phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng :

S B1 = S B4 = S B5 = S đmF S td max = 63,95 29,42 = 58,07 MVA

Máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 :

- Công suất phía cao áp :

) (

2

1 ) 3 ( ) 2 (

SC B =S C B = S VHT −S B1

- Công suất phía trung áp:

) 2 (

2

1 ) 3 ( ) 2 (

ST B =S T B = S UT − S B4

- Công suất phía hạ áp:

) 2 ( ) 2 ( ) 3 ( ) 2 (

SH B =S H B =S C B +S T B

Kết quả tính toán phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu B2

và B3 được cho trong bảng sau :

22.355

25.925

S H (MVA)

c.Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp

 Máy biến áp 2 cuộn dây B1, B4, B5:

Máy biến áp 2 cuộn dây không cần kiểm tra diều kiện quá tải vì máy phát điện hay máy biến áp gặp sự cố thì cả bộ ngừng làm việc.

Chỉ cần dung máy cắt phía cao áp, phía hạ áp chỉ cần dung dao cách ly phục vụ cho sửa chữa

 Máy biến áp liên lạc B2 và B3 :

 Quá tải bình thường:

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

Ứng với thời điểm t = (14÷16)

m thua

=

1 0,5

18,03 = 36,06 MVA Chọn máy biến áp TN loại Tдц - 80 có thông số

Loại

MBA

S đm MVA

Hỏng 1 trong 2 máy biến áp tự ngẫu tại S UT max = 71,43 MVA

Khi đó ứng với thời điểm t =(14÷16)

2.1,4.0,5.80+ 58,07 =170,07 ≥ 71,43 MVA (đạt yêu cầu)

+ Phân bố công suất khi sự cố

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

S CT =

1 2

(S UT max - S bộ B5 )=

1 2

.(71,43 – 58,07)= 6,68 MVA

S CH = S đmF

-1 2

.15 -

1 5

Máy biến áp tự ngẫu cho phép quá tải

Ta có công suất về hệ thống lúc này là 138,84 MVA, vậy công suất thiếu là:

S thiếu = S VHT - S bộ - 2.S CC = 138,84 – 58,07 - 2 43,886 = -7,002 MVA

S thiếu =-7,002 MVA < S DP HT = 100MVA(thỏa mãn)

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

2.2 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA

S CC , S CT’ S CH : công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của mỗi máy biến áp tự

ngẫu trong khoảng thời gian t i

∆P NC , ∆P NT , ∆P NH : tổn thất công suất ngắn mạch các cuộn cao, trung, hạ.

Trong đó

∆: tổn thất ngắn mạch giữa cuộn trung và cuộn hạ

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

∆ : tổn thất ngắn mạch giữa cuộn cao và cuộn trung.

ta tính toán cụ thể như sau

Do nhà chế tạo chỉ cho nên

= 15466,37 MVA

= 18159,59 MVA

= 2923,372 MVA1597168.39

= 80.8760+

= 1597168,39 kWh

vậy tổng tổn thất điện năng trong máy biến áp là

∆AΣ= 2.∆A TN + +2.∆A B3,4 = 2 1597168,39 + 1886873,31 + 2 2044034,747= 9169279,58 kWh

Tổng tổn thất điện năng của 2 phương án

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

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI

ƯU

*******

3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối

Dựa vào yêu cầu phụ tải, vị trí của nhà máy trong hệ thống điện cũng nhưđặc 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: tincậy, 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 cắthay 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

Cụ thể như sau:

Phương án 1

+ Phía 220 kV: có 2 mạch máy biến áp và 1 mạch đường dây kép nối với hệthống Ta dùng sơ đồ TBPP hệ thống 2 thanh góp

phụ tải Ta dùng 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

Phương án 2

+ Phía 220 kV: có 3 mạch máy biến áp và 1mạch đường dây kép nối với hệthống Ta dùng sơ đồ TBPP hệ thống 2 thanh góp

phụ tải Ta dùng 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

3.2 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 Vốnđầu tư của một phương án là:

Vb: tiền mua MBA

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

- Hai MBA tự ngẫu loại Tдц – 80 MVA cấp điện áp 220 kV

Giá mỗi cái là 90.103 rúp ⇒ Vb1 = 2.90.103.60.103 = 10,8.109đ

- Ba MBA 3 pha 2 cuộn dây TPдцH – 80 MVA cấp điện áp 110 kV

Giá mỗi cái là 104 103 rúp ⇒ Vb2 = 3 104 103 60.103 =18,72.109đ

- Hai MBA tự ngẫu loại Tдц – 80 MVA cấp điện áp 220 kV

Giá mỗi cái là 90.103 rúp ⇒ Vb1 = 2.90.103.60.103 = 10,8.109đ

- Hai MBA 3 pha 2 cuộn dây TPдцH – 80 MVA cấp điện áp 110 kV

Giá mỗi cái là 104 103 rúp ⇒ Vb2 = 2.104 103 60.103 =12,48.109đ

- Một MBA 3 pha 2 cuộn dây TPДЦH – 100 MVA cấp điện áp 220 kV

Giá mỗi cái là 109 103 rúp ⇒ Vb3 = 109 103 60.103 = 6,5.109đ

3 Lựa chọn phương án tối ưu

(10 9 đ)

Chi phí vận hành (10 9 đ/năm)

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH