Đồ án tốt nghiệp Đậu ngọc mạnh

SVTH: Đậu Ngọc Mạnh – Đ5H3 1 CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ NỐI DÂY Đặc thù của điện năng tại mỗi thời điểm, điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu t

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Đậu Ngọc Mạnh

Lớp : Đ5H3

Ngành : Hệ Thống Điện

TÊN ĐỀ TÀI:

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

I Các số liệu ban đầu

Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện gồm 04 tổ máy, công suất của mỗi tổ máy bằng PđmF = 100 MW Hệ số tự dùng αTD = 10,8%, cos = 0,85 Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải hạ áp, trung áp, cao áp và phát về hệ thống

1 Phụ tải cấp điện áp máy phát U MPĐ 11kV

Pmax = 16 MW, cos = 0,87 Gồm 2 kép công suất 6 MW, dài 2 km; và 2 đơn công suất 2 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 và tcắt=0,7s và cáp nhôm, vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất bằng 70 mm²

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

Pmax= 160MW; cosφ = 0,86 Gồm 2 kép x 80 MW Biến thiên phụ tải ghi trên bảng

3 Phụ tải cấp điện áp cao UC (220 kV)

Pmax= 180MW; cosφ = 0,85 Gồm 1 kép x 140 MW; và 1 đơn x 40 MW Biến thiên phụ tải ghi trên bảng

4 Nhà máy được liên lạc với hệ thống điện bằng đường dây kép 220 kV dài 50

km

Hệ thống có công suất bằng (không kể nhà máy đang thiết kế) : SđmHT= 6000 MVA, điện kháng ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệ thống : X*HT= 0,85, công suất dự phòng của hệ thống : SdtHT = 180 MVA

Trang 2

5 Công suất toàn nhà máy : ghi trên bảng

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

Với “Chuyên đề xây dựng trạm biến áp Diễn Thành 8” – 250 kVA – 22/0,4 kV

TS TRẦN THANH SƠN TS NGUYỄN NHẤT TÙNG

Trang 3

kế nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung cũng như hệ thống điện nói riêng

Là một sinh viên theo học ngành Hệ Thống Điện thì việc làm Luận văn tốt nghiệp về thiết kế phần điện nhà máy điện giúp em biết cách thiết kế đúng kĩ thuật, tối

ưu về kinh tế trong bài toán thiết kế phần điện nhà máy điện cụ thể Đồng thời hướng dẫn sinh viên biết cách đưa ra phương án nối điện đúng kĩ thuật, biết phân tích, biết so sánh chọn ra phương án tối ưu và biết lựa chọn khí cụ điện phù hợp Luận văn tốt nghiệp này gồm 2 phần:

- Phần I: Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện

- Phần II: Thiết kế trạm biến áp thực tế với “Chuyên đề xây dựng trạm biến áp Diễn Thành 8”

Trong thời gian làm bài, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong Khoa Hệ Thống Điện và đặc biệt với sự giúp tận tình của

thầy giáo TS Nguyễn Nhất Tùng, em đã hoàn thành tốt Luận văn tốt nghiệp của

mình Song do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên bài làm không tránh khỏi những thiếu sót Do vậy kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để em

có được những kinh nghiệm chuẩn bị cho công việc sau này

Hà Nội, ngày 5 tháng 1 năm 2015

Sinh viên thực hiện Đậu Ngọc Mạnh

Trang 4

SVTH: Đậu Ngọc Mạnh – Đ5H3

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy giáo, cô giáo của trường Đại học Điện Lực, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Hệ Thống Điện, các thầy cô đã dìu dắt, trang bị kiến thức quý báu cho em trong suốt quá trình học tập tại trường Những kiến thức quý báu, và sự giúp đỡ của các thầy cô đã giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ của một kĩ sư trong tương lai cũng như trong cuộc sống

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Nhất Tùng đã tận tình

giúp đỡ, 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 thực hiện Đậu Ngọc Mạnh

Trang 5

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 6

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Trang 7

MỤC LỤC

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

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

1.1 Chọn máy phát điện 1

1.2 Tính toán cân bằng công suất 1

1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy 1

1.2.2 Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện 2

1.2.3 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp 4

a) Phụ tải cấp điện áp máy phát UDP (11 KV) 4

b) Phụ tải cấp điện áp trung UT (110 KV) 5

c) Phụ tải cấp điện áp trung UC (210 KV) 6

1.2.4 Cân bằng công suất toàn nhà máy 6

1.2.5 Sơ đồ tổng hợp toàn nhà máy 8

1.3 Đề xuất phương án nối dây 9

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

1.3.2 Đề xuất các phương án nối điện cụ thể 10

a) Phương án 1 10

b) Phương án 2 11

c) Phương án 3 12

1.4 Kết luận chương 1 13

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 14

A Phương án 1 14

2.1.A Phân bố cống suất cho MBA 14

a) MBA 2 cuộn dây B3, B4 14

b) Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 15

2.2.A Chọn máy biến áp 15

a) MBA hai cuộn dây B3, B4 15

Trang 8

2.3.A Kiểm tra quá tải MBA khi có sự cố 16

a) Sự cố 1: Hỏng 1 bộ MF – MBA bên trung tại thời điểm phụ tải bên trung cực đại 16

b) Sự cố 2: Hỏng một bộ MBA tự ngẫu B2 tại thời điểm phụ tải trung cực đại 18

c) Sự cố 3: Hỏng một bộ MBA tự ngẫu B2 tại thời điểm phụ tải trung cực tiểu 19

2.4.A Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 21

a) Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây 21

b) Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu 21

B Phương án 2 24

2 1.B Phân bố cống suất cho MBA 24

a) MBA 2 cuộn dây B3, B4 24

2.2.B Chọn máy biến áp 25

a) MBA hai cuộn dây B3, B4 25

2.3.B Kiểm tra quá tải MBA khi có sự cố 26

a) Sự cố 1: Hỏng 1 bộ MF – MBA bên trung tại thời điểm phụ tải bên trung cực đại 26

b) Sự cố 2: Hỏng một bộ MBA TN B2 tại thời điểm phụ tải trung cực đại 27

2.4.B Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 29

a) Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây 29

b) Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu 29

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 32

3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 32

3.1.1 Phương án 1 32

3.1.2 Phương án 2 34

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

3.2.1 Vốn đầu tư 36

Trang 9

b) Phương án 2 37

3.2.2 Chi phí vận hành hàng năm 38

3.2.3 Lựa chọn phương án tối ưu 39

3.3 Kết luận Chương 3 39

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 40

4.1 Chọn điểm ngắn mạch 40

4.2 Lập sơ đồ thay thế 41

4.3 Tính toán ngắn mạch theo điểm 43

4.3.1 Xét điểm ngắn mạch N1 44

4.3.4 Xét điểm ngắn mạch N3’ 50

4.4 Kết luận Chương 4 51

CHƯƠNG 5: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 52

5.1 Tính toán dòng cưỡng bức các cấp điện áp 52

5.1.1 Các mạch phía 220 kV 52

5.1.2 Các mạch phía 110 kV 54

5.1.3 Các mạch máy phát 54

5.2 Chọn máy cắt và dao cách ly 55

5.2.1 Chọn máy cắt 55

5.2.2 Chọn dao cách ly 56

5.3 Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát 57

5.3.1 Chọn loại và tiết diện 57

5.3.2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch 59

Trang 10

5.3.3 Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch 59

5.3.4 Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng 61

5.3.5 Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng 61

5.4 Chọn thanh góp mềm 62

5.4.1 Chọn tiết diện thanh dẫn, thanh góp mềm 63

5.4.2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch 63

5.4.3 Kiểm tra điều kiện vầng quang 68

5.5 Chọn cáp và chọn kháng điện đường dây 69

5.5.1 Chọn cáp 69

5.5.1.1 Chọn cáp đơn 70

5.5.1.2 Chọn cáp kép 71

5.5.2 Chọn kháng điện đường dây 72

5.6 Chọn máy biến áp đo lường 76

5.6.1 Chọn máy biến dòng(BI) 76

5.6.2 Chọn máy biến điện áp (BU) 80

5.7 Chống sét van 83

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TỰ DÙNG 85

6.1 Chọn sơ đồ tự dùng 85

6.2 Chọn máy biến áp 86

6.2.1 Cấp 6,3kV 86

6.2.2 Cấp 0,4 kV 87

6.3 Chọn máy cắt và dao cách ly 87

6.4 Chọn Aptomat 89

KẾT LUẬN PHẦN I 91

Trang 11

PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ XÂY DỰNG TRẠM BIẾN ÁP DIỄN THÀNH 8 92

CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT 94

1.1 Sự cần thiết đầu tư, mục tiêu xây dựng công trình 94

1.2 Địa điểm xây dựng công trình 94

1.3 Quy mô xây dựng 95

1.4 Phương án kĩ thuật 95

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP 97

2.1 Xác định phụ tải và chọn máy biến áp 97

2.2 Cấp độ công trình 97

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN VÀ KIỂM TRA CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN

THIẾT BỊ ĐIỆN 98

3.1 Sơ đồ đấu điện trạm biến áp 98

3.2 Thông số các thiết bị điện và khí cụ điện 100

3.2.1 Thông số các thiết bị điện cao áp 100

3.2.1.1 Thông số cầu dao phụ tải 100

3.2.1.2 Thông số cầu chì tự rơi 100

3.2.1.3 Thông số chống sét van 101

3.2.1.4 Thông số sứ cao thế 101

3.2.1.5 Thông số thanh dẫn đồng 101

3.2.2 Thông số các thiết bị hạ áp 101

3.2.2.1 Thông số cáp hạ thế lộ tổng từ MBA đến tủ phân phối 101

3.2.2.2 Thông số Aptomat tổng 102

3.2.2.3 Thông số Aptomat nhánh 102

3.2.2.4 Thông số thanh cái hạ áp 102

3.2.2.5 Thông số máy biến dòng 102

3.2.2.6 Thông số sứ đỡ thanh cái 103

3.2.2.7 Thông số chống sét van hạ áp 103

3.2.3.8 Thông số các thiết bị đo đếm điện năng 103

3.2.3.9 Thông số cáp đầu ra của các nhánh 104

3.2.3.10 Thông số tủ phân phối hạ áp 104

Trang 12

3.3 Tính toán ngắn mạch và kiểm tra thiết bị, khí cụ điện đã chọn 105

3.3.1 Tính toán ngắn mạch 105

3.3.1.1 Tính toán ngắn mạch phía cao áp 22kV 107

3.3.1.2 Tính toán ngắn mạch phía hạ áp 0,4kV 107

3.3.2 Kiểm tra các thiết bị, khí cụ điện đã chọn 109

3.3.2.1 Kiểm tra cầu dao phụ tải NPS 24 B1-K5J2 109

3.3.2.2 Kiểm tra cầu chì tự rơi 3GD1 401-4B 109

3.3.2.3 Kiểm tra sứ đỡ cao áp OHC-35-300 110

3.3.2.4 Kiểm tra thanh dẫn đồng 110

3.3.2.5 Kiểm tra cáp hạ thế lộ tổng từ MBA đến tủ phân phối 111

3.3.2.6 Kiểm tra thanh cái hạ áp 111

3.3.2.7 Kiểm tra sứ đỡ thanh cái hạ áp O-1-20YT3 112

3.3.2.8 Kiểm tra Aptomat tổng NS400E 112

3.3.2.9 Kiểm tra Aptomat nhánh NS250E 112

3.3.2.10 Kiểm tra cáp đầu ra của các nhánh 113

3.3.2.11 Các thiết bị khác 113

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 114

4.1 Điện trở nối đất của thanh 114

4.2 Điện trở nối đất của cọc 114

4.3 Điện trở nối đất của hệ thống thanh cọc 115

KẾT LUẬN PHẦN II 115

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

Trang 13

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1: Thông số máy phát điện TB-100-2 1

Bảng 1 2: Công suất phát toàn nhà máy tại từng thời điểm (t) 2

Bảng 1 3: Công suất phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện 3

Bảng 1 4: Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát 11kV tại từng thời điểm (t) 4

Bảng 1 5: Công suất phụ tải cấp điện áp trung 110kV tại từng thời điểm (t) 5

Bảng 1 6: Công suất phụ tải cấp điện áp cao 220kV tại từng thời điểm (t) 6

Bảng 1 7: Bảng tổng kết phân bố công suất nhà máy nhiệt điện 7

Bảng 1 8: Bảng tổng hợp kết quả 7

Bảng 2 1: Công suất truyền qua các phía của mỗi MBA tự ngẫu 15

Bảng 2 2: Thông số máy biến áp B3, B4 phương án 1 16

Bảng 2 3: Thông số MBA tự ngẫu B1, B2 phương án 1 16

Bảng 2 4: Công suất qua cuộn cao, trung, hạ của 1 MBA tự ngẫu 22

Bảng 2 5: Tổn thất điện năng trong MBA TN B2 trong 1 năm PA1 23

Bảng 2 6: Công suất truyền qua các phía của mỗi MBA tự ngẫu 25

Bảng 2 7: Thông số máy biến áp B3, B4 phương án 2 25

Bảng 2 8: Thông số MBA tự ngẫu B1, B2 phương án 2 26

Bảng 2 9: Bảng tổn thất điện năng trong MBA sơ đồ bộ MF – MBA phương án 2 29

Bảng 2 10: Công suất qua cuộn cao, trung, hạ của 1 MBA TN 30

Bảng 2 11: Tổn thất điện năng trong MBA TN B2 trong 1 năm PA2 31

Bảng 2 12: Tổn thất điện năng của hai phương án 31

Bảng 3 1: Bảng tính toán kinh tế cho 2 phương án 39

Bảng 4 1: Kết quả tính toán ngắn mạch 51

Bảng 5 1: Bảng tổng kết dòng điện cưỡng bức ở các cấp điện áp 55

Bảng 5 2: Thông số máy cắt 56

Bảng 5 3: Thông số dao cách ly 57

Bảng 5 4: Thông số thanh dẫn cứng đầu cực máy phát 59

Bảng 5 5: Thông số sứ đỡ 62

Trang 14

Bảng 5 6: Phân bố công suất qua từng kháng trong các tình huống 74

Bảng 5 7: Thông số máy cắt 1 cho cáp 1 76

Bảng 5 8: Thông số máy biến dòng cấp điện áp máy phát 10,5kV 77

Bảng 5 9: Thông số các dụng cụ phụ tải BI 78

Bảng 5 10: Thông số của BI cấp 110KV và 220KV 79

Bảng 5 11: Thông số BU cấp điện áp 10,5kV 80

Bảng 5 12: Phụ tải đồng hồ phân bố cho BU 81

Bảng 5 13: Thông số BU cấp điện áp 110kV và 220kV 82

Bảng 5 14: Thông số của chống sét van thanh góp 83

Bảng 5 15: Thông số của chống sét van trung tính MBA 2 cuộn dây 84

Bảng 6 1: Thông số máy biến áp tự dùng cấp 6,3kV 86

Bảng 6 2: Thông số MBA dự phòng cấp 6,3kV 87

Bảng 6 3 : Thông số MBA tự dùng và dự phòng cấp điện áp 0,4 kV 87

Bảng 6 4: Thông số máy cắt tự dùng 10,5 kV 88

Bảng 6 5 : Thông số dao cách ly tự dùng 10,5 kV 88

Bảng 6 6: Thông số máy cắt tự dùng 6,3 kV 89

Bảng 6 7: Thông số Aptomat 0,4 kV 90

Trang 15

PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ XÂY DỰNG TRẠM BIẾN ÁP DIỄN THÀNH 8

Bảng 2- 1: Thông số kĩ thuật của MBA 97

Bảng 3- 1: Thông số kỹ thuật cầu dao phụ tải 100

Bảng 3- 2: Thông số kỹ thuật của cầu chì tự rơi 101

Bảng 3- 3: Thông số kỹ thuật của chống sét van 101

Bảng 3- 4: Thông số kỹ thuật của sứ cao thế 101

Bảng 3- 5: Thông số kỹ thuật của cáp đồng hạ áp 102

Bảng 3- 6: Thông số kỹ thuật của Atptomat tổng 102

Bảng 3- 7: Thông số kỹ thuật của Atptomat nhánh 102

Bảng 3- 8: Thông số kỹ thuật của thanh cái hạ áp 102

Bảng 3- 9: Thông số kỹ thuật của máy biến dòng 103

Bảng 3- 10: Thông số kỹ thuật của sứ đỡ thanh cái 103

Bảng 3- 11: Thông số kỹ thuật của chống sét van hạ áp 103

Bảng 3- 12: Thông số kỹ thuật các thiết bị đo đếm điện năng 103

Bảng 3- 13: Thông số kỹ thuật của cáp đầu ra 104

Trang 16

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy nhiệt điện 2

Hình 1 2: Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện 3

Hình 1 3: Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 11kV 5

Hình 1 4: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 110kV 5

Hình 1 5: Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao 220kV tại từng thời điểm (t) 6

Hình 1 6: Sơ đồ tổng hợp toàn nhà máy 8

Hình 1 7: Sơ đồ nối điện phương án 1 10

Hình 2 2:Phân bố công suất lúc sự cố MBA B4 phương án 1 17

Hình 2 3: Phân bố công suất lúc sự cố MBA TN B2 phương án 1 18

Hình 2 4: Phân bố công suất lúc sự cố MBA TN B2 khi phụ tải bên trung cực tiểu 20

Hình 2 6: Phân bố công suất lúc sự cố MBA B4 phương án 2 26

Hình 2 7: Phân bố công suất lúc sự cố MBA tự ngẫu B2 phương án 2 28

Hình 3 1.: Sơ đồ TBPP Phương án 1 33

Hình 3 2 : Sơ đồ TBPP Phương án 2 35

Hình 5 1: Sơ đồ thiết bị phân phối 52

Hình 5 2: Sơ đồ chọn cáp và kháng điện cho phụ tải địa phương 69

Hình 5 3: Sơ đồ cấp điện cho phụ tải địa phương bằng kháng kép 74

Hình 5 4: Sơ đồ nối dụng cụ đo vào biến điện áp và biến dòng điện mạch MF 78

Hình 6 1: Sơ đồ nối điện tự dùng nhà máy nhiệt điện 86

Trang 17

PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ XÂY DỰNG TRẠM BIẾN ÁP DIỄN THÀNH 8

Hình 3- 1: Sơ đồ dấu dây trạm biến áp treo 22/0,4 kV 99

Hình 3- 2: Sơ đồ nguyên lí trạm biến áp treo Diễn Thành 8 – 250 KVA-22/0,4 kV 105

Hình 3- 3: Sơ đồ vị trí các điểm ngắn mạch 106

Hình 3- 4: Sơ đồ thay thế ngắn mạch tại điểm N1 107

Hình 3- 5: Sơ đồ thay thế ngắn mạch điểm N2, N3 107

Hình 4- 1: Sơ đồ mặt bằng bố trí tiếp địa 115

Trang 18

PHẦN I THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Trang 19

SVTH: Đậu Ngọc Mạnh – Đ5H3 1

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ NỐI DÂY

Đặc thù của điện năng tại mỗi thời điểm, điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải có tính đến tổn thất điện năng do truyền tải điện năng trên lưới điện Do lượng điện năng tiêu thụ của các phụ tải luôn luôn thay đổi theo thời gian, việc xác định chính xác đồ thị phụ tải là rất quan trong đối với việc thiết kế và vận hành nhà máy điện Đồ thị phụ tải là cơ sở để lựa chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, phân bổ tối ưu công suất giữa các tổ máy trong nhà máy điện và vận hành tối ưu giữa các nhà máy điện trong hệ thống

Các bước để thực hiện việc tính toán phụ tải và chọn phương án nối dây được thực hiện trong chương 1 này

1.1 Chọn máy phát điện

Theo yêu cầu thiết kế: Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy với công suất của mỗi

tổ máy là 100 MW Để thuận tiện cho cho việc xây dựng, sửa chữa và vận hành nhà máy điện, ta chọn các máy phát điện cùng loại

Tra Phụ lục 1 – Bảng 1.1 Tài liệu “Thiết kế phần điện Nhà máy điện và Trạm biến áp - PGS.TS Phạm Văn Hòa và Th.S Phạm Ngọc Hùng” ta chọn được loại máy

phát điện đồng bộ tua bin hơi TB-100-2 với các thông số kĩ thuật như sau:

Bảng 1 1: Thông số máy phát điện TB-100-2

Iđm (kA)

n (V/ph)

Điện kháng tương đối

1.2 Tính toán cân bằng công suất

Trong nhiệm vụ thiết kế, người ta thường cho biết 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, cao áp, trung áp, toàn nhà máy

1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy

Ta có công thức tính công suất phát toàn nhà máy tại từng khoảng thời gian (t) là:

TNM TNM

Trang 20

Trong đó:

 STNM(t)- Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

 PTNM%(t)- Phần trăm công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

 CosφF- Hệ số công suất định mức của MF

 P®mF- Tổng công suất tác dụng định mức toàn nhà máy gồm 4 tổ MF

P®mF = n.P®mF = 4.100 = 400 (MW) Với : P®mF- công suất định mức của 1 tổ MF (P®mF= 100); n- số tổ máy (n=4)

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

Bảng 1 2: Công suất phát toàn nhà máy tại từng thời điểm (t)

Hình 1 1: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy nhiệt điện

1.2.2 Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện

Trong nhà máy nhiệt điện công suất tự dùng của nhà máy chiếm khoảng 5% - 15% Theo yêu cầu của đề bài công suất tự dùng của nhà máy (=10,8%) Công suất

Trang 21

phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện có thể tính theo công thức sau:

TD TD

 S (t)TD : Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t, MVA

 α %TD : Lượng điện phần trăm tự dùng,αTD%=10,8%

 CosφTD : Hệ số công suất phụ tải tự dùng, cosφ =0,85TD

 n : Số tổ máy phát, n=4

 STNM(t): Công suất phát của nhà máy tại thời điểm t, MVA

 PđmF, SđmF: Công suất tác dụng và công suất biểu kiến định mức của 1 tổ máy phát

Áp dụng công thức (1.2) ta có bảng công suất phụ tải tự dùng tại các thời điểm

Bảng 1 3: Công suất phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện

tại từng thời điểm (t)

t (h) 05 58 811 1114 1417 1720 2022 2224 STNM (MVA) 376,47 376,47 423,53 470,59 470,59 423,53 423,53 423,53 STD (MVA) 44,76 44,76 47,81 50,86 50,86 47,81 47,81 47,81

Trang 22

1.2.3 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp

Phụ tải ở các cấp điện áp được cho bao gồm Pmax, cosφ, P% Từ các thông số đã cho, tính được công suất của phụ tải ở các cấp điện áp trong các khoảng thời gian theo công thức:

max

PS(t)=P%(t)

cosφ (1.3) Trong đó:

 St : Công suất phụ tải tại thời điểm t, (MVA)

 Pmax : Công suất lớn nhất của phụ tải tại từng cấp điện áp, (MW)

 Cos φ : Hệ số công suất tương ứng tại từng cấp điện áp

 P%(t) : Phần trăm công suất phụ tải tại từng thời điểm t

a) Phụ tải cấp điện áp máy phát U DP (11 KV)

Các thông số: Uđm =11kV, Pmax = 16 MW, cos = 0,87

VD: Tại thời điểm t (05) h, P%MFĐ = 70% Vậy công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm này là:

Trang 23

Hình 1 3: Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 11kV

b) Phụ tải cấp điện áp trung UT (110 KV)

Các thông số: Uđm =110 kV, Pmax = 160 MW, cos = 0,86

Áp dụng công thức tổng quát (1.3) ta có bảng biến thiên công suất phụ tải cấp

điện áp trung 110 kV tại từng thời điểm (t):

Bảng 1 5: Công suất phụ tải cấp điện áp trung 110kV tại từng thời điểm (t)

Trang 24

c) Phụ tải cấp điện áp trung UC (210 KV)

Các thông số: Uđm = 220 kV, Pmax = 180 MW, cos = 0,85

Áp dụng công thức tổng quát (1.3) ta có bảng biến thiên công suất phụ tải cấp

điện áp cao 220 kV tại từng thời điểm (t):

Bảng 1 6: Công suất phụ tải cấp điện áp cao 220kV tại từng thời điểm (t)

SUC(MVA) 190,59 190,59 190,59 169,41 169,41 190,59 211,76 190,59

Ta có đồ thị sau:

Hình 1 5: Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao 220kV tại từng thời điểm (t)

1.2.4 Cân bằng công suất toàn nhà máy

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

Công suất phát về hệ thống ( SVHT) được xác định theo công thức sau:

 SVHT(t):công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA

 STNM(t):công suất phát toàn nhà máy tại thời điểm t, MVA

Trang 25

 SUF(t):công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t, MVA

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

 SUC(t):công suất phụ tải cấp điện áp cao áp tại thời điểm t, MVA

 STD(t):công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t, MVA

Áp dụng công thức (1.4) ta có bảng phân bố công suất toàn nhà máy nhiệt điện như sau:

Bảng 1 7: Bảng tổng kết phân bố công suất nhà máy nhiệt điện

STNM 376,47 376,47 423,53 470,59 470,59 423,53 423,53 423,53 SUC 190,59 190,59 190,59 169,41 169,41 190,59 211,76 190,59 SUT 130,23 148,84 167,44 186,05 148,84 167,44 148,84 130,23 SDP 12,87 15,63 14,71 15,63 15,63 18,39 16,55 12,87 STD 44,76 44,76 47,81 50,86 50,86 47,81 47,81 47,81 SVHT -1,98 -23,35 2,98 48,64 85,85 -0,7 -1,43 42,03 STGC 188,61 167,24 193,57 218,05 255,26 189,89 210,33 232,62

Từ bảng tổng kết phân bố công suất nhà máy nhiệt điện ta có bảng tổng hợp kết

Trang 26

1.2.5 Sơ đồ tổng hợp toàn nhà máy

Hình 1 6: Sơ đồ tổng hợp toàn nhà máy

Trang 27

1.3 Đề xuất phương án nối dây

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

Các phương án nối điện của nhà máy được dựa trên việc cân bằng công suất của nhà máy và được tuân thủ theo các nguyên tắc kĩ thuật

+ Xét tỉ số:

Max DP dmF

bộ với máy biến áp liên lạc

+ Chọn loại máy biến áp liên lạc:

Trong trường hợp có ba cấp điện áp (điện áp MF 11kV, điện áp trung 110 kV

và điện áp cao 220 kV) và thỏa mãn cả hai điều kiện sau:

- Lưới điện áp 110 kV và 220 kV đều là lưới trung tính trực tiếp nối đất

=> Vậy ta có thể dùng hai MBA tự ngẫu làm liên lạc

+ Chọn số lượng bộ MF-MBA hai cuộn dây nối ở thanh góp trung áp 110kV

Ta có:

186, 05

1,58117,5

130, 2

1,11117,5

Max UT

dmF Min UT

dmF

S

=SS

=S

Trang 28

1.3.2 Đề xuất các phương án nối điện cụ thể

Chọn sơ đồ nối điện chính phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, thể hiện tính khả thi và đem lại hiệu quả kinh tế cao

a) Phương án 1

Hình 1 7: Sơ đồ nối điện phương án 1

Dùng hai máy biến áp tự ngẫu B1, B2 nối với hai máy phát điện F1và F2 làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp

Bên trung áp được dùng 2 bộ (MBA 2 cuộn dây – MFĐ) để cung cấp cho phụ tải cấp này

Ưu điểm: Chỉ có hai chủng loại máy biến áp đó là máy biến áp tự ngẫu và máy

biến áp hai cuộn dây Sơ đồ đơn giản và linh hoạt trong vận hành

Nhược điểm: Có một phần công suất truyền qua hai lần biến áp làm tăng tổn

thất công suất, vì phía trung luôn thừa công suất nên gây tổn thất 2 lần khi truyền qua máy biến áp bộ và máy biến áp tự ngẫu Thật vậy, ta có:

Phía trung: 2.SđmF = 2.117,5 = 235 (MVA) > Max

UT

S =186,05 (MVA) Như vậy, lúc nào cũng có 1 lượng công suất thừa từ phía trung áp truyền sang MBA tự ngẫu, gây tổn thất thêm 1 lần nữa

Trang 29

b) Phương án 2

Phương án này ta vẫn dùng hai máy biến áp tự ngẫu nối với máy phát điện để làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp Bên phía cao áp đấu thêm một bộ MFĐ-MBA hai cuộn dây Phía trung có 1 bộ MF-MBA 3 pha 2 dây quấn

Ưu điểm: Sơ đồ kết cấu dây đơn giản và vận hành linh hoạt Bố trí nguồn và tải

cân đối Công suất truyền tải từ phía cao sang phía trung qua MBA tự ngẫu nhỏ nên tổn hao công suất nhỏ vì máy biến áp tự ngẫu có các đầu phân nấc nên có thể điều chỉnh được giúp giảm thiểu tổn hao công suất

Nhược điểm: Phương án này có số lượng máy biến áp vẫn là 4 MBA, nhưng có

3 chủng loại máy khác nhau Chủng loại máy biến áp nhiều gây khó khăn trong vận

hành và sửa chữa Vốn đầu tư máy biến áp đắt hơn so với phương án một, vì giá thành của bộ máy biến áp phía cấp điện áp cao 220kV luôn đắt hơn so với phía cấp điện áp trung 110 kV

Trang 30

c) Phương án 3

- Phía trung áp ta dùng 1 bộ máy phát –máy biến áp 2 dây quấn

- Phía cao áp ta dùng 3 bộ máy phát –máy biến áp 2 dây quấn Phương án này ta vẫn dùng hai máy biến áp tự ngẫu để làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp, đồng thời cung cấp cho phụ tải địa phương Điện tự dùng được lấy đầu cực mỗi máy phát

Trang 31

Do đó, ta thấy hai phương án 1 và 2 có nhiều ưu điểm hơn dễ vận hành nên

ta chọn hai phương án này để so sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phương án tối

ưu

1.4 Kết luận chương 1

Ở chương 1 chúng ta đã tiến hành chọn được máy phát điện và đưa ra được các phương án nối dây hợp lí Cùng với việc thông qua phân tích đánh giá các điều kiện đưa ra và sơ đồ phụ tải, chúng ta đã lựa chọn được Phương án 1 và Phương án 2 để tính toán tiếp tại chương 2

Trang 32

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, chính vì vậy việc lựa chọn máy biến áp sao cho đúng tiêu chuẩn đề ra, đồng thời đảm bảo được các điều kiện sự cố trong quá trình vận hành là rất cùng quan trọng Yêu cầu đặt ra là phải chọn

số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các phụ tải Các nội dung này được lần lượt đề cập đến trong Chương 2 này

A Phương án 1

2.1.A Phân bố cống suất cho MBA

Việc phân bố công suất cho các máy biến áp cũng như cho các cấp điện áp của chúng được tiến hành theo nguyên tắc cơ bản sau: Phân bố công suất cho MBA trong

sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ, phần thừa thiếu còn lại đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công phát bằng công suất thu (phụ tải),

không xét đến tổn thất trong máy biến áp để đảm bảo vận hành đơn giản

a) MBA 2 cuộn dây B3, B4

Do các máy phát nối bộ với các máy biến áp hai cuộn dây luôn phát công suất định mức, do đó phân bố công suất của các MBA 2 cuộn dây là bằng phẳng

Công suất của 1 bộ: Sbộ = Max

Trang 33

- M ax

T D

S : công suất tự dùng cực đại (MVA)

- SdmF: công suất phát định mức của 1 tổ máy phát (MVA)

b) Máy biến áp tự ngẫu B1, B2

Sau khi phân bố công suất cho MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây, phần công suất còn lại do MBA liên lạc (tức MBA tự ngẫu) đảm nhận và được xác định trên cơ sở cân bằng công suất, không xét đến tổn thất trong MBA Và được xác định như sau

=>> SCC (t) = 1

2.[ SVHT (t) + SUC (t)]

SCT (t) = 1

2.[ SUT (t) - 2Sbộ] (2.1) SCH (t) = SCC (t) + SCT (t)

Trong đó:

 SUT(t),SUC(t): Công suất phụ tải điện áp trung, cao tại thời điểm t,MVA

 SCT(t),SCC(t),SCH(t): Công suất các phía trung,cao,hạ MBA tại thời điểm t,MVA

 SVHT(t): Công suất phát về hệ thống tại thời điểm t,MVA

Áp dụng công thức (2.1) ta có bảng phân bố công suất cho các cuộn dây máy biến áp liên lạc như sau:

Bảng 2 1: Công suất truyền qua các phía của mỗi MBA tự ngẫu

trong các khoảng thời gian PA1

SCC (MVA) 94,31 83,62 96,79 109,03 127,63 94,95 105,17 116,31 SCT (MVA) -39,68 -30,37 -21,07 -11,77 -30,37 -21,07 -30,37 -39,68 SCH (MVA) 54,63 53,25 75,72 97,26 97,26 73,88 74,8 76,63 Dấu (-) cho thấy chiều truyền công suất từ phía trung áp đến MBA tự ngẫu

2.2.A Chọn máy biến áp

a) MBA hai cuộn dây B3, B4

MBA 2 cuộn dây được lựa chọn không có điều chỉnh dưới tải Những MBA này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ Loại MBA

Trang 34

này không cần kiểm tra điều kiện quá tải sự cố bởi một trong hai phần tử MF hay MBA bị sự cố thì cả bộ đó ngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố Cũng chính vì lí do này chỉ cần dùng máy cắt phía cao áp là đủ, phía

hạ áp chỉ dùng dao cách ly phục vụcho sửa chữa

Điều kiện chọn máy biến áp:

dmB

Vậy ta có thể chọn các loại MBA có các thông số như sau:

Bảng 2 2: Thông số máy biến áp B3, B4 phương án 1

MBA

Sđm (MVA)

Điện áp (kV) Tổn thất (kW)

( Tra Phụ lục 2 – Bảng 2.5 Tài liệu Thiết kế Phần điện NMĐ và TBA)

b) Máy biến áp tự ngẫu B1 , B2

Là MBA có điều chỉnh dưới tải Để chọn được công suất định mức của MBA tự ngẫu cần phải xác định được công suất tải lớn nhất trong suốt 24 giờ của từng cuộn dây, được gọi là công suất thừa lớn nhất Smaxthua Trong trường hợp này Smaxthua= SđmF = 117,5 MVA

Vậy ta có thể chọn MBA có các thông số như sau:

Bảng 2 3: Thông số MBA tự ngẫu B1, B2 phương án 1

Loại

MBA

Sđm (MVA)

( Tra Phụ lục 2 – Bảng 2.6 Tài liệu Thiết kế Phần điện NMĐ và TBA)

2.3.A Kiểm tra quá tải MBA khi có sự cố

a) Sự cố 1: Hỏng 1 bộ MF – MBA bên trung tại thời điểm phụ tải bên trung cực đại

Trang 35

Ứng với SmaxUT = 186,05 (MVA) ta có SUTmaxUC 169, 41(MVA),SVHTUTmax 48, 64(MVA), lúc 1114 giờ

Hình 2 2:Phân bố công suất lúc sự cố MBA B4 phương án 1

- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cung cấp đủ công suất cho phụ tải phía trung:

Max UT

=> thỏa mãn điều kiện

- Phân bố công suất sau khi sự cố:

Trang 36

Kiểm tra theo điều kiện

đmTN SC

S 96, 97 (MVA)K .S 1, 4.0,5.250175 MVA) ( (thỏa mãn)

- Xác định công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường được tính theo công thức:

b) Sự cố 2: Hỏng một bộ MBA tự ngẫu B2 tại thời điểm phụ tải trung cực đại

Ứng với SmaxUT = 186,05 (MVA) ta có SUTmaxUC 169, 41(MVA),SVHTUTmax 48, 64(MVA),

DP 15,63(MVA) TD 50,86

Hình 2 3: Phân bố công suất lúc sự cố MBA TN B2 phương án 1

- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cung cấp đủ công suất cho phụ tải phía trung:

Max UT

=> thỏa mãn điều kiện

- Phân bố công suất sau khi sự cố:

Trang 37

Vậy trong trường hợp này, Dấu (-) thể hiện công suất truyền tải từ phía cuộn

trung sang cuộn cao của MBA tự ngẫu Như vậy công suất đồng thời được truyền tải

từ hạ và trung lên phía cao Chiều công suất như hình vẽ Cuộn nối tiếp mang tải nặng

nề nhất Công suất lớn nhất đi qua cuộn nối tiếp bằng:

Max

S Max{ [S (t)S (t)]}0,5.(23,53 89,16) 56,35 MVA) (

Vì Snt 56,35 MVA) ( K SSCqt  đmTN 1, 4.0,5.250175 (MVA)(thỏa mãn)

- Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường được tính bằng

Vì Sthiếu = 105,36 (MVA) < Sdự trữ HT = 180 (MVA) Vậy trong trường hợp này, hệ

thống vẫn đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải các cấp

c) Sự cố 3: Hỏng một bộ MBA tự ngẫu B2 tại thời điểm phụ tải trung cực tiểu

Ứng với SminUT= 130,23 (MVA) (lúc 2224 , và 05 giờ), ở đây chúng ta xét đại diện

điển hình lúc 2224 giờ ta có SUT minUC 190,59 (MVA),SUT minVHT 42, 03(MVA),

DP 12,87(MVA) TD 50,86

S  ,S  (MVA) Không cần kiểm tra điều kiện quá tải

Trường hợp lúc 05 giờ có thể tính toán tương tự

SUC (MVA) 190,59 190,59 SUT (MVA) 130,23 130,23 SDP (MVA) 12,87 12,87 SVHT (MVA) -1,98 42,03

Trang 38

UT min VHT

UT

S

Hình 2 4: Phân bố công suất lúc sự cố MBA TN B2 khi phụ tải bên trung cực tiểu

- Phân bố công suất B1 sau khi sự cố:

(MVA)

( (

Trang 39

2.4.A Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

Tổn thất công suất trong máy biến áp gồm hai thành phần:

- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải và bằng công suất không tải của máy biến áp

- Tổn thất đồng phụ thuộc vào công suất phụ tải, khi phụ tải bằng công suất định mức của máy biến áp thì tổn thất đồng bằng tổn thất ngắn mạch

a) Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây

Tổn thất điện năng được xác định theo công thức:

2

đ B

2 m

 Po : Tổn thất công suất không tải trong máy biến áp, MW

 PN: Tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp, MW

 SđmB: Công suất định mức của máy biến áp, MVA

 Sbộ: Công suất truyền tài qua máy biến áp bộ MPĐ-MBA, MVA

b) Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu

MBA TN làm việc với đồ thị phụ tải không bằng phẳng trong 24 giờ nên ta có công thức tính tổn thất điện năng trong MBA TN trong 1 năm như sau:

  P0 – Tổn hao công suất không tải

  P ; P ; PNC  NT  NH – Tổn thất công suất ngắn mạch của các cuộn cao, trung,

hạ

 S ; S ; SCi Ti Hi – Công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của MBA tự ngẫu trong các khoảng thời gian

Trang 40

VHT UC i

Vậy ta có bảng tổng kết dòng công suất qua cuộn cao, trung, hạ của MBA TN

trong các khoảng thời gian

Bảng 2 4: Công suất qua cuộn cao, trung, hạ của 1 MBA tự ngẫu

trong các khoảng thời gian PA1

Định dạng
Số trang	134
Dung lượng	1,77 MB