quy hoạch, thiết kế mới và phát triển mạng điện

Thiết kế nhà máy điện

Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước đang phát triển mạnh mẽ đòi hỏi trình độ khoa học kỹ thuật ngày càng cao, đặt ra những yêu cầu bức thiết về xây dựng và phát triển cơ sở hạtầng. Trong đó ngành điện là ngành hạ tầng cơ sở được ưu tiên phát triển trước hết vì điện năng là không thể thiếu được trong hầu hết các lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Để phát triển kinh tế thì ngành điện phải phát triển trước một bước. Cùng với đó có những yêu cầu đặt ra cho ngành điện là theo kịp trình độ kỹthuật công nghệ trong khu vực và trên thế giới, đáp ứng được yêu cầu sản lượng và chất lượng điện năng cho nhu cầu sản xuất, sinh hoạt. Trong hệthống’; điện nước ta hiện nay quá trình phát triển phụ tải ngày càng nhanh nên việc “quy hoạch, thiết kế mới và phát triển mạng điện” đang quan tâm của ngành điện nói riêng và cả nước nói chung. Mục đích trước hết của đề tài này là hoàn tất chương trình môn học để đủ điều kiện ra trường. Cụ thể là khi thực hiện đề tài này em muốn phát huy những thành quả, những ứng dụng của kiến thức đã học vào thực tế trong hệ thống điện , từ đó phát huy khả năng tư duy của mình và điều quan trọng hơn hết là đem lại lợi ích thiết thực cho công ty. Và đây cũng là cơ hội để em tự kiểm tra lại những kiến thức đã học tại trường, nâng cao trình độ chuyên môn trong quá trình nghiên cứu, thi công mô hình, đồng thời phát huy tính sáng tạo, cũng như khả năng giải quyết vấn đề theo yêu cầu đặt ra. Do hạn chế về mặt thời gian,nên trong phạm vi đề tài này chỉ dừng lại ở cấp độ nghiên cứu đơn giản hi vọng đề tài sẽ được tiếp tực phát triển trong tương lai Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 1 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I:Tính toán phương thức vận hành CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT 1.1.Định phương thức vận hành nhà máy Mạng điện là một phần tử trung gian để truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ.Là một bộ phận của hệ thống điện do đó khi thiết kế mạng điện cần phải thu nhập đánh giá,phân tích một lương lớn thông tin ,trong đó nguồn và phụ tải là hai yếu tố kể đến trươc tiên,nó liên quan mật thiết và là vấn đề quan trọng trong việc đưa ra những phương án thiết kế và vận hành đạt kết quả cao nhất * Phân tích nguồn và phụ tải Hệ thống điện là tập hợp các nhà máy điện,đường dây,trạm biến áp,hộ tiêu thụ điện và các thiết bị khác như hệ thống điều khiển,rơle bảo vệ,thiết bị đóng cắt chúng liên kết với nhau thành một thể thống nhất và có sự phối chặt chẽ với nhau,có nhiệm vụ sản xuất và truyền tải,tiêu thụ điện năng và đảm bảo an toàn cho thiêt bị và người vận hành. * Khi thiết kế hệ thống điện cần đảm bảo các yêu cầu sau: -Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của hệ thống điện -Phải có độ tin cậy cung cấp điện cao và an toàn -Chế độ vận hành linh hoạt đạt hiệu quả cao về kinh tế -Có khả năng dự trữ và đáp ứng công suất một cách nhanh chóng khi xảy ra sự cố thiếu hụt công suất trong hệ thống điện và sự gia tăng đột biến của phụ tải. - Do yêu cầu như vậy nên việc thiết kế mạng điện liên kết giữa các máy thành một hệ thống cung cấp điện cho các phụ tải là một vấn đề quan trọng,từ đó giảm vốn đầu tư cho việc xây dựng nguồn điện. - Để vạch ra sơ đồ hệ thống điện một cách hợp li,ta phải tiến hành phân tích nguồn và phụ tải, từ đó đưa ra phương thức vận hành cho hai nhà máy một cách hợp lí. 1.1.1 Nguồn điện: 1.1.1.1 .Nhà máy thuỷ điện A: Nhà máy thuỷ điện A là một nhà máy thuỷ điện ngưng hơi có công suất 3x32MW +Điện áp định mức:U đm =10.5kv +Hệ số cosµ=0.8 Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 2 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I:Tính toán phương thức vận hành Bảng 1.1 Theo phục lục sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp LOẠI S (MVA) P (KV) U (KV) Cosu I (KV) Xd’’ Xd’ Xd CB-850/120- 60 40 32 10.5 0.8 2.2 0.23 0.31 0.82 *Nhiên liệu nhà máy thủy điện là nước.Hiệu suất của các nhà máy thủy điện tương đối cao.Đồng thời công suất tự dùng tương đố thấp (1→2%).Khi sự cố cho phép nhà máy hoạt động quá tải 5% 1.1.1.2 Nhà máy nhiệt điện B: + Công suất là 3*50(MW) +Nhà máy nhiệt điện B có công suất đặt: +Điện áp định mức:U đm =10.5kv +Hệ số cosµ=0.8 Bảng 1.2 Theo phục lục sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp LOẠI S (MVA) P (KV) U (KV) Cosu I (KV) Xd’’ Xd’ Xd TB-50-2 62.5 50 10.5 0.8 0 0.135 0.3 1.84 *Nhiên liệu nhà máy nhiệt điện có thể là than đá dầu và khí đốt .HIệu suất của các nhà máy nhiệt điện tương đối thấp(khoảng 30→40%).Đồng thời công suất dùng của nhiệt điện thường chiếm khoảng 6→15% tùy theo nhà máy nhiệt điện . Đối với nhà máy nhiệt điện các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải P≥70%Pdm khi phụ tải P≤30%Pdm các tổ máy ngừng làm việc công suất phát kinh tế của các nhà máy nhiệt điện thường khoảng (80→90%)Pdm Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 85%Pdm.Khi sự cố cho các máy phát quá tải 5% * Hai nhà máy nối với nhau thành hệ thống do đó nó sẽ có nhưng ưu điểm sau: - Chế độ vận hành của các nhà máy linh hoạt và đạt hiệu quả kinh tế cao - Giảm công suất dự trữ tổng cộng của tấc cả các nguồn - Phụ tải tổng trong biểu đồ phụ tải hệ thống,nâng cao kinh tế tổng hợp,có điều kiện giảm giá thành,có sự hỗ trợ kịp thời trong hệ thống cũng như tăng khả năng dự trữ nóng,đảm bảo chất lượng điện năng và ổn định hơn so với vận hành riêng lẻ. Do vậy trong thiết kế để đảm bảo tính kinh tế trong vận hành và việc cung cấp điện được liên tục ta cho 2 nhà máy vận hành song song và ta cho nhà máy B đảm bảo phần nền của đồ thị phụ tải còn nhà máy A làm nhà máy điều tần. Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 3 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I:Tính toán phương thức vận hành 1.1.2 Các phụ tải điện: Trong hệ thống điện thiết kế có 6 phụ tải ,5 phụ tải loại I và 1 phụ tải III.Thời gian sử dụng cực đại Tmax=4600h.Điện áp định mức các trạm hạ áp bằng 22KV.Phụ tải cực tiểu bằng 49% các phụ tải cực đại. Bảng1. 3 Kết quả công suất của các phụ tải trong các chế độ Phụ Tải Smax=Pmax+jQmax (MWA) Smax (MVA) Smin=Pmin+jQmin (MVA) Smin(MVA) 1 23+j17.25 28.75 11.27+j8.4525 14.1 2 24+j18 30 11.76+j8.82 14.7 3 20+j17.6 26.6 9.8+j8.624 13.05 4 22+j16.5 27.5 10.78+j8.085 13.45 5 26+j19.5 32.5 12.25+j9.557 15.53 6 25+j15 29.2 12.25+j5.88 13.58 Tổng 140+j100.85 Phụ tải loại I:1,2,4,5,6 Phụ tải loai III:3 1.2 Xác định sơ bộ các phương thức vận hành của các nhà máy Theo quan điểm ở phần trước ta qui định nhà máy nhiệt điện B đảm nhận phần nền ,nhà máy thủy điện A làm nhiệm vụ điều tần cho hệ thống điện ta xác định sơ bộ phương thức vận hành cùa hai nhà máy A và B như sau: 1.2.1 Chế độ vận hành khi phụ tải cực đại Khi phụ tải cực đại ta có: ∑ =Pptmaxyc ∑ Ppt max+ ∑ ∆Pmd+ ∑ Ptd Trong đó: + ∑ Pptmax =140MW:Tổng công suất tác dụng các phụ tải khi cực đại + ∑ ∆ p max :Tổng tổn thất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy ∑ ∆ p max =5% ∑ Pptmax ∑ ∆ p max =5%*140=7MW + ∑ p td :Tổng công suất tự dùng của nhà máy điện phụ thuộc loại nhà máy .Đối với Nhà máy nhiệt điện công suất tự dùng lấy =10%Pdmđối với nhà điện máy thủy điện công suất Tự dùng lấy=2%Pdm Vây: ∑ Ptd=10%*3*50+2%*3*32=16.92MW → ∑ p ptmaxyc =140+7+16.92=163.92MW Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 4 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I:Tính toán phương thức vận hành Vì công suất phụ tải cực đại yêu cầu chỉ có ∑ p ptmaxyc =163.92MW công suất 2 nhà máy lại là 246MW. Do vậy sơ bộ định nhà máy như sau: 1.2.2 Chế độ vận hành với chế độ cưc đại: Nhà máy B vận hành hai cổ máy với 90% công suất định mức P FB = 90%*2*50=90MW Phần còn lại giao cho nhà máy A đảm nhận; P FA = ∑ =−=− 73.92MW90163.92PfaPptmaxyc Lúc này nếu huy động ba nhà máy tổ máy TĐ A hoạt động thì mổi tổ máy nhận % công suất là: P FA %= %77 32*3 100* = PfA Khi đó công suất dự trữ của hệ thống: ∑ ∑ ∑ =−=−= 82.08MW163.92246PptmaxycPfmaxPdt Như vậy trong chế độ phụ tải cực đại các nhà máy vẩn đảm bảo được yêu cầu cho hệ thống. 1.2.3Chế độ vận hành khi phụ tải cực tiểu: Khi phụ tải cực tiểu: ∑ ∑ === 81.96MW163.92*49%Pptmaxyc*49%Pptminyc Phương thức vận hành hai nhà máy như sau: Nhà máy B vận hành một tổ máy với 90 % công suất định mức: P FBmin =90%*50=45MW Phần công suất còn lại do nhà máy TĐA đảm nhận. P FAmin = ∑ =−=− 36.96MW4581.96PfAminPptminyc Lúc này nếu huy đông hai tổ nhà máy TĐA vận hành khi đó tổ máy sẻ đảm nhận % công suất so với định mức : P FA %= %7.57 32*2 100*96.36 = 1.2.4 Chế độ vận hành khi sự cố. Xét sự cố nặng nề nhất khi ngừng phát một tổ máy lớn nhất trong chế độ phụ tải cực đại( ứng với chế độ ngưng hoạt đông môt nhà máy NĐB trong chế độ phụ tải cưc đại).Lúc này chế độ NĐ B chỉ vận hành với một tổ máy với 105% công suất định mức P FBSC =105%*50=52.50MW Phần công suất còn lại do nhà máy TĐ Ađảm nhận. Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 5 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I:Tính toán phương thức vận hành P FASC = ∑ =−=− 111.4MW52.50163.92PfAPptmaxyc Lúc này nếu huy động ba tổ máy của nhà máy TĐ A vận hành thì khi đó tổ máy sẻ đảm nhận% công suất định mức: P FA %= %116% 32*3 100*4.111 = >105% do đó Khi sự cố có một tổ máy nhả máy TĐB , trong thời gian chờ đợi khởi đông một tổ máy dự trữ nhà máy B thì thống tự động cắt phụ tải ko quan trọng ( Phụ Tải loạiIII)lượng cắt là 10.6(32*3*105%111.4 P c =−= MW) Khi sự cố một tổ máy nhà máy A lúc này nhà máy B vận hành hai tố máy với 100% công suất định mức P FASC =100%*2*32=64MW Lương công suất do nhà máy TĐ B đảm nhận: P FBSC =163.92-64=99.9MW Phần trăm công suất mồi tổ máy nhà máy khi nhà máy B vận hành hai tổ máy NĐB so với định mức P FBSC %= %9.99 50*2 100*9.99 = 1.3 Cân bằng công suất trong hệ thống điện 1.3.1 Cân bằng công suất tác dụng: Vì vậy phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điên thiết kế có dạng: P ND + P TD =m* ∑ ∑ +Pptmax ∆ P max + ∑ ∑ ∑ =+ PycPdtPtd Trong đó: -: P ND tồng công suất do nhả máy nhiệt điện phát ra. P ND =3*50=150MW P TD =3*32=96MW -m: hệ số đồng thời xuất hiện khi các phụ tải cực đại(m=1) - ∑ Pptmax :Tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại - ∑ =+++++= 140MW252622202423Pptmax - ∑ ∆ P mđ : Tổng tổn thất công suất trong mạng điện khi tính sơ bộ có thể lấy bằng 5% ∑ Pptmax Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 6 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I:Tính toán phương thức vận hành ∑ ∆ P mđ =5%*140=7MW - ∑ :Ptd tổng công suất tự dùng trong các nhà máy điện nhà máy thủy điện lấy bằng 2%, nhiệt điện lấy 10% công suất định mức nhà máy. ∑ =+= 16.92MW32*3*2%50*3*10%Ptd - ∑ :Pdt Tổng công suất dự trữ của hệ thống khi cân bằng sơ bộ lấy =10% ∑ Pptmax ,đồng thời công suất dự trữ bằng công suất định mức của tổ máy lớn nhất trong hệ thống điện. Ở đây chọn ∑ Pdt bằng công suất lớn nhất của một tổ máy: ∑ = 50MWPdt Vậy: ∑ =+++= 213.92MW5016.927140Pyc Tức các nhà máy điện đảm bảo đáp ứng đươc công suất tác dụng cho hệ thống điện theo yêu cầu phụ tải của hệ thống điên. Công suất nhà máy thủy điện phát kinh tế có giá trị. P tđđk =100%*3*50=150MW Như vậy công suất nhà máy Thủy điện cần phát có giá trị bằng P ND =213.92-150=63MW Để cấp điện ở các chế độ cực đại và để dự trữ công suất tác dụng cho hệ thống là 50MW thì các tổ máy của nhà máy thủy điên A phải phát với % công suất đặt như sau: P TD %= 65.7% 96 100*63 100* P P đmTD TDtt == 1.3.2.Cân bằng công suất phản kháng *Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng: TD Q + ND Q + b Q = tt Q =m ∑ Pmaxpt + ∑ ∆Ql- ∑ +Qc ∑ ∆Qb+Qtđ+Qđt Trong đó: - ND Q : Tổng công suất phán kháng do nhà máy nhiệt điện phát ra: ND Q = ND P * ND Tgu =150*0.75=112.5MVAr - TD Q : tổng công suất do nhà máy nhiệt điện phát ra TD Q = TD P * TD Tgu =63*0.75=47.25MVAr - tt Q : tổng công suất phản kháng tiêu thụ - ∑ Qmaxpt : tổng công suất phản kháng cực đại ∑ =+++++= 109.75MVAr26)2224(23*0.825)(20*0.75Qmaxpt Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 7 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I:Tính toán phương thức vận hành - ∑ ∆ L Q : Tổng công suất phản kháng trong cảm kháng đường dây trong mạng điện. - ∑ Qc :tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra khi tính sơ bộ lấy ∑ ∑ =Qc ∆. L Q - ∑ ∆ b Q :Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp khi tính toán sơ bộ lấy bằng 15% ∑ Qmax ∑ ∆ b Q =n*15% ∑ == 32.9MVAr109.75*15*2Qmaxpt (n: cấp biến áp=2) -Qtd:công suất tự dùng trong nhà máy điện td Q = td Q * Tgu td =16.92*0.75=12.69MVAr - dt Q : Tổng công suất dự trữ của hệ thống điên dt Q = P dt * Tgu dt =50*0.75=37.5MVAr - b Q :Tổng công suất cần bù cho hệ thống b Q =m* ∑ Qmax + ∑ ∆ b Q + td Q +- dt Q ( td Q + ND Q ) b Q =(109.45+32.9+12.69+37.5)-(47.25+112.5)=32.1MVAr Như vậy để cân bằng công suất phản kháng, của hệ thống cần bù một lượng công suất phản kháng là:Qb=32.1MVAr 1.4 Xác định sơ bộ lượng công suất phản kháng Bù sơ bộ công suất phản kháng nhằm mục đích đảm bảo cân bằng công suất cho hệ thống ,nâng cao hệ số công suất.Nhiệm vụ là giảm công suất phản kháng truyền tải từ đường dây đến phụ tải nhưng ta chỉ bù Cosu đến 0.9 cho các hộ cần bù ,với dung lượng đã xác định ở phần trên ,lượng bù có thể tính theo công thức sau: bi Q = bi P *(Tg U-TgU’) Trong đó: bi Q :Dung lương cần bù phụ tải thứ i bi P :Công suất tác dụng phụ tải thứ i U:Góc lệch trước khi bù. U’:Góc lệch sau khi bù ta chỉ cần bù Cosu đến 0.9. 1.4.1 Phụ tải 3: ta bù cosu=0.95 Qb3=P3*(TgU-TgU’)=20*(0.88-0.329)=11.02MVAr Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 8 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I:Tính toán phương thức vận hành 1.4.2 Phụ tải 6 ta bù cosu=0.95 Qb6=25*(0.88-0.329)=13.77MVAr Tổng Công suất cần bù cho hộ số 3 và 6 Qb3+ Qb6=11.02+13.77=27.79(MVAr) Công suất phản kháng còn lại sau khi bù hộ 3 và 6 32.1-27.79=4.31(MVAr) Lượng công suất này mang đi bù cho các hộ còn lại giả sử sau khin bù hệ số công suất cosu=0.9→Tgu=0.484 1.4.3 Phụ tải 4 b4 Q =22*(0.75-0.484)=5.85MVAr > b Q Do đó công suất phản kháng trên chỉ bù cho hộ 4 và bù đến cosu=0.4 b4 Q ’= b4 Q - b Q =22*0.75-5.85=10.65(MVAr) 4 Tgu =0.484→Cosu=0.8 Bảng 1.4 số liệu về phụ tải trước và sau khi bù sơ bộ: Phụ tải Pmax (MW) Qmax (MVAr) Cosu Qb (MVAr) Q’max (MVAr) CosU’ S’max (MVAr) 1 23 17.25 0.8 00 17.25 0.8 23+j17.25 2 24 18 0.8 00 18 0.9 24+j18 3 20 17.6 0.75 11.02 8.98 0.95 20+j8.98 4 22 16.5 0.8 10.65 11.35 0.8 22+j11.35 5 26 19.5 0.8 00 19.5 0.8 26+j19.5 6 25 22 0.75 13.77 8.23 0.95 25+j8.23 1.5 Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện Những phương án đươc đưa ra để lựa chon về mặt kinh tế thì các phương án đó phải thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật của mạng điện . Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ.Khi dự kiến sơ đồ cho mạng điện thiết kế, trước hết chú ý 2 yêu cầu trên .Để thưc hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp cho các hộ tiêu thụ loại 1 cần bảo đảm dự phòng 100% trong mạng điện. vì vậy cung cấp để cung cấp cho hộ tiêu thụ loai 1 có thề đường dây hai mạch hay mạch vòng.Các hộ tiêu thụ loại 3 đươc cung cấp băng đường dây một mạch Trên cơ sơ phân tích những đặc điểm nguồn cung cấp và các phụ tải cũng như vị trí của chúng có 3 phương án dự kiến như sau: Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 9 A 6 3 5 4 1 B Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chương I:Tính toán phương thức vận hành 1.5.1 Phương án 1 Hình 2.5.1 sơ đồ mạch phương án 1 1.5.2 Phương án 2 Hình 2.5.2 sơ đồ mạch phương án 2 Lê Công Thiện – 12ĐHLTDK1A Trang 10 A 2 2 6 3 5 4 1 B [...]... quy t định lựa chọn bất kỳ phương án nào của hệ thống điện cũng dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế và kỹ thuật Rõ ràng là có rất nhiều phương án thiết kế bảo đảm yêu cầu thiết kế đề ra nhưng phương án thiết kế cuối cùng là phương án mà chỉ tiêu về kinh tế tốt nhất Tính kinh tế của mạng điện được đánh giá thông qua nhiều chỉ tiêu trong đó có vốn đầu tư và phí tổn hằng năm là hai chỉ tiêu cơ bản nhất Phí... tải điện là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính kỹ thuật và tính kinh tế của mạng điện Để chọn cấp điện áp tải điện của mạng điện ta dưạ vào công thức still.Đây là công thức kinh nghiệm tương đối cính xác với P . nước ta hiện nay quá trình phát triển phụ tải ngày càng nhanh nên việc quy hoạch, thiết kế mới và phát triển mạng điện đang quan tâm của ngành điện nói riêng và cả nước nói chung. Mục đích. những phương án thiết kế và vận hành đạt kết quả cao nhất * Phân tích nguồn và phụ tải Hệ thống điện là tập hợp các nhà máy điện, đường dây,trạm biến áp,hộ tiêu thụ điện và các thiết bị khác. cấp điện áp cho tải điện Vấn đề chon cấp điện áp cho tải điện là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính kỹ thuật và tính kinh tế của mạng điện Để chọn cấp điện áp tải điện của mạng