Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và trạm biến áp

Là sinh viên ngành kỹ thuật điện của trường Đại học Thủ Dầu Một, em được giao nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp với nội dung như sau: Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có công suất 1000

Ngành: CAO ĐẲNG KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn: ThS Hà Văn Du

MSSV: 111C660005 Lớp: C11DT01

Bình Dương, 5/2014

2

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, ngành năng lượng điện đóng một vai trò hết sức quan trọng Cho nên nó luôn được ưu tiên hàng đầu và phát triển đi trước một bước so với các ngành khác

Cùng với sự phát triển của hệ thống điện quốc gia là sự phát triển của các nhà máy điện có công suất lớn, vì vậy nhà máy điện và trạm biến áp là các khâu không thể thiếu được trong hệ thống điện Cho nên việc giải quyết tốt các vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng, vận hành nhà máy điện và trạm biến áp là công việc hết sức cần thiết sẽ mang lại những lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế quốc dân nói chung

và hệ thống điện nói riêng

Là sinh viên ngành kỹ thuật điện của trường Đại học Thủ Dầu Một, em được giao nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp với nội dung như sau:

Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có công suất 1000MW, gồm có 5

tổ máy phát điện cung cấp công suất cho phụ tải ở các cấp điện áp 22kV, 220kV

và phát vào hệ thống 500kV

Nhiệm vụ nghiên cứu trong đề tài này bao gổm:

Chương 1: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Chương 2: Đề xuất sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện

Chương 3: Chọn máy biến áp và tính tổn thất điện năng

Chương 4: Tính toán dòng điện ngắn mạch

Chương 5: Lựa chọn phương án tối ưu

Chương 6: Chọn thiết bị và dây dẫn

Chương 7: Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng

Qua thời gian hai tháng, bằng khối lượng kiến thức đã được các Thầy, Cô giáo truyền thụ trong quá trình học tập, cùng sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của các Thầy, Cô giáo trong khoa Điện – Điện tử Đặc biệt là sự chỉ dẫn trực tiếp và tận tình của Thầy ThS Hà Văn Du đã giúp em hoàn thành bản thiết kế này Tuy phần lớn bản thiết kế này đã được hoàn thành nhưng không sao tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy

em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo và bạn đọc để bản thiết

kế này được hoàn thiện hơn

3

Qua bản thiết kế này em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo trong Khoa Điện – Điện tử Em kính mong Quý Thầy, Cô bỏ qua những thiếu sót mà

em đã mắc phải sau nhiều năm học tập

Em xin chân thành cảm ơn!

Bình Dương, Tháng 5 năm 2014 Sinh viên

Phan Xuân Nam

4

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 6

1.1 Đồ thị phụ tải của nhà máy 7

1.2 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy 8

1.3 Đồ thị phụ tải địa phương22kV 10

1.4 Đồ thị phụ tải trung áp 220 kV 11

1.5 Đồ thị phụ tải cao áp 500 kV 12

1.6 Nhận xét chung 13

Chương 2 16

2.1 Phương án 1(hình 2-1) 17

2.2 Phương án 2(hình 2-2) 18

2.3 Phương án 3(hình 2-3) 19

Chương 3 21

3.1 Chọn máy biến áp-phân phối công suất cho máy biến áp 21

3.1.1 Phương án 1(hình 2-1) 21

3.1.2 Phương án 2(hình 2-2) 27

3.2 Tính tổn thất điện năng 33

3.2.1 Phương án 1 34

3.2.2 Phương án 2 37

Chương 4 40

4.1 Tính các điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản 40

4.1.1 Điện kháng của hệ thống điện 40

4.1.2 Điện kháng của nhà máy 40

4.1.3 Điện kháng của đường dây 500 kV 41

4.1.4 Điện kháng của máy biến áp ba pha hai cuộn dây 41

4.1.5 Điện kháng máy biến áp tự ngẫu 42

4.2 Tính toán dòng điện ngắn mạch 42

4.3 Phương án 1 43

4.3.1 Sơ đồ nối điện (Hình 4-1) 43

4.3.2 Sơ đồ thay thế (Hình 4-2) 45

4.3.3 Tính toán ngắn mạch 45

4.4 Phương án 2 56

4.4.1 Sơ đồ nối điện (hình 4-17) 56

4.4.2 Sơ đồ thay thế (hình 4-18) 56

4.4.3 Tính toán ngắn mạch 57

Chương 5 69

5.1 Chọn máy cắt cho các mạch 69

5

5.2 Chọn máy cắt cho các phương án 72

5.3 So sánh chỉ tiêu kinh tế giữa các phương án 73

5.3.1 Phương án 1 77

5.3.2 Phương án 2 77

Chương 6 81

6.1 Chọn thanh dẫn thanh góp 81

6.1.1 Chọn thanh dẫn cứng 81

6.1.2 Chọn dây dẫn mềm 82

6.1.3 Chọn thanh góp 500kV 83

6.1.4 Chọn thanh góp 220kV 84

6.2 Chọn dao cách ly 84

6.3 Chọn máy biến áp và máy biến dòng 84

6.3.1 Cấp điện áp 500 kV 84

6.3.2 Cấp điện áp 220 kV 85

6.4 Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện cho mạch máy phát cấp điện áp 15,75 kV: 86

6.4.1 Chọn máy biến điện áp cho mạch máy phát 87

6.4.2 Chọn máy biến dòng điện cho mạch máy phát 89

6.5 Chọn thiết bị cho phụ tải địa phương 91

6.5.1 Chọn máy biến áp 91

6.5.2 Chọn cáp cho phụ tải địa phương 91

6.5.3 Chọn máy cắt cho phụ tải địa phương 91

6.6 Chọn các chống sét van 100

6.6.1 Chọn chống sét van cho thanh góp 100

6.6.2 Chọn chống sét van cho máy biến áp 100

Chương 7 102

7.1 Chọn máy biến áp tự dùng 102

7.1.1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 6,3 kV (cấp 1) 102

7.1.2 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 0,4 kV (cấp 2) 103

7.2 Chọn máy cắt điện và dao cách ly 104

7.2.1 Tính toán ngắn mạch 104

7.2.2 Chọn máy cắt điện và dao cách ly cho mạch tự dùng 15,75 kV 105

7.2.3 Chọn máy cắt điện và dao cách ly cho mạch tự dùng 6,3 kV 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

6

Chương 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Để đảm bảo chất lượng điện năng tại mỗi thời đểm, điện năng do các nhà máy điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lượng điện năng đang tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng Vì điện năng không có khả năng tích lũy nên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện là rất quan trọng

Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi Việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành Nhờ vào đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn được các phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng… Dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép ta chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau

Căn cứ vào đồ thị phụ tải người vận hành sẽ chủ động lập ra kế hoạch sửa chữa, đại tu định kỳ các thiết bị

Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện có tổng công suất đặt là P = 1000MW, gồm

có 5 máy phát điện kiểu TBB-200-2 do Cộng hòa Liên Bang Nga chế tạo

Nhà máy cung cấp điện cho phụ tải ở ba cấp điện áp 22kV, 220kV và nối với hệ thống ở cấp điện áp 500kV

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải nhà máy và phụ tải các cấp điện áp dưới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng cực đại (Pmax) và hệ số công suất trung bình (cosϕ ) của từng phụ tải tương ứng, từ đó ta tính được phụ tải của các cấp tbđiện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức tống quát sau:

St =cos

t tb

7

Pt: Công suất tác dụng tại thời điểm t của phụ tải và tính bằng phần trăm công suất cực đại

Pmax: Công suất của phụ tải cực đại tính bằng MW

cosϕtb: Hệ số công suất trung bình của từng phụ tải

Phụ tải tổng của nhà máy được tính bằng công thức sau:

SNM (t)= S22 t)+ S220 t)+ S500 t)+ Std (t) Các đại lượng trên là công suất toàn phần thay đổi theo thời gian t và tính bằng MVA

S22 t): Công suất của cấp điện áp 22kV

Std (t): Công suất tự dùng của nhà máy

Vì hệ số công suất của các phụ tải khác nhau ít và bài toán cân bằng công suất khi thiết kế nhà máy điện không cần xem xét đến vấn đề bù công suất trong lưới điện nên một cách gần đúng tiến hành tính toán và cân bằng công suất theo giá trị công suất tòan phần (biểu kiến), điều đó làm cho việc tính toán đơn giản đi rất nhiều và sai số ở trong giới hạn cho phép

1.1 Đồ thị phụ tải của nhà máy

Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho nhà máy điện gồm 5 tổ máy phát điện loại: 200-2 có PGdm=200MW, cosϕdm = 0,85, do đó công suất biểu kiến của mỗi tổ máy là:

TBB-SGdm=

dm Gdm

P

ϕ

cos =

85 , 0

200

= 235,294 MVA

Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là:

PNMdm= 5 PGdm= 5.200 = 1000 MW Hay: SNMdm= 5 SGdm= 5.235,294 = 1176,47 MVA

Để xác định đồ thị phụ tải của nhà máy điện dựa vào công thức:

SNM (t)=

dm

t NM

8

Kết quả tính được phụ tải của nhà máy theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-1 và

đồ thị phụ tải của nhà máy như trên hình 1-1

1.2 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy

Theo nhiệm vụ thiết kế, hệ số phụ tải tự dùng cực đại của nhà máy bằng 5% công suất định mức của nhà máy với cosϕtd = 0,85 tức là bằng với hệ số công suất định mức của nhà máy (cosϕdm = 0,85) Một cách gần đúng có thể xác định biến thiên phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo thời gian nhờ biểu thức sau:

9

Std(t)=  + 

NMdm

t NM NMdm

S

S

S 0,4 0,6 )

Trong đó:

td(t): Phụ tải tự dùng của nhà máy tại thời điểm t

SNMdm: Tổng công suất đặt của nhà máy, tính bằng MVA

SNM(t):Công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t, tính bằng MVA theo bảng 1-1

α : Hệ số phần trăm lượng điện tự dùng, nhiệm vụ thiết kế đã cho,

10

Hình 1-2

1.3 Đồ thị phụ tải địa phương 22kV

Nhiệm vụ thiết kế đã cho phụ tải địa phương của nhà máy có điện áp U= 22kV, công suất cực đại P22max=40 MW, cosϕtb=0,92

Để xác định đồ thị phụ tải địa phương, căn cứ vào bảng biến thiên phụ tải hằng ngày đã cho và nhờ vào công thức sau:

S22 t)= 22( )

cos

t tb

S220 t)= 220( )

cos

t tb

Từ đó ta lập ra được bảng tính toán phụ tải và cân bằng công suất như ở bảng 1-5

và đồ thị phụ tải như trên hình 1-5

Theo nhiệm vụ thiết kế:

Công suất định mức của nhà máy: SNMdm= 1176,47 MVA

Tổng công suất định mức của hệ thống là 16000 MVA Dữ trữ quay của hệ thống bằng 8% công suất của nó, tức là: SdtHT = 1280 (MVA) Giá trị này lớn hơn trị số công suất cực đại mà nhà máy phát lên hệ thống : S500max= 574,18 (MVA)

15

Hình 1-6

16

Chương 2

ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN

Chọn sơ đồ chính của nhà máy điện là một khâu rất quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắm vững các

số liệu ban đầu, dựa vào bảng cân bằng công suất và các nhận xét tổng quan ở trên để tiến hành vạch ra phương án nối dây cụ 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, về số lượng và dung lượng của máy biến áp Khi chọn được sơ đồ

hợp lý không những đảm bảo về mặt kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao

Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy có 5 tổ máy phát, công suất định mức của mỗi

tổ máy là P = 200 MW, có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở 3 cấp điện áp như

Để hạn chế dòng điện ngắn mạch, trong chế độ làm việc bình thường hai máy biến áp này làm việc riêng lẽ ở phía 22kV và mỗi máy cung cấp cho một nữa phụ tải địa phương Trong trường hợp một máy biến áp gặp sự cố thì máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sẽ cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải địa phương

17

Trong các phương án nêu dưới đây, phần cung cấp điện cho phụ tải đại phương được thực hiện giống nhau

Như vậy, sơ đồ nối điện chính của nhà máy sẽ có 3 cấp điện áp chính là: 15,75

kV, 220kV, 500kV Trong đó, lưới 220kV và 500kV đều là lưới có trung tính nối đất

vì vậy để liên lạc giữa 3 cấp điện áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu

Như vậy theo nhận xét sơ bộ trên ta có thể vạch ra các phương án nối dây Sau khi vạch ra các phương án ta sẽ phân tích và chọn ra một phương án được coi là tối ưu

2.1 Phương án 1(hình 2-1)

Hình 2-1

Do phụ tải cao áp cực tiểu lớn hơn hai lần công suất máy phát điện và phụ tải trung áp cực tiểu lớn hơn công suất một máy phát điện nên nối một bộ máy phát điện-máy biến áp ba pha hai cuộn dây là G3-T3 với thanh góp 220kV, hai bộ máy phát

Phụ tải địa phương 22kV được cung cấp điện qua hai máy biến áp 15,75/22kV,

sơ cấp được nối với hai cực của 2 máy phát điện G1 và G2

Ưu điểm của phương án này bố trí nguồn và tải cân đối Tuy nhiên phải dùng đến

3 loại máy biến áp

Vì phụ tải trung áp cực tiểu: S220min= 350 (MVA) lớn hơn công suất của máy phát điệnSGdm= 235,294 MVA và phụ tải cao áp cực tiểu S500min=508,99 (MVA) lớn hơn công suất của 2 máy phát điện: 2SGdm= 2.235,294 = 470,588 (MVA)

Do vậy, các bộ máy phát điện-máy biến áp luôn luôn làm việc trong chế độ định mức khi phụ tải trung áp và cao áp cực tiểu thì không có công suất thừa ở các cấp điện

áp này

2.2 Phương án 2(hình 2-2)

Trong phương án này tương tự như phương án 1, nhưng ở phương án này ta chuyển một bộ máy phát điện-máy biến áp ba pha hai cuộn dây G4-T4 từ phía cao áp sang trung áp, tức là từ thanh góp 500kV sang thanh góp 220kV Như vậy sẽ giảm

được vốn đầu tư cho máy biến áp

Vì phụ tải trung áp cực tiểu 220kV không nhỏ hơn công suất định mức của hai

máy phát điện

S220min= 350 (MVA) <2SGdm= 2.235,294 = 470,588 (MVA)

Do đó tại những giờ phụ tải trung áp cực tiểu, nếu hệ thông yêu cầu hai máy phát G3 và G4 phát hết công suất định mức thì hệ thống nhận được công suất thừa phải trải qua hai lần biến áp

Lần thứ nhất: Qua 2 máy biến áp ba pha hai cuộn dây T3 và T4

Lần thứ hai: Qua 2 máy biến áp tự ngẫu T1 và T2

19

Truyền tải như vậy sẽ làm tăng tổn thất điện năng trong cuộn nối tiếp nhưng lại làm

giảm tổn thất công suất trong cuộn chung

3 Khi hỏng T1 hoặc T2 mất luôn 2 máy phát điện công suất khá lớn mặc dù nhỏ hơn dữ trự quay của hệ thống

Tóm lại: Qua những phân tích trên ta để lại phương án 1 và phương án 2 để tính

toán, so sánh cụ thể hơn về kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện

21

Chương 3

CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

3.1 Chọn máy biến áp-phân phối công suất cho máy biến áp

Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trường nơi lắp đặt nhà máy điện Do vậy, không cần hiệu chỉnh công suất định mức của chúng

3.1.1 Phương án 1(hình 2-1)

3.1.1.1 Chọn máy biến áp

Với sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện như phương án 1 (hình 2-1), công

suất của các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 được chọn theo điều kiện sau:

Từ kết quả tính toán ở trên ta chọn tổ hợp 3 máy biến áp tự ngẫu một pha cho mỗi máy biến áp T1 và T2 loại:AODцTH-167 có các thông số kỹ thuật như trong bảng 3-1 (là thông số cho một pha trong tổ hợp ba pha)

242525U

UU

C

T

=α

22

Ghi chú: (*) đã được tính đổi về công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu

(cho bằng đơn vị tương đối định mức của máy biến áp tự ngẫu)

Như vậy tổng công suất của tổ hợp 3 máy biến áp tự ngẫu một pha là:

Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha hai cuộn dây có Sdm= 250 MVA, loại:

TDц-250-525/15,75 có các thông số kỹ thuật trong bảng 3-3

3.1.1.2Phân phối công suất cho các máy biến áp

Để đảm bảo vận hành kinh tế và thuận tiện cho máy biến áp T3, T4 và T5 vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm Do đó công suất tải của mỗi máy là:

[S500 t)- (ST4+ ST5)]

Từ bảng 3-4 ta nhận thấy rằng:

24

SH−T1max= SH−T2max= 201,80 MVA

Mặt khác:

SH−T1dm= SH−T2dm=α ST1dm = α ST2dm = 0,539.501= 270,04 MVA Vậy: SH−T1max= SH−T2max= 201,80 MVA < SH−T1dm= SH−T2dm = 270,04 MVA Như vậy ở điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 không bị quá tải, còn các máy biến áp T3, T4 và T5 được chọn theo điều kiện sơ đồ bộ đương nhiên là không bị quá tải

3.1.1.3Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố

Vì công suất định mức của các máy biến áp hai cuộn dây được chọn theo công suất định mức của máy phát điện nên việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét đối với máy biến áp tự ngẫu

Coi sự cố máy biến áp nguy hiểm nhất là lúc phụ tải trung áp là lớn nhất:

S220max = 500 (MVA)

Tương ứng với thời điểm đó:

S500max = 574,18 (MVA)

S22max = 43,48 (MVA)

a.Giả thiết sự cố máy biến áp T1 (hoặc T2):

Khi máy biến áp T1 gặp sự cố thì máy phát G1 ngừng làm việc Trong trường hợp này ta kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu T2, còn các máy biến áp ba pha hai cuộn dây T3, T4 và T5 vẫn tải với công suất bình thường như lúc không có sự cố Khi

đó tải của T2 như sau:

Công suất tải lên phía trung áp của T2:

ST−T2= S220max- ST3= 500 – 223,53 = 276,47 MVA

Công suất qua cuộn hạ áp của T2:

SH−T2= SGdm- Std- S22max = 235,294 - 0,05.235,294 – 43,48 = 180,049 MVA

(lúc này máy phát G2 phát lượng công suất bằng SGdm thì mới có kết quả như vậy).Công suất tải lên phía cao áp của T2:

SC−T2= SH−T2- ST−T2=180,049 - 276,47 = (-96,42) MVA

25

Như vậy, khi có sự cố máy biến áp T1 (hoặc T2), để đảm bảo cho phụ tải trung

áp cực đại thì nhà máy phải nhận công suất từ hệ thống, khi đó hệ thống thiếu hụt một lượng công suất là:

Sthieu= S500max- (ST4+ ST5) - SC−T2

= 574,17 – (223,53+223,53) – (-96,42) = 223,53 MVA Vậy: Sthieu = 223,53 MVA < Sdtq = 1280 MVA, tức là công suất thiếu hụt của

hệ thống nhỏ hơn so với công suất dữ trữ của hệ thống

Qua trên ta thấy rằng khi sự cố máy biến áp T1,thì máy biến áp tự ngẫu T2 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp và cao áp sang trung áp như sau:

Tải từ hạ áp lên trung áp:

SchT2dm = αST2dm = 0,539.501 = 270,04 MVA

Do đó máy biến áp T2 không bị quá tải

b.Giả thiết sự cố máy biến áp T3:

Khi máy biến áp T3 bị sự cố thì công suất truyền tải qua các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 như sau:

Công suất tải lên trung áp qua mỗi máy là:

.[2.S Gdm−(S22max +2.S td) ]

SC−T1= SC−T2= SH−T1- ST−T1= SH−T2- ST−T2= 201,79 – 250 = (-48,21) MVA

Dấu (-) chứng tỏ rằng khi có sự cố máy biến áp T3 thì nhà máy phải nhận công suất từ hệ thống Khi đó lượng công suất mà nhà máy cấp cho phía cao áp còn thiếu hụt một lượng là:

Sthieu= S500max- (ST4+ ST5) – ( SC−T1 + SC−T2)

= 574,17 – (223,53+223,53) – (-48,21- 48,21) = 223,53 MVA Vậy: Sthieu = 223,53 MVA < Sdtq = 1280 MVA, tức là công suất thiếu hụt của

hệ thống nhỏ hơn công suất dữ trữ của hệ thống

Qua trên ta thấy rằng khi sự cố máy biến áp T3 thì hai máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp và cao áp sang trung áp như sau:

Tải từ hạ áp lên trung áp:

Do đó khi máy biến áp T3 bị sự cố thì công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 không bị quá tải

c.Giả thiết sự cố máy biến áp T4 hoặc T5:

Khi máy biến áp T4 bị sự cố thì công suất truyền tải qua các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 được xác định như sau:

Công suất tải lên trung áp qua mỗi máy là:

.(500-223,53) = 138,235 MVA

SC−T1= SC−T2= SH−T1- ST−T1= SH−T2- ST−T2= 201,79 – 138,235 = 63,56 MVA

Như vậy, lượng công suất mà nhà máy cấp cho hệ thống còn thiếu 1 lượng là:

Sthieu= S500max- ST5 – SC−T1 - SC−T2

= 574,17 – 223,53 – 63,56 - 63,56 = 223,52 MVA Vậy: Sthieu = 223,52 MVA < Sdtq = 1280 MVA, tức là công suất thiếu hụt của

hệ thống nhỏ hơn so với công suất dự trữ quay của hệ thống

Qua trên ta thấy rằng khi sự cố máy biến áp T4 (hoặc T5) thì 2 máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 cùng làm việc theo chế độ tải từ hạ áp lên trung áp và cao áp như sau: Tải từ hạ áp lên trung áp:

Vậy: SH-T1 = SH-T2 = 201,79 MVA < SH-T1dm = SH-T2dm = 270,04 MVA

Do đó khi máy biến áp T4(hoặc T5) bị sự cố thì công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 không bị quá tải

3.1.2 Phương án 2(hình 2-2)

3.1.2.1 Chọn máy biến áp

Hai máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 được chọn tương tự như phương áp 1, nghĩa là chọn máy biến áp loại: AODцTH-167 có các thông số kỹ thuật như trong bảng 3-1

28

Hai máy biến áp T3 và T4 được chọn theo sơ đồ bộ Do hai máy biến áp này cùng nối với thanh góp điện áp 220kV nên được chọn giống nhau và chọn giống máy biến áp T3 ở phương án 1 là máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây loại: TDц-250-242/15,75

có các thông số kỹ thuật trong bảng 3-2

Do máy biến áp T5 được nối với thanh góp điện áp 500kV nên chọn giống máy biến áp T5 ở phương án 1 là máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây loại: TDц-250-525/15,75

có các thông số kỹ thuật trong bảng 3-3

3.1.2.2 Phân bố công suất cho các máy biến áp

Để đảm bảo vận hành kinh tế và thuận tiện cho máy biến áp T3, T4 và T5 vận

hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm Do đó công suất tải của mỗi máy là:

ST3 = ST4= ST5 = SGdm - Std =235,294 - 0,05.235,294 = 223,53 MVA

Đồ thị phụ tải của T3, T4 và T5 cho trên hình 3-2

Hình 3-2

Phụ tải qua các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 được tính như sau:

Phụ tải truyền lên phía cao áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là:

SC−T1= SC−T2=

2

1

.(S500 t)- ST5) Phụ tải truyền lên phía trung áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là:

ST−T1= ST−T2=

21

.[S220 t)- (ST3+ST4)]

Như vậy ở điều kiện bình thường các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 không bị quá tải, còn các máy biến áp T3, T4 và T5 được chọn theo điều kiện sơ đồ bộ đương nhiên

là không bị quá tải

3.1.2.3 Kiểm tra các máy biến áp khi gặp sự cố

Ở phương án này ta cũng coi sự nguy hiểm nhất là xảy ra khi phụ tải trung áp cực đại Đối với các máy biến áp hai cuộn dây không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của các máy biến áp này được chọn theo công suất của máy phát điện Do đó việc kiểm tra chỉ tiến hành với máy biến áp tự ngẫu

a.Giả thiết sự cố máy biến áp T1 (hoặc T2):

Khi máy biến áp T1 gặp sự cố thì máy phát G1 ngừng làm việc Trong trường hợp này ta kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu T2, còn các máy biến áp ba pha hai cuộn dây T3, T4 và T5 vẫn tải với công suất bình thường như lúc không có sự cố Khi

đó tải của T2 như sau:

Công suất tải lên phía trung áp:

ST−T2= S220max- (ST3+ ST4) = 500 – (223,53+223,53) = 52,94 MVA Công suất qua cuộn hạ áp:

SH−T2= SGdm- Std- S22max = 235,294 - 0,05.235,294 – 43,48 = 180,049 MVA

(lúc này máy phát G2 phát lượng công suất bằng SGdm thì mới có kết quả như vậy)Công suất tải lên phía cao áp:

SC−T2= SH−T2- ST−T2= 180,049 – 52,94 = 127,109 MVA

31

Như vậy, khi có sự cố máy biến áp T1 (hoặc T2), để đảm bảo cho phụ tải trung

áp cực đại thì nhà máy phải nhận công suất từ hệ thống, khi đó hệ thống thiếu hụt một lượng công suất là:

Sthieu= S500max- SC−T2 - ST5

=574,17 – 127,109 – 223,53 = 223,53 MVA Vậy: Sthieu = 223,53 MVA < Sdtq = 1280 MVA, tức là công suất thiếu hụt của

hệ thống nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống

Qua trên ta thấy rằng, khi sự cố máy biến áp T1 thì máy biến áp tự ngẫu T2 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp lên cao áp và trung áp như sau:

Tải từ hạ áp lên trung áp với:

SH -> T = ST-T2 = 52,94 MVA

Tải từ hạ áp lên cao áp với:

SH ->C = SC-T2 = 127,109 MVA

Trong chế độ này cuộn hạ áp có tải lớn nhất và bằng SH-T2= 180,049 MVA

Vậy: SH-T2 = 180,049 MVA < SH-T2dm= 270,04 MVA, do đó trong trường hợp này máy biến áp T2 không bị quá tải

b.Giả thiết sự cố máy biến áp T3(hoặc T4):

Khi máy biến áp T3 (hoặc T4) bị sự cố thì công suất truyền tải qua các máy biến

áp tự ngẫu T1 và T2 được xác định như sau:

Công suất tải lên trung áp qua mỗi máy là:

32

SC−T1= SC−T2= SH−T1- ST−T1= SH−T2- ST−T2= 201,79 – 138,235 = 63,555 MVA

Khi đó công suất mà nhà máy cấp cho phía cao áp còn thiếu hụt một lượng là:

Sthieu= S500max- ( SC−T1 + SC−T2) - ST5

= 574,17 – (63,555+63,555) – 223,53 = 223,53 MVA Vậy: Sthieu = 223,53 MVA < Sdtq = 1280 MVA, tức là công suất thiếu hụt của

hệ thống nhỏ hơn công suất dữ trữ quay của hệ thống

Qua trên ta thấy rằng khi có sự cố máy biến áp T3(hoặc T4) thì hai máy biến áp

tự ngẫu T1 và T2 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp lên cao áp và trung áp như sau: Tải từ hạ áp lên trung áp:

Vậy: SH-T1 = SH-T2 = 201,79 MVA < SH-T1dm = SH-T2dm = 270,04 MVA

Do đó khi máy biến áp T3(hoặc T4) bị sự cố thì công suất truyền tải qua các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 không bị quá tải

c.Giả thiết sự cố máy biến áp T5:

Khi máy biến áp T5 bị sự cố thì công suất truyền tải qua các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 được xác định như sau:

Công suất tải lên trung áp qua mỗi máy là:

SH−T1= SH−T2=

21

.[2 S Gdm−(S22max + 2 S td) ]

SC−T1= SC−T2= SH−T1- ST−T1= SH−T2- ST−T2= 201,79 – 26,47 = 175,32 MVA

Như vậy, lượng công suất mà nhà máy cấp cho hệ thống còn thiếu 1 lượng là:

Sthieu= S500max- (SC−T1 + SC−T2)

= 574,17 – (175,32 + 175,32) = 223,53 MVA Vậy: Sthieu = 223,53 MVA < Sdtq = 1280 MVA, tức là công suất thiếu hụt của

hệ thống nhỏ hơn công suất dữ trữ quay của hệ thống

Qua trên ta thấy rằng khi sự cố máy biến áp T5 thì 2 máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp lên trung và cao áp như sau:

Tải từ hạ áp lên trung áp:

Vậy: SH-T1 = SH-T2 = 201,79 MVA < SH-T1dm = SH-T2dm = 270,04 MVA

Do đó khi máy biến áp T5 bị sự cố thì công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 không bị quá tải

Tóm lại: Các máy biến áp đã chọn đều thõa mãn các yêu cầu kỹ thuật khi làm

việc bình thường và khi bị sự cố

3.2 Tính tổn thất điện năng

Tính tổn thất điện năng là một phần không thể thiếu được trong việc đánh giá một phương án về kinh tế-kỹ thuật Trong nhà máy điện tổn thất điện năng chủ yếu do các máy biến áp gây nên

Sau đây ta tiến hành tính tổn thất điện năng hằng năm cho các phương án đã nêu

ở trên

34

3.2.1 Phương án 1

Để tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp ta dựa vào bảng phân bố công

suất của máy biến áp đã cho ở bảng 3-4

3.2.1.1Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp T3:

Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp T3 được tính như sau:

24

1 2

0 3

365

dm T i i I N T

S

t S P T

P A

∑

=

∆ +

∆

=

∆Trong đó:

T: Thời gian làm việc của máy biến áp; T = 8760 h

Si: Phụ tải của máy biến áp theo thời gian ti được lấy cho đồ thị phụ tải hàng ngày

Ta có T3 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại: TDц-250-242/15,75 có:

= 6391,67 MWh 3.2.1.2Tổn thất điện áp hàng năm của máy biến áp T4 và T5:

Tương tự như ∆A T3, T4 và T5 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây 525/15,75 có:

∆P0 =205 kW = 0,205 MW

∆P N =600 kW = 0,6 MW

Si = 223,53 MVA = const

= 5997,71 MWh 3.2.1.3Tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp tự ngẫu T1 và T2:

Để tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu, ta coi máy biến áp tự ngẫu như máy biến áp ba cuộn dây Khi đó cuộn dây nối tiếp, cuộn dây chung và cuộn dây

hạ áp của máy biến áp tự ngẫu tương ứng với cuộn cao, cuộn trung và cuộn hạ áp của

máy biến áp ba cuộn dây

Tổn thất công suất của các cuộn dây tính như sau:

α

H NT H NC T

NC NC

P P

P P

α

H NC H

NT T

NC NT

P P

P P

α

H NT H NC T

NC NH

P P

P P

Máy biến áp tự ngẫu một pha loại:

185,022,0325,05,0

22 , 0 185 , 0 325 , 0 5 , 0

185 , 0 22 , 0 325 , 0 5 , 0

NH

∆+

2 2

0 2

.3

365

.3

i

i iH NH i

iT NT i iC NC Tdm

T

S T P A

A

Trong đó:

∆P N, ∆P0,S Tdm: Là của một máy biến áp một pha

3: Số pha của một tổ hợp một máy biến áp tự ngẫu

SiC, SiT, SiH: Là phụ tải cao áp, trung áp và hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm ti ghi trong bảng 3-4 đã tính ở trên

T: Thời gian làm việc của máy biến áp trong 1 năm; T = 8760 h

102 , 0

) 8 97 , 30 4 67 , 58 4 56 , 63 8 97 , 30 (

223 , 0

167 3

365 8760

105 , 0 3

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

1

+ +

+

+ +

+ +

+ +

+ +

Với A∑: Là tổng điện năng qua các máy biến áp cho phụ tải chính là lượng điện năng tiêu thụ ở cao áp và trung áp Dựa vào đồ thị phụ tải đã tính ở bảng 1-5, ta tính được A∑như sau:

S t

=365

[(350.8+500.4+400.4+350.8).0,8+(508,99.8+574,17.4+564,4.4+508,99.8).0,8]

= 6394251,04 MWh Vậy phần trăm tổn thất điện năng là:

% 4062 , 0 100 04 , 6394251

91 , 25972

∆A∑

Kết quả này phù hợp với thực tế

3.2.2 Phương án 2

Để tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp ta dựa vào bảng phân bố công

suất của máy biến áp đã cho ở bảng 3-5

3.2.2.1 Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp T3 và T4

Theo công thức như phương án 1:

24

1 2

0 3

365

dm T i i I N T

S

t S P T

P A

∑

=

∆ +

= 6391,67 MWh 3.2.2.2 Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp T5

Máy biến áp T5 ở phương án này đã chọn là: TDц-250-525/15,75 có các thông

số như bảng 3-3

∆P0 =205 kW = 0,205 MW

= 5997,71 MWh 3.2.2.3 Tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp tự ngẫu T1 và T2

Từ kết quả bảng 3-5 và công thức tính tổn thất điện năng của máy biến áp tự

ngẫu ba pha được tổ hợp từ 3 máy biến áp tự ngẫu một pha ta có:

∆ +

∆ +

2 2

0 2

3

365

3

i

i iH NH i

iT NT i iC NC Tdm

T

S T P A

102 , 0

) 8 73 , 142 4 435 , 170 4 32 , 175 8 73 , 142 (

223 , 0

167 3

365 8760

105 , 0 3

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

1

+ +

+

+

− +

− + +

−

+ +

+ +

Với A∑: là tổng điện năng qua các máy biến áp cho phụ tải chính là lượng điện năng tiêu thụ ở cao áp và trung áp Dựa vào đồ thị phụ tải đã tính ở bảng 1-5, ta tính được A∑giống như ở phương án 1:

A∑= 6394251,04 MWh Vậy phần trăm tổn thất điện năng là:

39

% 4264 , 0 100 04 , 6394251

33 , 27263

40

Chương 4 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Mục đích của việc tính toán dòng điện ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn, thanh dẫn của nhà máy điện theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và

ổn định nhiệt khi có ngắn mạch Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn chọn khí cụ điện và dây dẫn là dòng điện ngắn mạch ba pha

Để tính toán dòng điện ngắn mạch, trong đồ án thiết kế này ta dùng phương pháp gần đúng với các khái niệm điện áp trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình (Ucb = Utb)

Chọn các đại lượng cơ bản:

Công suất cơ bản được chọn là: Scb = 100 MVA

Các điện áp cơ bản được chọn là: Ucb1 = 525 kV

4.1 Tính các điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản

4.1.1 Điện kháng của hệ thống điện

Nhiệm vụ thiết kế đã cho điện kháng tương đối định mức của hệ thống là XHTdm

= 0,42 và công suất định mức của hệ thống SHTdm = 16000 MVA Do đó điện kháng của hệ thống quy đổi về lượng cơ bản là:

XHT = XHTdm

16000

100 42 , 0

4.1.2 Điện kháng của nhà máy

Các máy phát điện đã cho là loại TB-200-2 có điện kháng siêu quá độ dọc trục là 1284

100 1826 , 0

=

Gdm

cb

S S

= 0,0776