Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện ngưng hơi gồm 4 tổ máy mỗi tổ máy có công suất p = 63 MW

Việc tính tốn, xác định phụ tải ở các cấp điện áp và lượng cơng suất nhà máy thiết kế trao đổi với hệ thống điện cực kì quan trọng, nĩ là cơ sở giúp ta xây dựng được bảng phân phối và câ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUI NHƠN KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ -    -

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thiện Thảo

Giáo viên hướng dẫn : TS Huỳnh Đức Hoàn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN Khoa Kỷ thuật & Công nghệ

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thiện Thảo Lớp: Điện kỹ thuật Khóa 27

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Nhà máy gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là 63 MW Nhà máy có nhiệm

vụ cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát, 110kV, 220kV và phát công suất vào hệ thống 220kV

1 Phụ tải điện áp máy phát:

5 Phụ tải toàn nhà máy:

Phụ tải của nhà máy: tự dùng 5%, cosφ = 0,85

Biến thiên phụ tải theo thời gian:

t (giờ) 0 – 6 6 – 12 12 – 18 18 - 24

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:

- Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

- Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy

- Tính toán ngắn mạch

- So sánh kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu

- Tính chọn khí cụ điện và các phần có dòng điện chạy qua

- Sơ đồ nối điện chính kể cả tự dùng

Ngày giao đồ án tốt nghiệp:

Ngày hoàn thành đồ án tốt nghiệp:

Cán bộ hướng dẫn: TS Huỳnh Đức Hoàn

LỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống ngày nay, năng lượng là yếu tố quyết định trong mọi quá trình sản xuất, lao động cũng như sinh hoạt của con người Từ công ngiệp, nông nghiệp, dịch vụ thậm chí đến nguyên cứu khoa học, khám phá thiên nhiên đều cần năng lượng, đặc biệt là năng lượng điện

Hiện nay nước ta là một nước đang phát triển, đang trong quá trình thưc hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Do vậy vấn đề đảm bảo cung cấp điện năng cho các quá trình sản xuất rất được chú trọng Là nước có nguồn tài nguyên than đá dồi dào nên ngoài việc xây dựng các nhà máy thủy điện thì các nhà máy nhiệt điện cũng được chú trọng phát triển Qua quá trình học tập, em được nhận đề tài tốt nghiệp có nội dung:

Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện ngưng hơi gồm 4 tổ máy mỗi tổ máy có công suất P = 63 MW

Với những kiến thức đã, cộng với sự chỉ dẫn của các thầy cô trong bộ

môn, đặc biệt là sự hướng dẩn tận tình, chu đáo của thầy giáo T.S HUỲNH

ĐỨC HOÀN đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Tuy nhiên, vì chỉ

mới là sinh viên sắp ra trường nên kinh nghiệm lẫn kiến thức chuyên môn còn chưa có nên đồ án của em chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong có được những lời nhận xét và chỉ dẩn thêm của các thầy cô để khi ra trường em có được một số kinh nghiệm dể khỏi bỡ ngỡ khi bước đầu nhận công tác

MỤC LỤC

Lời nói đầu……… 1

Chương 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.1: Chọn máy phát điện……… 2

1.2: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất……… 3

1.2.1: Phụ tải địa phương……… 3

1.2.2: Phụ tải cấp điện áp 110kV……… 4

1.2.3: Phụ tải cấp điện áp 220kV……… 5

1.2.4: Phụ tải toàn nhà máy……… 6

1.2.5: Phụ tải tự dùng………7

1.2.6: Công suất phát về hệ thống……….8

Chương 2: CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH 2.1: Chọn phương án nối dây……… 11

2.1.1: Phương án 1………12

2.1.2: Phương án 2………13

2.1.3: Phương án 3………13

2.2: Sơ bộ so sánh các phương án đã nêu trên……….14

2.3: Chọn máy biến áp cho các phương án và phân phối công suất… ….15

2.3.1: Chọn công suất máy biến áp……… 15

2.3.1.1: Phương án 1……….15

2.3.1.2: Phương án 2……….16

2.3.2: Phân bố công suất cho các MBA và các cuộn dây MBA…… 17

2.3.2.1: Phương án 1……….17

2.3.2.2: Phương án 2……….17

2.3.3: Kiểm tra khả năng mang tải của máy biến áp………18

2.3.3.1: Phương án 1……….18

2.4: Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ……… …………24

2.4.1: Phương án 1 ……… 24

2.4.2: Phương án 2………27

Chương 3: XÁC ĐỊNH DÒNG LÀM VIỆC CƯỠNG BỨC VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3.1: Xác định dòng làm việc cưỡng bức……… 29

3.1.1: Tính dòng điện cưỡng bức cho phương án 1……….29

3.1.2: Tính dòng điện cưỡng bức cho phương án 2……….30

3.2: Tính toán dòng ngắn mạch………31

3.2.1: Phương án 1 …….……… 31

3.2.1.1: Chọn các đại lượng cơ bản……….31

3.2.1.2: Chọn điểm ngắn mạch tính toán……….32

3.2.1.3: Tính điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối 33

3.2.1.4: Lập sơ đồ thay thế và tính toán ngắn mạch………34

3.2.2: Phương án 2………42

3.2.2.1: Chọn điểm ngắn mạch tính toán……….42

3.2.2.2: Lập sơ đồ thay thế và tính toán ngắn mạch………43

Chương 4: TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1: Chọn máy cắt cho mạch………51

4.2: Chọn sơ đồ thiết bị phân phối……… 52

4.2.1: Phương án 1………52

4.2.2: Phương án 2………53

4.3: Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu……….53

4.3.1: Vốn đầu tư của các phương án ……… 54

4.3.2: Phí tổn vận hành hằng năm………54

4.3.3: Tính chi phí từng phương án……… 55

4.3.3.1: Phương án 1……….55

4.3.3.2: Phương án 2……….56

4.3.4: So sánh các phương án, chọn phương án tối ưu……….57

Chương 5: LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN, DÂY DẪN VÀ THANH GÓP 5.1: Chọn dao cách ly……… 59

5.2: Chọn dây dẫn và thanh góp……… 59

5.2.1: Chọn dây dẫn và thanh góp mềm……… 60

5.2.1.1: Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch……… 61

5.2.1.2: Kiểm tra điều kiện vầng quang……… 67

5.2.2: Chọn thanh dẫn cứng……… 68

5.2.2.1: Chọn tiết diện thanh dẫn cứng……….68

5.2.2.2: Kiểm tra ổn định động……….69

5.3: Chọn sứ đỡ cách điện………71

5.3.1: Kiểm tra ổn định động………71

5.4: Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện………72

5.4.1: Cấp điện áp 220 kV……… 73

5.4.2: Cấp điện áp 110 kV……… 73

5.5: Mạch máy phát……… 74

5.6: Chọn chống sét van……… 77

5.7: Chọn cáp cho phụ tải địa phương……… 79

5.7: Chọn kháng điện, máy cắt cho phụ tải địa phương……… 81

Chương 6: CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG 6.1: Chọn máy biến áp cấp một………87

6.1.1: Máy biến áp công tác……… 87

6.1.2: Máy biến áp dự trữ……….88

6.2: Chọn máy biến áp cấp hai……….88 6.3: Chon áptômát cho tự dùng, cho thanh góp 0,4 kV……… 89 6.4: Chọn máy cắt……… ……….90 6.4.1: Chọn máy cắt cho mạch tự dùng cấp điện áp 10 kV………… 90 6.4.2: Chọn dao cách ly………91 6.4.3: Chọn máy cắt cho mạch tự dùng cấp điện áp 6,3 kV………….92 6.5: Sơ đồ nối điện tự dùng……… 94

Chương 1:

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Để thực hiện tốt nhiệm vụ thiết kế, chúng ta cần phải nắm vững các số liệu đã cho cũng như xác định các yêu cầu kĩ thuật địi hỏi trong quá trình thiết kế Việc tính tốn, xác định phụ tải ở các cấp điện áp và lượng cơng suất nhà máy thiết kế trao đổi với hệ thống điện cực kì quan trọng, nĩ là cơ sở giúp ta xây dựng được bảng phân phối và cân bằng cơng suất tồn nhà máy Từ đĩ rút ra các điều kiện kinh tế kĩ thuật để chọn các phương án nối điện tồn nhà máy tối ưu với thực tế yêu cầu thiết kế

1.1 Chọn máy phát điện:

Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta ngày càng xây dựng thêm nhiều nhà máy điện va trạm biến áp cĩ cơng suất lớn, đây là một phần khơng thể thiếu trong hệ thống năng lượng Thiết bị quan trọng nhất trong các nhà máy điện là máy phát điện, các máy phát điện biến đổi năng thành điện năng tạo thành các nguồn cung cấp cho hệ thống Ngồi ra, máy phát điện

cĩ khả năng điều chỉnh cơng suất của mình do đĩ giữ vai trị quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điện năng ( điều chỉnh tần số và điện áp của hệ thống ).Theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế đồ án là thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện ngưng hơi cĩ tổng cơng suất là 252MW gốm 4 tổ máy cơng suất 63MW, ta chọn máy phát điện cĩ các thơng số cho ở bảng 1.1 [ TL1 _ Tr 100]

Bảng 1-1

Loại máy S

MVA

PMW

UKV

I

KA Cosϕ Xd

'' Xd' Xd

TB-63-2 78,75 63 10,5 4,33 0,8 0,153 0,224 2,199

1.2 Tính toán phụ tải & cân bằng công suất:

Khi vận hành một hệ thống điện ta thấy mức độ tiêu thụ điện năng luơn thay đổi theo thời gian, qui luật biến thiên của phụ tải theo thời gian được biểu diễn trên hình vẽ gọi là đồ thị phụ tải Như vậy đồ thị phụ tải rất cần thiết cho thiết kế

và vận hành hệ thống điện Khi cĩ đồ thị phụ tải tồn bộ hệ thống thì cĩ thể phân

bố tối ưu cơng suất cho các nhà máy điện trong hệ thống, xác định được mức tiêu hao nhiên liệu…

Đồ thị phụ tải ngày của nhà máy hay trạm biến áp cịn được dùng để chọn dung lượng máy biến áp, tính tổn thất điện năng trong máy biến áp, chọn sơ đồ nối dây Từ các giá trị Pmax ở các cấp điện áp cho trước, kết hợp với bảng biến thiên cơng suất ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp Cơng thức chung để tính tốn :

P(t) = P% Pđm

100× với S(t) =

P(t)Cosϕ ( 1.1)

Trong đó:

P(t) là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

S(t) là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t

Cosϕ : là hệ số công suất phụ tải

1.2.1.Phụ tải địa phương:

Pdp( t )(MW) 9,8 11,2 14 9,8

Sdp ( t )(MW) 11,529 13,176 16,471 11,529

Bảng 1-2

1.2.2.Phụ tải c ấ p đ i ệ n áp 110 kV: S T

Ta cĩ: Uđm = 110 kV PTmax = 140 MW Cosϕtb = 0,8

Từ ( 1.1 ) tính phụ tải từng thời điểm ta cĩ bảng biến thiên công suất của phụ tải theo thời gian như sau:

Bảng biến thiên phụ tải

1.2.3: Phụ tải c ấ p đ i ệ n áp 220 kV: S C

PC(t ) (MW) 28 40 36 28

SC( t )(MVA) 35 50 45 35

Bảng 1-4

PNM(t ) (MW) 176,4 252 252 201,6

SNM( t )(MVA) 207,529 296,471 296,471 237,176

Bảng 1-5

35 45

50 35

Đồ thị phụ tải

1.2.6 Công suất phát về hệ thống:

- Điện năng do nhà máy sản xuất ra, một phần tự dùng, một phần cung cấp

cho phụ tải trung áp 110kV, và cao áp 220kV, phần cịn lại là phát vào hệ thống Công suất phát về hệ thống được tính theo công thức sau:

Đồ thị phụ tải tổng hợp

Nhận xét chung:

Từ đồ thị phụ tải tổng hợp ta thấy nhà máy luôn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải và phát công suất thừa lên lưới

Công suất phát lên hệ thống của nhà máy nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên khi có sự cố tách nhà máy ra khỏi hệ thống vẫn đảm bảo ổn định hệ thống

Sdp max = 16,471 MVA ; Sdp min = 11,529 MVA

ST max = 175 MVA ; ST min = 113,75 MVA

SC max = 50 MVA ; SC min = 35 MVA

STD max = 15,194 MVA ; STD min= 12,526 MVA

SNM max= 296,471 MVA ; SNM min = 207,529 MVA

SVHT max =44,806 MVA ; SVHT min = 34,724 MVA

Sdtq = 10% *2000 = 200 MVA

Phụ tải điện áp trung nhỏ nhất là 113,75 MVA lớn hơn công suất của một máy phát (78,75 MVA) nên có thể ghép một máy phát vào phía thanh góp và cho vận hành định mức liên tục

Cấp điện áp cao(220KV) và trung áp (110KV) 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 về mặc kinh tế

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

●Công suất mỗi bộ máy phát điện - máy biến áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống.

● Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ,để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từ đầu máy phát điện nhưng không được vượt quá 15% công suất của bộ

● Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc tự ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết bị phân phối sẽ phức tạp hơn

● Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía điện áp trung và cao đều

có trung tính trực tiếp nối đất

● Khi công suất tải lên cao áp lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì phải đặt ít nhất hai máy biến áp

* Nhận xét:

- Phụ tải địa phương có công suất bằng 10,46% <15% công suất của bộ máy phát điện Do đó, không cần thiết dùng hệ thống thanh góp ở cấp điện áp máy phát để cung cấp điện cho phụ tải địa phương

- Vì cấp điện áp cao áp (220KV) và trung áp( 110KV) là lưới có trung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa ba cấp điện áp với nhau

- Vì công suất của một máy phát nhỏ hơn công suất dự trữ quay cả hệ thống nên có thể dùng sơ đồ bộ máy phát - máy biến áp trong các phương án

- Với những nhận xét sơ bộ như trên, ta có thể đề xuất một số phương án

sơ đồ điện chính của nhà máy như sau:

2.1.1 Phương án 1:

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

Ưu

- nhược điểm:

- Cung cấp đủ cơng suất cho các phụ tải các cấp điện áp

- Bộ MP – MBA khơng đồng bộ gây khĩ khăn cho lắp đăt, vận hành, bão

dưỡng và sữa chữa

- Bộ MP – MBA lên 220kV được truyền trực tiếp, nên giảm được tổn thất

tuy nhiên đầu tư lớn

H T

ST

SC

2.1.2 Phương án 2:

Phương án này hai tổ máy được nối với thanh góp 220KV qua máy biến áp liên lạc Còn phía 110KV được ghép hai bộ máy phát điện-MBA

Ưu - nhược điểm:

- Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải trong mọi trường hợp

- Dung lượng các máy biến áp phải chọn khơng lớn

- Đầu tư cho hai máy biến áp hai dây quấn nối vào thanh gĩp 110 KV sẽ rẻ tiền hơn so với phương án I

2.1.3: Phương án 3:

Phương án này ta dùng hai bộ máy phát – máy biến áp F3 – B3 và F4 – B4

ghép vào thanh cái điện áp trung 110KV Thanh góp 10,5 KV được ghép hai máy phát điện F1, F2 ở giữa có đặt kháng điện để hạn chế dòng ngắn mạch Để liên lạc giữa cấp điện áp cao 220 KV và cấp điện áp trung 110 KV sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu B1 và B2

H T

Ưu -Nhược điểm:

- Đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải trong mọi trường hợp

- Dung lượng các máy biến áp phải chọn không lớn

- Số lượng máy biến áp hơi nhiều làm tăng vốn đầu tư và tỏn thất điện năng trong máy biến áp

2.2: Sơ bộ so sánh giữa các phương án đã nêu trên :

Các phương án nêu ra đều đảm bảo về mặt kỹ thuật ,tuy nhiên mỗi phương án đều cĩ ưu nhược điểm riêng.Do đĩ cần phải phân tích kĩ sơ bộ để loại trừ phương án ít được sử dụng và giữ lại các phương án thơng dụng nhất,sau đĩ tính tốn cụ thể tìm ra phương án tối ưu

So sánh giữa phương án 1,2 và 3 ta thấy sơ đồ nối dây của hai phương án 1 và

2 đơn giản như nhau, độ tin cậy cung cấp điện cao, đảm bảo về mặt kỹ thuật, phương án 3 cĩ dung lượng máy biến áp tự ngẫu lớn Do vậy ta chọn phương án

1 và 2 đưa vào tính tốn

2.3: Chọn máy biến áp cho các phương án và phân phối cơng suất cho các máy biến áp:

thiết bị quan trọng Trong hệ thống điện tổng công suất của các máy biến áp rất lớn và bằng vào khảng 4-5 lần tổng công suất của máy phát điện Vì vậy vốn đầu

tư cho máy biến áp rất nhiều Người ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp

ít, công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Do

đó khi chọn máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn chủng loại,

số lượng, công suất định mức và hệ số biến áp

Để chọn các máy biến áp làm việc cho các phương án thiết kế thì mỗi loại máy cần thoả mãn các điều kiện nhất định Nguyên tắt chung đẻ chọn máy biến

áp là chọn công suất định mức của máy biến áp lớn hơn hoặc bằng công suất cực đại, sau đó kiểm tra lại điều kiện sự cố có kể đến hệ số quá tải

* Máy biến áp hai cuộn dây :

Ở phương án này cĩ 2 bộ máy biến áp 2 cuộn dây trong đĩ cĩ 1 bộ nối trực tiếp vào thanh gĩp 110kV, cịn 1 bộ nối trực tiếp vào thanh gĩp 220kV Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B1,B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng

Ta có bảng phân bố công suất: Bảng 2.3

MBA (MVA)S 0 – 6 6 – 12Thời gian12 – 18 18 - 24

* Máy biến áp hai cuộn dây :

Phương án này co hai máy biến áp nối vào thanh gĩp 110kV Khi phụ tải trung áp nhỏ nhất nhưng lại bé hơn cơng suất của hai bộ máy biến áp nên sẽ cĩ một lượng cơng suất truyền qua 2 lần 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

C tn

S t = Sc Svht +

* Khi làm việc bình thường:

+ Máy biến áp hai cuộn dây:

SdmB1 = SdmB4 = 80 MVA > SBT = 74,952 MVA

+ Máy biến áp tự ngẫu :

Từ 6 ÷ 12h các máy biến áp tự ngẫu B2 , B3 làm việc với hạ áp cực đại Khi

đó, cuộn dây nối tiếp có tải lớn nhất và ta có :

B4

ST

SC

Khi sự cố máy biến áp B4 mỗi máy biến áp tự ngẫu phải một lượng công suất là:

→Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải

Phía trung của máy biến áp tự ngẫu phải tải một lượng công suất là:

STB2(B3)= max

1

2S T 0,5.175 = 87,5 MVALượng công suất từ máy phát F2(F3)cấp lên phía hạ của B2(B3)

Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiêu so

với lúc bình thường là;

Sthiếu=S TG220−157, 7 44,806-33,384 11, 422= = MVA

Công suất dự trữ của hệ thống 5% là SdtHT=200 MVA

Ta thấy SdtHT>Sthiếu→Vậy máy biến áp chọn thỏa mãn điều kiện

Khi sự cố máy biến áp B2 máy biến áp tự ngẫu B3 cịn lại phải tải một lượng

cơng suất là :

S = STmax - SB4= 175 – 74,952 =100,048 MVA

Thực tế một máy biến áp tự ngẫu phải tải một lượng cơng suất là:

SB2(B3) = α SdmB = 0,5 160 = 80 MVA

Do vậy nên máy biến áp bị quá tải vĩi hệ số quá tải là:

Kqtsc = 100,048 : 80 = 1,25 < K = 1,4 : hệ số quá tải sự cố cho phép

Vậy máy biến áp chọn khơng bị quá tải

H T