Đồ án tốt nghiệp thiết kế phần điện nhà máy điện công suất 500MW

Đồ án thiết kế tốt nghiệp gồm có 2 phần: Phần I: Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện công suất 500MW Phần II: Xác định chế độ vận hành tối ưu của nhà máy theo phương pháp quy hoạch động Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến và có tầm quan trọng không thể thiếu được trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗi đất nước. Với tốc độ tăng trưởng ngành điện trung bình hằng năm khoảng 15%, vấn đề đặt ra cho chúng ta là đã sản xuất ra được điện năng đủ để cung cấp điện cho các phụ tải một cách hiệu quả, tin cậy. Vì vậy, nhìn về phương diện quốc gia thì việc đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục và tin cậy cho ngành công nghiệp tức là đảm bảo cho nền kinh tế của quốc gia phát triển liên tục và kịp với sự phát triển của nền khoa học công nghệ thế giới. Trong hệ thống điện các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng sơ cấp như: than, dầu, khí đốt, thuỷ năng ... thành điện năng. Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỉ trọng lớn như thập kỷ 80. Tuy nhiên, với thế mạnh nguồn nguyên liệu như ở nước ta, tính chất phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện thì việc củng cố và xây dựng mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu đối với giai đoạn phát triển hiện nay.

ĐỒ ÁN TỐT

NGHIỆP

ĐIỆN ]

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến và có tầm quan trọng không thể thiếu đượctrong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗi đất nước Với tốc độ tăng trưởngngành điện trung bình hằng năm khoảng 15%, vấn đề đặt ra cho chúng ta là đã sản xuất ra đượcđiện năng đủ để cung cấp điện cho các phụ tải một cách hiệu quả, tin cậy Vì vậy, nhìn vềphương diện quốc gia thì việc đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục và tin cậy cho ngànhcông nghiệp tức là đảm bảo cho nền kinh tế của quốc gia phát triển liên tục và kịp với sự pháttriển của nền khoa học công nghệ thế giới

Trong hệ thống điện các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng sơ cấp như: than,dầu, khí đốt, thuỷ năng thành điện năng Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuấthàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỉ trọng lớn như thập kỷ 80 Tuy nhiên,với thế mạnh nguồn nguyên liệu như ở nước ta, tính chất phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện thìviệc củng cố và xây dựng mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu đối với giai đoạnphát triển hiện nay

Xuất phát từ các yêu cầu thực tiễn đó, với các kiến thức được học tại bộ môn Hệ ThốngĐiện – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội em đã nhận đề tài thiết kế phần điện nhà máy điện

Đồ án tốt nghiệp thiết kế phần điện nhà máy điện là một cơ hội để mỗi sinh viên ôn luyện, traudồi kiến thức chuyên ngành, phục vụ hữu ích cho công việc thực tế sau này Trong đồ án này emthực hiện các nhiệm vụ: chọn máy phát điện và cân bằng công suất, đề suất các phương án vàchon máy biến áp, tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị chính của nhà máy, sosánh chọn phương án tối ưu, chọn khí cụ điện và dây dẫn, chọn sơ đồ nối điện và thiết bị tựdùng

Đồ án thiết kế tốt nghiệp gồm có 2 phần:

- Phần I: Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện công suất 500MW

- Phần II: Xác định chế độ vận hành tối ưu của nhà máy theo phương pháp quy hoạchđộng

Mặc dù đã rất cố gắng song kiến thức và kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên bản đồ

án thiết kế tốt nghiệp của em khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự thôngcảm và đóng góp ý kiến từ phía thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Đức Tùng cùng các thầy cô giáo khác trong bộ môn

Hệ Thống Điện đã nhiệt tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành đồ án này

Hà nội, tháng 12 năm 2014 Sinh viên thực hiện

Trần Hoài Nam

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

PHẦN I 5

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 5

CHƯƠNG 1: CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN-TÍNH TOÁN PHỤ TẢI - CÂN BĂNG CÔNG SUẤT 5

1.1 Chọn máy phát điện 5

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 5

1.2.1 Đồ thị phụ tải nhà máy (NM) 5

1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy 6

1.2.3 Đồ thị phụ tải địa phương (10kV) 7

1.2.4 Đồ thị phụ tải trung áp (110kV) 8

1.2.5 Đồ thị phụ tải cao áp (220kV) 9

1.2.6 Công suất phát về hệ thống (VHT) 10

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP 14

2.1 Đề xuất các phương án nối dây 14

2.1.1 Phương án 1 15

2.1.2 Phương án 2 15

2.1.3 Phương án 3 16

2.1.4 Phương án 4 17

2.2 Tính toán chọn máy biến áp 18

2.2.1 Phương án 1 18

2.2.2 Phương án 2 27

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 38

3.1 Tính điện kháng các phần tử trong sơ đồ 38

3.2 Xác định điểm ngắn mạch tính toán 39

3.3 Tính toán ngắn mạch cho phương án 1 40

3.3.1 Điểm ngắn mạch N-1 40

3.3.2 Điểm ngắn mạch N-2 42

3.3.3 Điểm ngắn mạch N-3 45

3.3.4 Điểm ngắn mạch N-4 47

3.3.5 Điểm ngắn mạch N-5 48

3.4 Tính toán ngắn mạch cho phương án 2 48

3.4.1 Điểm ngắn mạch N-1 49

3.4.2 Điểm ngắn mạch N-2 51

3.4.3 Điểm ngắn mạch N-3 54

3.4.4 Điểm ngắn mạch N-4 56

3.4.5 Điểm ngắn mạch N-5 57

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 58

4.1 Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối (TBPP) 58

4.1.1 Phương án 1 58

4.1.2 Phương án 2 59

4.2 Chọn máy cắt điện cho các mạch 60

4.3 Tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án tối ưu 61

4.3.1 Các chỉ tiêu kinh tế của phương án 1 62

4.3.2 Các chỉ tiêu kinh tế của phương án 2 64

4.4 So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chọn phương án tối ưu 66

CHƯƠNG 5: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 68

5.1 Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát 68

5.1.1 Chọn loại và tiết diện thanh dẫn 68

5.1.2 Kiểm tra ổn định động 69

5.2 Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng 71

5.3 Chọn thanh góp và thanh dẫn mềm 72

5.3.1 Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 220kV 72

5.3.2 Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 110kV 75

5.4 Chọn dao cách ly trong mạch điện chính 78

5.5 Chọn máy biến dòng điện (BI) và máy biến điện áp (BU) 79

5.5.1 Chọn máy biến điện áp (BU) 79

5.5.2 Chọn máy biến dòng điện (BI) 82

5.6 Chọn cáp và kháng đường dây cho phụ tải địa phương 85

5.6.1 Chọn cáp cho phụ tải địa phương 85

5.6.2 Chọn kháng đường dây cho phụ tải địa phương 88

5.7 Chọn máy cắt, dao cách ly cho phụ tải địa phương 93

5.7.1 Chọn dao cách ly 93

5.7.2 Chọn máy cắt điện 94

5.8 Chọn chống sét van cho các cấp điện áp 95

5.8.1 Chọn chống sét van cho thanh góp 95

5.8.2 Chọn chống sét van cho máy biến áp 95

CHƯƠNG 6: CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG 98

6.1 Chọn sơ đồ tự dùng 98

6.2 Chọn các thiết bị điện và khí cụ điện tự dùng 99

6.2.1 Chọn máy biến áp tự dùng 10,5/6,3kV 99

6.2.2 Chọn máy biến áp tự dùng 6,3/0,4kV 100

6.2.3 Chọn máy cắt 10,5 kV 100

6.2.4 Chọn dao cách ly 10,5KV 101

6.2.5 Chọn máy cắt phía hạ của máy biến áp tự dùng cấp 1 (6,3kV) 101

6.2.6 Chọn aptomat 102

PHẦN II 104

XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CỦA NHÀ MÁY THEO PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH ĐỘNG 104

1.1 Đặt vấn đề 104

1.2 Cơ sở lý thuyết 105

1.2.1 Khái niệm về phương pháp quy hoạch động 105

1.2.2 Bài toán 106

1.2.3 Áp dụng phương pháp quy hoạch động vào giải bài toán 107

1.3 Tính toán cụ thể 111

1.3.1 Quá trình ngược 111

1.3.2 Quá trình thuận 117

1.4 Xác định chế độ vận hành và tiêu hao nhiên liệu tổng trong ngày khi phân bố tối ưu công suất các tổ máy 119

1.5 Xác định chế độ vận hành và tiêu hao nhiên liệu tổng trong ngày khi phân bố công suất đều cho các tổ máy 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

PHẦN I THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

CHƯƠNG 1: CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆNTÍNH TOÁN PHỤ TẢI

-CÂN BĂNG CÔNG SUẤT

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là một phần rất quan trọng trong nhiệm vụ thiết

kế đồ án nhà máy điện Nó quyết định tính đúng, sai của toàn bộ quá trình tính toán sau Ta sẽtiến hành tính toán cân bằng công suất theo công suất biểu kiến S và dựa vào đồ thị phụ tải cáccấp điện áp hàng ngày vì hệ số công suất các cấp không giống nhau và do tính toán cân bằngtheo công suất biểu kiến S với sai số cho phép trong khi thiết kế

1.1 Chọn máy phát điện.

Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất100MW cung cấp cho phụ tải địa phương cấp 10kV, phụ tải trung áp 110kV, phụ tải cao áp220kV và nối với hệ thống ở cấp 220kV, công suất tự dùng bằng 5,4% công suất định mức củanhà máy với hệ số công suất của phụ tải tự dùng là 0,84 Để thuận tiện cho việc xây dụng và vậnhành ta chọn các máy phát điện cùng loại Căn cứ vào các yêu cầu trên ta chọn 5 máy phát loại

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt, ít có khả năng tích lũy với công suất lớn bởivậy điện năng sản xuất ra đến đâu phải tiêu thụ hết đến đó Lượng điện năng do các nhà máyđiện phát ra phải cân bằng với lượng điện năng tiêu thụ của phụ tải tại mọi thời điểm

Trong thực tế mức độ tiêu thụ điện năng của phụ tải luôn thay đổi theo thời gian Do đóviệc tìm đồ thị phụ tải là một việc rất quan trọng với người thiết kế và vận hành, vì nhờ có đồ thịphụ tải ta có thể lựa chọn được phương án, sơ đồ nối điện phù hợp để đảm bảo các chỉ tiêu kinh

tế kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra từ đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúngdung lượng của máy biến áp, phân bố được công suất tối ưu giữa các nhà máy điện hoặc giữa các

tổ máy trong một nhà máy Để chọn đúng dung lượng và và tính toán tổn thất điện năng trongmáy biến áp, cần thiết lập sơ đồ phụ tải ngày của nhà máy Máy biến áp được chọn theo côngsuất biểu kiến, mặt khác hệ số cos của các cấp điện áp khác nhau không nhiều nên cân bằngcông suất có thể tính toán dạng công suất biểu kiến ở các cấp điện áp của nhà máy thiết kế

1.2.1 Đồ thị phụ tải nhà máy

Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất định mức là 100 MW với hệ

số công suất định mức CosF 0,84.Công suất đặt của nhà máy:

595, 2380,84

dmF dmNM

F

n P S

Cos

(MVA)

- S NM( )t : công suất biểu kiến của phụ tải nhà máy tại thời điểm t (MVA)

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

- CosF: hệ số công suất định mức của máy phát Cos  F 0,84

Ví dụ tại thời gian: 0 – 6 (h)

Phụ tải nhà máy tại các thời điểm t được tổng kết trong bảng sau:

Bảng 1.2 Phụ tải nhà máy điện theo thời gian

446,429

476,190

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 450

1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy.

Theo nhiệm vụ thiết kế, ta có công suất tự dùng cực đại bằng 5,4% công suất định mứccủa nhà máy với hệ số công suất CosTD 0,84

Công suất tự dùng theo thời gian của nhà máy:

- S TD( )t : công suất biểu kiến của phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA)

- P : công suất tác dụng của một tổ máy phát ( dmF P =100 MW) dmF

- S dmNM : công suất đặt của nhà máy ( S dmNM =595,238 MVA)

- S NM( )t : công suất phát của nhà máy tại thời điểm t (MVA)

- %: phần trăm công suất điện tự dùng cực đại.% 5, 4% 

Ví dụ tại thời gian 0-6 (h):

Phụ tải tự dùng các thời điểm t được tổng kết trong bảng sau:

Bảng 1.3 Phụ tải tự dùng của nhà máy điện theo thời gian.

28 29 30 31

S TD (MVA)

t(h)

32 33

27,321

28,286

30,214

28,286 32,143

Hình 1.2: Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy.

1.2.3 Đồ thị phụ tải địa phương (10kV)

Phụ tải địa phương của nhà máy có: U dmDP 10,5kV, P DP Max 13MW, CosDP 0,82

Phụ tải địa phương tại từng thời điểm xác định theo công thức sau:

%( )

100

DP Max DP

- S DP( )t : công suất biểu kiến của phụ tải địa phương tại thời điểm t (MVA)

- P DP Max : công suất tác dụng cực đại của phụ tải địa phương ( P DP Max =13MW)

- P DP%( )t : công suất tác dụng tính theo % của công suất tác dụng cực đại của phụ tải địa phương tại thời điểm t (%)

- CosDP: hệ số công suất trung bình của phụ tải địa phương.CosDP 0,82

Ví dụ tại thời gian: 0-8 (h)

S DP (MVA)

t(h) 16

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải địa phương

1.2.4 Đồ thị phụ tải trung áp (110kV)

Phụ tải trung áp của nhà máy có:U dmT 110kV, P T Max 130MW, CosT 0,86

Phụ tải trung áp tại các thời điểm t được tính toán theo công thức sau:

%( )

100

T Max T

- S t : công suất biểu kiến của phụ tải trung áp tại thời điểm t (MVA) T( )

- P T Max : công suất tác dụng của phụ tải trung áp cực đại.P T Max 130MW

- P T%( )t : công suất của phụ tải trung áp tại thời điểm t (%)

- CosT: hệ số công suất trung bình của phụ tải trung áp.CosT 0,86

Biến thiên phụ tải trung áp được tổng kết trong bảng sau:

Bảng 1.5 Phụ tải trung áp theo thời gian trong ngày

Trong đó:

- S t : công suất biểu kiến của phụ tải cao áp tại thời điểm t (MVA) C( )

- P C Max : công suất tác dụng của phụ tải cao áp cực đại P C Max 180MW

- P C%( )t : công suất của phụ tải cao áp tại thời điểm t (%)

- CosC: hệ số công suất trung bình của phụ tải cao áp Cos  C 0,85

Ví dụ tại thời gian 0-8(h):

Biến thiên phụ tải cao áp được tổng kết trong bảng sau:

Bảng 1.6 Phụ tải cao áp theo thời gian trong ngày

150 160 170 180

S C (MVA)

t(h)

190 200 210 220

- S NM( )t : công suất phát của nhà máy tại thời điểm t (MVA)

- S DP( )t : công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t (MVA)

- S t : công suất phụ tải trung áp tại thời điểm t (MVA) T( )

- S t : công suất phụ tải cao áp tại thời điểm t (MVA) C( )

- S TD( )t : công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t (MVA)

- S t( ): tổn thất công suất trong hệ thống tại thời điểm t (MVA)

Do tổn thất công suất rất nhỏ so với công suất các phụ tải nên thường bỏ qua trong tínhtoán cân bằng công suất sơ bộ.S t( ) 0 

Từ đó ta tính toán được công suất phát về hệ thống như sau:

Tính toán theo công thức trên ta thu được bảng kết quả như sau:

Bảng 1.7: Kết quả tính toán cân bằng công suất

237,309214,546285,634

Công suất tổng của hệ thống (không kể nhà máy thiết kế) là 4900 (MVA), dự trữ quay của

hệ thống là 352,8 (MVA) (tức 7,2 % công suất tổng của hệ thống) giá trị này lớn hơn công suất

cực đại mà nhà máy phát về hệ thống S VHT MAX 285,634(MVA) và lớn hơn công suất tổng củamột máy phát

Phụ tải cao áp và trung áp đều khá lớn do đó việc đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải

là rất quan trọng

Từ bảng tính toán tổng hợp trên ta xây dựng được đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máynhư sau:

0 0

50 100 150 200

S NM (MVA)

t(h)

250 300 350 400 450 500 550 600

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY

BIẾN ÁP

2.1 Đề xuất các phương án nối dây.

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết

kế nhà máy điện Nó quyết định những đặc tính kinh tế và kỹ thuật của nhà máy thiết kế Cơ sở

để vạch ra các phương án là bảng phụ tải tổng hợp, đồng thời tuân theo những yêu cầu kỹ thuậtchung

Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy điện có 5 tổ máy với công suất định mức của mỗi tổmáy là 100MW, có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải các cấp điện áp (10 kV, 110kV, 220kV)

và tải công suất thừa về hệ thống

Theo nhận xét cuối chương 1 ta thấy phụ tải trung áp và cao áp đều khá lớn nên việc đảmbảo cung cấp điện cho các phụ tải này là rất quan trọng đối với nhà máy Công suất phát về hệthống cực đại S VHT Max 285,634(MVA) cũng rất lớn Phụ tải địa phương chỉ chiếm một phầnnhỏ trong tổng công suất phát của nhà máy Do đó để đơn giản trong vận hành ta sử dụng sơ đồ

bộ máy phát - máy biến áp, phụ tải địa phương lấy từ phía hạ của máy biến áp liên lạc, phụ tải tựdùng lấy từ đầu cực các máy phát

Nhận xét:

- Phụ tải trung áp:

100119,0460,84

dmF dmF

F

P S

S  (MVA) > S T Min 105,814 (MVA)

Nên ta có thể ghép một đến hai bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây bên trung áphoặc không cần ghép bộ máy phát máy biến áp bên trung nếu ta sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa 2 cấp 110kV và 220kV

- Phụ tải địa phương, tự dùng lấy điện từ phía hạ của hai máy biến áp liên lạc, có công suấtcực đại:

S S

S S



Như vậy ta không cần sử dụng thanh góp cấp điện áp máy phát

Cấp điện áp cao (220 kV) và trung áp (110 kV) là lưới trung tính trực tiếp nối đất nêndùng máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu sẽ có lợi hơn (vì khi nối ta sẽ giảm tổn thất vàtruyền tải được công suất thừa từ bên trung sang bên cao) Hệ số có lợi khi dùng máy biến áp tựngẫu (MBATN):

220 110

0,5110

  : hệ số có lời của máy biến áp tự ngẫu (điều kiện  0,5)

 U : điện áp phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu T

 U : điện áp phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu C

- Ta có:

2.S dmMF 2.119,048 238, 096 (MVA) bé hơn dự trữ quay của hệ thống 352,8 (MVA) 

Có thể nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy vẫn nhỏ hơn

dự trữ quay của hệ thống

Từ các nhận xét trên ta có thể đề xuất các phương áp nối điện cho nhà máy như sau:

2.1.1 Phương án 1

Ở phương án 1 ta dùng hai bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây nối vào thanh góp

110 kV, một bộ máy phát - máy biến áp nối vào thanh góp 220kV Để liên lạc giữa 3 cấp điện áp10,5 kV, 110 kV, 220 kV ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu 3 pha Phụ tải địa phương được cấpđiện từ phía hạ của máy biến áp liên lạc Phụ tải tự dùng lấy từ đầu cực của các máy phát

Hình 2.1 Mô tả sơ đồ nối dây phương án 1

Ưu điểm: Chỉ dùng một bộ máy phát - máy biến áp cấp 220KV nên thiết bị phân phốiphía cao áp đơn giản, vận hành linh hoạt, vốn đầu tư nhỏ

Nhược điểm: Công suất của hai bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây lớn hơn côngsuất phụ tải phía trung cả vào thời điểm phụ tải cực đại nên nguồn công suất thừa đi về phía220kV, dòng công suất đi qua hai lần máy biến áp, do đó tổn thất công suất trong các máy biến

cấp cho phụ tải cao áp và thêm nguồn phát công suất về hệ thống Phụ tải địa phương được cấpđiện từ phía hạ của máy biến áp liên lạc Phụ tải tự dùng lấy từ đầu cực của các máy phát.

Hình 2.2 Mô tả sơ đồ nối dây phương án 2

Ưu điểm: Do một bộ máy phát - máy biến áp hai cuôn dây không đủ công suất để cungcấp cho phụ tải trung áp nên dòng công suất qua máy biến áp tự ngẫu đi từ hạ lên trung áp và cao

áp, do đó hạn chế được tổn thất công suất

Nhược điểm: Phương án 2 dùng hai máy biến áp hai cuộn dây nối vào thanh góp 220kV,phụ tải phía trung áp được cung cấp thêm công suất nhờ hai máy biến áp tự ngẫu nên vốn đầu tưban đầu so với phương án 1 sẽ lớn hơn, các thiết bị phân phối điện phía cao áp sẽ phức tạp hơn

Ưu điểm: phương án 3 giảm được số máy biến áp và số máy cắt ở cao áp so với phương

án 1 và 2, chủng loại máy biến áp ít nên thuận lợi cho vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị

- Khi hỏng 1 trong 2 máy biến áp tự ngẫu thì mất 2 máy phát điện nối vào máy biến áp tự

áp tự ngẫu đó, do đó lượng công suất phát bị giảm đi một lượng lớn mặc dù vẫn nhỏ hơn

dự trữ quay của hệ thống

2.1.4 Phương án 4

Trong phương án 4 ta dùng ba bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây nối vào thanh cái220kV để cung cấp điện cho phụ tải 220kV và thêm nguồn công suất phát vào hệ thống, dùnghai bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây nối vào thanh cái 110kV Để liên lạc giữa các cấpđiện áp 10,5kV, 110kV, 220kV ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu 3 pha Phụ tải địa phương đượccấp điện từ phía hạ của máy biến áp liên lạc Phụ tải tự dùng lấy từ đầu cực của các máy phát

Hình 2.4 Mô tả sơ đồ nối dây phương án 4

Ưu điểm: sơ đồ làm việc tin cậy, chắc chắn, đảm bảo tính linh hoạt cho các trạng thái vậnhành Phụ tải địa phương được lấy điện từ phía hạ áp của máy biến áp liên lạc nên đảm bảo đượccung cấp điện liên tục

Nhược điểm: phương án này phải sử dụng nhiều máy biến áp hai cuộn dây, dòng côngsuất phải qua hai lần máy biến áp để cấp cho phụ tải địa phương và chuyển công suất thừa từtrung áp sang cao áp Do đó vốn đầu tư cho phương án này lớn và tổn thất cao, thiết bị phân phốicao áp phức tạp và đắt tiền

Nhận xét:

Qua phân tích sơ bộ ưu nhược điểm các phương án ở trên ta nhận thấy rằng phương án 1

và 2 đơn giản và kinh tế hơn so với các phương án còn lại, đồng thời vẫn đảm bảo cung cấp điệnliên tục, an toàn cho phụ tải và thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và

2 để tính toán cụ thể chọn phương án tối ưu

2.2 Tính toán chọn máy biến áp.

Nguyên tắc chung để chọn máy biến áp là trước tiên chọn S dmBA lớn hơn hoặc bằng công

suất cực đại có thể qua biến áp trong điều kiện làm việc bình thường, sau đó kiểm tra lại điềukiện sự cố có kể đến hệ số quá tải của máy biến áp Xác định công suất thiếu về hệ thống côngsuất này phải nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống Ta lần lượt chọn máy biến áp cho từng phương

án Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trường nơi lắp đặtnhà máy điện Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất định mức của chúng

- Điều kiện chọn công suất máy biến áp hai cuộn dây trong bộ máy phát – máy biến áp haicuộn dây là:

119,048

dmBA dmF

 Với máy biến áp hai cuộn dây bên trung: chọn MBA loại TДЦДЦ.

 Với máy biến áp hai cuộn dây bên cao: chọn MBA loại TДЦДЦ (TДЦЦ ).

Điều kiện chọn công suất máy biến áp tự ngẫu:

  : hệ số có lợii của máy biến áp tự ngẫu

 U : điện áp phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu T

 U : điện áp phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu C

Ta chọn MBA loại ATДЦДЦTДЦН.

Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phương án 1 như sau: (tra PL2.5 trang 141,PL2.6 trang 143, bảng 2.6 trang 145 sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến ápPGS-TS Phạm Văn Hoà”)

Bảng 2.1 Thông số MBA phương án 1

Loại

MBA

dm S (MVA)

Điện áp cuộn dây

2.2.1.2 Phân bố công suất cho các máy biến áp (MBA)

Việc phân bố công suất cho các máy biến áp cũng như cho các phía của chúng được tiếnhành theo nguyên tác cơ bản là phân công suất cho máy biến áp trong sơ đồ bộ máy phát - máybiến áp hai cuộn dây bằng phẳng trong suốt 24h Phần thừa thiếu còn lại do máy biến áp liên lạcđảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất, không xét đến tổn thất trong máy biến áp

Nguyên tắc trên đưa ra để đảm bảo vận hành đơn giản, không cần chọn máy biến áp trong

sơ đồ bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây có điều áp dưới tải, làm hạ vốn đầu tư

Theo nhận xét ở trên ta phân bố công suất cho các máy biến áp như sau:

 Các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây cho vận hành với phụ tải bằng phẳngsuốt cả năm với:

Công suất tải qua phía cao của MBA 2 cuộn dây phía 220kV

 Công suất chuyền qua một máy biến áp tự ngẫu

Để đơn giản ta xem hệ số công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu là như nhau Khi

đó trong chế độ làm việc bình thường công suất tải qua các phía cao, trung và hạ áp của mỗi máybiến áp tự ngẫu được tính như sau:

Thực hiện tính toán theo công thức trên ta có bảng kết quả như sau:

Bảng 2.2 Phân bố công suất của phương án 1 trong chế độ bình thường.

S HTN

(MVA) 34,681 49,079 48,286 77,084 76,688 105,485 104,692 104,692 47,890

Dấu “-” ở đây có nghĩa là chiều chuyền tải công suất từ trung áp sang cao áp của máybiến áp tự ngẫu

Do các máy biến áp hai dây cuốn đều mang tải bằng phẳng nhỏ hơn công suất định mứctrong mọi chế độ nên không cần phải kiểm tra quá tải Ta chỉ kiểm tra quá tải máy biến áp tựngẫu trong chế độ bình thường và sự cố

Đối với máy biến áp tự ngẫu thì công suất cuộn hạ là công suất tính toán thiết kế do đó

mà cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải trong mọi trường hợp

Qua bảng 2.2 ta thấy trong chế độ làm việc bình thường, hai máy biến áp tự ngẫu luônlàm việc theo chế độ tải công suất từ hạ và trung sang cao, do đó cuộn nối tiếp mang tải nặngnhất

Công suất lớn nhất tải qua cuộn nối tiếp:

a) Sự cố một bộ máy phát máy - biến áp bên trung.

Sơ đồ phân bố công suất cho các máy biến áp trong trường hợp này như sau:

Hình 2.5 Sơ đồ khi sự cố một bộ máy biến áp bên trung áp

Để đơn giản ta xem hệ số công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu là như nhau Khi

đó công suất các phía của một máy biến áp tự ngẫu được tính toán như sau

Công suất tải qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:

Nhận thấy :

S Thieu – Max = 112,618 (MVA) < S DT-HT = 352,800 (MVA).

Vì lượng công suất thiếu này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống

đủ bù công suất thiếu hụt

b) Sự cố một máy biến áp tự ngẫu.

Sơ đồ phân bố công suất cho các máy biến áp trong trường hợp này như sau:

Hình 2.6 Sơ đồ khi sự cố máy biến áp tự ngẫu

Để đơn giản ta xem hệ số công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu là như nhau Khi

đó công suất các phía của một máy biến áp tự ngẫu được tính toán như sau

Công suất tải qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:

S CTN

(MVA) 107,534 92,418 90,832 75,715 74,923 90,040 88,454 96,012 97,598

S Thieu

(MVA) -31,368 -2,572 -2,572 55,024 55,024 112,619 112,619 112,619 -2,572

Bảng 2.4 Phân bố công suất của phương án 1 trong chế độ sự cố một máy biến áp tự ngẫu.

Như vậy trường hợp này máy biến áp sẽ tải công suất từ hạ lên trung áp và cao áp Do đócuộn hạ của máy biến áp sẽ mang tải nặng nề nhất, mà theo nhận xét thì cuộn hạ không bị quá tảitrong mọi trường hợp Vậy máy biến áp không bị quá tải

Nhận thấy:

S Thieu –Max = 112,619 (MVA) < S DT-HT = 352,800 (MVA)

Vì lượng công suất thiếu này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống

đủ bù công suất thiếu hụt

Tổn thất công suất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần:

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

- Tổn thất đồng trong dây dẫn: phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp

 Tổn thất điện năng hàng năm của một máy biến áp ba pha hai cuộn dây được tính nhưsau:

 : tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp

t i: thời gian mang tải Si của máy biến áp trong ngày

S dmBA: công suất định mức của máy biến áp

T: số giờ làm việc trong năm (T = 8760h)

 Tổn thất điện năng hàng năm của một máy biến áp tự ngẫu ba pha được tính như sau:

T: số giờ làm việc trong năm (T=8760h)

S dmBA : công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu 3 pha (MVA).

Từ đó ta tính được tổn thất điện năng trong máy biến áp cho từng phương án như sau:

Tổn thất điện năng trong các máy biến áp hai cuộn dây.

Các máy biến áp trong bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây mang tải bằng phẳng vớicông suất:S  i 112,619(MVA)

Tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp được tính toán như sau:

Các khí cụ điện có hai trạng thái cơ bản:

Trạng thái làm việc bình thường I bt: xác định dòng làm việc bình thường để chọn các khí

cụ điện theo điều kiện kinh tế.I bt được xác định theo luồng công suất cực đại qua thiết bị đó(không có phần tủ nào bị tách ra khỏi sơ đồ)

Trạng thái làm việc cưỡng bức I cb: được xác định để chọn các thiết bị theo điều kiện ổn

định nhiệt I cb được xác định khi một phần tử của nhà máy bị sự cố và bị tách ra, gây nên trênphần tử đang xét trạng thái làm việc nạng nề nhất

a) Phía cao áp 220kV.

- Nhà máy nối với hệ thống bằng đường dây kép dài 95 km

Công suất lớn nhất đưa về hệ thống trong chế độ bình thường:

- Phía cao của máy biến áp liên lạc:

Trong điều kiện vận hành bình thường:S CTN Max 160,625(MVA)

Khi sự cố, công suất qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu sẽ lớn nhất khi hỏng một máybiến áp tự ngẫu Theo tính toán trong phần kiểm tra quá tải sự cố một máy biến áp tự ngẫu ta có:

- Một lộ đường dây kép ×90 MW; cosφ=0,85.

Công suất cưỡng bức xảy ra khi đứt một mạch đường dây kép:

3

90105,8820,85

pt Max CB

pt

P S

Cos



(MVA)

- Hai lộ đường dây đơn x 45MW; cosφ = 0,85

Công suất cưỡng bức xảy ra khi đứt một mạch cáp đơn:

4

4552,9410,85

- Phía cao áp của máy biến áp 2 dây quấn

Công suất cưỡng bức xảy ra khi máy phát làm việc quá tải:

CB Max CB

- Hai lộ đường dây kép ×50MW, cosφ=0,86

Công suất cưỡng bức xảy ra khi đứt một mach đường dây kép:

1

5058,1400,86

pt Max CB

pt

P S

Cos



(MVA)

- Một lộ đường dây đơn×30MW; cosφ=0,86.

Công suất cưỡng bức:

2

3034,8840,86

- Phía trung của máy biến áp liên lạc

Trong chế độ vận hành bình thường: S TTN Max 59,712(MVA)

Khi sự cố, công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu sẽ là lớn nhất khi sự cố mộtmáy biến áp tự ngẫu Theo tính toán trong phần kiểm tra quá tải sự cố máy biến áp tự ngẫu ta có:

- Phía cao áp của máy biến áp hai dây quấn bên trung áp

Công suất cưỡng bức xảy ra khi máy phát làm việc quá tải:

CB Max CB

CB Max CB

S

(kA) Bảng 2.6 Dòng điện cưỡng bức phương án 1

 Với máy biến áp hai cuộn dây bên trung: chọn MBA loại TДЦДЦ.

 Với máy biến áp hai cuộn dây bên cao: chọn MBA loại TДЦДЦ (TДЦЦ ).

Điều kiện chọn công suất máy biến áp tự ngẫu:

  : hệ số có lời của máy biến áp tự ngẫu

 U : điện áp phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu T

 U : điện áp phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu C

Ta chọn MBA loại ATДЦДЦTДЦН.

Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phương án 1 như sau: (tra PL2.5 trang 141,PL2.6 trang 143, bảng 2.6 trang 145 sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến ápPGS-TS Phạm Văn Hoà”)

Bảng 2.1 Thông số MBA phương án 2

Loại

MBA

dm S (MVA)

Điện áp cuộn dây

Việc phân bố công suất cho các máy biến áp cũng như cho các phía của chúng được tiếnhành theo nguyên tác cơ bản là phân công suất cho máy biến áp trong sơ đồ bộ máy phát - máybiến áp hai cuộn dây bằng phẳng trong suốt 24 h Phần thừa thiếu còn lại do máy biến áp liên lạcđảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất, không xét đến tổn thất trong máy biến áp

Nguyên tắc trên đưa ra để đảm bảo vận hành đơn giản, không cần chọn máy biến áp trong

sơ đồ bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây có điều áp dưới tải, làm hạ vốn đầu tư

Theo nhận xét ở trên ta phân bố công suất cho các máy biến áp như sau:

 Các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây cho vận hành với phụ tải bằng phẳngsuốt cả năm với:

Công suất tải qua phía cao của MBA 2 cuộn dây phía 220kV:

 Công suất truyền qua một máy biến áp tự ngẫu.

Để đơn giản ta xem hệ số công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu là như nhau Khi

đó trong chế độ làm việc bình thường công suất tải qua các phía cao, trung và hạ áp của mỗi máybiến áp tự ngẫu được tính như sau:

Thực hiện tính toán theo công thức trên ta có bảng kết quả như sau:

Bảng 2.8 Phân bố công suất của phương án 2 trong chế độ bình thường.

Do các máy biến áp hai dây cuốn đều mang tải bằng phẳng nhỏ hơn công suất định mứctrong mọi chế độ nên không cần phải kiểm tra quá tải Ta chỉ kiểm tra quá tải máy biến áp tựngẫu trong chế độ bình thường và sự cố

Đối với máy biến áp tự ngẫu thì công suất cuộn hạ là công suất tính toán thiết kế do đó

mà cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải trong mọi trường hợp

Qua bảng 2.8 ta thấy trong chế độ làm việc bình thường, hai máy biến áp tự ngẫu luônlàm việc theo chế độ tải công suất từ hạ và lên cao và trung, do đó cuộn hạ mang tải nặng nhất

Vậy máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải khi làm việc bình thường

Khi đó tất cả các máy phát đều cho phát với công suất định mức,tương ứng phụ tải tựdùng của chúng cũng có giá trị cực đại

a) Sự cố một bộ máy phát máy - biến áp bên trung.

Sơ đồ phân bố công suất cho các máy biến áp trong trường hợp này như sau:

Hình 2.7 Sơ đồ phân bố công suất khi hỏng một bộ máy biến áp bên trung áp

Để đơn giản ta xem hệ số công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu là như nhau Khi

đó công suất các phía của một máy biến áp tự ngẫu được tính toán như sau

Công suất tải qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:

Nhận thấy :

S Thieu – Max = 112,618 (MVA) < S DT-HT = 352,800 (MVA).

Vì lượng công suất thiếu này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống

đủ bù công suất thiếu hụt

Sự cố một máy biến áp tự ngẫu.

Sơ đồ phân bố công suất cho các máy biến áp trong trường hợp này như sau:

Hình 2.8 Sơ đồ phân bố công suất khi hỏng máy biến áp tự ngẫu

Để đơn giản ta xem hệ số công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu là như nhau Khi

đó công suất các phía của một máy biến áp tự ngẫu được tính toán như sau

Công suất tải qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:

Vì lượng công suất thiếu này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống

đủ bù công suất thiếu hụt

Tổn thất công suất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần:

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

- Tổn thất đồng trong dây dẫn: phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp

 Tổn thất điện năng hàng năm của một máy biến áp ba pha hai cuộn dây được tính nhưsau:

 : tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp

t i: thời gian mang tải Si của máy biến áp trong ngày

S dmBA: công suất định mức của máy biến áp

T: số giờ làm việc trong năm (T = 8760h)

 Tổn thất điện năng hàng năm của một máy biến áp tự ngẫu ba pha được tính như sau:

T: số giờ làm việc trong năm (T=8760h)

S dmBA : công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu 3 pha (MVA).

Từ đó ta tính được tổn thất điện năng trong máy biến áp cho từng phương án như sau:

Tổn thất điện năng trong các máy biến áp hai cuộn dây.

Các máy biến áp trong bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây mang tải bằng phẳng vớicông suất:S  i 112,619(MVA)

Tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp được tính toán như sau:

Vậy tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở phương án 2:

2 B 2CD B 2CD TN 7418870, 498 3720247,630 3477351 14616469,130

Các khí cụ điện có hai trạng thái cơ bản:

Trạng thái làm việc bình thường I bt: xác định dòng làm việc bình thường để chọn các khí

cụ điện theo điều kiện kinh tế I bt được xác định theo luồng công suất cực đại qua thiết bị đó(không có phần tủ nào bị tách ra khỏi sơ đồ)

Trạng thái làm việc cưỡng bức I cb: được xác định để chọn các thiết bị theo điều kiện ổn

định nhiệt I cb được xác định khi một phần tử của nhà máy bị sự cố và bị tách ra, gây nên trênphần tử đang xét trạng thái làm việc nạng nề nhất

a) Phía cao áp 220kV.

- Nhà máy nối với hệ thống bằng đường dây kép dài 95 km

Công suất lớn nhất đưa về hệ thống trong chế độ bình thường:

- Phía cao của máy biến áp liên lạc:

Trong điều kiện vận hành bình thường:S CTN Max 104,316(MVA)

Khi sự cố, công suất qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu sẽ lớn nhất khi hỏng một máybiến áp tự ngẫu theo tính toán trong phần kiểm tra quá tải sự cố một máy biến áp tự ngẫu ta có:

- Một lộ đường dây kép ×90 MW; cosφ=0,85.

Công suất cưỡng bức xảy ra khi đứt một mạch đường dây kép:

3

90105,8820,85

pt Max CB

pt

P S

Cos



(MVA)

- Hai lộ đường dây đơn x 45MW; cosφ = 0,85

Công suất cưỡng bức xảy ra khi đứt một mạch cáp đơn:

4

4552,9410,85

- Phía cao áp của máy biến áp 2 dây quấn

Công suất cưỡng bức xảy ra khi máy phát làm việc quá tải:

CB Max CB

- Hai lộ đường dây kép ×50MW, cosφ=0,86

Công suất cưỡng bức xảy ra khi đứt một mach đường dây kép:

1

5058,1400,86

PT Max CB

PT

P S

Cos



(MVA)

- Một lộ đường dây đơn×30MW; cosφ=0,86.

Công suất cưỡng bức:

2

3034,8840,86

- Phía trung của máy biến áp liên lạc

Trong chế độ vận hành bình thường: S TTN Max 11,714(MVA)

Khi sự cố, công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu sẽ là lớn nhất khi sự cố một

bộ máy phát – máy biến áp bên trung Theo tính toán trong phần kiểm tra quá tải sự cố máy biến

- Phía cao áp của máy biến áp hai dây quấn bên trung áp

Công suất cưỡng bức xảy ra khi máy phát làm việc quá tải:

CB Max CB

CB Max CB

S

(kA)

Bảng 2.11 Dòng điện cưỡng bức phương án 2

dm

CB

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

3.1 Tính điện kháng các phần tử trong sơ đồ.

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhàmáy 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 chế

độ làm việc nặng nề nhất nhưng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế Dòng điện tính toánngắn mạch để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha

Chọn các đại lượng cơ bản:

CB

S I

CB

S I

CB

S I

+ Điện kháng của hệ thống điện

Điện kháng ngắn mạch tính đến thanh cái hệ thống: X HT 0,89

Do đó điện kháng của hệ thống trong hệ đơn vị tương đối cơ bản:

+ Điện kháng của đường dây nối với hệ thống (220kV)

Nhà máy thiết kế nối với hệ thống bằng 1 đường dây kép có chiều dài L = 95 km Đối vớicấp điện áp 220kV ta có thể lấy gần đúng điện kháng của đường dây là: X 0 0, 4/ km

+ Điện kháng của máy phát điện.

Các máy phát điện đã chọn là loại TB 100 2 T có điện kháng siêu quá độ dọc trục là

''

0,1826

d

X  trong hệ đơn vị tương đối định mức của máy phát.

Do đó điện kháng của máy phát trong hệ đơn vị tương đối cơ bản:

hai dòng điện ngắn mạch trên, dòng điện ngắn mạch nào có trị số lớn hơn được dùng để chọn khí

Hình 3.2 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N1

Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản:

Ta có: