Thiết kế phần điện trong nhà máy điện kiểu NHIỆT điện NGƯNG hơi

Ngày nay nước ta đang đẩy mạnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa, hội nhập kinh tế quốc tế nhằm đưa đất nước phát triển, mục tiêu đến năm 2020 cơ bản trở thành một nước công nghiệp. Bên cạnh việc phát triển các ngành kinh tế

ĐỀ TÀI

Thiết kế phần điện trong nhà máy điện kiểu

NHIỆT ĐIỆN NGƯNG HƠI

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Tâm

Sinh viên thực hiện :

1.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN 10

1.1.1 Phương án I: 12

1.1.2 Phương án II: 13

1.1.3 Phương án III: 13

1.1.4 Phương án IV: 14

1.1.5 Nhận xét chung: 15

TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP, TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, CHỌN KHÁNG ĐIỆN PHÂN ĐOẠN 15

1.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP 15

1.2.1 Chọn máy biến áp cho phương án I: 15

1.3 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP 17

1.3.1 Phương án I: 17

Chương3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 18

1.4 MỞ ĐẦU 18

1.5 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN I 19

1.5.1 Sơ đồ thay thế nhà máy điện và các điểm ngắn mạch tính toán: 19

1.5.2 Tính toán các thông số của sơ đồ thay thế: 20

1.5.3 Tính toán dòng ngắn mạch: 22

1.6 XÁC ĐỊNH XUNG LƯỢNG NHIỆT CỦA DÒNG NGẮN MẠCH 36

1.6.1 Phương án I: 37

Chương4: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA 37

1.7 ĐIỀU KIỆN CHUNG ĐỂ CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA: 37

1.7.1 Khí cụ điện: 37

1.7.2 Điện áp: 37

1.7.3 Dòng điện làm việc: 37

1.7.4 Kiểm tra ổn định nhiệt: 38

1.7.5 Kiểm tra ổn định động: 38

1.8 TÍNH DÒNG ĐIỆN CƯỠNG BỨC: 38

1.8.1 Phương án I: 38

1.9 CHỌN MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LY: 40

1.9.1 Điều kiện chọn máy cắt (MC): 40

1.9.2 Điều kiện chọn dao cách ly: 40

1.10 CHỌN THANH GÓP, THANH DẪN, CÁP ĐIỆN LỰC: 43

1.10.1 Các mạch cấp điện áp máy phát: 43

1.11 CHỌN SỨ: 53

1.11.1 Chọn sứ đỡ cho các thanh dẫn cứng: 53

1.11.2 Chọn sứ xuyên tường: 54

1.12 CHỌN CUỘN DẬP HỒ QUANG: 54

1.12.1 Điều kiện chọn: 55

1.12.2 Chọn cuộn dập hồ quang cho mạng cấp điện áp máy phát 10,5 kV: 55

1.13 CHỌN MÁY BIẾN DÒNG, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP: 55

1.13.1 Chọn máy biến dòng (BI): 56

1.13.2 Chọn máy biến điện áp (BU): 57

Chương5: THIẾT KẾ PHẦN TỰ DÙNG CHO NHÀ MÁY ĐIỆN 60

1.14 GIỚI THIỆU CHUNG: 60

1.15 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN TỰ DÙNG: 60

1.16 CHỌN SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG: 61

1.16.1 Máy biến áp tự dùng bậc 1: 61

1.16.2 Máy biến áp tự dùng bậc 2: 62

1.17 KIỂM TRA KHẢ NĂNG TỰ KHỞI ĐỘNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ: 62

1.17.1 Kiểm tra các động cơ nối vào thanh góp 6,3 kV 63

1.17.2 Kiểm tra các động cơ nối vào thanh góp 0,4 kV 63

[4] Nguyễn Văn Đạm, Thiết kế các mạng và hệ thống điện, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội - 2006 63

[5] Nguyễn Công Hiền (chủ biên) và Nguyễn Mạnh Hoạch, Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp, đô thị và nhà cao tầng, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội - 2001 63

LỜI NÓI ĐẦU



Ngày nay nước ta đang đẩy mạnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa, hội nhập kinh

tế quốc tế nhằm đưa đất nước phát triển, mục tiêu đến năm 2020 cơ bản trở thành mộtnước công nghiệp Bên cạnh việc phát triển các ngành kinh tế khác thì ngành côngnghiệp năng lượng của những năm gần đây cũng đạt được những thành tựu đáng kể,đáp ứng được nhu cầu của đất nước Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượngquốc, ở nước ta nhu cầu điện năng trong lĩnh vực công nghiệp, dịch vụ và sinh hoạttăng trưởng không ngừng Hiện nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ đờisống nhân dân được nâng cao, dẫn đến phụ tải điện ngày càng phát triển Do vậy việcxây dựng thêm các nhà máy điện là điều cần thiết để đáp ứng nhu cầu của phụ tải.Việc quan tâm quyết định đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong việc thiết kế, xâydựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệ thống kinh tếquốc doanh Do đó việc tìm hiểu nắm vững công việc thiết kế nhà máy điện, để đảmbảo được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện, an toàn và kinh tế là yêu cầuquang trọng đối với người kỹ sư điện

Nhiệm vụ của đồ án thiết kế của em là “Thiết kế phần điện trong nhà máy điệnkiểu NHIỆT ĐIỆN NGƯNG HƠI” Với những kiến thức được học ở trường, được sựhướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô trong khoa đến nay em đãhoàn thành nhiệm vụ thiết kế

Vì thời gian và kiến thức có hạn, chắc hẳn đồ án không tránh khỏi những sai sótkính mong các thầy cô giáo góp ý, chỉ bảo để em hoàn thiện kiến thức của mình

Cuối cùng em xin chân thành cảm các thầy cô đã truyền thụ kiến thức cho em, để

em có điều kiện hoàn thành nhiệm vụ thiết kế

Đà Nẵng, ngày tháng năm

Sinh viên

CHƯƠNG 1: CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG

SUẤT, VẠCH PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN

1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN:

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế phần điện trong Nhà máy: NHIỆT ĐIỆN NGƯNGHƠI, Công suất: 120MW, gồm có: 4 tổ máy 30MW Việc chọn số lượng và côngsuất máy phát cần chú ý các điểm sau đây:

- Mây phât c cng suất căng lớn th vốn đầu tư lớn, tiêu hao nhiên liệu để sản xuất

ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hàng năm càng nhỏ Nhưng về mặt cungcấp điện th đi hỏi cng suất của mây phât lớn nhất không được lớn hơn dự trữ quay vềcủa hệ thống

- Để thuận tiện trong việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọn máyphát cùng loại

- Chọn điện áp định mức của máy phát lớn th dng định mức và dng ngắn mạch

ở cấp điện áp này sẽ nhỏ, do đó dễ dàng chọn khí cụ điện hơn

Với công suất của các tổ máy đê c nín ta chỉ việc chọn mây phât c cng suất tương ứng mỗi tổ là: 30MW.

Ta chọn cấp điện áp máy phát là 10.5KV v cấp điện áp này thông dụng

Tra sách “ Thiết kế phần điện trong nhà máy điện vă trạm biến âp” của PGSNguyễn Hữu Khái, ta chọn được máy phát điện theo bảng 1.1

Bảng 1.1Loại mây phât

Thông số định mức Điện kháng tươngđốin

v/ph

SMVA

PMW

UKV

1.2 TNH TOÂN PHỤ TẢI VĂ CĐN BẰNG CNG SUẤT:

Để có cơ sở thiết kế chi tiết cho các chương tiếp theo.Trong phần này sẽ tiếnhành tính toán phân bố công suất trong nhà máy điện, xây dựng được đồ thị phụ tảitổng cho nhă mây

Định lượng công suất cần tải cho các phụ tải ở các cấp điện áp tại các thời điểm

và đề xuất các phương án nối dây hợp lý cho nhă mây

Nhă mây c nhiệm vụ cung cấp cho câc phụ tải sau:

1.2.1 Phụ tải cấp điện áp máy phát:

Cng suất cực đại Pmax = 40MW

cos

P

% ) (

SUF(t) lă cng suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t

P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát theo thời gian

PUFmax, coUF là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp máyphát

Âp dụng cng thức (1.1) kết hợp với hnh 1, ta c bảng phân bố công suất phụ tải

cấp điện áp máy phát như bảng 1.2:

Bảng 1.2

t(h) 04 48 861 1681 1842

SUF(t), MVA 32,94 37,65 47,06 37,65 32,94

Như vây:

SUFmax = 47,06 [MVA]

SUfmin = 32,94 [MVA]

1.2.2 Phụ tải cấp điện áp trung (110 KV):

Công suất cực đại Pmax = 50MW

Hệ số cng suất cos = 0,8

Đồ thị phụ tải hnh 2

Công suất phụ tải cấp điện áp trung

được tính theo công thức sau:

UT

UTmax UT

cos

P

% )

SUT(t) là công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t

P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp trung theo thời gian

PUTmax, coUT là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp trung

4 8 12 16 20 24 20

40 60 80 100 P%

t(h) hình:1

20 40 60 80 100 P%

t(h) hình:2

Âp dụng cng thức (1.2) kết hợp với hnh 2, ta c bảng phđn bố cng suất phụ tảicấp điện áp trung như bảng 1.3:

Bảng 1.3 t(h) 04 416 1620 2024

1.2.3 Phụ tải cấp điện áp cao (220 KV):

Công suất cực đại Pmax = 20 MW

Hệ số cng suất cos = 0,8

Đồ thị phụ tải hnh 3

Công suất phụ tải cấp điện áp cao

được tính theo công thức sau:

SUC(t) là công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t

P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp cao theo thời gian

PUTmax, coUT là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp cao

Âp dụng cng thức (1.3) kết hợp với hnh 3, ta c bảng phđn bố cng suất phụ tảicấp điện áp cao như bảng 1.4:

1.2.4 Cng suất tự dng của nhă mây:

Phụ tải tự dùng của nhà máy được xác định theo công thức sau:

Std(t) là công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t

 lă hệ số tự dng của nhă mây,   6 %

SF(t) lă cng suất phât của nhă mây tại thời điểm t

SNM là công suất đặt của nhà máy, SNM = 150 MVA

V nhă mây phât lun phât hết cng suất nín ta c:

SF(t) = SNM = 150 (MVA)

Như vậy:

Std(t) = Stdmax = â.SNM = 0,06 x 150 = 9 [MVA] (1.5)

1.2.5 Cng suất dự trữ của toăn hệ thống:

Công cuất dự trữ của toàn hệ thống (kể cả nhà máy đang thiết kế) được xác địnhtheo công thức sau:

SdtHT = Sdt%.SHT + SNM - S ptmax (1.6)

Trong đó:

) ( 56 143 9 25 5 62 06 47 S

S S

S



,064(MVA) 500

143.56 -

150 10.000

*

% 5



1.2.6 Bảng tổng hợp phđn bố cng suất trong toăn nhă mây:

Qua tính toán ở trên, ta lập được bảng số liệu cân bằng công suất của toàn nhàmáy theo thời gian trong một ngày, như bảng 1.5

(

Sth t S NM  S pt t (1.7)

Từ bảng 1.5, ta nhận thấy trong điều kiện lăm việc bnh thường nhà máy điện phát đủ công suất cho phủ tải ở các cấp điện áp và cn thừa một lượng công

suất có thể đưa lên hệ thống trong tất cả các thời điểm trong ngày Do đó nhà máy có khả năng phát triển phụ tải ở các cấp điện áp.

1.2.7 Đồ thị phđn bố cng suất của toăn nhă mây:

Từ bảng 1.5 ta vẽ đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy theo công suất toàn phần hnh 4

Trong đó:

S td : Đường đặc tính công suất tự dùng.

SUF : Đường đặc tính công suất cấp điện áp máy phát.

SUT : Đường đặc tính công suất cấp điện áp trung.

SUC : Đường đặc tính công suất cấp điện áp cao.

Spt : Đường đặc tính công suất tổng phụ tải.

SNM : Đường đặc tính công suất nhà máy

1.1. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN.

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trìnhtính toán thiết kế nhà máy điện Vì vậy cần nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắm

vững các số liệu ban đầu Dựa vào bảng 1.5 và các nhận xét tổng quát, ta tiến hành đềxuất các pương án nối dây có thể Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấp điệnliên tục cho các phụ tải, phải khác nhau về cách ghép nối các máy biến áp với các cấpđiện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện, Sơ

đồ nối điện giữa các cấp điện áp phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Số máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát phải thỏa mãn điềukiện khi ngừng một máy phát lớn nhất thì các máy phát còn lại vẫn đảm bảo cungcấp đủ cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áp trung

- Chỉ nối bộ máy phát máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện ápnào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này; có như vậy mới tránhđược trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc côngsuất phải chuyển qua hai lần biến áp làm tăng tổn thất và gây quá tải cho máy biến

áp ba cuộn dây Đối với máy biến áp tự ngẫu liên lạc thì không cần điều kiện này

Thành phần phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát so với công suất của toàn nhà máy:

% 15

% 37 , 31 100 150

06 , 47 100

- Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía điện áp cao và trung áp

có trung tính trực tiếp nối đất (U ≥ 110 kV)

- Khi công suất tải lên điện áp cao lớn hợn dự trữ quay của hệ thống thìphải đặt ít nhất hai máy biến áp

- Không nên nối song song hai máy biến áp hai cuộn dây với máy biến áp

ba cuộn dây vì thường không chọn được hai máy biến áp có tham số phù hợp vớiđiều kiện để vận hành song song

-Ta nhận thấy rằng, phụ tải cấp điện áp máy phát lớn hơn 15% tổng công suất củatoàn nhà máy nên để cung cấp cho nó ta phải xây dựng thanh góp cấp điện áp máyphát

Từ yêu cầu kỹ thuật trên, ta đề xuất ra một số phương án nối điện chính cho nhàmáy như sau:

- Vì nhiều tổ máy được nối vào thanh góp nên phải bố trí mạch vòng do

đó hệ thống thanh góp cấp điện áp máy phát rất phức tạp

- Thanh góp cấp điện áp máy phát nối vòng nên tính toán Bảo Vệ RơLephức tạp

220

F4F

3

F1 F2

10,5 kV

HT

1.1.2 Phương án II:

1.1.2.1. Mô tả phương án:

- Sơ đồ gồm 3 máy phát F1, F2, F3 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

- Dùng hai máy biến áp tự ngẫu B1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữanhà

- máy với hệ thống

- Một bộ máy phát F4 - máy biến áp hai cuộn dây B3 nối và thanh góp cấp điện áptrung

1.1.2.2. Ưu điểm:

- Sơ đồ đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

- Máy biến áp nối vào thanh góp cấp điện áp trung nên giá thành máy biến áp vàcác thiết bị ít tốn kém hơn so với bên cao áp

- Số lượng máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát ít nên thanh gópđơn giản

- Sơ đồ gồm 2 máy phát F1, F2 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

- Dùng hai máy biến áp tự ngẫu B1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữanhà máy với hệ thống

- Hai bộ máy phát F3 - B3 , F4 - B4 tương ứng nối và thanh góp cấp điện áp trung

3

F1 F2

10,5 kV

F

10,5 kV

- Số lượng máy biến áp nhiều dẫn đến mặt bằng phân bố thiết bị ngoài trời lớn và

sẽ khó khăn hơn cho việc bảo dượng định kỳ MBA liên lạc

- Vì có bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây nối ở phía cao nên tốn kém vìphải dùng thiết bị có cách điện cao

- Số lượng máy biến áp hai cuộn dây nhiều nên tốn kếm

1.1.4 Phương án IV:

1.1.4.1. Mô tả phương án:

- Sơ đồ gồm 3 máy phát F1, F2, F3 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

- Dùng hai máy biến áp tự ngẫu B1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữanhà máy với hệ thống

- Hai bộ máy phát F4 - B3 nối và thanh góp cấp điện áp cao

1.1.4.2. Ưu điểm:

- Sơ đồ đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

- Số lượng máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát ít nên thanh gópđơn giản

TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP, TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, CHỌN

KHÁNG ĐIỆN PHÂN ĐOẠN

1.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP.

Máy biến áp là một thiết bị chính trong nhà máy điện, vốn đầu tư của nó chiếmmột phần rất quan trọng trong tổng số vốn đầu tư của nhà máy Vì vậy việc chọn sốlượng và công suất định mức của chúng là rất quan trọng Công suất của máy biến ápđược chọn phải bảo đảm đủ cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải không những trongđiều kiện làm việc bình thường mà ngay cả lúc sự cố Chế độ định mức của máy biến

áp phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường nhưng do đặt hàng theo điều kiện khí hậu tại nơilắp đặt nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ

1.2.1 Chọn máy biến áp cho phương án I:

1.2.1.1. Chọn máy biến áp liên lạc B1, B2.

1.2.1.1.1 Chọn công suất máy biến áp liên lạc B 1 , B 2 :

Máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu, công suất được chọn theo điều kiệntải hết công suất thừa từ thanh góp cấp điện áp máy phát:

HT

H:2.1

SđmFi là tổng công suất định mức của máy phát F1, F2, F3, F4



4

1 StdFimax là công suất tự dùng lớn nhất của máy phát F1, F2, F3, F4

SUFmin là công suất cực tiểu của phụ tải cấp điện áp máy phát

Kcl : Là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

5 , 0 220

110 220 U

U U K

C

T C

Như vậy, công suất của máy biến áp lên lạc B1 và B2 là

SđmB1 = SđmB2 108 06

5 , 0

06 108 2

1.2.1.1.2 Kiểm tra máy biến áp:

a Kiểm tra quá tải bình thường:

Vì công suất định mức của máy biến áp B1, B2 được chọn lớn hơn công suất tínhtoán nên không cần kiểm tra quá tải bình thường

b Kiểm tra quá tải sự cố:

Giả sử sự cố máy biến áp B1 thì máy biến áp B2 còn lại với khả năng quá tải sự cốcho phép phải cung cấp đủ công suất phụ tải cấp điện áp trung, cao lúc cực đại Nghĩalà:

sc qt

K Kcl SđmB2 ≥ [SUTmax + (SUCmax - SdtHT)]

Vì: SUCmax - SdtHT = 25 - 506.44 = -481.44 < 0 tức là hệ thống đủ cung cấp cho phụtải cấp điện áp cao Do đó điều kiện (2.2) trở thành:

sc qt

1.3 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP.

Tổn thất điện năng trong máy biến áp gốm 2 phần:

- Tổn thất không tải không phụ thuộc vào đồ thị phụ tải

- Tổn thất tải phụ thuộc vào đồ thị phụ tải

1.3.1 Phương án I:

1.3.1.1. Tổn thất điện năng qua máy biến áp liên lạc B1, B2:

Vì hai máy biến áp B1, B2 là hai máy biến áp tự ngẫu giống nhau vận hành song song

và đồ thị phụ tải của ta là đồ thị bậc thang nên ta sử dụng công thức (2.9) sau:

Trong đó:

n là số máy biến áp làm việc song song

SCi, STi, SHi là công suất qua cuộn cao, cuộn trung, cuộn hạ áp của n máy biến áp

biến áp tự ngẫu

PNC, PNT, PNH là tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây điện áp cao, trung, hạ

của máy biến áp tự ngẫu

Po là tổn thất không tải của máy biến áp

Chỉ có PNC-T = 290 kW, do đó có thể xem:

PNC-H = PNT-H = 21 PNC-T = 21 290=145 kW

â = Kcl = 0,5

Vì nhà máy luôn phát hết công suất cung cấp cho các phụ tải và còn thừa tại mọi

thời điểm trong ngày nên công suất qua các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu:

Hi i

NT 2

1 đmB

Ti i

NC 2

1 đmB

Ci o

P S

S t

P S

S n

1 t P

) 5 , 0 (

145 )

5 , 0 (

145 5 , 0

145 )

5 , 0 (

145 )

5 , 0 (

145 290

5 , 0

145 )

5 , 0 (

145 )

5 , 0 (

145 290

5 , 0

2 2

2 2

2 2

P P P

NT H

NC NH

H NC H

NT T

NC NT

H NT H

NC T

NC NC

P P

P P

P P

P P

P P

P P

2 2

2 2

2 2

5 , 0 5 , 0

5 , 0

(2.10)(2.9)

25 69531 4

50 4 25 56 12 5 62 4

49 251446 2

33 103 8 94 93 4 35 103 10 06

Ngắn mạch là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập

giữa các pha, không thuộc chế độ làm việc bình thường Chúng ta cần phải dự báo các

tình trạng ngắn mạch co thể xảy ra và xác định dòng điện ngắn mạch tính toán tương

ứng

Mục đích tính dòng ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện, các thành phần có dòng

điện chạy qua và kiểm tra các phần tử đó đảm bảo ổn định động và ổn định nhiệt

Ngoài ra, các số liệu về dòng điện ngắn mạch là căn cứ qua trọng để thiết kế hệ thống

bảo vệ rơle và ổn định phương thức vận hành hệ thống

Phương pháp tính toán ngắn mạch ở đây, ta chọn phương pháp đường cong tính

toán 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 Vì vậy việc lập sơ đồ tính toán dòng điện ngắn

mạch đối với mỗi khí cụ điện cần chọn một chế độ làm việc nặng nề nhất nhưng phải

phù hợp với điều kiện thực tế

=6254317

1.5 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN I.

1.5.1 Sơ đồ thay thế nhà máy điện và các điểm ngắn mạch tính toán:

1.5.1.1 Sơ đồ tính toán:

1.5.1.2 Các điểm ngắn mạch:

1.5.1.2.1 Điểm N 1 :

- Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện các mạch phía cao áp.

- Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hànhbình thường

1.5.1.2.2 Điểm N 2 :

- Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện các mạch phía trung áp.

- Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hànhbình thường

1.5.1.2.3 Điểm N 3 :

- Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện mạch hạ áp máy biến áp.

- Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát và hệ thống đang vận hành bình thườngchỉ có máy biến áp B1 nghỉ

7

+ Điểm N5: Chỉ có máy phát F1 làm việc.

+ Điểm N5’: Tất cả đều làm việc bình thường, trừ máy phát F1 nghỉ

+ Điểm N6: Chỉ có máy phát F2 làm việc

+ Điểm N6’: Tất cả đều làm việc bình thường, trừ máy phát F2 nghỉ

8

5 5

7

5 4

3

N N

N

N N

N

N N

N

I I

I

I I

I

I I

I

1.5.1.3. Sơ đồ thay thế: Với E1 = E2 = E3 = E4 = E (các máy phát như nhau)

1.5.2 Tính toán các thông số của sơ đồ thay thế:

1.5.2.1 Các đại lượng cơ bản:

Chọn các đại lượng cơ bản:

Scb = 100 MVA

Ucb = Utb ở các cấp điện áp

5 , 10 cb

, cb

cb ,

5 10 3

U

.

S I

cb

cb

115 3

100

3 110

220 cb

U

S I

cb

cb

230 3

100

3 220

1.5.2.2 Các thông số của sơ đồ thay thế:

1.5.2.2.1 Điện kháng của máy phát F 1 , F 2 , F 3 , F 4 :

H T

E

H:3.2

014 , 0

16

X

0756 , 0

15

X

23 , 0

14

X

23 , 0

9

X

39 , 0

10

X

22 , 0

5

X

22 , 0

8

X

22 , 0

6

X

22 , 0

7

X

408 , 0

1

X

408 , 0

2

X

408 , 0

3

X

408 , 0

4

X

(Theo Nguyên lý xếp chồng)

X =X1 = X2 = X3 = X4 =

408

0 5

37 100

153 ,

0

"





âm F cb

S X

1.5.2.2.2 Điện kháng của kháng điện phân đoạn:

I

I X

1.5.2.2.3 Điện kháng của máy biến áp liên lạc B 1 ,B 2 :

- Điện kháng của cuộn hạ:

- Điện kháng của cuộn trung:

- Điện kháng của cuộn cao:

1.5.2.2.4 Điện kháng của đường dây liên lạc với hệ thống:

200.4,0

2

2 2

1.5.2.2.5 Điện kháng của hệ thống:

HT

cb âm HT cb

HT

S

S

* X X

S

S S

014 , 0 2000

100 28 , 0

*

HT

cb âm HT cb

HT

S

S X

N

1

0896 , 0

17

X

23 , 0

4

X

39 , 0

22

X

195 , 0

21

X

11 , 0

20

X

11 , 0

19

X

204 , 0

18

X

408 , 0

2

X

408 , 0

4

X

10 9 cb

%

%

%

2001

NC H

NT T

S U

U U

12 11 cb

%

%

%

2001

NC H

NT T

S U

U U

  0,23

125

100.193111.1001

%

%

%

2001

NT H

NC T

S U

U U

14 13 cb

Từ sơ đồ (H:3.3a), ta có:

X17 = X15 + X16 = 0,0756 + 0,014 = 0,0896

Vì sơ đồ (H:3.3a) đối xứng nhau qua điểm ngắn mạch N1 nên ta có sơ đồ (H:3.3b)

và giá trị điện kháng như sau:

18 25

X X

X X

 =00,518,518.00,204,204=0,146

Từ sơ đồ (H:3.3e), ta có:

X27 = X23 +

26 24

26 24

X X

X X

X

31,0

23

X

518,0

24

X

146 , 0 26

X

EHT

H:3.3e

N1

0896 , 0

17

X

146 , 0

27

X

Để sử dụng đường cong tính toán, ta qui đổi điện kháng tính toán về hệ đơn vị

tương đối định mức (X tt * âm)

máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội số của thành phần

không chu kỳ dòng điện ngắn mạch:

"

K 0 =1,55 ; K "  =1,6Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát điện cung cấp:

"

I 0 = K "0 I âmF= K "0

220

âmFi U

S

230 3

150

=0,58 kADòng ngắn mạch duy trì các do máy phát điện cung cấp:

S



=1,6

230 3

150

=0,602kADòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:

K

i xkN 2 xk "N 2 1 , 8 3 , 38 8 604

0 1

Trong đó Kxk là hệ số xung kích, phụ thuộc vào chỗ ngắn mạch, được tra ở bảng

3.3 trang 44 sách “Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS

Nguyễn Hữu Khái

Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích tại N1:

kA K

I

1.5.3.2 Điểm ngắn mạch N 2 :

1.5.3.2.1 Sơ đồ biến đổi:

Tương tự như ngắn mạch tại N1, sơ đồ (H:3.4a) đối xứng nhau qua điểm ngắnmạch N2 nên ta có sơ đồ (H:3.4b) và giá trị điện kháng như sau:

26 24

X X

X X

17

X

0575 ,0 14 X

3

X

408 , 0 4

X

39 , 0 10

X

115 , 0

22

X

195 , 0 21

X

11 , 0 20

X

11 , 0 19

X

204 , 0 18

X

408 , 0 2

X

408 , 0 4

X

EE

24

X

518 , 0

29

X

195 , 0

21

X

518,0

24

X

146 , 0 26

X

EHT

H:3.4e

N2

2046 , 0

28

X

309,0

29

X

Tra đường cong tính toán (hình 3.5 trang 46 sách “Thiết kế phần điện trong nhàmáy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội số của thành phầnkhông chu kỳ dòng điện ngắn mạch:

"

K 0 =2,2 ; K " =1.9Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát điện cung cấp:

S



=2,2

115 3

150

=1.65 kADòng ngắn mạch duy trì các do máy phát điện cung cấp:

S



=1.9

115 3

150

=1,43 kADòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:

X

0896 , 0

17

X

39 , 0 10

X

408 , 0 4

X

408 , 0 2

X

408 , 0

3

X

22 , 0 7

X

22 , 0 8

E

N4

22,0

6

X

22,0

5

X

408,0

4

X

22,0

8

X

7096 , 0 30

X

0866,0

31

X

16,0

32

X

0866,0

33

X

H:3.5

HTE

N4

E

7096,0

38

X

036.1

30

X

2795,0

39

X

32,0

40

X

036,1

41

X

72,1

42

X

32,0

41

X

26,0

43

X

22 , 0 408 , 0

7 3 2

7 2

X X X

16 , 0 22 , 0 408 , 0 408 , 0

408 , 0 408 , 0

7 3 2

3 2

X X X

22 , 0 408 , 0 408 , 0

22 , 0 408 , 0

7 3 2

7 3

X X X

Từ sơ đồ (H:3.5c), ta có:

036 , 1 22 , 0

22 , 0 408 , 0 22 , 0 408 , 0

8

5 4 5 4

X

X X X X X

036 1 22 , 0

22 , 0 408 , 0 22 , 0 408 , 0

5

8 4 8 4

X

X X X X X

559 , 0 408 , 0

22 , 0 22 , 0 22 , 0 22 , 0

4

8 5 8 5

X

X X X X X

Từ sơ đồ (H:3.5d), ta có:

2795 , 0 559 , 0 559 , 0

559 , 0 559 , 0

38 35

38 35

X X X

32 , 0 47 , 0 036 , 1

47 , 0 036 , 1

34 36

34 36

X X X

Từ sơ đồ (H:3.5e), ta có:

01 , 1 036

, 1

2795 , 0 7096 , 0 2795 , 0 7096 , 0

37

39 30 39 30

X

X X X X X

72 , 1 7096 , 0

2795 , 0 036 , 1 2795 , 0 036 , 1

30

39 37 39 37

X

X X X X X

Từ sơ đồ (H:3.5e), ta có:

26 , 0 72 , 1 32 , 0

71 , 1 32 , 0

42 40

42 40

X X X

0866 , 0 0866 , 0 22 , 0 0866 , 0 0866 , 0 22 , 0

2

. 33

31 6 33 31 6

X X

0866 , 0

16 , 0 0866 , 0 22 , 0 16 , 0 0866 , 0 22 , 0

.

33

32 31 6 32

31 6

X X

Tra đường cong tính toán (hình 3.5 trang 46 sách “Thiết kế phần điện trong

nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội số của thành

phần không chu kỳ dòng điện ngắn mạch:

"

K 0 =3,4 ; K " =2,25Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát điện cung cấp:

"

I 0 = K "0 I âmF= K "0

5 10

3 cb ,

âmFi

U

S



=3,4 1123.10.5,5=21.03 kADòng ngắn mạch duy trì các do máy phát điện cung cấp:

"

I  = K " I âmF= K "

5 10

3 cb ,

âmFi

U

S



=1,95 3150.10,5=16,08 kADòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:

H

I =

H

, cb

X

Icb ,

=51,,49901 =5,44 kATrị số dòng ngắn mạch tại điểm N4:

E

N4’

0896 , 0 17

X

23 , 0 14

X

22 , 0 7

3

X

0408 4

X

39 , 0 10

47

X

306,0

50

X

39,0

10

X

E

142,0

52

X

056,0

51

X

204,0

44

X

476,0

48

X

N ’

22,0

7

X

195,0

53

X

071,0

54

X

052,0

55

X

HT

204,0

44

X

074 , 0

50

X

H:3.6b

HT

N4

’

39 , 0

9

X

086,0

46

X

22,0

8

X

22,0

7

X

16,0

47

X

408 , 0 3

X

0486,0

44

X

22 , 0 408 , 0

5 4 1

5 4

X X X

086 , 0 22 , 0 408 , 0 408 , 0

22 , 0 408 , 0

5 4 1

5 1

X X X

16 , 0 22 , 0 408 , 0 408 , 0

408 , 0 408 , 0

5 4 1

4 1

X X X

16 , 0 408 , 0

49 47 3

47 3

X X X

056 , 0 306 , 0 16 , 0 408 , 0

306 , 0 16 , 0

49 47 3

49 47

X X X

142 , 0 306 , 0 16 , 0 408 , 0

306 , 0 408 , 0

49 47 3

49 3

X X X

Từ sơ đồ (H:3.6e), ta có:

142,0056,0476,039,0

39,0.056,0476,0

52 51 48 10

10 51 48

X X X X

142,0056,0476,039,0

142,0.056,0476,0

52 51 48 10

52 51 48

X X X X

052 , 0 142 , 0 056 , 0 476 , 0 39 , 0

142 , 0 39 , 0

52 51 48 10

52 10

X X X

Từ sơ đồ (H:3.6f), ta có:

EHT

H:3.6g

N4’

42 , 1 59

X

51 , 0 60

X

N4’E

399,0

56

X

HT

H:3.6f

399 , 0 272 , 0 399 , 0 272 , 0

58

57 56 57 56

X

X X X X X

51 , 0 399 , 0

145 , 0 272 , 0 145 , 0 272 , 0

57

58 56 58 56

X

X X X X X

1.5.3.3.2 Tính dòng ngắn mạch:

Để sử dụng đường cong tính toán, ta qui đổi điện kháng tính toán về hệ đơn vị

tương đối định mức (X * tt âm)

âm tt

=0,57Tra đường cong tính toán (hình 3.5 trang 46 sách “Thiết kế phần điện trong nhà

máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội số của thành phần

không chu kỳ dòng điện ngắn mạch:

"

K 0 =1,72 ; K "  =1,65Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát điện cung cấp:

"

I 0 = K "0 I âmF= K "0

5 10

3 cb ,

âmFi

U

S



=1,72 1123.10,5,5=10,64 kADòng ngắn mạch duy trì các do máy phát điện cung cấp:

"

I  = K " I âmF= K "

5 10

3 cb ,

âmFi

U

S



=1,65 1123.10,5,5=10,2 kADòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:

H

I =

H

, cb

X

Icb

=51,,49942 =3,87 kATrị số dòng ngắn mạch tại điểm N4:

I = I " + IH =10,2 + 3,87 = 14,07 kA

Dòng ngắn mạch xung kích tại N4’:

kA I

K

i xkN 2 xk "N 2 1 , 8 14 , 51 36 , 93

' 0

Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích tại N4’:

kA K

I

' 0

1.5.3.4 Điểm ngắn mạch N5, N6 (Vì các máy phát như nhau):

1.5.3.4.1 Sơ đồ biến đổi:

1.5.3.4.2 Tính dòng ngắn mạch:

Để sử dụng đường cong tính toán, ta qui đổi điện kháng tính toán về hệ đơn vị

tương đối định mức (X * tt âm)

âm tt

=0,153

5408,0

1

X

Tra đường cong tính toán (hình 3.5 trang 46 sách “Thiết kế phần điện trong nhà

máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái), ta được bội số của thành phần

không chu kỳ dòng điện ngắn mạch:

"

K 0 =6,2 ; K " =2,6Trị số dòng ngắn mạch tại điểm N5, N6:

3 cb ,

âmFi

U

3 cb ,

âmFi

U

S



=2,6 337.10,5,5=5.36 kA

Dòng ngắn mạch xung kích tại N5, N6:

kA I

K i

i xkN xkN 2 xk "N 2 1 , 91 12 , 78 34 , 52

0 56

Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích tại N5, N6:

kA K

I I

6

0896 , 0

17

X

23 , 0

7

X

408 , 0

4

X

39 , 0

10

X

H:3.8b

EHT

H:3.8f

N5’

556 , 0 71

X

26 , 0 72

X

H:3.8e

556,0

53,0

68

X

H:3.8d

69

X

143 , 0

67

X

228 , 0

66

X

518 , 0

64

X

204 , 0

44

X

E

204,0

44

X

036 , 1 36

X

036,01

37

X

036,1

63

X

036,1

61

X

559,0

62

X

559,0

38

X

39,0

9

X

39,0

10

X

408,0

N5’

E

204 , 0