ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 4 Chương 1 7 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 7 1.1 Chọn máy phát điện. 7 1.2 Tính toán công suất phụ tải ở các cấp điện áp. 7 1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy. 8 1.2.2 Công suất và đồ thị phụ tải tự dùng. 9 1.2.3 Phụ tải địa phương. 9 1.2.4 Phụ tải cấp điện áp 110 kV. 10 1.3 Cân bằng công suất toàn nhà máy và xác định công suất phát vào hệ thống. 10 1.4 Nhận xét. 11 Chương 2 13 CÁC SƠ ĐỒ PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MBA 13 2.1 Các phương án. 13 2.2 Chọn máy biến áp. 16 2.2.1 Chọn công suất máy biến áp. 16 2.2.3 Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp. 22 CHƯƠNG 3 26 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN 26 3.1 Tính toán ngắn mạch: 26 3.2 Tính toán chi tiết từng điểm ngắn mạch. 31 3.2.1 Điểm ngắn mạch N1. 31 3.2.2 Ngắn mạch tại điểm N2 35 3.2.3 Ngắn mạch tại điểm N3. 40 3.2.4 Ngắn mạch tại điểm N4. 45 3.3 Lựa chọn khí cụ điện cho sơ đồ nối điện. 51 3.3.1 Tính toán dòng cưỡng bức. 51 3.3.2 Lựa chọn máy cắt điện. 53 3.3.3 Điều kiện chọn dao cách ly. 54 3.3.4 Lựa chọn thanh góp. 54 3.3.5 Chọn sứ đỡ. 58 3.3.6 Lựa chọn dây dẫn. 60 3.3.7 Chọn BU và BI. 60 3.4 Mạch phụ tải địa phương và tự dùng. 66 3.4.1 Phụ tải địa phương. 67 3.4.2 Mạch tự dùng. 69 Chương 4: 75 Sơ đồ tổng thể của nhà máy nhiệt điện 75 4.1 Phương pháp chọn sơ đồ cho thiết bị trạm phân phối. 75 4.2 Sơ đồ điện của nhà máy nhiệt điện. 75 Chương 5 77 Tính toán kinh tế của nhà máy sau khi thiết kế 77 5.1 Vốn đầu tư của nhà máy. 77

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Đàm Trọng Chính

Ngành: Hệ Thống Điện khóa: 57 Đào tạo: Chính quy

Mã số ngành:06

Thời gian nhận đề tài: ngày tháng năm

Thời gian nhận đề tài: ngày tháng năm

Tính toán chọn sơ đồ điện nhà máy và thiết bị điện cho nhà máy

Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Xuân Thành

Trưởng bộ môn: TS Đỗ Như Ý

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngành điện giữmột vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân Trong cuộc sốnghiện nay điện rất cần cho sinh hoạt và phục vụ sản suất, với sự phát triển của xã hộingày nay cũng như nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước đòi hỏi nước taphải xây dựng các nhà máy điện để đáp ứng nhu cầu hiện nay

Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chương trình của ngành hệ thống điện emđược nhà trường và bộ môn hệ thống điện giao nhiệm vụ thiết kế nhà máy nhiệtđiện với những yêu cầu sau:

Thiết kế nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là 100MW Nhà máy

có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải điện áp trung vàphát công suất thừa lên hệ thống 220kV Bốn tổ máy được kết cấu theo sơ đồ bộ.Trong đó có 2 tổ máy đấu nối nên tram biến áp 220kV, 2 tổ máy đấu nối nên trạm110kV Các máy phát có điện áp đầu cực là 10kV

Sau thời gian làm đồ án với sự lỗ lực của bản thân, được sự giúp đỡ tận tình của cácthầy cô giáo trong khoa, các bạn cùng lớp, đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn tậntình của Thầy TS Lê Xuân Thành đến nay em đã hoàn thành bản đồ án Vì thời gian

có hạn với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi nhữngthiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý bổ sung của các thầy giáo và cácbạn cùng làm đồ án để em ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể thầy cô trong bộ môn lời cảm ơnchân thành nhất!

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện cỡ vừa gồm 4 tổ máy, công suất mỗi

tổ máy là 100MW Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải điện áp trung và phát công suất thừa lên hệ thống 220kV Bốn tổ máy được kết cấu theo sơ đồ bộ, trong đó 02 tổ máy đấu nối nên trạm biến áp 220kV, 02

tổ máy đấu nối lên trạm biến áp 110kV Các máy phát có điện áp đầu cực 10kV

1 Phụ tải điện áp máy phát (phụ tải địa phương):

Pmax = 15(MW); cosϕ=0,8

Gồm: 04 đường dây képx3MWx3km

03 đường dây đơnx3MWx4,5km

Biến thiên phụ tải theo thời gian:

Tại trạm địa phương đặt máy cắt hợp bộ có dòng cắt 20kA, thời gian cắt là 2 sec, dùng cáp nhôm tiết diện bế nhất là 50mm2

Điện tự dùng của nhà máy là 8%

2 Phụ tải điện áp trung 110kV:

Tổng công suất hệ thống không kể nhà máy thiết kế là 2000MVA, dự trữ quay của

hệ thống là 200 MVA Nhà máy nối với hệ thống bằng một dường dây kép dài 60

km Điện kháng tính đến thanh cái của hệ thống là Xđm= 2,5

Chương 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năngtiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải Trong thực tế điện năng tiêu thụ của các hộ dùng điện thay đổi liên tục, vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quantrọng với việc thiết kế và vận hành

Dựa vào đồ thị phụ tải có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảocác chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Từ đồ thị phụ tải có thể chọn đúng công suất của máy biến áp (MBA) và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và các nhà máy điện với nhau

1.1 Chọn máy phát điện.

Theo yêu cầu thiết kế nhà máy điện có bốn tổ mấy mỗi tổ máy là 100MW( tổng 4 tổ máy là: 400MW) Do đó đã biết số lượng và công suất của từng tổ máy chỉ cần chú ý một số điểm sau:

Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòng ngắn mạch ở các cấp điện áp sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại khí cũng sẽ giảm thấp

Để thuận tiện việc xây dựng cũng như vận hành nên chọn máy mát cùng loại

từ đó chọn theo số tay thiết bị điện được thông số máy phát cho ở bảng 1.1

Bảng 1.1: Thông số máy phát.

Loại máy

1.2 Tính toán công suất phụ tải ở các cấp điện áp.

Để đảm bảo vận hành an toàn, tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ kể

cả tổn thất điện năng Trong thực tế năng lượng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi Việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với thiết kế và vận hành Nhờ vào đồ thị phụ tải mà có thể

cậy cung cấp điện, ngoài ra dựa vào đồ thị có thể chọn được máy phát điện hợp lý, máy biến áp và phân bố tối ưu công suất phát giữa các tổ máy và các máy với nhau.Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải dưới dạng phần trăm công suất theo thời gian và công suất Pmax , cosφtb của từng phụ tải ứng với đó tính được tải của cáccấp điện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức (1.1).

t tb

P   Cosφ

p P

P =

(1.0)Trong đó:

St : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA)

Cosφtb: Hệ số công suất của từng phụ tải

p%: Công suất tác dụng phần trăm tương ứng với mỗi thời điểm

Pmax: Công suất cực đại của phụ tải (MW)

1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy.

Nhà máy gồm bốn tổ máy có Pđm = 400 (MW), cosφ= 0,8 do vậy từ các công thức (1.1) sẽ tính được thông số phụ tải của nhà máy được cho trong bảng 1.2 và hình 1.1

Bảng 1.2: Thông số phụ tải của nhà máy.

Hình 1.1:Đồ thị công suất nhà máy theo ngày.

1.2.2 Công suất và đồ thị phụ tải tự dùng.

Tự dùng lớn nhất của toàn nhà máy bằng 8% công suất định mức của nhà máy với cosφ= 0,8 khi đó được xác định theo công thức (1.2)

Std(t) = Stdmax.(0,4+0,6

( )

nm t đm

S) (1.0)

Trong đó:

Stdmax = αtd.Snm = 0,08.500 = 40 (MVA)

Std(t): Phụ tải tự dùng nhà máy tại thời điểm t

Sđm : Công suất định mức của nhà máy MVA

Từ số liệu tính toán ở bảng 1.2 và công thức (1.2) tính được công suất tự dùng cho trong bảng 1.3 và đồ thị tự dùng cho ở hình 1.2

Bảng 1 3: Phân bố công suất tự dùng.

1.2.3 Phụ tải địa phương.

Như nhiệm vụ thiết kế đã cho Pmax = 15MW, cosφ= 0,8 khi đó công suất được xác định như sau:

t tb

P   Cosφ

Từ các công thức (1.4) sẽ tính được công suất phụ tải của địa phương được cho trong bảng 1.4 và hình 1.3.

Bảng 1.5: Phân bố công suất phụ tải trung áp.

Phương trình cân bằng công suất toàn nhà máy như biểu thức (1.5)

StoànNM(t) = Sđịa phương(t) + Strung áp(t) + SUC(t) + Std(t)+ SvềHT(t) (1.0)Với: SUC(t) = 0 do nhà máy không có phụ tải phía cao

Bỏ qua tổn thất trong máy biến áp tính được công suất thừa phát lên hệ thống:

SvềHT(t) = StoànNM(t) – [Sđịa phương(t) + Strung áp(t) + SUC(t) + Std(t)] (1.0)

Từ (1.6) tính toán tổng hợp được công suất của toàn nhà máy cho trong bảng 1.6 và

phân bố không đều ở các cấp điện áp Cấp điện áp máy phát phụ tải Pmax =15MW, nhỏ hơn nhiều so với công suất một máy phát P= 100MW và toàn nhà máy Phụ tải trung áp có thể luôn cho một máy hoạt động hết công suất do phụ tải trung áp lớn hoặc bằng công suất phát ra cả một máy phát của nhà máy.

*) Dự trữ của hệ thống là S= 200MVA, lớn hơn so với công suất của một máy phát Công suất của hệ thống cũng tương đối lớn Sht = 2000MVA

Chương 2 CÁC SƠ ĐỒ PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MBA

2.1 Các phương án.

Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy điện Sơ đồ nối điện hợp lí không những đem lại những lợi ích kinh tế lớn lao mà còn phải đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật

Cơ sở để xác định các phương án có thể là số lượng và công suất máy phát điện, công suất hệ thống điện, sơ đồ lưới và phụ tải tương ứng, trình tự xây dựng nhà máy điện và lưới điện…

Khi xây dựng phương án nối dây sơ bộ dựa vào một số nguyên tắc chung sau :

Nguyên tắc 1:

Có hay không có thanh góp điện máy phát Nếu Sufmax nhỏ và không có nhiềudây cấp cho phụ tải địa phương thì không cần thanh góp điện áp máy phát khi công suất thỏa mãn điều kiện Sufmax ≤ 30%Sđm1F

Nguyên tắc 2:

Nếu có thanh góp điện áp máy phát thì số lượng máy phát nối vào thanh góp phải đảm bảo sao cho khi một tổ máy lớn nhất bị sự cố thì những máy phát còn lại phải đảm phát cho phụ tải địa phương và tự dùng cũng như trung áp

Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy có bốn tổ máy Công suất mỗi tổ máy là 100MW có nhiệm vụ cấp điện cho phụ tải trung áp và phụ tải địa phương cùng cấp điện áp, truyền tải công suất thừa lên hệ thống 220kV và từ những nguyên tắc trên

có những đề xuất một số phương án như trên hình 2.1, 2.2 và 2.3

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống nhà máy

-Nhận xét: Cũng như sơ đồ trên sơ đồ này phụ tải địa phương được đấu nối vào hệ thống thanh cái trung áp Sơ đồ đảm bảo được cung cấp điện cho phụ tải địa phươngkhi hệ thống máy phát xảy ra sự cố cũng như bảo trì Song về mặt kinh tế không tối

ưu do tốn thêm 01 máy biến áp

Phương án 3:

2.2.1 Chọn công suất máy biến áp.

Máy biến áp là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện Tổng công suất các máy biến áp gấp từ 4-5 lần tổng công suất các máy phát điện Chọn máy biến áp

MBA được chọn phải đảm bảo hoạt động an toàn trong điều kiện bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất.

Nguyên tắc chung để chọn máy biến áp là trước tiên chọn SđmB ≥ Smax (công suất cựcđại có thể qua máy biến áp trong điều kiện làm việc bình thường) sau đó kiểm tra lạiđiều kiện sự cố có thể kể đến hệ số quá tải của MBA Xác định công suất thiếu về

hệ thống phải nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống Lần lượt chọn các máy cho

phương án trên với giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trường nơi lắp đặt của nhà máy Do vậy không cần chỉnh lại công suất định mức của MBA

2.2.1.1 Ch n máy bi n áp 2 cu n dây B3, B4 cho phía trung áp 110kV ọ ế ộ

Chọn loại không cần điều chỉnh dưới tải vì có thể điều chỉnh điện áp nhờ điều chỉnh kích từ với điều kiện chọn máy biến áp 2 cuộn dây theo công thức (2.2)

SđmB ≥ SđmF – StdMF ≈ SđmF (2.0)

SđmB ≥ SđmF – StdMF ≈ SđmF = 125 (MVA) (2.0)

2.2.1.2 Ch n máy bi n áp t ng u B1, B2 phía cao áp 220kV ọ ế ự ẫ

Điều kiện chọn máy biến áp tự ngẫu theo công thức (2.4)

thua đmTN

S S

α

≥

(2.0)Trong đó:

α: Là hệ số có lợi (α=0.5) được tra theo sổ tay thiết kế nhà máy điện(tác giả Đào Quang Thạch NXBKHKT)

Sthừa : Công suất thừa phát lên hệ thống khi bỏ đi tải địa phương và tải

tự dùng của nhà máy và được xác định theo công thức (2.5)

Sthừa = SđmF – ΣSđịa phương – ΣStd (2 0)

ΣSđmF: Tổng công suất máy phát điện nối vào máy biến áp

ΣStd : Tổng công suất phụ tải tự dùng cực đại của máy phát

Vậy từ (2.5) và bảng 1.6 tính được:

Sthừa = 125 – 18,8 – 40 = 110,3(MVA)

Theo công thức (2.4) công suất máy biến áp tự ngẫu phải có:

SđmTN≥220,6(MVA)

Từ đó chọn được công suất MBA theo phụ lục “thiết kế nhà máy điện và trạm biến

áp” thông số máy biến áp được chọn cho trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Thông số máy biến áp.

C- H

*) Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp.

+) Máy biến áp 2 cuộn dây phía trung áp 110kV (Máy B3,B4):

Khi vận hành bằng phẳng theo công thức (2.6) và bảng 1.6:

Sbộ= SFđm –.Std - Sđịa phương (2.0)

Do đó trong điều kiện bình thường MBA 2 cuộn dây không bị quá tải

+) MBA tự ngẫu (Máy B1,B2):

Tính phân bố công suất trong các cuộn cao trung hạ theo các công thức từ

(2.7) đến (2.10) sau:

+) Phía trung: SPT =

12.[ SUT(t) – 2.Sbộ ] (2.0)

+) Phía cao: SPC =

12.Svht(t) (2.0)+) Phía hạ: SPH = SPT + SPC (2.0)

1414

+) Từ các công thức (2.7), (2.8), (2.9), (2.10) tính được phân bố công suất của MBA

Sntmax = α.( SPH+ SPT) = 0,5.(110,3 1- 4,43 ) = 52,94(MVA) < 0,5.250 (MVA)

Như vậy ở điều kiện vận hành bình thường MBA tự ngẫu không bị quá tải

2.2.2.2 Xét trong tr ườ ng h p s c ợ ự ố

Để kiểm khả năng của máy biến áp trong trường hợp sự cố xét khi tải trung

áp cấp điện áp 110kV làm việc ở tải cực đại

+) Sự cố hỏng một máy biến áp 2 cuộn dây B3:

Hình2-4: Hỏng máy biến áp 2 cuộn dây B3.

Có: STmax = 211,8 ( MVA), Sđịaphương =18,8(MVA), Svềht = 229,5(MVA)

+ Điều kiện đối với máy biến áp liên lạc được kiểm tra theo công thức (2.11)

2.Kqt.α.SđmB ≥ STmax (2.0) Trong đó:

Kqt: Hệ số quá tải

α: Tỉ số có lợi các cấp điện áp

SđmB: Công suất định mức của máy biến áp

+Kiểm tra theo điều kiện theo công thức (2.11):

2x1,4x0,5x250 = 350(MVA) > 211,8 (MVA)

Vậy điều kiện kiểm tra được thỏa mãn

+) phân bố công suất khi đó:

Công suất truyền tải từ phía trung MBATN lên thanh góp 110kV là:

SPT =

12.[STmax –(Sđmf –

14.Sđf –

14.Std)] = 50,72(MVA) (2.0)Công suất truyền tải từ phía hạ lên MBATN là:

SCH =Sđmf –

14.Sđf –

14.Std= 110,3(MVA) (2.0)Công suất truyền qua phía cao áp của MBATN là:

SPC = SCH - SPT = 59,58(MVA) (2.0)

Công suất lên hệ thống còn thiếu so với bình thường là:

Sthiếu = Svht – 2.SPC = 110,3 (MVA) < Sdtruhethong (2.0)

Công suất phân bố của MBA tự ngẫu được tính toán theo công thức (2.12), (2.13), (2.15) được tổng hợp lại trong bảng 2.3

Bảng 2.3: Phân bố công suất của máy biến áp tự ngẫu.

Hình 2.4: Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu B1

Lúc này máy biến áp còn lại cần kiểm tra theo điều kiện sau:

Kqtsc.α.SđmTN + ΣSbộ ≥ STmax (2.0)

Sbộ = SđmF –

14.Sđf –

14.Std (2 0)Kiểm tra theo điều kiện theo công thức (2.16) và (2.17):

1,4.0.5.250+110,3 = 285,3 ≥ 229,5 (MVA)

Điều kiện (2.16) thỏa mãn

+) Phân bố công suất khi đó:

Công suất truyền qua cuộn trung:

SPT = STmax – 2.Sbộ =211,8-2.110,3= -8,8(MVA) (2.0) Công suất truyền của cuộn hạ:

SPH = Sbộ = 110,3(MVA) (2.0)

SPC = SPH- SPT =110,3 +8,8 = 119,1 (MVA) (2.0)

Từ các công thức (2.18), (2.19), (2.20) tổng hợp được bảng phân bố công suất qua

tự ngẫu như trong bảng 2.4

Bảng2.4: Phân bố công suất của máy biến áp tự ngẫu

S phíatrung (MVA) -99,95 -33,85 -8,8 -100,85

S phíacao (MVA) 213,475 146,075 119,1 214,825

S phíahạ (MVA) 113,525 112,225 110,3 113,975

+) Nhận xét: Công suất được chuyền từ phía hạ và trung nên cao

Công suất còn thiếu phát lên hệ thống so với bình thường được tính theo công thức (2.21)

Sthiếu = Svht - SPC = 110,4 (MVA) < Sdtht = 200(MVA) (2.0)

Từ kết quả trên thấy rằng MBATN còn lại vẫn làm việc đảm bảo trong trường hợp sự cố

2.2.3 Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp.

Tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu được trong đánh giá một phương án về kỹ thuật – kinh tế, tổn thất điện năng chủ yếu do các máy biến áp gây lên

*) Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần :

+) Tổn thất phần từ hóa trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp

+) Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp.+) Công thức tính tổn thất điện năng trong 1 máy biến áp hai cuộn dây

và biến áp tự ngẫu trong một năm khi làm việc với phụ tải không đổi.+) Tổn thất máy biến áp 2 cuộn được tính theo biểu thức (2.22):

.T (2.0)Trong đó:

∆P0: Tổn thất không tải máy biến áp 2 cuộn.

∆PN: Tổn thất ngắn mạch của máy biến áp 2 cuộn

Sbộ: Công suất phát nên máy biến áp khi đã truyền qua tự dùng và tải

địa phương

T: Thời gian vận hành máy biến áp

+) Tổn thất máy biến áp tự ngẫu được tính theo biểu thức (2.23):

SCi,STi,SHi: Công suất truyền qua các cuộn của máy biến áp theo thời

gian ti

Sđm: Công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu

ΔP0: Tổn thất không tải của máy biến áp

ΔPN.C; ΔPN.T; ΔPN.H: Tổn thất công suất của máy biến áp qua các cuộn

dây được tính theo biểu thức (2.24) đến (2.26)

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

Máy B3,4 luôn làm việc với công suất truyền tải qua máy biến áp với công suất tải

lớn nhất với Sbộ =110,3 (MVA) trong cả năm

Do đó tổn thất của máy B3, B4 được tính theo biểu thức (2.27)

.T (2.0)Thay vào (2.27) tính được tổn thất MBA hai cuộn dây là:

∆A2cd = 100.8760 + 400.(110,3/125)2.8760 =3604318,7(KWh)

Vậy tổng tổn thất của hai máy là:

Σ∆A2cd =2 3604318,7=7208,6374(MWh)

Tổn thất máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức (2.23), (2.24), (2.25), (2.26)

và dựa trên bảng thông số của máy biến áp ở bảng 2.6

Bảng2.6: Thông số máy biến áp tự ngẫu.

ΔPN.C = 0,5.

2 2

620 260

- ) 0,5

0

)=0,78(MW)Với phụ tải hoạt động bằng phẳng trong năm công suất đi qua máy biến áp tự ngẫu được cho ở bảng 2.7

Bảng2.7: Công suất qua máy biến áp tự ngẫu khi làm việc bình thường.

ATN = 0,12x8760+(365/250)x( 54516,002+7747,89+90929,66)

=1945,85(MWh)

+) Tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu:

ΣΔATN = 2 ATN =3891,7(MWh)+) Tổng tốt thất điện qua tất cả máy biến áp trong một năm như sau:

ΣΔA= ΣΔATN+ Σ∆A2cd =3891,7+7208,6374 =11100,34(MWh)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chỉnh định rơle, chọn các khí cụđiện và dây dẫn của nhà máy trong phương án đảm bảo các tiêu chuẩn ổn định động, ổn định nhiệt khi ngắn mạch

3.1 Tính toán ngắn mạch:

Chọn các đại lượng cơ bản tính toán với điện kháng trong hệ đơn vị tương đối trong bảng 3.1

Bảng 3.1: Thông số đơn vị cơ bản

Điện kháng đường dây 220 kV trong hệ tương đối cơ bản tính theo công thức(3.2)

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 điện kháng cho ở bảng 3.2.

Bảng 3.3: Thông số máy biến áp 2 cuộn

+) Điện kháng tương đối MBA được tính theo công thức (3.4) và dựa theo bảng 3.3 như công thức (3.5)

084 , 0 125

100 100

5 , 10 S

S 100

%Fdm

Trước hết tính điện kháng ngắn mạch từng cuộn dây:

Bảng 3.4: Điện áp ngắn mạch % của MBA

Bảng 3.5: Điện kháng của MBA tự ngẫu

XC

%100

Lập sơ đồ để tính dòng ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện, cần chọn chế độ làm việc nặng nề nhất nhưng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế Điểm ngắn mạch tính toán là điểm mà khi xảy ra ngắn mạch tại đó thì dòng ngắn mạch đi qua khí cụ điện là lớn nhất Trên cơ sở đó chọn các điểm tính toán ngắn mạch của phương án sau:

+ Điểm N1: Ngắn mạch tại thanh cái phía cấp điện áp 220kV

+ Điểm N2: Ngắn mạch tại đầu cực máy phát F1 hoặc F2

+ Điểm N3: Ngắn mạch tại thanh cái phía cấp điện áp 110kV

+ Điểm N4: Ngắn mạch tại đầu cực máy phát F3 hoặc F4

+) Sơ đồ các điểm ngắn mạch và sơ đồ thay thế ngắn mạch được cho trong hình 3.1

và hình 3.2

Hình 3.2: Sơ đồ thay thế ngắn mạch

+) Do sơ đồ hình 3.2 là đối xứng nên có thể giản thể như hình 3.3

Hình 3.3: Sơ đồ rút gọn tương đương 3.2 Tính toán chi tiết từng điểm ngắn mạch.

3.2.1 Điểm ngắn mạch N1.

Sơ đồ tính toán ngắn mạch được cho trong hình 3.4 và điện kháng cho trong bảng 3.6

Hình 3.4: Điểm ngắn mạch N1 Bảng 3.6: Thông số điện kháng cơ bản.

Điện

kháng X HT (x 1 ) X d (x 2 ) X C (x 3 ) X T (x 4 ) X H (x 5 ) X B (x 7 ) X F (x 6 )

Hợp nhất các nguồn máy phát theo các phép biến đổi đặng trị, phép biến đổi này để ghép các nhánh song song có nguồn hoặc không có nguồn thành một nhánh tương đương Xét sơ đồ thay thế như hình 3.6.

Hình 3.6: Sơ đồ phép biến đổi

Có n nhánh được nối chung vào điểm M, mối nhánh có một nguồn sức điện động Ek

và một điện kháng Xk khi đó có thể tối giản bằng biểu thức (3.12)

n

k k k=1

E

∑

(3.0)-Tiếp tục rút gọn sơ đồ thu được sơ đồ như hình 3.7

Hình 3.7: Hợp các nguồn máy phát.

Khi đó dòng ngắn mạch được tính bằng tổng các dòng từ các nguồn hệ thống

và tổng nguồn máy phát

+) Điện kháng tính toán của hệ thống được tính theo (3.13)

XHTtt = X1

ht cb

S S

= 0,05

2000100

= 1 (3.0)+) Điện kháng tính toán của nhà máy được tính theo (3.14)

XNMtt= X11

đmF cb

S S

Σ

= 0,085

4.125100

= 0,426 (3.0)+) Từ điện kháng tính toán và bảng tra dòng ngắn mạch tại các thời điểm chọn các giá trị như sau:

+) Dòng tại thời điểm t=0(s)

S U

(3.0)

=1

20003.230 =5,02(kA)

INM(0) = INM*(0)

3

đmF tb

S U

Σ

(3.0)

=2,5

4.1253.230

=3,13 (kA)

IHT(∞) =IHT*(∞)

3

HT tb

S U

(3.0)

20003.230

=6,02 (kA)

INM(∞) =INM*(∞)

3

đmF tb

S U

Σ

(3.0)

=2

4.1253.230

=2,51(kA) +) Tổng dòng ngắn mạch tại thời điểm t=0 và t = ∞ được tính theo biểu thức(3.19)

Hình 3.9: Sơ đồ rút gọn ngắn mạch N2

Khi đó tính dòng ngắn mạch chạy từ các nguồn đến điểm ngắn mạch như sau:

+) Dòng ngắn mạch từ hệ thống chạy về điểm ngắn mạch được thể hiện qua sơ đồ hình 3.10

Hình 3.10: Dòng ngắn mạch từ hệ thống đến N2

+) Điện kháng tổng tính theo biểu thức (3.24)

X14= X12+ X5=0,1163 (3.0)+) Điện kháng tính toán của hệ thống theo biểu thức (3.25)

XHTtt = X14

ht cb

S S

= 0,11

2000100

= 2,3 (3.0)+) Từ đó tra bảng được dòng ngắn mạch tại các thời điểm:

Dòng tại thời điểm t=0(s)

S U

(3.0)

= 0,43

2000 3.10,5

=47,28 (kA)

IHT(∞) = IHT*(∞).

3

HT tb

S U

(3.0)

= 0,48

2000 3.10,5

=52,7 (kA) +) Dòng ngắn mạch từ nguồn F3,4 chạy về điểm ngắn mạch được vẽ trong hình 3.11với giá trị điện kháng được tính theo biểu thức (3.28)

S S

Σ

=0,163

2.125100

=0,408 (3.0)+) Từ đó tra bảng dòng ngắn mạch theo điện kháng tính toán:

Dòng tại thời điểm t=0(s)

IF34(0) = IF34*(0).

3

đmF tb

S U

Σ

(3.0)

= 2,5

2.125 3.10,5

= 34,4 (kA)

IF34(∞) = IF34*(∞)

3

đmF tb

S U

Σ

(3.0)

= 2

2.125 3.10,5

= 27,49(kA) +) Ngắn mạch chạy từ nguồn F1,2 đến điểm ngắn mạch được vẽ trong hình 3.12

Hình 3.12: Dòng ngắn mạch chạy từ F 1,2 về điểm ngắn mạch.

+) Điện kháng tính toán được tính theo biểu thức (3.32)

XF12tt= X6

đmF cb

S S

Σ

=0,077

250100

=0,19 (3.0)+) Từ đó tra bảng dòng ngắn mạch theo điện kháng tính toán:

Dòng tại thời điểm t=0(s)

Dòng tại thời điểm t=∞(s)

S U

Σ

(3.0)

=5

2.125 3.10,5

= 68,7(kA)

IF12(∞) = IF12*(∞)

3

đmF tb

S U

Σ

(3.0)

= 2,5

2.125 3.10,5

= 34,5(kA) +) Tổng dòng ngắn mạch tại N2 tính toán được thể hiện qua biểu thức (3.35) và (3.36):

IΣnm(0)= IHT(0)+ IF34(0)+ IF12(0) (3.0)

= 47,28 +34,4 +68,7=150,4(kA)

IΣnm(∞)=IHT(∞)+IF34(∞)+IF12(∞) (3.0)

=52,7+27,49+34,5 =114,69(kA) +) Dòng điện xung kích tại điểm N2 tính toán thể hiện qua công thức (3.37)

Hình 3.13: Ngắn mạch tại thanh cái 110kV.

+) Rút gọn sơ đồ được thể hiện trong hình 3.14 với các điện kháng rút gọn tương đương được tính như các biểu thức (3.38); (3.39) và (3.40)

X16 = X1+X2+X3=0,075 (3.0)

X17= X5+X6=0,118 (3.0)

X18= X2+X6+X7=0,121 (3.0)