Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế phần điện Nhà máy điện

Người ta căn cứ vào đồ thị phụ tải để xác định công suất và dòng điện đi qua các thiết bị để tiến hành chọn thiết bị, khí cụ, sơ đồ nối điện hợp lý.. biến thiên công suất ta xây dựng đồ

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phần điện Nhà

máy điện

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG

ÁN NỐI DÂY

Chúng ta biết rằng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi Do vậy người ta phải dùng các phương pháp thống kê, dự báo, lập nên đồ thị phụ tải từ đó lựa chọn phương thức vận hành, chọn sơ đồ nối điện hợp lý, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế Người ta căn cứ vào

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

U (KV)

I (KA) cosϕ X"d X'd Xd TBΦ-100-2 117,5 100 10,5 6,475 0,85 0,183 0,263 1,79

II TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

biến thiên công suất ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp, công thức chung để tính toán như sau:

cos

=ϕTrong đó:

- S(t): Là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t

- P(t): là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

- Cosϕ: Là hệ số công suất của phụ tải

3 Phụ tải điện áp cao: S c

4 Phụ tải toàn nhà máy

Std(t): Phụ tải tự dùng tại thời điểm t

α: Hệ số % lượng điện tự dùng (Đầu bài đã cho α = 7%)

- Từ đó ta có kết quả tính toán công suất tự dùng trong bảng sau:

6 Cân bằng công suất cho toàn nhà máy, công suất phát về hệ thống

Một cách gần gần đúng ta có thể xác định công suất của toàn nhà máy

theo biểu thức sau:

Sht(t)= Snm(t) - (Std + SUF + SC + ST)

Từ đó ta có kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất cho toàn

nhà máy trong bảng sau:

- Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy:

III ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong việc thiết kế nhà máy điện là chọn sơ đồ nối điện chính Sơ đồ hợp lý không những đảm bảo về mặt kỹ thuật mà còn đảm bảo hiệu quả kinh tế

Nhà máy thiết kế gồm 4 tổ máy, công suất định mức mỗi tổ máy là 100MW cung cấp điện cho phụ tải ở 3 cấp điện áp sau

- Trước hết thấy rằng phụ tải địa phương khá nhỏ so với công suất của

phương chỉ chiếm 10% công suất của 1 máy phát điện Do đó nhà máy không cần dùng thanh góp điện áp máy phát

biến áp tự ngẫu để liên lạc

áp lên thanh góp trung áp

- Với những nhận xét sơ bộ như trên ta có thể vạch ra một số phương

án nối điện chính của nhà máy như sau:

1 Phương án I:

Nhận xét:

- Ưu điểm: Giảm được tối đa số thiết bị nối vào thanh góp nên giá

thành rẻ có lợi về mặt kinh tế, mặt khác chủng loại máy biến áp ít cho nên sơ

đồ rễ lựa chọn thiết bị cũng như lắp đặt, vận hành Về mặt cung cấp, đảm bảo

độ tin cậy cao

máy biến áp tự ngẫu nên tổn thất điện năng sẽ lớn

2 Phương án II

Nhận xét:

- Ưu điểm: Về mặt công suất khắc phục được nhược điểm của phương

án I, luôn luôn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải cho dù một trong các máy bị sự cố do đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

- Nhược điểm: Sử dụng nhiều loại máy biến áp gây khó khăn trong vận

hành và sửa chữa, hơn nữa đầu tư cho bộ ở cấp điện áp cao hơn sẽ đắt tiền hơn

3 Phương án III

Nhận xét:

- Các bộ máy phát - máy biến áp nối bên 220kV sẽ đắt tiền hơn do đầu

tư cho thiết bị ở điện áp cao hơn đắt tiền hơn

- Sơ đồ thanh góp 220kV phức tạp hơn do số đường dây vào ra tăng lên tuy bên 110kV có đơn giản hơn

- Khi sự cố bộ máy phát - máy biến áp liên lạc thì bộ còn lại chịu quá tải lớn do yêu cầu phụ tải bên trung lớn

Kết luận: Qua phân tích ở trên ta chọn phương án I và II để tính toán

tiếp, phân tích kỹ hơn về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế nhằm chọn ra được sơ

đồ nối điện chính tối ưu của nhà máy

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng Vốn đầu từ cho máy biến áp cũng chiếm tỷ lệ vốn lớn Vì vậy cần tính toán lựa chọn máy biến áp để bảo đảm an toàn cung cấp điện với số lượng máy biến áp ít nhất, công suất nhỏ nhất Trong tính toán ta giả thiết các máy biến áp được chọn chế tạo theo môi trường lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh lại công suất của máy biến áp

I PHƯƠNG ÁN I

1 Chọn máy biến áp cho phương án I

a Chọn máy biến áp ba pha hai cuộn dây B 3 và B 4

Điều kiện chọn:

SđmB ≥ SFđm = 117,5

Ц-125/121 Có các thông số kỹ thuật trong bảng sau:

= ≥

1 117, 5

0, 5

các thông số kỹ thuật trong bảng sau:

Loại MBA Sđm

(MVA)

Điện áp cuộn dây

2 Kiểm tra quá tải các máy biến áp

Công suất định mức của các máy biến áp lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thường

Kiểm tra sự cố

Ta cần kiểm tra sự cố trong các trường hợp sau:

a Sự cố hỏng một máy phát – máy biến áp bên trung khi S T = S Tmax

Hình vẽ:

+ Điều kiện kiểm ra sự cố:

+ Phân bố công suất khi xảy ra sự cố

- Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu

B4 40,76

S Tmax = 190,48MVA HT

⇒ Không cấp nào bị quá tải

công suất bị thiếu là:

SthiÕu =SHT −(2SC −Sptc)=132,85−(2.62,78 102,27− )= 109,56 MVA

Sthiếu = 109,56< Sdt = 200 MVA

Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

b Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi S T = S Tmax

+ Điều kiện kiểm ra sự cố:

α.kkt SđmTN ≥ STmax – 2 Sbt

⇔ 0,5 1,4 250 = 175 > 190,48 – 108,96 2 = -27,44

⇒ Đạt yêu cầu

Hình vẽ

+ Xét phân bố công suất khi xảy ra sự cố

- Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu

- Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu

⇒ Không cấp nào bị quá tải

công suất bị thiếu là:

Sthiếu = SHT - (SC – Sptc) = 132,85 – (125,56 – 102,27) = 109,56 MVA

Sthiếu = 109,56< Sdt = 200 MVA

Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

c Sự cố một máy biến áp tự ngẫu khi S T = S Tmin

65,54

100,53 B2

B1 166,07 HT

B4 B3 108,96

S Tmax =152,38

+ Xét phân bố công suất trên các cuộn dây khi xảy ra sự cố

- Cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu sẽ tải lượng công suất là:

⇒ Không cấp nào bị quá tải

3 tính toán dòng phân bố cho các máy biến áp và các cuộn dây

- Các bộ máy phát – máy biến áp cho vận hành với phụ tải bằng phẳng suốt trong năm do đó:

Sbt = SB3 = SB4 = SđmF - 1 max 117, 4 134,15

- Phần công suất còn lại do các máy biến áp tự ngẫu đảm nhận

+ Phía trung của máy biến áp tự ngẫu

Theo công thức trên ta có kết quả phân bổ công suất trong bảng sau:

1 Chọn máy biến áp cho phương án II

a Chọn máy biến áp ba pha hai quận dây B 1 và B 4

Điều kiện chọn:

SđmB ≥ SFđm = 117,5

thông số kỹ thuật trong bảng sau:

ΔPN (KW)

UN% I0%

TДЦ 125 121 10,5 100 400 10,5 0,5 TДЦ 125 242 10,5 115 380 11 0,5

b Chọn máy biến áp tự ngẫu B 1 và B 2

0, 5

Vậy ta chọn máy biến áp tự ngẫu B2, B3 có ký hiệu ATДЦTH-250 có các thông số kỹ thuật trong bảng sau:

Loại MBA Sđm

(MVA)

Điện áp cuộn dây

2 Kiểm tra khả năng quá tải sự cố

- Máy biến áp trong chế độ bình thường không cần kiểm tra khả năng quá tải vì đã chọn máy biến áp theo điều kiện

SđmB ≥ SđmF Kiểm tra sự cố: Xét các trường hợp sau:

a Sự cố hỏng một máy phát – máy biến áp bên trung khi S Tmax

+ Điều kiện kiểm ra sự cố:

2.α.kqt SđmTN ≥ STmax

⇔ 2 0,5 1,4 250 = 350 ≥ 190,48

⇒ Đạt yêu cầu

+ Phân bố công suất khi xảy ra sự cố

- Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu

103,54

95,24

+ Lúc đó công suất cần phát vào hệ thống là SHT = 132,85 MVA Thì lượng công suất bị thiếu là:

⇒ Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

b Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi S Tmax

⇒ Vậy đạt yêu cầu

+ Phân bố công suất khi xảy ra sự cố

- Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu

98,12

81,52

Không cấp nào bị quá tải

công suất bị thiếu là:

Sthiếu = SHT - ⎡⎣(S + S )-Sbc C ptc⎤⎦ = 132,85 - (108,96 + 16,6)-102,27[ ]

= 109,56 MVA

Sthiếu = 109,56< Sdt = 200 MVA

⇒ Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

3 Tính toán dòng phân bố cho các máy biến áp và các cuộn dây

- Máy biến áp 2 dây quấn ta vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng do đó:

H C T

S =S +S

Theo các công thức trên ta có kết quả phân bổ công suất trong bảng sau:

III TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT

- Tổn thất trong máy biến áp gồm có 2 phần:

+ Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải của nó

+ Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp

Ta có công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp 3 pha 2 dây cuốn trong trong một năm

t: thời gian vận hành của máy biến áp trong năm; t = 8760

S: công suất tải của máy biến áp Đối với máy biến áp tự ngẫu 3 pha

Sci, STi, SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ áp của máy biến áp tự

ngẫu trong khoảng thời gian ti

a Máy biến áp 3 pha 2 dây cuốn

thất điện năng của một máy biến áp là:

2 2

b Máy biến áp tự ngẫu

Từ các số liệu ΔPNC-T; ΔPNC-H; ΔPNT-H đã tra được ta tính được các giá trị ΔPNC; ΔPNC; ΔPNT

= 11236997,63 KWh

2 Tổn thất điện năng của phương án II

IV TÍNH DÒNG ĐIỆN CƯỠNG BỨC CỦA CÁC MẠCH

1 Phương án I

a Các mạch phía 220 KV

-Mạch đường dây: gồm 2 mạch đường dây kép, một mạch nối với hệ thống và một mạch nối với phụ tải điện áp 220kV Do đó dòng điện cưỡng bức lớn nhất là khi sự cố một mạch của đường dây vào thời điểm tải công suất lớn nhất

S I

SI

U

- Cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu

Dòng điện cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau:

Lúc bình thường cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu tải công suất = 126,48 MVA

B2

B1HT

F3

Icb

F4

B3 B4Icb

(8)

(6)Icb(7)

Icb (3)

Icb(5)(4)

Icb

(2)Icb(1)

Icb

Lúc sự cố một bộ bên trung tại STmax quận cao máy biến áp tải 62,78 MVA

166,07MVA

Vậy (3)

(cb)

166, 07I

PI

U

- Cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu

Lúc bình thường cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu tải công suất = 32,77 MVA

Lúc sự cố một bộ bên trung tại STmax cuộn trung máy biến áp tải 40,76 MVA Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu tại STmin cuộn trung tải công suất 65,54 MVA

(cb)

65,54I

* Bảng kết quả tính các dòng điện cưỡng bức của phương án I

Cấp điện ápDòng điện

SI

SI

U

- Cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu

F2 F1

Icb

B2 (3)

(1) Icb HT

(8) Icb

F4 F3

(5) Icb

Icb

B3

(4) Icb

(2) Icb

(6)

(9) Icb

(10) Icb

+ Lúc bình thường cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu tải lượng công suất = 72MVA

lượng công suất = 8,3MVA

ngẫu đảm nhận công suất = 16,6MVA

Vậy: ( )(9)

cb

72I

PI

U

+ Lúc bình thường cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu tải lượng công suất = 40,76MVA

tải lượng công suất = 95,24 MVA

tự ngẫu tải lượng công suất = 81,52 MVA

Vậy: (10)

(cb)

95,24I

U

* Bảng kết quả tính các dòng điện cưỡng bức của phương án II

Cấp điện ápDòng điện

220 110 10,5

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và các phần tử khi có dòng điện chạy qua, những thiết bị đó phải thoả mãn điều kiện làm việc bình thường và có tính ổn định khi có dòng ngắn mạch Do vậy, tính toán ngắn mạch chính là để lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua, đường cong tính toán dùng để tính dòng điện ngắn mạch, biểu thị quan hệ tương đối giữa dòng điện ngắn mạch và điện kháng tính toán của mạch điện ngắn mạch tại các thời điểm khác nhau

I XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TÍNH TOÁN TRONG HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI

cb (T )

cb (H) cb

- Điện kháng của đường dây kép

Coi điện kháng của đường dây kép trên không là:

N cb B

X

S

=( ) 110

10,5 100

1 Tính toán ngắn mạch cho phương án I

a Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế

b Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch

Cấp điện áp 220KV, nên ta chọn cùng một loại thiết bị như máy cắt,

Nguồn cung cấp bao gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống

Sơ đồ thay thế

X13 = X1 + X2 = 0,025 + 0,045 =0,07

3 14

5 9 16

Sơ đồ thu gọn như hình vẽ sau:

Phía nhà máy ta nhập các nguồn lại:

Điện kháng tính toán phía nhà máy

N H NM

IN1(∞) = IHT(∞) + INM(∞) = 3,586 + 2,419 = 6,005 KA Dòng điện xung kích

N2 là điểm ngắn mạch có tính chất đối xứng nên sau khi thu gọn ta có:

N HT NM

IN2(∞) = IHT(∞) + INM(∞) = 5,398 + 5,474 = 10,872 KA Dòng điện xung kích

N HT NM

IN3(∞) = IHT(∞) + INM(∞) = 20,365 + 26,166 = 46,531 KA Dòng điện xung kích

X1= Xf = 0,156

E1

N3

( )

'' ®mF ' 3 0

CK N

I’’

(KA) I(KA) ∞

Ixk (KA)

2 Tính toán ngắn mạch cho phương án II

a Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế

b Tính dòng ngắn mạch tại các thời điểm ngắn mạch tính toán

Ghép các nguồn E2,3,4 với nhau ta có:

Sơ đồ tối giản

Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống là:

Dòng ngắn mạch tổng tại điểm N1

'' '' '' 1

N H NM

IN1(∞) = IHT(∞) + INM(∞) = 3,586 + 2,572 = 6,158 KA Dòng điện xung kích

3 9 16

Sơ đồ thay thế như hình vẽ sau:

N HT NM

IN2(∞) = IHT(∞) + INM(∞) = 5,02 + 5,333 = 10,353 KA Dòng điện xung kích

2

2.k Ixk N = 2.1,8.12,8073 32,601= KA

cung cấp và các máy phát của nhà máy thiết kế trừ máy phát F2

Biến đổi Y (X12, X13, X14)→ Δ (X18, X19) bỏ nhánh cân bằng ta có:

Thu gọn ta có:

X21 = X19//X20 = 0,347.0,119

Sơ đồ đơn giản như sau:

Biến đổi Y (X15, X18, X21)→ Δ (X22, X23) bỏ qua nhánh cân bằng ta có:

X220,274

N3

N HT NM

IN3(∞) = IHT(∞) + INM(∞) = 20,068 + 25,003 = 45,071 KA Dòng điện xung kích

ICK(0) = 5,6; ICK(∞) = 2,55

( )

'' ®mF ' 3 0

( ) ( )

' 3

CK N