Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là 100 MW

Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là 100 MW

nhiệm vụ thiết kế

Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy,công suất mỗi máy là 100 MW Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp

điện cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải điện áp trung vàphát công suất thừa lên hệ thống 220 kV

Tại trạm địa phơng đặt máy cắt hợp bộ có dòng cắt 20

kA, thời gian cắt là 0,4 sec, dùng cáp nhôm tiết diện bé nhất là

50 mm2

Điện tự dùng của nhà máy là 5%

Tổng công suất hệ thống không kể nhà máy thiết kế là

2000 MVA, dự trữ quay của hệ thống là 200 MVA Nhà máy nối

với hệ thống bằng một đờng dây kép dài 80 km Điện khángtính đến thanh cái hệ thống là Xđm = 2,5

lời nói đầu

Trong những năm gần đây, với chính sách kinh tế mới, Đảng

và nhà nớc ta chú trọng đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đạihóa đất nớc Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các nghànhcông nghiệp, nghành năng lợng Việt nam đã có những bớc tiếnvợt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nềnkinh tế.Cùng với việc xây dựng thành công đờng dây tải điệnBắc – Nam và một số công trình lớn khác ,hệ thống điện nớc

ta đã từng bớc đợc cải tạo, nâng cấp Xuất hiện ngày càngnhiều nhà máy điện và các trạm biến áp phân phối điện,do

đó sản lợng cũng nh chất lợng điện năng ngày càng đợc nângcao

Do địa hình nớc ta có nhiều đồi núi và các con sông lớn nên

ta có thể xây dựng các nhà máy thủy điện Nhà máy thủy

điện đem lại những lợi ích không nhỏ về kinh tế cũng nh kỹthuật Tuy nhiên, xây dựng nhà máy thủy điện lại cần vốn đầu

t kinh tế lớn và thời gian xây dựng kéo dài nhiều năm.Do đó,

để theo kịp tốc độ phát triển của nền kinh tế,để đáp ứngnhu cầu trớc mắt về điện năng ta cần thiết phải xây dựng cácnhà máy nhiệt điện : có vốn đầu t ít hơn ,thời gian xây dựngnhanh hơn

Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế – kỹ thuật sẽ

đem lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế và hệ thống

điện.Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt

điện và tính toán chế độ vận hành tối u không chỉ là nhiệm

vụ mà còn là sự củng cố toàn diện về mặt kiến thức đối vớimỗi sinh viên nghành hệ thống điện trớc khi xâm nhập thựctế

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hớng dẫn : PGS –TSNguyễn Hữu Khái đã hớng dẫn em tận tình, giúp em hoànthành bản đồ án này

Sinh viên

Nguyễn Tuấn Hiệp

CHƯƠNG I TíNH TOáN PHụ TảI & cân bằng công suất

Đất nớc ta đang trên đà phát triển mạnh theo con ờng công nghiệp hoá, hiện đại hoá, vì thế điện năng

đ-đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu trong quá trình phát triển đất nớc Số hộ dùng điện và lợng điện năng tiêu thụ không ngừng thay đổi và tăng nhanh chóng Do vậy, để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

và các chỉ tiêu kinh tế ngời ta sử dụng các phơng pháp thống kê, lập nên đồ thị phụ tải để từ đó lựa chọn ph-

ơng thức vận hành, sơ đồ nối điện hợp lý.

Trong nhiệm vụ thiết kế, ngời ta thờng cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các cấp điện áp và hệ số công suất của phụ tải tơng ứng, cũng có khi cho đồ thị phụ tải hàng ngày của toàn nhà máy Dựa vào đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp mà xây dựng đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy, ngoài phần phụ tải của hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp, phụ tải phát về hệ thống, còn có phụ tải tự dùng của nhà máy Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt

điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố (dạng nhiên liệu, áp lực hơi ban đầu, loại tuabin và công suất của chúng, loại truyền động đối với các máy bơm cung cấp.v v ) và chiếm khoảng 5 - 8% tổng điện năng phát ra.

Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy thờng vẽ theo công suất biểu kiến S (MVA) để có đợc độ chính xác hơn vì hệ số công suất của phụ tải ở các cấp điện áp thờng khác nhau Nh vậy, dựa vào đồ thị phụ tải các cấp

điện áp tiến hành tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy theo thời gian hàng ngày

2 3000 117,65 100 10,5 0,85 6,475 0,183 0,263 1,79

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất :

Ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp, ta có :

 (t) =  P (t) = ; S (t) =

Trong đó :

- S : là công suất biểu kiến của phụ tải thời điểm t

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

- Cos  : là hệ số công suất phụ tải

1 Phụ tải điện áp máy phát (địa phơng) :

Uđm = 10 KV ; Pmax = 12 MW ; Cos  = 0,87 Gồm : 4 đờng dây kép  3 MW  3 km ;

Tại trạm địa phơng đặt máy cắt hợp bộ có dòng cắt là 20

kA, thời gian cắt là 0,4 sec Dùng cáp nhôm tiết diện bé nhất là

Gồm 3 đờng dây kép ; P (t) = ; S (t) =

- Kết quả tính toán cân bằng công suất ở phụ tải trung áp :

- Ta cã b¶ng tÝnh to¸n c©n b»ng c«ng suÊt ë phô t¶i toµn nhµ m¸y :

S td(t) : phụ tải tự dùng tại thời điểm t.

S NMmax : công suất đặt của toàn nhà máy

S NM(t) : công suất nhà máy phát ra tại thời điểmt

 : số phần trăm lợng điện tự dùng

S NMmax = 470,6 (MVA) ; Tự dùng của nhà máy :  = 5 % ;

- Tính toán theo công thức trên ta có bảng kết quả sau :

9,66 11,03 9,66

t(h)

- Phụ tải trung áp :

+ STmax = 211,76 MVA từ 14 h – 20 h chiếm 44,99 % côngsuất nhà máy

+ STmax = 169,41 MVA từ 0 h – 7 h và 20h – 24h chiếm 35,99

% công suất nhà máy

- Nhà máy đợc thiết kế cung cấp điện cho phụ tải điện áptrung 110 kV và cấp lên hệ thống 220 kV Do vậy ta sử dụngcác máy biến áp tự ngẫu.(ở những cấp điện áp này có trungtính trực tiếp nối đất)

- Phụ tải địa phơng có :

* Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố

nh vị trí nhà máy, địa bàn phụ tải, nguồn nhiên liệu Riêng

về phần điện nhà máy hoàn toàn có khả năng phát triển thêmphụ tải ở các cấp điện áp sẵn có.

ch ơng ii Chọn sơ đồ nối dây của nhà máy 2.1 Đề xuất phơng án :

Sơ đồ phải thỏa mãn điều kiện :

+ Về kỹ thuật :

- đảm bảo an toàn cung cấp điện theo yêu cầu

- Đảm bảo an toàn cho ngời và thiết bị.

+ Về kinh tế :

- Vốn đầu t ít

- Dễ vận hành, thay thế, lắp đặt, sửa chữa

- Sự linh hoạt trong vận hành (vận hành theo nhiều

ph-ơng pháp)

- Có khả năng phát triển về sau

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là mộtkhâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện Cácphơng 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 vớicác cấp điện áp, về số lợng và dung lợng của máy biến áp, về

số lợng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát, sốmáy phát điện ghép bộ với máy biến áp v.v

- Công suất mỗi bộ máy phát điện - máy biến áp không lớn hơn

nh vận hành, độ tin cậy cao, cung cấp điện đảm bảo

+ Ưu điểm :

Về mặt công suất khắc phục đợc nhợc điểm của phơng

án I, luôn luôn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải cho dùgặp phải sự cố ngừng một trong các máy Do đó, độ tin cậycung cấp điện đợc nâng cao, cải thiện đáng kể

Số lợng và chủng loại máy biến áp nhiều nên không có lợi vềmặt kinh tế và gây khó khăn trong tính toán thiết kế cũng nhtrong vận hành, sửa chữa.

* Kết luận :

So sánh 3 phơng án :

- Hai phơng án đầu đều có u điểm đảm bảo cung cấp

điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp và có cấu tạo tơng đối

đơn giản, dễ vận hành

- Phơng án III tập trung quá nhiều chủng loại máy biến áp ,cấutạo phức tạp gây nhiều khó khăn trong vận hành và sửa chữa.Bên trung áp không có bộ máy phát - máy biến áp nên khi sự cố

1 máy biến áp tự ngẫu liên lạc sẽ không cung cấp đủ cho phụtải, không đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

FF

Do đó, ta thấy hai phơng án I & II có nhiều u điểm hơn,

đảm bảo độ an toàn , độ tin cậy, cung cấp điện ổn định ,

dễ vận hành nên ta chọn hai phơng án này để so sánh vềmặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phơng án tối u

2.2 Chọn máy biến áp :

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

 5 lần tổng công suất các máy phát điện Do đó vốn đầu tcho máy biến áp cũng rất nhiều Yêu cầu đặt ra là phải chọn

số lợng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo antoàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Điều đó có thể đạt đ-

ợc bằng cách thiết kế hệ thống điện một cách hợp lý, dùng máybiến áp tự ngẫu và tận dụng khả năng quá tải của máy biến áp,không ngừng cải tiến cấu tạo của máy biến áp

Trong hệ thống điện ngời ta thờng dùng các máy biến áptăng áp và giảm áp, 2 cuộn dây và 3 cuộn dây Các máy biến

áp 3 pha 2 cuộn dây và 3 cuộn dây đợc sử dụng rộng rãi trong

1.Chän m¸y biÕn ¸p cho ph¬ng ¸n I :

- Bé m¸y ph¸t ®iÖn – m¸y biÕn ¸p hai cuén d©y :

+ C«ng suÊt truyÒn qua m¸y biÕn ¸p tù ngÉu :

- C«ng suÊt truyÒn qua cuén cao :

- Sau khi tính toán ta có Bảng phân phối công suất :

Loại MBA Cấp điện

áp (KV)

Công suất (MVA)

3 Kiểm tra quá tải :

* Khi làm việc bình thờng :

Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn côngsuất cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải khi làmviệc bình thờng

KV

- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung : SBT = SđmF - Std = 117,65 – 23,53 = 111,77 (MVA).+ Điều kiện kiểm tra sự cố : 2Kqt SđmTN  STmax- SBT  SđmTN

Lợng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200

MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn

b Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc ( ):

Nguyễn Tuấn Hiệp– H10A – HTĐ- 19

-220 KVHT

109,76

- 11,78

ST = 211,76

110 KV

+ Điều kiện kiểm tra sự cố :

- Lợng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống

(200MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn

1 Chän m¸y biÕn ¸p cho ph¬ng ¸n II :

- Bé m¸y ph¸t ®iÖn – m¸y biÕn ¸p hai d©y quÊn bªn trung : S®mB  S®mF = 117,65 (MVA)

- Bé m¸y ph¸t ®iÖn – m¸y biÕn ¸p hai d©y quÊn bªn cao :

2 Tính dòng phân phối cho các máy biến áp và các cuộn dây :

+ Các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây vận hành vớiphụ tải bằng phẳng suốt trong năm :

SBC = S BT = S đmF - S tdmax = 117,65 - 23,53 = 111,77(MVA)

+ Công suất truyền qua máy biến áp tự ngẫu :

- Công suất truyền qua cuộn cao :

3 Kiểm tra quá tải:

* Khi làm việc bình thờng :

Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn côngsuất cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải khi làmviệc bình thờng

* Khi sự cố :

a Sự cố bộ máy phát – máy biến áp bên trung :

- Bé m¸y ph¸t ®iÖn – m¸y biÕn ¸p hai d©y quÊn :

(C«ng suÊt lÊy vÒ tõ cao ¸p (220 kV) nªn mang dÊu ©m)

- C«ng suÊt cÇn ph¸t vµo hÖ thèng lµ 221,52 (MVA), c«ng suÊtcßn thiÕu lµ :

- 1,01

104,8 7

105,8 8

S T =

211,76

Sthiếu =

- Lợng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên máy biến áp đã chọn thoả mãn

b .Sự cố máy biến áp tự ngẫu liên lạc ( ) :

- Điều kiện kiểm tra sự cố :  .SđmTN  STmax – SB

Máy biến áp đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải vì

- Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA trong điều kiện sự cố :

- Công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp :

(Công suất lấy về từ cao áp (220 kV) nên mang dấu âm)

- Công suất cần phát vào hệ thống là 221,52 MVA ,lợng côngsuất còn thiếu là :

Sthiếu = SHT – (SC + SB) = 221,52 – ( -2,02 + 111,77) =111,77(MVA)

ST

=211,76111,77

- Lợng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống

(200MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn

2.2.3 - Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng :

- Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự

ngẫu gồm hai 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 máybiến áp

Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba phahai cuộn dây trong một năm :

* Từ các thông số trên của máy biến áp ta tính đợc tổn thất

điện năng trong máy biến áp trong từng phơng án :

I Phơng án I :

a Máy biến áp ba pha hai dây quấn :

Máy biến áp 3&4 luôn làm việc với công suất truyền qua nóSB=111,77(MVA) trong cả năm , do đó :

= (-27,07)2.7 + (- 16,47)2.7 + (- 5,89)2.6 + (- 27,07)2.4 =10167,6128

= 38,462.7 + 60,62.7 + 104,872.6 + 38,462.4 =107963,709

- Từ đó ta có :

ATN = 365.24.120 + (260.162421,1498 + 260.10167,6128+ 780 107963,709) = 1051200 + 753855,0644 =1805055,064 (KWh)

* Phơng án I có tổng tổn thất điện năng của các máy biến áptrong một năm là :

AI = AB1 + AB2 + AB3 + AB4

=2 3677525,458 + 2 1805055,064 =10965161,04(KWh)

II Phơng án II :

a Máy biến áp ba pha hai dây quấn :

Máy biến áp luôn làm việc với công suất truyền qua nóSB=111,77 (MVA) trong cả năm , do đó :

Máy biến áp 4 bên trung áp :

= 28,822.7 + 39,412.7 + 502.6 + 28,822.4 = 35008,5531

= 38,462.7 + 60,62.7 + 104,872.6 + 38,462.4 =107963,709

- Từ đó ta có :

ATN=365.24.120 + (260.22229,6397+ 260.35008,5531+780.107963,709) = 1051200 +578706,7592 = 1629906,759(KWh)

Phơng án II có tổng tổn thất điện năng của các máy biến áptrong một năm là :

AII = AB1 + AB2 + AB4 + AB3

= 2 1629906,759+ 3677525,458 + 3668849,185 =10606188,16 (KWh)

2.2.4 .Tính dòng điện làm việc bình thờng và dòng

điện làm việc cỡng bức

I Phơng án I :

a Các mạch phía cao áp 220 KV:

- Mạch đờng dây :

Ibt =

Icb = 2.Ibt =2.0,29= 0,58 (KA)

* Máy biến áp liên lạc :

- Cuộn cao của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thờng: Ibt =

Dòng cỡng bức đợc xét trong các trờng hợp sau :

+ Khi sự cố máy biến áp bên trung :

Icb = 2.Ibt =2.0,185= 0,37 (KA)

* Mạch máy biến áp nối bộ MFĐ - MBA hai dây quấn :

Ibt =

Icb = 1,05.Ibt =1,05.0,62 = 0,65 (KA)

* Máy biến áp liên lạc :

- Cuộn trung của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thờng :Ibt =

Dòng cỡng bức đợc xét trong các trờng hợp sau :

+ khi sù cè m¸y biÕn ¸p bªn trung :

Icb = 2.Ibt =2.0,29 = 0,58 (KA)

- M¹ch m¸y biÕn ¸p nèi bé MF§ - MBA hai d©y quÊn :

Ibt =

Icb = 1,05.Ibt =1,05.0,31= 0,33 (KA)

* M¸y biÕn ¸p liªn l¹c :

- Cuén cao cña m¸y biÕn ¸p liªn l¹c khi lµm viÖc b×nh thêng:

Ibt =

Dòng cỡng bức đợc xét trong các trờng hợp sau :

+ Khi sự cố máy biến áp bên trung :

Icb = 2.Ibt = 2.0,185 = 0,37 (KA)

- Mạch máy biến áp nối bộ MFĐ - MBA hai dây quấn :

Ibt =

Icb = 1,05.Ibt =1,05.0,62= 0,65 (KA)

* Máy biến áp liên lạc :

- Cuộn trung của máy biến áp liên lạc :

Ibt =

Dòng cỡng bức đợc xét trong các trờng hợp sau :

+ khi sự cố máy biến áp bên trung :

Icb =

+ Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm STmax :

I - Mục đích :

Mục đích tính toán dòng điện ngắn mạch là để lựa

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 thờng và có tính ổn định khi có dòng

điện ngắn mạch Do vậy việc tính toán ngắn mạch chính là để lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua,đờng cong tính toán dùng để tính dòng điện tại điểm ngắn mạch, biểu thị quan hệ giữa

độ lớn tơng đối của dòng điện ngắn mạch và điện kháng tính toán của mạch điện ngắn mạch tại những thời điểm khác nhau.

Để tính đợc dòng điện ngắn mạch trớc hết phải thành

lập sơ đồ thay thế, chọn các đại lợng cơ bản nh : công

suÊt c¬ b¶n vµ ®iÖn ¸p c¬ b¶n, tÝnh ®iÖn kh¸ng c¸c phÇn tö.

Ta chän : Scb =100 MVA

Ucb = Utb = U®mtb.

CÊp ®iÖn ¸p 220 KV cã Utb = 230 KV

CÊp ®iÖn ¸p 110 KV cã Utb = 115 KV

CÊp ®iÖn ¸p 10 KV cã Utb = 10,5 KV

- §iÖn kh¸ng cña m¸y biÕn ¸p ba pha :

XC = (UNC-T% + UNC-H% - UNT-H%)

ThiÕt kÕ nhµ m¸y ®iÖn

- Tra đờng cong tính toán ta có : I CK(0) = 3,5 ; I CK() = 2,19

- Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp :

X 11 /

0,156

X 7 / 0,088

X 3 / 0,046

X 5 / 0,082

X 1 / 0,125

X 2 / 0,03

E 2

X 12 / 0,156

E 4

X 8 / 0,084

XttNM = 0,3

- Tra đờng cong tính toán ta có : I CK(0) = 3,4 ; I CK() = 2,28

- Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp :

* Điểm ngắn mạch N 3 : Nguồn cung cấp bao gồm hệ thống

và tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế trừ máy phátE1.

X 4

X 6

X 7 / 0,088

X 3 / 0,046

X 5 / 0,082

X 1 / 0,125

X 2 / 0,03

EHT

X 8 / 0,084

N 3

X 14 / 0,023

E HT

X 12 / 0,155

E 4

X 17 / 0,24

X 16

0,238

X15/ 0,082

X20/ 0,3

EHT

X19/ 0,19

X18/ 0,119

- GhÐp c¸c nguån E3 vµ E2,4 l¹i :