Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện công suất 240MW

Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện công suất 240MW

Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện

Công suất : 240MW chơng 1 tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.1 Chọn máy phát điện

Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện gồm 4 tổ máy công suất mỗi máy là

UkV

I

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Từ bảng biến thiên phụ tải ngày ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện

áp theo công thức:

max

100

% )

S(  ) ( )

Trong đó:

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

P(t): Công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

Cos : Hệ số công suất phụ tải

1.2.1 Phụ tải các cấp điện áp

+ Phụ tải cấp điện áp máy phát(địa ph ơng):

Uđm = 10 (kV); Pmax = 9 (MW); Cos = 0,87

max

100

% )

Đồ thị phụ tải địa phơng:

6 12 22 24 0

63,64 77,27

+ Phô t¶i toµn nhµ m¸y:

Pmax= 240 (MW); cos = 0,8

max

100

% )

§å thÞ phô t¶i:

6 12 22 24 0

Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lợng điện tự dùng chiếm 8% công suất

định mức của toàn nhà máy

Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm có thể tính theo biểu thức sau:

td

S

t S S

t

S 0 , 4 0 , 6 ( )

100

% ) (  Trong đó:

Std(t): Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t

SNM : Công suất đặt của toàn nhà máy

S(t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t

6 12 22 24 0

SHT : Công suất nhà máy phát về hệ thống

SNM : Công suất phát của nhà máy

SUF : Công suất tiêu thụ của phụ tải địa phơng

SUT : Công suất tiêu thụ của phụ tải trung áp

STD : Công suất tự dùng của nhà máy

Sau khi tính toán ta có bảng kết quả:

Đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy:

2.1 Đề xuất các phơng án

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng

trong quá trình thiết kế nhà máy điện Các phơng án phải đảm bảo độ tin cậy

cung cấp điện cho phụ tải, đồng thời thể hiện đợc tính khả thi và đem lại hiệu

quả kinh tế

Dựa vào số liệu tính toán phân bố công suất đồ thị phụ tải các cấp điện áp

chúng ta vạch ra các phơng án nối điện cho nhà máy

Theo kết quả tính toán cân cằng công suất ở chơng 1 ta có:

+ Phụ tải địa phơng:

Smax = 10,34 (MVA)

Smin = 6,21 (MVA)+ Phụ tải trung áp:

STmax = 90,91 (MVA)

STmin = 59,09 (MVA)+ Công suất phát vào hệ thống:

SHTmax = 180,8 (MVA)

SHTmin = 141,32 (MVA)Theo đề ra ta nhận thấy:

+ Dự trữ quay của hệ thống: SDT = 170 (MVA)

+ Phụ tải địa phơng : Pmax = 9 MW

+ Công suất một bộ máy phát điện - máy biến áp không lớn hơn dữ trữ quaycủa hệ thống nên ta dùng sơ đồ bộ: máy phát điện - một máy biến áp

+ Trung tính của cấp điện áp cao 220 (kV) và trung áp 110 (kV) đợc trực tiếpnối đất nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp.+ Phụ tải trung áp:

Phơng án này có u điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp

điện áp, công suất hai máy biến áp tự ngẫu có dung lợng nhỏ

2.1.2 Phơng án 2

Phơng án này có u điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở cáccấp điện áp.

Nhợc điểm của phơng án là so với phơng án 1 thì bộ máy biến áp - máyphát điện có B4 phải chọn với cấp điện áp cao 220 (kV)

2.1.3 Phơng án 3

Phơng án này có u điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở cáccấp điện áp.

Nhợc điểm của phơng án là điện áp bên cao và bên trung không chênhnhau nhiều nên việc sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc không có hiệuquả là bao Trong khi đó bên cao dùng 2 bộ MF-MBA là tốn kém ,số lợngmáy biến áp nhiều

Nhận xét:

Qua phân tích sơ bộ các phơng án đa ra ta nhận thấy phơng án 1và phơng

án 2 có nhiều u điểm hơn Vì vậy ta giữ lại hai phơng án này để tính toánkinh tế, kỹ thuật từ đó chọn một phơng án tối u nhất cho nhà máy thiết kế

80 115 10,5 70 310 10,5 0,55 TP ДцHДцHH

80000/110

Công suất của máy biến áp tự ngẫu đợc chọn theo điều kiện:

th dmb

U

U U

Thay số ta có:

) ( 02 , 67 5 , 19 4

1 2

21 , 6

1 1

2 Phân bố công suất cho các máy biến áp

Để đảm bảo vận hành kinh tế các máy biến áp ta cho hai MBA bộ B3 và

B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng cả năm nh sau:

= 70,13 (MVA)

Đồ thị phụ tải của B3 và B4:

Ta thấy SB3 = SB4 = 70,13 < SđmB3 = 80 (MVA) Vậy ở điều kiện làm việc bình

thờng máy biến áp B3 và B4 không bị quá tải

Đối với các máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 công suất truyền tải lên các cấp

điện áp đợc tính theo công thức sau:

+ Công suất truyền tải lên cao áp mỗi máy là:

SCB1 = SCB2 =

2

1

(SHT)+ Công suất truyền tải lên trung áp mỗi máy là:

2

) ( 3 4

110 2

TB

S S S S

+ Công suất truyền tải lên cuộn hạ áp mỗi máy:

SHB1 = SHB2 = SCB1 + STB1 = SCB2 +STB2

Dựa vào bảng phân bố công suất toàn nhà máy ta tính đợc công suất truyền

tải lên các cấp điện áp cho từng thời điểm, theo các công thức trên ta có:

Vậy ở điều kiện làm việc bình thờng các máy biến áp B1, B2 không bị quá tải

3 Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp

Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nênkhông cần kiểm tra điều kiện qúa tải bình thờng

Kiểm tra sự cố

S(MVA)

t(h) 0

70,13

24

Sự cố nguy hiểm nhất là khi ST = STmax = 90,91 MVA

Khi đó SHT = 180,8 MVA SUF = 8,79 MVA

Ta xét các sự cố sau:

- Sự cố B4 (hoặc B3)

- Điều kiện kiểm tra sự cố:

Khi sự cố máy biến áp B4 (hoặc B3) mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phảitải một lợng công suất là:

S =

2

13 , 70 91 , 90 2

) S -

- Điều kiện kiểm tra sự cố

Khi có sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải 1 lợng công suất bên trung là:

ST = STmax - SB3 - SB4 = 90,91 – (70,132) = -49,35 MVAThực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc 1 lợng công suất là:

SB1(B2) = .SđmB = 0,5.160 = 80 MVA

Ta thấy: SB1(B2) = 80 > 49,35 MVA

Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần phải tải khi sự cố:

 Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải

- Phân bố công suất khi sự cố MBA B1:

 Công suất trên cuộn trung của B1 (B2) là:

Các máy biến áp đã chọn cho phơng án 2 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu

kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải

4 Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp

Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần:

- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải không tải của nó

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp.Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm:

2 ti NT i

2 Ci NC 2

SCi, Sti’ SHi: Công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của mỗi máy biến áp

tự ngẫu trong khoảng thời gian ti

Sb: Công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti

H NC T

NC

P P

380 5 , 0 5 , 0

380 5 , 0

H NT T

NC

P P

380 5 , 0 5

, 0

380 5 , 0

H NC 2

H NT

P P

380 5 , 0 5 , 0

380 5 , 0

2

Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp nh sau:

 Máy biến áp ba pha hai cuộn dây:

Máy biến áp B3 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua

nó Sb = 70,13 MVA trong cả năm Do đó:

AB3 = AB4 = 8760 (70+ 310 2 2

80

13 ,

2 Ti NT

2 Ci NC 2

A = 85.8760 + 2

160

365{ (190.73,152 + 190.(-36,55)2 + 570.36,62).4 ++ (190.63,152 + 190.(-26,55)2 + 570.36,62).2 +

Nh vËy tæng tæn thÊt ®iÖn n¨ng mét n¨m trong c¸c m¸y biÕn ¸p lµ:

A = AB1 + AB2 + AB3 + AB4

1

Sthõa max

) ( 02 , 67 5 , 19 4

1 2

21 , 6

1 1

Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phơng án 1 nh sau:

2 Phân bố tải cho các máy biến áp

Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B1, B4 làm việc với đồ thị phụ tải

3 Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp

 Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại

nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thờng

S

= 45,46 MVAThực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợng công suất là:

Ta thấy SdtHT > Sthiếu  thoả mãn điều kiện.

 Sự cố B1 (B2)

 Điều kiện kiểm tra sự cố:

Khi sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lợng công suất là:

S =STmax - SB3 = 90,91 – 70,13 = 20,78 MVAThực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợng công suất là:

Các máy biến áp đã chọn cho phơng án 1 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu

kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải

4 Tính toán tổn thất điện năng tổng các máy biến áp

Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần:

- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất tải của nó

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp.Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm:

SCi, STi SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu trong tổng thời gian ti

Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti

H NC T

NC

P P

H NT T

NC

P P

H NC 2

H NT

P P

P

Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp nh sau:

 Máy biến áp ba pha hai cuộn dây

Máy biến áp B3 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó: Sb = 71,55 MVA trong cả năm

13 , 70 320

13 , 70 310

190 5

, 0

190 5

, 0

190 5

, 0

190

2

2 Ti NT

2 Ci NC 2

Nh vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là:

A = AB1 + AB2 + AB3 + AB4

= 21449,044.103 + 2854,98.103 + 2700,06.103

= 8453,128 KWh

Chơng 3 Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phơng án

A Tính toán ngắn mạch

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy đảm bảo các chỉ tiêu ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch

Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ

điện cần chọn 1 chế độ làm việc nặng nề nhất nhng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế Dòng điện tính toán ngắn mạch để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha

HT HT

F

X

X

T H

XD = 0 2 2

230

100 98 4 , 0 2

1

2

5 , 10

B

S

S U

NC T

NC

S

S U U

U 200

NC

S

S U U

U 200

NC T

NC

S

S U U

U 200

X5 = X3 // X4 = 00,16,16.00,163,163

X6 = X2 + X5 = 0,036 + 0,08 = 0,116Sơ đồ rút gọn:

100

2500

= 1,575Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 0,64

I* () = 0,7 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp

I” HT(0) = I*

(0)

tb

HT

U 3

S = 0,64

230 3

2500

= 4 KA

I” HT() = I*

()

tb

HT

U 3

S = 0,7

230 3

100

75 4

= 0,348Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 2,8

I* () = 2,15+ Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

I” NM(0) = I*

(0)

tb

NM

U 3

S

= 2,8

230 3

75 4

= 2,1 KA

I” NM() = I*

()

tb

NM

U 3

S

= 2,15

230 3

75 4

= 1,62 KA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N1:

I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4 + 2,1 = 6,1 KAI”N1() = I”HT() + I”NM() = 4,39 + 1,62 = 6,01 KA+ Dòng điện xung kích:

T

X X

4 3

Ngắn mạch tại điểm N2 có tính chất đối xứng, các điện kháng đợc tínhtoán nh khi ngắn mạch tại điểm N1

0 

= 0,63

X

3

E X

1 HT

4 34

100

2500

= 2,475Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 0,4

I* () = 0,42+ Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

I” HT(0) = I*

(0)

tb

HT

U 3

S = 0,4

115 3

2500

= 5,02 KA

I” HT() = I*

()

tb

HT

U 3

S = 0,42

115 3

100

75 4

= 0,24Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 4,2

I* () = 2,4+ Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

I” NM(0) = I*

(0)

tb

NM

U 3

S

= 4,2

115 3

75 4

= 6,325 KA

I” NM() = I*

()

tb

NM

U 3

S

= 2,4

115 3

75 4

= 3,615 KA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N2:

I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5,02 + 6,325 = 11,345 KAI”N2() = I”HT() + I”NM() = 5,27 + 3,615 = 8,885 KA+ Dòng điện xung kích:

ixkN2 = 2.kxk.I”N2 = 2.1,8.11,345 = 28,88 KA

c Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3

Tính ngắn mạch tại điểm N3 nhằm chọn khí cụ điện mạch máy phát Nguồn cung cấp gồm hệ thống và các máy phát của nhà máy thiết kế trừ máyphát F1

Các điện kháng đợc tính toán nh sau:

X1 = XHT + XD = 0,026 + 0,037 = 0,063

X2 = XCB1 // XCB2 =

2

0718 , 0

5

34 E

E 2

1 X

N 3

Ta có:

X6 = X1 + X2 = 0,063 + 0,036 = 0,099Ghép E2 với E34 ta có:

X7 = X4 // X5 = 00,323,323.00,163,163

6 X HT E

3 N

7 X

234 E X

X

X X

= 0,099 + 0,128 + 0,0990,108.0,128 = 0,344

X9 = X3 + X7 +

6

7 3

X

X X

= 0,128 + 0,108 +

099 , 0

108 , 0 128 , 0

= 0,375Sơ đồ đơn giản:

N3() =

5 , 10 3

2500

6 , 8

1

3

100

75 3

= 0,843Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 1,15

I* () = 1,3+ Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

I” NM(0) = I*

(0)

tb

NM

U 3

S

= 1,15 33..1075,5 = 14,227 KA

I” NM() = I*

()

tb

NM

U 3

100

75

= 0,146Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 6,8

I* () = 2,7+ Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

E

X F

N' 3 1

0,195

I” NM(0) = I*

(0)

tb

NM

U 3

S

= 6,8

5 , 10 3

75

= 28,04 KA

I” NM() = I*

()

tb

NM

U 3

S

= 2,7

5 , 10 3

75

= 11,135 KA+ Dòng điện xung kích:

ixkN’3 = 2.kxk.I”N3 = 2.1,8.28,04 = 71,37 KA

e Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4

Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điệnthiết kế Do đó ta có:

I”N4(0) = I”N3 + I”N3’ = 30,211 + 28,04 = 58,251 KAI”N4() = I”N3 + I”N3’ = 32,064 + 11,135 = 43,2 KA+ Dòng điện xung kích:

ixkN4 = 2.kxk.I”N4 = 2.1,8.58,251 = 148,28 KAVậy ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phơng án 2:

Chọn điểm ngắn mạch N3: Khi tính toán chỉ kể thành phần do F2 cung cấp

Điểm ngắn mạch N4 để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng, thực ra cóthể lấy IN4 = IN3 + IN3’

1

2

5 , 10

B

S

S U

80

100 100

11

B

S

S U

NC T

NC

S

S U U

U 200

NC

S

S U U

U 200

=  

160

100 32 20 11 200

NC T

NC

S

S U U

U 200

2

0718 , 0

Nhập hai nguồn E23 và E4:

X6 = X5 // X4 = 00,16,16.00,326,326

X7 = X3 + X6 = 0,036 + 0,107 = 0,143Nhập hai nguồn E234 và E1:

I* (0) = 0,64

I* () = 0,7+ Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

I” HT(0) = I*

(0)

tb

HT

U 3

S = 0,64

230 3

2500

= 4 KA

I” HT() = I*

()

tb

HT

U 3

S = 0,7

230 3

100

75 4

= 0,3Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 3,3

I* () = 2,3+ Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

X

E1 E2,3

3

X 2

H X 4

1 X

X

X 5

HT E

E4

I” NM(0) = I*

(0)

tb

NM

U 3

S

= 3,3

230 3

75 4

= 2,485 KA

I” NM() = I*

()

tb

NM

U 3

S

= 2,3

230 3

75 4

= 1,732 KA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N1:

I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4 + 2,485 = 6,485 KAI”N1() = I”HT() + I”NM() = 4,39 + 1,732 = 6,122 KA+ Dòng điện xung kích:

Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ ứng với điểm ngắn mạch N1

ta có sơ đồ rút gọn với điểm N2 nh sau:

X 1

2 X

3

X

X 5

X 4

4 E

2

0718 , 0

X6 = X1 + X3 +

2

3 1

X

X X

= 0,063 + 0,036 + 0,0630,3325.0,036 = 0,105

X7 = X2 + X3 +

1

3 2

X

X X

2500

= 2,625Tra đờng cong tính toán:

I* (0) = 0,38

I* () = 0,4+ Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

I” NM(0) = I*

100

75 4

= 0,267Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 3,9

I* () = 2,35+ Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

I” NM(0) = I*

(0)

tb

NM

U 3

S

= 3,9

115 3

75 4

= 5,87 KA

I” NM() = I*

()

tb

NM

U 3

S

= 2,35

115 3

75 4

= 3,54 KA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N2:

I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4,77 + 5,87 = 10,64 KAI”N2() = I”HT() + I”NM() = 5,02 + 3,54 = 8,56 KA+ Dòng điện xung kích:

ixkN2 = 2.kxk.I”N2 = 2.1,8.10,64 = 27,08 KA

c Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3

Sơ đồ thay thế:

0718 , 0

4

E

2 E

X 3

5 X

E 3

1 X

X

6

HT

X X

= 0,063 + 0,036 + 0,0630,3325.0,036 = 0,1058

X9 = X2 + X3 +

1

3 2

X

X X

X

X X

X

X X

134

E

X7

4 X

8

X 9

X

E HT

E 23

E 4

Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng:

134

X X

100

2500

= 8,55 > 3 nên+ Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

I” N3(0) = I”

N3() =

5 , 10 3

2500

55 , 8

1

3

100

75 3

= 0,9Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 1,1

I* () = 1,24+ Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

I” NM(0) = I*

(0)

tb

NM

U 3

S

= 1,1 33..1075,5 = 13,6 KA

I” NM() = I*

()

tb

NM

U 3

100

75

= 0,146Tra đờng cong tính toán ta có:

I* (0) = 6,8

I* () = 2,66+ Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

I” NM(0) = I*

(0)

tb

NM

U 3

S

= 6,8 375.10,5 = 28,04 KA

I” NM() = I*

()

tb

NM

U 3

S

= 2,66 375.10,5 = 6,53 KA

E

X F

N

3 ' 2

0,195