Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.1 Đồ thị phụ tải của toàn nhà máy
Phụ tải tự dùng của nhà máy
Theo nhiệm vụ thiết kế hệ số phụ tải tự dùng của nhà máy =8% công suất định mức của nhà máy với cosTD= 0,8 tức là bằng hệ số công suất định mức của nhà máy và được coi là hằng số với công thức :
Đồ thị phụ tải địa phương
Phụ tải địa phương của nhà máy có diện áp 13,8 KV, công suất cực đại
PUfmax = 36 MW , cosF= 0,87 : bao gồm 7 kép.4 MW.2 Km và 3 đơn*3MW*2 Km.Để xác định đồ thị phụ tải địa phương phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức :
Kết quả tính được theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-3 và đồ thị phụ tải địa phương cho ở hình 1-3
Đồ thị phụ tải trung áp
Nhiệm vụ thiết kế đã cho P110max = 90 MW và cosT= 0,86 :gồm 2 kép*45MW Để xác định đồ thị phụ tải phía trung áp phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức :
Kết quả tính được theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-4 và đồ thị phụ tải phía trung áp cho ở hình 1-4
Đồ thị phụ tải về hệ thống
Toàn bộ công suất thừa của nhà máy được phát lên hệ thống qua đường dây kép dài 140 Km Tổng công suất hệ thống SHT%00 MVA với điện kháng định mức XHT=0,8 Dự trữ quay của hệ thống SdtHT5 MVA Như vậy phương trình cân bằng công suất toàn nhà máy là:
SNM(t) = SUf(t) + ST(t) + SVHT(t) + St d(t)
Từ phương trình trên ta có phụ tải về hệ thống theo thời gian là:
SVHT(t) = SNM(t) - {SUf(t) + ST(t) + St d(t)}
Từ đó ta lập được bảng tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy như bảng 1-5 và đồ thị phụ tải trên hình 1-5
Lựa chọn sơ đồ nối điện của nhà máy 2.1 Lựa chọn MBA cho các phương án
Tính dòng điện ngắn mạch 3.1 Phương án 1
Tính toán chỉ tiêu Kinh tế – Kĩ thuật Lựa chọn phương án tối ưu 4.1 Chọn máy cắt và dao cách ly cho từng phương án
Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối
Phía 220 kV : Số mạch vào là : 2 mạch
Số mạch ra là : 2 mạch
Tổng số mạch vào ra là 4 mạch nên ta dùng sơ đồ hệ thống 2 TG
Phía 110 kV : Số mạch vào là : 4 mạch
Số mạch ra là : 2 mạch
Tổng số mạch vào ra là 6 mạch nên ta dùng sơ đồ hệ thống 2 TG có TG vòng
Ta dùng TG điện áp MF vì phụ tải điện áp MF chiếm quá 15% công suất của bộ.
Số mạch vào là : 2 mạch
Số mạch ra là : 2 mạch
Tổng số mạch vào ra là 4 mạch nên ta dùng sơ đồ hệ thống 2 TG
Số mạch vào là : 3 mạch
Số mạch ra là : 2 mạch
Tổng số mạch vào ra là 5 mạch nên ta dùng sơ đồ hệ thống 2 TG có TG vòng
Ta dùng TG điện áp MF vì phụ tải điện áp MF chiếm quá 15% công suất của bộ.
Tính toán kinh tế – kĩ thuật
4.3.1 Tính vốn đầu tư thiết bị :
Ta xác địmh theo công thức sau :
VB : vốn đầu tư mua MBA Được xác định theo biểu thức :
VB = kBvB kB : hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp MBA.Hệ số này phụ thuộc vB : tiền mua MBA
VTBPPi : Vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối Được xác định như sau :
VTBPP = n1 VTBPP1 + n2 VTBPP2 +… nn VTBPPn n1 , n2 … : số mạch của thiết bị phân phối ứng với các cấp điện áp
VTBPP1 ,VTBPP2 …: Giá mỗi mạch của thiết bị phân phối tương ứng với các cấp điện áp Bao gồm cả tiền mua , chuyên chở và xây lắp.
Vốn đầu tư cho phương án 1 :
V I = VB + VTBPP Đầu tư MBA :
MBA 3 pha 2 dây quấn TPọ ệH-80 115/10,5 giá : 3,2.10 9 đồng/máy ; với kB = 1,5
MBA tự ngẫu ATọ ệTH-100 220/110 giá : 6.10 9 đồng/máy ; với kB = 1,4 → Tổng vốn đầu tư cho MBA là :
VB = 2.1,4.6.10 9 +2.1,5.3,2.10 9 = 26,4.10 9 đồng Đầu tư thiết bị phân phối :
Ta thấy sơ đồ nối điện chính của 2 phương án la tương tự nhau chỉ khác nhau về số lượng máy cắt Vì thế khi tính toán vốn đầu tư cho thiết bị phân phối ta chỉ tính đến giá của các máy cắt điện
Cấp 220 kV : Gồm 5 mạch máy cắt mỗi mạch là : 2,856.10 9 đồng/mạch. Cấp 110 kV: Gồm 6 mạch máy cắt mỗi mạch là : 1,4.10 9 đồng/mạch.
Cấp 10,5 kV : Gồm 5 mạch máy cắt mỗi mạch là : 0,84.10 9 đồng/mạch.
→ Tổng vốn đầu tư cho MBA là :
Vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 1 là :
Vốn đầu tư cho phương án 2 : V II = VB + VTBPP Đầu tư MBA :
MBA 3 pha 2 dây quấn TPọệH-80 115/10,5 giá : 3,2.10 9 đồng/máy ; với kB = 1,5
MBA tự ngẫu ATọệTH-200 220/110 giá : 9.10 9 đồng/máy ; với kB = 1,4 → Tổng vốn đầu tư cho MBA là :
VB = 3.1,4.9.10 9 +1.1,5.3,2.10 9 = 30.10 9 đồng Đầu tư thiết bị phân phối :
Cấp 220 kV : Gồm 5 mạch máy cắt mỗi mạch là : 2,856.10 9 đồng/mạch.
Cấp 110 kV: Gồm 5 mạch máy cắt mỗi mạch là : 1,4.10 9 đồng/mạch.
Cấp 10,5 kV : Gồm 7 mạch máy cắt mỗi mạch là : 0,84.10 9 đồng/ mạch.
→ Tổng vốn đầu tư cho MBA là :
Vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 2 là :
4.3.2 Phí tổn vận hành hằng năm :
Phí tổn vận hành hằng năm của mỗi phương án được xác định như sau :
Pk :tiền khấu hao về vốn đầu tư và xửa chữa lớn ,[đồng/năm]
Với : V: vốn đầu tư 1 phương án a: định mức khấu hao %, tra bảng ta có a = 8,4%
Pp : chi phí phục vụ thiết bị (xửa chữa thường xuyên và lương công nhân).
Phần chi phí này khá nhỏ đồng thời cũng khác nhau rất ít giữa các phương án.Do vậy ta có thể bỏ qua khi so sánh kinh tế.
Pt : chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện.
Với : õ : giá thành tiền điện năng tổn thất ; õ = 500 đồng/kWh ∆A :tổn thất hàng năm trong thiết bị điện ; [kWh] a Phương án 1 :
100 =4,47.10 9 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm :
→ Chi phí vận hành hằng năm của phương án 1 :
P I = Pk1 + Pt1 = 4,47.10 9 + 5,14.10 9 = 9,61.10 9 đồng b Phương án 2 :
100 =4,8 10 9 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm :
→ Chi phí vận hành hằng năm của phương án 2 :
4.3.3 So sánh để chọn phương án tối ưu :
Ta có bảng tổng kết về kinh tế của 2 phương án như sau :
Phương án Vốn đầu tư (x10 9 đồng) Chi phí vận hành
Vì hai phương án có độ tin cậy cung cấp điện như nhau mà : V1< V2 và
P1>P2 nên ta tính thời gian thu hồi vốn dầu tư chênh lệch :
Ta thấy T= 3,54 năm cho nên phương án hợp lý về mặt kinh tế là phương án có vốn đầu tư lớn tức là phương án 2.
→ Vậy phương án 2 là phương án tối ưu
Chọn khí cụ điện và dây dẫn 5.1 Chọn thanh dẫn cứng
Chọn thanh dẫn mềm
Thanh dẫn mềm được dùng để từ đầu cực phía cao, phía trung của máy biến áp tự ngẫu và cuộn cao của máy biến áp hai cuộn dây lên các thanh góp 220 kV và 110 kV Tiết diện của thanh góp và thanh dẫn mềm được chọn theo điều kiện nhiệt độ lâu dài cho phép Khi đó dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ là:
Trong đó : I hc cp là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ tại nơi lắp đặt.
Ilvcb : dòng điện làm việc cưỡng bức.
Khc: Hệ số hiệu chỉnh,Khc = 0,837
Các dây dẫn mềm này treo ngoài trời, có độ ổn định nhiệt tương đối lớn nên ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. a) Chọn tiết diện.
Từ kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức ở chương trước tính được dòng cho phép (đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ) của các cấp điện áp.
- Dòng làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong mạch này là: Ilvcb = 0,433 kA
Ta phải chọn dây dẫn có :
0 , 837 =0 , 44 kA Như vậy ta chọn loại dây dẫn AC-400 có S @0 mm 2 và Icp = 835 A
Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch: Ilvcb = 0,6484 kA
Ta phải chọn dây dẫn có :
0 , 837 =0 , 66 kA Như vậy chọn dây AC-400 có tiết diện S = 400 mm 2 , Icp =0,835 kA. b) Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch.
Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là : Smin √ B N
BN : Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch ( A 2 s )
C : Hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn (
A.√ s mm ) Với dây dẫn AC có C = 70
Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 0.5 sec Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ:
Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị :
Từ sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N1 và N2 ( đã đưa về hai biến đổi ) của phương án tối ưu ( phương án 2) ta tính được giá trị dòng điện ngắn mạch tại N1 và N2 theo thời gian như sau :
Tra bảng và đổi ra giá trị thực ta có: t 0 0.1 0.2 0.5
Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1 :
Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N2 :
Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220 kV và 110 kV là :
70 = 54,34 mm 2 Vậy các dây dẫn và thanh góp mềm đã chọn đều đảm bảo ổn định nhiệt c) Kiểm tra điều kiện vầng quang.
Kiểm tra điều kiện vầng quang theo công thức :
Uvq Uđm với Uvq = 84.m.Rdt.lg( a
Trong đó: Uvq là điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang m là hệ số có xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn, lấy m 0,87 a là khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, lấy a P0 cm (với cấp 220 kV) và a 00 cm (với cấp 110 kV)
R là bán kính ngoài của dây dẫn. Điện áp 220 kV:
Dây AC- 400 có : Icp = 835 A, d = 26,6 mm đặt trên mặt phẳng nằm ngang.
Khoảng cách giữa các pha là a = 500 cm Khoảng cách trung bình hình học atb = 1,26.a = 630 cm.0
13 , 3 = 260 kV > Uđm = 220 kV Như vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang.
Tương tự đối với điện áp 110 kV ta cũng thấy thoả mãn.
5.2.1 Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn :
Ta chọn loại sứ đỡ : ệ – 10-2000KPY3 có :
Uđm = 10 kV Fph = 2000 kg H = 235 mm = 23,5 cm
Kiểm tra ổn định động : Điều kiện : F’tt < 0,6.Fph với : F tt ' = F tt H '
Ftt = 362,83 Kg h= 10 cm (chiếu cao thanh dẫn)
Ftt’ = 440,02 Kg < 0,6.Fph = 1200 Kg → sứ chọn đạt yêu cầu
Chống sét van được dùng để giảm quá điện áp tới mức điện áp dư của nó mà cách điện của thiết bị điện có thẻ chịu được Ta phải chọn CSV cho các
TG và các mạch phía 110 kV và 220 kV cũng như trung tính MBA
Ta chọn các loại CSV sau : FP – 220
5.2.3 Chon cáp cho phụ tải 10,5 kV :
Phụ tải cấp điện áp 10,5kV bao gồm :
Tiết diện của kháng được chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế
J kt Với Ilvbt : là dòng làm việc bình thường
Chọn tiết diện cáp đơn : S = 3,45 MVA
Dòng điện làm việc bình thường là :
Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính được thời gian sử dụng công suất cực đại :
Với Tmax = 7044h ta có JKT = 2A/mm 2
Vậy tiết diện cáp là :
Ta chọn loại cáp 3 lõi bằng đồng và nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy , vỏ chì :
Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài :
Trong đó : K1 : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ
K 1 =√ θ θ cp cp −θ −θ ' 0 0 ốcp : nhiệt độ phát nóng cho phép ốcp = 60 0 C ố0’ : nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp ố0’ = 25 0 C ố0 : nhiệt độ tính toán tiêu chuẩn ố0 = 15 0 C
K2 : hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn (chọn bằng 1)
Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng cho phép lâu dài.
Chọn tiết diện cáp kép :
Dòng điện làm việc bình thường qua mỗi cáp là :
Với JKT = 2A/mm 2 ta chọn được tiết diện cáp :
Ta chọn loại cáp 3 lõi bằng đồng và nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy , vỏ chì :
Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài tương tự như trên
K2= 0,9 (do 2 cáp đặt song song)
Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng cho phép lâu dài.
Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài :
Khi làm việc bình thường :
Như vậy khi làm việc bình thường cáp làm việc non tải Vì thế khi sự cố cho phếp cáp làm việc quá tải 30% trong 5 ngày đêm.
→ Không thảo mãn nên ta phải chọn tiết diện cáp tăng lên
Chọn cáp : F = 150 mm 2 Uđm = 10 kV Icp = 275 A
→ Vậy cáp F = 150 mm 2 là thoả mãn.
Xác định dòng cưỡng bức qua kháng :
Dòng cưỡng bức qua kháng được giả thiết khi sự cố 1 kháng điện Lúc đó côngsuất qua các kháng cho bởi bảng sau :
Dòng cưỡng bức qua kháng :
Tra bảng ta chọn loại kháng kép loại PbAC -21000 có Iđmk = 1000A. Xác định XK% của kháng :
Xk% được chọn xuất phát từ hai điều kiện sau:
Xk% phải đủ hạn chế dòng ngắn mạch tại N5 để chọn máy cắt 1 và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp 1 tức là:
IN5 min{ Ic1đm, Inhc1}.
Xk% phải đủ hạn chế dòng ngắn mạch tại N6 để chọn máy cắt 2 và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp 2 tức là:
IN6 min{ Ic2đm, Inhc2}.
Trong chương 3 ta tính được dòng NM tại điểm N6 : IN6 = 80,44 kA Điện kháng của hệ thống tính đến điểm NM N6 là :
I } } } } = { {100 } over { sqrt {3} *10,5*80,44} } =0,068} { N6 ¿ ¿ ¿ ¿¿ Điện kháng của cáp 1 là :
X0 : điện kháng đơn vị của cáp Với cáp S 0 mm 2 đã chọn ta có X0
= 0,194 Ù/km l : chiều dài của cáp
Thay số vào ta có :
Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 là :
C1 : hệ số cáp đồng C = 90 A.s 1/2 /s t1 : thời gian cắt của MC1 t1 = t2 +∆t = 0,7 + 0,2 = 0,9 sec
Dòng ổn định nhiệt của cáp 2 :
Ta lựa chọn các MC dầu cho đường dây Các MC được chọn cùng loại , dòng cưỡng bức qua MC được tính toán cho đường dây kép khi 1 đường dây bị sự cố.
Theo tính toán trên ta có : Icb = 252 A
Kiểm tra kháng vừa chọn :
5.2.5 Chọn thiết bị đo lường : a Chọn máy biến điện áp BU :
Chọn BU cho cấp điện áp 10,5 kV :
Sơ đồ nối dây và kiểu nối dây phải chọn phù hợp với nhiệm vụ của nó.Để cấp cho công tơ ta dùng 2 BU một pha nối V/V ; để kiểm tra cách điện trên thanh góp 10,5 kV ta dùng loại máy biến điện áp 3 pha 5 trụ Y0/Y0/∆ Điều kiện :
- Cấp chính xác : chọn phù hợp với nhiệm vụ của BU
- Công suất định mức tổng phụ tải nối vào biến điện áp ≤ côngsuất định mức của biến điện áp với cấp chính xác đẫ chọn S2 ≤ SđmBU
Chọn dây dẫn nối giữa BU và các dụng cụ đo :
- Tiết diện dây được chọn sao cho tổn thất điện áp không quá 0,5%Uđm thứ cấp khi có công tơ và 3% khi không có công tơ.
- Theo điều kiện bền cơ tiết diện tối thiểu là 1,5 mm 2 ddoois với dây đồng và 2,5 mm 2 với dây nhôm.
- Căn cứ vào các điều kiện trên và sơ đồ bố trí thiết bị đo lường ta chọn BU Chọn dây nối từ BU đến các đồng hồ đo :
Chọn BU cho cấp điện áp 110 kV và 220 kV : b Chọn máy biến dòng điện BI :
Máy biến dòng điện được chọn theo các điều kiện sau :
Sơ đồ nối dây và kiểu máy : phụ thuộc vào nhiệm vụ của BI và vị trí đặt
Cấp chính xác chọn phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo Phụ tải thứ cấp tương ứng với mỗi cấp chính xác có 1 phụ tải định mức
Trong đó : Zdc – tổng trở các dụng cụ đo
Zdd – tổng trở của dây dẫn nối từ BI đến các dụng cụ đo Chọn BI cho cấp điện áp MF 10,5 kV :
Chọn BI cho cấp điện áp 110 và 220 kV : Với cấp 220 kV : Icb = 0,341 kA Với cấp 110 kV : Icb = 0,549 kA
Ta chọn BI có thông số sau :
Bội số ổn định động
Bội số ổn định nhiệt
Chương 6 : chọn sơ đồ nối điện và thiết bị tự dùng Điện tự dùng là một phần điện năng không lớn nhưng lại dữ một phần quan trọng trong quá trình vận hành nhà máy điện. Điện tự dùng nhà máy điện có thể chia làm hai phần:
Một phần cung cấp cho các máy công tác đảm bảo của các lò và các tuabin của các tổ máy.
Phần kia cung cấp cho các máy công tác phục vụ chung, không liên quan trực tiếp đến lò hơi và các tuabin nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy.
Ta chọn sơ đồ tự dùng theo nguyên tắc kinh tế và đảm bảo cung cấp điện liên tục. Đối với nhà máy điện thiết kế dùng hai cấp điện áp tự dùng 6kv và 0.4kv nối theo sơ đồ biến áp nối tiếp, với một biến áp dự trữ lấy điện từ phía cuộn hạ và phía trên máy phát.
6.1 Chọn MBA tự dùng cấp 1 :
Các MBA tự dùng cấp 1 có nhiệm vụ nhận điện từ thanh góp 10,5 kV cung cấp cho các phụ tải tự dùng cấp điện áp 6 kV, còn lại cung cấp tiếp cho phụ tải cấp điện áp 0,4 kV Từ đó công suất của chúng cần phải chọn phù
Sơ đồ nối điện và thiết bị tự dùng 6.1 Chọn MBA tự dùng cấp 1…
Chọn MBA dự trữ cấp 1 …
Công suất của MBA dự trữ cấp 1 được chọn phù hợp với mục đích của chúng Do nhà máy có TG điện áp máy phát nên MBA dự trữ chỉ làm chức năng thay thế cho các MBA khác khi sửa chữa vậy MBA này được chọn cùng loại với MBA cấp 1 như trên.
Chọn MBA tự dùng cấp 2…
Các MBA tự dùng cấp 2 dùng để cung cấp điện cho các phụ tải cấp điện áp 380/220 V và chiếu sáng Công suất của các loại phụ tải này thường nhỏ nên các MBA công suất 630 kVA và 1000 kVA được sử dụng phổ biến Công suất của MBA tự dùng cấp 2 được chọn như sau :
Tra bảng ta chọn loại MBA TC3C-1000/10 với :
Sđm = 1000 kVA UCđm = 6,3 kV UHđm = 0,4 kV ∆P0 = 3 kW
Chọn máy cắt phía mạch 6,3 kV
Tính toán dòng NM tại TG phân đoạn 6,3 kV để chọn MC
Theo kết quả tính toán NM tại chương 3 ta có : IN6”,3 kV Điện kháng hệ thống tính đến điểm N6 là :
√ 3.U dm I N6 } } } } = { {100 } over { sqrt {3} 10,5 12,3} } =0,45} { ¿ ¿ ¿ ¿¿ Điện kháng của MBA cấp 1 :
Dòng NM siêu quá độ thành phần chu kì tại N7 là :
I N7 } } = { {I rSub { size 8{ ital cb } } } over {X rSub { size 8{ sum } } } } = { {100} over { sqrt {3} 6,3 1,72} } =5,33 matrix { {} # {}} ital kA} {¿¿ ¿
Từ đó ta chọn MC 8FG-10 có các thông số :
Uđm = 7,2 kV Iđm = 12500 A Icđm = 80 kA Iidd = 225 kV
6.5 Chọn átômát cho phụ tải tự dùng cấp 0,4 kV : áptômát được chọn theo các điều kiện :
√ 3.0,4 43 , 4 A Để chọn dòng cắt định mức của Aptomat ta tính NM tại thanh cái 0,4 kV , lúc này có thể coi MBA tự dùng cấp 2 là nguồn dự phòng cho điểm NM
Ta có sơ đò thay thế :
I N8 } } = { {U rSub { size 8{ ital tb} } } over { sqrt {3} Z rSub { size 8{B} } } } = { {0,4} over { sqrt {3} 12,94 10 rSup { size 8{3} } } } ",4 matrix { {} # {}} ital kV } { ¿¿ ¿
Từ đó ta chọn được loại : M12 với