Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn thanh tùng

Việc sử dụng nguồn năng lượng hiện có cũng như việc quy hoạch, khai thác nguồn năng lượng mới một cách hợp lý, không những đảm bảo về an ninh năng lượng mà còn là một vấn đề mang nhiều

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 : Nguyễn Thanh Tùng

Lớp : Đ5H4

Ngành : Hệ Thống Điện

TÊN ĐỀ TÀI:

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

I Các số liệu ban đầu

Thiết kế phần điện cho nhà máy thủy điện gồm 04 tổ máy, công suất của mỗi tổ máy bằng PđmF = 100 MW Hệ số tự dùng αTD = 1,0 %, cos = 0,85 Nhà máy phát công suất bằng phẳng suốt 24h Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải địa phương, trung áp (110kV), cao áp (220kV) và phát về hệ thống :

1 Phụ tải cấp điện áp địa phương ĐP (22 kV)

Pmax = 20 MW, cos = 0,87 Gồm 2 kép công suất 5 MW, dài 2 km; và 4 đơn công suất 2,5 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 4 kép x 40 MW Biến thiên phụ tải ghi trên bảng

3 Phụ tải cấp điện áp cao UC (220 kV)

Pmax =140 MW; cos  =0,87 Gồm 2 képx 70 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 40

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= 0,81 Công suất dự phòng của hệ thống : SdtHT = 180 MVA

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

t(h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24

PHẦN II: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY ĐÃ THIẾT KẾ

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khi nhu cầu sử dụng năng lượng đang gia tăng mạnh mẽ ở tất cả các nước trên thế giới.Trong đó, nhu cầu về năng lượng điện đang đặt ra cho ngành điện lực cũng như các quốc gia những khó khăn lớn Việc đáp ứng nhu cầu sử dụng trong công nghiệp cũng như sử dụng điện sinh hoạt với chất lượng điện năng tốt, cung cấp điện liên tục, an toàn đang là vấn đề bức thiết với mỗi quốc gia

Việc sử dụng nguồn năng lượng hiện có cũng như việc quy hoạch, khai thác nguồn năng lượng mới một cách hợp lý, không những đảm bảo về an ninh năng lượng

mà còn là một vấn đề mang nhiều ý nghĩa về kinh tế, chính trị, xã hội…Sau khi học xong chương trình của ngành hệ thống điện, và xuất phát từ nhu cầu thực tế, em được giao nhiệm vụ thiết kế các nội dung sau:

Phần I: Thiết kế phần điện trong nhà máy thủy điện, gồm 4 tổ máy với công suất mỗi tổ máy là 100MW, cung cấp điện cho phụ tải địa phương, phụ tải cấp trung áp 110

kV, phụ tải cấp điện áp cao áp 220 kV và phát về hệ thống qua đường dây kép dài 40

Km

Phần II: Tính toán ổn định cho nhà máy đã thiết kế

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo trực tiếp hướng

dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp là T.S Nguyễn Nhất Tùng

Tuy nhiên, do thời gian và khả năng có hạn, tập đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những lời nhận xét, góp ý của các thầy cô trong hội đồng chấm thi để em rút kinh nghiệm và bổ xung kiến thức còn thiếu

Đồ án môn học thiết kế nhà máy điện được chia làm 6 chương:

Chương 1: Tính toán cân bằng công suất, đề suất các phương án nối dây Chương 2: Tính toán chọn máy biến áp cho các phương án

Chương 3: Tính toán kinh tế kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

Chương 4: Tính toán dòng điện ngắn mạch

Chương 5: Chọn khí cụ điện và dây dẫn

Chương 6: Chọn sơ đồ tự dùng và máy biến áp tự dùng

Em xin trân trọng cảm ơn !

Hà Nội, ngày…tháng năm

Sinh viên

Nguyễn Thanh Tùng

NHẬN XÉT

(Giáo viên hướng dẫn)

Hà Nội , ngày tháng năm

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT

(Giáo viên phản biện)

Hà Nội , ngày tháng năm

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

PHẦN I : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN …………1

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY Y 2

1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN 2

1.2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 2

1.2.1 Đồ thị phụ tải của toàn nhà máy 3

1.2.2 Phụ tải tự dùng của nhà máy 3

1.2.3 Đồ thị phụ tải các cấp điện áp 3

1.2.4 Công suất phát về hệ thống 6

1.2.5 Tổng kết tính toán cân bằng công suất 7

1.3 XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 9

1.3.1 Cơ sở đề xuất các phương án nối dây 9

1.3.2 Đề suất các phương án nối dây 10

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 14

A PHƯƠNG ÁN 1 14

2.1.A CHỌN MÁY BIẾN ÁP 14

2.1.1a Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA 14

2.1.2a Chọn loại và công suất định mức của MBA 15

2.1.3a Kiểm tra quá tải 16

2.2.A TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA 19

2.2.1a Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây 19

2.1.2a Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu 20

B PHƯƠNG ÁN 2 22

2.1.B CHỌN MÁY BIẾN ÁP 22

2.1.1b Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA 22

2.1.2b Chọn loại và công suất định mức của MBA 23

2.1.3b Kiểm tra quá tải 24

2.2.B TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA 28

2.2.1b Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây 28

2.2.2b Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu 29

CHƯƠNG III.TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT- CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI

ƯU 31

3.1 CHỌN SƠ ĐỒ THIẾT BỊ PHÂN PHỐI 31

3.1.1 Sơ đồ thiết bị phân phối cho phương án 1 31

3.1.2 Sơ đồ thiết bị phân phối cho phương án 2 32

3.2 TÍNH TOÁN KINH TẾ KĨ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 32

3.2.1 Tính toán kinh tế cho phương án 1 33

3.2.2 Tính toán kinh tế cho phương án 2 34

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 36

4.1 CHỌN ĐIỂM NGẮN MẠCH 36

4.2 LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ 37

4.2.1 Tính toán cho sơ đồ thay thế 37

4.2.2 Sơ đồ thay thế điện khán đầy đủ 38

4.3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH THEO ĐIỂM 38

4.3.1 Tính toán điểm ngắn mạch N1 38

4.3.2 Tính toán điểm ngắn mạch N2 40

4.3.3 Tính toán điểm ngắn mạch N3 42

4.3.4 Tính toán điểm ngắn mạch N3’ 44

4.3.5 Tính toán điểm ngắn mạch N4 45

CHƯƠNG V CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 48

5.1 TÍNH TOÁN DÕNG CƯỠNG BỨC 48

5.1.1 Phía điện áp cao 220 kV 48

5.1.2 Phía điện áp trung 110kV 49

5.1.3 Phía hạ cấp điện áp 22kV 49

5.2 CHỌN MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LY 50

5.2.1 Chọn máy cắt 50

5.2.2 Chọn dao cách ly 51

5.3 CHỌN THANH CỨNG ĐẦU CỰC MÁY PHÁT 52

5.3.1 Chọn loại và tiết diện thanh dẫn 52

5.3.2 Kiểm tra ổn định khi ngắn mạch 53

5.3.3 Kiểm tra ổn định động 53

5.3.4 Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng 55

5.3.5 Chọn sứ đỡ 56

5.4 CHỌN THANH GÓP, THANH DẪN MỀM 58

5.4.1 Chọn loại và tiết diện thanh dẫn 58

5.4.2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch 58

5.4.3 Kiểm tra vần quang 63

5.5 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁP CHO PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG 64

5.5.1 Chọn máy biến áp cho phụ tải địa phương 64

5.5.2 Chọn cáp cho phụ tải địa phương 65

5.5.3 Chọn máy cắt cho mạch phụ tải địa phương 67

5.6 CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 71

5.6.1 Chọn máy biến dòng điện 71

5.6.2 Chọn máy biến điện áp 73

5.7 CHỌN CHỐNG SÉT VAN 75

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN TỰ DÙNG 76

6.1 CHỌN SƠ ĐỒ TỰ DÙNG 77

6.2 CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ KHÍ CỤ ĐIỆN CHO TỰ DÙNG 77

6.2.1 Chọn máy biến áp tự dùng riêng 77

6.2.2 Chọn máy biến áp tự dùng chung 77

6.2.3 Chọn máy cắt và khí cụ điện 78

PHẦN II TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY 82

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG G 83

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY ĐIỆN N 85

2.1 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TĨNH 85

2.1.1 Sơ đồ thay thế 85

2.1.2 Biến đổi về dạng đơn giản 90

2.1.3 Tính suất điện động và lập đường đặc tính công suất 96

2.1.4 Xác định hệ số dự trữ 98

2.2 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐỘNG 99

2.2.1 Lập đặc tính công suất cho các chế độ 99

2.2.2 Xác định góc cắt tới hạn 103

2.2.3 Xác định thời gian cắt tới hạn 106

DANH MỤC CÁC BẢNG,SƠ ĐỒ,HÌNH VẼ

PHẦN I

Bảng 1.1 Bảng thông số kỹ thuật của máy phát điện

Bảng 1.2 Công suất phụ tải toàn nhà máy

Bảng 1.3 Công suất phụ tải địa phương

Bảng 1.4 Công suất phụ tải cấp điện áp trung áp

Bảng 1.5 Công suất phụ tải cấp điện áp cao áp

Bảng 1.6 Bảng tổng hợp phụ tải các cấp

Bảng 2.1.A Phân bố công suất cho MBA liên lạc cho phương án 1

Bảng 2.2.A Thông số MBA 2 cuộn dây cho phương án 1

Bảng 2.3.A Bảng thông số MBA tự ngẫu B2,B3 cho phương án 1

Bảng 2.1.B Phân bố công suất cho MBA liên lạc cho phương án 2

Bảng 2.2.B Thông số MBA 2 cuộn dây cho phương án 2

Bảng 2.3.B Bảng thông số MBA tự ngẫu cho phương án 2

Bảng 2.4 Bảng tổng tổn thất điện năng của phương án 1 và 2

Bảng 3.1.Bảng so sánh chi phí và vốn đầu tư của 2 phương án

Bảng 4.1 Bảng tổng kết dòng ngắn mạch phương án 2

Bảng 5.1 Dòng cưỡng bức các cấp điện áp phương án 2

Bảng 5.2 Thông số máy cắt phương án 2

Bảng 5.3 Thông số dao cách ly phươn án 2

Bảng 5.4 Thông số thanh dẫn cứng được chọn

Bảng 5.5 Thông số thanh dẫn mềm được chọn

Bảng 5.6 Thông số chọn cáp đơn

Bảng 5.7 Thông số chọn cáp kép

Bảng 5.8 Thông số máy cắt trước MBA phụ tải địa phương

Bảng 5.9 Thông số dao cách ly trước MBA phụ tải địa phương

Bảng 5.10 Thông số máy cắt cho mạch phía sau MBA địa phương

Bảng 5.11 Thông số BI được chọn cho cấp điện áp 110 kV và 220kV

Bảng 5.12 Thông số các dụng cụ phụ tải của BI

Bảng 5.13 Thông số BU được chọn cho cấp điện áp 220 kV

Bảng 5.14 Thông số BU được chọn cho cấp điện áp 110 kV

Bảng 5.15 Thông số các dụng cụ phụ tải BU

Bảng 5.16 Thông số BU được chọn cho cấp điện áp 13,8 kV

Bảng 5.17 Thông số chống sét van được chọn

Bảng 6.1 Thông số MBA tự dùng riêng

Bảng 6.2 Thông số MBA tự dùng chung

Bảng 6.3 Thông số máy cắt tự dùng

Bảng 6.4 Thông số dao cách ly được chọn

Bảng 6.5 Thông số aptomat được chọn

Hình1.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

Hình 1.2 Đồ thị phụ tải địa phương

Hình 1.3 Đồ thị phụ tải trung áp

Hình 1.4 Đồ thị phụ tải cao áp

Hình 1.5 Đồ thị phụ tải phát về hệ thống

Hình 1.6 Đồ thị phụ tải tổng hợp nhà máy

Hình 3.1.A Sơ đồ thiết bị phân phối cho phương án 1

Hình 3.1.B Sơ đồ thiết bị phân phối cho phương án 2

Hình 4.1 Sơ đồ thay thế đầy đủ phương án 2

Hình 4.2 Sơ đồ điểm ngắn mạch N1

Hình 4.3 Sơ đồ ngắn mạch điểm N 2

Hình 4.4 Sơ đồ điểm ngắn mạch N 3

Hình 4.5 Sơ đồ điểm ngắn mạch N 3 ’

Hình 5.1 Thanh dẫn hình máng

Hình 5.2 Sứ đỡ cho thanh dẫn cứng

Hình 5.3 Sơ đồ cung cấp điện cho phụ tải địa phương

Hình 5.4 Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào biến điện áp và biến dòng điện mạch 13,8 kV

Hình 6.1 Sơ đồ nối điện tự dùng

PHẦN II

Hình II.1.Sơ đồ thay thế trong tính toán ổn định

Hình II.2.Đường đặc tính công suất trong tính toán ổn định

Hình II.3.Các đường cong đặc tính công suất P()

Hình II.4.Đồ thị  theo thời gian

PHẦN I THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY

Tính toán cân bằng công suất của các phụ tải rất quan trọng và không thể thiếu trong xây dựng và vận hành Đây là cơ sở để tính toán các dữ liệu phục phụ cho toàn

bộ đồ án Do đó, mục tiêu của chương 1 là : chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất một cách hợp lý nhất Từ đó ta xây dựng phương án nối dây cho toàn nhà máy

U đm (kV)

N đm (v/ph)

cosφ X d ” X d ’

CB-1130/14048TC

1.2.TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

1.2.1 Phụ tải của toàn nhà máy

Công suất này được xác định theo công thức sau:

%( )

dm tnm

Stnm(t):Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t ; MVA

P%(t) :Phần trăm công suất phát ra của toàn nhà máy tại thời điểm t

Pđm∑ : Tổng công suất tác dụng định mức của toàn nhà máy ; MVA

PđmF =100 MW Công suất tác dụng của 1 tổ máy phát

Vì nhà máy phát công suất bằng phẳng suốt 24h (100%) nên :

Theo đầu bài thay số vào công thức trên ta có bảng sau:

Bảng1.2 Công suất phụ tải toàn nhà máy

Giờ(h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24

Stnm(t)(MVA) 470,59 470,59 470,59 470,59 470,59 470,59 470,59 470,59

Hình 1.1 Đồ thị công suất phụ tải toàn nhà máy

1.2.2 Phụ tải tự dùng của nhà máy

Công suất tự dùng cho toàn nhà máy Thủy điện coi như không đổi theo thời gian

và được xác định theo công thức:

Std = % .

100 os

dmF td

n P c



1 4.100

100 0,85 4,71 (MVA)

Trong đó : STD: phụ tải tự dùng

%: lượng điện phần trăm tự dùng ( = 1 %)

cosTD: hệ số công suất phụ tải tự dùng (costd = 0,85)

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

PMax : công suất max của phụ tải; Cos φ: hệ số công suất

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

1) Phụ tải địa phương

Áp dụng công thức (1.2.3) phụ tải cấp địa phương trong khoảng thời gian 0-10 giờ với số liệu đã cho: PMax=20(MW);Cos φ=0,87 ta có:

  20.70

Max h

P



Tương tự tính cho các khoảng thời gian khác ta có bảng sau:

Bảng 1.3 Công suất phụ tải địa phương

Giờ(h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24

SĐP(t)(MVA) 16,09 16,09 18,39 18,39 22,99 22,99 18,39 18,39

Hình 1.2 Đồ thị công suất phụ tải địa phương

2) Phụ tải cấp điện áp trung áp

Áp dụng công thức (1.2.3) với số liệu đã cho:PMax=160 (MW);Cos φ= 0,86 Tính toán phụ tải cấp điện áp trung áp trong khoảng thời gian 0-5 giờ:

  160.80

Max h

Bảng 1.4 Công suất phụ tải cấp điện áp trung áp

Giờ(h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24

SUT(t)(MVA) 148,84 148,84 186,05 186,05 148,84 158,14 148,84 130,23

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải trung áp

3) Phụ tải cấp điện áp cao áp

Áp dụng công thức (1.2.3) với số liệu đã cho : PMax=140 (MW); Cos φ= 0,87 Tính toán phụ tải cấp điện áp cao áp trong khoảng thời gian 0-5 giờ:

  140.80

Max h

P



Tương tự tính cho các khoảng thời gian khác ta có bảng sau:

Bảng 1.5 Công suất phụ tải cấp điện áp cao áp

S UT (MVA)

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

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

SĐP(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

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

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

SUC (MVA)

1.2.5 Tổng kết tính toán cân bằng công suất

1

150

188,52

S VHT (MVA)

Nhận xét chung:

-Từ đồ thị phụ tải tổng hợp ta thấy nhà máy luôn cung cấp đủ công suất cho các

phụ tải và phát công suất thừa lên hệ thống

-Công suất phát lên hệ thống của nhà máy nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên

khi có sự cố tách nhà máy ra khỏi hệ thống vẫn đảm bảo ổn định hệ thống

1.3.XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

1.3.1 Cơ sở đề xuất các phương án nối dây

Chọn phương án nối dây là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy điện Phương án nối điện hợp lí không những đem lại lợi ích kinh tế lớn lao mà còn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật

Trong các thiết bị điện của nhà máy và trạm biến áp các khí cụ điện được nối lại với nhau thành sơ đồ điện, yêu cầu của sơ đồ điện là làm đảm bảo độ tin cậy, cấu tạo đơn giản, vận hành linh hoạt, kinh tế và an toàn cho người do vậy chọn phương án nối điện chính là một trong những khâu quan trọng trong quá trình thiết kế

Theo kết quả tính toán ở trên, ta có :

Phụ tải cấp điện áp máy phát : SDPmax = 22,99(MVA) ; SUFmin = 16,09(MVA)

Phụ tải trung áp : SUTmax = 186,05(MVA) ; SUTmin = 130,23(MVA)

Phụ tải phát về hệ thống : SVHTmax = 188,52(MVA) ; SVHTmin = 100,52(MVA)

Công suất định mức của một máy phát : SdmF = 117,7(MVA)

Phụ tải điện tự dùng : STDmax = 4,71(MVA)

Dự phòng của hệ thống : S DP HT 180(MVA)

Nhận xét:

Phương án nối điện chính của nhà máy là một khâu hết sức quan trọng trong quá trình thiết kế phần điện nhà máy điện Căn cứ và kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất để đề suất các phương án nối điện

1) Ta có:

UFmax dmF

2) + Nhà máy có 3 cấp điện áp 22kV, 110kV, 220kV, có công suất lớn

+ Cấp điện áp trung (110kV), cao (220kV) có trung tính nối đất trực tiếp

=> Ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp để giảm tổn thất điện năng

3) Xét tỉ số: tỉ số ax 186, 05

1,58

117, 7

UTm dmF

=> ta chỉ có thể ghép 1 máy phát với 1 MBA

1.3.2 Đề xuất các phương án nối dây

Từ những nhận xét trên đây ta có thể đề xuất một số phương án như sau:

F1

B4 B3

Ưu điểm: - Sơ đồ đơn giản và linh hoạt trong vận hành

- S UTmax 186, 05(MVA) ; S UTmin 130, 23(MVA) ; S dmF 117, 7(MVA) Nhìn tương quan công suất cho bộ MP-MBA 2 cuộn dây bên trung, cung cấp gần với công suất yêu cầu,

do đó tránh được việc truyền công suất qua 2 lần MBA( MBA bộ và MBA liên lạc) => giảm được tổn thất điện năng

Nhược điểm: - Phương án này có số lượng máy biến áp là 4 MBA, nhưng có 3 chủng

loại máy khác nhau nên vận hành phức tạp

- Số lượng máy biến áp phía cao áp (220kV) lớn nên về mặt kinh tế sẽ tốn kém hơn

các phương án có số máy biến áp bên phía cao áp nhỏ

Dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc đặt ở phía cao áp Phía trung đặt 2 bộ

MPĐ-MBA hai cuộn dây

Ưu điểm: - Sơ đồ đơn giản và linh hoạt trong vận hành

- Số lượng máy biến áp phía cao áp ít nên về mặt kinh tế sẽ ít tốn kém hơn các phương

án có số máy biến áp bên phía cao áp lớn

Nhược điểm: - max min

=> luôn có lượng công suất thừa truyền qua máy biến áp tự ngẫu là :

S UT

S UC

Phương án 3 dùng 4 bộ máy phát- máy biến áp 2 cuộn dây : hai bộ nối với thanh góp 110kV, hai bộ nối với thanh góp 220kV Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai cấp điện áp cao và trung, đồng thời để cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát SUp

Ưu điểm : -Phụ tải địa phương không phụ thộc vào máy phát

Nhược điểm :

-Sử dụng nhiều chủng loại máy biến áp nên vận hành phức tạp, giá thành cao

Mặt khác: 2.S dmF= 2.117,7=235,4(MVA) > SUTmin = 130,23(MVA)

2.S dmF= 2.117,7=235,4(MVA) > SUTmax = 186,05(MVA)

=> Do đó có một phần công suất truyền qua hai lần máy biến áp làm tăng tổn thất về công suất

Phương án này Nối 1 bộ MF-MBA 2 cuộn dây vào thanh góp 110kV,3 bộ MF-MBA

2 cuộn dây vào thanh góp 220kV, dùng 2 MBA tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện

áp Phía hạ MBA tự ngẫu cung cấp cho phụ tải địa phương

Ưu điểm :

- Phụ tải địa phương không phụ thộc vào máy phát

Nhược điểm :

- Sử dụng nhiều chủng loại máy biến áp nên vận hành phức tạp

- Máy biến áp và các thiết bị điện ở cấp điện áp cao có giá thành cao hơn so với ở cấp

điện áp trung nên làm tăng chi phí đầu tư

Nhận xét: Qua 4 phương án ta thấy: phương án 1 và 2 đơn giản và kinh tế hơn so với

phương án 3 và 4 Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và 2 để tính toán cho các phần sau

Kết luận :Như vậy, ở Chương 1 ta đã chọn được máy phát điện và sơ bộ đưa ra được các phương án nối dây hợp lí Tiếp theo ta sẽ tính toán để lựa chọn máy biến

áp cho 2 phương án đã chọn (phương án 1 và phương án 2) và hình thành các cơ

sở để chọn ra phương án tối ưu nhất

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp(MBA) là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện Trong chương 2 ta sẽ lựa chọn MBA dựa trên phân bố công suất các cấp điện áp của MBA

và kiểm tra các điều kiện khi sự cố, tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp sao cho MBA được chọn mang lại tính kinh tế cao mà vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

F1

B4 B3

B2

F4

S UT

S UC

2.1.A CHỌN MÁY BIẾN ÁP

2.1.1a Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA

1) MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây

Công suất các máy mang tải bằng phẳng suốt 24h và được tính theo công thức:

( )

,

t CC

S S CT( )t ,S CH( )t : công suất các phía cao, trung, hạ của MBA tại thời điểm t

( )t VHT

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

Khi đó, ta có bảng tính phân bố công suất của MBA liên lạc từng thời điểm như sau:

Bảng 2.1.A Phân bố công suất cho MBA liên lạc cho phương án 1

2.1.2a Chọn loại và công suất định mức của MBA

1) MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây:

Loại MBA này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ, được chọn theo công thức sau:

SđmB ≥ SđmF = 117,7 (MVA) Tra bảng 2.5 và 2.6-Sách Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn MBA với các thông số như sau :

Bảng 2.2.A Thông số MBA 2 cuộn dây cho phương án 1

Cấp

điện áp

Loại MBA

SđmB (MVA)

UC (kV)

UH (kV)

ΔPO (kW)

ΔPN (kW) UN% IN%

cả các phía.Do đó ta chọn MBA liên lạc tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải

Công suất định mức của MBA tự ngẫu được chọn theo công thức sau:

SđmTN  1 .S đmF



 SđmTN  1

 .S đmF = 1 .117, 7

0, 5 = 235,4 (MVA) Tra bảng 2.6- Sách Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn MBA tự ngẫu với các thông số như sau :

Bảng 2.3.A Bảng thông số MBA tự ngẫu B2,B3 cho phương án 1

Loại Sđm

(MVA)

UC (kV)

UT (kV)

UH (kV)

PO (kW)

PN (kW)

UN%

IO% C-T C-H T-H

2.1.3a Kiểm tra quá tải

1) Kiểm tra quá tải sự cố:

a) Sự cố 1: Xét sự cố hỏng bộ bên trung tại thời điểm phụ tải trung cực đại

F1

B4

B3 B2

→ Thỏa mãn điều kiện

 Phân bố công suất khi có sự cố:

Công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu:

SCT = 1

2 (S UT Max) = 186,05

2 = 93,02 (MVA) Công suất qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:

SCH =SđmF –

ax

4

UTM TD

SCC = SCH – SCT = 107,33 – 93,02 = 14,31 (MVA)

Vậy khi bị sự cố MBA TN có chế độ truyền tải công suất từ hạ lên cao và lên trung

Trường hợp này cuộn hạ mang tải nặng nhất : SCH SC = 107,33 (MVA)

 Điều kiện kiểm tra sự quá tải của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu:

Kscqt .SđmTN SC

CH

S  1,4.0,5.250=175 (MVA) > SCH SC=107,33 (MVA) Vậy không xảy ra hiện tượng quá tải ở các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu

 Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường là:

Sthiếu = (S VHT UTmax + S UC UTmax ) - (S bé + 2.S CC )

 Sthiếu=(100,52+160,92) - (116,52 +2 14,31) = 116,3 (MVA)

Sthiếu < Sdp= 180 MVA  công suất dự phòng đảm bảo yêu cầu

Kết luận: Hệ thống vẫn làm việc bình thường

b) Sự cố 2: Xét sự cố hỏng 1 MBA tự ngẫu tại thời điểm phụ tải trung cực đại

B1

HT

F3 F2

F1

B4

B3 B2

 Kiểm tra điều kiện kiểm tra quá tải nhằm đảm bảo cung cấp đủ công suất cho

phụ tải phía trung :

KqtSC α STN + Sbộ ≥ SUTmax = 186,05 (MVA)

Với KqtSC = 1.4, α = 0.5, SđmTN = 250 (MVA)

→ 1.4× 0.5 × 250 + 116,52= 291,52 (MVA) > 186,05 (MVA)

→ Thỏa mãn điều kiện

 Phân bố công suất khi có sự cố:

Công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu:

SCT = Max

UT

S - Sbộ = 18 6, 05 -1 1 6,52= 69,53(MVA) Công suất qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:

SCH = SđmF –

max

4

UT TD

S

–SĐPUTmax = 117,7 – 1.4, 71

4 - 18,39= 98,13 (MVA) Công suất qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu:

SCC = SCH – SCT = 98,13-69,53 = 28,6 (MVA)

Vậy khi bị sự cố MBA TN có chế độ truyền tải công suất từ hạ lên cao và lên trung Trường hợp này cuộn hạ mang tải nặng nhất: SCH SC = 98,13 (MVA)

 Điều kiện kiểm tra sự quá tải của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu:

Kscqt..SđmTN  SC

CH

S  1,4.0,5.250 =175 (MVA) > SCH SC =98,13 (MVA) Vậy không xảy ra hiện tượng quá tải ở các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu

 Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường là:

Sthiếu < Sdp= 180 MVA  công suất dự phòng đảm bảo yêu cầu

c) Sự cố 3 : Xét sự cố hỏng 1 MBA tự ngẫu tại thời điểm phụ tải trung cực tiểu

Ta có SđmF= 117,7(MVA) <SminUT 130, 23(MVA)

Như vậy sự truyền công suất của máy biến áp tự ngẫu giống như sự cố 2, nhưng với công suất truyền sang trung áp ít hơn Điều kiện này nhẹ hơn so với sự cố 2 nên ta không cần kiểm tra

Kết luận: Sau khi tiến hành kiểm tra các điều kiện quá tải và điều kiện hoạt đông

bình thường ta thấy công suất các MBA đã chọn đáp ứng được yêu cầu đặt ra

2.2.A TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA

Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 thành phần :

- Tổn thất trong lõi thép của MBA, không tải phụ thuộc vào công suất của phụ tải

- Tổn thất trong các cuộn dây MBA, phụ thuộc vào công suất của phụ tải MBA

2.2.1a Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây

1) Tổn thất trong MBA B1:

Do MBA mang tải bằng phẳng theo nên tổn thất công suất được tính như sau :

A=8760.

2 0

bé dmB N

S P S P

Trong đó: ∆P0 : tổn hao công suất không tải trong máy biến áp

∆PN : tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp

Ta có các số liệu như sau:

SđmB1 = 125 (MVA) ; ∆P0 =115 (kW); ∆PN = 380 (kW); Sbé = 116,52(MVA) ; Thay vào công thức trên ta được:

2.2.2a Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu

Để tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu trước hết phải tính tổn thất công suất

ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau :

Trong đó: C

N P

 , T

N P

 , H

N P

 : tổn thất công suất ngắn mạch các cuộn cao, trung, hạ

T N

H N

Do MBA tự ngẫu mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trưng cho toàn năm nên tổn

thất điện năng trong MBA tự ngẫu được tính như sau:

Vậy tổng tổn thất điện năng của phương án I là :

2.1.1b Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA

1)MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây

Ta có:Sbộ =SđmF - 1

n

max

TD S

S S CT( )t ,S CH( )t : công suất các phía cao, trung, hạ của MBA tại thời điểm t

( )t

VHT

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

Khi đó, ta có bảng tính phân bố công suất MBA liên lạc theo từng thời điểm như sau:

Bảng 2.1.B Phân bố công suất cho MBA liên lạc cho phương án 2

2.1.2b Chọn loại và công suất định mức của MBA

1)MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây:

Loại máy biến áp này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ Công suất định mức được chọn theo công thức sau:

SđmB ≥ SđmF = 117,7 (MVA)

Vậy ta chọn MBA với các thông số như sau :

Bảng 2.2.B.Thông số MBA 2 cuộn dây cho phương án 2

Cấp điện

áp

Loại MBA

SđmB MVA UC (kV)

UH (kV)

cả các phía.Do đó ta chọn MBA liên lạc tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải

Công suất định mức của MBA tự ngẫu được chọn theo công thức sau:

Bảng 2.3.B Bảng thông số MBA tự ngẫu cho phương án 2

Loại

Sđm (MVA)

UC (kV)

UT (kV)

UH (kV)

PO (kW)

PN (kW)

UN%

IO% C-T C-H T-H

2.1.3b Kiểm tra quá tải

1) Kiểm tra quá tải sự cố:

a)Sự cố 1: Xét sự cố hỏng bộ bên trung tại thời điểm phụ tải trung cực đại

B1 HT

Với KqtSC = 1.4, α = 0.5; SđmTN = 250 (MVA), SUTmax = 186,05 (MVA)

→ 2.1,4.0,5.250 +116,52= 466,52 MVA >186,05 (MVA)→Thỏa mãn điều kiện

 Phân bố công suất khi có sự cố :

Công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu:

SCH = SđmF –

ax

4

UTM TD

S

= 117,7– 4, 71

4 - 18, 39

2 = 107,33 (MVA) Công suất qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu:

SCC = SCH – SCT = 107,33 – 34,77 = 72,56 (MVA)

Vậy khi bị sự cố MBA TN có chế độ truyền tải công suất từ hạ lên cao và lên

trung Trường hợp này cuộn hạ mang tải nặng nhất: SCH SC = 107,33 (MVA)

 Điều kiện kiểm tra sự quá tải của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu:

Kscqt .SđmTN SC

CH

S 1,4 0,5 250 =175 (MVA) > SCH SC =107,33 (MVA) Vậy không xảy ra hiện tượng quá tải ở các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu

 Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường là:

Sthiếu < Sdp= 180 MVA  công suất dự phòng đảm bảo yêu cầu

Kết luận: Hệ thống vẫn làm việc bình thường

b) Sự cố 2: Xét sự cố hỏng 1 MBA tự ngẫu tại thời điểm phụ tải trung cực đại

B1 HT

→ Thỏa mãn điều kiện

 Phân bố công suất khi có sự cố:

Công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu:

SCT = SUT Max- 2 Sbé = 186,05- 2.116,52= -46,99 (MVA) Công suất qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:

K .SđmTN SC

nt

S 1,4 0,5 250 =175 MVA >Snt SC =72,56 (MVA) Vậy không xảy ra hiện tượng quá tải ở các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu

 Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường là:

Sthiếu < Sdp= 180 MVA  công suất dự phòng đảm bảo yêu cầu

c)Sự cố 3: Xét sự cố hỏng 1 MBA tự ngẫu tại thời điểm phụ tải trung cực tiểu

B1 HT

98,13

S UTmin = 130,23

→Thỏa mãn điều kiện

 Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy sự cố:

Công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu:

K .SđmTN SC

nt

S 1,4 0,5 250 =175 MVA >Snt SC =100,47 (MVA) Vậy không xảy ra hiện tượng quá tải ở các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu

 Xác định công suất thiếu phát về hệ thống:

Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường là:

Sthiếu < Sdp= 180 MVA  công suất dự phòng đảm bảo yêu cầu

Kết luận: Sau khi tiến hành kiểm tra các điều kiện quá tải và điều kiện hoạt đông bình

thường ta thấy công suất các MBA đã chọn đáp ứng được yêu cầu đặt ra

2.2.B TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA

Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 thành phần :

- Tổn thất trong lõi thép của MBA, không tải phụ thuộc vào công suất của phụ tải

- Tổn thất trong các cuộn dây MBA, phụ thuộc vào công suất của phụ tải MBA

2.2.1b Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây

Do MBA mang tải bằng phẳng cả năm nên tổn thất công suất được tính như sau :

A=8760

2 0

bé dmB N

S P S P

Trong đó ∆P0 : tổn hao công suất không tải trong máy biến áp

∆PN : tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp

Ta có các số liệu như sau: SđmB1 = SđmB4 =125 MVA ; ∆P0 =100 kW; ∆PN = 400 kW;

2.2.2b Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu

Để tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu trước hết phải tính tổn thất công suất

ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau :

 , T

N P

 , H

N P

 : tổn thất công suất ngắn mạch các cuộn cao, trung, hạ

T N

H N

Do MBA tự ngẫu mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trưng cho toàn năm nên tổn

thất điện năng trong MBA tự ngẫu được tính như sau:

Ta có: SđmTN=250MVA; P0 =120kW; P N C 260kW; P N T 260kW;P N H 780kW