Đồ án Hệ thống điện TranTienDat

Sau khi học xong chương trình đào tạo của ngành hệ thống điện, em được giao nhiệm vụ thiết kế luận văn tốt nghiệp gồm 2 phần có nội dung: Phần 1 – Đề tài: Thiết kế phần điện trong nhà má

Trang 1

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

CHUYÊN ĐỀ:

TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN NHẤT TÙNG

Hà Nội, tháng 1 năm 2015

Trang 2

LỜI MỞ ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa thì ngành năng lượng là một ngành công nghiệp quan trọng, nhu cầu sử dụng năng lương ngày một tăng cao do vậy luôn được ưu tiên phát triển hàng đầu

Tuy nhiên, nguồn năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay đang trở nên khan hiếm, trở thành một vấn đề lớn trên thế giới Năng lượng điện và nhà máy điện là một phần không thể thiếu được của ngành năng lượng Cùng với sự phát triển của ngành năng lượng, việc xây dựng các nhà máy điện, hòa vào hệ thống điện sẽ nâng cao tính bảo đảm cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ Hỗ trợ nhau khi có sự cố một nhà máy nào đó, nâng cao chất lượng điện năng, công suất truyền tải, giảm tổn thất công suất điện năng, nâng cao ổn định trong hệ thống và đáp ứng các chỉ tiêu kinh

tế kĩ thuật đề ra của ngành năng lượng

Sau khi học xong chương trình đào tạo của ngành hệ thống điện, em được giao nhiệm vụ thiết kế luận văn tốt nghiệp gồm 2 phần có nội dung:

Phần 1 – Đề tài: Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện, gồm 4 tổ máy với công suất mỗi tổ máy là 60 MW cung cấp cho phụ tải địa phương cấp 10,5 kV, phụ tải cấp điện áp trung 110 kV và phát về hệ thống qua đường dây kép dài 25 km Gồm 6 chương:

+ Chương 1: Tính toán phụ tải và chọn sơ đồ nối dây

+ Chương 2: Tính toán chọn máy biến áp

+ Chương 3: Tính toán kinh tế - kĩ thuật, chọn phương án nối điện tối ưu

+ Chương 4: Tính toán ngắn mạch

+ Chương 5: Chọn khí cụ điện và dây dẫn

+ Chương 6: Tính toán điện tự dùng của nhà máy

Phần 2 – Chuyên đề: Tính toán ổn định cho nhà máy điện đã thiết kế Gồm 2 chương:

+ Chương 7: Tính toán ổn định tĩnh

+ Chương 8: Tính toán ổn định động

Trang 3

LỜI CÁM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo của trường Đại Học Điện Lực, đặc biệt là các thầy, cô trong khoa Hệ Thống Điện đã dìu dắt, trang bị kiến thức quý báu cho em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp

đã giúp em hoàn thành tốt bản luận văn tốt nghiệp này

Đặc biệt hơn nữa, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS Nguyễn Nhất Tùng đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thiết kế luận văn tốt nghiệp này

Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 5 tháng 1 năm 2015

Sinh viên Trần Tiến Đạt

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

Trang 5

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

………

Trang 6

ĐỀ TÀI

PHẦN 1: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

I Số liệu ban đầu

Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy bằng PđmF = 60 MW Hệ số tự dùng αTD = 11,7%, cosφ = 0,85 Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải hạ áp, trung áp và phát về hệ thống

1 Phụ tải cấp điện áp máy phát UMPĐ (10,5 kV)

Pmax = 16 MW, cosφ = 0,86 Gồm 2 kép công suất 8 MW, dài 1 km, biến thiên phụ tải ghi trên bảng

Tại địa phương dùng máy cắt hợp bộ có dòng điện định mức Icắt = 21 kA, tcắt = 0,7 giây và cáp nhôm vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất 70 mm2

2 Phụ tải cấp điện áp trung UT (110kV)

Pmax = 120 MW, cosφ = 0,86 Gồm 2 kép x 60 MW có biến thiên phụ tải ghi trên bảng

3 Nhà máy liên lạc với hệ thống điện bằng đường dây kép 220 kV dài 25 km

Hệ thống có công suất (không kể nhà máy đang thiết kế): SđmHT = 5000 MVA, điện kháng ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệ thống X*

HT = 0,85, công suất dự phòng của hệ thống: SdtHT = 150 MVA

4 Công suất toàn nhà máy

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

Trang 7

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY 2

1.1 Lựa chọn máy phát điện cho nhà máy nhiệt điện 2

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 2

1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy 2

1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng 3

1.2.3 Đồ thị phụ tải các cấp điện áp của nhà máy 4

1.2.4 Đồ thị công suất phát về hệ thống 6

1.3 Đề xuất các phương án nối điện 9

1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất phương án nối điện 9

1.3.2 Các phương án nối điện 10

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 14

2.1 Tính toán cho phương án 1 14

2.1.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp 14

2.1.2 Chọn máy biến áp 15

2.1.3 Kiểm tra điều kiện quá tải của máy biến áp khi có sự cố 17

2.1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 21

2.2 Tính toán cho phương án 2 23

2.1.5 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp 23

2.1.6 Chọn máy biến áp 24

2.1.7 Kiểm tra điều kiện quá tải của máy biến áp khi có sự cố 25

2.1.8 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 31

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KINH TẾ – KĨ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN TỐI ƯU 33

3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 33

3.1.1 Chọn thiết bị phân phối cho phương án 1 33

3.1.2 Chọn thiết bị phân phối cho phương án 2 34

Trang 8

3.2 Tính toán kinh tế – kĩ thuật, chọn phương án tối ưu 35

3.1.3 Khái quát chung 35

3.1.4 Tính toán cụ thể cho từng phương án 37

3.1.5 Chọn phương án tối ưu 39

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 40

4.1 Chọn điểm ngắn mạch 40

4.2 Lập sơ đồ thay thế 41

4.1.1 Tính điện kháng cho các phần tử 41

4.1.2 Tính dòng ngắn mạch 43

CHƯƠNG 5: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 54

5.1 Tính toán dòng cưỡng bức các cấp điện áp 54

5.1.1 Các mạch phía điện áp cao 220 kV 54

5.1.1 Các mạch phía điện áp trung 110 kV 55

5.1.2 Các mạch phía cấp điện áp máy phát 10,5 kV 56

5.2 Chọn máy cắt và dao cách ly 57

5.2.1 Chọn máy cắt điện 57

5.2.2 Chọn dao cách ly 58

5.3 Chọn thanh cứng đầu cực máy phát 59

5.3.1 Chọn loại và tiết diện 59

5.3.2 Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch 60

5.3.3 Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng 62

5.3.4 Chọn sứ đỡ 62

5.4 Chọn thanh góp, thanh dẫn mềm 64

5.4.1 Chọn thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 220 kV 65

5.4.2 Chọn thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 110 kV 68

5.5 Chọn cáp và kháng điện đường dây 71

5.5.1 Chọn cáp 71

5.5.2 Chọn kháng điện đường dây 74

Trang 9

5.5.3 Chọn máy cắt 1 81

5.6 Chọn máy biến áp đo lường 82

5.6.1 Chọn máy biến dòng điện 82

5.6.2 Máy biến điện áp 85

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG CỦA NHÀ MÁY 88

6.1 Sơ đồ cung cấp điện tự dùng 88

6.2 Tính toán chọn thiết bị điện, khí cụ điện tự dùng 89

6.2.1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp điện áp tự dùng 6,3 kV 89

6.2.2 Chọn máy biến áp tự dùng cấp điện áp tự dùng 0,4 kV 90

6.2.3 Chọn máy cắt, dao cách ly tự dùng cấp điện áp máy phát 10,5 kV 90

6.2.4 Chọn máy cắt tự dùng cấp điện áp 6,3 kV 92

6.2.5 Chọn aptomat cho mạch tự dùng phía hạ áp 0,4 kV 93

PHẦN 2:TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TĨNH 96

7.1 Lập sơ đồ thay thế 96

7.1.1 Các thông số tính toán 96

7.1.2 Sơ đồ thay thế 96

7.2 Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản 100

7.3 Tính suất điện động và lập đường đặc tính công suất 106

7.3.1 Xác định suất điện động E’ 107

7.3.2 Xác định tổng trở riêng, tổng trở tương hỗ của nhà máy 107

7.3.3 Phương trình đặc tính công suất 108

7.3.4 Tính công suất cơ của tuabin P0 108

7.4 Xác định hệ số dự trữ 109

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐỘNG 110

8.1 Lập đặc tính công suất cho các chế độ 110

8.1.1 Trước khi xảy ra ngắn mạch 110

8.1.2 Trong khi xảy ra ngắn mạch 111

Trang 10

8.1.3 Sau khi xảy ra ngắn mạch 113

8.2 Xác định góc cắt tới hạn 116

8.2.1 Xác định miền cắt tới hạn 116

8.2.2 Tính góc cắt tới hạn 116

8.2.3 Tính thời gian cắt tới hạn 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

Trang 11

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thông số máy phát điện TBΦ – 60 – 2 2

Bảng 1.2: Công suất phát toàn nhà máy tại từng thời điểm 3

Bảng 1.3: Công suất phụ tải tự dừng tại từng thời điểm 4

Bảng 1.4: Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại từng thời điểm 5

Bảng 1.5: Công suất phụ tải điện áp trung 110 kV tại các thời điểm 6

Bảng 1.6: Công suất phát về hệ thống tại từng thời điểm 7

Bảng 1.7: Tổng kết phân bố công suất của nhà máy 7

Bảng 1.8: Tổng hợp kết quả 8

Bảng 2.1: Kết quả phân bố công suất MBA tự ngẫu phương án 1 15

Bảng 2.2: Thông số kĩ thuật máy biến áp hai dây quấn B1, B4 phương án 1 16

Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự ngẫu B2, B3 phương án 1 17

Bảng 2.4: Tổng hợp công suất các cấp ứng với phụ tải bên trung cực đại 17

Bảng 2.5: Tổn thất điện năng ngắn mạch trong máy biến áp B2, B3 23

Bảng 2.6: Kết quả phân bố công suất MBA tự ngẫu phương án 2 24

Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật máy biến áp hai dây quấn B3, B4 phương án 2 25

Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự ngẫu B1, B2 phương án 2 25

Bảng 2.9: Công suất các cấp khi phụ tải bên trung cực tiểu 29

Bảng 2.10: Tổn thất điện năng ngắn mạch trong máy biến áp B1, B2 31

Bảng 3.1: So sánh chỉ tiêu kinh tế 2 phương án 39

Bảng 4.1: Tổng hợp kết quả tính toán ngắn mạch 52

Bảng 5.1: Tổng kết giá trị dòng cưỡng bức mạch các cấp 57

Bảng 5.2: Thông số kĩ thuật máy cắt điện các cấp 58

Bảng 5.3: Thông số kĩ thuật dao cách ly các cấp điện áp 59

Bảng 5.4: Thông số kĩ thuật thanh dẫn cứng đầu cực máy phát 60

Bảng 5.5: Thông số kĩ thuật sứ đỡ thanh dẫn cứng 64

Bảng 5.6: Thông số kĩ thuật thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 220 kV 65

Trang 12

Bảng 5.7: Kết quả tính toán ngắn mạch tại N1 ở từng thời điểm 67

Bảng 5.8: Thông số thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 220 kV chọn lại 68

Bảng 5.9: Thông số kĩ thuật thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 110 kV 69

Bảng 5.10: Kết quả tính toán ngắn mạch tại N2 ở từng thời điểm 70

Bảng 5.11: Thông số kĩ thuật cáp 1 của hệ thống cáp phụ tải địa phương 10,5 kV 73

Bảng 5.12: Thông số kĩ thuật kháng điện PbA – 10 – 1500 – 6 77

Bảng 5.13: Phân bố công suất tác dụng qua từng kháng, MW 79

Bảng 5.14: Thông số kĩ thuật kháng điện kép PbAC – 10 – 2x600 – 6 80

Bảng 5.15: Thông số kĩ thuật máy cắt 1 82

Bảng 5.16: Phụ tải thứ cấp máy biến áp đo lường 83

Bảng 5.17: Thông số kĩ thuật máy biến dòng cấp 10,5 kV 84

Bảng 5.18: Thông số kĩ thuật máy biến dòng cấp 110 kV và 220 kV 85

Bảng 5.19: Thông số phụ tải thứ cấp máy biến điện áp cấp 10,5 kV 85

Bảng 5.20: Thông số kĩ thuật máy biến điện áp cấp 10,5 kV 86

Bảng 5.21: Thông số biến điện áp cấp 110 kV và 220 kV 87

Bảng 6.1: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự dùng cấp điện áp tự dùng 6,3 kV 90

Bảng 6.2: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự dùng cấp điện áp tự dùng 0,4 kV 90

Bảng 6.3: Thông số máy cắt điện tự dùng cấp điện áp máy phát 91

Bảng 6.4: Thông số kĩ thuật dao cách ly tự dùng cấp điện áp máy phát 92

Bảng 6.5: Thông số kĩ thuật máy cắt điện tự dùng cấp điện áp 6,3 kV 93

Bảng 6.6: Thông số kĩ thuật aptomat mạch hạ áp 0,4 kV 94

Bảng 8.1: Kết quả tính góc δ của từng phân đoạn 121

Trang 13

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Đồ thị công suất toàn nhà máy 3

Hình 1.2: Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy 4

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải địa phương 5

Hình 1.4: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 6

Hình 1.5: Đồ thị công suất phát về hệ thống 7

Hình 1.6: Đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy 8

Hình 1.7: Sơ đồ nối điện phương án 1 10

Hình 2.2: Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp khi gặp sự cố 1 18

Hình 2.7: Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp khi sự cố 3 30

Hình 3.1: Sơ đồ thiết bị phân phối các cấp phương án 1 34

Hình 3.2: Sơ đồ thiết bị phân phối các cấp phương án 2 35

Hình 4.1: Sơ đồ lựa chọn điểm ngắn mạch 40

Hình 4.2: Sơ đồ thay thế ngắn mạch 41

Hình 4.3: Sơ đồ thay thế ngắn mạch tại N1 45

Hình 4.4: Sơ đồ thay thế đơn giản ngắn mạch tại N1 46

Trang 14

Hình 4.9: Sơ đồ thay thế đơn giản ngắn mạch tại N3” 51

Hình 5.1: Sơ đồ các mạch máy cắt các cấp điện áp 54

Hình 5.2: Thanh dẫn cứng đầu cực máy phát hình máng 59

Hình 5.3: Sơ đồ chọn sứ đỡ 63

Hình 5.4: Sơ đồ hệ thống cáp cho phụ tải địa phương 72

Hình 5.5: Sơ đồ thay thế ngắn mạch chọn kháng điện đường dây 75

Hình 5.6: Sơ đồ cấp điện từ điện kháng kép 78

Hình 5.7: Sơ đồ thay thế tính toán điện kháng kép 79

Hình 5.8: Sơ đồ nối dây các thiết bị đo và máy biến áp đo lường 83

Hình 6.1: Sơ đồ điện tự dùng nhà máy nhiệt điện 89

Hình 6.2: Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại N7 92

Hình 6.3: Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại N8 93

Hình 7.1: Sơ đồ thay thế trong tính toán ổn định tĩnh 100

Hình 7.2: Sơ đồ thay thế đơn giản tính toán ổn định tĩnh 106

Hình 7.3: Đường đặc tính công suất trong tính toán ổn định tĩnh 108

Hình 8.1: Sơ đồ tính toán ổn định động khi xảy ra N(3) tại đường dây nối nhà máy với hệ thống điện 111

Hình 8.2: Sơ đồ thay thế tính toán ổn định động 111

Hình 8.3: Sơ đồ thay thế trường hợp sau khi xảy ra sự cố ngắn mạch 113

Hình 8.4: Sơ đồ thay thế đơn giản trường hợp sau khi xảy ra sự cố ngắn mạch 115

Hình 8.5: Đặc tính công suất trong các trường hợp 117

Hình 8.6: Đồ thị góc δ theo thời gian t 121

Trang 15

PHẦN 1 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Trang 16

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY

Trong quá trình thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện, số lượng máy phát và công suất của mỗi máy phát đã được đề suất từ trước Do đó việc tính toán phụ tải trong chương này làm căn cứ cho việc lập các phương án nối dây, giúp người thiết kế

có cơ sở để định hình lựa chọn các phương án nối dây sao cho tối ưu

1.1 Lựa chọn máy phát điện cho nhà máy nhiệt điện

Theo yêu cầu thiết kế, nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là

Điện kháng tương đối

Xd" Xd' Xd

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Trong nhiệm vụ thiết kế, người ta thường cho công suất cực đại (Pmax), hệ số công suất cos và biểu đồ biến thiên công suất trong các khoảng thời gian dạng phần trăm P%(t), dựa vào các số liệu bảng cho trong đề bài ta tiến hành xây dựng các đồ thị phụ tải tự dùng, trung áp, toàn nhà máy…

1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy

Công thức tính công suất phát toàn nhà máy tại từng khoảng thời gian là:

+ Stnm(t): công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

+ P%(t): phần trăn công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

+ cosφF = 0,8: hệ số công suất định mức của máy phát

Trang 17

+ ∑PđmF = 4.Pđm = 4.60=240 MW: tổng công suất định mức của nhà máy

Áp dụng công thức (1.1) ta có bảng công suất toàn nhà máy tại các thời điểm t sau:

Bảng 1.2: Công suất phát toàn nhà máy tại từng thời điểm

0

StnmMVA

Trang 18

+ STD(t): phụ tải tự dùng tại thời điểm t

+ αTD: lượng điện phần trăm tự dùng, αTD = 11,7%

+ cosφTD: hệ số công suất phụ tải tự dùng, cosφTD = 0,85

20

30 35

STDMVA

1.2.3 Đồ thị phụ tải các cấp điện áp của nhà máy

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

Trang 19

PmaxS(t) P%(t) (1.3)

cos



Trong đó:

+ S(t): công suất phụ tải tại thời điểm t

+ Pmax: công suất lớn nhất của phụ tải

+ P%(t): phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t

+ cosφ: hệ số công suất tương ứng tại từng cấp điện áp

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải địa phương

 Cấp điện áp trung 110 kV

Cấp điện áp trung 110 kV có các thông số: Pmax = 120 MW, cosφ = 0,86; gồm 2 lộ đường dây kép x 60 MW

Trang 20

Áp dụng công thức (1.3) ta có bảng công suất phụ tải phía điện áp trung 110 kV tại từng thời điểm sau:

Bảng 1.5: Công suất phụ tải điện áp trung 110 kV tại các thời điểm

100150

0

SUTMVA

125,58111,63 125,58 111,63

Hình 1.4: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung

1.2.4 Đồ thị công suất phát về hệ thống

Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm (công suất phát bằng công suất thu), không xét đến tổn thất công suất trong máy biến áp ta có:

Stnm(t) = SVHT(t) + Sdp(t) + SUT(t) + STD(t) Hay ta có :

SVHT(t) = Stnm(t) – [Sdp(t) + SUT(t) + STD(t)] (1.4) Trong đó :

+ SVHT(t) : công suất phát về hệ thống tại thời điểm t

+ Stnm(t) : công suất phát toàn nhà máy tại thời điểm t

+ STD(t) : công suất tự dùng nhà máy tại thời điểm t

Trang 21

+ Sdp(t) : công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t

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

Áp dụng công thức (1.4) ta có bảng công suất phát về hệ thống tại từng thời điểm như sau :

Bảng 1.6: Công suất phát về hệ thống tại từng thời điểm

SVHTMVA

70,4684,42100,34

126,5122,78110,57112,44

Hình 1.5: Đồ thị công suất phát về hệ thống

Ta có bảng tổng kết phân bố công suất của nhà máy nhiệt điện như sau :

Bảng 1.7: Tổng kết phân bố công suất của nhà máy

Trang 22

Từ bảng tổng kết phân bố công suất ta có bảng tổng hợp kết quả sau :

Trang 23

+ Phụ tải điện áp trung rất lớn, PUTmax = 120 MW bằng một nửa công suất của toàn nhà máy

+ Trong điều kiện hoạt động bình thường, nhà máy luôn phát công suất về hệ thống, lượng công suất về hệ thống rất lớn, SVHTmax = 126,5 MVA, bằng 42,17% công suất toàn nhà máy (Stnm = 300 MVA) và bằng 2,53% công suất toàn hệ thống (SHT = 5000 MVA)

1.3 Đề xuất các phương án nối điện

1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất phương án nối điện

Chọn sơ đồ nối điện là một trong những khâu quan trọng nhất trong việc tính toàn thiết kế nhà máy điện Các phương án đề xuất phải đảm bảo cung cấp điện liên tục, tin cậy cho các phụ tải, thể hiện được tính khả thi về kỹ thuật và kinh tế

Ta xét một số điều kiện:

+ Khi công suất phụ tải địa phương nhỏ, thì không cần thanh góp điện áp cấp máy phát, chúng được cấp điện từ đầu cực máy phát, phía trên máy cắt của máy biến áp liên lạc Quy định về mức nhỏ của phụ tải địa phương: cho phép rẽ nhánh từ đầu cực máy phát một lượng công suất không quá 15% công suất định mức tổ máy phát Giả thiết đưa ra phụ tải địa phương được cấp điện từ đầu cực 2 tổ máy phát Khi đó ta có:

.100

maxS

18, 6dp

+ Nhà máy được thiết kế với 3 cấp điện áp có cấp cao 220 kV và trung 110 kV đều

là mạng có trung tính trực tiếp nối đất

Trang 24

Như vậy nếu máy biến áp liên lạc là tự ngẫu, ta có thể ghép 1 đến 2 bộ máy phát điện – máy biến áp ba pha hai dây quấn lên thanh góp điện áp trung

+ Đối với nhà máy điện có công suất một tổ máy nhỏ Có thể ghép một số máy phát chung với một máy biến áp Nhưng phải đảm bảo điều kiện:

1.3.2 Các phương án nối điện

Căn cứ vào các điều kiện trên và số liệu tính toán phụ tải các cấp, ta có thể đưa ra một số phương án nối điện sau:

 Phương án 1:

Phương án 1 ta sử dụng 1 bộ máy phát – máy biến áp ba pha hai dây quấn, cùng 2

bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu Liên lạc giữa hệ thống và cấp trung do máy biến

áp tự ngẫu đảm nhận Phụ tải tự dùng được cấp điện từ đầu cực 2 máy phát F2, F3

B4 B3

B2 B1

Hình 1.7: Sơ đồ nối điện phương án 1

+ Ưu điểm: Sơ đồ kết cấu dây đơn giản trong thiết kế và vận hành

Trang 25

+ Nhược điểm: Phương án sử dụng 4 máy biến áp nhưng có tận 3 loại máy biến áp khác nhau, gây khó khăn trong việc dự phòng và sửa chữa Hơn nữa, phương án sử dụng 1 máy biến áp bộ bên cao trong khi giá thành máy biến áp cấp 220 kV luôn đắt hơn so với máy biến áp cấp 110 kV Ta tiến hành xây dựng phương án tiếp theo nhằm tối ưu hóa các phương án

 Phương án 2:

Phương án 2 sử dụng 2 bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu, tải công suất lên từ hạ lên cao và trung Phía trung sử dụng 2 bộ máy phát – máy biến áp ba pha hai quây quấn tải công suất từ hạ lên trung Công suất liên lạc giữa phía trung và cao do máy biến áp tự ngẫu truyền tải Phụ tải địa phương được cấp điện từ đầu cực 2 máy phát F1

và F2

F4

B3B2

+ Ưu điểm: Sơ đồ bố trí, vận hành đơn giản Đảm bảo sự tương hỗ giữa nguồn hệ thống 220 kV – nhà máy điện – nguồn 110 kV để cung cấp điện cho phần lớn phụ tải cấp trung 110 kV

+ Nhược điểm: Bên trung sử 2 bộ máy phát – máy biến áp có tổng công suất 150 MVA Trong khi đó công suất cực đại phụ tải cấp trung là: 125,58 MVA

max

UT

Trang 26

Vậy nên luôn có một lượng công suất từ phía trung áp truyền sang máy biến áp tự ngẫu gây tổn thất máy biến áp một lần nữa

 Phương án 3:

Phương án 3 sử dụng 4 bộ máy phát – máy biến áp hai dây quấn, gồm 2 bộ bên cao,

2 bộ bên trung 2 máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc giữa cấp điện áp cao và trung Cuộn dây phía hạ của máy biến áp tự ngẫu có thể cấp điện cho phụ tải địa phương hay điện tự dùng của nhà máy

F4 F3

B5 B4

B3

B6

SUTHT

F2 F1

Sdp+ STD

STD

+ Ưu điểm: Bên trung lắp 2 bộ máy phát – máy biến áp có công suất tương ứng phụ tải cấp trung nên công suất trao đổi giữa cao trung không lớn, khi đó công suất của máy biến áp tự ngẫu cũng không lớn

+ Nhược điểm: Số lượng máy biến áp nhiều, số mạch nối lên thiết bị phân phối nhiều Ngoài ra vẫn có một lượng công suất truyền qua 2 lần máy biến áp giống phương án 2 gây tổn thất máy biến áp 2 lần

 Phương án 4:

Phương án 4 sử dụng 2 bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu nối lên thiết bị phân phối cao và trung Bên trung ta sử dụng bộ 2 máy phát nối chung 1 máy biến áp ba pha hai dây quấn

Trang 27

B2 B1

B3

SUTHT

+ Ưu điểm: Số lượng máy biến áp ít, số mạch nối lên thiết bị phân phối các cấp ít + Nhược điểm: Khi sự cố máy biến áp bên trung B3, thì cả 2 tổ máy phát bên trung F3 và F4 phải ngưng làm việc

Kết luận chương 1: Qua những phân tích các phương án ở trên, ta thấy phương án

1 và 2 là nhiều ưu điểm hơn cả Ta chọn phương án 1 và 2 để đi tính toán cụ thể hơn

về kinh tế, kĩ thuật nhằm chọn sơ đồ tối ưu cho nhà máy Các tính toán sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo

Trang 28

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống điện Việc lựa chọn máy biến áp cần dựa trên những tính toán cụ thể về công suất cũng như kiểm tra các điều kiện quá tải, sự cố Đây cũng chính là nội dung chính được trình bày trong chương 2 2.1 Tính toán cho phương án 1

Ta có sơ đồ nối điện phương án 1

B4 B3

B2 B1

2.1.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp

Việc phân bố công suất cho các MBA cũng như cho các cấp điện áp của MBA được tiến hành dựa trên nguyên tắc cơ bản: phân công suất cho MBA trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA hai dây quấn là bằng phẳng trong suốt 24 giờ, phần thừa thiếu còn lại do MBA liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát bằng công suất thu, không xét đến tổn thất trong MBA Đảm bảo vận hành đơn giản, không cần chọn MBA điều chỉnh dưới tải cho sơ đồ MFĐ-MBA hai dây quấn, giảm vốn đầu tư

 Máy biến áp hai dây quấn B1, B4

Công suất của hai máy biến áp B1, B4 mang tải bằng phẳng trong suốt 24 giờ/ngày

và được tính theo công thức sau:

Trang 29

+ n: là số tổ máy, n = 4

+ SđmF: công suất định mức một tổ máy phát

+ STDmax: công suất tự dùng cực đại

Áp dụng công thức (2.1) ta tính được công suất tải qua máy biến áp của mỗi bộ là:

33, 04

 Máy biến áp tự ngẫu B2, B3

Công suất các phía cao, trung , hạ của máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm t:

UT : công suất phụ tải điện áp trung tại thời điểm t

+ SVHT(t): công suất phát về hệ thống tại thời điểm t

Áp dụng công thức (2.2) ta có bảng kết quả tính toán phân bố công suất cho máy biến áp tự ngẫu B2, B3

Bảng 2.1: Kết quả phân bố công suất MBA tự ngẫu phương án 1

SCT(t) 29,42 22,44 29,42 29,42 29,42 22,44 22,44

SCH(t) 31,28 31,28 46,22 59,30 57,44 44,36 45,29 2.1.2 Chọn máy biến áp

Trang 30

Máy biến áp hai dây quấn mang tải bẳng phẳng nên không có như cầu điều chỉnh điện áp phía hạ Như vậy, chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp và được điều chỉnh nhờ bộ điều chỉnh kích từ máy phát điện

Công suất định mức của máy biến áp hai dây quấn được chọn theo công thức:

Tra “Bảng 2.5: Máy biến áp 110 kV” và “Bảng 2.6: Máy biến áp 220 kV” trong sổ

tay thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn được máy biến áp TДЦ có các thông số trong bảng sau:

Bảng 2.2: Thông số kĩ thuật máy biến áp hai dây quấn B1, B4 phương án 1

Máy biến áp liên lạc tự ngẫu là loại máy biến áp điều chỉnh dưới tải do các phía của máy biến áp mang tải không bằng phẳng nên có như cầu điểu chỉnh điện áp ở tất cả các phía

Công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu được chọn theo công thức:

thua  đmFVậy ta tính được: S 1.Smax 1 75 150 MVA

đmTN  thua 0.5 

Trang 31

Tra “Bảng 2.6: Máy biến áp 220 kV” trong sổ tay thiết kế ta chọn được máy biến áp

ATДЦTH có các thông sỗ kĩ thuật trong bảng sau:

Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự ngẫu B2, B3 phương án 1

MVA

Điện áp định mức, kV

Tổn thất,

I0% Cao Trung Hạ ΔP0

ΔPn

C-T C-H T-H C-T

2.1.3 Kiểm tra điều kiện quá tải của máy biến áp khi có sự cố

Với máy biến áp hai dây quấn trong sơ đồ bộ máy phát điện – máy biến áp ba pha hai dây quấn ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải, vì nếu một trong hai phần tử máy phát hay máy biến áp bị sự cố thì cả bộ ngưng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố

Với máy biến áp tự ngẫu, ta kiểm tra trong một số trường hợp sự cố sau:

 Sự cố 1: hỏng một bộ máy phát – máy biến áp bên trung khi phụ tải bên trung cực đại

Ứng với maxS

UT , ta có: UTmaxSdp , UTmaxSVHT , UTmaxSTD , UTmaxSbo với 4 khoảng thời gian như sau:

Bảng 2.4: Tổng hợp công suất các cấp ứng với phụ tải bên trung cực đại

Công suất Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3 Trường hợp 4

Trang 32

F1 F2 F3 F4

B4B3

B2B1

Hình 2.2: Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp khi gặp sự cố 1

 Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cấp đủ công suất cho phía trung theo công thức sau:

max

UTđmTN

UT : công suất cực đại phụ tải điện áp trung, SmaxUT 125,58 MVA

Vậy ta kiểm tra: 2.1, 4.0,5.160224 MVA 125,58 MVA (thỏa mãn)

 Phân bố công suất cho các phía máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố:

Trang 33

1.125,58 62, 79 MVA2

75 13, 02 31, 05 60, 73 MVA

60, 73 62, 79 2, 06 MVA

SCT

SCC

Dấu “-“ thể hiện công suất truyền từ phía cao áp sang trung áp

Công suất được truyền từ cao, đồng thời từ hạ sang trung Trong trường hợp này, cuộn chung mang tải nặng nề nhất, được xác định gần đúng theo công thức:

Vậy máy biến áp không bị quá tải

 Xác định công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường:

Công suất thiếu được tính theo:

 Sự cố 2: Hỏng một máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm phụ tải bên trung cực đại Ứng với maxS

UT ta có: UTmaxSdp , UTmaxSVHT , UTmaxSTD , UTmaxSbo với 4 khoảng thời gian như trong bảng 2.4

Ta xét trường hợp 1, các trường hợp sau xét tương tự

Xét trường hợp 1

Trang 34

F1 F2 F3 F4

B4B3

B2B1

 Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cấp đủ công suất cho phụ tải phía trung theo công thức sau:

Ta có: 1, 4.0,5.160 67, 24 179, 24 MVA 125,58 MVA   (thỏa mãn)

 Phân bố công suất cho các phía máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố:

Dấu “-“ thể hiện công suất truyền từ phía cao áp sang trung áp

Công suất được truyền từ cao, đồng thời từ hạ sang trung Trong trường hợp này, cuộn chung mang tải nặng nề nhất, được xác định gần đúng theo công thức:

Trang 35

Vậy máy biến áp không bị quá tải

 Xác định công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường:

Công suất thiếu được tính theo:

 Sự cố 3: Hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải bên trung cực tiểu

Với phương án 1, phụ tải cực tiểu bên trung có giá trị 111,63 MVA trong khi đó bên trung ta chỉ nối 1 bộ máy phát – máy biến áp hai dây quấn có công suất bộ Sbo = 66,74 MVA Như vậy bên trung luôn nhận công suất, không thể xảy ra trường hợp truyền ngược công suất phát từ phía trung sang phía máy biến áp tự ngẫu ngay cả khi phụ tải bên trung cực tiểu Trường hợp 3 này được đánh giá sự cố nhẹ nhàng hơn sự cố 2, không có sự thay đổi chiều công suất qua máy biến áp tự ngẫu, nên không cần xét thêm

2.1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

 Tổn thất điện năng trong máy biến áp B1

Máy biến áp B1 mang tải bằng phẳng Sbo = 66,74 MVA cả năm(8760 giờ) nên tổn thất điện năng được tính theo công thức:

Trang 36

Trong đó:

+ P ; P

N0

  : tổn thất công suất không tải, ngắn mạch trong MBA

 Tổn thất điện năng trong máy biến áp B4

Máy biến áp B4 mang tải bằng phẳng Sbo = 66,74 MVA cả năm(8760 giờ) nên tổn thất điện năng được tính theo công thức:

 Tổn thất trong máy biến áp tự ngẫu B2, B3

Tổn thất điện năng trong máy biến áp B2, B3 được tính như sau:

+ PNCT; P NCH; P NTH: tổn thất công suất ngắn mạch cao – trung, cao – hạ, trung – hạ, do nhà chế tạo chỉ cho biết CT

Trang 37

Bảng 2.5: Tổn thất điện năng ngắn mạch trong máy biến áp B2, B3

2.2 Tính toán cho phương án 2

Ta có sơ đồ nối điện phương án 2:

F4

B3 B2

2.1.5 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp

 Máy biến áp hai dây quấn B3 B4

Trang 38

Công suất của hai máy biến áp B3, B4 mang tải bằng phẳng trong suốt 24 giờ/ngày

và được tính theo công thức (2.1) Ta tính được công suất tải qua máy biến áp của mỗi

bộ là:

33, 04

Công suất các phía cao, trung , hạ của máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm t:

VHT : công suất phát về hệ thống tại thời điểm t

Áp dụng công thức (2.3) ta có bảng kết quả tính toán phân bố công suất các phía cho máy biến áp tự ngẫu B1, B2

Bảng 2.6: Kết quả phân bố công suất MBA tự ngẫu phương án 2

Máy biến áp hai dây quấn mang tải bẳng phẳng nên không có như cầu điều chỉnh điện áp phía hạ Như vậy, chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp và được điều chỉnh nhờ bộ điều chỉnh kích từ máy phát điện

Công suất định mức của máy biến áp hai dây quấn được chọn theo công thức:

Trang 39

Tra “Bảng 2.5: Máy biến áp 110 kV” trong sổ tay thiết kế phần điện nhà máy điện

và trạm biến áp ta chọn được máy biến áp TДЦ có các thông số trong bảng sau:

Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật máy biến áp hai dây quấn B3, B4 phương án 2

Máy biến áp liên lạc tự ngẫu là loại máy biến áp điều chỉnh dưới tải do các phía của máy biến áp mang tải không bằng phẳng nên có như cầu điểu chỉnh điện áp ở tất cả các phía

Công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu được chọn theo công thức:

thua  đmF

Ta tính được: S 1.Smax 1 75 150 MVA

đmTN  thua 0.5 

Tra “Bảng 2.6: Máy biến áp 220 kV” trong sổ tay thiết kế ta chọn được máy biến áp

ATДЦTH có các thông sỗ kĩ thuật trong bảng sau:

Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự ngẫu B1, B2 phương án 2

MVA

Điện áp định mức, kV

Tổn thất,

I0% Cao Trung Hạ ΔP0 ΔPn C-T C-H T-H

C-T

2.1.7 Kiểm tra điều kiện quá tải của máy biến áp khi có sự cố

Với máy biến áp hai dây quấn trong sơ đồ bộ máy phát điện – máy biến áp ba pha hai dây quấn ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải, vì nếu một trong hai phần tử máy

Trang 40

phát hay máy biến áp bị sự cố thì cả bộ ngưng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố

Với máy biến áp tự ngẫu, ta kiểm tra trong một số trường hợp sự cố sau:

 Sự cố 1: hỏng một bộ máy phát – máy biến áp bên trung khi phụ tải bên trung cực đại

67,24

 Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cấp đủ công suất cho phụ tải phía trung theo công thức sau:

Định dạng
Số trang	137
Dung lượng	1,01 MB