Thiết kế nhà máy điện

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Chọn máy phát điện

Nhà máy điện gồm bốn máy phát, công suất mỗi máy là 60MW Ta sẽ chọn các máy phát cùng loại, điện áp định mức bằng 10,5 KV.

Bảng tham số máy phát điện.

Thông số định mức Điện kháng tơng đối n v/ph S

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

1.2.1 Cấp điện áp máy phát

Ta tính theo công thức

Do đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải nh sau:

SUF (MVA) 5,36 8,57 10,7 10,7 7,5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát

1.2.2 Cấp điện áp trung (110KV)

Phụ tải bên trung gồm 2 đờng dây kép và 1 đờng dây đơn

Pmax = 120 MW, cos = 0,8 Công thức tính:

Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải

1.2.3 Phụ tải toàn nhà máy

Nhà máy gồm 4 máy phát có SđmF = 75MVA Do đó công suất đặt của nhà máy là:

Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải toàn nhà máy.

1.2.4 Tự dùng của nhà máy điện

Trong đó  = 8% Từ đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị điện tự dùng nh sau:

1.2.5 Cân bằng công suất toàn nhà máy, công suất phát về hệ thống.

Bỏ qua tổn thất công suất, từ phơng trình cân bằng công suất ta có công suất phát về hệ thống

SVHT(t) = Snm(t) - SUF(t)- ST(t) - Std(t)

Từ đó ta có bảng tính phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy:

SHT 79.96 64.96 61.75 147.43 115.3 115.3 101.74 134.94 106.38 Đồ thị công suất phát về hệ thống

6 Đồ thị phụ tải tổng hợp

- Phụ tải điện áp trung nhỏ nhất là 105 MVA, lớn hơn công suất định mức của một máy phát (75MVA) nên ít nhất có thể ghép một máy phát vào phiá thanh góp này và cho vận hành định mức liên tục.

- Phụ tải điện áp máy phát không lớn,

- Cấp điện áp trung cap (220 KV) và trung áp (110 KV) là lới trung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu sẽ có lợi hơn.

- Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh vị trí nhà máy, địa bàn phụ tải, nguồn nguyên nhiên liệu… Riêng về phần điện nhà máy hoàn toàn có khả năng phát triển thêm phụ tải ở các cấp điện áp sẵn có.

Chọn các phơng án nối dây

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện Nó quyết định những đặc tính kinh tế và kỹ thuật của nhà máy thiết kế Cơ sở để vạch ra các phơng án là bảng phụ tải tổng hợp, đồng thời tuân theo những yêu cầu kỹ thuật chung.

- Với cấp điện áp trung là 110KV và công suất truyền tải lên hệ thống luôn lớn hơn dự trữ quay của hệ thống, ta dùng hai máy biến áp liên lạc lại tự ngÉu.

- Có thể ghép bộ máy phát - máy biến áp vào thanh góp 110 KV vì phụ tải cực tiểu cấp này lớn hơn công suất định mức của một máy phát.

- Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ với công suất không quá 15% công suất bộ.

- Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ nh vậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống.

Nh vậy ta có thể đề xuất bốn phơng án sau để lựa chọn:

Phơng án này phía 220KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp để làm nhiệm vụ liên lạc giữa phía cao và trung áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu. Phía 110KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp.

Phơng án này hai tổ máy đợc nối với thanh góp 220KV qua máy biến áp liên lạc Còn phía 110KV đợc ghép 2 bộ máy phát điện - máy biến áp.

Ghép vào phía 220KV và 110KV mỗi phía 2 bộ máy phát điện - máy biến áp Liên lạc giữa cao và trung áp ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu, phía hạ của máy biến áp liên lạc cung cấp cho phụ tải địa phơng.

Phơng án này nh phơng án 1 nhng chuyển bộ máy phát điện - máy biến áp sang phía 220KV.

- Độ tin cậy cung cấp điện đợc đảm bảo.

- Công suất từ bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây lên 220KV đợc truyền trực tiếp lên hệ thống, tổn thất không lớn.

- Đầu t cho bộ cấp điện áp cao hơn sẽ đắt tiền hơn.

- Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm đợc vốn đầu t do nỗi bộ ở cấp điện áp thấp hơn, thiết bị rẻ tiền hơn.

- Số lợng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu t lớn, đồng thời trong quá trình vận hành phức tạp và xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suÊt lín.

- Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó.

- Liên lạc giữa phía cao áp và phía trung áp kém.

- Các bộ máy phát điện - máy biến áp nối bên phía 220KV sẽ đắt tiền do tiền đầu t cho thiết bị ở điện áp cao hơn đắt tiền hơn.

- Sơ đồ thanh góp 220KV phức tạp do số đờng dây vào ra tăng lên tuy bên 110 KV có đơn giản hơn.

- Khi sự cố máy phát - máy biến áp liên lạc thì bộ còn lại chịu tải quá lớn do yêu cầu phụ tải bên trung lớn.

Tóm lại: Qua phân tích ở trên ta chọn phơng án 1 và phơng án 2 để tính toán tiếp, phân tích kỹ hơn về kỹ thuật và kinh tế nhằm chọn ra sơ đồ nối điện chính cho nhà máy điện đợc thiết kế.

Tính toán chọn máy biến áp

Phơng án I

 Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây

 Máy biến áp tự ngẫu

1 0,5 S thõa max Víi Sthõamax = S®mF = 75MVA

Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phơng án 1 nh sau:

CÊp điện áp Loại S đm

MVA Điện áp cuén d©y KV

2.2.a Phân bố tải cho các máy biến áp Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B1, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm.

SB1 = SB4 = S®mF = 75MVA Đồ thị phụ tải các phía của MBA tự ngẫu B2, B3 theo thời gian t

2 (S HT - S B1 ) Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t)

Ta có bảng phân bổ công suất:

2.3.a Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp

 Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thờng.

Sự cố nguy hiểm nhất là khi ST = ST max = 150MVA

Ta xét các sự cố sau:

 Khi sự cố máy biến áp B4 mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lợng công suất là:

2 = 75 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợng công suất là:

 Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải.

- Phân bố công suất khi sự cố B4

 Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải một lợng công suất là:

 Lợng công suất từ máy phát F2 (F3) cấp lên phía hạ của B2 (B3):

 Lợng công suất phát lên phía cao của B2 (B3)

 Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là:

 Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thờng là:

- Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 336 MVA

Ta thấy SdtHT > Sthiếu  thoả mãn điều kiện.

 Điều kiện kiểm tra sự cố:

Khi sự cố máy biến áp B2 (hoặc B3) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lợng công suất là:

S =STmax - SB4 0 - 69 = 81 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợng công suất là:

Do vậy nên máy biến áp bị quá tải với hệ số quá tải là:

K = 1,4 là hệ số quá tải sự cố cho phép.

 Vậy nên máy biến áp thoả mãn điều kiện kiểm tra.

- Phân bố công suất khi sự cố B2 :

 Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp một l- ợng công suất

- Lợng công suất từ máy phát F3 cấp lên phía hạ của B3

- Lợng công suất phát lên phía cao của B3:

- Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là:

- Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thờng là:

Ta thấy SdtHT > Sthiếu  thoả mãn điều kiện.

Các máy biến áp đã chọn cho phơng án 1 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải.

2.4.a Tính toán tổn thất điện năng tỏng các máy biến áp.

Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần:

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

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp. Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn d©y trong mét n¨m:

 Đối với máy biến áp tự ngẫu

SCi, Sti SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu trong tổng thời gian ti.

Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti.

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

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

PNH = 0,5 ( ΔPP α NT− 2 H −ΔPP NC−H α 2 −ΔPP NC−T )

Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp nh sau:

 Máy biến áp ba pha hai cuộn dây

Máy biến áp B1 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó: Sb = 69 MVA trong cả năm.

 Máy biến áp tự ngẫu.

S 2 dm ( ΣΔ P NC S Ci 2 ti+ΔPP NT S ti 2 ti+ΔPP NH S 2 Hi )

Nh vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là:

Phơng án II

 Bộ máy phát - Máy biến áp 2 cuộn dây.

 Máy biến áp tự ngẫu

1 0,5 S thõa max Víi Sthõamax = SdmF = 75MVA

Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phơng án 2 nh sau:

CÊp điện áp khu vùc

MVA Điện áp cuén d©y KV

2.2.b Phân bố tải cho các máy biến áp Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B3, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm.

4 24 = 69 MVA Đồ thị phụ tải các phía của MBA tự ngẫu B1, B2 theo thời gian t.

Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t)

Ta có bảng phân bố công suất

2.3.b Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp:

Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện qúa tải bình thờng.

Sự cố nguy hiểm nhất là khi ST = STmax = 150MVA

Khi đó ta có: SHT = 115,3 MVA

Ta xét các sự cố sau:

- Điều kiện kiểm tra sự cố:

Khi sự cố máy biến áp B3 (hoặc B4) mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lợng công suất là:

- Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợng công suất là:

- Phân bố công suất khi sự cố B3:

Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp 1 lợng công suất:

 Lợng công suất từ máy phát F1 (F2) cấp bên phía hạ của B1 (B2):

 Lợng công suất phát lên phía cao của MBA B1 (B2)

 Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao cấp còn thiếu so với lúc bình thờng là:

Ta thấy: SdtHT > Sthiếu  thoả mãn điều kiện.

- Điều kiện kiểm tra sự cố

Khi có sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải 1 lợng công suất là:

S = Stmax - SB3 - SB4 = 150 - 69 - 69 = 12 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc 1 lợng công suất là:

Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần phải tải khi sự cố:

- Phân bố công suất khi sự cố MBA B4:

 Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp 1 lợng công suất:

 Lợng công suất từ máy phát F3 cấp lên phía hạ của B3

 Lợng công suất phát lên phía cao của B3

 Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là:

Ta thấy: SdtHT > Sthiếu  thoả mãn điều kiện.

- Phân bố công suất khi sự cố MBA B1:

 Công suất trên cuộn trung của B1 (B2) là:

 Lợng công suất từ máy phát F2 cấp lên phía hạ của B2 là:

 Lợng công suất phát lên phía cao của MBA B2

SdtHT > Sthiếu  thoả mãn điều kiện

Các máy biến áp đã chọn cho phơng án 2 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải.

2.4.b Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp.

Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần:

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

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp.Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn d©y trong mét n¨m:

A2cd = P0.t + PN ( S S dm b ) 2 t Đối với máy biến áp tự ngẫu:

S dmB 2 ( ΣΔ P NC S Ci 2 θ i +ΔPP NT S ti 2 +ΔPP NH S 2 Hi ti )

SCi, Sti’ SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của mỗi máy biến áp tự ngẫu trong khoảng thời gian ti.

Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti.

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

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

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

Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp nh sau:

 Máy biến áp ba pha hai cuộn dây:

Máy biến áp B3 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó Sb = 69 MVA trong cả năm Do đó

 Máy biến áp tự ngẫu:

S 2 dm Σ ( ΔPP NC S Ci 2 ti+ΔPP NT S ti 2 ti+ΔPP NH S 2 Hi ti )

Nh vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là:

Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phơng án

Tính toán ngắn mạch

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy đảm bảo các chỉ tiêu ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch.

Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện cần chọn 1 chế độ làm việc nặng nề nhất nhng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế Dòng điện tính toán ngắn mạch để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha.

Chọn các đại lợng cơ bản.

3.1.1 Chọn các điểm ngắn mạch

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

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

Chọn điểm ngắn mạch N3: để chọn khí cụ điện cho mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc coi nh F2 nghỉ, nguồn cung cấp là các máy phát điện khác và hệ thống.

Chọn điểm ngắn mạch N3: Khi tính toán chỉ kể thành phần do F2 cung cÊp. Điểm ngắn mạch N4 để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng, thực ra có thÓ lÊy IN4 = IN3 + IN3’.

3.1.2 Tính điện kháng các phần tử Điện kháng của hệ thống.

75 = 0,195 Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây

80 = 0,138 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B2, B3

Do UN%  25% nên ta phải bỏ qua hệ số .

+ Điện kháng của cao áp

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

160 = 0,072 + Điện kháng cuộn trung áp

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

160 = -0,003  0 + Điện kháng cuộn hạ áp:

160 = 0,128 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch.

3.1.3 Tính toán ngắn mạch theo điểm

E 4 a Tính dòng ngắn mạch tại N1:

Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có:

- Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

Tra đờng cong tính toán ta có:

I * () = 0,67 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

- Điện kháng tính toán phía nhà máy:

100 = 0,303 Tra đờng cong tính toán ta có:

I * () = 2,2 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:

* Dòng ngắn mạch tổng tại N1:

I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4,22 + 2,56 = 6.78 KA I”N1() = I”HT() + I”NM() = 4,71 + 1,66 = 6,37 KA + Dòng điện xung kích ixkN1 = √ 2 kxk.I”N1(0) = √ 2 1,8.6,78 = 17,26 KA b Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2

Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ ứng với điểm ngắn mạch N1 ta có sơ đồ rút gọn với điểm N2 nh sau:

0,572+0,108 = 0,091 Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng:

E Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5,06 + 6,33 = 11,39 KA I”N2() = I”HT() + I”NM() = 5,34 + 3,61 = 8,95 KA + Dòng điện xung kích ixkN2 = √ 2 kxk.I”N2 = √ 2 1,8.11,39 = 28,99 KA c Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3

Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

100 = 9,296 > 3 nên + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 16,56 + 12,99 = 29,55 KA I”N3() = I”HT() + I”NM() = 16,56 + 14,85 = 31,41 KA

+ Dòng điện xung kích ixkN3 = √ 2 kxk.I”N3 = √ 2 1,8.29,55 = 75,22 KA d Tính dòng ngắn mạch tại điểm N 3’

Sơ đồ thay thế Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

√ 3.10 ,5 = 7,84 KA + Dòng điện xung kích ixkN’3 = √ 2 kxk.I”N3 = √ 2 1,8.9,07 = 23,1 KA e Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4

I”N4(0) = I”N3’ + I”N3’ = 29,55 + 9,07 = 38,62 KA I”N4() = I”N3 + I”N3 = 31,41 + 7,84 = 39,25 KA + Dòng điện xung kích ixkN4 = √ 2 kxk.I”N4 = √ 2 1,8.38,62 = 98,31 KA Vậy bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phơng án 1.

Dòng điện Điểm ngắn mạch

Chọn điểm ngắn mạch tính toán sao cho dòng ngắn mạch lớn nhất có thể có, tất cả các nguồn phát cùng làm việc tơng tự nh phơng án 1.

Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán.

Lập sơ đồ thay thế.

Chọn các đại lợng cơ bản Scb = 100MVA

3.2.2 Tính điện kháng các phần tử

 Điện kháng của hệ thống

 Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây

 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2:

Do UN *%  25% nên ta bỏ qua hệ số 

+ Điện kháng cuộn cao áp:

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

160 = 0,072 + Điện kháng cuộn trung áp

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

160 = 0,003  0 + Điện kháng cuộn hạ áp

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

3.2.3 Tính toán ngắn mạch theo điểm a Tính dòng ngắn mạch tại N1

Nguồn cung cấp gồm hê thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế.

Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có:

Ghép các nguồn E12 và E34 ta có:

I * () = 0,67 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp

I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4,22 + 2,11 = 6,32 KA I”N1() = I”HT() + I”NM() = 4,71 + 1,62 = 6,33 KA + Dòng điện xung kích ixkN1 = √ 2 kxk.I”N1(0) = √ 2 1,8.6,32 = 16,09 KA b Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 ở cấp điện áp 110KV, tơng tự nh cấp điện áp 220KV nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống.

Ngắm mạch tại điểm N2 có tính chất đối xứng, các điện kháng đợc tính toán nh khi ngắn mạch tại điểm N1.

Ghép các nguồn E12 và E34 ta có:

Sơ đồ rút gọn: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5,34 + 6,02 = 11,36 KA I”N2() = I”HT() + I”NM() = 5,62 + 3,61 = 9,23 KA + Dòng điện xung kích ixkN2 = √ 2 kxk.I”N2 = √ 2 1,8.11,36 = 28,92 KA c Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3

Tính ngắn mạch tại điểm N3 nhằm chọn chí cụ điện mạch máy phát. Nguồn cugn cấp gồm hệ thống và các máy phát của nhà máy thiết kế trừ máy phát F1

Các điện kháng đợc tính toán nh sau:

Biến đổi Y(X3, X6, X7)  (X8, X9) bỏ nhánh cân bằng

0,095 = 0,318 Sơ đồ đơn giản Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống

100 = 6,608 > 3 nên + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp:

I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 23,3 + 17,32 = 40,62 KA I”N3() = I”HT() + I”NM() = 23,3 + 17,94 = 41,24 KA + Dòng điện xung kích ixkN3 = √ 2 kxk.I”N3 = √ 2 1,8.40,62 = 103,4 KA d Tính dòng ngắn mạch tại điểm N 3’

Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F1

√ 3.10 ,5 = 7,84 KA + Dòng điện xung kích ixkN’3 = √ 2 kxk.I”N3 = √ 2 1,8.9,07 = 23,1 KA e Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4

Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế Do đó ta có:

I”N4(0) = I”N3’ + I”N3’ = 40,62 + 9,07 = 49,69 KA I”N4() = I”N3 + I”N3’ = 41,24 + 7,84 = 49,08 KA + Dòng điện xung kích ixkN4 = √ 2 kxk.I”N4 = √ 2 1,8.49,69 = 126,49 KA Vậy ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phơng án 2.

Dòng điện Điểm ngắn mạch

Lựa chọn các thiết bị của sơ đồ nối điện chính

Chọn máy cắt cho mạch điện

Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cỡng bức ở những phần trớc ta chọn máy cắt theo các điều kiện sau:

- Loại máy cắt khí SF6 hoặc máy cắt không khí.

- Điều kiện ổn định động : ilđđ/ixk

- Điều kiện ổn định nhiệt : I 2 nhdm t nh®m/BN

2.a Tính toán dòng cỡng bức

- Đờng dây kép nối với hệ thống

+ Dòng cỡng bức đợc xét khi phụ tải hệ thống cực đại

√ 3 220 = 0,387 KA + Bộ máy phát điện - máy biến áp B1

Khi b×nh thêng SCmax = 39,2 MVA

Khi sù cè B2: SC = -22,7 MVA

√ 3 220 = 0,103 KA Vậy dòng điện cỡng bức ở cấp điện áp 220 KV là: 0,387 KA

√ 3 110 = 0,252 KA -Mạch đờng dây đơn:

Bộ máy phát điện - máy biến áp B4

Trung áp máy biến áp liên lạc B2 (B3)

Khi b×nh thêng: STmnax = 40,5 MVA

Khi sù cè B4: ST = 75MVA

Khi sù cè B2: ST = 81 MVA

√ 3.110 = 0,425 KA Vậy dòng điện cỡng bức ở cấp điện áp 110KV là: 0,425 KA

Vậy dòng cỡng bức của phơng án I là:

Bảng thông số máy cắt cho phơng án 1: §iÓm ngắn mạch

Thông số tính toán Loại máy cắt

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

2.b Tính toán dòng cỡng bức

-Đờng dây kép nối với hệ thống

+Dòng cỡng bức đợc xét khi phụ tải hệ thống cực đại

√ 3 220 = 0,387 KA +Bộ máy phát điện - máy biến áp B1:

Khi b×nh thêng: SCmax = 73,72 MVA

Khi sù cè B3: SC = 23,15 MVA

Khi sù cè B2: SC = 46,3 MVA

Vậy dòng điện cỡng bức ở cấp điện áp 220 KA là: 0,387 KA

√ 3 110 = 0,126 KA +Bộ máy phát điện - máy biến áp B3:

Trung áp máy biến áp B1 (B2)

Khi b×nh thêng: STmax = 6 MVA

Khi sù cè B3: ST = 40,5 MVA

Khi sù cè B1: ST = 12 MVA

Vậy dòng điện cỡng bức ở cấp điện áp 110 KV là: 0,41 KA

Vậy dòng cỡng bức của phơng án II là:

Bảng thông số máy cắt cho phơng án 2: §iÓm ngắn mạch

Thông số tính toán Loại máy cắt

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

3 Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối

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

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

- Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và xử lý sự cố.

- An toàn lúc vận hành và lúc sửa chữa.

- Hợp lý về kinh tế trên yêu cầu đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Trong thực tế khi lựa chọn khó đảm bảo toàn bộ các yêu cầu trên Do vậy khi có mâu thuẫn ta phải đánh giá một cách toàn diện trên quan điểm lợi ích lâu dài và lơị ích chung của toàn nhà máy.

 Phía 220KV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp đợc liên lạc với nhau bằng máy cắt liên lạc.

 Phía 110 KV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp nh phía cao áp.

 Phía 10,5 KV: không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm nhỏ so với công suất toàn bộ.

Sơ đồ nối điện phơng án 1.

 Phía 220KV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp đợc liên lạc với nhau bằng máy cắt liên lạc.

 Phía 110 KV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp nh phía cao áp.

 Phía 10,5 KV: không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm nhỏ so với công suất toàn bộ.

Sơ đồ nối điện phơng án 2.

Tính toán kinh tế - kỹ thuật Chọn phơng án tối u

Phơng án

+ Tính vốn đầu t cho thiết bị.

- Máy biến áp tự ngẫu có công suất 160 MVA, cấp điện áp cao 220KV có giá thành: VB = 800.10 7 đồng; KB = 1,4.

- Máy biến áp hai cuộn dây có công suất 80 MVA, có:

+ Với cấp điện áp 110 KV có V B 110 = 416.10 7 đồng; K B 110 = 1,5.

+ Với cấp điện áp 220 KV có V B 220 = 508.10 7 đồng; K B 220 = 1,4

Vậy nên đầu t máy biến áp phơng án 1 là:

VB1 = 2.1,4.800.10 7 + 1,4.508.10 7 + 1,5.416.10 7 = 3575,2.10 7 đồng Theo sơ đồ nối điện phơng án 1:

- Bên phía 220KV có 4 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 286.10 7 đồng.

- Bên phía 10,5KV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 54.10 7 đồng.

Vậy vốn đầu t cho phơng án 1:

V1 = 35752.10 6 + 17.480.10 6 = 53.232.10 6 đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm:

Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 8,4%.

100 = 4471,5.10 6 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra:

Ptt1 = 700.7860,45.10 3 = 5502,32.10 6 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phơng án 1:

P = Pkh1 + Ptt1 = 4471,5.10 6 + 5502,32.10 6 = 9973,82.10 6 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm:

Phơng án

+ Tính vốn đầu t cho thiết bị.

- Máy biến áp tự ngẫu có công suất 160 MVA, cấp điện áp cao 220KV có giá thành: VB = 800.10 7 đồng; KB = 1,4.

- Máy biến áp hai cuộn dây có công suất 80 MVA, có cấp điện áp

Vậy tiền đầu t máy biến áp phơng án 2 là:

VB1 = 2.1,4.800.10 7 + 2.1,5.416.10 7 = 3488.10 7 đồng Theo sơ đồ nối điện phơng án 2:

- Bên phía 10,5KV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 54.10 7 đồng.

Vậy vốn đầu t cho phơng án 2:

V1 = 34880.10 6 + 15860.10 6 = 50740.10 6 đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm:

Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 8,4%.

100 = 4262,2.10 6 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra:

Ptt1 = 700.792,49.10 3 = 5549,24.10 6 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phơng án 2:

P = Pkh2 + Ptt2 = 4262,2.10 6 + + 5549,24.10 6 = 9811,44.10 6 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm:

So sánh các phơng án để chọn phơng án tối u:

(10 6 đồng) Phí tổn vận hành

Ta thấy phơng án 2 có tổng vốn đầu t thấp, chi phí vận hành hàng năm thấp và hàm chi phí hàng năm nhỏ hơn so với phơng án 1 Vì vậy chọn phơng án tối u làm phơng án thiết kế nhà máy nhiệt điện.

Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn, thanh góp

Chọn máy cắt điện và dao cách ly

* Chọn máy cắt cho các mạch điện

Máy cắt điện là một thiết bị dùng trong mạng điện cao áp để đóng, cắt dòng điện phụ tải và đóng cắt ngắn mạch Đó là thiết bị đóng cắt, làm việc tin cậy Song giá thành cao nên chỉ dùng ở những nơi quan trọng.

- Máy cắt điện đợc chọn theo các điều kiện sau:

+ Loại máy cắt khí SF6 Hoặc máy cắt không khí

+ Điều kiện ổn định động : ilđđ  ixk

+ Điều kiện ổn định nhiệt : I 2 nhdm t nhdm  B

Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cỡng bức ở những phần trớc ta chọnd đợc các máy cắt có thông số sau:

Bảng thông số máy cắt cho phơng án 2:

Thông số tính toán Thông số định mức

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

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 sửa chữa thiết bị.

- Dao cách ly đợc chọn theo các điều kiện sau:

+ Điều kiện ổn định động : ilđđ  ixk

+ Điều kiện ổn định nhiệt : I 2 nhdm t nhdm  B

Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cỡng bức ra chọn đợc dao cách ly cho các cấp điện áp nh sau:

Bảng thông số dao cách ly. §iÓm ngắn mạch

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

Chọn thanh dẫn cứng

Thanh dẫn cứng dùng để nối từ máy phát tới cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai cuộn dây Tiết diện thanh dẫn đợc chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép nh đối với dây dẫn mềm. Để tận dụng diện tích mặt bằng ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thớc và khoảng cách giữa các pha.

5.2.1 Chọn tiết diện Điều kiện: I’CP >Ilvcb

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

mt = 25 0 C, nhiệt độ môi trờng xung quanh nơi đặt thanhd ẫn là: xq 35 0 C, nhiệt độ cho phép vận hành lâu dài cho phép của thanh dẫn: cp = 70 0 C.

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

Do đó: I’cb = 4,33 KA hay ICp 4,33

0,88 = 4,92 KA Tra bảng III (trang 125 - sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp - PGS Nguyễn Hữu Khái) ta chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có các thông số sau:

Tiết diện mét cùc mm 2

Mô men trở kháng cm 3

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

5.2.2 Kiểm tra ổn định động.

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: a = 90 cm l = 180 cm

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

- Mômen chống uốn tác dụng lên 1 nhịp thanh dẫn là:

- ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha:

* Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm.

- Lực tác dụng lên 1cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra:

- ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra. σ 2 = M 2

12 Wyy KG/cm 2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là:

Với thanh dẫn đồng: q = 1400 KG/cm 2 Vậy khoảng cách lớn giữa miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = √ 12.9,5 ( 1400−101 6 ,53 , 37 ) = 105,6 cm l2max < l = 180 cm

Do đó cần đặt số miếng đệm trên khoảng vợt giữa tai sứ là: n l l 2 max 0

Vậy cần đặt thêm một miếng đệm trên khoảng vợt giữa hai sứ.

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

E: Môđun đàn hồi của vật liệu, ECu = 1,1.10 6 KG/cm 2

Jy0y0: mô men quán tính, Jy0y0 = 625 cm 4 S: tiết diện thanh dẫn, S = 2.13,7 = 27,4 cm 4

: khối lợng riêng của vật liệu, Cu = 8,93 g/cm 3

Nằm ngoài khoảng 45-55 Hz và 90-110 Hz Vậy thanh dẫn đã chọn cũng thoả mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến dao động.

Chọn sứ đỡ thanh dẫn

Ta chọn loại sứ đặt trong nhà 0-10-2000 KB.Y3

Cấp điện áp : UđmS = 10 KV Lực phá hoại : Fph = 2000 Kg ChiÒu cao : H = 235 MM

235 = 712,97 kg0,6.Fph = 0,6.2000 = 1200 kgVậy điều kiện ổn định động của sứ F’tt  0,6.Fph đợc thoả mãn

Chọn dây dẫn và thanh góp mền

Dây dẫn đợc dùng 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 110KV tơng ứng Thanh góp ở các cấp điện áp này cũng đợc chọn là thanh dẫn mền, tiết diện dây dẫn mền đợc chọn theo điều kiện nhiệt độ cho phép trong chế độ làm việc lâu dài. ở đây ta dùng dây dẫn trần có nhiệt độ cho phép lâu dài Vcp = 70 0 C.

Ta coi nhiệt độ của môi trờng xung quanh V0 = 35 0 C.

Khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ.

Sứ víi Khc = √ V V cp cp −V −V 0 0 dm = √ 70−35 70−25 = 0,88

5.4.1 Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mền Điều kiện chọn là

I cb víi I cb là dòng điện làm việc cỡng bức của mạch đợcc chọn. hay Icb 1 k hc I cb

+Dòng điện cỡng bức là Icb = 0,387 KA

+Dòng điện cỡng bức là Icb = 0,41 KA

Từ đó chọn theo bảng X (trang 130 - Sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp - PGS Nguyễn Hữu Khái) ta có bảng thông số dây dẫn loại AC nh sau:

Bảng 5.2 Điện áp Mạch điện

Tiết diện chuÈn nhôm/thép

Tiết diện mm 2 Đờng kính mm

I cp (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép

220 KV PhÝa cao MBA và thanh góp 185/128 187 128 23.1 14.7 510

110 KV PhÝa trung MBA và thanh góp 240/32 244 31,7 21,6 7,2 610

5.4.2 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 (A 2 S)

Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1sec Khi đó có thể tính gần đúng xung lợng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ.

BNKCK2 = I } rSup { size 8{2} } } } { N2 ¿¿ ¿ T a = (11,36.10 3 ) 2 0,05 = 6,452.10 6 A 2 S Thành phần xung lợng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ đợc xác định theo phơng pháp giải tích đồ thị.

 §iÓm N1 ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N1 ta có:

Tra đờng cong tình toán ta có:

I0,1 = 0,56; I0,2 = 0,55; I0,5 = 0,54; I1 = 0,58 + Dòng ngắn mạch tại các điểm

I1 = 4,08 KA + Nhánh máy phát điện.

S cb = 0,351 Tra đờng cong tính toán ta có:

I0,1 = 2,4; I0,2 = 2,2; I0,5 = 2,1; I1 = 2,0 + Dòng ngắn mạch tại các điểm:

 Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N1 do hệ thống và nhà máy cung cấp:

I1N1 = 4,08 + 1,51 = 5,59 KA Tìm các trị số trung bình bình thờng

 Vậy ta có xung lợng nhiệt thành phần chu kỳ:

KA 2 S Vậy xung lợng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1:

Theo phần tính toán ngắn mạch.

S cb = 2,66 Tra đờng cong tình toán ta có:

I0,1 = 0,35; I0,2 = 0,36; I0,5 = 0,37; I1 = 0,375 + Dòng ngắn mạch tại các điểm

I1 = 5,27 KA + Nhánh máy phát điện.

S cb = 0,243 Tra đờng cong tính toán ta có:

I0,1 = 3,2; I0,2 = 2,9; I0,5 = 2,6; I1 = 2,4 + Dòng ngắn mạch tại các điểm:

 Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N2 do hệ thống và nhà máy cung cấp:

I1N2 = 5,27 + 3,61 = 8,88 KA Tìm các trị số trung bình bình thờng

 Vậy ta có xung lợng nhiệt thành phần chu kỳ:

BNCK =(111,95 + 91,89 + 86,05 + 81,01).0,1 = 37,09 KA 2 S Vậy xung lợng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N2:

BN2 = BNCK2 + BNKCK2 = 37,09 + 6,45 = 43,54 KA 2 S Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220KV và 110KV là:

Vậy các dây dẫn và thanh góp mền đã chọn ở bảng 5.2 đều đảm bảo ổn định nhiệt.

5.4.3 Kiểm tra điều kiện vầng quang. Điều kiện: Uvq = 84.m.r.lg a tb r

Trong đó: a: khoảng cách trung bình giữa các pha của dây dẫn (cm) r: bán kính ngoài của dây dẫn (cm) m: hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn, với dây AC: m = 0,85

Uvq : điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang Khi ba pha bố trí trên mặt phẳng ngang thì giá trị này cần giảm đi 4%.

 Đối với cấp điện áp 220KV

Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 185 mm 2 cã r = 1,155cm a = 500cm

Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang.

1,155 = 208 KV < 220KV Không thoả mãn điều kiện vầng quang Vì vậy ta cần chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn cho mạch cuộn cao máy biến áp liên lạc.

Chọn dây dẫn AC-400/32 có r = 1,33 cm.

 Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang Do đó dây dẫn AC-400 cũng thoả mãn điều kiện này.

 Đối với cấp điện áp 110KV

Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 240 mm 2 cã r = 1,08cm a = 300cm

Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang.

 Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang Do đó dây dẫn AC-240 cũng thoả mãn điều kiện này.

Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng

5.5.1 Cấp điện áp 220KV Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HK-220-58 một pha nối theo sơ đồ Y0/Y0/ có các thông số kỹ thuật sau: 3xHK-220-58.

Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle đợc chọn là TH-220-3T có các thông số kỹ thuật sau:

+ Dòng định mức: Iđmsc/IđmTC = 1200/5

+ Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 2 .

+ Điều kiện ổn định động: ilđđ = 108 KA > ixk = 16,09 KA.

- Các máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt.

Tơng tự cấp điện áp 220KV, để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HK-110-57 một pha nối theo sơ đồ

Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle đợc chọn là TH-110M

+ Dòng điện định mức: Iđmsc/IđmTC = 1500/5 A

+ Cấp chính xác 0,5 ứng với mỗi phụ tải định mức 0,8

+ Bộ số ổn định động: Kd = 75

+ Điều kiện ổn định động:

√ 2 K®.Isc®m = √ 2 75.1,5 = 159,1 KA > 28,92 KA Các máy biến dòng có dòng định mức sơ cấp lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt.

Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tơ nên ta dùng hai biến điện áp một pha nối kiểu V/V: 2xHOM-10 có các thông số kỹ thuật sau:

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

Tên đồng hồ Ký hiệu

Phụ tải biến điện áp

Công tơ phản kháng WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62

19,9 = 0,99 Vậy ta chọn hai biến điện áp loại 3HOM-10 có công suất định mức mỗi cái ứng với cấp chính xác 0,5 là 75 VA

Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp tới đồng hồ đo:

+ Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp:

Từ giá trị môđun và góc pha của dòng điện trong dây dẫn thứ cấp pha a và pha c ta có thể coi Ia = Ic.

Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và pha b

Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến đồng hồ là l = 60m Mạch điện có công tơ nên U%  0,5%.

Theo tiêu chuẩn độ bền cơ của dây dẫn đồng ta chọn dây dẫn có tiết diện S = 1,5 mm 2

Biến dòng điện đặt trên cả 3 pha, mắc theo sơ đồ hình sao, ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại TΠЩЩ10

Có các thông số kỹ thuật sau:

+ Cấp chính xác 0,5 có phụ tải định mức 0,8.

Công suất tiêu thụ của các cuộn dây máy biến dòng đợc phân bố nh sau:

Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải (VA)

Pha A và pha C mang tải nhiều nhất: S = 16,1

Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này:

5 2 = 0,644 Giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l = 30m.

Do ba pha cùng có máy biến dòng nên chiều dài tính toán ltt = l = 30m.

Tiết diện dây dẫn đồng:

Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = 4 mm 2 Điều kiện ổn định động của máy biến dòng kiểu thanh dẫn đợc quyết định bởi ổn định động của thanh dẫn Không cần kiểm tra ổn định nhiệt của máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A.

Sơ đồ đấu nối các dụng cụ đo vào BU và BI.

Chọn cáp, kháng và máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phơng

5.6.1 Chọn cáp cho phụ tải địa phơng

Phụ tải cấp điện áp máy phát 10,5KV gồm:

1 đờng dây cáp P = 3 MW, cos = 0,84.

4 đờng dây cáp đơn P = 1,5 MW, cos = 0,84

0 ,84 = 1,785 MVW Tiết diện cáp đợc chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế Jkt.

Trong đó: Ilvbt: dòng điện làm việc bình thờng.

- Các đờng cáp đơn có S = 1,785 MVA nên dòng điện làm việc bình thờng là:

- Các đờng cáp kép có S = 3,57 MVA nên dòng điện làm việc bình th- ờng là:

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

Tra bảng 44 sách mạng lới điện ta chọn cáp bọc giấy cách điện có

Tkt = 1,2A/mm 2 Tiết diện cáp đơn và cáp kép là:

Scáp 98,15 1,2 = 81,79 mm 2 Tra bảng chọn loại cáp ba pha lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy vỏ bằng chì đặt trong đất.

S = 98mm 2 ; U®m = 10,5 KV; ICP = 205A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài:

K1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ.

cp: nhiệt độ phát nóng cho phép cp = 60 0 C

’0: nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp ’cp = 25 0 C

0: nhiệt độ tínht toán tiêu chuẩn 0 = 15 0 C

K2: hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn có K2 = 1, với cáp kép K2 = 0,9.

I’cp = 0,88.1.205 = 180,4 A > Ilvbt = 98,1A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng khi làm việc cỡng bức. Theo quy trình thiết bị điện các cáp có cách điện bằng giấy tẩm dàu điện áp không quá 10KV trong ddiều kiện làm việc 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 qúa 5 ngày đêm.

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

I’cp = Kqt.K1.K2.Icp = 1,3.180,4 = 234,5 A > icb = 196,2A Vậy điều kiện phát nóng khi sự cố thoả mãn.

Kết luận: Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

5.6.2 Chọn kháng điện. a Chọn kháng điện đờng dây

Kháng điện đờng dây đợc chọn theo các tiêu chuẩn sau:

 Xác định dòng điện cỡng bức qua kháng:

Dòng cỡng bức qua kháng đợc giả thiết khi sự cố 1 kháng điện Lúc này công suất qua kháng còn lại là:

Ta chọn kháng điện PbA_10_750

Trong chơng tính ngắn mạch ta tính đợc dòng ngắn mạch tại điểm N4: I”N4 = 49,69 KA.

+ Điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4 là:

√ 3.10 , 5.49 , 69 = 0,11 + Điện kháng của cáp 1 là:

+ Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 là:

C1: hệ số cáp nhôm, C = 141. t1: thời gian cắt của máy cắt 1: t1 = 0,5 sec Dòng điện cắt của máy cắt hợp bộ Icđm = 20 KA

Thời gian cắt của máy cắt 2 nhỏ hơn 1 cấp so với máy cắt 1 nên: tcắtMC2 = tcắtMC1 - t = 0,5 - 0,2 = 0,3 sec

Ta phải chọn đợc kháng có Xk% sao cho hạn chế đợc dòng ngắn mạch nhỏ hơn hay bằng dòng cắt định mức của máy cắt đã chọn, đồng thời đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện đã chọn.

I”N5  (Ic®m1, InhS1) I”N6  (Ic®m2, InhS2) Vậy ta chọn khángc ó Xk% sao cho ngắn mạch tại N5 thì có dòng ngắn mạch I”N5  10,2 KA.

+ Khi ngắn mạch tại N5 thì điện kháng tính đến điểm ngắn mạch là:

Vậy ta chọn kháng đơn loại: PbA-10-750 có các thông số kỹ thuật là:

I®m = 750A b Kiểm tra kháng vừa chọn

+ Điện kháng tơng đối của điện kháng vừa chọn:

0,11+0,59 = 7,86 KA Thoả mãn điều kiện

I”N5  Icắtđm1 = 20 KA I”N5  InhS1 = 10,2 KA + Dòng ngắn mạch tại N6:

0,11+0,59+0,29 = 5,56 KA Thoả mãn điều kiện:

Kết luận: Vậy kháng điện đã chọn đảm bảo yêu cầu.

5.6.3 Kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phơng. Để kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phơng ta tính dòng ngắn mạch tại N5.

+ Dòng điện xung kích tại N5 là:

IXK = √ 2 1,8.7,86 = 20 KA Loại máy cắt điện ít dầu ở các trạm địa phơng theo đầu bài có thông số nh sau:

Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (KA) Icđm (KA) Ilđđ (KA)

- Điều kiện cắt : Icđn  I” = 7,86 KA

- Điều kiện ổn định động : ildd > ixk = 20 KA

Kết luận: Vậy máy cắt chọn thoả mãn điều kiện.

Chọn chống sét van

Chống sét van là thiết bị đợc ghép song song với thiết bị điện để bảo vệ chống quá điện áp khí quyển Khi xuất hiện quá điện áp, nó sẽ phóng điện tr- ớc làm giảm trị số quá điện áp đặt trên cách điện của thiết bị và khi hết quá điện áp sẽ tự động dập hồ quang điện xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thờng.

Chọn chống sét van cho thanh góp

Trên các thanh góp 220 KV và 110KV đặt các chống sét van với nhiệm vụ quan trọng là chống quá điênj áp truyền từ đờng dây vào trạm Các chống sét van này đợc chọn theo điện áp định mức của mạng.

Trên thanh góp 110KV ta chọn chống sét van loại pBC-110 có Uđm 110KV, đặt trên cả 3 pha.

Chọn chống sét van cho máy biến áp

a Chống sét van cho máy tự ngẫu

Các máy biến áp tự ngẫu do có sự liên hệ về điện 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 chèng sÐt van.

- Phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-

220, có Uđm = 220KV, đặt cả 3 pha.

- Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-110, có Uđm = 110KV đặt trên cả 3 pha. b Chống sét van cho máy biến áp hai cuộn dây

Mặc dù trên thanh góp 220KV đã đặt các chống sét van nhng đôi khi có những đờng sắt 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 nếu 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,

7 8 biện 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.

Từ đây ta chọn chống sét van loại PBM-110 có Uđm = 110 KV.

Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng

Chọn máy biến áp tự dùng

6.1.1 Chọn máy biến áp cấp 1.

Các máy biến áp cấp 1 có nhiệm vụ nhận điện từ thanh góp 10,5 KV cung cấp cho các phụ tải tự dùng cấp điện áp 6KV Còn lại cung cấp tiếp cho phụ tải cấp điện áp 0,4 KV Từ đó công suất của chúng cần phải chọn phù hợp với phụ tải cực đại của các động cơ ở cấp điện áp 6KV và tổng công suất của các máy biến áp cấp 2 nốt tiếp với nó.

Hệ số đồng thời K2 cũng bằng 0,9.

P1: tổng công suất tính toán của các máy công cụ với động cơ 6KV nối vào phân đoạn xét (KW).

P2: tổng công suất tính toán của các máy biến áp cấp 1 nối vào phân đoạn xét (MVA)

0,9: hệ số xét đến sự không đồng thời đầu tải của các máy công tác có động cơ 6KV và các máy biến áp cấp 2.

- Trong phạm vi thiết kế, nên ta chọn công suất của máy biến áp tự dùng cấp I theo công suất tự dùng cực đại của toàn nhà máy.

Stdmax = 24 MVA Bốn máy công tác có công suất:

4 24 = 6 MVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số nh sau:

MVA Điện áp (KV Tổn thất KW

UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ P0 PN

* Công suất của máy biến áp dự trữ cấp 1 đợc chọn phù hợp với chức năng của nó May biến áp dự trữ cấp 1 không chỉ dùng thay thế máy biến áp công tác khi sửa chữa mà còn cung cấp cho hệ thống tự dùng trong quá trình hoạt động dừng lò.

Do đó công suất cần chọn là:

4 24 = 9MVA Vậy ta chọn biến áp dầu có thông số nh bảng sau:

KVA Điện áp (KV) Tổn thất (KW)

6.1.2 Chọn máy biến áp cấp 2:

Các máy biến áp t dùng cấp 2 dùng để cung cấp cho các phụ tải cấp điện áp 380/220V và chiếu sáng Công suất của các loại phụ tải này thờng nhỏ nên công suất máy biến áp thờng đợc chọn là laọi có công suất từ: 630

 1.000 KVA Loại lớn hơn thờng không đợc chấp nhận vì giá thành lớn, dòng ngấn mạch phía thứ cấp lớn Gải thiết các phụ tải này chiếm 10% Công suất phụ tải cấp 1 Khi đó ta chọn công suất mỗi máy là:

100 6.10 3 = 6000 KVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số nh bảng sau:

KVA Điện áp (KV) Tổn thất (KW)

Cuén cao Cuén hạ Po PN

Chọn khí cụ điện tự dùng

* Chọn máy cắt hợp bộ: Để chọn máy cắt hợp bộ ta tính dòng điện ngắn mạch tại N5 dới máy biến áp tự dùng cấp I, với ngời cung cấp là cả hệ thống và các máy phát điện của nhà máy.

Nh ta đã tính ở chơng ngắn mạch: I '' N 4 I,69KA

Vậy điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch tại N4 là:

- Điện kháng máy biến áp tự dùng.

- Dòng điện ngắn mạch tại điểm N7

- Dòng điện xung kích tại điểm N7: iXKN7 = √ 2 kXK.I”N7 = √ 2 1,8.13,1 = 33,3A

Coi dòng điện làm việc cỡng bức bằng dòng điện làm việc ở mạch dự phòng khi khởi động hoặc dừng lò.

Vậy ta chọn loại máy cắt điện ít dầu có thông số nh sau:

Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (A) Icđm (KA) Ilđđ (KA)

Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho máy cắt vì có dòng định mức lớn hơn 1000A.

Xác định chế độ vận hành tối u của nhà máy theo phơng pháp quy hoạch động

Phơng pháp tính

Để giải bài toán phân bố công suất tối u cho các tổ máy của nhà máy nhiệt điện theo đặc tính tiêu hao nhiên liệu ta sử dụng phơng pháp quy hoạch động vì chi phí nhiên liệu cho dới dạng rời rạc.

Bài toán đặt ra là có 4 tổ máy nhiệt điện, trong thời gian t, cần xác định giá trị công suất của các tổ máy theo đặc tính nhiên liệu sao cho lợng tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất.

Có thể có hai trờng hợp có thể xảy ra: các tổ máy có thể đóng cắt trong phạm vi một ngày đêm (tơng đối với nhà máy thuỷ điện, nhà máy tuabin khí hoặc nhà máy nhiệt điện trong trờng hợp rất nhiêu công suất và biểu đồ phụ tải tổng của hệ thống lại thay đổi nhiều) Còn trờng hợp thờng hay xảy ra đối với nhà máy điện là các tổ máy không đợc đóng cắt trong phạm vi một ngày đêm (chỉ đóng cắt số tổ máy theo mùa).

Trong đồ án tốt nghiệp này ta chỉ xét trờng hợp các tổ máy làm việc đều suốt 24 giờ.

Bi(Pi): là chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ i.

Ppt: là nguồn vốn cần phân bố cho n đối tợng.

Pimin, Pimax: là công suất giới hạn cực đại và cực tiểu của tổ máy thứ i.

Giả sử đối tợng n nhận lợng công suất là Pn Dù Pn là bao nhiêu thì l- ợng công suất còn lại là (Ppt - Pn) ta cũng phải phân bố tối u cho (n-1) tổ máy còn lại. fn(Ppt) = Bn(Pn) + fn-1(Ppt - Pn) Trong đó:

Bn(Pn): là chi phí nhiên liệu cho tổ máy n khi công suất phát ra là Pn. fn-1(Ppt-Pn): là chi phí nhiên liệu khi phân bố lợng công suất (Ppt -

Pn) cho n-1 tổ máy còn lại.

Việc chọn tổ máy nào là tổ máy n không ảnh hởng đến tính toán Vấn đề là phải chọn Pn sao cho chi phí là nhỏ nhất. fn(Ppt) là chi phí nhiên liệu nhỏ nhất khi phân bố lợng công suất

Ppt cho n nhà máy điện Vì đây là biểu thức dới dạng tuỳ chứng nên quá trình giải diễn ra 2 quá trình thuận và ngợc.

Xây dựng đặc tính chi phí nhiên liệu tối u của nhà máy ta xác định cơ cấu tổ máy tối u Với những giá trị khác nhau khi bắt đầu từ bớc cuối cùng (1 tổ máy) sau đó hai bớc cuối cùng (2 tổ máy) rồi tiếp tục đến n bớc cuối cùng (n tổ máy).

Tìm lời giải có điều kiện đối với từng tổ máy tức là tìm Bi(Pi); i = 1, n; fi(Pi) = Bi(Pi)

 Xét hai tổ máy. f2(Ppt) = min {B2(P2) + f1(Ppt - P2)} (*)

Trong đó: f2(Ppt): là chi phí nhiên liệu nhỏ nhất khi phân phối Ppt cho hai tổ máy. f1(Ppt-P2): là chi phí nhiên liệu nhỏ nhất của tổ máy 1 khi có lợng phụ tải chung là Ppt và tổ máy 2 nhận P2. Chi phí nhiên liệu cho 2 tổ máy ta so sánh lấy giá trị theo biểu thức (*). ứng với bớc này để xác định lời giải tối u có điều kiện ta cần thực hiện

Cho giá trị Ppt không đổi, ta thay đổi giá trị P2 từ 0 đến P2max (hoặc từ

P2min) Với mỗi giá trị P2 ta tínhc chi phí nhiên liệu cho 2 tổ máy Sau đó so sánh giá trị min Nh vậy ứng với mỗi giá trị phụ tải Ppt trong trờng hợp 2 tổ máy ta đợc trị số tối u P2 (khi phụ tải là Pptmin) là công suất cần phát của tổ máy 2 Ngoài ra ta cũng tính đợc chi phí nhiên liệu cực tiểu khi phân phối

Pptmin cho 2 tổ máy là f2(Pptmin).

Ta cho số tổ máy tănglên là 3, quá trình trình tính toán cũng lập lại t- ơng tự nh đối với 2 tổ máy, lúc này thay đổi giá trị P3 (với Ppt cố định) Sau đó lại thay đổi Ppt Nh vậy ứng với 3 tổ máy ta cũng xác định đợc giá trị công suất tối u của tổ máy thứ 3 và giá trị cực tiểu của chi phí nhiên liệu cho 3 tổ máy nh sau: f3(Ppt) = min {B3(P3) + f2(Ppt - P3)}

Tơng tự ta xét tiếp cho 4 tổ máy, ta có:

Giả sử cần tìm phần bố tối u công suất cho các tổ máy ứng với công suất tổng cho trớc là Ppt Xuất phát từ bảng phân bố tối u công suất cho tổ máy thứ 4 ở bớc cuối cùng ta xác định đợc ngay công suất tối u Ký hiệu là

P4 t, dựa vào bảng phân bố tối u công suất cho 1, 2, 3 tổ máy ta xác định đợc công suất tối u cho tổ máy 3 Ký hiệu là P 3 t ư Khi đó phần công suất tối u còn lại của 2 tổ máy sẽ là:

Tơng tự ta lần lợt xác định đợc công suất tối u của mọi tổ máy ứng với công suất Ppt cho trớc.

Thay đổi giá trị cụ thể của Ppt trong phạm vi có thể vận hành đợc của nhà máy ta có toàn bộ phơng án vận hành tối u của nhà máy.

Tính toán cụ thể

Ta có đặc tính tiêu hao nhiên liệu của các tổ máy cho dới dạng bảng nh sau:

1 Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của toàn nhà máy tơng ứng với chi phí nhiên liệu cực tiểu

1.1 Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của hai tổ máy.

Ta thấy công suất phát của mỗi tổ máy giới hạn trong 30-60 MVA. Với mỗi giá trị của phụ tải từ 60-120 MVA ta đều có thể lựa chọn tổ hợp máy phát mà chi phí tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất.

P  Phân bố tối u công suất

Bảng tổng kết đặc tính tiêu hao nhiên liệu của 2 tổ máy (P1, P2) nh sau:

B1,2 32,2 32,9 34,9 36,7 38,8 40,1 45,9 50,2 55,1 60,2 65,2 71,4 79,4 1.2 Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của 3 tổ máy.

Dựa vào kết quả của phần xây dựng đặc tính đẳng trị của 2 tổ máy ta lập đợc bảng.

Bảng tổng kết đặc tính tiêu hao nhiên liệu của 3 tổ máy (P1, P2, P3)

1.3 Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu của cả 4 tổ máy.

Dựa vào kết quả tính đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của 3 tổ máy đã tính ta lập đợc bảng.

B  153,2 Bảng tổng kết đặc tính tiêu hao nhiêu liệu của cả 4 tổ máy.

B 104,6 109,5 114,5 119,6 124,6 130,8 137,6 145,2 153,2 Đờng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị toàn nhà máy.

2 Thiết lập bảng phân bố tối u công suất giữa các tổ máy theo bậc công suất phát tổng của nhà máy

Từ đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của toàn nhà máy ta thực hiện quá trình thuận xác định công suất phát tối u của từng tổ máy Từ đó lậpd đ- ợc bảng phân bố tối u công suất của toàn nhà máy.

Bảng phân bố tối u công suất của toàn nhà máy.

PNM P1 Phân bố tối u công suấtP2 P3 P4 B

3 Xác định chế độ vận hành tối u của nhà máy ứng với biểu đồ công suất đã cho (biểu đồ phát công suất tổng trong ngày) Xác định chi phí nhiên liệu tổng.

Ta có đồ thị phụ tải toàn nhà máy nh sau:

Từ đồ thị phụ tải toàn nhà máy mà ta xaya dựng đợc bảng vận hành tối u cho nhà máy theo yêu cầu của phụ tải trong từng thời điểm khác nhau.

Bảng phơng án vận hành tối u.

Phân bố công suất tối u

B (tÊn/giê) Sè giê vận hành Btổng

Do trí số P lẻ, không có trong bảng đặc tính tiêu hao nhiên liệu nên ta phải dùng phơng pháp sội suy tuyến tính.

Công thức nội suy tuyến tính cho điểm (P*, B*)

124,6−119,6 220−215 (216 - 215) = 120,6 Tổng nhiên liệu tiêu hao cho toàn bộ nhà máy trong 1 ngày đêm là:

4 So sánh chi phí nhiên liệu

Xác định đợc theo chế độ vận hành tối u và chế độ phân bố đều công suất cho các tổ máy. t (h)

Tiêu đề	Thiết Kế Nhà Máy Điện
Trường học	Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Hệ Thống Điện
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	676,8 KB