Tài liệu Tự dùng trong nhà máy điện và trạm biến áp doc

* Trong nhà máy thủy điện có các cơ cấu tự dùng chính sau : - Các cơ cấu của tuabin nước - máy phát: Bơm dầu của hệ thống điều chỉnh bôi trơn cho các tổ máy, bơm nước của hệ thống làm m

Chương 6

TỰ DÙNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

6.1 Khái niệm về tự dùng trong nhà máy điện

6.1.1 Khái niệm

Trong nhà máy điện ngoài các thiết bị chính như lò hơi, tuabin, máy phát, còn có nhiều loại cơ cấu khác nhau để phục vụ hay tự động hóa quá trình công tác của các tổ máy Tất cả những cơ cấu này cùng với các động cơ điện kéo chúng, mạng điện, thiết bị phân phối, máy biến áp giảm áp, nguồn năng lượng độc lập, hệ thống điều khiển, tín hiệu, thắp sáng tạo thành hệ thống tự dùng của nhà máy

* Trong nhà máy nhiệt điện (sử dụng nhiên liệu là than) có các cơ cấu tự dùng chính sau :

- Các cơ cấu phục vụ cho quá trình chuẩn bị nhiên liệu:

+ Các cơ cấu của thiết bị đập than : máy sàn than, đập than

+ Các cơ cấu chế biến than bột : Máy nghiền than, máy cấp than nguyên

- Các của kho nhiên liệu và vận chuyển nhiên liệu vào lò: Cần trục, máy xúïc than, băng tải,

- Các cơ cấu của lò hơi: Máy cấp than bột, quạt gió, quạt khói, bơm nước cấp,

- Các cơ cấu của tổ máy - tua bin: Bơm ngưng tụ, bơm tuần hoàn, bơm dầu của hệ thống điều chỉnh, làm mát, bôi trơn

* Trong nhà máy thủy điện có các cơ cấu tự dùng chính sau :

- Các cơ cấu của tuabin nước - máy phát: Bơm dầu của hệ thống điều chỉnh bôi trơn cho các tổ máy, bơm nước của hệ thống làm mát máy phát và làm mát dầu bôi trơn

- Các cơ cấu phục vụ cho đập, các cửa đập, gian máy,

Ngoài các cơ cấu để phục vụ cho qúa trình công nghệ chính trên, còn có các cơ cấu làm nhiệm vụ phụ như: Bơm cấp nước kỹ thuật, bơm chữa cháy, thiết bị nén khí, máy nạp ắc quy, hệ thống điều khiển, tín hiệu, thắp sáng,

Tính đảm bảo của hệ thống tự dùng quyết định đến sự làm việc đảm bảo của toàn bộ nhà máy điện Vì vậy hệ thống tự dùng phải yêu cầu có độ tin cậy cao, nhưng phải đồng thời đảm bảo tính kinh tế

Tùy theo vai trò trong quá trình công nghệ, người ta chia các cơ cấu tự dùng chính thành các cơ cấu tự dùng quan trọng và không quan trọng Các cơ cấu quan trọng là các cơ cấu mà khi ngừng làm việc, dù chỉ trong thời gian rất ngắn cũng làm giảm điện năng hay nhiệt năng phát ra hay ngừng làm việc các tổ máy

Trong nhà máy nhiệt điện là bơm tuần hoàn, bơm ngưng tụ, bơm dầu làm mát bôi trơn, bơm cấp nước, quạt gió, quạt khói, bộ phận cấp than bột Trong nhà máy thủy

điện là : Bơm dầu áp lực của thiết bị điều tốc cho tổ máy, bơm dầu của hệ thống bôi trơn

ổ trục, bơm nước làm mát máy phát

Ngoài ra, người ta còn chia tự dùng thành hai phần: Tự dùng chung cho toàn bộ nhà máy và tự dùng riêng cho từng tổ máy

Để truyền động các máy công tác trong nhà máy điện người ta sử dụng chủ yếu các động cơ điện Vì động cơ điện có tính đảm bảo cao, kinh tế và vận hành đơn giản Khi truyền động bằng động cơ điện việc tự động hóa quá trình công nghệ trong nhà máy đơn giản rất nhiều

Công suất và điện năng tiêu thụ cho tự dùng của nhà máy điện phụ thuộc vào loại nhà máy, công suất nhà máy và đối với nhà máy nhiệt điện còn phụ thuộc vào dạng nhiên liệu, phương pháp đốt nhiên liệu, thông số hơi, Trong nhà máy nhiệt điện công suất điện tự dùng thường chiếm khoảng (5 - 8)% công suất nhà máy, đối với nhà máy thủy điện công suất tự dùng rất thấp, chiếm khoảng một vài phần trăm công suất nhà máy

6.1.2 Nguồn cung cấp điện và các cấp điện áp tự dùng trong nhà máy điện

Điện áp tự dùng được sử dụng chủ yếu là cấp 6 KV và 0,4 KV (380V/220V) Cấp

6KV được dùng để cấp cho các động cơ công suất lớn hơn 200 KW, cấp 0,4 KV cấp cho các động cơ công suất bé hơn, thắp sáng, tín hiệu,

Cấp điện áp 3 KV không dùng vì giá thành động cơ 3 KV và 6 KV không lệch nhau nhiều nhưng phí tổn kim loại màu và tổn thất trong mạng 3KV lớn hơn rất nhiều so với cấp 6KV Hơn nữa dùng cấp 6KV còn có ưu điểm là :

- Tăng được công suất đơn vị của các động cơ

- Tăng được công suất của MBA chính nên có thể chọn số lượng MBA ít hơn

- Điều khiển tự mở máy tốt hơn

a/ b/ c/

Hình 6-1

điện tự dùng được lấy ngay từ thanh góp điện áp máy phát qua máy biến áp tự dùng hoặc qua kháng điện Nếu cấp điện áp tự dùng bằng cấp điện áp máy phát thì người ta sẽ lấy qua kháng điện, ngược lại ta phải lấy qua máy biến áp tự dùng (H.61.a)

Trong nhà máy điện sử dụng sơ đồ bộ MF - MBA, thì điện tự dùng có thể trích từ đầu cực máy phát hoặc lấy từ TBPP điện áp cao như hình (H.61.b, c)

Khi công suất của bộ lớn thì công suất tự dùng lớn Mà MBA tự dùng có công suất càng lớn thì dòng ngắn mạch trong hệ thống tự dùng càng lớn, do vậy làm cho thiết bị tự dùng làm việc rất nặng nề, đắt tiền Để khắc phục, có thể dùng MBA có điện áp ngắn mạch Un% lớn hoặc dùng MBA có cuộn dây phân chia ở cấp 6 KV (H.61.c) Khi máy

biến áp tự dùng có công suất từ 25 MVA trở lên, theo qui phạm phải dùng MBA có cuộn dây phân chia phía hạ

Ngoài ra trong nhà máy

nhiệt điện có thể dùng tổ TB -

MF phụ như hình (H.62.a) Hơi

được lấy từ tuabin chính, còn

máy phát thì độc lập, không nối

với các máy phát chính của nhà

máy a/ b/

Hình 6 - 2 Hoặc dùng máy phát phụ nối đồng trục với máy phát chính (H.62.b)

Phương án này có hiệu suất của tuabin chính cao hơn, tiết kiệm hơn nhiều so với phương án đặt tua bin riêng, và được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy nhiệt điện khu vực và nhà máy điện nguyên tử

Tất cả các nguồn điện tự dùng theo phương án trên cũng không thể tuyệût đối đảm bảo tin cậy cung cấp điện cho tự dùng được Vì khi sự cố trong máy phát, hay trên thanh góp UF hay trong phần TBPP tự dùng thì nguồn tự dùng cũng bị mất

Vì vậy ngoài nguồn tự dùng làm việc, còn phải có nguồn tự dùng dự trữ Đó có thể là các MBA nối với thanh góp đáp cao có liên lạc với hệ thống Trong trường hợp này nếu cả NMĐ bị mất điện thì vẫn còn điện tự dùng dự trữ lấy từ hệ thống về Nhưng trường hợp sự cố NMĐ trùng với sự cố hệ thống thì mất toàn bộ điện tự dùng Vì vậy trong NMĐ còn phải đặt thêm các nguồn độc lập như ắc quy, máy phát điện, tua bin khí

6.2 Chọn số lượng và công suất máy biến áp tự dùng

6.2.1 Chọn máy biến áp tự dùng làm việc

Để cung cấp cho các thiết bị tự dùng phải xây dựng thiết bị phân phối ở 2 cấp điện áp 6 KV và 0,4 KV, vì vậy cần phải dùng 2 loại máy biến áp :

Máy biến áp tự dùng bậc 1: Từ cấp điện áp MF xuống cấp 6KV

Máy biến áp tự dùng bậc 2: Từ cấp 6KV xuống 0,4KV

Phụ tải của hệ thống tự dùng được phân phối đều cho các phân đoạn Mỗi phân đoạn được nốúi với nguồn tự dùng làm việc, các phụ tải tự dùng riêng của từng tổ máy lò hơi - tua bin được lấy từ phân đoạn tự dùng riêng rẻ Các phụ tải tự dùng chung như vận chuyển than, chuẩn bị nhiên liệu, có thể được chia đều cho các phân đoạn tự dùng Ở các TTNĐ thường có thanh góp tự dùng đặc biệt để cấp điện cho tự dùng chung, nhưng khi đó số lượng MBA sẽ tăng lên

Công suất định mức của MBA tự dùng làm việc được cung cấp từ TBPP tự dùng 6KV được xác định gần đúng theo biểu thức sau :

1 1

1 1

cos

K

P

ϕ η

∑

≥

Trong đó :

S1 : Công suất định mức của MBA tự dùng làm việc bậc 1

ΣP1 : Tổng công suất tính toán trên trục cơ của các máy công tác có động cơ cấp 6KV nối vào phân đoạn đang xét

K1 : Hệ số đồng thời

η1, cosϕ1 : Hiệu suất và hệ số công suất trung bình của các động cơ 6KV

∑S2 : Tổng công suất định mức của các máy biến áp bậc 2 nối vào phân đoạn đang xét

K2 : Hệ số đồng thời của các máy biến áp bậc 2

Tỷ số K1/η1 cosϕ1 thường chọn bằng 0,9

K2 cũng lấy gần bằng 0,9 nên ta có :

S1 ≥ (∑P1 + ∑S 2).0,9

Trường hợp phải đặt kháng điện thay cho MBA bậc 1 thì kháng điện được chọn theo dòng điện cực đại qua kháng

Máy biến áp bậc 2 có nhiệm vụ cung cấp cho các động cơ 380/220V và thắp sáng Phụ tải tự dùng cấp 0,4KV ở các NMNĐ khoảng (10-30)% tự dùng tổng, còn ở các TTNĐ thì có thể cao hơn MBA 6/0,4 KV thường đặt ở các tâm phụ tải như gian máy,

Máy biến áp 630KVA và 1.000KVA được dùng phổ biến Máy biến áp trên 1.000KVA không sử dụng vì sẽ làm dòng ngắn mạch trong mạng 0,4KV rất lớn và vốn đầöu tư cho thiết bị ở mạng điện này tăng lên Với (5 - 6) máy biến áp tự dùng làm việc thường đặt một máy biến áp dự trữ nguội

Thanh góp 0,4KV được phân đoạn để hạn chế dòng ngắn mạch và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Các phân đoạn này được cung cấp bằng biến áp tự dùng làm việc và nguồn dự trữ

Máy biến áp bậc 2 cũng được chọn như máy biến áp bậc 1: Công suất định mức của máy biến áp làm việc bậc 2 có thể xác định như sau :

S2 ≥ ΣP2 K2/η2 cosϕ2

ΣP2 : Tổng công suất tính toán của các máy làm việc với động cơ 380V và các phụ tải khác nối với máy biến áp đang xét [KW]

K2 : Hệ số đồng thời của các thiết bị cấp 0,4 KV

η2 và cosϕ2 : Hiệu suất và hệ số cosϕ trung bình của động cơ 380V

K2/η2.cosϕ2 = (0,35 - 0,85) tùy thuộc vào điều kiện của các động cơ

6.2.2 Chọn số lượng và công suất MBA tự dùng dự trữ

Như đã trình bày ở trên, để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho tự dùng ngoài tự dùng chính còn phải có nguồn điện tự dùng dự trữ Trong nhà máy nhiệt điện trích hơi có thiết bị phân phối ở cấp UF, máy biến áp tự dùng làm việc được nối với thanh góp cấp

UF có liên hệ với hệ thống qua biến áp liên lạc B1 (H.6-3)

Trong trường hợp máy phát F1 bị

cắt ra thì tự dùng vẫn được cung cấp qua

BATD Khi BATD bị sự cố thì hai máy

cắt MC2 và MC3 cắt ra, sau đó tự động

đóng nguồn tự dùng dự trữ (TĐD) đưa

tín hiệu đóng MC6 và MC4, BATD dự

trữ được đưa vào làm việc để cung cấp

điện cho tự dùng Khi ngắn mạch trên

thanh góp cấp UF thì MC1 và MC7 bị

cắt ra, lúc này bảo vệ rơ le điện áp thấp

sẽ cắt MC3, MC2 sau đó TĐD đưa tín

Hình 6 - 3

Chú ý: Khi máy biến áp tự dùng làm việc bị sự cố thì máy biến áp tự dùng dự trữ

phải được đóng tức thời để duy trì sự làm việc bình thường cho thanh góp tự dùng do đó

yêu cầu tổ nối dây của máy biến áp tự dùng làm việc và tự dùng dự trữ phải phối hợp với nhau sao cho điện áp trên thanh góp tự dùng dự trữ và điện áp trên thanh góp tự dùng làm việc phải đồng pha

Ở các TTNĐ có sử dụng thiết bị phân phối cấp UF, khi số biến áp tự dùng làm việc nhỏ hơn hoặc bằng 6 thì chỉ cần đặt 1 MBATD dự trữ, còn nếu lớn hơn 6 thì chọn 2 MBATD dự trữ

Ở TTNĐ dự trữ cho cấp 0,4 KV cũng được lấy qua MBA 6/0,4KV Số lượng máy biến áp được chọn theo nguyên tắc trên, và chọn công suất MBA ≤ 1.000KVA

Trong các nhà máy nhiệt điện nối bộ , thì máy biến áp tự dùng dự trữ được nối vào thanh góp điện áp cao (H.6-4)

MBA tự dùng dự trữ

phải thay thế được bất

kỳ một MBA làm việc

nào khi cần sửa chữa Ví

dụ, nếu BATD1 bị cắt ra

khỏi bộ, bộ B1 làm việc

với toàn bộ phụ tải, thì

khi đó phân đoạn tự

dùng PD1 được cung

cấp từ BATD dự trữ

Hình 6 - 4 Tình trạng làm việc này có thể kéo dài trong suốt thời gian sửa chữa BATD1, trong lúc này nếu xảy ra sự cố một bộ khác, chẳng hạn B2, để đảm bảo cho bộ này ngừng làm việc thì đảm bảo cung cấp điện cho hàng loạt các cơ cấu tự dùng của bộ này Do đó MBATD dự trữ phải tải thêm lượng công suất này Sau khi bộ số 2 ngừng, phải khởi động tổ máy khác đang nghỉ, chẳng hạn B3, để khởi động B3 thì phải lấy điện tự dùng từ BATD dự trữ Vì vậy máy biến áp này không chỉ làm nhiệm vụ dự trữ cho MBA tự dùng làm việc mà còn phải đảm bảo cấp điện tự dùng khi dừng hay khởi động một tổ máy khác, nên nó còn gọi là máy biến áp tự dùng dự trữ khởi động

Để đảm bảo điều kiện này, công suất BATD dự trữ phải chọn lớn hơn hoặc bằng 1,5 lần công suất phụ tải cực đại của TD làm việc, và phải chú ý đến khả năng quá tải bình thường của BATD dự trữ vì nó thường nghỉ hoặc non tải

Ngoài ra còn phải chú ý đến điều kiện tự khởi động các động cơ tự dùng

nguồn tự dùng dự trữ được đóng vào dưới tác dụng của thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng TĐD (ABP) thì các động cơ không bị cắt ra đồng thời tăng tốc độ Hiện tượng

này gọi là hiện tượng tự khởi động của các động cơ Dòng khởi động của các động cơ không đồng bộ rất lớn dẫn đến tăng tổn thất điện áp trong cuộn dây của máy biến áp tự dùng dự trữ, do vậy điện áp trên phân đoạn tự dùng giảm nhiều so với định mức có thể làm các động cơ không tự khởi động được, dẫn đến việc phải dừng cả bộ Để đảm bảo điều kiện tự khởi động của các động cơ cần phải giảm ngắn thời gian mất điện, khi cắt BATD chỉ cho phép còn đóng một số động cơ của các cơ cấu tự dùng quan trọng, còn những động cơ không quan trọng phải cắt ra và cần phải giảm điện kháng của máy biến áp tự dùng dự trữ Nhưng điều này lại mâu thuẩn với việc hạn chế dòng ngăn mạch, và

vì vậy chỉ dùng các BATD có Un% ≥ 13%

Phương pháp dự trữ cho tự dùng như trên gọi là dự trữ rõ (nguội) vì có MBA dự

trữ riêng bình thường không làm việc

Ngoài ra còn có phương pháp dự trữ kín (nóng), bình thường các MBATD làm

việc song song, nhưng khi một MBA sự cố thì các máy còn lại với khả năng quá tải sự cố cho phép vẫn đảm bảo tải được cả công suất tự dùng của phân đoạn vừa mất

6.3 Sơ đồ nối điện tự dùng của nhà máy điện và trạm biến áp

6.3.1 Sơ đồ nối điện tự dùng của nhà máy nhiệt điện khu vực

Hình 6-5 là sơ đồ cung cấp điện tự dùng cho nhà máy nhiệt điện khu vực có 4 tổ máy, các MBA tự dùng BATD1, BATD2, BATD3, BATD4 là các biến áp tự dùng làm việc cung cấp cho các phân đoạn tự dùng 6 KV và lấy từ các phân đoạn khác nhau của nhà máy hoặc trích từ đầu cực máy phát Còn MBA tự dùng dự trữ nối qua máy cắt thường mở, MBA tự dùng dự trữ được nối vào hạ áp máy biến áp liên lạc với hệ thống Để giữ điện áp cần thiết trên các thanh góp tự dùng của các MBA tự dùng làm việc và dự trữ phải dùng MBA có điều áp dưới tải Tổ nối dây của MBA tự dùng làm việc và dự trữ phải chọn sao cho có cùng thứ tự pha và cùng pha để có thể đóng làm việc song song ngắn hạn khi đưa nguồn tự dùng từ tự dùng làm việc sang tự dùng dự trữ và ngược lại

Do đặc điểm của nhà máy thửy điện, phần tự dùng đơn giản và nhỏ hơn nhiều so với nhà máy nhiệt điện Ở nhà máy thủy điện người ta phân ra hai loại tự dùng : tự dùng riêng cho các tổ máy và tự dùng chung cho nhà máy Hình 6 - 6 là sơ đồ tự dùng của một nhà máy thủy điên công suất lớn, gồm 4 tổ máy công suất 200MVA được nối bộ lên hệ thống

Hình 6 - 6

Các máy biến áp BATD9, BATD10 cung cấp cho phần tự dùng chung của nhà máy vì các phụ tải chung ở xa nhà máy nhà máy Tự dùng riêng của các tổ máy được cung cấp từ BATD5, BATD6, BATD7, BATD8, tự dùng dự trữ lấy từ BATD3, BATD4 Nguồn cung cấp tự dùng dự trữ sẽ được lấy từ trạm biến áp ở gần nhà máy, nó được xây dựng trong quá trình thi công nhà máy Trong các nhà máy thủy điện lớn có thể nối các máy biến áp tự dùng riêng từ thanh góp tự dùng 6 KV hay ở đầu cực máy phát

6.3.3 Sơ đồ tự dùng của trạm biến áp

* Đối với trạm không có người trực phụ tải tự dùng bé thậm chí không có Phụ tải tự dùng trong các trạm biến áp này chỉ dùng một lượng nhỏ để phục vụ cho các thiết bị bơm làm mát MBA hay dùng để thắp sáng khi kiểm tra sửa chữa

* Đối với những trạm có người trực thường xuyên phụ tải tự dùng gồm có: Thắp sáng, quạt làm mát MBA, máy nạp accu, nếu dùng máy cắt không khí thì có

thiết bị nén khí, điện tự dùng còn dùng để cung cấp nước trong một số trường hợp có máy bù đồng bộ

Các trạm BA có công suất khoảng (50 - 200) MW có đặt máy bù đồng bộ hay cung cấp cho khu dân cư lân cận thì tự dùng có thể lớn hơn Tự dùng quan trọng nhất là quạt làm mát, hệ thống thông tin liên lạc và thắp sáng sự cố Trong trạm BA có công suất bé, điện áp (6 - 10) KV cũng như trạm BA và trạm phân phối có điện áp cao để cung cấp cho tự dùng ta dùng MBA có cấp điện áp 0,4 KV hay 0,2 KV Để cung cấp cho thắp sáng thông tin liên lạc, tín hiệu điều khiển có thể dùng BU thay cho BA

Trong hình 6-7 dùng BU thay

cho MBA nối vào trước đường dây

cung cấp Tự dùng vẫn có thể sử

dụng được khi máy cắt ở cuối trạm

đang ở vị trí cắt St = Sgh của BU (ở

đây không quan tâm đến vấn đề sai

Hình 6 - 7

* Đối với trạm BA có người trực thường xuyên điện áp sơ cấp lơn hơn 110KV và những trạm BA công suất lớn có điện áp lớn hơn35KV để cung cấp cho tự dùng

ta phải dùng hai MBA nối vào thanh góp của trạm ở hai phân đoạn khác nhau (H.6-8)

* Đối với trạm BA giảm áp có đường dây đi ra được cung cấp qua kháng điện thì BA tự dùng nên nối vào sau kháng điện (H.6-8)

Hình 6 - 8