phụ tải và cân bằng công suất Tại mổi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải.Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suất của các máy biến áp (MBA) và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy điện với nhau.
mục lục mục lục 1 Lời nói đầu 3 Chơng i 4 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 4 1.1 Chọn máy phát điện 4 1.2 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp 5 1.2.1. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 5 6 1.2.2. Đồ thị phụ tải tự dùng toàn nhà máy 6 7 1.2.3. Phụ tải địa ph ơng 7 8 1.2.4. Phụ tải cấp 220kV 8 9 1.2.5. Phát vào hệ thống 9 1.3. Các nhận xét 10 chơng II 11 Nêu các phơng án và chọn MBA 11 2.1. Nêu các phơng án 11 2.2.Chọn máy biến áp cho các phơng án 13 2.2.1. Chọn công suất máy biến áp 13 2.2.2. Phân bố phụ tải cho các máy biến áp 15 2.2.3. Kiểm tra các máy biến áp khi sự cố 15 2.2.4. Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp 16 Chơng iii 18 So sánh kinh tế - kỹ thuật 18 chọn phơng án tối u 18 3.1. Xác định dòng cỡng bức 18 3.2 Chọn sơ đồ thanh góp các cấp điện áp máy phát 24 3.2.1. Thanh góp điện áp máy phát 24 3.2.2. Sơ đồ thanh góp điện áp cao áp 25 3.4. So sánh kinh tế kỹ thuật chọn phơng án tối u 27 Chơng IV 31 Tính toán dòng ngắn mạch 31 4.1. Chọn dạng và điểm ngắn mạch 31 4.2. Xác định dòng điện ngắn mạch và xung lợng nhiệt 32 4.2.1. Sơ đồ thay thế 32 4.2.2. Xác định giá trị điện kháng 32 4.2.3. Tính dòng ngắn mạch và xung l ợng nhiệt khi ngắn mạch 33 Chơng V 44 Chọn khí cụ điện và dây dẫn 44 5.1. Chọn máy cắt điện 44 5.2. Chọn dao cách ly 45 5.3. Chọn thanh dẫn thanh góp 45 5.3.1. Chọn thanh dẫn cứng 45 5.3.2. Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng. 47 5.4. Chọn dây dẫn mềm 48 5.5. Chọn kháng điện và cáp cho phụ tải địa phơng 49 5.5.1. Chọn cáp điện lực 49 5.5.2. Chọn kháng điện cho phụ tải địa ph ơng 50 5.6. Chọn máy biến áp đo lờng và máy biến dòng 53 5.6.1. Sơ đồ nối BU và BI với dụng cụ đo 53 5.6.2. Chọn máy biến điện áp (BU) 54 5.6.3. Chọn máy biến dòng điện (BI) 55 Chơng vi 57 Sơ đồ tự dùng và chọn thiết bị tự dùng 57 6.1. Chọn máy biến áp công tác bậc 1 57 6.2. Chọn máy biến áp dự trữ cấp một 57 6.3. Chọn máy biến áp công tác bậc 2 57 6.4. Chọn máy cắt cấp điện áp 6,3kV 58 Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự phát triển chung của nền kinh tế quốc dân, nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực giao thông, nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt tăng lên và đặc biệt là sự phát triển ngày càng nhiều các xí nghiệp công nghiệp với nhu cầu sử dụng điện năng rất lớn. Do vậy, đẩy nhanh việc xây dựng các nhà máy điện là rất cần thiết. Thiết kế một nhà máy điện nối chung với hệ thống là một vấn đề rất quan trọng, nó sẽ nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ vì chúng hỗ trợ nhau khi sự cố một nhà máy nào đấy. Đồng thời tăng thêm tính ổn định của hệ thống và hạn chế số lợng máy phát dự trữ so với khi vận hành độc lập. Quá trình thiết kế môn học không những củng cố lại những kiến thức đã đ- ợc học mà còn giúp đỡ em có thêm những hiểu biết chính xác và đầy đủ hơn về một hệ thống điện nói chung cũng nh một nhà máy nhiệt điện nói riêng. Ngày 30 tháng 04 năm 2006 Sinh viên thực hiện Chơng i Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Tại mổi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải.Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm đợc đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể chọn đợc phơng án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suất của các máy biến áp (MBA) và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy điện với nhau. 1.1 Chọn máy phát điện Theo yêu cầu thiết kế nhà máy có tổng công suất 3ì55 MW=165 MW. Do Do đã biết số l đã biết số l ợng và công suất của từng tổ máy ta chỉ cần chú ý một số điểm sau : ợng và công suất của từng tổ máy ta chỉ cần chú ý một số điểm sau : + Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức , dòng + Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức , dòng ngắn mạch ở các cấp điện áp sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại khí cụ điện sẽ ngắn mạch ở các cấp điện áp sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại khí cụ điện sẽ giảm thấp. giảm thấp. + Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng nh + Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng nh vận hành nên chọn các máy vận hành nên chọn các máy phát điện cùng loại. Từ đó ta tra trong sổ tay đ phát điện cùng loại. Từ đó ta tra trong sổ tay đ ợc loại máy phát sau: ợc loại máy phát sau: Chọn 3 máy phát điện kiểu TB-55-2 có các thông số nh bảng 1-1 sau: Bảng 1-1 Ký hiệu S P cos U I Điện kháng t Điện kháng t ơng đối ơng đối X X d d X X d d X X d d TB-55-2 68,75 55 0,8 10,5 3,462 0,123 0,182 1,452 1.2 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp Để đảm bảo vận hành an toàn , tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lợng điện năng tiêu thụ ỏ các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi. Việc nắm đợc quy luật biến đổi này tức là tìm đợc đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào công cụ là đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn đợc các phơng án nối điện hợp lý , đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật , nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau. Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải của các cấp điện áp dới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng P max và hệ số cos tb của từng phụ tải tơng ứng từ đó ta tính đợc phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức sau : TB t t Cos P S = với : 100 %. max PP P t = . Trong đó: S(t) _ là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA). cos TB _ là hệ số công suất trung bình của từng phụ tải. P% _ Công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất cực đại P max : Công suất của phụ tải cực đại tính bằng, MW. 1.2.1. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy Nhà máy gồm 3 tổ máy có: P Gđm = 55 MW, cos đm = 0,8 do đó .75,68 8,0 55 cos MVA P S dm Gdm dm === Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là: P NMđm = 3ìP Gđm = 3 ì 55 = 165 MW S NMđm = 206,25 MW. Từ đồ thị phụ tải nhà máy và công thức: TB t t Cos P S = với : 100 %. max PP P t = . Ta tính đợc đồ thị phụ tải của nhà máy theo thời gian. Bảng 1-2 T(giờ) 0-6 6-12 12-18 18-24 P% 85 80 100 90 P NM (t) MVA 140.25 132 165 148.5 S NM (t) MVA 175.31 165 206.25 185.63 1.2.2. Đồ thị phụ tải tự dùng toàn nhà máy Tự dùng max của toàn nhà máy bằng 6% công suất định mức của nhà máy với cos = 0,85 đợc xác định theo công thức sau: ). S )t(S 6,04,0(S)t(S dm maxtdtd ì+= Với S tdmax = .S NM = 55,14 85,0 25,206 . 100 6 = MW Trong đó : S td (t): Phụ tải tự dùng nhà máy tại thời điểm t. S đm : Công suất định mức của nhà máy MVA. S(t): Phụ tải tổn tại thời điểm t theo bảng 1-2. Từ đồ thị phụ tải nhà máy (phần 1) và công thức trên ta có phụ tải tự dùng nhà máy theo thời gian nh bảng 1-3 . Bảng 1-3 T(h) 0-6 6-12 12-18 18-24 P% 85 80 100 90 S(t) MVA 175.31 165 206.25 185.63 S TD (t) MVA 13.24 12.8 14.55 13.68 1.2.3. Phụ tải địa ph ơng Nh nhiệm vụ thiết kế đã cho P max = 30 MW, cos = 0,89 với công thức sau: ( ) ( ) TB dp dp Cos tP tS = với: ( ) . 100 %. maxdpdp dp PP tP = Ta có kết quả cho ở bảng 1- 4. Bảng 1-4 T(h) 0-8 8-12 12-20 20-24 P % 70 100 80 60 P UF (t) MW 21 30 24 18 S UF (t) MVA 23.60 33.71 26.97 20.22 1.2.4. Phô t¶i cÊp 220kV Nh nhiÖm vô thiÕt kÕ ®· cho P max = 70 MW, cosϕ = 0,88 víi c«ng thøc sau: ( ) ( ) TB dp dp Cos tP tS ϕ = víi: ( ) . 100 %. maxdpdp dp PP tP = Ta cã kÕt qu¶ cho ë b¶ng 1- 5 . B¶ng 1-5 T(h) 0-8 8-12 12-18 18-24 P% 70 80 100 80 P UC (t) MW 49 56 70 56 S UC (t) MVA 55.68 63.64 79.55 63.64 1.2.5. Phát vào hệ thống Phơng trình cân bằng công suất toàn nhà máy: S NM = S TD + S UF + S UC + S UT +S HT (ở đây S UT = 0) Ta bỏ qua tổn thất S(t) trong máy biến áp. S HT = S NM - [S TD + S UF + S UC ] Từ đó ta lập đợc kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy nh bảng 1-6 và đồ thị phụ tải hình 1-5. Bảng 1-6 t(h) 0-6 6-8 8-12 12-18 18-20 20-24 S NM MVA 175.31 165 165 206.25 185.63 185.63 S TD MVA 13.24 12.8 12.8 14.55 13.68 13.68 S UF MVA 23.6 23.6 33.71 26.97 26.97 20.22 S UC MVA 55.68 55.68 63.64 79.55 63.64 63.64 S HT MVA 82.79 72.92 54.85 85.18 81.34 88.09 1.3. Các nhận xét - Công suất thừa của nhà máy lớn hơn công suất của một tổ máy tại mọi thời điểm, ta có thể cho một tổ máy luôn vận hành với công suất định mức và phát công suất về hệ thống. %15%52,24100* 75,68.2 71,33 100* 2 max >== dmF UF S S Do vậy để cung cấp điện cho phụ tải địa phơng trong các phơng án nối dây cần phải xây dựng thanh góp điện áp máy phát. - Ta thấy phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp. ở cấp điện áp máy phát phụ tải P max = 33,71 MW, nhỏ so với công suất một máy phát P = 55 MW và toàn nhà máy thiết kế. - Phụ tải cấp điện áp trung không có. - Ta có dự trữ của hệ thống S DT = 200 MVA, lớn hơn so với công suất một máy phát. Công suất của hệ thống cũng tơng đối lớn S HT = 2500 MVA. - Nhà máy thiết kế chỉ có hai cấp điện áp là: + Cấp điện áp máy phát U đm = 10 kV. + Cấp điện áp cao có U đm = 220 kV. + Không có cấp điện áp trung. [...]... 0,6 03 X 5 + X 7 + X 8 1, 732 + 1,789 + 1,789 X 12 = X 5 X 7 1, 732 .1,789 = = 0,584 X 5 + X 7 + X 8 1, 732 + 1,789 + 1,789 X 13 = X9 + X1 0 = 1,901 + 0,584 = 2,485 X1 4 = X5 + X1 2 = 1, 732 + 0,584 = 2 ,31 6 Biến đổi (X6 , X1 1, X1 4) thành Y (X1 5, X1 6, X1 7) X 11 X 14 0,6 03. 2 ,31 6 X 15 = = = 0,297 X 6 + X 11 + X 14 1,789 + 0,6 03 + 2 ,31 6 X 16 = X 6 X 14 1,789.2 ,31 6 = = 0,88 X 6 + X 11 + X 14 1,789 + 0,6 03 + 2 ,31 6 X. .. dới Trong đó: X1 = XHT + Xd = 0,288 + 0,4 13 = 0,701 X2 = XB1 ; X3 = XB2 ; X4 = X5 = XK ; X6 = X7 = X8 = XF Ta thấy ngắn mạch tại N1 đối x ng do đó ta dùng phép gập đôi sơ đồ ta đợc: X9 = X2 // X3 = 1,2 / 2 = 0,6 X1 0 = X6 // X8 = 1,789 / 2 = 0,895 (1,789 + 1, 732 ) * 0,895 + 0,6 = 1, 134 X1 1 = [ (X5 + X7 ) // X1 0] + X9 = 1,789 + 1, 732 + 0,895 Phía nhánh hệ thống : Ta có SHT = 2500MVA với giả thiết hệ thống... X 6 + X 11 + X 14 1,789 + 0,6 03 + 2 ,31 6 X 17 = X 6 X 11 1,789.0,6 03 = = 0,229 X 6 + X 11 + X 14 1,789 + 0,6 03 + 2 ,31 6 X1 8 = X 13+ X1 5 = 2,485 + 0,297 = 2,782 Biến đổi Y (X1 6, X1 7, X1 8) sang (X1 9, X2 0) X 19 = X 16 + X 18 + X 16 x X 18 0,88 2,782 = 0,88 + 2,782 + = 14 ,35 3 X 17 0,229 X 20 = X 16 + X 17 + X 16 x X 17 0,88 0,229 = 0,88 + 0,229 + = 1,181 X 18 2,782 ... = 14 ,38 4( KA s ) 2 2 2 + ( 4, 932 + 4,688 ).0 ,3 BN = b Chọn khí cụ điện hạ áp của máy biến áp liên lạc Ta tính dòng ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N 2 Ta có sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại điểm N2 với các điện kháng có giá trị : X9 = X1 + X3 = 0,701 + 1,2 = 1,901 Biến đổi (X5 , X7 , X8 ) thành Y (X1 0, X1 1, X1 2) X 5 X 8 1, 732 .1,789 X 10 = = = 0,584 X 5 + X 7 + X 8 1, 732 + 1,789 + 1,789 X 11 = X 7 X 8 1,789.1,789... 0.59 3. 7 03 4 .3 2.227 5. 930 0.54 3. 389 3. 5 1.8 13 5.202 0. 53 3 .32 6 3. 1 1.606 4. 932 0.52 3. 264 2.75 1.425 4.688 Trị số dòng xung kích khi ngắn mạch '' i xk = 2 ì k xk ì I N = 2 ì 1.8 ì 5, 93 = 15,096 KA Với kxk là hệ số xung kích, kxk= 1.8 Xung lợng nhiệt của dòng ngắn mạch 1 2 2 ( I CKi + I CKi +1 ) ìt i + I ' '2 (0).Ta = 2 2 2 2 2 1 ( 5, 93 + 5,202 ).0,1 + ( 5,202 + 4, 932 ).0,1 2 2 = + 5, 93 0,05... SUF max * STD max + * SUF max = 2 3 3 1 2 1 2 * 68,75 33 ,71 * 14 ,55 + * 33 ,71 = 58,282 MVA 2 3 3 + Khi phụ tải min: Dòng công suất cỡng bức qua kháng khi phụ tải min là: 1 2 1 ' S cb = 2 * S dmF SUF min * STD max + * SUF min 2 3 3 1 2 1 = 2 * 68,75 20,22 *14 ,55 + * 20,22 = 60,53MVA 2 3 3 Dòng cỡng bức qua kháng khi sự cố một máy phát F1 là: ' S cb 60, 53 ' I cb = = = 3, 328 kA 3 ì... thất điện năng của máy biến áp B2,B3 là: AB 2+B 3 9,45 2 * 6 + 4,512 * 2 + 0 ,32 = 2.0,08 * 8760 + 36 5 2 + 4, 53 2 * 4 + 10,64 2 * 6 + = 1477 ,35 8 MWh 80 + 8,72 2 * 2 + 12,12 * 4 Vậy tổng tổn thất điện năng hàng năm của phơng án II là: A = AB1 +AB2,B3 = 2849.246 + 1477 ,35 8 = 432 6,604 MWh Bảng tổng kết tính tổn thất điện áp của các phơng án Bảng 2-6 Phơng án A,MWh Phơng án I 26 43, 029... kháng máy biến áp X B1 = X B 2 = U n % S cb 12 1000 ì = ì = 1,2 100 S dm 100 100 Điện kháng của máy phát X F = X d'' ì Điện kháng của kháng điện S cb 1000 = 0,1 23 ì = 1,789 S dm 68,75 XK = X K % ì S cb X K % S cb 12 ì 1000 ì = = = 1, 732 100 S Bdm 100 ì 3 ì U dm ì I dm 100 ì 3 ì 10 ì 4 4.2 .3 Tính dòng ngắn mạch và xung lợng nhiệt khi ngắn mạch a Cấp điện áp 220kV Muốn chọn khí cụ điện ở cấp điện áp... dmF SUF max * STD max + * SUF max = 2 3 2 1 1 1 = 68,75 33 ,71 *14 ,55 + * 33 ,71 = 31 ,95MVA 2 3 2 + Khi phụ tải min: Dòng công suất cỡng bức qua kháng khi phụ tải min là: 1 1 1 min S cb = S dmF SUF min * STD max + * SUF min = 2 3 2 1 1 1 = 68,75 20,22 *14 ,55 + * 20,22 = 31 ,95MVA 2 3 2 Dòng cỡng bức qua kháng khi sự cố một máy phát F2 là: I = ' cb ' S cb 3 ì U hdm = 31 ,95 3 ì 10,5... thống mang tính nhiệt điện ta có: S 2500 X tt1 = X 1 HT = 0,701 = 1,7 53 S CB 1000 Phía nhánh máy phát X tt 2 = X 11 S dmF S CB S HT * I CK 1 = I CK 1 Trong đó: * I CK 2 = I CK 2 = 1, 134 3 U TB S dmF 3 U TB 3 68,75 = 0, 234 1000 * = I CK 1 * = I CK 2 2500 3 230 * = 6,276 I CK 1 3 68,75 * = 0,518 I CK 2 3 230 Với công suất của máy phát PGđm= 60 MW, ta tính dòng ngắn mạch và tính xung lợng nhiệt BN