thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 1200 MW gồm 4 tổ máy 300 MW

I. Tên đề tài Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 1200 MW và khảo sát chế độ không đối xứng của đường dây siêu cao áp 500 kV. II. Các số liệu ban đầu 1. Máy phát điện Số lượng : 4 do CHLB Nga chế tạo; Kiểu TGB-300-2. PGđm= 300 MW ; Cos = 0,85 ; UGđm= 20 kV ; Xd”= 0,203 ; Xd’= 0,300 ; Xd = 2,195; Tj G = 1,47 s ; PNMđm= 4.PGđm; Biến thiên phụ tải hàng ngày của nhà máy PNM% = (PNM /PNMđm).100: t(h)0  88  1212  1616  24 PNM%801009080 Tự dùng cực đại của nhà máy bằng 5% công suất định mức của nhà máy với cos = 0,85.

Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện Nhiệm Vụ thiết kế tốt nghiệp ******* Họ và tên sinh viên : Lê Khắc Hng Lớp : HTĐ1 K43 I. Tên đề tài Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 1200 MW và khảo sát chế độ không đối xứng của đờng dây siêu cao áp 500 kV. II. Các số liệu ban đầu 1. Máy phát điện Số lợng : 4 do CHLB Nga chế tạo; Kiểu TGB-300-2. P Gđm = 300 MW ; Cos = 0,85 ; U Gđm = 20 kV ; X d = 0,203 ; X d = 0,300 ; X d = 2,195; T j G = 1,47 s ; P NMđm = 4.P Gđm ; Biến thiên phụ tải hàng ngày của nhà máy P NM % = (P NM /P NMđm ).100: t(h) 0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24 P NM % 80 100 90 80 Tự dùng cực đại của nhà máy bằng 5% công suất định mức của nhà máy với cos = 0,85. 2. Phụ tải địa phơng (cấp 22 kV) P 22m = 40 MW, Cos = 0,92 Gồm 4 hộ đợc cung cấp bằng đờng dây cáp kép, mỗi hộ 10 MW. Biến thiên phụ tải hàng ngày P 22 % = (P 22 /P 22m ).100 : t(h) 0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24 P 22 % 70 100 90 70 3. Phụ tải trung áp (cấp 220 kV) P 220m = 600 MW, Cos = 0,80. Gồm 6 đờng dây, mỗi đờng 100 MW Biến thiên phụ tải hàng ngày P 220 % = (P 220 /P 220m ).100 : Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 1 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện t(h) 0 ữ 8 8 ữ12 12 ữ 16 16 ữ 24 P 220(t) % 70 100 80 70 4. Phụ tải cao áp (cấp 500 kV) Công suất thừa của nhà máy phát lên hệ thống nhờ 2 đờng dây 500 kV nối nhà máy với hệ thống qua một trạm biến áp 500 kV cách nhà máy 200 km. Tổng công suất định mức của hệ thống (không kể nhà máy thiết kế ) bằng 18000 MVA với điện kháng tơng đối thứ tự thuận X HT1 = 0,4 ; thứ tự nghịch X HT2 = X HT1 ; thứ tự không X HT0 = 0,12. Dự trữ quay của hệ thống bằng 8% công suất của nó. III. Nhiệm vụ thực hiện Phần 1 1. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất. 2. Chọn sơ đồ nối điện chính. 3. Chọn các thiết bị và dây dẫn. 4. Chọn sơ đồ nối dây và thiết bị tự dùng. Phần 2 1.Tổng quan về chế độ không đối xứng của hệ thống điện. 2. Khảo sát chế độ không toàn pha của đờng dây siêu cao áp 500 kV bằng phơng pháp dịch chuyển điểm đứt và phơng pháp sơ đồ thứ tự thuận mở rộng. 3. Đánh giá ảnh hởng của chế độ không toàn pha đã khảo sát đối với máy phát điện. Ngày giao nhiệm vụ : 20 tháng 1 năm 2003 Ngày hoàn thành : 15 tháng 5 năm 2003 Cán bộ hớng dẫn : PGS.ts trịnh Hùng Thám Mục lục Trang Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 2 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện Lời nói đầu 6 Phần I : thiết kế phần điện cho nhà máy điện7 Chơng I: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 8 1.1. Đồ thị phụ tải của nhà máy .8 1.2. Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy 9 1.3. Đồ thị phụ tải địa phơng 10 1.4. Đồ thị phụ tải trung áp . .10 1.5. Đồ thị phụ tải cao áp . 11 1.6. Nhận xét chung 13 Chơng II: đề xuất phơng án nối điện chính 16 2.1. Phơng án I 17 2.2. Phơng án II 18 2.3. Phơng án III 19 Chơng III: chọn máy biến áp -tính tổn thất điện năng 21 3.1. Chọn máy biến áp - Phân phối công suất cho máy biến áp 21 3.2. Tính tổn thất điện năng 31 Chơng IV: Tính toán dòng điện ngắn mạch .36 4.1. Phơng án I . 37 4.2. Phơng án II 50 Chơng V: chọn phơng án tối u . 61 5.1. Chọn máy cắt cho các mạch 61 5.2. Tính toán chỉ tiêu kinh tế của các phơng án 67 5.3. So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chọn phơng án tối - u . 74 Chơng VI: chọn thiết bị và dây dẫn 75 6.1. Chọn thanh dẫn-thanh góp 75 Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 3 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện 6.1.1. Chọn thanh dẫn cứng .75 6.1.2. Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng .78 6.1.3. Chọn thanh dẫn mềm 79 6.2. Chọn máy cắt điện 83 6.3. Chọn dao cách ly 84 6.4. Chọn máy biến điện áp (BU) và máy biến dòng điện (BI) 85 6.4.1. Cấp điện áp máy phát 85 6.4.2. Cấp điện áp 500 kV .90 6.4.3. Cấp điện áp 220 kV .91 6.5. Chọn thiết bị điện và cáp cho phụ tải địa phơng 92 6.5.1 Chọn máy biến áp địa phơng . 92 6.5.2 Chọn cáp cho phụ tải địa phơng 92 6.5.3 Chọn máy cắt cho phụ tải địa phơng .94 Chơng VII: chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng. .102 7.1. Chọn sơ đồ tự dùng 102 7.2. Chọn thiết bị tự dùng 103 7.2.1. Chọn máy biến áp tự dùng . .103 7.2.2. Chọn máy cắt và dao cách ly 105 Phần II: Khảo sát chế độ không đối xứng của đờng dây siêu cao áp 500 kV.108 Chơng I: tổng quan về chế độ không đối xứng trong hệ thống điệN 109 1.1. Định nghĩa 109 1.2. Nguyên nhân và phân loại .110 1.3. Vận hành không toàn pha trong hệ thống điện 111 Chơng II: ảnh hởng của chế độ không đối xứng 113 2.1. Phơng pháp thành phần đối xứng 113 2.2. ảnh hởng của chế độ không đối xứng 121 Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 4 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện 2.3. Quá trình năng lợng trong hệ thống điện không đối xứng 128 Chơng III: phơng pháp nghiên cứu chế độ vận hành không toàn pha của đờng dây siêu cao áp. 132 3.1. Đặc điểm của đờng dây siêu cao áp 132 3.2. Các phơng pháp nghiên cứu chế độ không toàn pha của đờng dây siêu cao áp .133 3.2.1. Phơng pháp dịch chuyển điểm đứt 133 3.2.2. Phơng pháp thành phần thứ tự thuận mở rộng.137 Chơng IV: khảo sát chế độ vận hành không toàn pha của đ- ờng dây siêu cao áp 500 kv 141 4.1. Dòng làm việc bình thờng của đờng dây ở chế độ xác lập trớc chế sự cố .141 4.2. Điện kháng trong hệ đơn vị tơng đối .142 4.3. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch và không 146 4.4. Tính toán chế độ vận hành không toàn pha .156 4.4.1. áp dụng phơng pháp dịch chuyển điểm đứt để tính chế độ vận hành không toàn pha .156 4.4.2. áp dụng phơng pháp thành phần thứ tự thuận mở rộng để tính chế độ không toàn pha 177 4.5. ảnh hởng chế độ vận hành không toàn pha đối với máy phát điện .186 4.6. Kết luận chung 197 Tài liệu tham khảo 199 Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 5 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện Lời nói đầu Ngày nay điện năng nói riêng và năng lợng nói chung đang đóng một vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết các lĩnh lực của nền kinh tế. Đời sống xã hội càng phát triển thì nhu cầu tiêu thụ điện càng tăng. Chính sách năng lợng cũng nh chiến lợc phát triển hệ thống điện đang đợc nhà nớc hết sức quan tâm. Sự phát tiển của đất nớc đòi hỏi hệ thống điện phải không ngừng lớn mạnh để đáp ứng nhu cầu điện năng ngày càng tăng của các ngành kinh tế. Nhà máy điện là một khâu không thể thiếu trong hệ thống điện cho nên muốn phát triển hệ thống điện tất yếu phải xây dựng thêm các nhà máy điện. Nhà máy điện đợc xây dựng phải đảm bảo vận hành có hiệu quả kinh tế cao và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Để làm đợc điều đó công tác thiết kế nhà máy đóng vai trò quan trọng. Mặt khác sự phát triển của hệ thống điện với việc nhiều đờng dây siêu cao áp đợc xây dựng làm cho công tác điều hành hệ thống điện càng trở nên phức tạp. Là sinh viên theo học ngành hệ thống điện, để có bản báo cáo kết quả học tập trớc khi ra trờng, nay bộ môn hệ thống điện giao cho em đề tài thiết kế tốt nghiệp với hai nội dung chính: 1. Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện công suất 1200 MW gồm 4 máy, công suất mỗi máy 300 MW cung cấp điện cho phụ tải địa phơng 22 kV, phụ tải ở xa bằng điện áp 220 kV, và phát vào hệ thống 500 kV. 2. Khảo sát chế độ không đối xứng của đờng dây siêu cao áp 500 kV. Với kiến thức đã đợc học tập và đợc sự giúp đỡ của các thầy, các cô giáo trong bộ môn hệ thống điện đặc biệt là sự chỉ dẫn nhiệt tình của thầy PGS.TS Trịnh Hùng Thám, em đã hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quí báu đó. Tuy nhiên do thời gian có hạn và khả năng còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy em rất mong sự chỉ bảo của các thầy, các cô. Sinh viên thiết kế: Lê Khắc Hng Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 6 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n HÖ thèng ®iÖn PhÇn I ThiÕt kÕ phÇn ®iÖn cho nhµ m¸y ®iÖn Lª Kh¾c Hng Líp HT§ 1 – K43 7 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện Chơng I Tính toán Phụ tải và cân bằng công suất Điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ đợc cung cấp từ các nhà máy điện. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là công việc khởi đầu để thiết kế nhà máy điện. Nhu cầu tiêu thụ điện của phụ tải biến thiên theo thời gian. Công suất của nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ (kể cả tổn thất và tự dùng) tại mỗi thời điểm để đảm bảo chất lợng điện năng. Nhà máy điện thiết kế có công suất đặt 1200 MW gồm 4 máy kiểu TGB-300-2, công suất mỗi máy 300 MW. Nhà máy cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp: 22 kV, 220 kV, 500 kV và đợc nối với hệ thống điện ở cấp điện áp 500 kV. Trong nhiệm vụ thiết kế, phụ tải hàng ngày của nhà máy, phụ tải địa phơng (cấp 22 kV), phụ tải trung áp (cấp 220 kV), cho dới dạng % công suất tác dụng cực đại (P max ) và hệ số công suất (cos tb ) của từng phụ tải tơng ứng. Dựa vào đó ta tính đợc phụ tải ở các cấp điện áp theo công thức tổng quát: tb t t P S = cos )( )( với P (t) = max )t( P. 100 %P Trong đó: S (t) : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t và tính bằng MVA. P (t) %: Công suất tác dụng tại thời điểm t của phụ tải tính bằng % công suất tác dụng cực đại hay định mức. P max : Công suất tác dụng cực đại hay định mức, tính bằng MW. 1.1. đồ thị phụ tải của nhà máy theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy có 4 máy kiểu TGB-300-2, mỗi máy có: P Gđm = 300 MW, cos đm = 0,85 Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 8 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện Do đó: S Gđm = dm Gdm P cos = 85,0 300 = 352,94 MVA Tổng công suất đặt của nhà máy: P NMđm = 4.P Gđm = 4.300 = 1200 MW hay S NMđm = 4.S Gđm = 4.352,94 =1411,76 MVA Đồ thị phụ tải hàng ngày đợc xác định nh sau: S NM(t) = Gdm )t(NM cos P với P NM(t) = NMm )t(NM P. 100 %P Kết quả tính toán phụ tải của toàn nhà máy theo công thức trên ở từng thời điểm trong bảng 1-1 và đồ thị phụ tải nh hình 1-1. Bảng1-1 t(h) 0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24 P NM % 80 100 90 80 P NM(t) (MW) 960 1200 1080 960 S NM(t) (MVA) 1129,41 1411,76 1270,59 1129,41 1.2. đồ thị phụ tải tự Dùng nhà máy Theo nhiệm vụ thiết kế công suất tự dùng của nhà máy bằng 5% công suất định mức của nhà máy với cos = 0,85 Công suất tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm xác định theo công thức sau: S td(t) = .S NMđm [0,4 + 0,6 NMdm tNM S S )( ] Trong đó: S NMđm : Tổng công suất đặt của nhà máy, tính bằng MVA S NM(t) : Công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t, tính bằng MVA, lấy theo bảng 1-1 Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 9 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện : Hệ số phần trăm lợng điện tự dùng, nhiệm vụ thiết kế cho = 0,05 Từ kết quả tính toán phụ tải ở phần 1.1 và công thức trên ta tính đợc phụ tải tự dùng nhà máy theo thời gian nh trong bảng 1-2 và đồ thị phụ tải tự dùng ở hình 1-2 : Bảng 1-2 t(h) MVA 0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24 S NM(t) 1129,41 1411,76 1270,59 1129,41 S td(t) 62,12 70,59 66,35 62,12 1.3. đồ thị phụ tải Địa PHƯƠNG (cấp 22 kV) theo nhiệm vụ thiết kế: P 22max = 40 MW, cos 22 = 0,92 Đồ thị phụ tải hàng ngày đợc xác định nh sau: S 22 (t) = 22 )t(22 cos P với P 22 (t) = max22 )t(22 P. 100 %P Kết quả tính toán phụ tải địa phơng theo từng thời điểm ở trong bảng 1- 3 và đồ thị phụ tải nh hình 1-3. Bảng 1-3 t(h) 0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24 P 22 % 70 100 90 70 P 22(t) (MW) 28 40 36 28 S 22(t) (MVA) 30,43 43,48 39,13 30,43 1.4. đồ thị phụ tải Trung áp (cấp 220 kV) theo nhiệm vụ thiết kế: P 220max = 40 MW, cos 220 = 0,92 Phụ tải trung áp đợc xác định nh sau: Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 10 [...]... 3.365 [0,253(88,292.16 + 106,22 .4 + 1 14, 622 .4) (3.267) 2 + 0,167( 94, 862.16 + 207,362 .4 + 132,362 .4) + 0,16(183,152.16 313,562 .4 + 246 ,982 .4) ] = = 3 943 ,03 MWh Tổn thất điện hàng năm của phơng án I là: A = AT1 + AT2 + AT3 + AT4 = 2.3 943 ,03 + 7869,17 + 7727,17 = 2 348 2 ,4 MWh Tính phần trăm tổn thất điện năng: A% = A 100 A Với A là tổng điện năng qua các máy biến áp tức là điện năng tiêu thụ ở cao và trung... MVA = const Vậy tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp T3 là: 335,29 2 24 AT3 = 0,28.8760 + 0,88 365 = 7869, 14 MWh 40 0 2 2 Tổn thất hàng năm của máy biến áp T4 Máy biến áp T4 có: P0 = 320 kW, PN = 800 kW, STđm = 40 0 MVA, Si = 335,29 MVA = const Vậy tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp T4 là: 335,29 2 24 AT4 = 0,32.8760 + 0,8 365 = 7727,17 MWh 40 0 2 3 Tổn thất hàng năm của máy biến áp tự... HTĐ 1 K43 33 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện =365[(525.16 +750 .4 + 600 .4) .0,8 + 511,86.16 + 547 ,69 .4 + 5 64, 52 .4) ] =772071,2 MW. h Vậy A% = 2 348 2 ,4 = 0,3 04 % 7720017,2 Kết quả này phù hợp với thực tế 3.2.2 PHƯƠNG án II 1 Tổn thất hàng năm của máy biến áp T3 và T4 Tổn thất hàng năm của máy biến áp T3 và T4 đợc tính theo công thức 3-1: 24 S2t i i A = P0.T + PN i=1 365 2 S Tdm Máy biến... nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện Tổn thất điện hàng năm của phơng án II là: A = AT1 + AT2 + AT3 + AT4 = 2 .46 20, 54 + 2.7869,17 = 249 79 ,42 MWh Tính phần trăm tổn thất điện năng: A% = A 100 A Theo tính toán ở phơng án I: A =772071,2 MW. h Vậy: A% = 249 79, 42 = 0,3 24 % 7720017,2 2 Kết quả này phù hợp với thực tế Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 35 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện Chơng IV... cũng chiếm một phần rất lớn trong tổng vốn đầu t của nhà máy điện Mặc dù hiệu suất của máy biến áp tơng đối cao nhng tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp rất lớn Do đó khi thiết kế nhà máy điện, ta mong muốn công suất máy biến áp nhỏ (để giảm tổn thất điện năng ) nhng vẫn phải đảm bảo an toàn cung cấp điện cho hộ tiêu điện trong các tình huống vận hành Công suất định mức của máy biến áp phải... Trong nhà máy điện, tổn thất điện năng chủ yếu gây nên bởi các máy biến áp Tổn thất điện năng trong máy biến áp gồm hai thành phần: + Tổn thất sắt không phụ thuộc phụ tải và bằng tổn thất không tải của máy biến áp (P0) + Tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải, khi phụ tải bằng công suất định mức của máy biến áp thì tổn thất đồng bằng tổn thất ngắn mạch ( PN) 3.2.1 PHƯƠNG án I 1 Tổn thất hàng năm của máy. .. thống: SC-Thiếu = 335,29 MVA Sdtq HT = 144 0 MVA Tóm lại: các máy biến áp đã chọn đều thoã mãn trong các trờng hợp sự cố 3.2 tính tổn thất điện năng Khi vận hành nhà máy điện, luôn có tổn thất công suất trong các thiết bị và do đó gây ra tổn thất điện năng Tổn thất điện năng trong nhà máy điện ảnh hởng đến hiệu quả kinh tế của nó Vì vậy việc tính toán tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu... C-T = 42 0 kW, PN CH = 120 kW, PN T-H = 95 kW T1 và T2 là tổ hợp của ba máy biến áp tự ngẫu một pha nên theo công thức (3-2) ta có tổn thất điện năng hàng năm trong mỗi máy T1 và T2 bằng: AT1= AT2= 3.0,13.8760 + 365 2 2 2 2 [0,253(255,93 16 + 273,85 4 +282,26 4) 3.267 + 0,167(72,792.16 + 39,712 .4 + 35,292 .4) + 0,16(183, 142 .16 + 313,562 .4 + 246 ,982 .4) ] = 46 20, 54 MWh Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 34 Đồ án... 16 24 t(h) 24 t(h) Hình 1-1 Std(t) (MVA) 80 60 70,59 62,12 66,95 62,12 40 20 0 8 12 16 Hình 1-2 S22(t) (MVA) 50 40 30 43 ,48 39,13 30 ,43 30 ,43 20 10 8 12 16 t(h) Hình 1-3 Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 12 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện S220(t) (MVA) 750 800 600 600 525 525 40 0 200 0 8 12 16 24 t(h) Hình 1 - 4 S500(t)(MVA) 600 500 40 0 547 ,69 5 64, 52 511,86 511,86 300 200 100 0 8 12 16 24 t(h)... khi đó điện áp định Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43 16 Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện mức của máy phát điện bằng 20 kV nên để cung cấp điện cho phụ tải địa phơng dùng máy biến áp tăng áp 20/ 24 (kV) Và vì vậy nhà máy không cần dùng thanh góp điện áp máy phát và các máy phát điện đợc nối theo sơ đồ bộ với các máy biến áp Để tăng độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải địa phơng, dùng hai máy biến