ĐỀ TÀI: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với tốc độ phát triển của khoa học kĩ thuật nhằm mục đích đẩy mạnh công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Bên cạnh những ngành công nghiệp khác thì nghành công nghiệp năng lượng của những năm gần đây cũng đạt được những thành tựu đáng kể , đáp ứng được nhu cầu của đất nước. Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia. Ở nước ta, nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Do vậy, việc xây dựng thêm các nhà máy điện là điều cần thiết để đáp ứng nhu cầu của phụ tải.Việc quan tâm quyết định đúng đắn về vấn đề kinh tế kĩ thuật trong việc thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc doanh. Do đó, việc tìm hiểu nắm vững công việc thiết kế nhà máy điện, để đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng, an toàn và kinh tế là yêu cầu quan trọng đối với người kỹ sư điện . Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp của em là Thiết kế phần điện trong nhà máy điện”.Với những kiến thức đã được học ở trường, cùng sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy Phạm Văn Kiên đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp. Vì thời gian và kiến thức có hạn, đồ án không tránh khỏi những sai sót kính mong thầy cô giáo góp ý, chỉ bảo để em nắm vững kiến thức trước khi ra trường. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với tốc độ phát triển của khoa học kĩ thuật nhằm mục đích đẩy mạnh công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Bên cạnh những ngành công nghiệp khác thì nghành công nghiệp năng lượng của những năm gần đây cũng đạt được những thành tựu đáng kể , đáp ứng được nhu cầu của đất nước Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia Ở nước ta, nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Do vậy, việc xây dựng thêm các nhà máy điện là điều cần thiết

để đáp ứng nhu cầu của phụ tải.Việc quan tâm quyết định đúng đắn về vấn đề kinh tế- kĩ thuật trong việc thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc doanh Do đó, việc tìm hiểu nắm vững công việc thiết

kế nhà máy điện, để đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng, an toàn và kinh tế là yêu cầu quan trọng đối với người kỹ sư điện

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp của em là Thiết kế phần điện trong nhà máy điện”.Với những kiến thức đã được học ở trường, cùng sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy Phạm Văn Kiên đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp

Vì thời gian và kiến thức có hạn, đồ án không tránh khỏi những sai sót kính mong thầy cô giáo góp ý, chỉ bảo để em nắm vững kiến thức trước khi ra trường

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 05 năm 2011

Sinh viên: Nguyễn Văn Hoan

Trang Lời nói đầu

Nhiệm vụ đồ án

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN 1

1.1 Chọn máy phát điện 1

1.2 Tính toán cân bằng công suất 2

1.2.1 Phụ tải cấp điện áp máy phát 2

1.2.2 Phụ tải cấp điện áp trung 3

1.2.3 Phụ tải cấp điện áp cao 3

1.2.4 Công suất tự dùng nhà máy 4

1.2.5 Công suất dự trữ của toàn hệ thống 4

1.2.6 Bảng tổng hợp phân bố công suất của toàn nhà máy 5

1.3 Vạch sơ đồ nối điện 7

1.3.1 Phương án 1 8

1.3.2 Phương án 2 9

1.3.3 Phương án 3 11

1.3.4 Phương án 4 12

1.3.5 Phương án 5 13

1.3.6 Kết luận 14

CHƯƠNG 2: CHỌN MÁY BIẾN ÁP, TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHỌN KHÁNG ĐIỆN PHÂN ĐOẠN 15

2.1 Chọn máy biến áp 15

2.1.1 Các yêu cầu cơ bản 15

2.1.2 Chọn máy biến áp cho phương án 1 15

2.1.3 Chọn máy biến áp cho phương án 2 17

2.2 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp 20

2.3 Chọn kháng điện phân đoạn 23

2.3.1 Chọn kháng điện phân đoạn cho phương án 1 24

2.3.2 Chọn kháng điện phân đoạn cho phương án 2 28

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 31

3.1 Giới thiệu chung 31

3.2 Tính toán ngắn mạch cho phương án 1 31

3.2.1 Sơ đồ tính toán và các điểm ngắn mạch 31

3.2.2 Tính toán các thông số của sơ đồ thay thế 34

3.2.3 Tính toán các điểm ngắn mạch 36

3.3 Tính toán ngắn mạch cho phương án 2 58

3.3.1 Sơ đồ tính toán và các điểm ngắn mạch 58

3.3.2 Tính toán các thông số của sơ đồ thay thế 60

3.3.3 Tính toán các điểm ngắn mạch 62

3.4 Bảng kết quả tính toán ngắn mạch 83

3.5 Tính xung lượng nhiệt 84

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN 86

4.1 Chọn sơ đồ nối điện 86

4.1.1 Cấp điện áp 220 kV 86

4.1.2 Cấp điện áp 110 kV 86

4.1.3 Cấp điện áp 10,5 kV 86

4.1.4 Sơ đồ nối điện 87

4.2 Chọn máy cắt và dao cách ly 87

4.2.1 Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt 87

4.2.2 Điều kiện chọn và kiểm tra dao cách ly 87

4.2.3 Chọn máy cắt và dao cách ly cho phương án 1 90

4.2.4 Chọn máy cắt và dao cách ly cho phương án 2 91

4.3 Tính toán so sánh kinh tế 96

4.3.1 Tính vốn đầu tư của phương án 96

4.3.2 Phí tổn vận hành hàng năm của các phương án 98

CHƯƠNG 5.: TÍNH CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ CÓ

DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA 100

5.1 Giới thiệu chung 101

5.2 Sơ đồ tính toán 102

5.3 Kiểm tra các khí cụ điện đã chọn 102

5.3.1 KIểm tra máy cắt điện, dao cách ly 102

5.3.2 Kiểm tra kháng điện phân đoạn 102

5.4 Chọn thanh góp, thanh dẫn, cáp điện lực 102

5.4.1 Các mạch phía cao áp 108

5.4.2 Các mạch phía trung áp 114

5.4.3 Các mạch cấp điện áp máy phát 130

5.5 Chọn sứ 130

5.5.1 Chọn sứ treo cho mạch cao áp 130

5.5.2 Chọn sứ treo cho mạch trung áp 130

5.5.3 Chọn sứ đỡ cho các thanh dẫn cứng 134

5.5.4 Chọn sứ xuyên tường 134

5.6 Chọn kháng điện đường dây 134

5.6.1 Sơ đồ phân bố phụ tải cấp điện áp máy phát 134

5.6.2 Xác định XK% 135

5.6.3 Kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp và dây dân phụ tải cấp điện áp máy phát 140

5.6.4 Chọn máy cắt sau kháng điện đường dây 143

5.6.5 Chọn dao cách ly trước kháng điện đường dây 144

5.7 Chọn cuộn dập hồ quang cho mạng địa phương 10,5 kV 144

5.8 Chọn máy biến dòng, máy biến điện áp 145

5.8.1 Chọn máy biến dòng 145

5.8.2 Chọn máy biến điện áp 147

5.8.3 Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào máy biến dòng và máy biến điện áp 148

TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN 150

6.1 Giới thiệu chung 150

6.2 Sơ đồ nối điện tự dùng nhà máy 150

6.3 Chọn số lượng và công suất máy biến áp tự dùng 152

6.3.1 Máy biến áp tự dùng làm việc bậc 1 152

6.3.2 Máy biến áp tự dùng dự trữ bậc 1 152

6.3.3 Máy biến áp tự dùng làm việc bậc 2 153

6.3.4 Máy biến áp tự dùng dự trữ bậc 2 153

6.4 Chọn khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua mạch tự dùng 154

6.4.1 Tính toán các điểm ngắn mạch 154

6.4.2 Chọn máy cắt, dao cách ly 157

6.4.3 Chọn cáp cho mạch tự dùng 162

6.4.4 Chọn thanh góp cho mạch tự dùng 164

6.4.5 Chọn sứ đỡ cho thanh góp mạch tự dùng 167

6.5 Kiểm tra khả năng tự khởi động của động cơ 168

6.5.1 Kiểm tra khả năng tự khởi động của các động cơ trên thanh góp 6, 3 kV 169

6.5.2 Kiểm tra khả năng tự khởi động của các động cơ trên thanh góp 0,4 kV 169

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 TLTK [1]: Sách thiết kế Nhà máy điện và trạm biến áp, PGS Nguyễn Hữu Khái, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2006

2 TLTK [2]: Tài liệu của bộ môn Hệ thống điện – Khoa điện, Trường Đại học Bách khoa

Đà Nẵng

3 TLTK [3]: Giáo trình cao áp, Võ Viết Đạn, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1972

4 TLTK [4]: Sách thiết kế Nhà máy điện và trạm biến áp, PGS Nguyễn Hữu Khái, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 1999

5 TLTK [5]: Sổ tay tra cứu và lựa chọn thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV, Liên Xô cũ

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN 1.1 Chọn máy phát điện

Nhiệm vụ thiết kế: Thiêt kế phần điện trong nhà máy điện kiểu: NHIỆT ĐIỆN

NGƯNG HƠI, Công suất: 120 MW, gồm có: 4 tổ máy 30 MW Việc chọn số lượng và

công suất máy phát điện cần chú ý các điểm sau đây:

- Máy phát có công suất càng lớn thì vốn đầu tư , tiêu hao nhiên liệu để sản xuất ra

một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hàng năm càng nhỏ Nhưng về mặt cung cấp

điện thì đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không hơn dự trữ quay về của hệ thống

- Để thuận tiện trong việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọn máy phát

cùng loại

- Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng định mức và dòng ngắn mạch ở

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

Theo nhiệm vụ thiết kế thì nhà máy ta cần thiết kế là nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

nên chọn máy phát là kiểu tua bin hơi

Với công suất của mỗi tổ máy đã có nên ta chọn chỉ việc chọn máy phát có công suất

tương ứng và chọn máy phát có công suất cùng loại

Ta chọn cấp điện áp máy phát là 10,5 kV vì cấp điện áp này thông dụng

Tra sách tài liệu tham khảo 1 ( TLTK[1] ), ta chọn được máy phát điện theo bảng 1.1

Bảng 1.1

Loại MF

n v/p

Sđm MVA

1.2 Tính toán cân bằng công suất

Việc tính toán cân bằng công suất trong nhà máy điện giúp ta xây dựng được đồ thị phụ tải tổng cho nhà máy

Từ đồ thị phụ tải tổng của nhà máy điện, ta có thể định lượng công suất cần tải cho

các phụ tải ở các cấp điện áp tại các thời điểm và đề xuất các phương án nối dây hợp lý

cho nhà máy

Nhà máy này có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải sau:

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

Công suất cực đại PUFmax= 40 MW

+ SUF(t) là công suất phụ tải cấp điện áp

máy phát tại thời điểm t

+ P% là phần trăm công suất phụ tải

cấp điện áp máy phát theo thời gian

+ PUFmax, cosUF là công suất cực đại và

hệ số công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

100 P%

1.2.2 Phụ tải cấp điện áp trung (110 kV)

Công suất cực đại PUTmax= 50MW

Hệ số cosUT = 0,8

Đồ thị phụ tải hình H:1.2:

Công suất phụ tải cấp điện áp trung được

tính theo công thức sau:

UT

max UT UT

cos

P

%

P)

+ SUT(t) là công suất phụ tải cấp điện áp

trung tại thời điểm t

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

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

Áp dụng công thức (1.2) kết hợp với (H:1.2), ta có bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp trung như bảng 1.3:

Bảng 1.3

1.2.3 Phụ tải cấp điện áp cao (220 kV)

Công suất cực đại PUCmax= 20 MW

Hệ số cosUC = 0,8

Đồ thị phụ tải hình H:1.3:

Công suất phụ tải cấp điện áp cao được

tính theo công thức sau:

UC

max UC UC

cos

P

%

P)

Trong đó:

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

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

+ PUCmax, cosUC là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp cao

Áp dụng công thức (1.3) kết hợp với (H:1.3), ta có bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp cao như bảng 1.4:

Bảng 1.4

1.2.4 Công suất tự dùng của nhà máy

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

td

S

)t(S.6,04,0.S.)t(

Trong đó:

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

+ α là hệ số tự dùng cho nhà máy, α = 6%

+ SF(t) là công suất phát của nhà máy tại thời điểm t

+ SNM là công suất đặt toàn nhà máy, SNM = 150 MVA

Vì nhà máy phát luôn hết công suất nên công suất phát của nhà tại mọi thời điểm t là:

150 6 , 0 4 , 0 150

%.

6 )

1.2.5 Công suất dự trữ của toàn hệ thống

Công suất dự trữ của toàn hệ thống được xác định theo cônh thức sau:

(1.4)

1.2.6 Bảng tổng hợp phân bố công suất của toàn nhà máy

Nhà máy ta liên hệ với hệ thống và luôn phát hết công suất Với phụ tải luôn Tiến động theo thời gian vì vậy giữa nhà máy và hệ thống có liên hệ với nhau 1 lượng công suất và được xác định như sau:

Sth = SNM - [SUF (t)+ SUT (t) + SUC (t) + Std (t) ] = SNM - S∑ (t) (1.5) Qua tính toán ở trên, ta lập được bảng số liệu cân bằng công suất của toàn nhà máy theo thời gian trong một ngày như bảng 1.5

ở các cấp điện áp

Đồ thị phụ tải tổng của nhà máy như hình 1.4

1.3 Vạch sơ đồ nối điện

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình tính toán thiết kế nhà máy điện Vì vậy cần nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắm vững các số liệu ban đầu Dựa vào bảng 1.5 và các nhận xét tổng quát, ta tiến hành đề xuất các pương

án nối dây có thể Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải, phải khác nhau về cách ghép nối các máy biến áp với các cấp điện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện, Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

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

- Công suất bộ máy phát máy - biến áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống: SdtHT = 6% 2000= 100 MVA

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

áp tự ngẫu liên lạc thì không cần điều kiện này

- Khi phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ có thể lấy rẽ nhánh từ bộ máy phát máy biến

áp nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được vược quá 15% của bộ

- Máy biến áp ba cuộn dây chỉ sử dụng khi công suất truyền tải qua cuộn dây này không nhỏ hơn 15% công suất truyền tải qua cuộn dây kia Đây không phải là điều qui định mà chỉ là điều cần chú ý khi ứng dụng máy biến áp ba cuộn dây Như ta đã biết, tỷ số công suất các cuộn dây của máy biến áp này là 100/100/100; 100/66,7/66,7 hay 100/100/66,7, nghĩa là cuộn dây có công suất thấp nhất cũng bằng 66,7% công suất định mức Do đó nếu công suất truyền tải qua một cuộn dây nào đó quá nhỏ sẽ không tận dụng được khả năng tải của nó

- Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc tự ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp

- Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía điện áp cao và trung áp có trung tính trực tiếp nối đất (U ≥ 110 kV)

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

- Không nên nối song song hai máy biến áp hai cuộn dây với máy biến áp ba cuộn dây vì thường không chọn được hai máy biến áp có tham số phù hợp với điều kiện để vận hành song song

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

% 96 , 21

% 100 150

94 , 32

% 100

S

S S

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

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

1.3.1 Phương án 1

1.3.1.1 Mô tả sơ đồ

- Sơ đồ gồm 4 máy phát F1, F2, F3, F4 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

- Dùng hai máy biến áp 3 pha, 3 cuộn dây B1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

1.3.1.3 Nhược điểm

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

thống thanh góp cấp điện áp máy phát rất phức tạp

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

1.3.2 Phương án 2

1.3.2.1 Mô tả sơ đồ

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

- Dùng hai máy biến áp ba pha ba cuộn dây B1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp

và giữa nhà máy với hệ thống

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

Hình 1.5: Sơ đồ nối điện phương án1

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

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

B3

Hình 1.6: Sơ đồ nối điện phương án 2

1.3.3 Phương án 3

1.3.3.1 Mô tả sơ đồ

- Sơ đồ gồm 4 máy phát F1, F2, F3, F4 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

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

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

thống thanh góp cấp điện áp máy phát rất phức tạp

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

Hình 1.7: Sơ đồ nối điện phương án 3

1.3.4 Phương án 4

1.3.4.1 Mô tả sơ đồ

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

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

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

Hình 1.8: Sơ đồ nối điện phương án 4

B3

1.3.4.3 Nhược điểm

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

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

1.3.5 Phương án 5

1.3.5.1 Mô tả sơ đồ

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

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

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

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

1.3.5.3 Nhược điểm

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

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

- Vì có bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây nối ở phía cao nên tốn kém vì phải

dùng thiết bị có cách điện cao

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

1.3.6 Kết luận

Qua phân tích ưu, nhược điểm của từng phương án, ta thấy phương án 1 và phương án

2 đảm bảo về mặt kỹ thuật và có ưu điểm hơn so với các phương án khác Nên ta chọn phương án 1 và phương án 2 để tính toán, so sánh kinh tế, kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu

CHƯƠNG 2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP, TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

CHỌN KHÁNG ĐIỆN PHÂN ĐOẠN 2.1 Chọn máy biến áp

2.1.1 Các yêu cầu cơ bản

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng Trong hệ thống điện, tổng công suất các

máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện Vì vậy

vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất cao Công suất của máy biến áp được chọn phải đảm

bảo đủ khả năng cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải, không những trong điều kiện làm

việc bình thường mà ngay cả lúc sự cố Chế độ làm việc định mức của máy biến áp phụ

thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường nhưng do có thể đặt hàng theo điều kiện khí hậu tại

nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ

2.1.2 Chọn máy biến áp cho phương án 1

Hình 2.1: Sơ đồ nối điện phương án 1

2.1.2.1 Chọn máy biến áp liên lạc B 1 , B 2

Máy biến áp liên lạc là máy biến áp ba pha, ba cuộn dây,công suất được chọn theo

1 max 4

Uđm ( KV ) P (KW) UN % Io %

2.1.2.2 Kiểm tra quá tải máy biến áp

1 Kiểm tra quá tải sự cố

Vì công suất định mức của máy biến áp B1, B2 được chọn lớn hơn công suất tính toán

nên không cần kiểm tra quá tải bình thường

2 Kiểm tra quá tải sự cố

Giả sử sự cố máy biến áp B2, thì máy biến áp B1 với khả năng quá tải sự cố cho phép

cung cấp đủ công suất phụ tải cấp điện áp trung, cao lúc cực đại Nghĩa là:

)(

đmB1 UTmax UCmax dtHT

sc

K    ( 2.3 )

Vì: SUCmax – SdtHT = 25 – 100 = -75 ( MVA ) < 0, tức là hệ thống đủ cung cấp cho phụ

tải điện áp cao lúc cực đại Do đó, điều kiện (2.3) trở thành:

sc

S S

K  ( 2.4 )

 44 , 64 ( )

4 , 1

5 , 62

max

K

S S

sc qt

UT

Đối với máy biến áp ba pha, ba cuộn dây lấyK qt sc 1,4

Vậy, các máy biến áp đã chọn thỏa mãn điều kiện làm việc lúc bình thường cũng như

sự cố

2.1.3 Chọn máy biến áp cho phương án 2

2.1.3.1 Chọn máy biến áp nối bộ B 3

Máy biến áp nối bộ B3 là máy biến áp ba pha, hai cuộn dây nên điều kiện chọn như sau:

B3

Hình 2.2 : Sơ đồ nối điện phương án 2

Tra phụ lục III.4 TLTK [1] ta chọn loại máy biến áp có thông số như bảng 2.2:

Bảng 2.2

Loại

MBA

Sđm MVA

Uđm ( kV ) P (kW) UN % Io %

C H PO PN

2.1.3.2 Chọn máy biến áp liên lạc B 1 , B 2

Máy biến áp liên lạc là máy biến áp ba pha, ba cuộn dây,công suất được chọn theo công thức:

1 max 3

2.1.3.3 Kiểm tra quá tải máy biến áp

1 Kiểm tra quá tải sự cố

Vì công suất định mức của máy biến áp B1, B2, B3 được chọn lớn hơn công suất tính

2 Kiểm tra quá tải sự cố

Vì máy biến áp B3 là loại máy biến áp nối bộ ba pha, hai cuộn dây nên không cần kiểm tra quá tải sự cố, ta chỉ kiểm tra quá tải sự cố cho máy biến áp liên lạc B1, B2

a) Sự cố máy biến áp B3: Giả sử máy biến áp B2 bị sự cố, thì các máy biến áp B1, B2với khả năng quá tải sự cố cho phép cung cấp đủ công suất phụ tải cấp điện áp trung, cao lúc cực đại Nghĩa là:

)(

2K qt sc S đmB1 S UTmax  S UCmax S dtHT ( 2.8 )

Vì: SUCmax – SdtHT = 25 – 100 = -75 ( MVA ) < 0, tức là hệ thống đủ cung cấp cho phụ tải điện áp cao lúc cực đại Do đó, điều kiện (2.8) trở thành:

max 1

2K qt sc S đmB S UT ( 2.9 )

4 , 1 2

5 , 62

Đối với máy biến áp ba pha, ba cuộn dây lấyK qt sc 1,4

Vậy, các máy biến áp đã chọn thỏa mãn điều kiện làm việc lúc bình thường cũng như

sự cố

b) Sự cố một máy biến áp liên lạc: Giả sử máy biến áp B2 bị sự cố, điều kiện kiểm tra quá tải sự cố máy biến áp B1 như sau:

)(

)(

đmB1 UTmax UCmax dtHT đmF4 tdF4max

) 25 , 2 5 , 37 ( 5 , 62 )

S S

sc qt

tdF đmF

UT

Đối với máy biến áp ba pha, ba cuộn dây lấyK qt sc 1,4

Vậy, các máy biến áp đã chọn thỏa mãn điều kiện làm việc lúc bình thường cũng như

sự cố

2.2 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp

Tổn thất điện năng trong máy biến áp bao gồm 2 thành phần :

+ Tổn thất không tải không phụ thuộc vào phụ tải

+ Tổn thất có tải phụ thuộc vào phụ tải

2.2.1 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp cho phương án 1

Hai máy biến áp liên lạc B1, B2 là hai máy biến áp ba pha, ba cuộn dây giống nhau và

đồ thị phụ tải là đồ thị bậc thang nên ta sử dụng công thức sau:

đmB

H i

NT đmB

T i

NC i

đmB

C B

S

S t

P S

S t

P S

S n

t P n

2

1 0

2

,

Trong đó:

+ SCi, STi, SHi : là công suất qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp và được tính theo các công thức sau:

) (

4 1 max 4

1

t S S

+ P0 là tổn thất không tải máy biến áp

+ P , P , P là tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao, cuộn trung,

Do nhà chế tạo chỉ cho biết trị số PC-T = 320 kW, do đó có thể xem tổn thất ngắn

mạch của các cuộn dây xem như bằng nhau và bằng:

9 , 239783 38

, 72734 29

, 51335 (

63 2

160 24

80 2

2 2

2.2.2 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp cho phương án 2

2.2.2.1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp B 3

Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha, hai cuộn dây được tính như sau:

t S

S P t P A

đmB N

2 3

2 max 0

Trong đó: + P0 là tổn thất không tải máy biến áp

+ PN là tổn thất tải của máy biến áp

+ Smax là công suất cực đại qua máy biến áp:

Smax = SđmF4 – Std4max = 37,5 – 2,25 = 35,25 ( MVA )

+ S là công suất định mức của máy biến áp B

Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B3:

2,15584508760

.40

25,35.1758760.42

2

2

2.2.2.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp liên lạc B 1 , và B 2

Hai máy biến áp liên lạc B1, B2 là hai máy biến áp ba pha, ba cuộn dây giống nhau và

đồ thị phụ tải là đồ thị bậc thang nên ta sử dụng công thức sau:

đmB

H i

NT đmB

T i

NC i

đmB

C B

S

S t

P S

S t

P S

S n

t P n

2

1 0

2

,

Trong đó:

+ SCi, STi, SHi : là công suất qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp và được tính theo các công thức sau:

) (

4 1 max 4

1

t S S

+ P0 là tổn thất không tải máy biến áp

+ PN-C, PN-T, PN-H là tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao, cuộn trung,

Do nhà chế tạo chỉ cho biết trị số PC-T = 320 kW, do đó có thể xem tổn thất ngắn

mạch của các cuộn dây xem như bằng nhau và bằng:

3 , 100704 63

, 10024 29

, 51335 (

63 2

160 24

80 2

2 2

Vậy, tổng tổn thất điện năng trong máy biến áp của phương án 2:

A = AB3 + AB1,B2 = 1558450,2 + 2593907,905 = 4152358,105 ( kWh )

2.3 Chọn kháng điện phân đoạn

Kháng điện là một cuộn dây không có lõi thép, điện kháng Xk lớn hơn điện trở rk rất

nhiều Kháng điện phân đoạn nhằm mục đích hạn chế dòng ngắn mạch khi ngắn mạch

trên các phân đoạn và tạo điện áp dư trên phân đoạn kề khi ngắn mạch trên phân đoạn đó

Do có ưu điểm trên mà ta chọn được các khí cụ điện hạng nhẹ và kinh tế hơn

- Điều kiện để chọn kháng điện phân đoạn như sau:

+ UđmK  Umạng (Umạng - điện áp đặt trên kháng)

+ IđmK  Ilvcb (Ilvcb dòng điện làm việc cưỡng bức qua kháng)

+ Chọn xK%

- Điều kiện kiểm tra:

+ Kiểm tra ổn định động Iođđ  iXK

+ Kiểm tra ổn định nhiệt I2nh tnh  BN

2.3.1 Chọn kháng điện phân đoạn cho phương án 1

2.3.1.1 Phân bố phụ tải cấp điện áp máy phát

10 = 11,76 ( MVA )

Spđ1min = Spđ3min = 0,7.11,76 = 8,23 ( MVA )

K4 PĐ4

10 MWB1

- Phụ tải phân đoạn 2 và phân đoạn 4:

Spđ2max = Spđ4max =

85,0

10

= 17,76 ( MVA )

Spđ2min = Spđ4min = 0,7.17,76 = 8,23 (MVA)

2.3.1.2 Tính dòng điện làm việc bình thường qua kháng

K bt K bt K bt

S 1  2  3  4=

2

1 ( SđmF2 - Std2max - Spđ2min )

= 2

1.( 37,5 – 2,25 – 8,23 ) = 13,51 ( MVA )

5,10.3

51,13

3

1 4

3 2

đmF

K bt

K bt K bt K bt K

U

S I

I I

2.3.1.3 Tính dòng điện làm việc cưỡng bức qua kháng

a Một máy biến áp liên lạc nghỉ, giả sử B2 nghỉ

Trong trường hợp này công suất qua kháng K1, K4 là lớn nhất:

Trong đó: SB1 = min { Sthmax; Kqtsc.SđmB1 }

Với: Kkqtsc SđmB1 = 1,4.63 = 88,2 ( MVA )

4 1 max 4

=

21.( 88,2 + 2,25 + 11,76 – 37,5 ) = 32,36 ( MVA )

b Khi một tổ máy phát F1 ( hoặc F3 ) nghỉ làm việc

Giả thiết máy phát F1 nghỉ làm việc Trong trường hợp này, công suất qua kháng K1 và

2

1 max 4

2

UF td

4 2

SđmFi - 

4 1

Stdmax - SUFmax)

2

1 (3.37,5 – 9 – 47,06 ) = 28,22 ( MVA )

S =

2

1 ( SB1min + Std1max + Spđ1max ) =

2

1.( 28,22 + 2,25 + 11,76 ) = 21,12 ( MVA )

- Khi phụ tải cấp điện áp máy phát cực tiểu:

SB1max =

2

1 (

4 2

SđmFi - 

4 1

Stdmax - SUFmin)

2

1 (3.37,5 – 9 – 32,94 ) = 35,28 ( MVA )

S =

2

1 ( SB1max + Std1max + Spđ1min ) =

2

1.( 35,28 + 2,25 + 8,23 ) = 22,88 ( MVA )

S ; 2

1

b K

S } = max { 21,12; 22,88 } = 22,88 ( MVA )

c Khi một tổ máy phát F2 ( hoặc F4 ) nghỉ làm việc

Giả thiết máy phát F2 nghỉ làm việc.Lúc này, công suất qua K1 và K2 lớn nhất:

1.( Spđ2max + Std2max ) =

21.( 11,76 + 2,25 ) = 7,01 (MVA)

d Khi sự cố đứt mạch vòng

Giả thiết K2 bị sự cố Lúc đó, công suất truyền qua kháng K2 là lớn nhất :

d K

S 1 = SđmF2 - Std2max - Spđ2min = 37,5 – 2,25 – 8,23 = 27,02 ( MVA )

Vậy, công suất cưỡng bức lớn nhất qua kháng K1, K2, K3, K4:

S 1; c K

S 1; d K

S 1 } = max { 32,36; 22,88; 7,01; 27,02 } = 32,36 ( MVA ) Dòng điện cưỡng bức qua các kháng:

5 , 10 3

36 , 32

2.3.1.5 Kiểm tra tổn thất điện áp

a Điều kiện làm việc bình thường:

0,527 = 4,69 % < 5 % (thỏa mãn) Vậy, chọn kháng điện có X = 10 %

2.3.2 Chọn kháng điện phân đoạn cho phương án 2

2.3.2.1 Phân bố phụ tải cấp điện áp máy phát

Theo sơ đồ hình 2.4 ta có:

Spđ1max = Spđ3max =

85,0

10 = 11,76 ( MVA )

Spđ1min = Spđ3min = 0,7.11,76 = 8,23 ( MVA )

Spđ2max = 23,53

85,0

2

1.( 37,5 – 2,25 – 16,47 ) = 9,39 ( MVA )

5,10.3

39,9

3

1 2

K bt K

U

S I

2.3.2.3 Tính dòng điện làm việc cưỡng bức qua kháng

a Một máy biến áp liên lạc nghỉ, giả sử B2 nghỉ

a K

b Khi máy phát F1 ( hoặc F3 ) nghỉ làm việc

Giả sử máy phát F1 nghỉ làm việc Lúc đó, công suất truyền qua kháng K1 lớn nhất:

2

UF td

3 2

SđmFi - 

3 1

Stdmax - SUFmax)

2

1 (2.37,5 – 3.2,25 – 47,06 ) = 10,595 ( MVA )

 1

1

b

K

S = SB1min + Std1max + Spđ1max = 10,595 + 2,25 + 11,76 = 24,61 ( MVA )

- Khi phụ tải cấp điện áp máy phát cực tiểu:

SB1max =

2

1 (

3 2

SđmFi - 

3 1

Stdmax - SUFmin)

2

1 (2.37,5 – 3.2,25 – 32,94 ) = 17,66 ( MVA )

c Khi máy phát F2 nghỉ làm việc

1.( Spđ2max + Std2max ) =

2

1.( 23,53 + 2,25 ) = 12,89 ( MVA )

Vậy, công suất cưỡng bức lớn nhất truyền qua kháng K1, K2:

S 1; c K

S 1 } = max { 45,79; 28,14; 12,89 } = 45,79 ( MVA )

Dòng điện cưỡng bức qua các kháng:

5 , 10 3

79 , 45

2.3.2.5 Kiểm tra tổn thất điện áp

a Điều kiện làm việc bình thường:

0,527 = 4,42 % < 5 % (thỏa mãn)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

3.1 Giới thiệu chung

 Mục đích: Tính dòng điện ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và các phần tử có

dòng điện chạy qua

 Dạng ngắn mạch: Thông thường ngắn mạch ba pha đối xứng là loại ngắn mạch có

dòng điện ngắn mạch lớn nhất nên ta sử dụng ngắn mạch ba pha đối xứng làm dạng ngắn

mạch tính toán

 Phương pháp tính: Sử dụng phương pháp đường cong tính toán vì phương pháp này

có thể tính được dòng điện ngắn mạch tại các thời điểm khác nhau mà bước tính ít hơn so

với phương pháp đại số

3.2 Tính toán ngắn mạch cho phương án 1

3.2.1 Sơ đồ tính toán và các điểm ngắn mạch

3.2.1.1 Sơ đồ tính toán

3.2.1.2 Các điểm ngắn mạch tinh toán

1 Điểm N1

 Mục đích: Để chọn, kiểm tra khí cụ điện và dây dẫn các mạch phía cao áp

 Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành

bình thường

2 Điểm N2

 Mục đích: Để chọn, kiểm tra khí cụ điện và dây dẫn các mạch phía trung áp

 Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành

bình thường

3 Điểm N3

 Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện mạch hạ áp máy biến áp liên lạc

 Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành

bình thường, trừ máy biến áp B1 nghỉ làm việc

10 MWB1

5 Điểm N5, N5’, N6, N6’

 Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện mạch máy phát

 Trạng thái sơ đồ:

+ Điểm N5: Chỉ có máy phát F1 làm việc

+ Điểm N5’: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành bình thường, trừ máy phát F1 nghỉ làm việc

+ Điểm N6: Chỉ có máy phát F2 làm việc

+ Điểm N6’: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành bình thường, trừ máy phát F2 nghỉ làm việc

3.2.2 Tính toán các thông số của sơ đồ thay thế

3.2.2.1 Sơ đồ thay thế

3.2.2.2 Các đại lượng cơ bản

Chọn các đại lượng cơ bản:

Scb = 100 MVA

Ucb = Utb ở các cấp điện áp

5 , 10 3

100

3 10,5

5 ,

U

S I

100

3 110

U

S I

100

3 220

U

S I

cb

cb

X16 0,013

UH

E4

Hình 3.2: Sơ đồ thay thế

X1 0,408

X2 0,408

X3 0,408

X10

0

X4 0,408

X12

0,151

X5 0,272