Đồ án Hệ thống điện pham tuan anh

Chọn máy phát điện Căn cứ vào yêu cầu thiết kế cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 100 MW, ta chọn máy phát điện có các thông số ghi trên bảng sau: Bản

PHẦN I: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN

để xác định công suất và dòng điện đi qua các thiết bị để tiến hành lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, sơ đồ nối điện hợp lý

1.1 Chọn máy phát điện

Căn cứ vào yêu cầu thiết kế cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 100 MW, ta chọn máy phát điện có các thông số ghi trên bảng sau: 

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của máy phát nhiệt điện 

1.2.1 Phụ tải toàn nhà máy

Với P TNMmax = n.P dmF  = 4.100 = 400 MW; cos  =  0,85 

dmF

t TNM TD

dmF

S n

S P

3 Phụ tải cấp điện áp máy phát

Với: P DPmax = 15MW; cos = 0,85 

Nhận xét:Nhà  máy  thiết  kế  gồm  có  4  tổ  máy.  Tổng  công  suất  toàn  nhà  máy 

S=470,588, cung cấp điện cho các phụ tải điện áp máy phát 10,5 kV, trung áp 110 kV, 

220 kV và tự dùng cho nhà máy. Ngoài ra còn phát 1 lượng công suất về hệ thống. 

Phụ tải điện áp máy phát: SUFmax =17,647 MVA, SUFmin = 12,353 MVA 

1.3 Đề xuất các phương án nối điện

điện như sau:  

1.3.1 Có hay không sử dụng thanh góp điện áp máy phát

Giả thiết phụ tải địa phương trích điện từ đầu cực 2 tổ máy phát, khi đó lượng công suất được phép rẽ nhánh từ đầu cực máy phát sẽ là: 

U

- Lưới điện áp phía trung 110 kV, phía cao 220 kV đều là lưới có trung tính trực tiếp nối đất. 

Vậy dùng 2 MBA tự ngẫu, có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải làm liên lạc 1.3.3 Chọn số bộ MF-MBA hai cuộn dây trên thanh góp điện áp phía trung

Nhược điểm : Khi  sự  cố  một  MBA  tự  ngẫu,  không  những  mất  công suất  của  máy  phát  nối  vào  nó,  mà  việc  chuyển  tải  công  suất  thừa  hoặc  thiếu phía điện áp trung sẽ bị hạn chế

Nhược điểm : 

MBA tự ngẫu còn lại sẽ lớn có thể gây quá tải MBA và có thể gây ứ đọng công suất. 

Ưu điểm:

-  Số lượng và chủng loại máy biến áp ít nên vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục 

-  Khi sự cố một MBA tự ngẫu chỉ ảnh hưởng đến việc truyền tải công suất giữa hai cấp điện áp, các máy phát vẫn làm việc bình thường

Nhược điểm:

-  Các MBA bố trí hết bên cao lên giá thành thiết bị cao, không kinh tế. 

-  Có sự cố thì cuộn trung của MBATN sẽ quá tải, gây tổn thất lớn. 

-  Máy biến pá chọn công suất lớn vì phía trung chỉ tải đến công suất tính toán

Ưu diểm: 

-  Đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp .  

-  Khi sự cố một MBA tự ngẫu chỉ ảnh hưởng đến việc truyền tải công suất giữa hai cấp điện áp, các máy phát vẫn làm việc bình thường. 

Nhược điểm:

-  Vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng khó khăn, phức tạp . 

-  Số lượng MBA và tổng công suất của các MBA lớn, số lượng máy cắt cao áp lớn, vốn đầu tư lớn không có lợi về kinh tế khi thiết kế

trội hơn so với phương án III và IV do đó ta chọn phương án I và II để tính toán chọn phương án tối ưu. 

Kết luận:Nhìn tổng quan có thể nhận thấy phương án 3, phương án 4 là phức

tạp hơn cả, đồng thời vốn đầu tư lớn do đó sẽ loại hai phương án này và tiến hành phân tích hai phương án còn lại Phương án 1 và phương án 2 gần như tương đương:

Số lượng MBA như nhau tuy nhiên đặc điểm khác nhau căn bản là số lượng bộ MBA nối vào bên trung và lượng công suất truyền tải qua MBA tự ngẫu Để tìm được phương án tối ưu hơn ta tiến hành phân tích cụ thể từng phương án. 

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp lực cũng như máy phát điện là thiết bị chính trong hệ thống điện, dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác phục vụ cho việc truyền tải và phân phối điện năng

Thường điện năng từ nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ phải qua 3-4 lần biến

áp Do vậy tổng công suất của các máy biến áp cũng phải lớn hơn tổng công suất phát của các máy phát trong nhà máy điện 3-4 lần Vì vậy việc chọn máy biến áp không chỉ đảm bảo yêu cầu kĩ thuật mà còn phải kính tế, do đó ta phải đi tiến hành chọn máy biến áp

Hình 2.1: Sơ đồ nối điện phương án 1

2.1.A Phân bố công suất các cấp điện áp trong máy biến áp

Việc  phân bố công suất  cho các máy biến áp được thực hiện theo nguyên tắc: Phân công suất cho máy biến áp trong sơ đồ bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây 

là  bằng phẳng  trong  suốt 24h, phần  thừa  còn lại  do  máy  biến  áp  liên  lạc đảm nhiệm trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát bằng công suất thu, không xét đến tổn thất trong máy biến áp

2.1.A.1 MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA

- Công suất của  máy biến áp B1 được xác định theo (công thức 2.1-Tr21-Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và Trạm biến áp): 

2.1.A.2 MBA liên lạc

Tổ máy phát điện F2, F3cung cấp cho tự dùng, phụ tải địa phuơng, cấp điện áp máy phát, phần còn lại đưa lên thanh góp 110kV hoặc 220kV. Với phân bố công suất như trên, ta tính luồng công suất chảy qua các cấp điện áp của 2 máy biến áp tự ngẫu: (Áp dụng công thức 2.2-Tr22-Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và Trạm biến áp) 

2.2.A.1 MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA

Máy biến áp 2 cuộn dây mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ. Công suất định mức của MBA được chọn theo công thức sau: 

(Áp dụng công thức 2.3-Tr23-Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và Trạm biến áp) 

S dmB  S dmF  = 117,5 MVA Tra  bảng 2.6 Sách  Thiết  kế  phần  điện trong nhà  máy  điện  và  trạm  biến  áp  ta 

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của máy biến áp tự ngẫu

Loại máy 

Sdm (MVA)   

(kW)   

P (kW)   

1 Kiểm tra quá tải máy biến áp:

a Kiểm tra quá tải bình thường:

Do  các  máy  biến  áp  được  chọn  theo  công  suất  định  mức  của  máy  phát  nên không cần kiểm tra quá tải khi làm việc bình thường. 

b Kiểm tra quá tải khi sự cố:

Sự cố 1: Giả sử hỏng bộ MF-MBA (F4-B4) bên trung tại thời điểm 14h - 16h phụ tải trung cực đại  max

Sự cố 2:Giả sử hỏng MBA tự ngẫu B3 tại thời điểm 14h -16h khi phụ tải trung cực đại max

N dmB

22

Hình 2.4: Sơ đồ nối điện phương án II

2.1.B Phân bố công suất các cấp điện áp trong máy biến áp

2.1.B.1 MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA

- Công suất của  máy biến áp B1 được xác định theo (công thức 2.1-Tr21-Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và Trạm biến áp): 

max TD B3 B4

2.2.B Chọn loại và công suất định mức của máy biến áp

2.2.B.1 MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA

Máy biến áp 2 cuộn dây mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ. Công suất định mức của MBA được chọn theo công thức sau: 

(Áp dụng công thức 2.3-Tr23-Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và Trạm biến áp) 

S dmB  S dmF  = 117,5 MVA Tra bảng 2.6 Sách Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn máy biến áp TДЦ-1250000-121/10,5 có các thông số như bảng 2.6.  

Công  suất  của  MBA  tự  ngẫu dược  xác  định theo  công  suất  tải lớn  nhất  trong suốt 24h của từng cuộn dây. Khi đó công suất của máy được chọn theo công thức: 

P (kW)   

1 Kiểm tra quá tải của máy biến áp:

a Kiểm tra quá tải bình thường:

Do  các  máy  biến  áp  được  chọn  theo  công  suất  định  mức  của  máy  phát  nên không cần kiểm tra quá tải khi làm việc bình thường. 

b Kiểm tra quá tải khi sự cố:

Sự cố 1: Giả sử hỏng bộ MF-MBA (F4-B4) bên trung tại thời điểm 14h - 16h phụ tải trung cực 

92,087 145,234

Hình 2.6 Sơ đồ phân bố luồng công suất : sự cố 2(Phương án 2)

 Chế độ tải từ hạ và trung đồng thời sang cao   Vậy cuộn nối tiếp mang tải nặng nề nhất. 

94,5 180,207

Hình 2.7 Sơ đồ phân bố luồng công suất: sự cố 3(Phương án 2)

 Chế độ tải từ hạ và trung đồng thời sang cao   Vậy cuộn nối tiếp mang tải nặng nề nhất. 

2.3.B Tính toán tốn thất điện năng trong máy biến áp

2.3.B.1 Tính tổn thất điện năng trong MBA 2 cuộn dây

(Áp dụng công thức 2.29a -Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp) 

2 0

N dmB

22

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN

TỐI ƯU

cụ thể nhất về vốn đầu tư, chi phí vận hành, hàm chi phí của 2 phương án để có cơ sở đưa ra sự lựa chọn tối ưu nhất Các bước thực hiện việc lựa chọn phương án tối ưu được trình bày trong nội dung của chương III

3.1 Các chỉ tiêu kinh tế cơ bản

Trong các phương án, phương án tối ưu được chọn căn cứ vào vốn đầu tư và chi phí vận hành hằng năm. Phương án nào có vốn đầu tư và phí tổn vận hành nhỏ nhất là phương án tối ưu. 

3.1.1 Vốn đầu tư của thiết bị

Khi  tính  vốn  đầu  tư  một  phương  án  thì  chỉ  tính  tiền  mua  thiết  bị,  tiền  vận chuyển  và  xây  lắp  các  thiết bị  chính như  máy  phát  điện,  máy  biến  áp, máy  cắt  điện. Chi phí để xây dựng các thiết bị phân phối dựa vào số mạch TBPP ở cấp điện áp tương ứng, chủ yếu do loại máy cắt điện quyết định, như vậy vốn đầu tư của một phương án như sau: 

Suc Sut

220 kV

110 kV MCLL

HT

MCLL

Std Std

B 4

Std

~ PHUONG ÁN I

MCV

Std Std

VTBPP =(42 + 12,6 + 1,8) .109  = 56,4.109 đồng Tổng vốn đầu tư cho phương án 1 là: 

VTBPP =(37,8 + 14,4 + 1,8) .109  = 54.109 đồng Tổng vốn đầu tư cho phương án 2 là: 

V2  = VB  + VTBPP  =  (80,82 + 54).109  =  134,82.109 đồng 

Chi phi vận hành hằng năm (109đ)

       Ta có: V1> V2 ,   P1< P2  

Phương án tối ưu đươc chọn theo thời gian thu hồi chênh lệch vốn, thời gian thu hồi chênh lệch vốn được tính theo công thức sau: 

2 1

 V - VT

  P -P



   Giá trị T < Ttc thì phương án I là tối ưu,ngược lại phương án II là tối ưu, trong 

Trong chương 3 ta đã chọn được phương án 2 là phương án tối ưu Tiếp theo ta

sẽ tính toán các trường hợp ngắn mạch đối với phương án này, từ đó làm cơ sở để lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Sau khi chọn ra các phương án tối ưu, bước tiếp theo ta sẽ xác định các điểm ngắn mạch và tính toán giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm đó, nhằm mục đích chọn ra các khí cụ điện và dây dẫn thích hợp theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật, đáp ứng tốt cho việc vận hành nhà máy

Để  chọn  khí  cụ điện  và  dây  dẫn phía  hạ  áp  mạch  tự  dùng, phụ tải  địa  phương  chọn 

N-4

N-3N-5

N-2

4.3.1 Ngắn mạch tại điểm N1

1 0,036 14 0,038 9

0,046

8 0,046 13

0,082

2 0,156

12 0,082 3 0,156

6 0,084

7 0,084

4 0,156

5 0,156

N1

Điểm ngắn mạch N1 có tính chất đối xứng, sau khi thu gọn sơ đồ ta có: 

17 0,119

18 0,120

15 0,074

N1

 Tiếp tục biến đổi: 

1 0,036 14 0,038 9

0,046

8 0,046 13

0,082 2 0,156

12 0,082 3 0,156

6 0,084

7 0,084

4 0,156

5 0,156

17 0,119

18 0,120

N2

Nhập hai nguồn phía nhà máy lại: 

17 18 19

17 18

0, 0597 0,119 0,12

X X X

1 0,036 14 0,038 9

0,046

8 0,046 13

3 0,156

6 0,084

7 0,084

4 0,156

5 0,156

N3

19 0,240

16 0,097 13 0,082 0079821

N3

 Biến đổi Y / thiếu với các nhánh  X , X , X16 21 13 ta có : 

N2 cb

 Tính dòng ngắnmạch siêu quá độ theo phương pháp đơn giản: 

Do nguồn cấp cho điểm N5 là cả nhà máy và hệ thống nên dòng ngắn mạch tại 

N5  là: 

Bảng 4.1 Bảng kết quả tính toán các điểm ngắn mạch cho phương án 2:

CHƯƠNG V: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN

ta phải sử dụng nhiều loại khí cụ điện khác nhau như dao cách ly, máy cắt điện, máy biến dòng, biến áp,… Ở chương này, ta dựa vào thông số các dòng ngắn mạch tính toán ở chương 4 để đi tiến hành lựa chọn các khí cụ điện, kiểm tra các điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt để khí cụ điện lựa chọn thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật trong các chế độ vận hành hợp lý nhất v.v

5.1 Tính dòng điện cưỡng bức trong các cấp điện áp

i CC cb

Phía trung của máy biến áp liên lạc

Ở chế độ bình thường:    SmaxCT 42,85(MVA) 

dmF bt

Vậy dòng điện cưỡng bức lớn nhất phía 10,5 là I cb 6, 784(kA) 

Bảng 5.1 Dòng cưỡng bức các cấp điện ápphương án II

5.2 Chọn máy cắt điện

Nhiệm vụ: Máy cắt điện có nhiệm vụ đóng cắt mạch điện áp cao (> 1000 V) lúc bình thường cũng như là lúc có sự cố. 

Ilđđ 

(kA) 

tnh (s) 

Bảng 5.4 Kết quả tính toán dòng ngắn mạch tại các mốc thời gian t(mạch 220kV)

 Tính BNCK: được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị:B NCK I tbi2 t i

 Theo kết quả tính toán ở chương 4, khi ngắn mạch tại N2 ta có : 

100

dmHT ttHT

Bảng 5.5 Kết quả tính toán dòng ngắn mạch tại các mốc thời gian t(mạch 110kV)

a CK NKCK I T

Trong đó:

  I’cp : dòng cho phép làm việc lâu dài đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt thanh dẫn . 

cp oqd cp

cp cp

Mô men trở kháng ( cm3)

Mô men quán tính (cm4)

Một thanh  

Hai thanh 

Hai   thanh 

0 0

y y

J 

 8,55 

y o 

y

y y

b 

phần là ứng suất do lực tác động giữa các pha gây ra (1) và ứng suất do lực tương tác giữa các thanh dẫn trong cùng một pha gây ra (2). 

i : dòng điện xung kích ngắn mạch 3 pha,  (3)

xk

i  111,32(kA) l: khoảng cách giữa 2 sứ liên nhau của một pha, cm 

a: khoảng cách giữa các pha, cm Với cấp điện áp 10,5 kV có thể chọn khoảng cách giữa 2 sứ liền nhau của 1 pha là: 



 +) Lực điện động tác dụng lên 1cm chiều dài thanh dẫn trên một pha do dòng điện của các thanh dẫn cùng pha tác dụng lên nhau sinh ra là: 

FttF'tth/2

Trong đó :

  I’cp là dòng cho phép làm việc lâu dài đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt thanh dẫn, I’cp = khc.Icp. 

cb cp

hc

I I

cb cp hc

I I K

Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn đã chọn có tiết diện nhỏ nhất là: 

6

2 min

Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt

5.5.3 Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang

Kiểm tra điều kiện vầng quang chỉ cần thiết với các dây dẫn ở điện áp ≥110kV Điều kiện:     Uvq  Uđmmạng 

Vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang

5.6 Chọn cáp và kháng điện đường dây

 Đoạn 1 là cáp 1: từ nhà máy sau kháng đường dây tới trạm địa phương, Phụ tải 

6 MW x 3km và 1 đơn x 3 MW x 3 km.Có máy cắt đầu đường dây hoặc kháng điện. 

 Đoạn 2 là cáp 2: từ trạm địa phương đến hộ tiêu thụ mà đầu đường dây là MC2. Theo yêu cầu chọn cáp 2 là loại cáp nhôm, vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất bằng 70 mm2; máy cắt hợp bộ với Icắt = 21 kA và tcắt=0,7s. 

 Cáp được chọn theo các điều kiện sau: 

 Loại cáp: Chọn loại cáp lõi nhôm, cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy.Chọn theo vị trí đặt cáp: cáp được đặt trong hầm cáp, treo trên tường hoặc đặt trong đất. 

 Điện áp định mức:  Uđm cáp ≥ Uđm lưới=11 kV.   

 Chọn cáp theo điều kiện mật độ dòng điện Jkt 

lvbt tt kt

tt kt

tt kt

5.6.3 Chọn kháng điện đườg dây

Hình5.3 : Sơ đồ cung cấp điện cho phụ tải địa phương

 Điều kiện chọn kháng  

 Điều kiện về áp:U dmK U dmluoi 

 Điều kiện về dòng: I dmK  I cb 

 Điện kháng XK% chọn theo điều kiện ổn định nhiệt cho cáp khi ngắn mạch  

UFmax cb

 Điểm N6  điểm ngắn mạch ngay  sau  MC1 đầu đường dây  cáp  1,  phục  vụ  cho chọn MC1 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 1 khi ngắn mạch. 

 Điểm N7  điểm ngắn mạch ngay  sau  MC2 đầu đường dây  cáp  2,  phục  vụ  cho chọn MC2 và kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch ( nếu có nhu cầu). 

Dòng ổn định nhiệt cho cáp InhCap được xác định theo công thức: 

nhCap

cat

F.CI

3 Kiểm tra kháng điện và chọn máy cắt

 Chọn máy cắt MC1

Máy cắt MC1 được chọn theo các điều kiện như ở mục 5.1. Các điều kiện dòng cắt và điều kiện ổn định động được xét theo giá trị dòng ngắn mạch tại điểm N6.  

K

đmK

I X X

I

Dòng điện ngắn mạch tại N6:  

'' 6

5,50

0, 07 0, 44

cb N

'' 6

17, 647

m K cb

Icb (kA) 

I” (kA) 

ixk (kA) 

Uđm (kV) 

Iđm (kA) 

Icắt (kA) 

iđđm (kA) 

Ta thấy MC đã chọn có dòng định mức lớn hơn 1000 (A) nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. 

5.7.1 Chọn máy biến điện áp

Loại BU được chọn dựa vào vị trí đặt , sơ đồ nối dây và nhiệm vụ của nó. 

 Điều kiện về điện áp: Udm.BU  Umg 

 Cấp chính các của BU : Tùy vào nhiệm vụ ta chọn cấp chính xác cho phù hợp 

 Công suất định mức tổng phụ tải nối vào điểm biến điện áp S2, phải bé hơn hay bằng công suất định mức của biến điện áp với cấp chính xác đã chọn: 

Bảng 5.13: Bảng phụ tải đồng hồ cho sơ đồ