ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN 2

CHỈNG I CN BỊNG CNG SUT VẢCH PHỈNG ẠN NI DY 11CHON MẠY PHẠT IN Trong nhim vủ thit k: Thit k phưn in trong nhaì mạy in kiu: Nhit in ngỉng hi, cng sut 240MW gưm 4 t mạy cng sut 60 MW cọ nhim vủ cung cp cho cạc phủ taíi í cạc cp in ạp khạc nhau. Vic chon s lỉng vaì cng sut mạy phạt cưn chụ y my im sau: Mạy phạt cọ cng sut caìng ln thç vn ưu tỉ ln, tiu hao nhin liu saín xut ra mt n v in nng vaì chi ph vn haình haìng nm caìng nhoí. Nhỉng vư mt cung cp in thç oìi hoíi cng sut cuía mạy phạt ln nht khng hn dỉ trỉỵ quay vư cuía h thng. thun tin trong vic xy dỉng cuỵng nhỉ vn haình vư sau nn chon mạy phạt cuìng loải. Chon in ạp nh mỉc cuía mạy phạt ln thç doìng nh mỉc vaì doìng ngn mảch í cp in ạp naìy seỵ nhoí vaì do ọ d daìng chon kh củ in hn. Theo nhim vủ ỉc giao thit k: Tra sạch ”Thit k nhaì mạy in vaì trảm bin ạp” cuía PGS Nguyn Hỉỵu Khại ta chon ỉc mạy phạt in theo baíng11.

CHƯƠNG I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT - VẠCH PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

1-1CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN

Trong nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện kiểu: Nhiệt điện ngưng hơi, công suất 240MW gồm 4 tổ máy công suất 60 MW có nhiệm vụ cung cấp cho các phụ tải ở các cấp điện áp khác nhau Việc chọn số lượng và công suất máy phát cần chú ý mấy điểm sau:

- Máy phát có công suất càng lớn thì vốn đầu tư lớn, 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 được giao thiết kế: Tra sách ”Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái ta chọn được máy phát điện theo bảng1-1

n v/p

S MVA

1-2TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

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

1-2-1 Phụ tải cấp điện áp máy phát (U F =10,5KV)

Pmax = 80 MW, Cos = 0,85 Phụ tải cấp điện áp máy phát được tính theo công thức sau:

SUF =



Cos

P t

1-2-2 Phụ tải cáp điện áp trung (U T = 35KV)

Pmax = 90 MW, Cos = 0,8 Phụ tải cấp điện áp trung được xác định theo công thức sau:

SUT =



Cos

P t

P%( ) max

(1-2) Dựa vào đồ thị phụ tải hình 2 và công thức (1-2) ta được bảng phân bố công suất cấp điện áp trung như trong bảng 1-3

Bảng 1-3

T(h) 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-20 20-24 SUT(MVA) 90 112,5 90 101,25 112.5 101,25 90

1-2-3 Công suất phát của nhà máy S FNM

SFNM =

c Cos

P t P

Bảng 1-4

1-2-4.Công suất tự dùng của nhà máy S TD

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

STDt =  SNM(0,4 +0,6

nm

t S

S

Trong đó :STDt -Phụ tải tự dùng tại thời điểm t

SNM - Công suất đặt của toàn nhà máy

St - Công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t

1-2-5 Công suất dự trữ của toàn bộ hệ thống

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

SDTHT =KDT.SHT +SNM - SUFmax - SUTmax - STD =5.2000 + 300 - 94,117-112,5-15 = 178,383 (MVA)

1-2-6 Công suất thừa phát về hệ thống S th

Vì nhà máy chỉ phát theo yêu cầu của phụ tải nên ta có:

Sth(t) = SNM(t) - (SUfmax(t) + SUtmax(t) + STD(t)) (1-5) Theo công thức (1-5) và đồ thị phụ tải ta có bảng phân bố công suất thừa như trong bảng 1-6

M 300 300 300 300 300 300 240 240 240 210 210 STD 15 15 15 15 15 15 13,2 13,2 13,2 12,3 12,3

Từ bảng 1-7 ta xây dựng đồ thị phụ tải như hình1

-

I Đồ thị phụ tải tổng

II Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung

III Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát

IV Đồ thị phụ tải tự dùng

1-3.VẠCH PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN

1-3-1 Đề xuất phương án nối điện

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một nhiệm vụ quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắm vững số liệu ban đầu, dựa vào bảng cân bằng công suất và các nhận xét tổng quát ở trên để tiến hành vạch ra các phương án nối dây có thể Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy biến áp với các cấp điện áp khác nhau, số lượng và dung lượng máy phát, máy biến áp, số bộ máy phát - máy biến áp, số máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

Nếu ta chọn phương án không hợp lý thì dẫn đến không đảm bảo độ tin cây cung cấp điện, tổn thất điện năng lớn, chi phí xây dựng cao, vận hành phức tạp

Do vậy cần vạch ra hàng loạt các sơ đồ nối điện khác nhau, từ đó sơ bộ phân tích kinh tế, kỹ thuật các phương án và chọn ra một vài phương án hợp lý để tính toán so sánh kinh tế

Các phương án vạch ra cần phải thoả mãn một số yêu cầu kỹ thuật sau:

-Thành phần phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát so với công suất của toàn hệ thống

SUFmax = max x100

S

S S

do các nguồn khác nối vào thanh góp điện áp trung có thể cung cấp được)

-Công suất của mỗi bộ máy phát - máy biến áp không lớn hơn dự trữ quay về của hệ thống

-Số lượng máy biến áp ít

-Sơ đồ đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp và đảm bảo liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa các tổ máy với hệ thống

-Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật ,có khả năng phát triển phụ tải ở các cấp với công suất trong phạm vi cho phép một cách dễ dàng

-Ba máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát nên có dòng ngắn mạch lớn

Do đó chọn khí cụ điện hạng nặng đắt tiền

b Ưu - Nhược điểm

-Sơ đồ đảm bảo về mặt cung cấp điện cho các phụ tải

-Có sự liên kết giữa các cấp điện áp

-Có khả năng phát triển thêm phụ tải trong giới hạn cho phép

-Mạch có dòng ngắn mạch lớn ở thanh góp

-Số lượng máy biến áp ít

1-3-3 Phương án 3

a Mô tả

-Dùng máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

-Dùng 2 máy biến áp 3 cuộn dây để liên lạc giữa các cấp điện áp :cao -trung - hạ

a.Mô tả phương án

-Phương án này xây dựng hệ thống thanh góp cấp điện áp máy phát gồm hai phân đoạn nối với 2 máy phát và nối với nhau qua 1 kháng điện phân đoạn, 2 máy phát còn lại nối bộ với cấp cao và trung

-Công suất thừa của hệ thống thanh góp cấp điện áp máy phát được truyền lên cấp trung và cao nhờ 2 máy biến áp liên lạc

CHƯƠNG II CHỌN MÁY BIẾN ÁP - CHỌN KHÁNG ĐIỆN - TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

2-1 Một số vấn đề về chọn máy biến áp

Máy biến áp là một trong những thiết bị chính trong nhà máy điện, công suất của các máy biến áp gấp vài lần công suất của các máy phát điện trong nhà máy Vì vậy vốn đầu tư của nó chiếm một phần quan trọng trong tổng số vốn đầu tư của nhà máy điện Vì vậy việc chọn số lượng máy biến áp, công suất của chúng là rất quan trọng Công suất của máy biến áp được chọn phải đảm bảo đủ khả năng cung cấp điện theo yêu cầu của phụ tải không những trong điều kiện làm việc bình thường mà ngay cả lúc sự cố Chế độ làm việc định mức các máy biến áp phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ của môi trường, nhưng do có thể đặt hàng theo theo điều kiện khí hậu tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ

 Điều kiện chọn máy biến áp

Đối với máy biến áp 3 pha thì chọn theo điều kiện

SđmBA  SđmF

2-1-1 C họn máy biến áp cho phương án 1

a.Chọn máy biến áp liên lạc B 1 ,B 2

SđmBA 

2

th S

S

= 3.75 - 3.75.5% - 65,882 = 147,868 MVA  SđmBA 

2

th S

= 2

868 , 147

= 73,934 MVA Vậy ta chọn B1, B2 có cùng công suất định mức

SđmBA1 = SđmBA2 = 80 MVA Tra trong sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của PGS Nguyễn Hữu Khái ta chọn được B1, B2 có thông số như bảng 2-1

b.Chọn máy biến áp nối bộ

Máy biến áp này là máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây nên điều kiện chọn là:

SđmBA  SđmF = 75 Tra sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ta được thông số của máy biến áp như ở bảng 2-2

c.Kiểm tra quá tải máy biến áp

-Quá tải bình thường: công suất định mức máy biến áp được chọn lớn hơn công suất tính toán nên không cần kiểm tra quá tải bình thường

192 > 112,5 MVA

Ta nhận thấy 2Kqt.SđmBA > SUtmax nên máy biến áp chọn đã đạt yêu cầu

+ Xét sự cố máy biến áp B1 và B2

Giả sử máy biến áp B1 sự cố, lúc này máy biến áp B2 phải cung cấp cho phụ tải cấp điện áp trung cho phép quá tải trong điều kiện sau:

Kqt.SđmBA  (SUtmax - Sbộ) 1,2.80  112,5 - 80

96 > 32,5 MVA

Ta nhận thấy rằng Kqt.SđmBA > (SUtmax - Sbộ) nên máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

2-1-2 Chọn máy biến áp cho phương án 3

a Chọn máy biến áp liên lạc B 1 ,B 2

SđmBA 

2

th S

S

= 4.75 - 4.75.5% - 65,882 = 219,118 MVA  SđmBA 

2

th S

= 2

118 , 219

= 109,559 MVA Vậy ta chọn B1, B2 có cùng công suất định mức

SđmBA1 = SđmBA2 = 120 MVA Tra trong sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của Đại học Bách khoa Hà Nội ta chọn được B1, B2 có thông số như bảng 2-3

b Kiểm tra quá tải máy biến áp

-Quá tải bình thường: Công suất định mức của máy biến áp được chọn lớn hơn công suất tính toán nên không cần kiểm tra quá tải bình thường

-Quá tải sự cố: xét sự cố 1 trong 2 máy biến áp

Giả thiết máy biến áp B2 không làm việc, lúc này máy biến áp B1 phải cung cấp đủ cho phụ tải cấp trung cho phép quá tải trong điều kiện sau:

Kqt.SđmB1  SUTtmax1,2.120  112,5

144 > 112,5 MVA Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

2.2 CHỌN KHÁNG ĐIỆN

2.2.1 Mở đầu

Chọn kháng điện phân đoạn nhằm mục đích hạn chế dòng ngắn mạch trong các mạch có công suất lớn Đồng thời để duy trì điện áp trên thanh góp ở một giá trị nhất định khi có ngắn mạch sau kháng điện Điều kiện chọn:

-Dựa vào điện áp đặt trên kháng điện

-Dựa vào dòng điện làm việc cưỡng bức

-Dựa vào Xk sao cho việc hạn chế dòng ngắn mạch và đảm bảo tổn thất không vượt quá giá trị cho phép

+ Trường hợp máy phát máy biến áp có phụ tải phân bố đều nên dòng điện làm việc cưỡng bức qua kháng điện có thể xem bằng không

+Khi phân bố phụ tải cấp điện áp máy phát ta cần phân bố phụ tải thuộc phân đoạn không có máy biến áp nối vào nhiều hơn phân đoạn có máy biến áp nối vào Mục đích để khi làm việc dòng qua kháng và độ lệch áp giữa các phân đoạn là nhỏ nhất

2.2.2 Phương án 1

2.2.21 Phân bố phụ tải cấp điện áp máy phát

-Chọn phân đoạn cho cấp điện áp máy phát : Theo sơ đồ nối dây của phương án ta phân thanh góp cấp điện áp máy phát ra thành ba phân đoạn : PĐ1,PĐ2,PĐ3

-Phân bố phụ tải cho các phân đoạn

Ta đã biết phụ tải cấp điện áp máy phát gồm có:

- 3 đường dây kép 20MW dài 26 KM

- 4 đường dây đơn 5 MW dài 32 KM

- Hệ số Cos = 0,85

Ta phân phụ tải cho PĐ1 = PĐ3 và phụ tải cho PĐ2 phân đoạn không có máy biến áp nối vào càng nhiều hơn Mỗi đường dây kép 2 xuất tuyến lấy ở hai phân đoạn khác nhau đảm bảo ứng với hai nguồn khác nhau

Phân bố phụ tải như sau:

- Tại PĐ1 : + 1 đường dây đơn 5 MW

+ 2 nửa đường dây kép : 20MW

- Tại PĐ2 : + 2 đường dây đơn : 10 MW

+ 2 nửa đường dây kép : 200 MW

- Tại PĐ3 : + 1 đường dây đơn : 5 MW

+ 2 nửa đường dây kép : 20 MW

2-2-2-2 Các chế độ làm việc của kháng điện:

Kháng điện phân đoạn được chọn theo điều kiện

UđmK  UđmF

IđmK  Ilvcb

a.Xác định dòng điện qua kháng lúc làm việc bình thường

Lúc này tình trạng sơ đồ với F2 phát cực đại, phụ tải cấp điện áp máy phát cực tiểu

IK1= IK2=

đm

UF td đmF

U

S S S

3 2

min 2

=

5 , 10 3 2

85 , 0

30

% 80

% 5

75  

= 1,182 KA

b Xác định dòng điện cưỡng bức chạy trong kháng

Ta xét các sự cố xảy ra như sau:

.Sự cố một máy biến áp liên lạc: B 1 hoặc B 2

Giả thiết máy biến áp B1 nghỉ: Lúc này máy biến áp B2 với khả năng quá tải phải truyền một lượng công suất Sth hoặc KqtSđmBA

SBA = min (KqtSđmBA và Sth )

3

1 max 3

1

UFÌ TD

- Công suất truyền qua kháng được xác định

) 1 ( 2

K

S = SBA+ Std3+ SUF3- SđmF3 ( 1 )

2

K

S = 96 + 5%.75+

85 , 0

25

- 75 = 54,161 MVA

 Xét sự cố máy phát F 1 hoặc F 3

Giả sử máy phát F3 nghỉ làm việc, lúc này lượng công suất chạy qua kháng K2 là:

) 2 ( 2

1 2

1

UF tdi



=2

1(2.75- 3.5%.75- 65,882) = 36,434 MVA

MVA

85 , 0

25

% 5 75 434 , 36

) 2 ( 2

1 2

1

UF tdi

MVA

85 , 0

25

% 5 75 316 , 22

) 2 ( 2

2 ( 2

'' '

K K

 Xét sự cố máy phát F 2

Giả thiết máy phát F2 không làm việc lúc này lượng công suất chạy qua kháng K2là:

1 3

2

1

td UF

30 ( 2

1

+ 5%.75) = 19,522 MVA Vậy giá trị công suất chạy qua kháng sẽ là:

SK2 = max( SK1, SK2, SK3) = 63,713 MVA

Như vậy sự cố nặng nề nhất là lúc hỏng một máy phát F1 hoặc F3, nên chọn giá trị công suất chạy qua kháng điện lúc này làm giá trị tính toán để chọn kháng điện phân đoạn thanh góp cấp điện áp máy phát

Xác định dòng điện cưỡng bức chạy qua kháng điện

IcbK =

đm

K U

S

3 =

5 , 10 3

713 , 63

= 3,503 KA Theo tài liệu thiết kế chọn kháng điện có IKđm= 4000A số liệu của kháng điện cho trong bảng 2-4

c.Tính X K

XK = XK%.Xcb= 10%

4 3

10

= 0,144 

2-2-2-3 Kiểm tra độ lệch điện áp:

a.Lúc làm việc bình thường:

Tổn thất điện áp của kháng điện không vượt quá giá trị cho phép :

 bt K

U %  2%

 bt K

U % = XK% sin

đmK

lvbt I I

Trong đó:

cos = 0,85  sin = 0,526 Vậy  bt

K

U % = 10%

4

182 , 1.0,526= 1,55%

  bt K

U %  U cp%  đạt

b.Lúc làm việc cưỡng bức:

K U

 % < 5%

K U

 % = XK%

đm

cb I

I

sin = 10%

4

503 , 30,526 = 4,606%

K U

 % < U cp% nên kháng điện đã chọn đạt yêu cầu

2-2-3.Chọn kháng điện cho phương án 3

2-2-3-1.Phân bố phụ tải cho cấp điện áp máy phát

* Chọn phân đoạn cho cấp điện áp máy phát: Theo sơ đồ nối dây của phương án ta phân thanh góp cấp điện áp máy phát ra thành 4 phân đoạn: PĐ1, PĐ2, PĐ3, PĐ4

* Phân bố phụ tải cho các phân đoạn

2-2-3-2 Các trạng thái làm việc của kháng điện

Kháng điện phân đoạn được chọn theo điều kiện

182 , 1 5 , 10 3

507 , 21 3

b.Xác định dòng điện cưỡng bức qua kháng

Ta xét các trường hợp sau:

 Sự cố máy biến áp liên lạc

-Giả sử máy biến áp B2 nghỉ

Công suất chạy qua kháng được xác định như sau:

Trong đó: SBA = min (Sthmax, Kqt.SđmBA)

Sthmax =   

4

1 max min

4

1

i td UF

S

= 4.75 - 65,882 - 4.5%.75 = 219,118 MVA

Kqt.SđmBA = 1,2.120 = 144 MVA Vậy SBA = min (219,118 , 144) = 144 MVA

*Xét 2 trường hợp:

+ Trường hợp Spđ1max

SK1 = SK4 =1/2(144 + 100%.10/0,85 + 5%.75 - 75) = 42,257 MVA + Trường hợp Spđ1min

1

4

2 max min

4

2

td UF

SK1=

2

85 , 0

10 934 ,

30

= 17,647 MVA

 Khi đứt mạch vòng :

SK1= SK4= SđmF2-SUF2min-Std2max = 75- 80%

85 , 0

30

- 5%75 = 43,014 MVA Vậy sự cố nặng nề nhất là lúc đứt mạch vòng Nên ta chọn giá trị này để tính chọn kháng điện ở thanh góp cấp điện áp máy phát

Dòng điện cưỡng bức chạy qua kháng

014 , 43

= 2,365 KA Theo tài liệu thiết kế ta chọn kháng điện có Iđm= 4000 A số liệu cho như bảng 2-5

Với XK% = 10%  XK= 10%Xcb= 10%

4

10

= 0,144 

2-2-3-3 Kiểm tra tổn thất điện áp :

a.Lúc làm việc bình thường :

Tổn thất điện áp trên kháng không vượt quá giá trị cho phép

Ukbt% < 2%

Ukbt% = Xk%

dm

bt lv I

Uk

bt

%<Ucp nên kháng điện đạt yêu cầu

b.Lúc làm việc cưỡng bức :

Ukcb%<Ucp% Vậy kháng đã chọn đạt yêu cầu

2-3 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG :

-Tổn thất điện năng trong máy biến áp gồm hai thành phần:

-Tổn thất sắt không phụ thuộc vào đồ thị phụ tải và chỉ là tổn thất không tải trong máy biến áp

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

2-3-1 Tính tổn thất cho phương án 1

a.Tổn thất điện năng trong máy biến áp B 3

Do SđmF1< SUT nên máy phát phát hết công suất và máy biến áp B3 phải tải một lượng công suất là:

SB3 = SđmF4- Std=75-5%.75=71,85(MVA)

Tổn thất điện năng trong một ngày đêm của máy biến áp B3 là:

AB3= P.t +PN.

3 3

đmB

B S

S

.t = 53.24+20

80

85 , 71.24=1703,1 KWh

Tổn thất trong một năm:

AB3 = 1703,1365.10-3=621,631 MWh Tổn thất điện năng trong máy biến áp 3 cuộn dây:

-Đối với máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây nhà chế tạo cho biết công suất định mức của máy biến áp, tỷ số công suất các cuộn dây so với công suất định mức của máy biến áp, tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch

-Dựa vào đồ thị phụ tải của từng cuộn dây để xác định tổn thất điện năng trong máy biến áp Nếu công suất của mỗi cuộn dây bằng 100% công suất định mức của máy biến áp thì tổn thất ngắn mạch của cuộn cao, trung và hạ được tính như sau:

PNC = 0,5 (PNC-T + PNC-H - PNT-H)

PNT = 0,5 (PNC-T + PNT-H - PNC-H)

PNH = 0,5 (PNC-H + PNT-H - PNC-T) -Trường hợp nhà chế tạo chỉ cho biết trị số PNC-H thì tổn thất ngắn mạch của từng cuộn dây xem như giống nhau và bằng 0,5 PNC-H

-Tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây đối với tỷ số công suất của các cuộn dây 100/100/100 so với công suất định mức của máy biến áp xác định theo biểu thức:

S

2

2

).tITrong đó : Sic, SiT, SiH là tổng công suất qua các cuộn cao, trung, hạ của những máy biến áp vận hành song song trong thời gian ti

Ta có: PNC= PNT = 0,5.390 = 195KW

STi = SUTi - Sbộ

SCi = SUiC - Sbộ = 0

SH = ST + SC = ST Theo đồ thị ta có bảng 2.3.1

2 2

A= 2.82.24 + 2

80 2

1195(12159,375 + 12159,375) = 4306,48 KWh -Tổn thất trong một năm của hai máy biến áp:

A= 4306,48.36510  3=1533,107 MWh -Vậy tổn thất điện năng trong một năm của hệ thống:

A= 621,613 + 1533,107 = 2154,738 MWh

2-3-2.Tính tổn thất điện năng cho phương án 3:

-Tổn thất trong máy biến áp được xác định theo công thức sau:

S

2

2

).tI Trong đó: PNC = PNT= 0,5.550 = 275 KWh

ST = SUT-Sbộ

SC =SUC - Sbộ

SH = ST+SCTheo đồ thi phụ tải ta c bảng 2-3-2

2 2

1275(243759,375 + 243759,375 ) = 16175,126 KWh -Tônt thất điện năng trong một năm:

A= 16175,126.365 3

10 = 5903,921 MWh

N6

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Ngắn mạch là sự cố quan trọng thường xảy ra trong hệ thống điện Vì vậy các khí cụ điện phải được tình toán và lựa chọn sao cho không những đảm bảo làm việc ở chế độ bình thường mà có thể chịu được khi xảy ra sự cố ngắn mạch

Để kiểm tra các phần tử trong hệ thống điện đảm bảo ổn định động và ổn định nhiệt Chúng ta cần phải dự báo các tình trạng ngắn mạch có thể xảy ra và xác định dòng điện ngắn mạch tính toán tương ứng Các số liệu về dòng điện ngắn mạch là căn cứ quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ rơle và định phương thức vận hành hệ thống

Do đoú tính toán ngắn mạch là một phần quan trọng không thể thiếu trong thiết kế nhà máy điện và hệ thống điện, phương pháp tính toán ở đây là phương pháp đường cong tính toán

3-1.TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN 1

3-1-1 Chọn điểm ngắn mạch tính toán

- Điểm N1: + Mục đích dùng để tính chọn khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua ở mạch cao áp

+ Tình trạng sơ đồ: Toàn bộ các nguồn, các máy phát của nhà máy và hệ thống đều làm việc bình thường

-Điểm N2 : + Mục đích dùng để chọn khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua ở mạch trung áp

+Tình trạng sơ đồ :Toàn bộ các nguồn, các máy phát của nhà máy và hệ thống làm việc bình thường

- Điểm N3 : + Mục đích dùng để chọn khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua ở mạch hạ áp

+Tình trạng sơ đồ :Chế độ làm việc bình thường loại trừ B1 nghỉ nhưng máy cắt phía hạ B1 đóng

-Điểm N4 : + Mục đích dùng để kiểm tra tính chọn khí cụ điện ở mạch phân đoạn

+Tình trạng sơ đồ :Máy phát F1và máy biến áp B1 không làm việc, tất cả các mạch khác và hệ thống làm việc bình thường

-Điểm N5 : + Mục đích dùng để kiểm tra và tính chọn khí cụ điện cho mạch máy phát

+Tình trạng sơ đồ :Sơ đồ vẫn hoạt động bình thường trừ F1 không làm việc

-Điểm N5’ : + Mục đích dùng để tính chọn khí cụ điện cho mạch máy phát

-Điểm N5” : + Mục đích dùng để tính chọn khí cụ điện cho mạch máy phát

+ Tình trạng sơ đồ :Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc chỉ có F2 không làm việc

-Điểm N6 và N6’ : + Mục đích dùng để tính chọn khí cụ điện ở mạch tự dùng

+ Tình trạng sơ đồ :Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc bình thường

Điểm N7 : + Mục đích dùng để tính chọn khí cụ điện cho mạch nối bộ

+ Tình trạng sơ đồ :Tất cả các máy phát hệ thống đều làm việc bình thường

3-1-2.Sơ đồ thay thế và các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối

a.Sơ đồ thay thế:

b Xác định các đại lượng tính toán

-Chọn các đại lượng cơ bản:

115 3

100

cb U

S

KA

560 , 1 37 3

100 3

cbT

cb U S

KA

498 , 5 5 , 10 3

100 3

cbH

cb cbH

U

S

KA Tính giá trị các điện kháng:

-Điện kháng của máy phát

X”Fcb* = XF1* = XF2* = XF3* = XF4* = X“d

đm

cb S

S

75

100 146 ,

1

2

1

2 2

cb

cb U

S l x

-Máy biến áp B3:

118 , 0 80 100

100 5 , 9

100

%.

3 3

S

S U X

- Máy biến áp B1 và B2:

Khi công suất các cuộn dây bằng nhau, điện kháng của cuộn cao, trung, hạ được xác định như sau:

cb H NT T

NC H

NC Ccb

S

S U

U U

NT T

NC Tcb

S

S U

U U

NT H

NC Hcb

S

S U

U U

100 25 , 0

*

ht

cb đmht htcb

S

S X X

- Điện kháng của kháng điện phân đoạn:

137 , 0 4

448 , 5 100

10

I

I X X

3-2.TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

B X

- X3 = XB3 + XF1 = 0,118 + 0,194 = 0,312

2

081 , 0 2

B X

- X5 = 0 , 068

2

137 , 0 2

K X

- X6 = 0 , 097

2

194 , 0 2

F X

- X7 = [X6 //(X5 nt XF2)] nt X4 = 0,11

- X8 = (X7 // X3) nt X2 = 0,.46

Tính dòng ngắn mạch:

- Điện kháng tính toán từ phía S123

X*

100

75 146 ,

Giả thiết các máy phát có TĐK, tra đường cong tính toán để xác định được bội số của thành phần chu kỳ nó phụ thuộc vào Xttđm Theo tài liệu thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của PGS Nguyễn Hữu Khái tra bảng ta được:

300



cbC U

- Dòng ngắn mạch do nguồn hệ thống cung cấp cho N1 Vì hệ thống có công suất

vô cùng lớn nên xem EHT= const

INHT = 1 , 535

3145 , 0

506 , 0





Hcb

cbC X

X9 = X3 // X7 = 0 , 081

11 , 0 312 , 0

11 , 0 312 , 0



Tính dòng ngắn mạch

- Điện kháng định mức của máy phát trong hệ đơn vị tương đối:

100

300 081 , 0

S X

- Tra đường cong tính toán ta có:

- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:

1106 , 4 3795 , 0

560 , 1

I

- Trị số dòng ngắn mạch 3 pha tại N2:

I”(0)N2 = 21,064 + 4,1106 = 25,174 KA I”(  )

a.Biến đổi sơ đồ:

Giả thiết xảy ra N3 lúc máy biến áp B1 không làm việc, từ hình 1 ta có:

- Biến đổi Y(X8, X3, X4) (X10, X11, X12)

392 , 0

04 , 0 312 , 0 04 , 0 312 , 0

8

4 3 4

X

X X X X

312 , 0

392 , 0 04 , 0 392 , 0 04 , 0

3

8 4 8

X

X X X X

X12 = X10 // XF4 = 0 , 128

194 , 0 383 , 0

194 , 0 383 , 0

482 , 0 137 , 0 482 , 0 137 , 0

12

11 2 11

X

X X X

K

482 , 0

128 , 0 137 , 0 128 , 0 137 , 0

11

12 2 12

X

X X X

K

X15 = X14 // XF3 = 0 , 117

194 , 0 301 , 0

194 , 0 301 , 0





- Biến đổi Y(X13, X15, XK1 ) (X16, X17, X18)

117 , 0

134 , 1 137 , 0 134 , 1 137 , 0

15

13 1 13

X

X X X

K

134 , 1

117 , 0 137 , 0 117 , 0 137 , 0

13

15 1 15

X

X X X

X19 = XF1 // X17 = 0 , 112

268 , 0 194 , 0

268 , 0 194 , 0





b.Tính dòng ngắn mạch:

- Điện kháng định mức của máy phát trong hệ đơn vị tương đối

336 , 0 100

300 112 , 0

S

S X X

- Tra đường cong ta có:

I*(0) = 3,1

I* (  ) = 2,2

- Dòng điện định mức của máy phát khi U = UcbH = 10,5 KV

5 , 10 3

300



cb

F U

S

KA

- Dòng ngắn mạch do nguồn máy phát cung cấp:

I”(0) = 3,1.16,495 = 51,134 I”(  ) = 2,2.16,495 = 36,289

- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:

089 , 2

498 , 5





cbH

cbH X

I

KA

- Dòng ngắn mạch 3 pha tại N3:

I”(0) = 51,134 + 2,638 = 53,772 I”(  ) = 36,289 + 2,638 = 38,927

- Dòng xung kích iXK:

iXK = 2.KXK.I”(0) = 2.1,8.53,772 = 136,881 KA

- Trị hiệu dụng dòng xung kích:

IXK = I”(0) 1  2 (K XK  1 )2  53 , 772 1  2 ( 1 , 8  1 )2  81 , 193 KA

3-2-4 Điểm ngắn mạch tại N’ 5 :

Các máy phát và hệ thống làm việc bình thường trừ F1 không làm việc

a.Sơ đồ thay thế:

X20 = X1 nt ( XB1C // XB2C) = 0,3145 +

2

131 , 0

= 0,38

- Biến đổi Y( XF3, XK2, XB2H) ( X21, X22, X23)

081 , 0 , 0

137 , 0 194 , 0 137 , 0 194 , 0

2

2 3 2

H B

K F K F

X

X X X X

194 , 0

081 , 0 137 , 0 081 , 0 137 , 0

3

2 2 2

F

H B K H B K

X

X X X

X

137 , 0

081 , 0 194 , 0 081 , 0 194 , 0

2

2 3 2

K

H B F H B F

X

X X X

X

- X24 = X21 // XF2 = 0 , 149

194 , 0 659 , 0

194 , 0 659 , 0





- X25 = X3 // X23 = 0 , 173

312 , 0 389 , 0

312 , 0 389 , 0

275 , 0 137 , 0 275 , 0 137 , 0

24

22 1 22

X

X X X

K

275 , 0

137 , 0 149 , 0 137 , 0 149 , 0

22

1 24 1

X

X X X

137 , 0

149 , 0 275 , 0 149 , 0 275 , 0

1

24 22 24

K X

X X X X

X29 = X28 // X25 = 0 , 139

173 , 0 723 , 0

173 , 0 723 , 0





X30 = X26 // XB1H = 0 , 072

081 , 0 664 , 0

081 , 0 664 , 0

072 , 0 139 , 0 072 , 0 139 , 0

20

30 29 30

X

X X X X

139 , 0

072 , 0 38 , 0 072 , 0 38 , 0

29

30 20 30

X

X X X X

X34 = X27 // X32 = 0 , 142

236 , 0 360 , 0

236 , 0 360 , 0





b.Tính dòng ngắn mạch N’ 5 :

- Điện kháng định mức của máy phát:

- Dòng điện của máy phát khi U = UcbH:

5 , 10 3

75 3

S dm

KA

- Dòng ngắn mạch mạch do nguồn máy phát cung cấp

I”(0) = I*(o).Iđm = 3,2.12,371 = 39,587 KA I”() = I*().Iđm = 2,2.12,371 = 27,216 KA

- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp

100

75 3 142 , 0

cb

dm S

S X

- Tra đường cong tính toán ta có:

I*(o) = 3,2 I*() = 2,2

INH = 8 , 484

648 , 0

498 5

- Dòng ngắn mạch xung kích ixk

cb

dmF F S

S X

Tra đường cong tính toán ta có:

I*(o) = 6,8 I*() = 2,5 Dòng điện định mức của máy phát:

5 , 10 3

75

S đm

KA Dòng ngắn mạch mạch 3 pha tại N5

I”(0) = I*(o).Iđm = 6,8.4,123 = 28,036 KA I”() = I*().Iđm = 2,5.4,123 = 10,307 KA Dòng điện xung kích tức thời ixk

ixk = 2Kxk I”(0) = 2.1,91.28,036 = 75,729 KA Trị hiệu dụng của dòng xung kích

B X

2

137 , 0 2

K X

2

194 , 0 2

F X

- Biến đổi Y(X4, X20, X3) (X35, X36, X37)

312 , 0

38 , 0 040 , 0 38 , 0 040 , 0

3

20 4 20

X

X X X X

X36 = 0 , 383

38 , 0

040 , 0 312 , 0 040 , 0 312 , 0

20

4 3 4

X

X X X X

X38 = X36 // X6 = 0 , 077

097 , 0 386 , 0

097 , 0 386 , 0

077 , 0 068 , 0 077 , 0 068 , 0

35

38 5 48

X

X X X X

077 , 0

482 , 0 068 , 0 482 , 0 068 , 0

38

35 5 35

X

X X X X

b.Tính dòng ngắn mạch:

Điện kháng tính toán định mức của máy phát

100

75 3 155 , 0

cb

đm S

S X

Tra đường cong tính toán ta có:

I(o) = 2,9

I(  ) = 2,15 Dòng điện định mức của máy phát:

5 , 10 3

75 3

S đm

KA Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp

INH = 1 , 248

402 , 4

498 , 5





cb

cbH X

I

KA Dòng ngắn mạch tại N”5:

I”(0) = I(o).Iđm = 2,9.12,371 = 35,875 KA I”(  ) = I(  ).Iđm = 2,15.12,371 = 27,681 KA Dòng ngắn mạch 3 pha tại N3:

I”() = 27,681 + 1,248 = 28,929 KA Dòng điện xung kích tức thời ixk

ixk = 2Kxk I”(0) = 2.1,91.37,123 = 100,274 KA Trị hiệu dụng của dòng xung kích

Ixk = I”(0) 1  2 (K XK  1 ) 2  37 , 123 1  2 ( 1 , 91  1 ) 2  60 , 502 KA

3-2-7 Điểm ngắn mạch N6:

Khi xảy ra ngắn mạch N6 toàn bộ nhà máy và hệ thống làm việc bình thường, ta có:

IN6 = IN5 + IN’5 I”(0) = 28,036 + 48,071 = 76,107 KA I”() = 10,307 + 35,7 = 46,007 KA

X7 = X5 nt XF2 = 0,068 + 0,194 = 0,262

X8 = X7 // X6 =

097 , 0 262 , 0

097 , 0 262 , 0

38 , 0 118 , 0 38 , 0 118 , 0

9

20 3 20

X

X X X

B

X11 = 0 , 262

38 , 0

11 , 0 118 , 0 11 , 0 118 , 0

20

9 3 9

X

X X X

B

X12 = XF1 // X11 = 0 , 111

262 , 0 179 , 0

262 , 0 179 , 0





b.Tính toán dòng ngắn mạch

Điện kháng tính toán định mức của nhánh máy phát

X*

100

300 111 , 0

cb

đm S

S X

Tra đường cong tính toán ta có:

I(o) = 2,9

I(  ) = 2,28 Dòng điện định mức của máy phát khi U = UcbH:

5 , 10 3

I”(0) = I(o).Iđm = 2,9.16,496 = 47,838 KA I”(  ) = I(  ).Iđm =2,28.16,496 = 37,610 KA

Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp

INH = 6 , 075

905 , 0

498 , 5





cb

cbH X

I

KA Dòng ngắn mạch 3 pha tại N7:

I”(0) =47,838 + 6,075 = 53,913 KA I”(  ) = 37,610 + 6,247 = 43,685 KA Dòng điện xung kích tức thời iXK

iXK = 2KXK I”(0) = 2.1,8.53,913 = 137,24 KA Trị hiệu dụng của dòng xung kích

3-2/ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN 3

3-2-1 Chọn điểm ngắn mạch:

K1

~ F4

TD N6’

H

~ F3

+ Tình trạng sơ đồ : Các máy phát và hệ thống làm việc bình thường trừ F1nghỉ

- Điểm N4’ :

+ Mục đích : Dùng để tính khí cụ điện của mạch điện áp máy phát

+ Tình trạng sơ đồ : Chỉ có F1 làm việc

- Điểm N4’’ :

+ Mục đích : Tính chọn khí cụ điện của mạch điện áp máy phát

+ Tình trạng sơ đồ : Các máy phát và hệ thống làm việc bình thường trừ F2nghỉ

- Điểm N5 và N5’ :

+ Mục đích : Tính chọn khí cụ điện ở mạch tự dùng

+ Tình trạng sơ đồ : Các máy phát và hệ thống làm việc bình thường

- Điểm N6 :

+ Mục đích : Dùng để chọn khí cụ điện ở mạch phan đoạn

+ Tình trạng sơ đồ : Máy phát F1 và máy biến áp B1 nghỉ

- Điểm N6’ :

+ Mục đích : Dùng để tính khí cụ điện ở mạch phan đoạn

+ Tình trạng sơ đồ : Máy phát F4 không làm việc kháng K4 không làm việc

3-2-2 Sơ đồ thay thế và các đại lượng tính toán

a)Sơ đồ thay thế

b)Các đại lượng tính toán:

Chọn các đại lượng cơ bản:

S

.

3 =

115 3

S

.

3 =

73 3

100 = 1,56 KA

IcbH =

cbH

cb U

S

.

5 , 10 3

100 = 5,448 KA Tính giá trị các điện kháng

- Điện kháng của máy biến áp B1,B2

Khi công suất các cuộn dây bằng nhau, điện kháng của cuộn cao, trung và hạ được xác định như sau:

X* Ccb =

200

1(UNC-H% + UNC-T% - UNT-H%)

1

đmB

cb S S

= 200

1(10,5 + 10,5 - 6)

120 100 = 0,062

X*Tcb =

200

1(UNC-T% + UNT-H% - UNC-H%)

1

đmB

cb S S

=

200

1(10,5 + 6 - 10,5)

120

100 = 0,025

X* Hcb = 200

1(UNC-H% + UNC-H% - UNC-T%)

đmB

cb S S

=

200

1(10,5 + 6 -10,5)

120

100 = 0,025

- Điện kháng của kháng điện phân đoạn

X*cb =

100

%

k X

đmk

cb I

I

= 100

10.4

498 , 5 = 0,137

3-2-3/ Tính toán dòng điện ngắn mạch

B

C B C B X X X

B X

1 2 1

) 062 , 0

B

C B X X X

X X

1 2 1

05 , 0 062 , 0

X7 = 2

F X

= 2

194 , 0 =0,097

X8 = 4

k X

= 4

137 , 0 = 0,034

X9 = 2

F X

= 2

194 , 0 =0,097

X10 = X3 + X6 = 0,022 +0,021 = 0,043

X11 = X8 + X9 = 0,034 +0,097 = 0,131

X12 = X7//X11 =

131 , 0 097 , 0

131 , 0 097 , 0

 = 0,055

X13 = X10 + X12 = 0,043 +0,055 = 0,098

b.Tính dòng ngắn mạch:

- Điện kháng tính toán phía nhà máy

X* Hđm = X

cb

đm S

- Tra đường cong tính toán ta có:

S

3

115 3

300 = 1,506 KA

- Thành phần dòng siêu quá độ và dòng xác lập:

= 3145 , 0

502 , 0 = 1,596 KA

- Trị số dòng ngắn mạch 3 pha ại N1:

= 2

062 , 0 = 0,031

X15 =

2

1H B X

= 2

025 , 0 = 0,0125

X16 = X18 =

2

1

F X

= 2

192 , 0 = 0,097

X17 =

4

K X

= 4

137 , 0 = 0,034

X19 =

2

1

B X

= 2

025 , 0 = 0,0125

X20 = (X17 nt X18 )// X16 =

079 , 0 097 , 0 034 , 0

097 , 0 ) 097 , 0 034 , 0 (

0125 , 0 345 , 0