Thiết kế nhà máy nhiệt điện và bảo vệ chống sét

Cách xây dựng đồ thị phụ tải: 1./ Phụ tải điện Phụ tải điện là các thiết bị hay tập hợp các khu vựcgồm nhiều thiết bị sử dụng điện năng biến đổi thànhdạng năng lượng khác như quang năng,

LỜI NÓI ĐẦU

Sản xuất điện năng là một nghành quan trọng đối với nền kinh tế quốc đân, là một yếu tố để đánh giá tình trạng phát triển công nhiệp của một quốc gia Trên thế giới phần lớn điện năng được sản xuất từ nhà máy nhiệt điện và thủy điện.

Nước ta là một nước đang phát triển, nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng cao, do đáo cần phải liên tục phát triển nguồn điện để đáp ứng nhu cầu toàn đất nước.

Trong đồ án này là kết quả tính toán để thiết kế nhà máy nhiệt điện - bao gồm phần điện và phần chống sét - cung cấp cho phụ tải đã được xác định trước.

Nhà máy gồm 5 tổ máy, mỗi máy phát có công suất 125 MVA Ngoài ra còn tính toán thiết kế trạm biến áp 220 kv, 110kv , 22kv.

Do thời gian hạn hẹp, cũng như chưa có kinh nghiệm trong thực tế… Nên không thể tránh khỏi những sai xót, rất mong quý thầy cô xem xét và chỉ bảo thêm Em xin chân thành cảm ơn Thầy cô đã tận tình hướng dẫn để em hoàn thành trọn vẹn bản thiết kế này.

Tp_Hồ Chí Minh, ngàytháng năm

SVTH : Vũ Đức Nghĩa

Phần I : NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

CẤP ĐIỆN ÁP

I / Cách xây dựng đồ thị phụ tải:

1./ Phụ tải điện

Phụ tải điện là các thiết bị hay tập hợp các khu vựcgồm nhiều thiết bị sử dụng điện năng biến đổi thànhdạng năng lượng khác như quang năng, nhiệt năng, hoánăng … Nói cách khác Phụ tải điện là một đại lượngđặc trưng cho công suất tiêu thụ của các hộ dùng điện

Phụ tải điện có thể biểu diễn dưới dạng tổng quát : Phụ tải có thể phân loại theo tính chất:

+ Phụ tải động lực : cung cấp cho các động cơ điện+ Phụ tải chiếu sáng

Phụ tải điện có thể phân loại theo khu vực sử dụng:

+ Phụ tải công nghiệp+ Phụ tải nông thôn+ Phụ tải sinh hoạtPhụ tải có thể phân loại theo mức độ quan trong:

+ Phụ tải loại 1 : Khi mất điện ảnh hưởng đến tínhmạng con người, thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốcdân hoặc ảnh hưởng lớn đến chính trị

+ Phụ tải loại 2 : Khi mất điện có ảnh hưởng đếnnền kinh tế, xản suất nhưng không nghiêm trọngnhư loại một

+ Phụ tải loại 3 : Về nguyên tắc có thể mất điệntrong khoảng thời gian ngắn không ảnh hưởng đếnnhiều các nhà tiêu thụ

2./ Cách xây dựng đồ thị phụ tải ngày của nhà

Để tính toán thuận tiện, thường biến đường gấpkhúc thành dạng đường bậc thang nhưng phải bảo đảmhai điều kiện : diện tích giới hạn bởi đường biểu diễnbậc thang với trục tọa độ phải đúng bằng diện tích giớihạn bởi đường gấp khúc với trục tọa độ, các điểm cựcđại và cực tiểu trên cả hai đường biểu diễn không thayđổi

Khi biết được công suất tác dụng P sẽ suy ra côngsuất phản kháng

Q = P.tg và tính được công suất biểu kiến S=

3./ Tổng hợp đồ thị phụ tải.

Tổng hợp đồ thị phụ tải là cộng hai hoặc nhiều đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp do nhà máy hay trạm

biến áp cần cung cấp điện

Đồ thị phụ tải ngày của toàn nhà máy bằng tổng các đồ thị phụ tải ngày các cấp cộng với tổn thất qua các máy biến áp điện lực và tự dùng của nhà máy

Phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện được xác định theo công thức:

Trong đó : Stdmax : công suất tự dùng cực đại của nhà máy

S(t) : Phụ tải tổng tại thời điểm t

Sđm : Công suất định mức của nhà máy

II / Đồ thị phụ tải các cấp điện áp :

1 / Đồ thị phụ tải cấp 220 KV :

Ta có : S = ; với Pmax = 187 (MW) ; Pmin = 132 (MW) ;

Ta có : S = ; với Pmax = 176 (MW) ; Pmin = 112 (MW)

;

Cos = 0,83

=> Smax = 212,05 (MVA) ; Smin = 134,94 (MVA)

Đồ thị :

3./ Đồ thị phụ tải cấp 22 KV :

Ta có : S = ; với Pmax = 42 (MW) ; Pmin = 29

(MW) ;Cos = 0,81

=> Smax = 51,85 (MVA) ; Smin = 35,8 (MVA)

Đồ thị :

4./ Đồ thị phụ tải phát lên hệ thống

+ Điện năng mà nhà máy phải cung cấp cho hệ thống trong một năm là:

A = 1260000 (MWh/năm)+ Điện năng cung cấp cho hệ thống trong một ngày:

+ Công suất trung bình phát lên hệ thống :

P =

Đồ Thị :

Với đồ thị phụ tải này, một năm nhà máy cung cấp cho hệ

6 Đồ thị phụ tải hệ thống có tính đến tự dùng.

8 Cân bằng công suất – phụ tải tổng của nhà

CÁC TỔ MÁY.

Chọn công suất và số lượng máy phát là một trongnhững yêu cầu không thể thiếu cho việc lựa chọn sơ đồ nốiđiện Công suất một máy phát không được lớn hơn côngsuất dự trữ của hệ thống, Công suất một máy phátcàng lớn thì hiệu suất giá thành trên một đơn vị KWh càngthấp Nên chọn các công suất tổ máy giống nhau, điềunày sẽ thuận lợi hơn khi xấy lắp , sửa chữa , thay thế cũngnhư vận hành…

Tổng công suất thiết kế của nhà máy : Stổng = 609,74

(MVA)

Chọn 5 tổ máy, công suất mỗi tổ : S1mf = 125 (MVA)

S5mf = 5x125 = 625 (MVA) > Stổng = 609,74 (MVA)

Các thông số của máy phát :

VÀ

CHỌN 2 PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Các thông số chế độ định mức

2 Công suất biểu kiến định mức S đm (MVA) 125

3 Công suất tác dụng định mức P đm (MW) 100

2 / Chọn 2 phương án hợp lý nhất.

Phương án 1 và phương án 2, cả 2 phương án đều có 7 máy biến áp , với 2 phương án này, nhà máy sẽ cung cấp

điện an toàn và liên tục cho các phụ tải cũng như cung cấp điện cho hệ thống Ta sẽ chọn phương án 1 và phương án 2

để tính toán

chương 4: CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CÁC TỔ

MÁY.

Cho 5 tổ máy vận hành liên tục, khi đó công suất của mỗi tổ máy ứng với từng thời điểm được xác định như bảng kết quả dưới đây

Dựa vào bảng công suất trên, ta tiến hảnh chọn máy biến áp cho nhà máy.

Máy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng từ điện áp này đến điện áp khác Điện năng sản xuất

từ nhà máy điện được truyền tải đến các hộ tiêu thụ

ở xa phải qua đường dây cao thế 110, 220, 500 kv thườngqua máy biến áp tăng từ điện áp máy phát lên điện

áp tương ứng

Trong hệ thống lớn phải qua nhiều lần tăng giảmmới đưa điện năng từ các máy fát điện đến hộ tiêuthụ Vì vậy tổng công suất máy biến áp trong hệ thốngđiện có thể bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của cácmáy phát điện Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp làrất lớn Người ta mong muốn chọn số lượng máy biến áplà ít và công suất nhỏ mà đảm bảo an toàn cho việccung cấp điện đến các hộ tiêu thụ

Khi chọn công suất của máy biến áp cần xết đếnkhả năng quá tải của chúng Có hai dạng quá tải là quátải thường xuyên và quá tải sự cố

suất máy phát, không tính đến quá tải cũng như không

trừ đi công suất tự dùng

** Các thông số kỹ thuật

S max = S Tmax = 88,46 (MVA)

Đối với máy biến áp tự ngẫu.

+ Công suất đi qua cuộn hạ khi một máy bị sự cố:

S hB = S hmax = 51,8 (MVA)

S mẫu_B = Chọn máy máy có : S đmB = 100 (MVA) Xét điều kiện khi quá tải sự cố :

1,4 X S đmB  S tảimax  1,4 X 100 = 140 > 103,6 > 88,46 (MVA) Chọn máy có các thông số như sau:

2 / Phươn án 2.

a / Chọn MBA 3 pha 2 cuộn dây T1 cho MF1

** Các thông số kỹ thuật.

Kiểu S đm (MVA) Uđm (KV) P

U C U H

b / Chọn MBA tự ngẫu 3 pha T2 và T3.

+ Hệ số có lợi của MBA tự ngẫu :

+ Công suất của cuộn hạ :

c / Chọn MBA 3 pha 2 cuộn dây T4 và T5.

+ Chọn theo điều kiện quá tải sự cố, 2 máy làm việc

song song

+ Chọn máy có : SđmB = 40 (MVA)

** Các thông số kỹ thuật :

** Các thông số kỹ thuật :

Kiểu S đm (MVA) Uđm (KV) P

U C U H

Mục đích của việc tính toán dòng ngắn mạch lá đểphục vụ cho việc chọn các khí cụ điện cũng như các phầndẫn điện, có nhiều phương pháp để tính dòng ngắn mạch, nhưng ở đây ta chỉ dùng phương pháp đơn giản

Chỉ tính ngắn mạch 3 pha vì thường ngắn mạch 3 phalớn hơn dòng ngắn mạch hai pha và một pha

Để tính dòng ngắn mạch trước hết phải thành lập sơđồ thay thế tính điện kháng các phần tử, chọn các đạilượng cơ bản như: công suất cơ bản, điện áp cơ bản.Chọn các đại lượng cơ bản nên xuất phát từ yêu cầuđơn giản hóa nhiều nhất cho việc tính toán, có thể chọn công suất cơ bản bằng 100 (MVA), 1000 (MVA)hoặc bằng công suất của hệ thống Điện áp cơ bảnđược lấy theo điện áp trung bình của từng cấp tương ứng

c / Xác định các đại lượng tính toán trong đơn vị tương đối cơ bản :

+ Chọn các giá trị cơ bản

Scb = 100 (MVA) ; Ucb_C = 230 (KV) ;

Ucb_T = 115 (KV) ; Ucb_H 1 = 22 (KV) ; Ucb_H 2 = 10,5 (KV) ;

+ Dòng điện cơ bản :

+ Điện kháng của máy phát điện :

+ Điện kháng của hệ thống :

+ Điện kháng của đường dây nối với hệ thống :

+ Điện kháng của máy biến áp 2 cuộn dây :

- Máy biến áp T 1, T 2, T 3 : 125 MVA _ 242/10.5 (KV)

- Máy biến áp T 6 , T 7 : 125 MVA _ 121/10.5 (KV)

- Máy biến áp tự ngẫu : 100 MVA _ 230/121/22 (KV)

+ Trên sơ đồ thay thế :

e / Tính dòng ngắn mạch N 2

X9 = 0,0433 ; X10 = 0,1035 ; X11 = 0,0875 ; X12 = 0,1532

;

X9 = 0,0433 ; X10 = 0,1035 ; X11 = 0,0875 ; X12 = 0,1532

;

* Dòng ngắn mạch qua dao cách ly.

+ Điểm ngắn mạch trước dao cách ly ( dòng từ phía

máy biến áp)

+ Điểm ngắn mạch sau dao cách ly ( dòng từ phía máy

phát)

X9 = 0,0433

* Dòng ngắn mạch qua dao cách ly.

+ Điểm ngắn mạch trước dao cách ly ( dòng từ phía

máy biến áp)

+ Điểm ngắn mạch sau dao cách ly ( dòng từ phía máy

phát)

b / Sơ đồ thay thế :

c / Xác định các đại lượng tính toán trong đơn vị

tương đối cơ bản :

+ Chọn các giá trị cơ bản :

- Máy biến áp T 1 : 125 MVA _ 242/10.5 (KV)

- Máy biến áp T 6 , T 7 : 125 MVA _ 121/10.5 (KV)

- Máy biến áp T 4 , T 5 : 40 MVA _ 115/22 (KV)

- Máy biến áp tự ngẫu T 2 , T 3 : 250 MVA _ 230/121/10,5 (KV)

Trên sơ đồ thay thế :

e / Tính dòng ngắn mạch N 2

f / Tính dòng ngắn mạch N 3

* Dòng ngắn mạch qua dao cách ly.

+ Điểm ngắn mạch trước dao cách ly ( dòng từ phía máy biến áp)

+ Điểm ngắn mạch sau dao cách ly ( dòng từ phía máy phát).

* Dòng ngắn mạch qua dao cách ly.

+ Điểm ngắn mạch trước dao cách ly ( dòng từ phía

máy biến áp)

+ Điểm ngắn mạch sau dao cách ly ( dòng từ phía máy

phát)

* Dòng ngắn mạch qua dao cách ly.

+ Điểm ngắn mạch trước dao cách ly ( dòng từ phía

máy biến áp)

+ Điểm ngắn mạch sau dao cách ly ( dòng từ phía máy

phát)

Chương 7: XÁC ĐỊNH TỔN THẤT ĐIỆN

NĂNG CỦA

MÁY BIẾN ÁP.

I./ Tính toán cho phương án 1.

+ Khi có đồ thị phụ tải.

2./ Tổn thất điện năng trong máy biến áp T 6 , T 7

Máy Biến Aùp T6, T7 có :

c./ công suất cuộn cao.

Sc_1máy = ST_1máy – SH_1máy

+ Maùy bieẫn aùp töï ngaêu T 4 , T 5 coù

* Toơng toơn thaât ñieôn naíng ôû phöông aùn 1.

1./ Toơn thaât ñieôn naíng trong maùy bieân aùp T 1.

+ Khi coù ñoă thò phú tại.

+ Tổn thất điện năng của máy T 1.

a./ công suất cuộn hạ.

SH_1máy = SMF_1máy – Std_1máy.

+ Tổn thất điện năng ở phương án 1 lớn hơn tổn thất

ở phương án 2.

Chương 8 : CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN CHÍNH.

Để vận hành được trong nhà máy điện , ngoài các thiết bị chính như là máy phát, máy biến áp còn cần

phải có các khí cụ điện và các phần dẫn điện

Mỗi khí cụ có một thông số kỹ thuật đặc trưng, trong đó có những thông số chung và điều kiện chọn giống

nhau:

1./ Điện áp định mức:

Uđm_KCĐ  UHT

Trong đó :

Uđm_KCĐ - điện áp định mức khí cụ điện

UHT - điện áp định mức nơi đặt khí cụ điện

2./ Điện áp định mức:

Iđm_KCĐ  Icb_max

Trong đó :

Iđm_KCĐ - dòng điện định mức khí cụ điện

Icb_max - dòng điện đi qua khí cụ điện Máy biến điện áp và máy biến dòng điện có cho phép quá tải cho nên điều kiện trên sẽ là : Iđm_BI.kqt 

Icb_max

Trong đó : kqt : hệ số quá tải cho phép

3./ Khả năng ổn định nhiệt.

I2

nh .tnh  BN

trong đó : BN – xung nhiệt tính toán

Inh, tnh, BN_đm – khả năng chịu nhiệt củ khí cụ điện

4./ Khả năng ổn định lực điện động:

I./ Chọn Máy Cắt và Dao cách Ly.

Máy cắt điện là khí cụ điện dùng để đóng cắt một phần tử củ hệ thống điện như máy phát, máy biến áp đường dây…

Dao cách ly là khí cụ điện có nhiệm vụ tạo một khoảng cách trống nhìn thấy được để đảm bảo an toàn

khi sửa chữa máy phát điện, máy biến áp, máy cắt

điện, đường dây…

+ Các yêu cầu khi chọn máy cắt điện.

Uđm_mc  UHT ; Iđm_mc  Icb_max

Icắt _mc  IN ; Ilđđ_mc  Ixk

+ Các yêu cầu khi chọn dao cách ly.

Uđm_dcl  UHT ; Iđm_dcl  Icb_max ; Ilđđ_dcl  Ixk

A / Chọn máy cắt và dao cách cho phương án 1.

1 / Chọn mắy cắt MC1 và dao cách ly DCL1 cho cấp

220 KV.

a./ Đường dây phụ tải : 9 mạch đường dây đơn.

Icb_max = 2.Ibt_max = 2X0,068 = 0,136 (KA)

b./ Đường dây hệ thống : mạch đường dây kép

= 2.Ibt_max = 2X0,2895 = 0,579 (KA)

c./ Máy Biến áp T 1 , T 2 , T 3

Sđm_MF = 125 (MVA) => Std = 8%Sđm_MF = 10 (MVA)

= 1,05.Ibt_max = 1,05X0,3= 0,315(KA)

cao)

+Công suất cuộn trung.

ST_1máy = 0,5(2.SMF - 2Std – S110kv)T(giờ) 0 4 4 8 8 12 12 14 14 20 20 22 22 24

S MF 121.31 121.42 121.33 121.63 121.95 121.84 121.31

S T 43.76 38.83 28.74 44.03 5.81 44.23 43.76

+ Công suất cuộn cao.

Sc_1máy = ST_1máy – SH_1máy

= 2.Ibt_max = 2X0,0689 = 0,1378 (KA)

Ta có được các thông số tính toán :

Uđm_HT = 220 (KV) ; Icb_max = 0,579 (KA) ;

IN = IN1 = 9,262 (KA) ; Ixk = 23,5736 (KA) ;Bảng chọn khí cụ :

2 / Chọn mắy cắt MC2 và dao cách ly DCL2 cho cấp

110 KV.

a./ Đường dây phụ tải : 8 mạch đường dây đơn.

= 2.Ibt_max = 2X0,147 = 0,294(KA)

trung)

Công suất cuộn trung.

ST_1máy = 0,5(2.SMF - 2Std – S110kv)T(giờ) 0 4 4 8 8 12 12 14 14 20 20 22 22 24

= 2.Ibt_max = 2X0,2324 = 0,4648 (KA)

Tên Kiểu U đm (KV) I đm (KA) I c_đm (KA) I lđđ (KA)

c./ Máy Biến áp T 6 , T 7

= 1,05.Ibt_max = 1,05X0,6 = 0,63(KA)

+ Ta có được các thông số tính toán :

Uđm_HT = 110 (KV) ; Icb_max = 0,63 (KA) ;

IN = IN2 = 7,5375 (KA) ; Ixk = 19,1844 (KA) ;

Bảng chọn khí cụ :

Tên Kiểu U đm (KV) I đm (KA) I c_đm (KA) I lđđ (KA)

3 / Chọn mắy cắt hợp bộ MC3 cho cấp 22 KV.

a./ Đường dây phụ tải : 6 mạch đường dây đơn.

= 2.Ibt_max = 2X0,227 = 0,454(KA)

hạ)

= 2.Ibt_max = 2X0,6812 = 1,3624 (KA)

+ Ta có được các thông số tính toán :

Uđm_HT = 22 (KV) ; Icb_max = 1,3625 (KA) ;

IN = IN2 = 9,0626 (KA) ; Ixk = 23,066 (KA) ;

Bảng chọn khí cụ :

Tên Kiểu U đm (KV) I đm (KA) I c_đm (KA) I lđđ (KA)

Icb_max = 1,05XIbt_max = 1,05x 6,875 = 7,219 (KA)

b./ Dòng ngắn mạch từ phía các máy phát:

+ Dòng ngắn mạch từ các phía các máy phát là bằng nhau :

IN_MF = 24,74 (KA)

IXK = 62,968 (KA)

c./ Dòng ngắn mạch từ phía các máy biến áp :

+ Điềm ngắn mạch N 3.

IN_MBA= 32,5 (KA)

IN_max = 49,58 (KA) ; Ixk_max = 126,189 (KA) ;

Bảng chọn khí cụ :

Tên Kiểu U đm (KV) I đm (KA) I c_đm (KA) I lđđ (KA)

Thông số tính toán

Loại máy cắt

Thông số định mức

U đm (KV) I(KA)cb_max I(KA)N_max I(KA)xk_max (KV)Uđm (KA)Iđm (KA)Ic_đm (KA)Ilđđ

N 1

Thanh cái 220 (KV)

220 0,579 9,262 23,75 3AQ1 245 4 40 100

N2

Thanh cái 110 (KV)

Máy phát F1, F2, F3

Thông số tính toán Loại

máy cắt

Thông số định mức Uđm

(KV) Icb_max(KA) IN_max(KA) Ixk_max(KA) (KV)Uđm (KA)Iđm (KA)Ilđđ

N 1 Thanh

cái 220 220 0,579 9,262 23,75 PHÄ 220 1 100

(KV) N2 cái 110Thanh

(KV) 110 0,634 7,537 19,18

PHÄ

_31,2 110 1 80N3 phátMáy

F4, F5 10,5 7,219 49,58

126,18

9 PB_20 20 12,5 490N4

Máy phát F1, F2, F3

a./ Đường dây phụ tải : 9 mạch đường dây đơn.

Icb_max = 2.Ibt_max = 2X0,068 = 0,136 (KA)

b./ Đường dây hệ thống : mạch đường dây kép

= 2.Ibt_max = 2X0,2895 = 0,579 (KA)

c./ Máy Biến áp T 1

Sđm_MF = 125 (MVA) => Std = 8%Sđm_MF = 10 (MVA)

= 1,05.Ibt_max = 1,05X0,3= 0,315(KA)

cao)

+ Khi một máy bị sự cố, công suất truyền qua cuộn cao là:

SC_sc_max = 2.ST_max +SH_max = 2.26,23 + 117,73 = 164,19 (MVA)

+ Ta có được các thông số tính toán :

Uđm_HT = 220 (KV) ; Icb_max = 0,579 (KA) ;

IN = IN1 = 9,262 (KA) ; Ixk = 23,5736 (KA) ;

Bảng chọn khí cụ :

2 / Chọn mắy cắt MC2 và dao cách ly DCL2 cho cấp

110 KV.

a./ Đường dây phụ tải : 8 mạch đường dây đơn.

= 2.Ibt_max = 2X0,147 = 0,294(KA)

b./ Máy Biến áp T 6 , T 7

= 1,05.Ibt_max = 1,05X0,6 = 0,63(KA)

c./ Máy Biến áp T 4 , T 5

= 2.Ibt_max = 2X0,136 = 0,272(KA)

d./ Máy Biến áp T 2, T 3.

= 2.Ibt_max = 2X0,136 = 0,276(KA)

+ Ta có được các thông số tính toán :

Uđm_HT = 110 (KV) ; Icb_max = 0,63 (KA) ;

IN = IN2 = 6,95 (KA) ; Ixk = 17,69 (KA) ;

Bảng chọn khí cụ :

Tên Kiểu U đm (KV) I đm (KA) I c_đm (KA) I lđđ (KA)

Tên Kiểu U đm (KV) I đm (KA) I c_đm (KA) I lđđ (KA)