Tài liệu Đồ án môn học - Thiết kế phần điện của nhà máy điện pdf

Theo yêu cầu của bài, nhà máy nhiệt điện công suất 220kw, gồm 4 tổ máy x 55 MW nên ta chọn các máy phát điện cùng loại có các thông số kỹ thuật như sau: 2... Chương 2 XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG

Đồ án môn học

Thiết kế phần điện của nhà

máy điện

Theo yêu cầu của bài, nhà máy nhiệt điện công suất 220kw, gồm 4 tổ

máy x 55 MW nên ta chọn các máy phát điện cùng loại có các thông số kỹ

thuật như sau:

2 Tính toán cân bằng công suất :

a) Tính công suất phụ tải các cấp:

- Phía trung 110kV:

88 , 0

85 100

t

% P cos

P t

b) Công suất phụ tải địa phương:

85 , 0

40 100

t

% P cos

P t

220 100

t

% P cos

P t

d Công suất tự dùng của nhà máy:

Với α =6%, cosϕ =0,86 ta tính được S(t) theo công thức:

=

275

t S 6 , 0 4 , 0 275 100

6 S

S 6 , 0 4 , 0 S

nm

t nm

114,85

100,219 95,266

81,148

Chương 2

XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY

BIẾN ÁP

Theo chương 1 ta có kết quả tính toán sau:

Phụ tải địa phương :

Ta xây dựng các phương án theo các cơ sở sau:

1 Có hay không có thanh góp điện áp máy phát:

Công suất phụ tải địa phương max :

SuFmax =47,059 > 15%.Smf =15%.68,75=10,3125 Vậy sơ đồ có sử dụng thanh ghóp điện áp máy phát

2 Lưới cao áp 220kV và trung áp 110kV là lưới có trung tính trực tiếp

220

110 220

UC

U

=

ngẫu liên lạc giữa 2 cấp đó

3 STmax/STmin=96,591/67,614 mà SFđm=68,75; cho nên số lượng bộ máy MF-MBA 2 cuộn dây phía trung áp sao cho tương ứng với công suất max cấp

đó, do vậy có thể sử dụng 1 hay 2 bộ MF-MBA 2 cuộn dây

4.Ghép 1 số MF với một MBA: phải đảm bảo công suất tổng của máy

phát ghép nhỏ hơn công suất dự phòng của hệ thống Từ đó ta vạch ra các

phương án như sau

.PHƯƠNG ÁN 1

Phương án I, phía cao áp thanh góp 220kV bố trí 2 máy biến áp tự ngẫu

Phía trung áp thanh góp 110kV được nối với hai bộ máy phát điện - máy biến

áp ba pha hai dây quấn

Sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa hai cấp điện áp cao và trung

Phụ tải tự dùng đựoc cấp từ phía hạ áp của các máy biến áp, riêng phụ tải địa

phương phải được cấp điện từ phía hạ áp của máy biến áp liên lạc

.PHƯƠNG ÁN 3

Thanh ghóp 220kV ta cũng ghép hai bộ máy phát điện-máy biến áp hai cuộn dây

Để liên lạc giữa hai cấp điện áp cao và trung ta sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu

Ta thấy phương án này là không kinh tế ( vì phụ tải bên trung lớn)

II.CHỌN MÁY BIẾN ÁP:

1 Phương án 1:

a.Chọn máy biến áp:

- Chọn MBA B3,B4 trong bộ MF - MBA 2 cuộn dây bên trung được chọn theo điều kiện của sơ đồ bộ:

SFđm ≤ SB=68,75 ⇒ SBđm = 80 (MVA)

Đối với MBA 2 cuộn dây này ta không cần phải kiểm tra điều kiện sự cố

- Chọn MBA tự ngẫu liên lạc B1, B2 theo công thức sau:

b Kiểm tra quá tải của máy biến áp:

b.1: Quá tải bình thường: Do máy biến áp có công suất định mức được chọn

lớn hơn công suất thừa cực đại cho nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải

khi làm việc bình thường

b.2: Quá tải sự cố: Xét khi STmax trong hai trường hợp sau

- Sự cố hỏng một bộ MF - MBA bên trung: ta phải kiểm tra điều kiện:

Với: Sbộcòn lại= SđmF - Std = 68,75 - 0,06.68,75 = 64,625 MVA

- Sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc: ta kiểm tra điều kiện sau:

Kqtsc.α.SBđm ≥ STmax - ΣSbộ (2-3)

b.3:Kiểm tra điều kiện Sdt ≥ Sthiếu :

-Hỏng một bộ bên trung:

2

1 S S

1 S 2

1 S

S 2

192 , 82 S

2

1 S

SCC = SCH − SCT = 82 , 192 + 32 , 659 = 114 , 851 MVA

Điều kiện Sdt ≥ Sthiếu thỏa mãn

2 Phương án 2:

a.Chọn máy biến áp:

- Chọn MBA B3,B4 trong bộ MF - MBA 2 cuộn dây bên trung được chọn theo điều kiện của sơ đồ bộ:

SFđm ≤ SB=68,75 ⇒ SBđm = 80 (MVA)

Đối với MBA 2 cuộn dây này ta không cần phải kiểm tra điều kiện sự cố

- Chọn MBA tự ngẫu liên lạc B1, B2 theo công thức sau:

Kết quả chọn máy biến áp cho phương án 1 như sau:

b Kiểm tra quá tải của máy biến áp:

b.1: Quá tải bình thường: Do máy biến áp có công suất định mức được chọn

lớn hơn công suất thừa cực đại cho nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải

khi làm việc bình thường

b.2: Quá tải sự cố: Xét khi STmax trong hai trường hợp sau

- Sự cố hỏng một bộ MF - MBA bên trung: ta phải kiểm tra điều kiện:

- Sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc: ta kiểm tra điều kiện sau:

b.3:Kiểm tra điều kiện Sdt ≥ Sthiếu :

-Hỏng một bộ bên trung:

2

1 S

1 S 2

1 S

S 2

2

1

uF dmF

S 82 , 192

2

1 S

Điều kiện Sdt ≥ Sthiếu thỏa mãn

Chương 3

TÍNH TOÁN CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

I.Tính toán cho phương án 1:

1.Tính phân bố công suất cho các máy biến áp:

Bộ MF - MBA hai cuộn dây làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm:

625 , 64 5 , 16 4

1 75 , 68 S

4

1 S

S

Đồ thị phụ tải các phía của máy biến áp tự ngẫu B1, B2:

2

1 )

- Phía cuộn trung: S CT t = [S T(t) − ΣS bo]

2

1 )

Từ các công thức trên ta tính được sự phân bố công suất cho máy biến áp liên lạc B1, B2 như sau:

2 Tính tổn thất điện năng của máy biến áp

a) Đối với máy biến áp ghép bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây

Công thức tính tổn thất điện năng như sau:

t S

S P t P A

Bdm

B N

B . 2 .

2

0 + Δ Δ

=

t- Thời gian vận hành của máy biến áp trong năm

Do máy biến áp B3, B4 vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm

2

2 3

80

625 , 64 310 8760 70

+ Δ

+ Δ

=

Bdm

iH H N Bdm

iT T N Bdm

iC C

S

S P S

S P S

S P t

P

2 2

2 2

2

trong đó : SiC, SiT, SiH- công suất tải qua cuộn cao, cuộn trung và cuộn hạ áp của máy biến áp tự ngẫu

cao, trung, hạ áp của máy biến áp tự ngẫu được tính theo các công thức sau:

= Δ

.

2

2

.

2

2

.

5 , 0

5 , 0

5 , 0

α α

α α

α α

H T N H C N T C N H

N

H T N H C N T C N T

N

H T N H C N T C N C

N

P P

P P

P P

P P

P P

P P

989 , 25 190 160

633 , 47 190 365 8760 85 A

2 2

2 2

2 2

160

472 , 29 570 160

659 , 32 190 160

425 , 57 190 4 160

472 , 29 570 160

659 , 32 190 160

2 2

2 2

2 2

2 2

160

587 , 14 570 160

989 , 25 190 160

576 , 40 190 4 160

065 , 41 570 160

989 , 25 190 160

2 2

2 2

2 2

2 2

160

292 , 19 570 160

818 , 30 190 160

2 2

2

=1130,645 (MWh)

Như vậy tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp của phương

168 , 134 U

)

1

(

- Phía cao áp máy biến áp liên lạc B1, B2:

230 3

851 , 114 U

30 U

3 cos

P 2

28 U

3 cos

- Phía trung áp máy biến áp liên lạc B1, B2:

110 3

659 , 32 U

75 , 68 05 , 1 U 3

S

75 , 68 05 , 1 U 3

S 05 , 1 I

dm

Fdm )

9 (

- Phía hạ áp máy biến áp liên lạc B1, B2:

Vậy Icb(6) = 4,519 (kA)

- Dòng cưỡng bức qua kháng điện phân đoạn:

Vậy Icb(8) = 3,94 (kA)

4.Tính toán kinh tế - kỹ thuật:

Mục đích của tính toán kinh tế kỹ thuật là đánh giá các phương án về mặt kinh tế từ đó lựa chọn phương án tối ưu đảm bảo các điều kiện kỹ thuật các chỉ tiêu kinh tế cao Thực tế vốn đầu tư phụ thuộc vốn đầu tư các mạch của thiết bị phân phối mà vốn vốn đầu tư cho thiết bị phân phối chủ yếu là máy cắt Vì thế để tính toán vốn đầu tư cho thiết bị phân phối trước hết ta chọn máy cắt cho từng phương án

VBi là tiền mua máy biến áp thứ i

KBi là tính đến tiền chuyên chở lắp đặt máy biến áp thứ i (hệ số

VTBPP là vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối

VTBPP =Σ( nc.vc + nt.vt + nh.vh ) (4-3) với: nc, nt, nh là số mạch phía cao, trung và hạ áp

vc, vt, vh là giá mỗi mạch phía cao, trung và hạ áp

100

4 , 8

a Chọn sơ bộ máy cắt và dao cách ly

Máy cắt và dao cách ly được chọn sơ bộ theo điều kiện sau:

Uđm MC, DCL ≥ Ul

Iđm MC, DCL ≥ Icbmax (4-7) Theo điều kiện (4-7) trên ta chọn được loại máy cắt và dao cách ly cho các mạch phía cao, trung, hạ như bảng sau:

b Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối

- Phía 220 kV: Dùng sơ đồ hệ thống 2 thanh góp

- Phía 110 kV: Dùng sơ đồ hệ thống 2 thanh góp có thanh góp vòng (Do phụ tải phía trung lớn, có phụ tải loại I yêu cầu đảm bảo cung cấp điện liên tục)

- Phía 10 kV: Dùng thanh góp điện áp máy phát có kháng điện phân đoạn loại PbA 10/3000/12

c Tính vốn đầu tư

Áp dụng các công thức tính vốn đầu tư (4-1), (4-2), (4-3)

P∆A = 500 ∆A = 500.7031,88.103 = 3515,94.106 (VNĐ) Vậy : P1 = 3934,56.106 + 3515,94.106 = 7450,5.106 (VNĐ)

II.Tính toán cho phương án 2:

1.Tính phân bố công suất cho các máy biến áp:

Bộ MF - MBA hai cuộn dây làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm:

4

1 75 , 68 S

4

1 S

Đồ thị phụ tải các phía của máy biến áp tự ngẫu B1, B2:

2

1 S S 2

1 ) t (

2

1 ) t (

Từ các công thức trên ta tính được sự phân bố công suất cho máy biến áp liên lạc B1, B2 như sau:

2 Tính tổn thất điện năng của máy biến áp

a) Đối với máy biến áp ghép bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây

Công thức tính tổn thất điện năng như sau:

t S

S P t P A

Bdm

B N

B . 2 .

2

0 + Δ Δ

=

Do máy biến áp B3, B4 vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm

Máy biến áp ghép bộ phía trung áp:

2

2 3

80

625 , 64 310 8760

80

625 , 64 320 8760

+ Δ

+ Δ

=

Bdm

iH H N Bdm

iT T N Bdm

iC C

S

S P S

S P S

S P t

P

2 2

2 2

2

trong đó : SiC, SiT, SiH- công suất tải qua cuộn cao, cuộn trung và cuộn hạ áp của máy biến áp tự ngẫu

cao, trung, hạ áp của máy biến áp tự ngẫu được tính theo các công thức sau:

.

2

2

.

2

2

.

5 , 0

5 , 0

5 , 0

α α

α α

α α

H T N H C N T C N H

N

H T N H C N T C N T

N

H T N H C N T C N C

N

P P

P P

P P

P P

P P

P P

637 , 38 190 160

321 , 15 190 365 8760 85 A

160

409 , 73 570 160

296 , 48 190 160

113 , 25 190 4 160

115 , 78 570 160

296 , 48 190 160

2 2

2 2

2 2

2 2

160

899 , 46 570 160

637 , 38 190 160

262 , 8 190 4 160

899 , 46 570 160

637 , 38 190 160

2 2

2 2

2 2

2 2

2

4 160

604 , 51 570 160

807 , 33 190 160

2 2

Như vậy tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp của phương

án 2 là : ΔA2 = ΔAB1 + ΔAB2 + ΔAB3 +ΔAB4

168 , 134 U

75 , 68 05 , 1 U 3

S

10

(

- Phía cao áp máy biến áp liên lạc B1, B2:

220 3

226 , 50 U

b) Các mạch phía 110 khu vực

- Đường dây kép cấp cho phụ tải trung áp

110 3 88 , 0

30 U

3 cos

P 2

28 U

3 cos

- Phía trung áp máy biến áp liên lạc B1, B2:

110 3

296 , 48 U

75 , 68 05 , 1 U 3

S

75 , 68 05 , 1 U 3

S 05 , 1 I

dm

Fdm )

9 (

- Phía hạ áp máy biến áp liên lạc B1, B2:

Vậy Icb(6) = 4,519 (kA)

- Dòng cưỡng bức qua kháng điện phân đoạn:

Vậy Icb(8) = 3,94 (kA)

Bảng tổng kết dòng điện cưỡng bức các mạch của phương án 2:

4 Tính toán kinh tế kỹ thuật

a Chọn sơ bộ máy cắt và dao cách ly

Chọn máy cắt và dao cách ly theo điều kiện (4-7) giống như phương án I

b Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối

Giống phương án I

c Tính vốn đầu tư :

Làm tương tự phương án I ta được

Vốn đầu tư cho máy biến áp gồm có 2 máy biến áp tự ngẫu và 2 máy biến áp

3 pha 2 dây quấn là:

một loại máy cắt nên ta chỉ tính một điểm ngắn mạch: N1, N2 trên thanh góp, nguồn cung cấp là toàn bộ máy phát điện của nhà máy và hệ thống

Ở cấp UF: tính các điểm ngắn mạch như sau:

Trong phạm vi đồ án môn học ta chỉ cần tính toán ngắn mạch ở điểm sự cố

nặng nề nhất N6 :

+ Khi tính N5 coi như F2 nghỉ (F2 không cung cấp dòng ngắn mạch) nguồn cung cấp là hệ thống và tất cả các máy phát điện còn lại

N5'

II LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ

Chọn hệ tương đối cơ bản: Scb= 100 MVA

Ucb = Utb = 230/115/10,5 kV cb

cb cb

U 3

S

Icb2 = 0,5 kA

- Điện kháng của hệ thống điện: Nhiệm vụ thiết kế đã cho điện kháng tương

lượng cơ bản là:

2100

100 2 , 1 S

S X X

m d HT

cb HT1

- Điện kháng của máy phát điện: Các máy phát điện đã cho là loại TBΦ-55-2

kháng qui đổi về lượng cơ bản là:

75

100 123 , 0 S

S X X

Fdm

cb '' d

1 U

S l x 2

1

1

2 cb

cb 0

5 , 10 S

S 100

% U

Bdm

cb N

160

100 100

5 , 11 S

S 100

U X

dm

cb C N

S

S 100

U X

dm

cb T N

160

100 100

5 , 20 S

S 100

U X

dm

cb H N

- Điện kháng qui đổi của kháng điện phân đoạn ở thanh góp điện áp máy phát:

5 , 5 100

6

I

I x

x

III TÍNH DÒNG NGẮN MẠCH THEO ĐIỂM

1 Điểm ngắn mạch N 1

Do tính đối xứng của sơ đồ so với điểm ngắn mạch nên không có dòng qua kháng nên ta có thể bỏ qua kháng điện trong sơ đồ thay thế

Đặt các điện kháng như sau:

2

072 , 0 2

X X X

9 8

9 8

154 , 0 155 , 0 X X

X X X

12 10

12 10

+

= +

S X

X

cb

HT 1

Dòng điện ngắn mạch được cung cấp từ phía hệ thống là:

230 3

2100 49 , 0 U 3

S K

HT 0

''

230 3

2100 53 , 0 U 3

S K

)

(

I

1 cb

S X

X

cb

NM 14

Dòng điện ngắn mạch được cung cấp từ phía nhà máy là:

230 3

275 3 , 3 U 3

S K

NM 0

''

230 3

275 25 , 2 U 3

S K

)

(

I

1 cb

NM

Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N1 là:

875 , 4 277 , 2 598 , 2 ) 0 ( I ) 0

N

2 Điểm ngắn mạch N 2

Để tính toán điểm ngắn mạch tại N2 ta có thể lợi dụng kết quả tính toán, biến

E1234

X13HT

S

cb

Dòng điện ngắn mạch được cung cấp từ phía hệ thống là:

8 , 3 110 3

2100 36 , 0 U 3

S

HT 0

''

110 3

2100 38 , 0 U 3

S K

)

(

I

1 cb

S X

X

cb

NM 13

Dòng điện ngắn mạch được cung cấp từ phía nhà máy là:

110 3

275 9 , 4 U 3

S K

NM 0

''

110 3

275 5 , 2 U 3

S K

)

(

I

1 cb

NM

Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N2 là:

9 , 10 1 , 7 8 , 3 ) 0 ( I ) 0

đối đã tính ở phần trên và dùng các biến đổi nối tiếp và song song từ đó ta có

sơ đồ như hình sau:

12 I

I 100

X

dm

cb 0

128 , 0 128 , 0 D

22 , 0 128 , 0 D

X21

F1

X22

F34

X19 =

476 , 0

22 , 0 128 , 0 D

034 , 0 155 , 0 034 , 0 155 , 0 X

X X X X

14

18 10 18

155 , 0

034 , 0 031 , 0 034 , 0 031 , 0 X

X X X X

10

18 14 18

238 , 0 359 , 0 X X

X X

21 22

21 22

072 , 0 059 , 0 072 , 0 059 , 0 X

X X X X

24

23 19 23

072 , 0

143 , 0 059 , 0 143 , 0 059 , 0 X

X X X X

23

24 19 24

1 X

2100 298 , 0 U 3

S

I

3 cb

S 3

5 , 10 3

75 , 68 3 53 , 1 U

N5

I∞ = ∞ = =

5 , 10 3

75 , 68 3 55 , 1 U

Dòng điện xung kích: ixkN5 = 2.Kxk "

5 N

6 Điểm ngắn mạch N 5 ’

Điện kháng tính toán: Xtt = XF

100

75 , 68

= 0,123 Tra đường cong tính toán ta được :

75 , 68 9 , 7 U 3

S I

3 cb

75 , 68 9 , 2 U 3

S I

3 cb

Cấp điện áp, kV Điểm ngắn mạch I’’, kA I∞, kA Ixk, kA

110 N2 10,9 7,8 21,58

10,5

N5 51,76 51,99 102,48 N5’ 29,86 10,96 80,23 N6 78,62 62,95 182,71

Chương 5 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN

Ở mỗi cấp điện áp ta tiến hành chọn cho một mạch bao gồm: máy cắt, dao cách ly, thanh dây dẫn mềm, thanh góp mềm ở điện áp từ 110 kV trở lên và thanh dẫn cứng, kháng điện ở điện áp 10 kV, máy biến dòng, máy biến điện

áp và chống sét van trên thanh góp, trung tính máy biến áp

I CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN VÀ CHỌN DAO CÁCH LY:

1.Chọn máy cắt điện:

Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau:

- Điều kiện ổn định nhiệt: Inh2.tnh ≥ BN (Không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy cắt điện có dòng điện định mức lớn hơn 1000A)

Thông số định mức Uđm,

nhiệt với dao cách ly có dòng điện định mức lớn hơn 1000A)

II CHỌN THANH DẪN CỨNG VÀ SỨ ĐỠ ĐẦU CỰC MÁY PHÁT

Thanh dẫn cứng dùng để nối từ máy phát tới cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu

và máy biến áp ba pha hai cuộn dây Tiết diện của thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài Để tận dụng diện tích mặt bằng ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thước và khoảng cách giữa các pha

1 Chọn tiết diện thanh dẫn cứng

Điều kiện chọn:

Icphc ≥ Icb ; Icphc = Icp.Khc

là θđm = 250C Từ đó ta có hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ là:

88 , 0 25 70

35 70 K

dm cp

o cp

−

−

= θ

− θ

θ

− θ

=

Tiết diện của thanh dẫn cứng được chọn theo dòng điện lâu dài cho phép:

77 , 4 88 , 0

195 , 4 K

I I

hc

hc cp

Như vậy ta chọn thanh dẫn cứng bằng đồng, có tiết diện hình máng, quét sơn

và có các thông số như sau:

2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch

a) Tính ứng suất giữa các pha

Lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là:

14 , 2115 10

71 , 182 50

180 10 76 , 1 k i.

a

l 10 76

8

Mô men uốn tác dụng lên chiều dài nhịp:

58 , 38072 10

180 14 , 2115 10

58 , 38072 W

M

0

y y

1

b) Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm

- Khi không xét đến dao động:

Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha

5 , 12

1 10 51 , 0 i.

h

l 10 51 , 0

2 2

Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là :

σcpCu ≥ σ1 + σ2 hay σ2 ≤ σcpCu - σ1

→

2

1 Cu cp yy

) (

12.W

≤

miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là :

37 , 92 13,62

380,7) - 1400 (

12.9,5

37 , 92

180 l

l n

max 2

3,56 f

6 yoyo 2

rTrong đó E: Mô đun đàn hồi của vật liệu ECu = 1,1.106 KG/cm2

Jyoyo: Mô men quán tính Jyoyo = 625 cm4

γ: Khối lượng riêng của vật liệu γCu = 8,93 g/cm3