Tài liệu Đồ án môn học - Nhà máy điện pptx

- Với cấp điện áp trung là 110KV và công suất truyền tải lên hệ thống luôn lớn hơn dự trữ quay của hệ thống, ta dùng hai máy biến áp liên lạc lại tự ngẫu.. - Có thể ghép bộ máy phát - má

Đồ án môn học

Nhà máy điện

1

CHƯƠNG 1

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là một phần rất quan trọng trong nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp Nó quyết định tính đúng, sai của toàn bộ quá trình tính toán sau Ta sẽ tiến hành tính toán cân bằng công suất theo công suất biểu kiến S dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp hàng ngày

vì hệ số công suất cấp các cấp không giống nhau

S MVA

P MW

U

KV cosϕ I

KA X”d X’d Xd TBΦ-60-

PUF max

SUF(t) = ( )

ϕ cos

t

PUF

Pmax = 15,6 MW; cosϕ = 0,8; Uđm = 10,5 KV

PT(t) = ( )

100

t

%P.PTmax

ST(t) = ( )

ϕcos

17,55

1.2.3 Phụ tải toàn nhà máy

Nhà máy gồm 4 máy phát có SđmF = 75 MVA Do đó công suất đặt của nhà máy là:

SNM(MVA) 240

210 300

70

75 85

90

100

nmS

tS.6,04,0

Trong đó α = 8% Từ đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị điện

104,6

190,28

158,45

110,36 117,18

137,18

129,89 167,45

SHT

(MVA)

0 4 6 8 10 12 14 18 20 24 t (h)

171,5

6

- Cấp điện áp cao (220 KV) và trung áp (110 KV) là lưới trung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu sẽ có lợi hơn

- Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà máy, địa bàn phụ tải, nguồn nguyên nhiên liệu… Riêng về phần điện nhà máy hoàn toàn có khả năng phát triển thêm phụ tải ở các cấp điện áp sẵn

có

1.3 CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện Nó quyết định những đặc tính kinh tế

và kỹ thuật của nhà máy thiết kế Cơ sở để vạch ra các phương án là bảng phụ tải tổng hợp, đồng thời tuân theo những yêu cầu kỹ thuật chung

- Với cấp điện áp trung là 110KV và công suất truyền tải lên hệ thống luôn lớn hơn dự trữ quay của hệ thống, ta dùng hai máy biến áp liên lạc lại tự ngẫu

- Có thể ghép bộ máy phát - máy biến áp vào thanh góp 110 KV vì phụ tải cực tiểu cấp này lớn hơn công suất định mức của một máy phát

- Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ với công suất lớn hơn 15% công suất bộ nên ta phải dùng hệ thống thanh góp phát

- Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống

Như vậy ta có thể đề xuất bốn phương án sau để lựa chọn:

• Phương án 1:

Phương án này phía 220KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp để làm nhiệm vụ liên lạc giữa phía cao và trung áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu Phía 110KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp

Phương án này hai tổ máy được nối với thanh góp 220KV qua máy biến

áp liên lạc Còn phía 110KV được ghép 2 bộ máy phát điện - máy biến áp

- Độ tin cậy cung cấp điện được đảm bảo

- Công suất từ bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây lên 220KV được truyền trực tiếp lên hệ thống, tổn thất không lớn

- Đầu tư cho bộ cấp điện áp cao hơn sẽ đắt tiền hơn

- Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó

Phương án 4

- Liên lạc giữa phía cao áp và phía trung áp kém

- Các bộ máy phát điện - máy biến áp nối bên phía 220KV sẽ đắt tiền

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

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

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

Tóm lại: Qua phân tích ở trên ta chọn phương án 1 và phương án 2

để tính toán tiếp, phân tích kỹ hơn về kỹ thuật và kinh tế nhằm chọn ra sơ đồ nối điện chính cho nhà máy điện được thiết kế

10

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, công suất của chúng rất lớn, bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp nhiều nên ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp ít, công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo cung cấp điện cho hộ tiêu thụ

2.1.a Chọn máy biến áp

• Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây

Fdm S S S

= 24 10,72 127,28 MVA

4

275.25

2.2.a Phân bố tải cho các máy biến áp

Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B1, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm

Ta có bảng phân bổ công suất:

34,50

-SH

46,26 36,26 52,85 68,06 63,56 49,28 63,42 26,14

16,70

-12

2.3.a Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp

• Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thường

max =

T

S

= 50 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là:

SB2(B3) = Kqt.α SđmB = 1,4.0,5.80= 56 MVA

Ta thấy: SđmB2 = 80 > 56 MVA

⇒ Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải

13

- Phân bố công suất khi sự cố B4

• Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải một lượng công suất là:

- Công suất dự trữ của hệ thống 13% là SdtHT = 13%*2700= 351 MVA

Ta thấy SdtHT > Sthiếu ⇒ thoả mãn điều kiện

14

• Điều kiện kiểm tra sự cố:

Khi sự cố máy biến áp B2 (hoặc B3) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lượng công suất là:

S =STmax - SB4 =100 – 80 = 20 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là:

K = 1,4 là hệ số quá tải sự cố cho phép

⇒ Vậy nên máy biến áp thoả mãn điều kiện kiểm tra

- Phân bố công suất khi sự cố B2:

• Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp một lượng công suất

15

Kết luận:

Các máy biến áp đã chọn cho phương án 1 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu

kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải

2.4.a Tính toán tổn thất điện năng tổng các máy biến áp

Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần:

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

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm:

Δ+

H NT 2

H NC T

NC

PP

Δ+

H NC 2

H NT T

NC

PP

H NC 2

H NT

PP

P

16

Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp như sau:

• Máy biến áp ba pha hai cuộn dây

Máy biến áp B1 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó: Sb = 80 MVA trong cả năm

69310

,0

,0

1905

,0

2 Ti NT

2 Ci NC 2

dm

Δ+Δ

+ΣΔ

ΔATN = 70.8760 + 2

125

365

{(190.31,492 + 190.(-1,31)2 + 570.30,182).4 + (190.13,22 + 190.16,982 + 570.30,182).2 +

75 = 150 MVA

Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phương án 2 như sau:

Bảng 2.1.b

2.2.b Phân bố tải cho các máy biến áp

Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B3, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm

2.3.b Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp:

Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện qúa tải bình thường

Kiểm tra sự cố

- Điều kiện kiểm tra sự cố:

Khi sự cố máy biến áp B3 (hoặc B4) mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lượng công suất là:

S =

2

69 100 2

) S - (STmax B4 = −

⇒ Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải

- Phân bố công suất khi sự cố B3:

Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp 1 lượng công suất:

B4 B3

ST

- Điều kiện kiểm tra sự cố

Khi có sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải 1 lượng công suất bên trung là:

ST = STmax - SB3 - SB4 = 100 – 69.2 = -38 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được 1 lượng công suất là:

SB1(B2) =Kqt α.SđmB = 1,4.0,5.160 = 112 MVA

Ta thấy: SđmB1(B2) = 112 > -38 KVA

21

Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần phải tải khi sự cố:

⇒ Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải

- Phân bố công suất khi sự cố MBA B4:

• Phía trung của 1 MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp 1 lượng công suất:

Ta thấy: SdtHT > Sthiếu ⇒ thoả mãn điều kiện

- Phân bố công suất khi sự cố MBA B1:

• Công suất trên cuộn trung của B1 (B2) là:

22

SdtHT > Sthiếu ⇒ thoả mãn điều kiện

Kết luận:

Các máy biến áp đã chọn cho phương án 2 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu

kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải

2.4.b Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp

Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần:

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

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm:

ΔATN = ΔP0.t + ( P S t P S ti P S ti)

S

Hi NH

2 ti NT i

2 Ci NC 2

dmB

Δ+Δ

+ΣΔ

Trong đó:

SCi, Sti’ SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của mỗi máy biến áp

tự ngẫu trong khoảng thời gian ti

Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti

Δ+

H NT 2

H NC T

NC

PP

Δ+

H NC 2

H NT T

NC

PP

H NC 2

H NT

PP

P

23

Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp như sau:

• Máy biến áp ba pha hai cuộn dây:

Máy biến áp B3 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua

nó Sb = 57,5 MVA trong cả năm Do đó

2 ti NT

2 Ci NC 2

dm

Δ+Δ

+Δ

Σ

ΔA = 85.8760 + 2

125

365{(190.60,242 + 190.(-30,06)2 + 570.30,182).4 + + (190.41,952 + 190.(-11,77)2 + 570.29,732).2 + + (190.40,532 + 190.(-11,77)2 + 570.28,762).2 + + (190.64,332 + 190.(-11,77)2 + 570.52,562).2 + + (190.62,212 + 190.(-11,77)2 + 570.50,442).2 + + (190.50,312 + 190.(-11,77)2 + 570.38,542).2 + + (190.67,492 + 190.(-16,34)2 + 570.51,152).4 + + (190.78,052 + 190.(-25,49)2 + 570.52,562).2 + + (190.42,352 + 190.(-25,49)2 + 570.16,862).4 } = 1345,5.103 KWh

Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là:

ΔAΣ = ΔAB1 + ΔAB2 + ΔAB3 + ΔAB4 = 2.1345,5.103 + 2.2911,7.103

= 8511,4.103 KWh

Về mặt kinh tế khi tính toán vốn đầu tư của 1 phương án chúng ta chỉ tính tiền mua thiết bị, tiền chuyên chở và xây lắp các thiết bị chính Một cách gần đúng ta có thể chỉ tính vốn đầu tư cho máy biến áp và các thiết bị phân phối Mà tiền chi phí xây dựng thiết bị phân phối thì ta dựa vào số mạch của thiết bị phân phối ở các cấp điện áp tương ứng chủ yếu do máy cắt quyết định

Một phương án về thiết bị điện được gọi là có hiệu quả kinh tế cao nhất nếu chi phí tính toán thấp nhất

Ci = Pi + ađm.Vi + YiTrong đó:

Ci: hàm chi phí tính toán của phương án i (đồng)

Pi: phí tổn vận hành hàng năm của phương án i (đồng/năm)

Vi: vốn đầu tư của phương án i (đồng)

Yi: thiệt hại do mất điện gây ra của phương án i (đồng/năm)

ađm: hệ số định mức của hiệu quả kinh tế = 0,15 (1/năm)

Ở đây các phương án giống nhau về máy phát điện Do đó, vốn đầu tư được tính là tiền mua, vận chuyển và xây lắp các máy biến áp và thiết bị phân phối là máy cắt

• Vốn đầu tư

Vi = VBi + VTBPPiTrong đó:

- Vốn đầu tư máy biến áp: VB = KB.VB

25

KBi: hệ số có tính đến tiền chuyên chở và xây lắp MBA thứ i

Hệ số này phụ thuộc vào điện áp định mức cuộn cao áp và công suất định mức của MBA

VB: tiền mua máy biến áp

- Vốn đầu tư máy cắt:

VTBPP = n1.VTBPP1 + n2.VTBPP2 + n3.VTBPP3 + … + Trong đó:

n1, n2, n3: số mạch của thiết bị phân phối ứng với các cấp điện

áp

VTBPP1, VTBPP2: giá tiền mỗi mạch phân phối

• Phí tổn vận hàng năm:

Pi = Pki + Ppi + PtiTrong đó:

Pki =

100

V

a i

: tiền khấu hao và sửa chữa thiết bị hàng năm

a%: định mức khấu hao (%)

Pi: tiền chi phí lương công nhân và sửa chữa nhỏ Có thể bỏ qua vì nó chiếm giá trị không đáng kể so với tổng chi phí sản xuất và cũng ít khác nhau giữa các phương án

Pti = β.ΔA: chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra

• Tính linh hoạt trong vận hành

• Tính an toàn cho người và thiết bị

1 PHƯƠNG ÁN 1

+ Tính vốn đầu tư cho thiết bị

VB1 = 2.1,4.27.109 + 1,4.15.109 + 1,5.14,5.109 = 124,35.109 đồng Theo sơ đồ nối điện phương án 1:

- Bên phía 220KV có 4 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 2,86.109 đồng

- Bên phía 110KV có 4 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,24.109 đồng

- Bên phía 10,5KV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,54.109 đồng

Do đó: VTBPP1 = (4.2,86 + 4.1,24 + 2.0,54).109 = 17,48.109 đồng

Vậy vốn đầu tư cho phương án 1:

V1 = 124,35.109 + 17,78.109 = 142,13.109đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm:

Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 8,4%

Pkh1 =

100

10.13,142.4,8100

1 =

V a

= 11,93.109 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra:

Ptt1 = 700.7323.103 = 5,13.109 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1:

P = Pkh1 + Ptt1 = 11,93.109 + 5,13.109 = 17,06.109 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm:

- Bên phía 220KV có 3 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 2,86.109 đồng

- Bên phía 110KV có 5 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,24.109 đồng

- Bên phía 10,5KV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,54.109 đồng

Do đó: VTBPP2 = (3.2,86 + 5.1,24 + 2.0,54).109 = 15,86.109 đồng

Vậy vốn đầu tư cho phương án 2:

V2 = 120,6.109 + 15,86.109 = 136,46.109đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm:

Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 8,4%

Pkh2 =

100

10.46,136.4,8100

V a

= 11,46.109 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra:

Ptt2 = 700.8511,4.103 = 5,95.109 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2:

P = Pkh2 + Ptt2 = 11,46.109 + 5,95.109 = 17,41.109 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm:

Hàm chi phí (109 đồng/năm)

28

Ta thấy phương án 2 có tổng vốn đầu tư thấp, chi phí vận hành hàng năm thấp và hàm chi phí hàng năm nhỏ hơn so với phương án 1 Vì vậy chọn phương án 2 là phương án tối ưu làm phương án thiết kế nhà máy nhiệt điện

Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện cần chọn 1 chế độ làm việc nặng nề nhất nhưng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế Dòng điện tính toán ngắn mạch để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha

Chọn các đại lượng cơ bản

2

5,10

B

S

S U

NC T

NC

S

S.U

UU

1 + − = 0,092 + Điện kháng cuộn trung áp

dmB

cb H NT H

NC T

NC

S

S.U

UU

1

−+ = -0,004 ≈ 0

+ Điện kháng cuộn hạ áp

31

dmB

cb H NT H

NC T

NC

S

S.UU

U200

XC

= = 0,046

32

X3 = (XHB1 + XF1) // (XHB2 + XF2) = ( )

2

216,0164,

= 0,19

EHT X1

4000

*100

5498

*12I

*100

I

*

%X

,0

164,0

*164,0D

X

*X

107,0943

,0

615,0

*164,0D

X

*XX

216 , 0 167 , 0 2

X X

110 B

162 , 0 2

216 , 0 107 , 0 2

X X

X 4 F

X8 =X3 + X7 = 0,028 + 0,162 = 0,19

33

X9 = X8 // X6 = 0,095

192,019,0

192,0

*19,0

=+

S = 0,073

100

2700

= 1,46 Tra đường cong tính toán ta có:

I*(0) = 0,66

I*(∞) = 0,72+ Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp

I” HT(0) = I*

(0)

tb

HTU.3

S = 0,66

230.3

S = 0,72

230.3

S = 0,141

100

75.4

= 0,353 Tra đường cong tính toán ta có:

I* (0) = 2,8

I* (∞) = 2,15 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

I”NM(0) = I*(0)

tb

NMU.3

S = 2,8

230 3

75 4

34

I” NM(∞) = I*

(∞)

tb

NMU.3

S = 2,15

230.3

75.4

= 1,35 KA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N1:

I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3,31 + 1,76 = 5,07 KA I”N1(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 3,61 + 1,35 = 4,96 KA + Dòng điện xung kích

192,0.19,0+ = 0,095

S = 0,119

100

2700 = 2,38 Tra đường cong tính toán ta có:

I* (0) = 0,42

I* (∞) = 0,44 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

I”HT(0) = I*(0)

tb

HTU.3

S = 0,42

115.3

1 HT

36

I”HT(∞) = I*(∞)

tb

HTU.3

S = 0,44

115.3

S = 0,095

100

75.4

= 0,238 Tra đường cong tính toán ta có:

I* (0) = 4,0

I* (∞) = 2,4 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

I”NM(0) = I*(0)

tb

NMU.3

S = 4,0

115 3

75 4

= 5,02 KA

I”NM(∞) = I*(∞)

tb

NMU.3

S = 2,4

115 3

75 4

= 3,01 KA

* Dòng ngắn mạch tổng tại N2:

I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4,22 + 5,02 = 9,24 KA I”N2(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 4,42 + 3,01 = 7,43 KA + Dòng điện xung kích

ixkN2 = 2 kxk.I”N2 = 2 1,8.9,24 = 23,52 KA

c Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3

37

EHT X1

Tính ngắn mạch tại điểm N3 nhằm chọn khí cụ điện mạch máy phát Nguồn cung cấp gồm hệ thống và các máy phát của nhà máy thiết kế trừ máy phát F1

Các điện kháng được tính toán như sau: (Tính toán phần trên)

X1 = XHT + XD = 0,035 + 0,038 = 0,073

X2 = XCB1 + XCB2 =

2

092,0

,0

028,0

*119,0028,0119,0X

X

*XXX

X

6

3 7 3 7

265,0119

,0

028,0

*192,0028,0192,0X

X

*XXX

X

7

3 6 3 6

Sơ đồ thay thế