Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện

Chọn máy phát điện

Khi chọn số lợng và công suất máy phát điện cần chú ý các điểm sau :

- Máy phát điện có công suất càng lớn thì vốn đầu t, tiêu hao nhiên liệu để sản xuất ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hằng năm càng nhỏ. Nhng về mặt cung cấp điện thì đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không đợc lớn hơn dự trữ quay của hệ thống.

- Để thuận tiện cho việc xây dựng về sau trong thiết kế nên chọn các máy phát cùng loại.

- Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòng điện ngắn mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ và dễ dàng chọn các khí cụ điện

Tuy nhiên trong nhiệm vụ thiết kế đầu bài đã cho biết số luợng và công suất : Gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 55 MW Tra bảng phụ lục II.3 - Trang 113 - Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp Ta chọn loại máy phát kiểu : cb - 430/210 - 14 có các thông số ghi vào bảng 1-1.

Thông số định mức Điện kháng tơngđối n®m

 ồ án tốt nghiệp - Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện- cb - 430/210 -

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

để đảm bảo chất lợng điện năng và ổn định hệ thống điện tại mỗi thời điểm, điện năng do các nhà máy điện sản xuất ra phải hoàn toàn cân bằng với lợng điện năng tiêu thụ ở các phụ tải kể cả tổn thất điện năng vì điện năng không có khả năng tích lũy Nh vậy điều kiện cân bằng công suất trong hệ thống là rất quan trọng nó quyết định đến sự ổn định của hệ thống và chất l- ợng điện năng

Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi Do đó việc tìm đợc qui luật thay đổi này tức là đã xác định đợc đồ thị phụ tải điều này rất cần thiết đối với công việc thiết kế và vận hành nhà máy điện cũng nh hệ thống điện Nhờ vào đồ thị phụ tải ngời thiết kế lựa chọn đợc ph- ơng án nối điện hợp lý, đảm bảo đợc các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và đảm bảo chất lợng điện năng …Đồ thị phụ tải còn cho phép ngời thiết kế chọn đúng công suất của máy phát cũng nh các máy biến áp và phân bố công suất tối u giữa các nhà máy điện với nhau, giữa các tổ máy trong cùng một nhà máy

Căn cứ vào đồ thị phụ tải ngời vận hành sẽ chủ động lập ra đợc kế hoạch sữa chữa , đại tu định kỳ các thiết bị.

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các cấp điện áp và hệ số công suất của phụ tải tơng ứng Ngoài phần phụ tải của hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp, phần công suất phát vào hệ thống còn có phụ tải tự dùng của nhà máy Nhà máy cấp điện cho phụ tải ở ba cấp điện áp 10 kV, 110 kV,

220 kV và đợc nối chung với hệ thống điện 220 kV. Đồ thị phụ tải nhà máy và phụ tải các cấp điện áp dới dạng bảng theo phần trăm công tác dụng Pmax và hệ số công suất Cos ϕ tb của từng phụ tải t- ơng ứng Từ đó ta tính đợc phụ tải ở các cấp điện áp theo công suất biểu kiến:

- S(t) : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời t đợc tính bằng MVA

- P%(t) : Công suất tác dụng tại thời điểm t của phụ tải đợc tính bằng phÇn tr¨m so víi Pmax

- Pmax : Phụ tải cực đại tính bằng MW.

- Cos ϕ tb: Hệ số công suất trung bình của phụ tải

Tổng công suất đặt của nhà máy :

Từ đó ta tính đợc phụ tải nhà máy theo công suất biểu kiến

Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 2

SNM(t) P NM ( t ) cosϕ tb víi PNM(t) = PNM®m

- SNM(t) : Công suất biểu kiến phát ra của nhà máy tại thời điểm t (MVA)

- P%(t) : Công suất tác dụng của phụ tải nhà máy phát ra tính theo phần trăm so với PNMđm tại thời điểm t

- PNMđm: Công suất định mức của toàn nhà máy (MW).

- PNM(t): Công suất tác dụng của nhà máy phát ra tại thời điểm t (MW).

Dựa vào công thức (1-1) tính đợc phụ tải nhà máy theo từng thời điểm trong ngày, kết quả tính toán đợc ghi ở bảng 1-2.

 ồ án tốt nghiệp - Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện-

* Đồ thị phụ tải nhà máy cho hình 1- 1:

Nhà máy đợc thiết kế cung cấp cho phụ tải địa phơng có cấp điện áp Uđm kV, công suất tác dụng cực đại của phụ tải là Pmax = 11 MW với Cos ϕ tb

* 1 phụ tải quan trọng cung cấp bằng: 1đờng dây cáp kép ¿ 3,5 MW ¿ 3 km

* 3 phụ tải không quan trọng cung cấp bằng : 3 đờng dây đơn ¿ 2,5

Các phụ tải biến thiên theo thời gian trong ngày và đợc xác định theo công thức:

Cos ϕ tb víi Pdf(t) P df (t )%

- Sdf(t) : Công suất biểu kiến của phụ tải địa phơng tính tại thời điểm t (MVA)

- Pdf (t): Công suất tác dụng phụ tải địa phơng tính tại thời điểm t (MW)

- Pdf(t)% : Công suất tác dụng của phụ tải địa phơng tại thời điểm t tính bằng % so với Pdf max.

- Cos ϕ tb : Hệ số công suất phụ tải địa phơng.

Dựa vào công thức (1-2) ta tính đợc phụ tải địa phơng của nhà máy theo từng thời điểm trong ngày, kết quả tính đợc ghi ở bảng 1-3.

Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 4 t (h)

* Đồ thị phụ tải địa phơng cho hình 1-2:

Nhà máy cung cấp cho phụ tải phía trung với cấp điện áp Uđm = 110 kV,

Gồm: - 1 phụ tải quan trọng sử dụng 1 đờng dây kép ¿ 40 MW

- 3 phụ tải không quan trọng sử dụng 3 dây đơn ¿ 25 MW

Các phụ tải biến thiên theo từng thời điểm trong ngày và đợc xác định theo công thức:

- ST(t) : Công suất biểu kiến phụ tải trung áp tại thời điểm t (MVA)

- PT(t) : Công suất tác dụng phụ tải trung áp tại thời điểm t (MW)

- PT(t)% : Công suất tác dụng phụ tải trung áp tại thời điểm t tính theo

- Cos ϕ tb : Hệ số công suất của phụ tải trung áp

Dựa vào công thức (1-3) ta tính đợc phụ tải trung áp từng thời điểm trong ngày, kết quả đợc ghi vào bảng 1-4:

* Đồ thị phụ tải trung áp cho hình 1-3

Phụ tải phía cao áp của nhà máy có cấp điện áp Uđm"0 kV, PCmax 90 MW , Cos ϕ tb = 0,88

- 1 phụ tải quan trọng sử dụng một đờng dây kép ¿ 90 MW

Các phụ tải biến thiên theo từng thời điểm trong ngày và đợc xác định theo công thức:

Theo công thức (1 - 4) tính đợc phụ tải cao áp biến thiên theo từng thời điểm trong ngày và đợc ghi vào bảng 1 - 5:

* Đồ thị phụ tải cao áp hình 1 - 4

Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 6 t (h)

2 - 5 Công suất tự dùng của nhà máy Để đảm bảo các tổ máy hoạt động bình thờng và liên tục thì phần điện tự dùng cho nhà máy là rất quan trọng không thể thiếu trong quá trình vận hành Phần điện tự dùng trong nhà máy thủy điện cung cấp cho: Kích từ, bảo vệ, điều khiển, bơm thủy lực, chiếu sáng…

Công suất tự dùng cực đại của nhà máy 1,6% công suất định mức nhà máy, Cos ϕ = 0,8.

Vì phụ tải tự dùng của nhà máy thủy điện thờng rất nhỏ và ít thay đổi khi phụ tải nhà máy thay đổi Do vậy, để đơn gỉan khi tính toán với sai số không lớn ngời ta coi phụ tải tự dùng có trị số không đổi và bằng Stdmax đợc xác định theo công thức :

- Std(t) : Công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t (MVA)

- % : Hệ số công suất tự dùng cực đại tính theo %

- PNMđm : Công suất đặt nhà máy (MW)

* Đồ thị phụ tải tự dùng hình 1 - 5

2- 7 Cân bằng công suất của nhà máy và xác định công suất phát về hệ thống

Ngoài phần điện năng tiêu thụ trong nhà máy, phụ tải địa phơng, phụ tải cao áp, phụ tải trung áp … Phần điện năng còn lại của nhà máy sẽ phát về hệ thống Để xác định đợc phần công suất phát về hệ thống ngời ta dựa vào ph- ơng trình cân bằng công suất toàn nhà máy

SNM(t) = SHT(t) + SC(t) + ST(t) + Sdf(t) + Std(t) + SB(t)

Vì tổn hao trong máy biến áp SB(t) không đáng kể nên trong quá trình tính toán sơ bộ ngời ta coi SB(t) = 0

Từ phơng trình trên ta tính đợc công suất của nhà máy tải vào hệ thống

SHT(t) = SNM(t) - [ SC(t) + ST(t) + Sdf(t) + Std(t)] (1-6)

Công suất tổng phía cao áp của nhà máy

Từ công thức (1-6) và (1-7) ta có kết quả tính toán ghi ở bảng (1-6)

Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 8 t(h)

0 - 7 275 5,5 9,06 88,51 66,48 105,45 171,93 t(h) S SN M (MVA) Std (MVA) Sd f (MVA) ST (MVA) SC (MVA) SH T (MVA) SC  (MVA)

* Đồ thị công suất nhà máy phát vào hệ thống nh hình 1-6

* Đồ thị công suất tổng phía cao áp nh hình1 - 7 t(h)

Std + Sdf + ST +SC Std + Sdf + ST +SC +SHT = SNM

* Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy nh hình 1 - 8

0  ồ án tốt nghiệp - Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện-

* Theo nhiệm vụ thiết kế và tính toán sơ bộ ta có:

- Công suất định mức của nhà máy

- Công suất tổng của hệ thống (Không kể nhà máy thiết kế)

* Vai trò của nhà máy trong hệ thống điện

Công suất nhà máy đối với hệ thống điện thuộc loại nhà máy trung bình Do đó việc cung cấp điện của nhà máy trong hệ thống điện đóng vai trò rất quan trọng Ngoài việc cung cấp cho các phụ tải gần nhà máy vào mọi thời điểm nhà máy đều tải công suất thừa lên hệ thống

* Tình hình phụ tải ở các cấp điện áp

Các phụ tải quan trọng đợc cấp điện bằng đờng dây cáp kép và phụ tải không quan trọng cấp điện bằng đờng dây cáp đơn

- Phụ tải địa phơng (Uđm = 10 kV):

+ Một đờng dây cáp kép ¿ 3,5 MW ¿ 3km

+ Ba đờng dây cáp đơn ¿ 2,5MW ¿ 3km

- Phụ tải trung áp (Uđm 0 kV) :

+ Một đờng dây kép ¿ 40 MW + Ba đờng dây đơn ¿ 25 MW

- Phụ tải cao áp (Uđm = 220 kV) :

+ Một đờng dây kép ¿ 90 MW

* Công suất cực đại nhà máy phát vào hệ thống

Nên khi nhà máy bị sự cố tách ra khỏi hệ thống không ảnh hởng lớn đến hệ thống

* Công suất cực đại của phụ tải ở cấp điện áp cao chiếm tới 29,82% công suất toàn nhà máy

CH¦¥NG II CHọN SƠ Đồ NốI ĐIệN CHíNH CủA NHà MáY ĐIệN

II-1 Đề xuất các phơng án

Trong nhà máy điện và trạm biến áp các thiết bị đợc nối với nhau theo một sơ đồ nhất định gọi là sơ đồ nối điện.

Việc chọn sơ đồ nối điện là khâu rất quan trọng trong khi thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp Chọn đợc sơ đồ hợp lý không những đảm bảo về mặt kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao Một sơ đồ nối điện tối u là sơ đồ đảm bảo các yêu cầu : cấu trúc đơn giản, vận hành dễ dàng, linh hoạt, làm việc tin cậy, an toàn.

Nhà máy đợc giao trong nhiệm vụ thiết kế là nhà máy thủy điện có 5 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 55 MW Cấp điện áp máy phát UFđm = 10,5 kV

Nhà máy cung cấp cho các phụ tải ở ba cấp điện áp :

- Phụ tải cấp điện áp 10 kV có

Tuy công suất của phụ tải địa phơng chiếm phần không lớn nhng có phụ tải địa phơng quan trọng và vẫn yêu cầu đảm bảo cung cấp điện liên tục vì vậy để đảm bảo cung cấp điện liên tục và thuận tiện ta nên lấy nguồn từ ít nhất bằng 2 đờng dây từ thanh cái cao áp hoặc trung áp.

- Phụ tải cấp điện áp 110 kV có :

Công suất phụ tải trung áp chiếm khoảng gần 1/4 công suất toàn nhà máy và bao gồm cả phụ tải quan trọng và phụ tải không quan trọng nên để đảm bảo cung cấp điện dùng ít nhất 1 máy phát cung cấp trực tiếp cho thanh góp trung áp và kết hợp lấy điện từ thanh góp cao áp qua MBA liên lạc.

- Phụ tải cấp điện áp 220 kV có :

Std F1 Std F2 Std F3 F4 Std Std F5

= 19,38% Để liên lạc giữa ba cấp điện áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu Vì phía trung và cao áp (UT 0 kV,UC = 220 kV) đều là lới trung tính trực tiếp nối đất

Với những nhận xét sơ bộ ở trên ta có thể đa ra một số phơng án cho sơ đồ nối điện chính của nhà máy nh sau.

- Phía 220 kV ghép 2 bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn

- Để tải công suất lên hệ thống cũng nh liên lạc giữa các cấp điện áp ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu

- Đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp

- Công suất từ bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn tải trực tiếp lên hệ thống 220 kV cho nên tổn thất bé

- Chủng loại máy biến áp phức tạp, thiết bị điện áp cao nhiều nên vốn ®Çu t lín

- Phía 220 kV ghép một bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn

- Phía 110 kV ghép hai bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn

- Để liên lạc giữa các cấp điện áp và tải công suất thừa lên hệ thống vẫn dùng hai máy biến áp tự ngẫu

Std Std Std Std Std

- Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp

- Công suất từ bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn tải lên hệ thống 220 kV qua hai lần máy biến áp cho nên tổn thất lớn

- Số chủng loại máy biến áp hai dây quấn nhiều Vốn đầu t cho thiết bị cao áp thấp hơn

- Để liên lạc giữa các cấp điện áp và tải công suất lên hệ thống 220 kV dùng hai máy biến áp tự ngẫu

- Phụ tải địa phơng lấy ra từ thanh cái hạ áp máy biến áp tự ngẫu

- Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp

- Số lợng máy biến áp hai dây nhiều Do đó vốn đầu t cho máy biến áp lín

Std F1 Std F2 F3 Std F4 Std Std F5

- Vì số lợng máy biến áp nhiều nên vận hành phức tạp và tổn thất điện n¨ng cao

Ta cã: 2S®mF = 2.68,75= 137,5 MVA < SdtHT = 238 MVA

Vì vậy có thể ghép 2 máy phát với một máy biến áp

- Ghép bộ 2 máy phát điện với một máy biến áp tự ngẫu

- Phía 110 kV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp 2 dây quấn

- Để liên lạc giữa các cấp điện áp và tải công suất thừa lên hệ thống vẫn sử dụng máy biến áp tự ngẫu

- Đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp

- Số lợng máy biến áp hai dây quấn ít, chủng loại đơn giản Do đó vốn đầu t thấp và tổn thất điện năng bé

- Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu công suất nhà máy giảm đi rất nhiều , vận hành phức tạp.

Qua phân tích sơ bộ các phơng án ở trên ta nhận thấy các phơng án 1 và 2 là khả thi vì có những u điểm về kỹ thuật so với phơng án 3 và 4 Do đó ta chỉ xét hai phơng án 1 và phơng án 2 để tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn ra phơng án tối u nhất về mặt kinh tế - kỹ thuật

Chọn máy biến áp cho các phơng án

Đối với nhà máy điện thì máy biến áp là 1 thiết bị có giá thành đầu t lớn và rất quan trọng trong hệ thống điện tổng công suất các MBA rất lớn và bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện Vì vậy trong thiết kế nhà máy điện, ta mong muốn công suất máy biến áp nhỏ, số lợng máy biến áp ít để giảm tổn thất điện năng nhng vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho hộ tiêu thụ

Chọn MBA trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn số lợng, loại, công suất,cấp điện áp và hệ số biến áp.

2 - 1.a Chọn máy biến áp hai dây quấn T1, T2, T3

Công suất định mức của máy biến áp T1, T2 ,T3 đợc chọn theo điều kiện nối bộ

ST1®m = ST2®m = ST5®m > SF®m = 68,75MVA

Từ đó tra bảng phụ lục III.4 -Trang 151 và Trang155- Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp Ta chọn ra đợc máy biến áp hai dây quấn loại Tдц có các thông số ghi ở bảng 2 - 1.

Caáp điện áp khu vực

MVA Điện áp cuộn daõy KV Toồn thaỏt KW UN% I

2-1.b Chọn máy biến áp tự ngẫu AT1, AT2 Để liên lạc gữa các cấp điện áp 10,5 kV, 110 kV, 220 kV ta chọn loại máy biến áp tự ngẫu

Công suất định mức của các máy biến áp AT1, AT2 đợc chọn theo điều kiện:

- SFđm : Công suất định mức máy phát

-  : Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

Tra bảng phụ lục III.6 - Trang 156 - Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp Chọn đợc máy tự ngẫu biến áp loại ATДЦTH có các thông số cho tại bảng

(MVA) Điện áp cuộn dây (kV)

Tổn thất công suÊt (kW)

2-1.c Phân phối công suất cho các máy biến áp Để vận hành kinh tế các máy biến áp hai dây quấn ghép bộ với máy phát T1, T2, T3 luôn làm việc với công suất không đổi Do đó công suất của mỗi máy là :

Sb = ST1 = ST2 = ST3 = SF®m -

5 5,5 = 67,65 MVA Đồ thị công suất của T1, T2, T3

Các máy biến áp tự ngẫu AT1, AT2 công suất truyền trong các cuộn dây biến áp trong từng thời điểm đợc xác định nh sau :

- Công suất qua phía cao là :

- Công suất qua phía trung là :

- Công suất qua phía hạ là:

ST + df(t) : công suất phụ tải trung áp cộng với phụ tải địa phơng(vì phụ tải địa phơng lấy trên thanh góp trung áp nên xem nh là một phụ tải của thanh góp trung áp).

Từ công thức (2-1), (2-2) và (2-3) ta có kết quả tính toán ghi vào bảng 2-3

0 - 7 171,93 135,3 18,32 88,51 67,65 10,43 28,75 t(h)S(M V A ) SC  (MVA) Sb C (MVA) ST N C (MVA) ST (MVA) Sb T (MVA) ST N T (MVA) ST N H (MVA)

Qua bảng phân phối công suất ta thấy:

SCAT1max =SCAT2max = 33,08MVA < SAT1®m = 242 MVA

Vậy các máy biến áp khi làm việc bình thờng không bị quá tải

2-1.d Kiểm tra quá tải sự cố của máy biến áp Để kiểm tra quá tải sự cố ta lựa chọn vào thời điểm các phụ tải lúc sự cố là cực đại hoặc là cực tiểu d-1 Giả sử sự cố một bộ bên trung áp ( máy biến áp T3)

Ta thÊy STmax = 126,44 MVA > (n-1).SbT = 0

Chọn thời điểm xảy ra sự cố lúc phụ tải bên trung là cực đại

STmax 6,44 MVA Tơng ứng vào thời điểm đó Sdf = 11 MVA,

SC = 86,93 MVA và SHT = 113,88MVA.

Khi đó phụ tải phía trung áp do hai máy biến áp tự ngẫu (AT1,AT2) mang tải và mỗi máy chịu một tải là:

Công suất phía 10,5 kV của mỗi máy biến áp tự ngẫu tải lên phía

Công suất tải lên phía cao của mỗi máy tự ngẫu là:

SCAT1 = SCAT2 = SHAT1- STAT1 = 62,15 - 63,22 = -1,07 MVA

So với lúc vận hành bình thờng công suất phát lên hệ thống bị thiếu hụt là:

SthiÕu = SC - 2.SC TN - n.SbC = SC - 2.SCAT1 -2.ST1= 200,81-2.(-1,07)- 2.67,65

Từ kết quả trên ta thấy máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ tải công suất từ hạ sang cao và trung nên không bị quá tải

67,65 d-2 Trờng hợp khi hỏng một máy biến áp tự ngẫu AT2 ( hoặc AT1)

Ta cã: STmax = 126,44 MVA > SbT = 67,65 MVA

Chọn thời điểm xảy ra sự cố lúc phụ tải bên trung là lớn nhất

Khi máy biến áp AT2 (hoặc AT1) bị hỏng , thì phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu tải sang phụ tải bên trung là:

STAT1 = ( STmax - n.ST3) = STmax - ST3 = 126,44 -67,65 = 58,79 MVA

Công suất phía 10,5 kV của máy biến áp tự ngẫu AT1( hoặc AT2) tải lên 110 kV và 220 kV

5 5,5 = 56,65MVA Công suất truyền qua bên phía cao áp là:

Lợng công suất toàn nhà máy phát lên thanh góp cao áp nhà máy

S = n.SbC + SCAT1 = 2.ST1 + SCAT1 = 2.67,65+ (-2,14)= 133,16 MVA

So với lúc bình thờng thì công suất phát lên hệ thống lúc sự cố một máy biến áp tự ngẫu bị thiếu là:

Từ kết quả tính toán ở trên ta thấy khi sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc AT2 ( hoặc AT1) thì máy biến áp còn lại vẫn đảm bảo làm việc bình thờng không bị quá tải

2-1.e Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp

Nh đã biết tổn thất điện năng trong nhà máy điện chủ yếu là tổn thất điện năng trong máy biến áp Do vậy khi tính tổn thất điện năng cho các ph- ơng án ta chỉ cần tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp

Tổn thất điện năng trong các máy biến áp gồm hai thành phần :

- Tổn thất sắt từ không phụ thuộc vào phụ tải và bằng tổn thất không tải của máy biến áp

- 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

Do đặc điểm phụ tải của máy biến áp thay đổi theo thời gian vì vậy ta xét tổn thất của máy biến áp trong một năm e-1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai dây quấn ghép bộ với máy phát điện

Tổn thất điện năng hằng năm của các máy biến áp hai dây quấn ghép bộ với máy phát điện đợc xác định nh sau:

- Smax : Phụ tải cực đại của máy biến áp

- SđmB: Công suất định mức của máy biến áp

- P0,PN : Tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến áp

Tổn thất điện năng hằng năm của máy biến áp T1, T2, T3 Từ công thức (2-4) ta cã:

AT3 = (70 + 310 ( 67 80 , 65 ) 2 ).8760.10 -3 = 1941,95MWh e-2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu

Tổn thất điện năng trong máy biến áp AT1, AT2 đợc xác định theo công thức

(PN-CSCi 2 + PN-TSTi 2 + PN-

- SCi STi , SHi : Công suất tải qua phía cao, trung, hạ của mỗi máy biến áp trong thời gian ti.

- PN-C , PN-T , PN-H : Tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao, trung, hạ của mỗi máy.

- Sđm : Công suất định mức của máy biến áp

PNC-H = PNT-H = 0,5 PNC-T = 0,5.0,38 =0,19MW Vậy tổn thất ngắn mạch của từng cuộn dây

PN-C = 0,5(PNC-T + ΔPP NC−H α 2 - ΔPP NT− H α 2 )

PN-T = 0,5(PNC-T + ΔPP NT− H α 2 - ΔPP NC−H α 2 )

PN-H = 0,5( ΔPP NC−H α 2 + ΔPP NT− H α 2 - PNC-T )

0,5 2 - 0,38) = 0,57 MW Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu AT1, AT2 là:

Từ công thức (2-5) ta có: ΔPA AT 1 = ΔPA AT 2 60 ΔPP 0 + 365

( ΔPP N −C S Ci 2 + ΔPP N −T S Ti 2 + ΔPP N− H S 2 Hi ) t i

Tổng tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp của phơng án 1

Std Std Std Std Std

2-2.a Chọn máy biến áp hai dây quấn ( T1, T2, T3)

Công suất định mức của máy biến áp T1, T2 ,T3 đợc chọn theo điều kiện ghép bộ máy phát điện - máy biến áp

ST1®m = ST2®m = ST3®m > SF®m = 68,75 MVA

Từ đó tra bảng phụ lục III.4 -Trang 151 và Trang155- Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp Ta chọn ra đợc máy biến áp hai dây quấn loại Tдц có các thông số ghi ở bảng 2 - 4.

Caáp điện áp khu vực

MVA Điện áp cuộn daõy KV Toồn thaỏt KW UN% I

2-2.b Chọn máy biến áp tự ngẫu AT1, AT2 Để liên lạc gữa các cấp điện áp 10,5 kV, 110 kV, 220 kV ta chọn loại máy biến áp tự ngẫu

Công suất định mức của các máy biến áp AT1, AT2 đợc chọn theo điều kiện:

- SFđm : Công suất định mức máy phát

-  : Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

Tra bảng phụ lục III.6 - Trang 156 - Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp Chọn đợc máy tự ngẫu biến áp loại ATДЦTH có các thông số cho tại bảng

(MVA) Điện áp cuộn dây (kV)

Tổn thất công suÊt (kW)

2-2.c Phân phối công suất cho các máy biến áp Để vận hành kinh tế, các máy biến áp hai dây quấn ghép bộ với máy phát (T1, T2, T3) luôn làm việc với công suất không đổi Vì vậy công suất của mỗi máy là :

Sb = ST1 = ST2 = ST3 = SF®m -

* Đồ thị công suất của T1, T2, T3

Công suất truyền qua máy biến áp tự ngẫu(AT1,AT2) ở từng thời điểm đợc xác định nh sau :

- Công suất truyền bên phía cao áp máy biến áp tự ngẫu

- Công suất truyền bên phía trung áp máy biến áp tự ngẫu

- Công suất truyền tải bên phía hạ áp máy biến áp tự ngẫu

Từ công thức (2-6), (2-7) và (2-8) ta có kết quả tính toán ghi vào bảng 2-6

0 - 7 171,93 67,65 52,14 88,51 135,3 -46,79 5,35 t(h)S(M V A ) SC  (MVA) Sb C (MVA) ST N C (MVA) ST(MVA) Sb T (MVA) ST N T (MVA) ST N H (MVA)

Std Std Std Std Std

Qua bảng phân phối công suất ta thấy

SCAT1max =SCAT2max f,91 MVA < SAT1®m = 160 MVA

Và STAT1max = STAT2max = 46,79 MVA < SAT1đm = 0,5.160 = 80 MVA Vậy các máy biến áp tự ngẫu khi làm việc bình thờng không bị quá tải

2-2.d Kiểm tra quá tải sự cố của máy biến áp Để kiểm tra sự cố quá tải ta lựa chọn vào thời điểm các phụ tải lúc sự cố là cực đại hoặc là cực tiểu d-1 Giả sử sự cố một bộ bên trung áp, sự cố máy biến áp T3 (hoặc T2)

Ta thÊy: ST.max > (n - 1) Sb T = (2 - 1) 67,65 = 67,65 (MVA)

Chọn thời điểm xảy ra sự cố lúc phụ tải bên trung là cực đại

STmax 6,44 MVA và lúc đó Sdf = 11 MVA , SC = 86,93 MVA,

Khi đó công suất bên phía trung áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu

Công suất từ phía hạ 10,5 kV của máy biến áp tự ngẫu tải lên phía

Công suất bên phía cao của mỗi máy biến áp tự ngẫu là:

SCAT1 = SCAT2 = SHAT1- STAT1 = 62,15 - 29,4= 32,75 MVA

So với lúc vận hành bình thờng công suất phát lên phía cao áp bị thiếu là:

Std Std Std Std Std

SthiÕu = SC - 2.SC TN - n.SbC = SC - 2.SCAT1 - ST1

Từ kết quả tính toán đợc ở trên ta thấy máy biến áp tự ngẫu trong tr- ờng hợp sự cố hỏng một bộ bên trung thì máy vẫn làm việc bình thờng không bị quá tải d-2 Trờng hợp khi hỏng một máy biến áp tự ngẫu AT2( hoặc AT1)

Ta cã: STmax = 126,44 MVA < n.SbT = 2.67,65 = 135,3 MVA

Vậy ta chọn thời điểm xảy ra sự cố lúc phụ tải bên trung là cực tiểu

STmin = 88,51 MVA và lúc đó SC = 66,48 MVA ; Sdf = 9,06 MVA ,

Khi đó công suất bên phía trung áp là:

STAT1 = ( STmin - n.SbT) = STmin - 2.ST2 = 88,51 - 2.67,65 = - 46,79 MVA

Công suất phía 10,5 kV của máy biến áp tự ngẫu AT1( hoặc AT2) tải lên phía 110 kV và 220 kV

5 5,5 = 58,59 MVA Công suất truyền bên phía cao của máy biến áp tự ngẫu

Lợng công suất nhà máy phát lên thanh góp cao áp của nhà máy

S = n.SbC + SCAT1 = ST1 + SCAT1 = 67,65 + 105,38 = 173,03 MVA

So với lúc bình thờng thì công suất của máy biến áp tự ngẫu phát lên hệ thống lúc sự cố một máy bị thiếu là:

SthiÕu = SC - SCAT1 - n.SbC = SC - SCAT1 - ST1 = 171,93 - 105,38 - 67,65

Từ kết quả tính toán ta thấy SCAT1 = 105,38MVA < Sđm = 160 MVA Vậy khi sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc AT2 ( hoặc AT1) thì máy biến áp còn lại không bị quá tải

2-2 e Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp cho phơng án 2

2/ Phơng án II

2-1 Chọn các điểm ngắn mạch

Chọn điểm ngắn mạch N1: Để chọn các khí cụ điện áp phía 220 kV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện.

Chọn điểm ngắn mạch N2: Để chọn khí cụ điện cho mạch 110 kV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện.

Chọn điểm ngắn mạch N3 và N4: Để chọn khí cụ điện hạ áp của máy biến áp tự ngẫu và mạch máy phát, khi ngắn mạch tại N3 coi nh máy phát F3 không làm việc, nguồn cung cấp là các máy phát còn lại và hệ thống còn ngắn mạch tại điểm N4 nguồn cung cấp chỉ là máy phát F3 Dòng điện ngắn mạch tính toán là dòng ngắn mạch lớn nhất của N3 và N4

Chọn điểm ngắn mạch N5: Để chọn các khí cụ điện cho mạch tự dùng, khi đó trong tính toán ngời ta lấy IN5 = IN3 + IN4

Std Std Sdf Std Std Std

Sơ đồ các điểm ngắn mạch

2- 2 Tính điện kháng các phần tử.

2-2.a Điện kháng hệ thống và đờng dây nối với hệ thống 220 kV

- Điện kháng của hệ thống XHT = 0,026

- Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy điện đợc nối với hệ thống bằng đ- ờng dây kép dài l = 132 km

- Điện kháng đơn vị của đờng dây: X0 = 0,4 / km Điện kháng đờng dây trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản là:

2-2.b Điện kháng máy biến áp hai cuộn dây

Máy biến áp hai dây quấn loại TДЦ - 80/121 có các thông số:

S®m = 80 MVA ; UN% = 10,5% Điện kháng máy biến áp trong hệ tơng đối cơ bản là:

Máy biến áp hai dây quấn loại TДЦ - 80/242 có các thông số

S®m = 80 MVA ; UN% = 11% Điện kháng máy biến áp trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản

2-2.c Điện kháng máy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp loại ATДЦTH - 160/242 có các thông số :

UNC - T % = 11%; UNC - H % = 32%;UNT - H % = 20% Điện kháng tơng đối của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản Điện kháng phía cao áp

200 ( U NC−T %+U NC−H %−U NT− H %) S S cb dm

Sơ đồ thay thế ngắn mạch

160 = 0,072 Điện kháng phía trung áp

200( U NC−T %+U NT− H %−U NC− H %) S S cb dm

160 = -0,003< 0 VËy coi XT = 0 Điện kháng phía hạ áp

200 ( U NC−H %+U NT −H %−U NC−T %) S S cb dm

1-2.d Điện kháng máy phát điện

Máy phát điện loại cb- 430/210 - 14 có các thông số:

XF X d} } } { {S rSub { size 8{ ital cb} } } over {S rSub { size 8{ ital dm} } } } } { ¿¿ ¿ ¿

2- 3 Tính toán ngắn mạch tại các điểm

2-3.a Tính dòng ngắn mạch tại N 1

E5 Sơ đồ thay thế ngắn mạch tại N1

Do tính chất đối xứng của sơ đồ thay thế với điểm ngắn mạch nên ta sử dụng phép gập sơ đồ nên:

Từ kết quả tính ta có sơ đồ biến đổi tơng đơng với điểm ngắn mạch nh sau:

Sơ đồ thay thế ngắn mạch tại N2

X8 = X4 // X7 0,398 0,133 0,398+0,133 = 0,088 Vậy ta có sơ đồ thay thế rút gọn

Dòng điện ngắn mạch tại N1

Dòng điện xung kích khi ngắn mạch tại N1 ixkN1 = √ 2 k xk I ” N1 = √ 2.1,8.6,155 = 15,668kA

2-3.b Tính dòng ngắn mạch tại N 2

Do tính chất đối xứng của sơ đồ thay thế với điểm ngắn mạch nên ta có

Từ kết quả tính toán ta có sơ đồ biến đổi tơng đơng nh sau:

Sơ đồ thay thế ngắn mạch tại N3

X9 = X6 // X8 0,097.0,623 0,097+0,623 = 0,084 Vậy ta có sơ đồ rút gọn

Dòng điện ngắn mạch tại N2

0,097) ×0 ,502 = 11,15 kA Dòng điện xung kích khi ngắn mạch tại N2 ixkN2 = √ 2 k xk I ” N2 = √ 2.1,8.11,15 = 28,383 kA

2-3.c Tính dòng ngắn mạch tại N 3

Từ kết quả tính toán biến đổi sơ đồ ta có sơ đồ tơng đơng nh sau:

Từ kết quả tính toán ta có sơ đồ biến đổi tơng đơng

0,119 = 0,302 Vậy ta có sơ đồ rút gọn

Dòng ngắn mạch tại điểm N3

Dòng điện xung kích khi ngắn mạch tại N2 ixkN3 = √ 2 kxk I ” N3 = √ 2.1,8.31 , 06 = 79,066 kA

2-3.d Tính dòng ngắn mạch tại điểm N 4

Khi ngắn mạch tại điểm N4 chỉ có một mình máy phát F3 cung cấp dòng điện cho điểm ngắn mạch.

Sơ đồ thay thế ngắn mạch

X F I cb Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 56

= 21,154 kA Dòng điện xung kích khi ngắn mạch tại N4 ixkN4 = √ 2 k xk I ” N4 = √ 2.1,93.21,154 = 57,738 kA (kxk = 1,91 - 1,93 )

2-3.e Tính dòng ngắn mạch tại điểm N 5

I ” N5 = I ” N3 + I ” N4 = 31,06+21,154 = 52,214 kA Dòng điện xung kích khi ngắn mạch tại điểm N5 ixkN5 = √ 2 k xk I ” N5 = √ 2.1,8.52,214 = 132,9 kA Vậy kết quả tính toán cho phơng án 2 đợc ghi ở bảng 3 - 2

Dòng điện Điểm ngắn mạch I ” (kA) ixk (kA)

 ồ án tốt nghiệp - Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện- chơng iv tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phơng án tối u

A lựa chọn thiết bị cho sơ đồ nối điện chính của các phơng án

1/ Chọn máy cắt điện

Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cỡng bức ta chọn đợc các loại máy cắt theo điều kiện sau:

- Máy cắt loại khí SF6 hoặc máy cắt không khí

- Điều kiện ổn định lực động điện ilđđ  ixk

- Điều kiện ổn định nhiệt I 2 nh.tnh  BN

1-1 Chọn máy cắt cho phơng án 1

Từ kết quả tính dòng điện cỡng bức ở mục II - 3 chơng II ta có kết quả ghi ở bảng 4 - 1

Theo điều kiện tính ở trên ta chọn đuợc loại máy cắt cho phơng án 1 có các thông số ghi ở bảng 4 - 2

- Phía 220 kV chọn loại máy cắt SF6

- Phía 10,5 kV chọn loại máy cắt không khí

Bảng 4 - 2 §iÓ ngắn m mạc h mạch Tên điện

Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt.

1-2 Chọn máy cắt cho phơng án 2

Từ kết quả tính dòng điện cỡng bức ở mục II - 3 chơng II ta có kết quả ghi ở bảng 4 - 3

Theo điều kiện tính ở trên ta chọn đuợc loại máy cắt cho phơng án 1 có các thông số ghi ở bảng 4 - 4

- Phía 10,8 kV chọn loại máy cắt không khí

Bảng 4- 4 §iÓ m ngắn mạch mạch Tên điện

Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt.

IV - 2 Chọn sơ đồ nối điện chính và thiết bị phân phối

Việc lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện là một khâu rất quan trọng, nó phải đảm bảo đợc các yêu cầu sau:

- Đảm bảo cung cấp điện liên tục theo yêu cầu của các phụ tải

- Sơ đồ nối điện đơn giản, làm việc tin cậy, thuận tiện trong vận hành và xử lý sự cố

- An toàn cho ngời và thiết bị trong khi vận hành và sữa chữa

- Giảm đợc chi phí đầu t trên cơ sở đảm bảo đợc toàn bộ các chỉ tiêu về kỹ thuật.

Trong thực tế khi lựa chọn sơ đồ nối điện khó đảm bảo đợc các yêu cầu trên Do vậy trong khi thiết kế có những mâu thuẫn ta cần phải xem xét cân nhắc kỹ luỡng, đánh giá toàn diện trên quan điểm lợi ích lâu dài và bền vững đem lại lợi ích chung cho toàn nhà máy.

Sơ đồ nối điện ph ơng án 1

Nhà máy nối với hệ thống ở cấp điện áp 220 kV bằng đờng dây kép , công suất cực đại của nhà máy phát vào hệ thống là SHTmax = 129,22 MVA

Phụ tải cao áp lớn nhất Pmax = 90 MW , Cos = 0,88

Gồm: - Một đờng dây kép X 100 MW

Vậy mạch cao áp cấp điện áp 220 kV cần có độ tin cậy cung cấp điện cao Do đó ở cấp điện áp này ta sử dụng sơ đồ một rỡi Ưu điểm của sơ đồ này là khi hỏng bất cứ phần tử nào thì máy cắt có liên quan mở để tách phần tử đó ra khỏi hệ thống

Phụ tải trung áp lớn nhất Pmax = 110 MW ; Cos = 0,87

Gồm: - Một đờng dây kép X 40 MW

- Ba đờng dây đơn X 25 MW

Vậy ta dùng sơ đồ hai hệ thống thanh góp

Không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm lợng nhỏ so với công suất của một bộ máy phát điện

Sơ đồ nối điện ph ơng án 2

Do phía 220 kV và 110 kV của phơng án 2 chỉ khác so với phơng án 1 một nguồn cung cấp Do đó sơ đồ nối điện chính của phơng án 2 tơng tự ph- ơng án 1.

- Phía 220 kV dùng sơ đồ hệ thống thanh góp một rỡi

- Phía 110 kV dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp

- Phía 10,5 kV không có thanh góp điện áp máy phát

B Tính toán kinh tế - kỹ thuật cho các phơng án

Mục đích của kinh tế - kỹ thuật là so sánh đánh giá các phơng án về mặt kinh tế Từ đó lựa chọn ra phơng án tối u đảm bảo về các điều kiện kỹ thuật và có vốn đầu t thấp nhất

Về mặt kinh tế khi tính toán vốn đầu t của một phơng án chúng ta chỉ tính chi phí mua thiết bị , chi phí vận chuyển và xây lắp các thiết bị chính nh máy phát điện, máy biến áp, máy cắt điện Một cách gần đúng có thể tính vốn đầu t cho máy biến áp và các thiết bị phân phối (bao gồm tiền mua,vận chuyển và xây lắp ), chi phí để xây dựng các thiết bị phân phối dựa vào số mạch của thiết bị phân phối ở các cấp điện áp tơng ứng, chủ yếu do loại máy cắt điện quyết định

Một phơng án về thiết bị điện đợc gọi là có hiệu quả kinh tế cao nếu chi phí tính toán thấp nhất

Nh vậy vốn đầu t của một phơng án:

- Ci : Hàm chi phí tính toán của phơng án thứ i ( đồng)

- Pi : Phí tổn vận hành hàng năm của phơng án i (đồng / năm )

- V : Vốn đầu t của phơng án thứ i (đồng )

- Yi : Thiệt hại do mất điện gây ra của phơng án thứ i (đồng /năm )

- ađm: Hệ số định mức của hiệu quả kinh tế (1/năm ) ađm = 0,15 ở đây các phơng án gống nhau về máy phát điện Do đó vốn đầu t đợc tính là tiền mua , vận chuyển và xây lắp các máy biến áp và thiết bị phân phối là máy cắt

* Tính vốn đầu t của thiết bị V

- Vốn đầu t máy biến áp VBi = KB VB

- KB : Hệ số có tính đến chi phí vận chuyển và xây lắp máy biến áp Hệ số này phụ thuộc vào điện áp định mức cuộn cáo áp và công suất định mức của máy biến áp

Vốn đầu t xây dựng thiết bị phân phối VTBPP đợc tính nh sau :

VTBPP = n1.VTBPP1 + n2.VTBPP2 + n3.VTBPP3 + … + Trong đó:

- n1, n2, n3 : Số mạch của thiết bị phân phối ứng với các cấp điện áp.

- VTBPP1 , VTBPP2 , VTBPP3 : Giá thành mỗi mạch của thiết bị phân phối tơng ứng với các cấp điện áp U1 , U2 , U3 … Bao gồm cả tiền mua vận chuyển và xây lắp

* Tính phí tổn vận hành hàng năm P

Phí tổn vận hành hàng năm của mỗi phơng án đợc xác định theo biểu thức sau:

100 : Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu t và sữa chữa lớn (đồng /năm )

Với : - V : Vốn đầu t của một phơng án

- PPi: Chi phí phục vụ thiết bị (Sữa chữa thờng xuyên và tiền lơng nhân công ) ( đồng / năm)

Chi phí PP phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh loại thiết bị, các thông số kỹ thuật của thiết bị chính … Chi phí này tạo nên một phần không đáng kể so với tổng chi phí sản xuất, mặt khác sự khác nhau ít giữa các phơng án so sánh ít Do đó khi đánh giá hiệu quả kinh tế của các phơng án có thể bỏ qua chi phí này

Pt - Chi phí do tổn thất năng lợng hàng năm các trong thiết bị điện

Pt = .A ở đây  là giá thành điện năng trung bình trong hệ thống điện (đồng / kWh) :  = 600 đồng /kWh

A : Tổn thất điện năng hàng năm trong thiết bị (kWh), chủ yếu do tổn thất trong máy biến áp quyết định

Ta thấy các phơng án giống nhau về máy phát điện , về mạch đờng dây nối với hệ thống và các mạch phụ tải Do đó, để đơn giản trong việc so sánh thì vốn đầu t của các phơng án đợc tính là tiền mua, vận chuyển và xây lắp các máy biến áp và thiết bị phân phối nhng lại bỏ phần giống nhau giữa các phơng án

1-1 Tính vốn đầu t cho thiết bị

1-1.a Vốn đầu t máy biến áp

Hai máy biến áp tự ngẫu có công suất Sđm = 160 MVA, cấp điện áp 220 kV ; có giá thành VB25.10 3 USD, KB=1,4

Hai máy biến áp hai cuộn dây có công suất Sđm = 80 MVA , cấp điện áp 220 kV ;có giá thành VB = 850 10 3 USD, K 110 B  1, 4

Một máy biến áp hai cuộn dây có công suất Sđm = 80 MVA , cấp điện áp 110 kV ; Có giá thành VB = 750 10 3 USD , K 110 B  1,5

Vậy vốn đầu t cho máy biến áp cho phơng án 1 là :

1-1.b Vốn đầu t thiết bị phân phối

Theo sơ đồ nối điện chính đợc chọn ở mục A cho phơng án 1 ta thấy:

- Phía 220 kV có 11 máy cắt kiểu 3AQ1, giá mỗi máy cắt là

- Phía 110 kV có 9 máy cắt kiểu 3AQ1, giá mỗi máy cắt

- Phía 10,5 kV có 2 máy cắt hợp bộ kiểu 8BK41, giá mỗi bộ máy cắt là VTBPP = 100 10 3 USD

Vậy vốn đầu t cho thiết bị phân phối của phơng án 1 là

Vốn đầu t của phơng án 1 là

1-2 Tính phí tổn vận hành hàng năm Định mức khâu hao về vốn đầu t % Tra bảng 4.2 - Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp ta đợc a = 8,4%

Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu t và sữa chữa lớn

Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện ( chỉ tính tổn thất trong máy biến áp )

Pt1 = 600 8303,546 10 3 = 4,982 10 9 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phơng án 1

1-3 Hàm chi phí tính toán hàng năm

Hai máy biến áp hai cuộn dây có công suất Sđm = 80 MVA , cấp điện áp 220 kV ;có giá thành VB = 850 10 3 USD , K 110 B  1, 4

= 11,397 10 9 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện

( Chỉ tính tổn thất trong máy biến áp )

C2 = P2 + ađmV2 = 16,339.10 9 +0,15.135,68.10 9 = 36,691 10 9 đồng IV-3 so sánh kinh tế- kỹ thuật để chọn phơng án tối u Để chọn đợc phơng án hợp lý nhất trong các phơng án, cần tiến hành so sánh một cách tổng hợp cả về kinh tế và kỹ thuật giữa các phơng án.

Về mặt kinh tế nh đã tính ở trên, về mặt kỹ thuật, để đánh giá một ph- ơng án có thể dựa vào các điểm sau:

- Tính đảm bảo cung cấp điện lúc vận hành bình thờng cũng nh lúc sự cè

- Tính linh hoạt trong vận hành

- Tính an toàn cho ngời và thiết bị Để so sánh hai phơng án chọn ra phơng án tối u về mặt kinh tế ta có các số liệu tính toán đợc tổng hợp trong bảng 4 -5

Hàm chi phí tinh toán

Từ bảng trên ta thấy:

Sao sánh hai phơng án ta thấy vốn đầu t và chi phí chi phi tính toán của phơng án II hơn phơng án I phí tổn vận hành hàng năm của hai phơng án coi nh tơng đơng nhau.

Về mặt kỹ thuật cả hai phơng án đều đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải lúc bình thờng cũng nh lúc sự cố, không có phơng án nào máy biến áp bị quá tải Số chủng loại máy biến áp của hai phơng án giống nhau về số lợng máy biến áp hai dây quấn ở phía 220 kV và 110 kV Khả năng vận hành, độ tin cậy làm việc cả hai phơng án không khác nhau nhiều

Vì những phân tích, đánh giá ở trên ta nhận thấy phơng ánII là phơng án có những điều kiện kỹ thuật gần giống phơng án I nhng lại có kinh tế tối u hơn Vậy ta chọn phơng án II là phơng án khả thi nhất để đi tính chọn các khí cụ điện còn lại và thiết bị tự dùng cho nhà máy

Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 66 chơng V Lựa chọn khí cụ điện, dây dẫn và thanh góp

Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện nh: Máy phát , máy biến áp ,máy bù cùng các khí cụ điện nh máy cắt điện ,dao cách ly , kháng điện đợc nối với nhau bằng thanh dẫn , thanh góp và cáp điện lực Để nối từ đầu cực máy phát đến máy biến áp ta dùng thanh nối cứng Khi dòng điện nhỏ ngời ta thờng dùng thanh dẫn hình chữ nhật còn khi dòng điện lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ 2 hay 3 thanh dẫn hình chữ nhật đơn ,còn khi có dòng điện lớn hơn 3000 A thì ngời ta dùng thanh dẫn hình máng ( để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần , đồng thời tăng khả năng làm mát ).

Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện , sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác ở một trong ba trạng thái cơ bản sau :

- Chế độ làm việc lâu dài

1/ Phơng án I

Hai máy biến áp hai cuộn dây có công suất Sđm = 80 MVA , cấp điện áp 220 kV ;có giá thành VB = 850 10 3 USD, K 110 B  1, 4

Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện ( chỉ tính tổn thất trong máy biến áp )

2/ Phơng án II

Hai máy biến áp hai cuộn dây có công suất Sđm = 80 MVA , cấp điện áp 220 kV ;có giá thành VB = 850 10 3 USD , K 110 B  1, 4

= 11,397 10 9 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện

( Chỉ tính tổn thất trong máy biến áp )

3/ So sánh kinh tế kỹ thuật để chọn phơng án tối u

Để chọn đợc phơng án hợp lý nhất trong các phơng án, cần tiến hành so sánh một cách tổng hợp cả về kinh tế và kỹ thuật giữa các phơng án.

Về mặt kinh tế nh đã tính ở trên, về mặt kỹ thuật, để đánh giá một ph- ơng án có thể dựa vào các điểm sau:

- Tính đảm bảo cung cấp điện lúc vận hành bình thờng cũng nh lúc sự cè

- Tính linh hoạt trong vận hành

- Tính an toàn cho ngời và thiết bị Để so sánh hai phơng án chọn ra phơng án tối u về mặt kinh tế ta có các số liệu tính toán đợc tổng hợp trong bảng 4 -5

Hàm chi phí tinh toán

Từ bảng trên ta thấy:

Sao sánh hai phơng án ta thấy vốn đầu t và chi phí chi phi tính toán của phơng án II hơn phơng án I phí tổn vận hành hàng năm của hai phơng án coi nh tơng đơng nhau.

Về mặt kỹ thuật cả hai phơng án đều đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải lúc bình thờng cũng nh lúc sự cố, không có phơng án nào máy biến áp bị quá tải Số chủng loại máy biến áp của hai phơng án giống nhau về số lợng máy biến áp hai dây quấn ở phía 220 kV và 110 kV Khả năng vận hành, độ tin cậy làm việc cả hai phơng án không khác nhau nhiều

Vì những phân tích, đánh giá ở trên ta nhận thấy phơng ánII là phơng án có những điều kiện kỹ thuật gần giống phơng án I nhng lại có kinh tế tối u hơn Vậy ta chọn phơng án II là phơng án khả thi nhất để đi tính chọn các khí cụ điện còn lại và thiết bị tự dùng cho nhà máy

Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 66 chơng V Lựa chọn khí cụ điện, dây dẫn và thanh góp

Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện nh: Máy phát , máy biến áp ,máy bù cùng các khí cụ điện nh máy cắt điện ,dao cách ly , kháng điện đợc nối với nhau bằng thanh dẫn , thanh góp và cáp điện lực Để nối từ đầu cực máy phát đến máy biến áp ta dùng thanh nối cứng Khi dòng điện nhỏ ngời ta thờng dùng thanh dẫn hình chữ nhật còn khi dòng điện lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ 2 hay 3 thanh dẫn hình chữ nhật đơn ,còn khi có dòng điện lớn hơn 3000 A thì ngời ta dùng thanh dẫn hình máng ( để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần , đồng thời tăng khả năng làm mát ).

Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện , sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác ở một trong ba trạng thái cơ bản sau :

- Chế độ làm việc lâu dài

Trong khi thiết kế ta lựa chọn các khí cụ điện , sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sao cho thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật đồng thời đạt hiệu quả kinh tế hợp lý nhất

1/ Chọn máy cắt điện và dao cách ly

Máy cắt là một thiết bị dùng trong mạng điện cao áp, để đóng cắt nhanh các mạch điện bị sự cố và khi cần thiết mà các thiết bị cơ khí khác không thể đáp ứng đợc Đó là thiết bị đóng cắt quan trọng không thể thiếu trong mạng điện cao áp Song giá thành cao nên chỉ dùng những nơi quan trọng

Dựa vào kết quả tính toán và điều kiện kỹ thuật khi chọn máy cắt ở mục

A - chơng IV đã chọn đợc các loại máy cắt có các thông số đợc ghi ở bảng sau ®©y.

Bảng thông số máy cắt của phơng án II §iÓ m ngắn mạch mạch Tên điện

2/ Chọn dao cách ly

Nhiệm vụ chủ yếu của dao cách ly là tạo ra khoảng hở cách điện đợc trông thấy giữa bộ phận đang mang dòng điện và bộ phận cắt điện Nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho việc sữa chữa thiết bị

Dao cách ly đợc chọn theo các điều kiện sau :

- Điều kiện ổn định lực động điện ilđ đ  ixk

- Điều kiện ổn định nhiệt I 2 nh.tnh  BN

Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cỡng bức Ta chọn đợc dao cách ly cho các cấp điện áp nh ở bảng 5-1

Thông số tính toán Loại dao cách ly cã nèi đất

N 3 Hạ 10,5 3969 31,06 79,066 Chọn theo máy cắt hợp bộ 8BK41

Các dao cách ly đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt

3/ chọn thanh dẫn cứng

Thanh dẫn cứng dùng để nối điện từ máy phát tới cuộn hạ áp máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai cuộn dây Cơ sở của việc tính chọn thanh dẫn là đảm bảo sự làm việc chắc chắn của nó trong mọi chế độ làm việc, nghĩa là thanh dẫn phải chịu đợc tác động cơ và nhiệt của dòng điện chạy qua khi làm việc lâu dài cũng nh khi ngắn mạch ở đây tiết diện thanh đợc chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép nh đối với dây dẫn mềm Để tận dụng diện tích mặt bằng đặt thanh dẫn, ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thớc và khoảng cách giữa các pha

3-1 Chọn tiết diện theo dòng điện làm việc lâu dài Điều kiện : I ’ cp = khc.Icp > Ilvcb hay Icp 1 k hc I lvcb

Ilvcb = 3,02 kA:dòng điện cỡng bức mạch máy phát.

I ’ cp : Là dòng điện cho phép của thanh dẫn ứng với môi trờng làm việc của nó

Icp : Dòng điện làm việc cho phép của thanh dẫn cho trong sổ tay kỹ thuật ứng với các điều kiện về vật liệu làm thanh dẫn và môi trờng tiêu chuẩn Hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trờng

- Nhiệt độ chuẩn là mt = 25 0 C

- Nhiệt độ môi trờng xung quanh nơi đặt thanh dẫn là xq = 35 0 C

- Nhiệt độ cho phép vận hành lâu dài của thanh dẫn cp = 70 0 C

Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 68 y y y y0 y y0

Ta cã: khc = √ θ θ cp cp −θ −θ mt xq = √ 70−35 70−25 = 0,88

Do đó I ” cp = khc.Icp > 3,02 kA hay Icp >

Tra bảng phụ lục XII - Trang 285 - Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp

- PGS Nguyễn Hữu Khái Ta chọn thanh dẫn đồng có tiết diện hình máng có các thông số nh ở bảng 5 - 2.

Bảng 5-2 kÝch thíc,mm TiÕt diện mét mm cùc 2

Mô men trở kháng cm 3 Mô men quán tính cm 4 Dòng điện cho phÐp (A) h b c r Mét thanh Hai thanh

Thanh dẫn đã chọn có Icp > 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

3-2 Kiểm tra ổn định động ứng với cấp điện áp 10 - 22 kV ngời ta thờng chọn chiều dài nhịp l

= 80 - 200 cm và khoảng cách giữa các pha a = 20 - 120 cm.

Ta lấy khoảng cách giữa các pha và khoảng cách giữa hai sứ liền nhau của một pha ứng với U = 10,5 kV là:

 ồ án tốt nghiệp - Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện- a = 60 cm l = 120 cm

Khi đó lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha ở giữa trên chiều dài khoảng vợt là:

Ftt 1,76.10 −2 l a.( i xk ) 2 k hd kG ( Víi khd = 1) Trong đó:

- ixk : Dòng điện xung kích của ngắn mạch ba pha ixk = ixkN3 = 79,066 kA.

= 220,05 kG Mô men uốn lớn nhất tác dụng lên một nhịp thanh dẫn

10 = 2640,6 kG.cm ứng suất trong thanh dẫn dới tác động của mô men uốn M do dòng ngắn mạch giữa các pha

W y0 y0 : Mô men chống uốn của thanh dẫn đối với trục thẳng góc với phơng của lực tác dụng.

* Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm

Lực tác dụng lên 1cm chiều dài thanh dẫn cho dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra f2 = 0 , 51.10

(khd = 1) ixk : Dòng điện xung kích f2 = 0 , 51.10

= 3,188 kG/cm 2 ứng suất trong vật liệu thanh dẫn do dòng điện trong cùng pha gây ra :

12W yy kG/cm 2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là:

Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 70 l2 = √ 12W yy f ( δ 2 cp −δ 1 )

Với thanh dẫn làm bằng vật liệu đồng có : δ cp 00 kG /cm 2

Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = √ 12.4 ,51 (1400−26,406 )

Do đó không cần đặt miếng đệm trên khoảng vợt giữa hai sứ

* Khi xét đến dao động, tần số riêng dao động của thanh dẫn đợc xác định theo công thức sau:

Tần số riêng của thanh dẫn có hình dạng bất kỳ đợc xác định bởi công thức : ftd α l 2 √ E J y 0 Sγ y 0 10 6 (Hz)

Trong đó: l - Chiều dài của một nhịp thanh dẫn (cm)

E - Mô đun đàn hồi của vật liệu làm thanh dẫn (kG/cm 2 ),

S - Diện tích của tiết diện ngang thanh dẫn (cm 2 ),

 - Khối lợng riêng của vật liệu làm thanh dẫn (g/cm 3 ), cu

- Mô men quán tính của tiết diện ngang thanh dẫn , j y0 y0 $3cm 4

 - Hệ số phụ thuộc vào cách cố định thanh dẫn , = 3,65 ftd 3 , 65

Tần số riêng của thanh dẫn nằm ngoài khoảng 45 - 55 Hz và

90 - 100 Hz.Vậy thanh dẫn đã chọn cũng thỏa mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến dao động.

4/ Chọn sứ đỡ thanh dẫn

Trong nhà máy điện sứ đợc dùng để giữ các thanh và dây dẫn trần Do vậy, sứ phải chịu đợc điện áp lớn nhất có thể đặt lên thanh và dây dẫn, phải chịu đựng đợc tác động cơ và nhiệt của dòng điện khi làm việc lâu dài cũng nh khi ngắn mạch, đồng thời chịu đợc những tác động của môi trờng làm việc.

Có nhiều loại sứ và đợc chế tạo từ các vật liệu khác nhau nh gốm cách điện, thủy tinh, các vật liệu tổng hợp có độ cách điện cao… ở đây ta chỉ xét đến sứ đỗ cho thanh dẫn trong nhà máy Sứ đợc chọn theo các điều kiện sau:

- Điện áp của sứ : UđmS  Uđm

- Kiểm tra ổn định động : Độ bền của sứ đỡ đợc xác định theo lực tính toán trên đầu sứ Ftt Điều kiện độ bền của sứ là:

- Ftt : Lực động điện tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch ba pha.

- F ’ tt: Lực động điện đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch

- FPh: Lực phá hoại cho phép của sứ.

: Lực cho phép tác động lên đầu sứ.

- H ’ : Chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn.

2 h: Chiều cao của thanh dẫn.

Theo tính toán ở phần 3 - 2 Ftt = 220,05 kG.

Tra bảng phụ lục VII -Trang 253 - Thiết kế nhà nhà máy điện & trạm biến áp (PGS : Nguyễn Hữu Khái ) Chọn loại sứ đặt trong nhà có ký hiệu

Chọn loại sứ đặt trong nhà có ký hiệu: O - 20 - 750 Y3 có các thông số: Điện áp định mức: UđmS = 20 kV.

Lực phá hoại nhỏ nhất khi uốn tính: F ph

Thanh dẫn đợc chọn có chiều dài h = 125 mm.

H×nh 5 - 2Vậy điều kiện ổn định động của thanh sứ F ’ tt  0,6F ph đợc thỏa mãn.

5/ Chọn dây dẫn và thanh góp mềm

Dây dẫn đợc dùng để nối từ cuộn cao, cuộn trung máy biến áp liên lạc và cuộn cao máy biến áp hai cuộn dây đến thanh góp 220 kV và 110 kV tơng ứng Thanh góp ở cấp điện áp này cũng đợc chọn là thanh dẫn mềm, tiết diện dây dẫn mềm đợc chọn theo điều kiện nhiệt độ cho phép trong chế độ làm việc lâu dài.

Tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm đợc chọn theo điều kiện sau:

- Theo điều kiện cho phép lúc làm việc cỡng bức.

- Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

- Kiểm tra điều kiện vầng quang

Hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trờng.

- Nhiệt độ môi trờng chuẩn: mt = 25 o C.

- Nhiệt độ môi trờng xung quanh nơi đặt thanh dẫn : θ xq = 35 o C

- Nhiệt độ cho phép vận hành lâu dài của thanh dẫn θ cp = 70 o C

Ta cã: khc = √ θ θ cp cp −θ −θ mt xq = √ 70−35 70−25 = 0,88

Khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài sau khi hiệu chỉnh theo nhiệt độ là:

5-1 Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm.

 ồ án tốt nghiệp - Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện- Điều kiện chọn dây dẫn mềm: I

' cp =k hc I cp ≥ I cb hay

* Mạch cấp điện áp 220 kV

Dòng điện cỡng bức là: Icb = 0,34 kA

Tra bảng ta chọn dây AC-150/19 có tiết diện 150 mm 2 , đờng kính d = 16,8 (mm) , bố trí dây dẫn các pha đặt trên mặt phẳng nằm ngang, khoảng cách giữa các pha là D = 500 cm, dòng cho phép của một sợi là Icp D = 445 A.

* Mạch cấp điện áp 110 kV

Dòng điện cỡng bức Icb = 0,379 kA

Tra bảng ta chọn dây AC-185/24 có tiết diện 185 mm 2 , đờng kính d = 18,9 (mm) , bố trí dây dẫn các pha đặt trên mặt phẳng nằm ngang, khoảng cách giữa các pha là D = 500 cm, dòng cho phép của một sợi là Icp D = 510 A.

Các dây dẫn đợc bố trí trên mặt phẳng nằm ngang.

5 - 2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là: Smin √ B N

- BN : Xung lợng nhiệt của dòng điện ngắn mạch

- C : Hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn

5-2.a Tính xung nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kú

Trong thực tế thời gian tồn tại ngắn mạch thờng khác 1sec Nhng khi tính toán gần đúng ngời ta giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1 sec Khi đó có thể tính gần đúng xung lợng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ

Trong các tính toán thực tế, không yêu cầu độ chính xác cao, ngời ta lấy Ta = 0,05 s đối với các mạng điện cao áp.

Kết quả tính ngắn mạch ở chơng III : I ” N1 = 6,155 kA

Kết quả tính ngắn mạch ở chơng III: I ” N2 = 11,15kA

5-2.b Tính xung lợng nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần chu kú.

Xung lợng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ đợc xác định theo giải tích đồ thị (tích phân đồ thị).

* Mạch điện áp 220 kV ở chơng III tính toán ngắn mạch tại điểm N1 ta có:

Tra đờng cong tính toán - Trang 48 - Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp (PGS: Nguyễn Hữu Khái) ta có:

Dòng điện cơ bản của nhánh hệ thống

Dòng điện định mức tổng phía nhà máy cung cấp

√ 3 230 =0, 863 ¿ kA Dòng điện tại các thời điểm

Vậy dòng ngắn mạch chu kỳ tại điểm N1 do hệ thống và nhà máy cung cÊp:

I CKN 1(1 ) =3,5+1,88=5,38 kA Tìm trị số trung bình:

Vậy xung lợng nhiệt thành phần chu kỳ là:

= 116,22 kA 2 s Xung nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1

Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo đợc ổn định nhiệt ở cấp điện áp 220 kV.

Vậy dây dẫn và thanh góp mềm đã chọn phía 220 kV đảm bảo đợc điều kiện ổn định nhiệt.

* Mạch điện áp 110 kV ở chơng III tính toán ngắn mạch tại điểm N2 ta có:

Coi nh điểm ngắn mạch ở xa so với hệ thống Nên dòng ngắn mạch tại các thời điểm là nh nhau.

5 , 883 √ 3 115 =2,9 kA VËy: ICKHT(0)=ICKHT(0,2)=ICKHT(1)=ICKHT(4)=2,9 kA

Dòng điện định mức tổng phía nhà máy cung cấp

√ 3 230 =0, 863 ¿ kA Dòng điện tại các thời điểm

Vậy dòng ngắn mạch chu kỳ tại điểm N2 do hệ thống và nhà máy cung cÊp:

I CKN 1(4) =2,9+2,632=5,532 kA Tìm trị số trung bình:

Vậy xung lợng nhiệt thành phần chu kỳ là:

= 137,493 kA 2 s Xung nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N2

Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo đợc ổn định nhiệt ở cấp điện áp

Vậy dây dẫn và thanh góp mềm đã chọn phía 110 kV đảm bảo đợc điều kiện ổn định nhiệt.

5 - 3 Kiểm tra điều kiện vầng quang

Việc kiểm tra dây dẫn theo điều kiện vầng quang chỉ cần thiết đối với các dây dẫn ở cấp điện áp  110 kV Để tránh phát sinh vầng quang quanh dây dẫn khi làm việc bình thờng, điện áp định mức của mạng điện không vợt quá điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang U vq của dây dẫn : U vq  U ®m. Điện áp tới hạn phát sinh vầng quang U vq phụ thuộc vào kích thớc của dây dẫn, nhiệt độ, độ ẩm và áp suất của môi trờng…

Lưu Minh Quang - iện kỹ thuật K12 78 Điều kiện để dây dẫn không xảy ra vầng quang.

U vq m r lg a tb r ≥U dm Trong đó:

: Điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang của mỗi pha trong trờng hợp dây dẫn 3 pha bố trí trên đỉnh tam giác đều Còn trong trờng hợp dây dẫn ba pha đợc đặt trên cùng mặt phẳng thì U vq cũng đợc đợc tính nh công thức trên nhng còn điện áp tới hạn đối với pha giữa U vqg =0,96U vq và pha bên U vqb =1,06U vq

- m : Hệ số có xét đến độ không nhẵn của bề mặt dây dẫn; chọn m = 0,84.

- r : Bán kính ngoài của dây dẫn ,cm

-atb : Khoảng cách trung bình hình học giữa các trục dây dẫn (cm), atb = 1,26a

Theo điều kiện vầng quang ở cấp điện áp 220KV thì ta chọn tiết diện nhỏ nhất

Kiểm tra với dây có tiết diện chuẩn là F = 240 mm 2 có r = 1,08 cm

Do ba pha đặt trên mặt phẳng ngang nên ta chỉ cần tính điện áp vầng quang tới hạn của pha giữa Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí ba pha trên mặt phẳng ngang.

Vì Uvq = 197,32 (kV) < Udmmg $2 (kV) không thõa mãn điều kiện phát sinh vầng quang nên ta phải chọn dây có tiết diện lớn hơn ta chọn dây AC - 300/204 có r = 1,46 cm có :

Vì Uvq = 253,65 (kV) > Udmmg $2 (kV) thõa mãn điều kiện phát sinh vầng quang

Do đó dây dẫn AC- 300 cũng thỏa mãn đợc điều kiện này

Theo điều kiện vầng quang:

Kiểm tra với dây có tiết diện chuẩn là F = 300 mm 2 có r = 1,2 cm

Do ba pha đặt trên mặt phẳng ngang nên ta chỉ cần tính điện áp vầng quang tới hạn của pha giữa Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí ba pha trên mặt phẳng ngang.

Vì Uvq = 197,24 (kV) > Udmmg = 121 (kV) thõa mãn điều kiện phát sinh vầng quang.

Ta có bảng các thông số kỹ thuật của các dây dẫn đã chọn bảng 5 - 3 :

(kV) Mạch điện Số sợi

Tiết diện chuÈn Nhôm/thép

Tiết diện(mm) đờng kÝnh(mm)

I cp (A) Nhôm Thép Dây dÉn lâi thÐp

6/ Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện

* Máy biến điện áp (BU) :

Máy biến điện áp là máy biến áp đo lờng dùng để biến đổi điện áp từ trị số nào đó U1 về một trị số thích hợp U2( thờng 220000/ √ 3 , 100/ √ 3 và 100 /3 V) để cung cấp cho các dụng cụ đo lờng , bảo vệ rơle, tự động hóa, kiểm tra cách điện …Trong nhà máy điện và trạm biến áp

Máy biến điện áp đợc chọn theo các điều kiện sau:

- Cấp chính xác : Phù hợp với yêu cầu của các dụng cụ đo.

- Công suất định mức : S2đmBU ≥ S2 Trong đó phụ tải thứ cấp đợc xác định nh sau :

Pdc và Qcd là tổng công suất tác dụng và phản kháng của các dụng cụ đo Xác định dựa trên sơ đồ nối dây của các dụng cụ đo vào thứ cấp của máy biến điện áp.

* Máy biến dòng điện (BI) :

Máy biến dòng điện là các máy biến áp đo lờng, làm nhiệm vụ biến đổi dòng điện lớn cần đo I 1

xuống dòng điện tiêu chuẩn I 2

với tổn hao và sai

Y0/Y0/ số nhỏ để cung cấp cho các dụng cụ đo lờng, bảo vệ và tự động hóa trong nhà máy và điện áp một cách an toàn

Máy biến dòng điện đợc chọn theo các điều kiện sau:

- ổn định động : √ 2 k ldd I 1dm ≥ I xk

- ổn định nhiệt : ( k nh I 1 dm ) 2 t nh ≥ BN

- Ngoài các điều kiện trên phải chọn BI có cấp chính xác phù hợp với yêu cầu , mục đích của phụ tải thứ cấp.

Trong đó phụ tải Z2 = Zdc + Zdd

Zdc và Zdd là tổng trở dụng cụ đo và dây dẫn nối từ thứ cấp máy biến dòng đến dụng cụ đo.

6-1.a Chọn máy biến điện áp:

Tại cấp điện áp 220 kV, mục đích chính dùng cho đo lờng, cung cấp cho bảo vệ rơle và tự động hóa Do đó ta chọn máy biến điện áp loại HK - 220 - 58 Một pha nối theo sơ đồ có các thông số kỹ thuật nh sau :

- Điện áp định mức cuộn sơ cấp : UđmSC = 220000 / √ 3 V

- Điện áp định mức cuộn thứ cấp chính: UđmTCC = 100 / √ 3 V

- Điện áp định mức cuộn thứ cấp phụ: UđmTCP = 100/3 V

- Công suất định mức ứng với cấp chính xác SđmBU = 400 VA

- Công suất cực đại Smax = 2000 VA

6-1.b Chọn máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện dùng cho bảo vệ rơle và đo lờng Do đó ta chọn máy biến dòng điện loại đặt ngoài trời có ký hiệu :TH - 220 - 3T có các thông số kỹ thuật nh sau:

- Dòng điện định mức sơ cấp : IđmSC = 600 A > Icb = 340 A

- Dòng điện định mức thứ cấp : IđmTC = 5 A

- Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải 2 .

- Điều kiện ổn định động : ilđđ = 54 kA > ixk = 15,668kA.

6-2.a Chọn máy biến điện áp

Tại cấp điện áp 110 kV, đích chính dùng cho đo lờng, cung cấp cho bảo vệ rơle và tự động hóa Do đó ta chọn máy biến điện áp loại HK - 110 - 58 một pha nối theo sơ đồ có các thông số kỹ thuật nh sau :

- Điện áp định mức cuộn sơ cấp : UđmSC = 110000 / √ 3 V

- Điện áp định mức cuộn thứ cấp chính: UđmTCC = 100 / √ 3 V

- Điện áp định mức cuộn thứ cấp phụ : UđmTCP = 100/3 V

- Công suất định mức úng với cấp chính xác : SđmBU = 400 VA

- Công suất cực đại : Smax = 2000 VA

Máy biến dòng điện dòng điện dùng cho bảo vệ rơle và đo lờng Do đó ta chọn loại máy đặt ngoài trời kiểu THД - 110M có các thông số kỹ thuật.

- Dòng điện định mức sơ cấp IđmSC = 600 A >Icb = 379 A

- Dòng điện định mức thứ cấp : IđmTC = 5 A

- Cấp chính xác hay ký hiệu cuộn thứ cấp : 0,5

- Cấp chính xác 0,5 với phụ tải 1,2 

- Bội số ổn định động : kđ = 150

- Điều kiện ổn định động ilđđ = √ 2 k d I dmSC = √ 2.150.1,5

6 - 3 Cấp điện áp 10,5 kV (mạch điện áp máy phát)

6-3.a Chọn máy biến điện áp

Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tơ Cho mạch đo lờng của máy phát nên ta dùng hai máy biến điện áp một pha nối kiểu V/V nh hình 5 - 3.

Hình 5 - 3: Sơ đồ đấu nối các dụng cụ đo vào bu và bi

Phụ tải của biến điện áp đợc phân bố đều cho cả hai theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp nh bảng 5 - 4 :

Tên đồng hồ đo Loại đồng hồ

Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp

Oát giờ kế tác dụng И-675 - 3 - 3

Oát giờ kế phản kháng И-673M - 3 - 3

Phụ tải của máy biến điện áp Pha ab:

Phụ tải của máy biến điện áp Pha bc:

Vậy ta chọn máy biến điện áp loại HOM – 15 có các thông số nh sau:

- Điện áp cuộn sơ cấp : UđmSC = 10000 V

- Điện áp cuộn thứ cấp chính: UđmTCC = 100 V

- Công Suất định mức ứng với cấp chính xác SđmBU = 75 VA

* Chọn dây dẫn nối từ máy biến dòng đến đồng hồ đo.

Tiết diện dây dẫn đợc chọn sao cho tổn thất điện áp trên nó không đợc lớn hơn 0,5% điện áp định mức thứ cấp

Theo điều kiện đảm bảo độ bền cơ, tiết diện dây nhỏ nhất đối với dây đồng là : Ftc ≥ 1,5 mm 2

Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp :

100 = 0,255 A Để đơn giản khi chọn dây dẫn ta coi Ia =Ic = 0,255 A, Cos = 1

Tổn thất điện áp trên dây dẫn a và b là:

Giả sử khoảng cách từ máy biến điện áp đến đồng hồ là l = 70 m, bỏ qua góc lệch pha giữa ˙I a và ˙I b

Tiết diện dây dẫn đồng :

Vậy ta chọn dây dẫn có tiết diện chuẩn là Ftc = 2 mm 2

Máy biến dòng điện đặt trên cả ba pha , mắc theo sơ đồ hình sao. Máy biến dòng điện đợc chọn cần phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Cấp chính xác : Vì phụ tải của BI là các đồng hồ đo nên chọn BI có cấp chính xác 0,5.

- Điện áp định mức : UđmBI ≥ 10,5 kV.

- Dòng điện định mức: IđmSC ≥ Icb = 3,969 kA

- Phụ tải thứ cấp định mức ZđmBI : Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu, tổng phụ tải thứ cấp Z2 không vợt quá phụ tải định mức.

Ngoài ra còn thỏa mãn điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch

Ta chọn máy biến dòng kiểu thanh dẫn loại TШЛ - 20 - 1 có các thông số kỹ thuật nh sau :

- Điện áp định mức : UđmBI = 20 kV

- Dòng định mức sơ cấp : IđmSC = 6000A > Icb = 3,969 A

- Dòng định mức thứ cấp : IđmTC = 5 A

- Cấp chính xác hay ký hiệu cuộn thứ cấp: P

- Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 1,2 

Công suất tiêu thụ của các cuộn dây máy biến dòng đợc phân bố nh bảng 5 - 5.

Tên đồng hồ đo Loại đồng hồ Phụ tải (VA)

Oát giờ kế tác dụng И-675 2,5 - 2,5

Oát giờ kế phản kháng И-673M 2,5 5 2,5

Pha A và pha C mang tải nhiều nhất SA = SC = 16,1 VA

Tổng trở dụng cụ đo mắt vào pha A và pha C là:

- F : Tiết diện dây dẫn từ BI đến các dụng cụ đo.

-  : Điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn

- ltt : Chiều dài tính toán của dây dẫn từ BI đến các dụng cụ đo lờng. Để đơn giảm sai số đo các dây dẫn phải có tổn thất nhỏ Do đó ta chọn dây dẫn bằng đồng và giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l = 70 m Do ba pha đều có máy biến dòng nên chiều dài tính toán ltt = l = 70m

Tiết diện dây dẫn đồng :

= 2,367 mm 2 Vậy ta chọn dây dẫn có tiết diện chuẩn Ftc = 2,5 mm 2 Điều kiện ổn định của máy biến dòng kiểu thanh dẫn do thanh dẫn quyết định và bằng ổn định động của thanh dẫn

Máy biến dòng đã chọn có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt.

7/ Chọn thiết bị điện cho phụ tải địa phơng

Theo nhiệm vụ thiết kế phụ tải địa phơng có cấp điện áp Uđm = 10 kV;

Gồm: - 1 đờng dây cáp kép ¿ 3,5 MW ¿ 3km

- 3 đờng dây cáp đơn ¿ 2,5 MW ¿ 3 km.

Các trạm cuối đờng dây phụ tải địa phơng dùng cáp lõi đồng có tiết diện bé nhất Smin = 50 mm 2 , máy cắt có dòng điện cắt định mức Iđm = 25 kA , thời gian cắt ngắn mạch tc = 0,6 sec.

Phụ tải địa phơng đợc cung cấp từ cực hai máy phát điện F3 và F4 qua hai máy biến áp địa phơng T4 và T5 nh hình vẽ 5 - 4

7 - 1 Chọn máy biến áp cho phụ tải địa phơng

Theo kết quả tính toán chơng I ta có phụ tải địa phơng Sđfmax = 12,94 MVA các máy biến áp địa phơng đợc chọn theo điều kiện quá tải: k qt S ®m ≥ S®fmax

= 1,4 là hệ số quá tải cho phép của máy biến áp

Từ điều kiện ở trên ta chọn máy biến áp cho phụ tải địa phơng là máy biến áp 3 pha hai cuộn dây có các thông số kỹ thuật ghi ở bảng 5 - 6

(MVA ) Điện áp định mức

(kV) Tổn thất công suất

Hình 5 - 4: Sơ đồ mạng phụ tải địa ph ơng

7 - 2 Chọn cáp cho phụ tải địa phơng

Theo yêu cầu thiết kế phụ tải địa phơng cấp điện áp Uđm = 10 kV có:

Gồm: - 1 đờng dây cáp kép ¿ 3,5 MW ¿ 3 km

- 3 đờng dây cáp đơn ¿ 2,5 MW ¿ 3 km Tiết diện dây cáp đợc chọn theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế.

- Ibt : Dòng điện làm việc bình thờng

- Jkt : Mật độ dòng điện kinh tế (A/mm 2 ) Các đờng dây cáp đơn có dòng điện làm việc bình thờng là:

Các đờng dây cáp kép có dòng điện làm việc bình thờng là:

Từ đồ thị phụ tải địa phơng ở chơng I ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại

Tra bảng 5.3 - Trang 56 - Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp Ta chọn cáp lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu có: Jkt = 2,0 A/mm 2

Tiết diện của đờng dây cáp đơn

2 = 85 mm 2 Tiết diện cáp của đờng dây cáp kép

Tra bảng phụ lục XII - Trang 288 - Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp Ta chọn loại cáp ba lõi bằng đồng, cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy vỏ bằng chì hoặc nhôm đặt trong đất ( nhiệt độ + 15 0 C).

FC đơn = 70 mm 2 ; Uđm = 10 kV ; ICP = 245 A

FC kÐp = 95 mm 2 ; U®m = 10 kV ; ICP = 295 A

* Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài

- k1 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ k1 = √ θ θ cp cp −θ −θ mt tc

cp : Nhiệt độ cho phép của cáp của cáp θ cp e 0 C

mt : Nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp mt = 25 0 C

tc : Nhiệt tính toán tiêu chuẩn tc = 15 0 C k2 : Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song, với cáp đơn có k2 = 1, cáp kép mà khoảng cách giữa hai cáp đặt song song là 100 mm thì k2 = 0,9 k1 = √ 65−25 65−15 = 0,894

* Kiểm tra cáp kép theo điều kiện phát nóng khi làm việc cỡng bức :

Tức là trong điều kiện làm việc bình thờng dòng điện qua cáp không v- ợt quá 80% dòng điện đã đợc hiệu chỉnh

Theo quy trình của cáp có cách điện bình thờng dòng điện qua chúng không vợt quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh thì khi sự cố cho phép quá tải 30% trong thời gian không vợt quá 5 ngày đêm.

Dòng điện làm việc cỡng bức qua cáp còn lại khi đứt 1 sợi

Icb = 2 Ibt2 = 2.119 = 238 A Khả năng quá tải cho phép của cáp là: k qtc I

: Hệ số mang tải cho phép của cáp khi sự cố có k qtc

Vậy tiết diện cáp kép đã chọn thỏa mãn đợc điều kiện phát nóng khi sự cè

7 - 3 Chọn máy cắt điện cho phụ tải địa phơng

Theo kết quả tính toán ngắn mạch ở chơng III ta có dòng điện ngắn mạch tại N5

I ” N5 = 59,871 A ; ixkN5 = 132,9 kA Dòng điện cỡng bức qua máy cắt

Nhờ các điều kiện chọn máy cắt ở mục A - Chơng IV Ta chọn máy cắt cho phụ tải địa phơng ở cấp điện áp 10,5 kV có các thông số kỹ thuật cho ở bảng 5 - 7

Thông số tính toán Loại máy cắt

Máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt

7 - 3.b Chọn máy cắt sau máy biến áp địa phơng

Ta tính dòng ngắn mạch tại điểm N6 ngay sau máy biến áp địa ph- ơng Khi đó nguồn cung cấp là toàn bộ hệ thống và các máy phát của nhà máy điện Để đơn giản khi tính toán ta gộp chung hệ thống và nhà máy.

Theo kết quả tính toán ngắn mạch ở chơng III, có dòng ngắn mạch tại

Vậy điện kháng ngắn mạch tơng đối khi ngắn mạch tại N5

√ 3.U tb I } rSub { size 8{N5} } } } } = { {100} over { sqrt {3} 3,15 52,214} } } { ¿¿ ¿ ¿¿

= 0,074 Điện kháng tơng đối của máy biến áp địa phơng T4 ,T5.

Ta có sơ đồ thay thế Điện kháng tổng từ nguồn đến điểm ngắn mạch N6

XN6 = XN5 + XT4 = 0,074+ 1,4 = 1,474 Dòng điện ngắn mạch tại điểm N6 là:

1, 474 √ 3 3 ,15 = 12,435 kA Dòng điện xung kích tại điểm N6 ixkN6 = √ 2.1,8.I } rSub { size 8{N6} } } = sqrt {2} 1,8 12,435} { ¿¿ ¿ = 31,653 kA Dòng điện làm việc cỡng bức tại điểm N6 là:

Dựa vào số liệu tính toán ở trên tra phụ lục V - Trang 236 - Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp(PGS: Nguyễn Hữu Khái) Ta chọn máy cắt có thông số đợc ghi ở bảng 5 - 8

Máy cắt đã chọn có dòng điện đinh mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt

7 - 3.c Chọn máy cắt đầu đờng dây phụ tải địa phơng Để chọn máy cắt cho đầu đờng dây phụ tải địa phơng ta đi tính dòng ngắn mạch tại điểm N7 Ta thấy rằng việc tính ngắn mạch tại N7 hoàn toàn giống nh tính ngắn mạch tại điểm N6.

VËy: I ” N7 = I ” N6 = 12,435 kA ixkN7 = ixkN6 = 31,653kA

Dòng điện cỡng bức là dòng điện làm việc cỡng bức của đờng dây cáp đôi

Icb = 2.I2bt = 2.119 = 238 A Để đơn giản trong vận hành , bảo dỡng và thay thế thiết bị ta chọn máy cắt đầu đờng dây phụ tải địa phơng cùng loại với máy cắt ngay sau máy biến áp địa phơng Do đó các thông số của máy cắt đã chọn nh trong bảng 5 - 8.

7 - 3.d Kiểm tra máy cắt và cáp tại các đờng dây phụ tải phơng

Theo yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế, các trạm cuối đờng dây phụ tải địa phơng dùng cáp lõi đồng có tiết diện bé nhất Smin = 50 mm 2 ,máy cắt có dòng điện định mức Icđm = 25 kA, thời gian cắt ngắn mạch tc = 0,6 sec.

7 - 3.e Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của cáp đầu đờng dây phụ tải địa phơng. Điều kiện : I ” N7 ≤ InhF1 F 1 C 1

- F1 : Tiết diện của cáp : F1 = 70 mm 2

- C1 : Hệ số ổn định nhiệt của cáp đồng : C1 = 141 A.S 1/2 /mm 2

- tc1 : Thời gian cắt của máy cắt đầu đờng dây thời gian này lớn hơn so với máy cắt cuối đờng dây một cấp. tc1 = tc +t = 0,6 +0,2 = 0,8 sec

√ 0,8 = 11035 A = 11,035 kA > I ” N7 = 10,744 kA Vậy cáp đã chọn đảm bảo ổn định nhiệt khi ngắn mạch tại N7.

7 -3.f Kiểm tra thiết bị tại các trạm cuối đờng dây phụ tải địa ph- ơng Điều kiện kiểm tra là dòng ngắn mạch N8 phải nhỏ hơn hoặc bằng dòng điện cắt định mức (Icđm = 25 kA ) của máy cắt đã chọn và đảm bảo đợc ổn định nhiệt của cáp đã chọn.

Hình 5 - 5: Sơ đồ đặt chống sét van trên thanh góp 220 kV & 110 kV

Vì có điện kháng của cáp trong sơ đồ thay thế ngắn mạch nên ta có :

Theo yêu cầu cảu nhiệm vụ thiết kế Icđm = 25 kA

Dòng điện ổn định nhiệt của cáp là:

- F2 : Tiết diện của cáp F2 = 95 mm 2

- C2 : Hệ số ổn định nhiệt của cáp lõi đồng C2 = 141 A.S 1/2 /mm 2

- tc : Thời gian cắt của máy cắt cuối đờng dây tc = 0,6 sec VËy: InhF2 95.143

√ 0,6 538 A = 17,538 kA Thỏa mãn đợc điều kiện

I ” N8 < I ” N7 = 10,744 kA < {Ic®m = 25 kA; InhF2 = 17,538 kA}

* Kết luận : Vậy các thiết bị đã chọn thỏa mãn đợc các yêu cầu kỹ thuật mà nhiệm vụ thiết kế đã giao và tiêu chuẩn của ngành điện đặt ra

8/ Chọn chống sét van cho nhà máy điện

Chống sét là thiết bị đợc ghép song song với các thiết bị điện nhằm để bảo vệ chống quá điện áp khí quyển Khi xuất hiện sóng quá điện áp, nó sẽ tự động phóng điện khi song quá điện áp đi vào thiết bị để làm giảm trị số quá điện áp đặt lên cách điện của các thiết bị Khi hết sóng quá điện áp sẽ tự động dập hồ quang điện và phục hồi trở lại trạng thái làm việc bình thờng nh ban ®Çu

8 -1 Chọn chống sét van cho thanh góp

Trên các thanh góp 110 kV và 220 kV dặt các chống sét van với nhiệm vụ quang trọng là chống sóng quá điện áp truyền từ đờng dây vào trạm (nh hình 5-5) Các chống sét van này đợc chọn theo điện áp định mức của mạng điện

- Trên thanh góp 220 kV ta chọn chống sét van loại PBC - 220 có điện áp định mức Uđm = 220 kV, đặt trên cả ba pha

- Trên thanh góp 110 kV ta chọn chống sét van loại PBC- 110 có điện áp định mức Uđm = 110 kV, đặt trên cả ba pha

8-2 Chọn chống sét van cho máy biến áp

8 -2.a Chọn chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu

Các máy biến áp tự ngẫu có sự liên hệ giữa cao áp và trung áp nên sóng điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp hoặc ngợc lại Vì vậy ở các đầu ra cao áp và trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta phải đặt các chống sét van (nh h×nh 5 - 6)

Phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC - 220, có Uđm = 220 kV đặt trên cả ba pha.

Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loạiPBC - 110, có Uđm = 110 kV đặt trên cả ba pha.

Hình 5 - 6 : Sơ đồ đặt chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu

Hình 5 - 7: Sơ đồ đặt chống sét cho máy biến áp hai dây quấn

8 - 2.b Chống sét van cho máy biến áp hai cuộn dây

Mặc dù trên thanh góp 220 kV đã đặt các chống sét van nhng đôi khi có những đờng sóng sét có biên độ lớn truyền vào trạm , các chống sét van ở đây phóng điện Điện áp d còn lại truyền tới cuộn dây của máy biến áp vẫn rất lớn có thể phá hỏng cách điện của cuộn dây, đặc biệt là phần cách điện ở gần trung tính của máy biến áp nếu là trung tính cách điện Vì vậy tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây cần bố trí một chống sét van Tuy nhiên do điện cảm của cuộn dây máy biến áp, biên độ đờng sét khi tới điểm trung tính sẽ giảm một phần Do đó chống sét van đặt ở trung tính đợc chọn có điện áp định mức giảm một cấp Đối với máy biến áp ghép bộ lên thanh góp 110 kV ta chọn chống sét van ở trung tính loại PBC-35 có điện áp định mức Uđm = 35 kV (nh hình vẽ 5 - 7)

Thông số của các chống sét van đợc ghi ở bảng 5 - 9 :

Loại chống sét van Uct ( ở 50 Hz)

Chơng VI Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng cho nhà máy điện

10 kV Điện tự dùng là một phần rất quan trọng trong nhà máy điện Các sự cố trong hệ thống tự dùng của nhà máy điện có thể dẫn đến phá hoại sự làm việc bình thờng một phần hoặc toàn bộ nhà máy, đôi khi còn phát triển thành sự cố của hệ thống điện Do vậy, sơ đồ nối điện tự dùng cần thực hiện sao cho có độ tin cậy cao, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ cho các cơ cấu tự dùng quan trọng trong mọi chế độ làm việc Mặt khác yêu cầu hệ thống tự dùng phải đơn giản, linh hoạt, giá thành hạ, chi phí vận hành thấp, dễ vận hành … Điện tự dùng của nhà máy thủy điện chiếm một phần rất nhỏ so với tổng công suất của nhà máy Thành phần máy công tác và các thiết bị phụ trợ của hệ thống tự dùng phụ thuộc vào từng loại nhà máy, khí hậu trong vùng, hệ thống kỹ thuật cung cấp nớc, hệ thống kích thích máy phát điện và các yếu tố khác của nhà máy.

Phụ tải của hệ thống tự dùng nhà máy thủy điện gồm hai thành phần:

- Các máy công tác và thiết bị phụ trợ đảm bảo phục vụ cho việc khởi động và dừng máy phát điện nh: Các tổ máy cung cấp nớc kỹ thuật, làm lạnh dầu bôi trơn ổ trục tuabin và máy phát , bơm nớc làm mát máy phát, các thiết bị phụ của hệ thống kích từ …

- Các máy công tác và thiết bị phụ không có liên quan trực tiếp đối với máy phát điện nhng cần thiết cho sự làm việc của nhà máy(tự dùng chung) nh: Các thiết bị điều kiển, chiếu sáng , hệ thống cứu hỏa, sạc ắc quy

Nguồn cung cấp cho hệ thống tự dùng ở đây là các máy phát điện của nhà máy và hệ thống điện Để cung cấp cho hệ thống điều khiển, bảo vệ rơ le, liên lạc dùng bộ ắc quy Ngoài còn có các nguồn dự phòng cho nhà máy nh : ắc quy , diezel.

Trong nhà máy thủy điện đang thiết kế có công suất 270 MW, ta dùng sơ đồ một cấp điện áp mà tất cả phụ tải tự dùng đều đợc phân bố và sử dụng cấp điện áp 380/220 V Lúc đó các máy biến áp tự dùng có cấp điện áp thứ cấp 400/230 V.

Sơ đồ nối điện tự dùng của nhà máy

TD1 TD2 TD3 TD3-1 TD4-2

VI -1 Chọn máy biến áp tự dùng

1-1 Chọn máy biến áp tự dùng cho phần tự dùng riêng.

Phần tự dùng riêng của mỗi tổ máy đợc cung cấp từ một phân đoạn Do đó để cung cấp điện cho tự dùng riêng của 5 tổ máy ta sử dụng năm phân đoạn, mỗi phân đoạn lấy điện trực tiếp từ đầu cực máy phát qua máy biến áp 10,5 kV.công suất của mỗi máy phát là 68,75 MVA Do đó mỗi máy biến áp dùng riêng có công suất STD = STD1 = STD2 = STD3 = STD4 = STD5200 kVA

Tra bảng phụ lục I - Trang 94 - 95 - Thiết kế nhà máy điện & trạm biến áp Ta chọn máy biến áp do hãng ABB chế tạo có các thông số ghi ở bảng 6 - 1

Loại máy Sdm kVA Điện áp kV Tổn thất kW

Cuộn cao Cuộn hạ ∆P0 ∆PN

1 -2 Chọn máy biến áp cho phần tự dùng chung Để cung cấp điện cho phần tự dùng chung của nhà máy ta dùng hai máy biến áp 10/0,4 kV Lấy điện từ phía thanh góp hạ áp của máy biến áp địa phơng.

Công suất của các máy biến áp tự dùng chung

- STD3-1,STD4-2: Công suất của máy biến áp tự dùng chung

- STD : Công suất của máy biến áp tự dùng riêng

- Stdmax : Công suất tự dùng cực đại của nhà máy

- k qt : Hệ số quá tải của máy biến áp

Nh vậy ta chọn máy biến áp do hẫng ABB chế tạo theo đơn đặt hàng có các thông số theo yêu cầu đợc cho ở bảng 6 - 2.

(kVA) Điện áp định mức

(kV) Tổn thất công suất

Do abb chế tạo 3500 10 0,4 6,5 35 7 vi - 2 tính toán ngắn mạch để chọn thiết bị tự dùng

2 - 1 Chọn máy cắt phía 10 kV của máy biến áp tự dùng chung

Dựa vào kết quả tính toán dòng ngắn mạch N6 ta có:

Dòng điện làm việc cỡng bức tại điểm N6 là:

I ” N6 = 12,435kA, ixkN6 = 31,653kA Dòng cỡng bức qua máy cắt

Vậy nh các điều kiện chọn máy cắt ở chơng IV Ta chọn máy cắt cho phía điện hạ áp 10 kV của máy biên áp tự dùng chung có các thông số kỹ thuật ghi ở bảng 6 - 3

Máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt.

2-2 Chọn dao cách ly phía 10,5 kV của máy biến áp tự dùng riêng

Máy biến áp tự dùng riêng cung cấp điện cho việc khởi động và dừng của tổ máy đó Vì vậy phía 10,5 kV của máy biến áp tự dùng riêng ta chỉ sử

Dựa vào kết quả tính toán điểm ngắn mạch N5 ta có :

I ” N5 = 59,871 A ; ixkN5 = 152,406 kA Dòng điện cỡng bức qua máy cắt

Vậy với điều kiện chọn dao cách ly đã nêu ở chơng V Ta chọn dao cách ly cho phía 10,5 kV của máy biến áp tự dùng riêng có thông số kỹ thuật cho trong bảng 6 - 4.

Thông số tính toán Loại dao cách ly

Dao cách ly đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.

2-3 Chọn áp tô mát phía 0,4 kV sau máy biến áp tự dùng chung Để chọn áp tô mát phía 0,4 kV ta phải tính toán dòng ngắn mạch tại điểm N ’ 6 ngay sau máy biến áp tự dùng chung Khi đó nguồn cung cấp là toàn bộ hệ thống và các tổ máy phát của nhà máy Để đơn giản trong tính toán ta gộp chung hệ thống và toàn bộ nhà máy

Theo tính toán ngắn mạch ở chơng III Ta có dòng ngắn mạch tại N6 là

I ” N6 = 10,744 kA Khi đó ta có thể tính đợc điện kháng tơng đối tại điểm N5 là :

√ 3.U cb I } rSub { size 8{N6} } } } } = { {100} over { sqrt {3} 3,15 10,744} } =1,706} { ¿¿ ¿ ¿¿ Điện kháng tơng đối của máy biến áp tự dùng chung là :

Ta có sơ đồ thay thế Điện kháng tính toán tổng từ nguồn tới điểm ngắn mạch N ’ 6

XN’6 = XN6 + XTD3-1 = 1.706 + 2,718 = 4,424 Dòng điện ngắn mạch tại điểm N ’ 6

Dòng điện làm việc cỡng bức phía 0,4 kV của máy biến áp tự dùng chung

* áp tô mát đợc chọn theo điều kiện sau :

- Điện áp định mức: UđmATM ≥ Uđm

- Dòng điện định mức: IđmATM ≥ Icb

- Dòng điện ngắn mạch: IN ≥ I ” N

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	808,13 KB