Đồ án môn học nhà máy điện thiết kế phần điện trong nhà máy thủy điện

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHÀ MÁY ĐIỆN THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Sinh viên thực hiện: Mã sinh viên: Giảng viên hướng dẫn: Ngành: BÙI TRỌNG TIẾN 2062011030 TS MA THỊ THƯƠNG HUYỀN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp: D15H16B Khoá: 2020-2024 Hà Nội, tháng 12 năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi, Bùi Trọng Tiến, cam đoan nội dung đồ án thực hướng dẫn TS Ma Thị Thương Huyền Các số liệu kết đồ án trung thực chưa công bố cơng trình khác Các tham khảo đồ án trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian nơi cơng bố Nếu khơng nêu trên, tơi hồn tồn chịu trách nhiệm đồ án Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Người cam đoan (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy giáo, cô giáo của trường Đại học Điện lực, đặc biệt là các thầy cô khoa Kĩ thuật điện, các thầy cô đã dìu dắt, trang bị kiến thức quý báu cho em suốt quá trình học tập tại trường Những kiến thức quý báu và sự giúp đỡ của các thầy cô hành trang giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ của một kĩ sư tương lai cũng cuộc sống Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn cô TS Ma Thị Thương Huyền đã hướng dẫn tận tình giúp em có kiến thức sâu rộng mơn Nhà Máy Điện để em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Trong trình làm bài, với cố gắng thân nhiều trợ giúp thầy cô, bạn bè em hồn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên kiến thức hạn chế nên làm em cịn nhiều thiếu sót Do kính mong nhận góp ý, bảo thầy giáo để em hồn thiện đồ án có thêm kinh nghiệm cho mai sau Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC CHƯƠNG : TÍNH TỐN CÂN BẰNG CƠNG SUẤT, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN 1.1 Chọn máy phát điện 1.2 Tính tốn cân cơng suất tồn nhà máy 1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy 1.2.2 Công suất điện tự dùng 1.2.3 Công suất phụ tải trung áp 1.2.4 Công suất phụ tải cao áp 1.2.5 Cân công suất toàn nhà máy 1.3 Đề xuất phương án nối điện cho nhà máy .5 1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất phương án nối điện 1.3.2 Đề xuất phương án CHƯƠNG : TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP .10 2.2 Phân bố công suất cấp điện áp MBA 10 2.3 Chọn loại công suất định mức MBA 11 2.4 Tính tốn tổn thất điện MBA 17 CHƯƠNG : TÍNH TỐN KINH TẾ - KỸ THUẬT 20 3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 20 3.2 Tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu .21 3.2.1 Tổng quan chung 3.2.2 Tính tốn cụ thể phương án CHƯƠNG : TÍNH TỐN NGẮN MẠCH .23 4.1 Chọn điểm ngắn mạch 23 4.2 Kết tính tốn ngắn mạch .24 CHƯƠNG : CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN .25 5.1 Dòng điện làm việc dòng điện cưỡng 25 5.1.1 Cấp điện áp cao 220 kV 5.1.2 Cấp điện áp trung 110 kV 5.1.3 Cấp điện áp 10,5 5.2 Chọn máy cắt dao cách ly .27 5.2.1 Chọn máy cắt (MC) 5.2.2 Chọn dao cách ly (DCL) 5.3 Chọn góp cứng đầu cực máy phát .28 5.3.1 Chọn góp cứng 5.3.2 Chọn sứ đỡ góp cứng 5.4 Chọn dây dẫn, góp mềm phía điện áp cao trung 31 5.4.1 Chọn tiết diện dây dẫn góp mềm 5.4.2 Kiểm tra ổn định nhiệt ngắn mạch 5.4.3 Kiểm tra điều kiện vầng quang 5.5 Chọn máy biến áp đo lường 33 5.5.1 Chọn máy biến điện áp BU 5.5.2 Chọn máy biến dòng điện BI 5.6 Chọn chống sét van .37 CHƯƠNG : TÍNH TỐN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ SƠ ĐỒ CUNG CẤP ĐIỆN TỰ DÙNG 38 6.1 Sơ đồ nối điện tự dùng 38 6.2 Chọn máy biến áp .39 6.2.1 Chọn máy biến áp tự dùng riêng 6.2.2 Chọn máy biến áp tự dùng chung 6.3 Chọn khí cụ điện sơ đồ tự dùng 40 6.3.1 Chọn máy cắt 6.3.2 Chọn dao cách ly 6.3.3 Chọn aptomat cầu dao PHỤ LỤC: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 43 Tính tốn điện kháng cho phần tử sơ đồ thay 43 Tính dịng ngắn mạch theo điểm 44 2.1 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N1 2.2 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N2 2.3 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N3 2.4 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N3’ 2.5 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N4 PHỤ LỤC 2: TÍNH XUNG LƯỢNG NHIỆT CỦA DỊNG NGẮN MẠCH 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Thông số máy phát điện Bảng 1.2: Cơng suất tồn nhà máy Bảng 1.3: Công suất điện tự dùng .2 Bảng 1.4: Công suất phụ tải trung áp Bảng 1.5: Công suất phụ tải cao áp .4 Bảng 1.6: Công suất phát hệ thống Bảng 2.2: Phân bố công suất MBA liên lạc AT2, AT3 .11 Bảng 2.3: Thông số MBA cuộn dây T1, T4 T5 12 Bảng 2.4: Thông số MBA liên lạc tự ngẫu AT2, AT3 13 Bảng 2.5: Tổng hợp công suất cấp ứng với 13 Bảng 2.6: Tổng hợp công suất cấp ứng với 16 Bảng 2.7: Tổn thất điện MPĐ-MBA cuộn dây T1,T4,T5 18 Bảng 2.8: Tổn thất công suất ngắn mạch MBA tự ngẫu .18 Bảng 2.9: Tổn thất điện MBA tự ngẫu 19 Bảng 3.1: Vốn đầu tư MBA phương án 22 Bảng 3.2: Vốn đầu tư TBPP phương án 22 Bảng 3.3: Tổng hợp vốn đầu tư chi phí vận hành phương án 22 Bảng 4.1: Bảng tổng hợp giá trị dòng ngắn mạch điểm 24 Bảng 5.1: Bảng tổng kết dòng cưỡng 27 Bảng 5.2: Thông số loại máy cắt 27 Bảng 5.3: Thông số loại dao cách ly 28 Bảng 5.4: Thơng số góp cứng đầu cực máy phát .29 Bảng 5.5: Thông số sứ đỡ cứng 30 Bảng 5.6: Thông số dây dẫn góp mềm cấp điện áp 220kV 110kV 32 Bảng 5.7: Thông số phụ tải BU 34 Bảng 5.8: Thông số BU cấp điện áp 10,5 kV 34 Bảng 5.9: Thông số BU cấp điện áp 110kV 220kV .35 Bảng 5.10: Thông số BI cấp điện áp 10,5 kV .36 Bảng 5.11: Phụ tải đồng hồ cấp điện áp 10,5 kV 36 Bảng 5.12: Thơng số BI cấp điện phía 110kV 220kV 37 Bảng 5.13: Thông số CSV 37 Bảng 6.1: Thông số MBA tự dùng riêng 39 Bảng 6.2: Thông số MBA tự dùng chung 39 Bảng 6.3: Thơng số máy cắt phía tự dùng 40 Bảng 6.4: Thơng số dao cách ly phía tự dùng 41 Bảng 6.5: Thông số aptomat .42 Bảng 6.6: Thông số cầu dao hạ áp .42 Chương 6: Tính tốn lựa chọn phương án sơ đồ cung cấp điện tự dùng Bảng 6.1: Thông số dao cách ly phía tự dùng Thơng số tính tốn Udm Icb I’’ Ixk (kV) (kA) (kA) (kA) 10,5 0,088 66,059 168,160 Thông số định mức Loại dao cách ly UdmCL IdmCL Ilđđ (kV) (kA) (kA) PBK-20/7000 20 250 Dao cách ly chọn có dịng định mức lớn 1000A lớn I cb nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt 6.3.3 Chọn aptomat cầu dao Tính ngắn mạch Chọn điểm ngắn mạch N7 (phía sau Btd) Coi nguồn cấp cho điểm ngắn mạch N7 nguồn có cơng suất vơ lớn (X=0) Ta có sơ đồ thay thế: - Tổng trở máy biến áp Btd: Vậy - Dòng ngắn mạch siêu độ điểm N7: - Dòng điện xung kích N7: - Ta coi dịng làm việc cưỡng dòng làm việc mạch tự dùng chung : Chọn Aptomat - Điều kiện chọn áptomat: 44 Chương 6: Tính tốn lựa chọn phương án sơ đồ cung cấp điện tự dùng + Uđm ≥ Uđm.mạng = 0,4 (kV); + Iđm ≥ Icb = 2,309 (kA); + Ic.đm ≥ I”N = 41,27 (kA) Ta chọn áptomat có thơng số cho bảng sau: Bảng 6.1: Thông số aptomat Loại Uđm (V) Iđm (A) IN (kA) M32 690 3200 75 Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho aptomat aptomat có Iđm > 1000A Chọn cầu dao hạ áp - Điều kiện chọn: + UdmCD ≥ Udm= 0,4 (kV); + IdmCD ≥ Icb = 2,309 (kA); + Iđ đm ≥ ixk = 90,46 (kA) Ta chọn cầu dao có thơng số sau: Bảng 6.2: Thông số cầu dao hạ áp Loại CD UdmCD (V) IdmCD (A) INmax (kA) INS2500 690 2500 105 Ta khơng cần kiểm tra ổn định nhiệt cầu dao chọn có Idm > 1000A 45 PHỤ LỤC: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 1.Tính tốn điện kháng cho phần tử sơ đồ thay Sơ đồ thay tồn nhà máy cho tính tốn ngắn mạch lập hệ đơn vị tương đối Để lập sơ đồ thay trước hết ta phải chọn công suất Scb điện áp Ucb Chọn Scb = 100 MVA; Ucb = Utb cấp điện áp (230; 115; 10,5 kV) a) Máy phát điện: SđmF =68,75 MVA, b) Đường dây: Nhà máy nối với hệ thống đường dây kép, L = 70 km, x0 = 0,4Ω/km; Utb = 230 kV c) Máy biến áp: - Máy biến áp cuộn dây: - Máy biến áp tự ngẫu: + Điện áp ngắn mạch cấp MBA tự ngẫu: tính theo công thức MBA cuộn dây (do cho theo công suất định mức) sau: + Điện kháng ngắn mạch cấp MBA tự ngẫu: 46 Phụ lục: Tính tốn ngắn mạch d) Hệ thống điện: SđmHT = 3000MVA, = 0,5 Tính dịng ngắn mạch theo điểm 2.1 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N1 2.1.1 Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản Sơ đồ thay ngắn mạch pha: EHT XHT XD N1 XT1 C XAT T XAT C XAT T XAT H XAT XT4 XT5 H XAT XS XS XS XS XS E1 E2 E4 E5 E3 Hình P.1: Sơ đồ thay điểm ngắn mạch N1 Sơ đồ thay có trục đối xứng hình vẽ, ta có: 47 Phụ lục: Tính tốn ngắn mạch Ta sơ đồ rút gọn sau: E1 EHT N1 X1 X2 X4 E23 X5 E45 X3 Ta có: X6 = X3 nt (X4 // X5) Ta có sơ đồ sau: EHT E1 N1 X1 X2 E2345 X6 Ta có: Như ta sơ đồ rút gọn cuối cùng: EHT EStd N1 X1 X7 2.1.2 Tính tốn dịng ngắn mạch - Dòng ngắn mạch siêu độ điểm ngắn mạch N1: - Dịng điện xung kích: 48 Phụ lục: Tính tốn ngắn mạch 2.2 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N2 2.2.1 Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản EHT XHT XD XT1 C XAT C XAT N2 T XAT T XAT H XAT XT4 XT5 H XAT XS XS XS XS XS E1 E2 E4 E5 E3 Hình P.2: Sơ đồ thay điểm ngắn mạch N2 Tương tự điểm ngắn mạch N1, sơ đồ có trục đối xứng hình vẽ Nhập song song nhánh E2 E3, nhánh E4 E5 ta có sơ đồ sau: EHT X1 E1 X2 N2 X4 E23 X5 E45 X3 Biến đổi (X1, X2, X3) → tam giác thiếu (X7, X8): 49 Phụ lục: Tính tốn ngắn mạch Ta có sơ đồ sau: EHT E1 N2 X7 X8 E2345 X6 Ta có: Như ta sơ đồ rút gọn cuối cùng: EHT EStd N2 X7 X9 2.2.2 Tính tốn dịng ngắn mạch - Dịng ngắn mạch siêu độ điểm ngắn mạch N2: - Dòng điện xung kích: 2.3 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N3 2.3.1 Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản Ta có sơ đồ thay đây: 50 Phụ lục: Tính tốn ngắn mạch EHT XHT XD C XAT XT1 H XAT XS N3 E1 C XAT T XAT T XAT XT4 XT5 XS XS E4 H XAT XS E5 E3 Hình P.3: Sơ đồ thay điểm ngắn mạch N3 Ta có: XT = Ta có sơ đồ rút gọn sau: 51 Phụ lục: Tính tốn ngắn mạch EHT X1 E1 X2 X5 E3 X4 E45 X3 H XAT N3 - Biến đổi (X1, X2, X3) → tam giác thiếu (X8, X9): Ta có sơ đồ sau: EHT E1 X7 X8 E345 X6 H XAT N3 Ta có sơ đồ sau: 52 Phụ lục: Tính tốn ngắn mạch EHT X7 E1345 X9 H XAT N3 - Biến đổi (X7, X9, ) tam giác thiếu (X10, X11): Ta sơ đồ rút gọn cuối sau: EHT E1345 N3 X10 X11 2.3.2 Tính tốn dịng ngắn mạch - Dịng ngắn mạch siêu độ điểm ngắn mạch N3: - Dòng điện xung kích: 2.4 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N3’ N3' E2 XS Hình P 1: Sơ đồ thay điểm ngắn mạch N3’ - Dòng ngắn mạch siêu độ điểm ngắn mạch N3’: - Dòng điện xung kích: 2.5 Tính tốn cho điểm ngắn mạch N4 - Dòng ngắn mạch siêu độ điểm ngắn mạch N4: 53 Phụ lục: Tính tốn ngắn mạch - Dịng điện xung kích: 54 PHỤ LỤC 2: TÍNH XUNG LƯỢNG NHIỆT CỦA DÒNG NGẮN MẠCH a, Xung lượng nhiệt dịng ngắn mạch thành phần khơng chu kỳ (BNkck) Giả thiết thời gian tồn ngắn mạch 1s tính gần xung lượng nhiệt thành phần dịng điện ngắn mạch khơng chu kì: (Với lưới có U > 1000V lấy = 0,05s ) Thay số vào ta kết quả: b) Xung lượng nhiệt dòng điện ngắn mạch thành phần chu kì (BNck ) Xung lượng nhiệt thành phần dịng điện ngắn mạch chu kì xác định theo phương pháp giải tích đồ thị: Đối với mạng điện áp cao (điểm ngắn mạch N1) - Tính dịng ngắn mạch theo thời gian (t=0,1s; 0,2s; 0,5s; 1s) Từ tính tốn chương 4, ta có: + Với nhánh hệ thống: Tra đường cong tính tốn Hình 3.3a, tài liệu (1) ta giá trị: + Với nhánh máy phát: Tra đường cong tính tốn ta giá trị: + Dòng ngắn mạch N1 thời điểm đơn vị (kA) nhà máy hệ thống cung cấp là: 55 Phụ lục 2: Tính xung lượng nhiệt dịng ngắn mạch - Tìm trị số trung bình bình thường: Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kì điểm ngắn mạch N1: Với cấp điện áp trung ( Điểm ngắn mạch N2) Tính dịng ngắn mạch theo thời gian (t=0,1s; 0,2s; 0,5s;1s) Từ tính tốn chương 4, ta có: + Với nhánh hệ thống: Tra đường cong tính tốn ta giá trị: + Với nhánh máy phát: Tra đường cong tính tốn ta giá trị: + Như dòng ngắn mạch điểm N2 thời điểm t hệ thống nhà máy cung cấp: 56 Phụ lục 2: Tính xung lượng nhiệt dịng ngắn mạch - Tìm trị số trung bình bình thường: Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kì:  Tính xung lượng nhiệt dịng ngắn mạch BN + Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch điểm N1 là: + Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch điểm N2 là: 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Phạm Văn Hòa Thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp Hà Nội : Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 PGS.TS Phạm Văn Hòa Ngắn mạch đứt dây hệ thống điện Hà Nội : Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 58