Nhà máy điện và trạm biến áp

Nhà máy điện và trạm biến áp

lời nói đầu

Trong những năm gần đây, với chính sách kinh tế mới, Đảng và nhà nước ta chútrọng đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nớc Cùng với sự phát triểnmạnh mẽ của các nghành công nghiệp, nghành năng lượng Việt nam đã có nhữngbước tiến vượt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinhtế.Cùng với việc xây dựng thành công đường dây tải điện Bắc – Nam và một sốcông trình lớn khác ,hệ thống điện nước ta đã từng bước được cải tạo, nâng cấp Xuấthiện ngày càng nhiều nhà máy điện và các trạm biến áp phân phối điện,do đó sảnlượng cũng như chất lượng điện năng ngày càng được nâng cao

Do địa hình nớc ta có nhiều đồi núi và các con sông lớn nên ta có thể xây dựngcác nhà máy thủy điện Nhà máy thủy điện đem lại những lợi ích không nhỏ về kinh

tế cũng như kỹ thuật Tuy nhiên, xây dựng nhà máy thủy điện lại cần vốn đầu tư kinh

tế lớn và thời gian xây dựng kéo dài nhiều năm Do đó, để theo kịp tốc độ phát triểncủa nền kinh tế,để đáp ứng nhu cầu trớc mắt về điện năng ta cần thiết phải xây dựngcác nhà máy nhiệt điện : có vốn đầu tư ít hơn ,thời gian xây dựng nhanh hơn

Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế – kỹ thuật sẽ đem lại lợi ích khôngnhỏ cho nền kinh tế và hệ thống điện.Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máynhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sựcủng cố toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên nghành hệ thống điện trớckhi xâm nhập thực tế

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hớng dẫn : PGS –TS Đào Quang Thạchđãhướng dẫn em tận tình, giúp em hoàn thành bản đồ án này

Sinh viênHoàng văn đồng

CHƯƠNG I TíNH TOáN PHụ TảI & cân bằng công suất

Đất nước ta đang trên đà phát triển mạnh theo con đường công nghiệp hoá, hiện

đại hoá, vì thế điện năng đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu trong quá trìnhphát triển đất nớc Số hộ dùng điện và lượng điện năng tiêu thụ không ngừng thay đổi

và tăng nhanh chóng Do vậy, để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêukinh tế người ta sử dụng các phương pháp thống kê, lập nên đồ thị phụ tải để từ đólựa chọn phương thức vận hành, sơ đồ nối điện hợp lý

Trong nhiệm vụ thiết kế, ngời ta thường cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các cấp

điện áp và hệ số công suất của phụ tải tơng ứng, cũng có khi cho đồ thị phụ tải hàngngày của toàn nhà máy Dựa vào đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp mà xây dựng đồ thịphụ tải tổng của toàn nhà máy, ngoài phần phụ tải của hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp,phụ tải phát về hệ thống, còn có phụ tải tự dùng của nhà máy Công suất tự dùng củanhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố (dạng nhiên liệu, áp lực hơi ban đầu,loại tuabin và công suất của chúng, loại truyền động đối với các máy bơm cungcấp.v v ) và chiếm khoảng 5 - 8% tổng điện năng phát ra

Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy thường vẽ theo công suất biểu kiến S(MVA) để có đợc độ chính xác hơn vì hệ số công suất của phụ tải ở các cấp điện ápthường khác nhau Như vậy, dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp tiến hành tínhtoán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy theo thời gian hàng ngày

1.1 Chọn máy phát điện :

Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là 55 MW

- Chọn máy phát điện đồng bộ tuabin hơi có các thông số sau :

Ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp, ta có :

Ρ%(t) = 100

P

)t(Pmax

⇒ P (t) = Pmax

100

)t

Trong đó :

- S : là công suất biểu kiến của phụ tải thời điểm t

- P : là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

- Cosϕ: là hệ số công suất phụ tải

- Cosϕ: là hệ số công suất phụ tải

Đồ thị phụ tải địa phương

2 Phụ tải điện áp trung :

3 Phô t¶i toµn nhµ m¸y :

NMS

)t(S

Std(t) : phụ tải tự dùng tại thời điểm t.

S NMmax : công suất đặt của toàn nhà máy

S NM(t) : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t

α : số phần trăm lượng điện tự dùng

SNMmax275 (MVA) ; Tự dùng của nhà máy : α= 6,8 % ;

- Tính toán theo công thức trên ta có bảng kết quả sau :

Đồ thi phụ tải tự dùng của nhà máy

5 Cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống :

- Ta xác định công suất của toàn nhà máy theo biểu thức :

1.3 Nhận xét :

Nhà máy điện đủ khả năng cung cấp cho phụ tải yêu cầu ở cấp điện áp và phụtải ở các cấp điện áp ,ngoài ra nhà máy còn phát công suất về hệ thống

-tính chất các phụ tải điện áp

Phụ tải địa phương ở cấp điện áp 10kv

-vai trò của nhà máy điện thiết kế đối với hệ thống :

Nhà máy phát công suất thừa vào hệ thống có

chương ii Chọn sơ đồ nối dây của nhà máy

- đảm bảo an toàn cung cấp điện theo yêu cầu

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

+ Về kinh tế :

- Vốn đầu tư ít

- Dễ vận hành, thay thế, lắp đặt, sửa chữa

- Sự linh hoạt trong vận hành (vận hành theo nhiều phương pháp)

- Có khả năng phát triển về sau

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quátrình thiết kế nhà máy điện Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liêntục 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, về số lượng máy phát điện nốivào thanh góp điện áp máy phát, số máy phát điện ghép bộ với máy biến áp v.v

- Công suất mỗi bộ máy phát điện - máy biến áp không lớn hơn dự trữ quay của hệthống

-Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp với côngsuất không quá 15 % công suất bộ

- Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy sẽlớn hơn dự trữ quay của hệ thống

- Cả phía cao và trung áp đều có trung tính trực tiếp nối đất nên ta sử dụng máy biến

áp tự ngẫu để liên lạc

Từ đó ta đề xuất các phương án :

B Các phương án :

1 Phương án I :

+ Nhược điểm :

Có một phần công suất truyền qua hai lần biến áp làm tăng tổn thất công suất.Nhưng vì sơ đồ trên sử dụng máy biến áp tự ngẫu liên lạc nên tổn thất công suấtkhông đáng kể, có thể bỏ qua

Về mặt công suất khắc phục được nhược điểm của phương án I, luôn luôn cungcấp đủ công suất cho các phụ tải cho dù gặp phải sự cố ngừng một trong các máy Do

đó, độ tin cậy cung cấp điện được nâng cao, cải thiện đáng kể

+Nhược điểm :

Chủng loại máy biến áp nhiều gây khó khăn trong vận hành và sửa chữa

Vốn đầu tư máy biến áp đắt hơn so với phương án một

3 Phương án III:

Nhận xét :

Tất cả các bộ máy phát điện – máy biến áp đều nối vào thanh góp điện áp cao(220 kV) Hai máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc và truyền công suất sang chothanh góp điện áp trung Khi xảy ra sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc,máy biến áp tự ngẫu còn lại không đảm bảo đủ cung cấp cho phụ tải điện áp bêntrung (110 kV)

Số lượng và chủng loại máy biến áp nhiều nên không có lợi về mặt kinh tế và gâykhó khăn trong tính toán thiết kế cũng như trong vận hành, sửa chữa

F1F4

F3

HT

F2

ST

Do đó, ta thấy hai phương án I & II có nhiều ưu điểm hơn, đảm bảo độ an toàn ,

độ tin cậy, cung cấp điện ổn định , dễ vận hành nên ta chọn hai phương án này để

so sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phương án tối ưu

Trong hệ thống điện người ta thường dùng các máy biến áp tăng áp và giảm áp, 2cuộn dây và 3 cuộn dây Các máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây và 3 cuộn dây được sửdụng rộng rãi trong hệ thống điện

Trong hệ thống điện có điện áp cao và trung tính nối đất trực tiếp thường dùngmáy biến áp tự ngẫu Loại MBA này có điểm ưu việt hơn MBA thường : giá thànhchi phí vật liệu và tổn hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn so với MBAthường có cùng công suất

2.3 phương án I

- sơ đồ nối dây

1.Chọn máy biến áp cho phương án I :

- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây :

- Bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu :

UUC

2 Phân phối công suất : các máy biến áp và các cuộn dây :

+ Các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây vận hành với phụ tải bằng phẳngsuốt trong năm :

- Công suất truyền qua cuộn cao :

3 Kiểm tra quá tải :

* Khi làm việc bình thường :

Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đại nên

•Khi sù cè

a Sù cè mét bé m¸y ph¸t –m¸y biÕn ¸p bªn trung

- Bé m¸y ph¸t ®iÖn – m¸y biÕn ¸p hai d©y quÊn bªn trung :

T

K2

SS

075 , 64 182

,

S®mTN= 160 (MVA) > 2,93 (MVA) tháa m·n ®iÒu kiÖn sù cè

+ Ph©n bè c«ng suÊt trªn c¸c cuén d©y MBA tù ngÉu khi x¶y ra sù cè :

- C«ng suÊt qua cuén trung cña m¸y biÕn ¸p tù ngÉu:

1 7 , 18 4

1 75 , 68 2

1 4

1

MVA S

S S

- C«ng suÊt truyÒn qua cuén cao cña m¸y biÕn ¸p tù ngÉu :

).

( 057 , 55 054 , 2 111 ,

S S

2,054 2,054

+ §iÒu kiÖn kiÓm tra sù cè :

α.Kqt.S®mTN≥ STmax- 2.SBT ⇒S®mTN

qt

BT max

T

K

S.2S

075 , 64 2 182 , 68

MVA

−

=

−

+ XÐt ph©n bè c«ng suÊt trªn c¸c cuén d©y cña MBA tù ngÉu khi sù cè :

- C«ng suÊt truyÒn qua cuén trung :

).

( 969 , 59 075 , 64 2 182 , 68

2

S

- C«ng suÊt truyÒn qua cuén h¹ cña MBA tù ngÉu :

).

( 146 , 50 929 , 13 7 , 18 4

1 75 , 68 4

1

MVA S

S S

- C«ng suÊt truyÒn qua cuén cao cña m¸y biÕn ¸p tù ngÉu :

).

( 115 , 110 ) 969 59 ( 146 ,

S S

50,146

64,075

64,075 59,969

- Bé m¸y ph¸t ®iÖn - m¸y biÕn ¸p hai d©y quÊn bªn trung :

2 TÝnh dßng ph©n phèi cho c¸c m¸y biÕn ¸p vµ c¸c cuén d©y :

+ C¸c bé m¸y ph¸t – m¸y biÕn ¸p hai cuén d©y vËn hµnh víi phô t¶i b»ng ph¼ngsuèt trong n¨m :

- C«ng suÊt truyÒn qua cuén cao :

2

1)t(

[ T BT]

2

1)t(

- Công suất truyền qua cuộn hạ :

)t(S)t(S)t(

3 kiểm tra quá tải

Khi làm việc bình thường

Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đại nênkhông cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thường

Khi sự cố:

a) Xét sự cố bộ máy phát – máy biến áp bên trung

- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn :

td dmF

4

1S

Ta có : SdmTN = 160 (MVA) > 48,701 (MVA) nên điều kiện trên thoả mãn

+ Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố :

STHT

- Công suất truyền tải qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu là :

b) sự cố một máy biến áp liên lạc ( máy biến áp tự ngẫu, ST max)

- Điều kiện kiểm tra sự cố : α.Kqt.SđmTN≥ STmax- SB

Máy biến áp đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải vì S dmTN = 160 > 5,867

- Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA trong điều kiện sự cố :

- Công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp :

- Công suất cần phát vào hệ thống là 174,19 MVA ,lượng công suất còn thiếu là :

Sthiếu= SHT- (SC + SB) = 174,19 - ( 46,039 + 64,075) =64,076 (MVA)

- Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200MVA) nên máy biến

áp đã chọn thoả mãn

2.5 - Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng :

- Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần:

+ Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất khôngtải của nó

+ Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải máy biến áp

Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong mộtnăm :

∆A2cd= 365.(∆Po.t +∆PN 2

dmB i

2 iS

t.S

2 Ti NT i

2 Ci NC 2

∆PN.T= 0,5.(∆PN.C-T- PN.2C H PN.2T H)

α

∆+α

∆PN.C= 0,5.(-∆PN.C-T + PN.2C H PN.2T H)

α

∆+α

* Từ các thông số trên của máy biến áp ta tính được tổn thất điện năng trong máybiến áp trong từng phương án :

I Phương án I :

a Máy biến áp ba pha hai dây quấn :

Máy biến áp 3&4 luôn làm việc với công suất truyền qua nó SB= 64,075 (MVA)trong cả năm, do đó :

∆AB = 8760.(70 + 310.64, 0752 2

80 ) = 2355259,78 (KWh)

b Máy biến áp tự ngẫu :

a Máy biến áp ba pha hai dây quấn :

Máy biến áp luôn làm việc với công suất truyền qua nó SB= 64,075 MVA trongcả năm, do đó :

Máy biến áp 4 bên trung áp :

∆PNC-T= 190 KW.

KA

Icb= 2.Ibt= 2.0,229 = 0,458 (KA)

* Máy biến áp liên lạc :

- Cuộn cao của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường:

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

+ Khi sự cố máy biến áp bên trung :

C dm

KA

Icb= 1,05.Ibt=1,05.0,361 = 0,379 (KA)

* Máy biến áp liên lạc :

- Cuộn trung của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường :

Ibt= 43, 621 0, 229( ).

T dm

S

KA

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

+ khi sự cố máy biến áp bên trung :

T dm

KA

Icb= 2.Ibt= 2.0,229 = 0,458 (KA)

* Máy biến áp liên lạc :

- Cuộn cao của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường:

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

+ Khi sự cố máy biến áp bên trung :

C dm

S

KA

Icb= 1,05.Ibt=1,05.0,361 = 0,379 (KA)

* Máy biến áp liên lạc :

- Cuộn trung của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường :

Ibt= max 11, 583

0, 061( ).

T dm

S

KA

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

+ khi sự cố máy biến áp bên trung :

Icb= 34,091 0,179( )

T dm

Để tính được dòng điện ngắn mạch trước hết phải thành lập sơ đồ thay thế, chọncác đại lượng cơ bản như : công suất cơ bản và điện áp cơ bản, tính điện kháng cácphần tử.

3.1 Tính điện kháng các phần tử trong sơ đồ thay thế

Tra bảng với dây nhôm lõi thép và Tmax= 7904,818 h ta được Jkt= 1 A/mm2

Tiết diện của đường dây nối nhà máy với hệ thống :

2 vbt

kt kt

- Icb là dòng làm việc cưỡng bức : Icb= 2.Ilvbt= 2.0,229.103 = 558A

N C c b C

T N d m

N T c b T

T N d m

N H c b H

Cấp điện áp 220 KV, các thiết bị như : máy cắt ,dao cách ly ta nên chọn cùng mộtloại Vì vậy, ta chọn N1 là điểm ngắn mạch trên thanh góp 220 KV Nguồn cung cấpbao gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống.

- N1 là điểm ngắn mạch có tính chất đối xứng , sau khi thu gọn sơ đồ ta có :

2

072 , 0 2 2

2

9 5 8

2

11 7 10

155 , 0 154 , 0

23 14 13

14

+

= +

- Nh¸nh hÖ thèng cã møc ®iÖn kh¸ng tÝnh to¸n lµ :

100

3100 063 , 0

3100 5 , 0

3100 52 , 0

75 , 68 4 2 , 3

85 , 67 4 25 , 2

- N2 là điểm ngắn mạch có tính chất đối xứng , sau khi thu gọn sơ đồ ta có :

2

072 , 0 063 , 0 2

)( 5 9

) ( 7 11

=

+

= +X

X

- Ghép các nguồn E1,2và E3,4ta có :

X15= (X13// X14) = 0,077

155,0154,0

155,0.154,0

14 13

14

+

=+X X

X X

E1234

15 0,077

N2

N 2

X 12 0,099

115 3

3100 069 , 3

1

- Tra ®­êng cong tÝnh to¸n ta cã : I CK(0)= 4,9 ; ICK(∞)= 2,5

- Dßng ng¾n m¹ch phÝa nhµ m¸y cung cÊp :

I’’

NM= ICK(0) 6 , 765 ( )

115 3

75 , 68 4 9 , 4

75 , 68 4 5 , 2

X 9

0,131 0,131

X 10 X 11

- Thu gän c¸c kh¸ng :

2

072,0063,02

) ( 6 10

=

+

= + X

307 , 0 155 ,

128 , 0 099 , 0 128 , 0 099 , 0

099 , 0

103 , 0 128 , 0 103 , 0 128 , 0

- Nh¸nh hÖ thèng cã møc ®iÖn kh¸ng tÝnh to¸n lµ :

100

3100 35 , 0

1

5 , 10 3

3100 85 , 10

1

- §iÖn kh¸ng tÝnh to¸n phÝa nhµ m¸y :

100

75,68.3.364,0

18

cb

NM S

75 , 68 3 36 , 1

75 , 68 3 4 , 1

dm dm

Bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 1 :

I”N(kA) I’’N∞(kA) Ixk(kA)

Sơ đồ thay thế

a Tính toán ngắn mạch tại điểm N 1

Lập và biến đổi sơ đồ thay thế :

N1

X 1 0,063

X 2 0,072

X 3 0,072

X 5 0,128

X 4 0,128

X 8 0,179

X 7 0,131

X 6

0,138

X 9 0,179

X 11 0,179

N1

Điểm ngắn mạch N1 có tính chất đối xứng, sau khi thu gọn sơ đồ ta có :

10

2 12

0,154 0,31

+Nhập hai nguồn E3 và E124 lại :

N1

X 1 0,063

X 2 0,072

X 3 0,072

X 5 0,128

X 4 0,128

X 8

0,179

X 7 0,131

15 16 17

Tra ®­êng cong tÝnh to¸n ta ®­îc : Itt1(0) = 0,51 ; Itt1(∞) = 0,54

- PhÝa nh¸nh m¸y ph¸t : SdmΣ2 =ΣSF®m= 4 × 68,75 = 275 MVA

I (0) = I (0).I + I (0).I = 0,51.7,782 + 3,9.0,69 = 6,66kA

I ( ) = I ( ).I ∞ ∞ + I ( ).I ∞ = 0,54.7,782 + 2,36.0,69 = 5,83kA

E

X X

xkN1 xk N1

I = 2.k I (0) = 2.1,8.6,66 = 16,95kA

b Tính toán ngắn mạch tại điểm N2

Lập và biến đổi sơ đồ thay thế :

Điểm ngắn mạch N2có tính chất đối xứng,

sau khi thu gọn sơ đồ ta có:

2 12

X 2 0,072

X 3 0,072

X 5 0,128

X 4 0,128

X 8

0,179

X 7 0,131

3100 286 , 3

1