TÍNH TOÁN PHỤ TẢI, CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY
CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN
Theo yêu cầu thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện với 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 60 MW, chúng ta sẽ tham khảo bảng 1.1 trong tài liệu "Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp" của PGS-TS Phạm Văn Hòa Dựa trên thông tin trong bảng, máy phát được chọn là loại TBΦ-60-2 với các thông số kỹ thuật được ghi rõ trong bảng dưới đây.
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của máy phát điện
Uđm, kV n, vg/ph Cos đ m Iđm, kA X'' d X' d X 2
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT`
1.2.1 Các công thức tính toán cân bằng phụ tải trong nhà máy điện
Trong nhiệm vụ thiết kế, đồ thị phụ tải của nhà máy và các cấp điện áp được trình bày dưới dạng bảng với phần trăm công suất tác dụng P max và hệ số cosφ tương ứng của từng phụ tải Từ đó, chúng ta có thể tính toán phụ tải của các cấp điện áp dựa trên công suất biểu kiến Các kết quả tính toán sẽ được trình bày cụ thể trong bài viết.
Trong đó: P(t)%- phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t
P(t)- Công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t
P max - Công suất max của phụ tải S(t)- Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t Cos - Hệ số công suất phụ tải
+ Phụ tải cấp điện áp máy phát UMPĐ (10,5 kV)
P max = 19 MW, cos = 0,87 + Phụ tải cấp điện áp trung U T (110kV)
P max = 120MW; cosφ = 0,86 + Phụ tải toàn nhà máy
Tổng công suất định mức toàn nhà máy: PdmΣ = n.P dmF = 4.60 = 240 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy đƣợc xác định theo công thức sau:
Trong đó: S TNM (t) - Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t
P%(t) - Phần trăm công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t
Cosφ F =0,8 - Hệ số định mức của máy phát
Công suất tự dùng nhà máy là: (t) % (0, 4 0, 6 ( ) )
Trong đó: S TD ( ) t Phụ tải tự dùng tại thời điểm t
% - lƣợng điện phần trăm tự dùng ( =9%)
S TNM (t)- Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t
P dmF ,S dmF -Công suất tác dụng và công suất biểu kiến định mức của một tổ máy phát n- số tổ máy phát (n=4); Cosφ TD = 0,86
Công suất phát về hệ thống
Trong thiết kế không bao gồm phụ tải cao áp 220kV, công suất phát lên hệ thống là lượng công suất thừa, đã đủ để cung cấp cho các phụ tải điện áp trung, hạ và nhu cầu tự dùng.
Công suất của nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm (t) đƣợc tính theo công thức:
S VHT (t) = S TNM (t) - S UF (t) - S UT (t) - S TD (t)
1.2.2 Biến thiên phụ tải các cấp điện áp và toàn nhà máy
Từ các công thức trên, thay số ta tính đƣợc các kết quả sau:
Bảng 1.2: Biến thiên công suất của phụ tải cấp điện áp và toàn nhà máy
Dựa trên bảng số liệu đã tính toán, chúng ta có thể tạo ra các đồ thị phụ tải cho từng cấp điện áp, sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.
1.2.3 Đồ thị phụ tải các cấp điện áp và toàn nhà máy
Hình 1.1 Đồ thị phụ tải địa phương Hình 1.2 Đồ thị phụ tải trung áp
Hình 1.3 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy Hình 1.4 Đồ thị phụ tải tự dùng
Hình 1.5 Đồ thị công suất phát về hệ thống
Từ các đồ thị trên ta có đồ thị phụ tải tổng:
Hình 1.6 Đồ thị công suất phụ tải tổng
CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY
Chọn sơ đồ nối điện là bước quan trọng trong thiết kế nhà máy điện, nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục cho người tiêu dùng Các phương án cần thể hiện tính khả thi và kinh tế, dựa trên bảng phụ tải tổng hợp và tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật chung.
Qua quá trình phân tích và tính toán phụ tải ở các cấp điện áp và phụ tải toàn nhà máy ta có:
Bảng 1.3: Tổng kết công suất các cấp điện áp và phụ tải toàn nhà máy
Cấp điện áp Máy phát 10,5 kV
Trung áp 110 kV Tự dùng Về hệ thống
=> Sơ đồ nối dây không cần thanh góp điện áp máy phát
- Lưới điện có ba cấp điện áp, thỏa mãn:
+ Lưới điện áp phía trung và phía cao đều là lưới trung tính trực tiếp nối đất
Nên dùng hai MBA tự ngẫu làm liên lạc giữa cao và trung áp
- Xét tỉ số max T dmF
75 nên ta có thể ghép từ 0-2 bộ MFĐ-MBA lên phía trung áp
- Tổ máy có công suất trung bình 75 MVA, có thể ghép chung hai máy phát với một máy biến áp vì:
ghep S dmF = 2.S dmF = 2.75 = 150 MVA < S du phong = 180 MVA
Từ đó, ta đề xuất các phương án nối điện sau:
Hình 1.7: Sơ đồ nối điện phương án 1 Ƣu điểm:
Phương án này mang lại lợi ích với chủng loại và thiết bị đơn giản, giúp việc vận hành và sửa chữa trở nên dễ dàng Bên cạnh đó, phân bố công suất giữa các cấp điện áp cũng khá đồng đều.
- Số lượng MBA phía cao nhiều nên về sơ bộ phương án này có vốn đầu tư cao hơn so với phương án 2 trình bày dưới đây
Hình 1.8: Sơ đồ nối điện phương án 2 Ƣu điểm:
Phương án này đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện, đồng thời giảm chi phí đầu tư so với phương án 1 nhờ việc sử dụng thiết bị ở cấp điện áp thấp hơn, giúp tiết kiệm chi phí hiệu quả.
- Phương án này chỉ dùng hai loại MBA nên dễ vận hành, lắp đặt
Do tổng công suất phát bên trung lớn hơn công suất tải trung áp, nên sẽ có một lượng công suất truyền qua hai lần biến áp, điều này dẫn đến việc tăng tổn thất công suất.
Hình 1.9: Sơ đồ nối điện phương án 3
- Với phương án này, sự liên lạc điện năng 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 tƣ 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
Hình 1.10: Sơ đồ nối điện phương án 4
Số lượng máy biến áp trong phương án này ít hơn, tuy nhiên, công suất của máy biến áp kết nối với phía 220 kV sẽ lớn hơn so với máy biến áp ở cùng vị trí trong phương án 1.
Độ tin cậy cung cấp điện của phương án 1 và phương án 2 thấp hơn, vì khi máy biến áp hai cuộn dây gặp sự cố, cả hai bộ máy phát không thể cung cấp công suất cho phụ tải.
Sau khi phân tích và đánh giá các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của các phương án đề xuất, chúng tôi nhận thấy phương án 1 và 2 là hai lựa chọn tối ưu hơn so với các phương án còn lại Vì vậy, thiết kế phần điện cho nhà máy điện sẽ tập trung vào hai phương án này cho các bước tiếp theo.
TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP
PHƯƠNG ÁN 1
Hình 2.1: Sơ đồ nối điện phương án 1
2.1.A CHỌN MÁY BIẾN ÁP a) Máy biến áp hai cuộn dây Đối với máy biến áp 2 cuộn dây, do mang tải bằng phẳng bằng công suất do nguồn máy phát cung cấp nên không có nhu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ Do đó, chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao và đƣợc điều chỉnh trực tiếp bằng tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của máy phát Vậy ta chọn loại máy biến áp không điều chỉnh dưới tải Công suất định mức đƣợc chọn theo công thức:
Các máy phát điện đều có cùng công suất là 75MVA nên chọn MBA B1, B2 theo côngthức:
Theo bảng phụ lục 2.5 và 2.6 trong sách “Thiết kế phần điện cho nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS-TS Phạm Văn Hòa, giá trị S đmB phải lớn hơn hoặc bằng S đmF với mức tối thiểu là 75 MVA Bảng thông số của các MBA được trình bày rõ ràng trong tài liệu này.
Bảng 2.1: Thông số của các MBA hai cuộn dây
Sđm MVA Điện áp cuộn dây kV U N %
Máy biến áp liên lạc tự ngẫu B1 TДЦ 80 242 - 10,5 - 11 - 0,6 80 320 được thiết kế để đáp ứng nhu cầu điều chỉnh điện áp cho các phía máy biến áp không bằng phẳng Loại máy biến áp này cho phép điều chỉnh dưới tải, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định và linh hoạt trong việc cung cấp điện áp.
- Công suất định mức: TN 1 dm dmF
S dmF là công suất định mức máy phát
Trong phụ lục 2.6 của sách “Thiết kế phần điện cho nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS-TS Phạm Văn Hòa, có trình bày bảng thông số kỹ thuật của các máy biến áp (MBA).
Bảng 2.2: Thông số của các MBA tự ngẫu
S đm MVA Điện áp cuộn dây kV U N %
TN2 ATДЦTH 160 230 121 11 11 32 20 0,5 85 380 c) Phân bố công suất cho các cấp của MBA
Máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA cần hoạt động ổn định với đồ thị phẳng suốt cả năm để đảm bảo hiệu quả kinh tế và thuận tiện Khi đó, công suất tải qua mỗi máy biến áp đạt mức tối đa.
- Máy biến áp liên lạc
Sau khi phân bổ công suất cho MBA hai cuộn dây trong bộ MF-MBA, phần công suất còn lại sẽ do MBA liên lạc đảm nhận Phần này được xác định dựa trên nguyên tắc cân bằng công suất, không tính đến tổn thất trong MBA.
Phân bố công suất cho các phía của MBA TN1 và TN2 theo từng thời điểm nhƣ sau:
Trong đó: S PT (t) , S PC (t) , S PH (t) - Công suất các phía trung, cao, hạ của MBA tại thời điểm t
S UT (t) - Công suất phụ tải điện áp trung tại thời điểm t
Bảng2.3:Phân bố công suất cho các phía của máy biến áp liên lạc theo từng thời điểm
S PH (t) (MVA) 31,49 31,49 46,83 59,99 57,80 44,65 45,74 d) Kiểm tra điều kiện quá tải của các máy biến áp
(+) Khi phụ tải trung áp cực đại
Chọn thời điểm xảy ra sự cố nặng nề nhất khi phụ tải trung áp cực đại tại thời điểm t -16h Khi đó: max UT max
Xét cụ thể từng sự cố ta có:
Sự cố 1: Hỏng bộ B2 bên trung tại thời điểm phụ tải trung cực đại
Hình 2.2: Sự cố hỏng MBA bộ bên trung khi phụ tải trung cực đại
- Điều kiện kiểm tra quá tải MBA tự ngẫu nhằm cung cấp đủ công suất cho phụ tải phía trung (110kV) là:
2.K qt SC α.S dmTN S max UT Trong đó: K qt SC = 1, 4 là hệ số quá tải sự cố cho phép
Thay số vào ta đƣợc: 2.1,4.0,5.160= 224 MVA S UT max 5,58 MVA
Vậy máy biến áp tự ngẩu không bị quá tải khi xảy ra sự cố trong trường hợp này
- Phân bố công suất khi xảy ra sự cố:
+ Công suất phía Trung của MBATN:
+ Công suất phía Hạ của MBATN:
+ Công suất phía Cao của MBATN:
S S S S MVA (Dấu - chỉ chiều công suất truyền tải từ phía cao về MBATN)
Trong sự cố này, MBATN hoạt động theo chế độ truyền tải từ Hạ đến Trung và từ Cao đến Trung, dẫn đến cuộn chung phải chịu tải nặng nhất Tải trọng này được xác định gần đúng bằng công thức: max.
S ch Max SPH (t) + α.S PT (t) = 59,99 + 0,5.62,79 = 91,38 MVA
Ta thấy: S ch max = 91,38MVA < kscqt α.SdmTN=1,4.0,5.1602MVA (thỏa mãn)
S thiếu = S VHT UT max S boB1 + S TN PC 1 = 131,83 68,72 + 2.(-2,81) = 68,72 MVA
Khi máy biến áp hai cuộn dây bên trung gặp sự cố, các máy biến áp khác trong hệ thống không bị quá tải Mặc dù công suất hệ thống bị thiếu 68,72 MVA, nhưng vẫn nhỏ hơn công suất dự phòng của hệ thống.
Sự cố 2: Hỏng một trong hai máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm phụ tải trung cực đại
Hình 2.3: Sự cố hỏng MBA tự ngẫu khi phụ tải trung cực đại
- Điều kiện quá tảiquá tải MBA tự ngẫu nhằm cung cấp đủ công suất cho phụ tải phía trung (110kV) là:
K qt α.SdmTN + S boB2 S UT max 1,4.0,5.160 + 68,720,72MVA125,58 MVA Vậy điều kiện trên thỏa mãn
+ Công suất phía Trung của MBATN:
+ Công suất phía Hạ của MBATN:
+ Công suất phía Cao của MBATN:
Trong sự cố này, công suất S được tính toán là S = 51,25 - 56,86 = -5,61 MVA Điều này cho thấy MBATN hoạt động theo chế độ truyền tải từ Hạ lên Trung và từ Cao xuống Trung, dẫn đến cuộn chung phải chịu tải nặng nhất, được xác định gần đúng theo công thức max.
S ch Max S PH (t) + α.S PT (t) = 51,25 + 0,5.56,86 = 80,68 MVA
Ta thấy: S ch max = 80,68 MVA