đố án môn học thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện 4 x 63 mw

Một cách gần đúng có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà áy nhiệt điện theo công thức sau: costd: hệ số công suất tự dùng SdmG: công suất định mức của một tổ máy PđmG: Công suất tác

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Hoàng Giang

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬChuyên ngành: Hệ thống điện

Lớp: D15H1Khóa:2020-2025

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Hoàng Giang

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬChuyên ngành: Hệ thống điện

Lớp: D15H1Khóa:2020-2025

Hà Nội, tháng 03 năm 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi, Đoàn Quốc Thái cam đoan những nội dung trong đồ án này là do tôithực hiện dưới sự hướng dẫn của GVHD: TS Vũ Hoàng Giang Các số liệu và kết

quả trong đồ án là trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác Các tham khảo trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian và nơi công bố Nếu không đúng như đã nêu trên, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về đồ án của mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2024

Người cam đoan ( Ký và ghi rõ họ tên )

Đoàn Quốc Thái

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành bày tỏ lòng kính trọng và cảm ơn sâu sắc tới TS Vũ HoàngGiang, giảng viên khoa Kỹ Thuật Điện - trường đại học Điện Lực, người đã trực

tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, Khoa Kỹ Thuật Điện, cùng các giảng viên trường Đại học Điện Lực đã hướng dẫn em trong các khóa học trước và hoàn thành đồ án này.

Đồng thời em cũng không thể không nhắc đến công ơn tình cảm và những lời động viên đầy ý nghĩa từ phía những người thân trong gia đình đã cho em một hậu phương vững chãi giúp em toàn tâm toàn ý hoàn thành việc học tập của mình.

Cuối cùng em xin gửi tới toàn thể bạn bè những lời biết ơn chân thành về những tình bạn tốt đẹp và những sự giúp đỡ hỗ trợ quý báu mà mọi người đã dành cho em trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện đồ án này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2024

Sinh viên

Đoàn Quốc Thái

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM

1 Tiều luận thực hiện đầy đủ các nội dung giao

2 Các kết quả tính toán, nội dung trong báo cáo chính xác, hợp lý 3 Hình thức trình bày của báo cáo

Hà Nội, ngày … tháng… năm

Giáo Viên Chấm 1 Giáo viên chấm 2

1.2 Tính toán cân bằng công suất 12

1.2.1 Phụ tải toàn nhà máy 12

1.2.2 Phụ tải tự dùng 13

1.2.3 Công suất phụ tải cấp điện áp địa phương 13

1.2.4 Công suất phụ tải cấp điện áp trung áp 14

1.2.5 Cân bằng công suất phát về hệ thống 14

1.2.6 Phụ tải tổng hợp 15

1.3 Đề xuất phương án nối điện cho nhà máy 16

1.3.1 Cơ sở đề xuất các phương án nối điện 16

1.3.2 Các phương án sơ đồ nối dây 17

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 20

2.1 Phương án 1 20

2.1.1 Phân bố công suất của MBA lúc bình thường 20

2.1.2 Chọn máy biến áp cho phương án 22

2.1.3 Kiểm tra điều kiện quá tải khi sự cố 23

2.1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 25

2.2 Phương án 2 27

2.2.1 Phân bố công suất của MBA lúc bình thường 27

2.2.2 Chọn máy biến áp cho phương án 28

2.2.3 Kiểm tra điều kiện quá tải khi sự cố 28

2.2.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 31

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KINH TẾ-KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 33

3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 33

CHƯƠNG 5: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 50

5.1 Tính toán dòng điện làm việc và dòng điện cưỡng bức 50

5.3.2 Chọn kháng điện đường dây 55

5.4 Chọn thanh góp cứng đầu cực máy phát 58

5.4.1 Chọn loại và tiết diện 58

5.4.2 Kiểm tra ổn định động và ổn định nhiệt 60

5.4.3 Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng 61

5.4.4 Chọn sứ đỡ 62

5.5 Chọn dây dẫn, thanh góp mềm phía điện áp cao và trung 63

5.5.1 Chọn thanh góp cấp điện áp 220 kV 63

5.5.2 Chọn thanh góp cấp điện áp 110 kV 65

5.6 Chọn thiết bị đo lường 67

5.6.1 Chọn máy biến điện áp (BU) 67

5.6.2 Chọn máy biến dòng điện (BI) 69

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Bảng 1-1: Thông số máy phát điện……….……12

Bảng 1-2: Bảng biến thiên công suất nhà máy trong ngày……….….….12

Bảng 1-3: Bảng biến thiên công suất của nhà máy theo thời gian……….… 13

Bảng 1-4: Bảng công suất phụ tải cấp điện áp địa phương……… 14

Bảng 1-5: Bảng công suất phụ tải cấp điện áp trung áp……… 14

Bảng 1-6: Bảng biến thiên công suất phát về hệ thống……….… 15

Bảng 1-7: Bảng tổng hợp phụ tải của nhà máy theo từng thời điểm……… 15

Bảng 1-8: Giá trị cực đại và cực tiểu của từng phụ tải……… 16

Bảng 2-1: Bảng phân bố công suất cho các cuộn dây MBA tự ngẫu phương án 1…21Bảng 2-2: Thông số máy biến áp hai cuộn dây T1, T4……….……… 22

Bảng 2-3: Thông số kỹ thuật máy biến áp tự ngẫu AT2, AT3……… 23

Bảng 2-4: Tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây……… ……25

Bảng 2-5: Tổn thất công suất ngắn mạch của MBA liên lạc………26

Bảng 2-6: Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu ……… …26

Bảng 2-7: Bảng phân bố công suất cho các cuộn dây MBA tự ngẫu phương án 28

Bảng 2-8: Tổn thất điện năng trong MBA của 2 phương án……… ……32

Bảng 3-1: Hệ số chuyên chở, lắp đặt, giá thành ,máy biến áp……….37

Bảng 3-2: Giá thành mạch thiết bị phân phối……… 37

Bảng 3-3: Tính toán vốn đầu tư máy biến áp hai phương án……… …37

Bảng 3-4: Tính toán vốn đầu tư thiết bị phân phối hai phương án………38

Bảng 3-5: Tính toán chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật hai phương án……… ….38

Bảng 4-1: Bảng tóm tắt các điểm ngắn mạch……… …… 40

Bảng 4-2: Bảng kết quả dòng điện các vị trí ngắn mạch……… 49

Bảng 5-1: Dòng cưỡng bức các cấp điện áp……… 51

Bảng 5-2: Chọn máy cắt điện cho từng cấp điện áp……….………52

Bảng 5-3: Chọn dao cách ly cho từng cấp điện áp……… ………… 53

Bảng 5-4: Bảng thông số kỹ thuật cáp đường dây kép……….54

Bảng 5-5: Bảng thông số kỹ thuật cáp đường dây đơn……… … 55

Bảng 5- 6: Bảng thông số kỹ thuật kháng điện……….57

Bảng 5-7: Bảng thông số máy cắt cáp 1……….58

Bảng 5-8: Thông số thanh dẫn cứng đầu cực máy phát……….……… 59

Bảng 5-9: Bảng thông số sứ……….62

Bảng 5-10: Thông số ký thuật thanh góp mềm cấp điện áp 220 kV………63

Bảng 5-11: Tính toán xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ (ngắn mạch N1)………65

Bảng 5-12: Thông số ký thuật thanh góp mềm cấp điện áp 110 kV………66

Bảng 5-13: Tính toán xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ (ngắn mạch N2)………67

Bảng 5-14 : Thông số các dụng cụ phụ tải của BU……… 68

Bảng 5-15 : Thông số BU cấp điện áp 10,5 kV……… 68

Bảng 5-16 : Thông số BU cấp điện áp 110 kV và 220 kV……….69

Bảng 5-17 : Thông số BI cấp điện áp máy phát………70

Bảng 5-18: Thông số các dụng cụ phụ tải BI……….71

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Đồ thị phụ tải của nhà máy………15

Hình 1-2: Sơ đồ nối dây phương án 1………17

Hình 1-1: Sơ đồ nối dây phương án 2………18

Hình 1-2: Sơ đồ nối dây phương án 3………19

Hình 2-3: Sơ đồ nối dây phương án 1……….20

Hình 2-2: Sơ đồ nối dây phương án 2……… …27

Hình 3-1: Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 1……… 34

Hình 3-2: Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 2……… 35

Hình 4-1: Vị trí ngắn mạch trên sơ đồ……… 41

Hình 4-2: Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch toàn nhà máy……….42

Hình 4-3: Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm N1……….…….44

Hình 4-4: Sơ đồ rút gọn ngắn mạch tại điểm N1……… 44

Hình 4-5: Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm N2……… …45

Hình 4-6: Sơ đồ rút gọn ngắn mạch tại điểm N2……… ….46

Hình 4-7: Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm N3……….…47

Hình 4-8: Sơ đồ rút gọn ngắn mạch tại điểm N3……… …48

Hình 4-9: Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại điểm N3’……… …49

Hình 5-1: Sơ đồ kháng đơn cấp điện cho phụ tải địa phương……… … 56

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN PHẦN ĐIỆN TRONG NMĐ&TBA

Họ và tên sinh viên: Đoàn Quốc Thái Mã số sinh viên: 20810110174 Lớp: D15H1 Mã đề: 41

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆNI Nội dung:

Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện gồm n tổ máy, công suất của mỗi tổ máy bằng PđmG (MW), hệ số tự dùng αtd, hệ số công suất costd Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải sau:

1) Phụ tải cấp điện áp máy phát có công suất cực đại PmaxUG (MW); cosUG, gồm nk1kép x Pk1 (MW) x lk1 (km) và nd1 đơn x Pd1 (MW) x ld1 (km) Tại địa phương dùng cáp

nhôm, vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất bằng Fmin = 70 mm2; máy cắt hợp bộ có dòng điện

cắt định mức bằng ICđm = 20 kA và thời gian cắt định mức tCđm = 0,7s

2) Phụ tải cấp điện áp trung có công suất cực đại PmaxUT (MW); cosUT, (UTđm = 110

kV), gồm nk2 kép x Pk2 (MW) và nd2 đơn x Pd2 (MW).

3) Phụ tải điện áp cấp điện áp cao: không có

Nhà máy được liên lạc với hệ thống điện bằng đường dây kép 220 kV có chiều dài l

(km) Hệ thống có công suất bằng SđmHT (MVA), điện kháng ngắn mạch tính đến thanh

góp phía hệ thống Xht, công suất dự phòng quay của hệ thống: SdtHT = .SđmHT Bảng biến thiên công suất của phụ tải ở các cấp điện áp và toàn nhà máy và số liệu cụ thể được cho trong mục III và IV.

II Nhiệm vụ thiết kế

1 Tính toán cân bằng công suất, đề xuất các phương án nối dây cho nhà máy 2 Tính toán chọn máy biến áp.

3 Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu 4 Tính toán ngắn mạch.

5 Chọn các khí cụ điện và dây dẫn.

6 Tính toán lựa chọn phương án và sơ đồ cung cấp điện tự dùng 7 Sơ đồ nối điện chính toàn nhà máy

III Bảng biến thiên công suất của phụ tải ở các cấp điện áp và toàn nhà máy

Hà Nội, ngày tháng năm 2024 GIẢNG VIÊN HƯỠNG DẪN

TS VŨ HOÀNG GIANG

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ CHỌN PHƯƠNGÁN NỐI DÂY

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là một phần rất quan trọng khi thiết kế nhà máy điện Nhu cầu của phụ tải các cấp nhà máy điện, được xác định từ giá trị đề bài, là cơ sở để thành lập các phương án nối điện của nhà máy nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Các nội dung này sẽ được trình bày trong chương 1

1.1 Chọn máy phát điện

Khi thiết kế phần điện trong nhà máy điện người ta đã định trước số lượng và công

suất máy phát (MPĐ) tương ứng theo đề bài cho trước Ta cần chọn MPĐ đồng bộ tuabin hơi cho nhà máy Nhiệt Điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 63 MW Máy phát được chọn từ Bảng 1.1 Phụ lục I, tài liệu [1] Các thông số ghi trong bảng 1-1

Bảng 1-1: Thông số máy phát điện

1.2 Tính toán cân bằng công suất

1.2.1 Phụ tải toàn nhà máy

Phụ tải toàn nhà máy được xác định theo công thức sau:

STNM(t) = PTNM%(t)

cosφφ .Pđm∑ (1.1)

Trong đó:

STNM(t): Công suất phát toàn phần nhà máy tại thời điểm t

PTNM%(t): Phần trăm công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t cos: Hệ số công suất định mức của MPĐ

Pđm∑: Tổng công suất tác dụng định mức của toàn nhà máy Pđm∑: = n PđmG = 4.63 = 252 (MW)

Dựa vào công thức (1.1) và tính toán cho các khoảng thời gian khác nhau trong ngày, ta có kết quả tổng hợp trong bảng 1-2:

Bảng 1-2: Bảng biến thiên công suất nhà máy trong ngày

STNM

1.2.2 Phụ tải tự dùng

Công suất nhà máy nhiệt điện phụ thuộc cào nhiều yếu tố (dạng nguyên liệu, loại tua

bin, công suất phát của nhà máy,…) và chiếm khoảng 5% đến 10% tổng công suất phát Công suất tự dùng gồm 2 thành phần: thành phần thứ nhất (chiếm khoảng 40%) không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy, phần còn lại (chiếm khoảng 60%) phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy Một cách gần đúng có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà áy nhiệt điện theo công thức sau:

 costd: hệ số công suất tự dùng

 SdmG: công suất định mức của một tổ máy

 PđmG: Công suất tác dụng định mức của máy phát điện

Áp dụng công thức 1.2 để tính toán tương tự cho các khoảng thời gian còn lại ta có kết quả trong bảng 1-3 như sau:

Bảng 1-3: Bảng biến thiên công suất của nhà máy theo thời gian

1.2.3 Công suất phụ tải cấp điện áp địa phương

Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t được xác định theo công thức

 PmaxUG: Công suất max của phụ tải địa phương  SUG(t): công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t  CosUT: Hệ số công suất phụ tải địa phương

Phụ tải địa phương gồm: 1 đường dây kép x 2 MW x 3,4 km và 2 đường dây đơn x 2 MW x 2,1 km

Ta có PmaxUG = 6 MW, cosUG = 0,92 Áp dụng công thức (1.3), ta tính được công suất phụ tải cấp điện áp trung theo bảng 1-4:

Bảng 1-4: Bảng công suất phụ tải cấp điện áp địa phương

1.2.4 Công suất phụ tải cấp điện áp trung áp

Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t được xác định theo công thức

 PmaxUT: Công suất max của phụ tải cấp trung

 SUT(t): công suất phụ tải cấp điện áp trung áp tại thời điểm t  CosUT: Hệ số công suất phụ tải trung

Phụ tải cấp điện áp trung 110 kV gồm: 1 đường dây kép x 39 MW và 1 đường dây đơn x 38 MW

Ta có PmaxUT = 77 MVA, cosUT = 0,9 Áp dụng công thức (1.4), ta tính được công suất phụ tải cấp điện áp trung theo bảng 1-5:

Bảng 1-5: Bảng công suất phụ tải cấp điện áp trung áp

1.2.5 Cân bằng công suất phát về hệ thống

Công suất phát về hệ thống được xác định trên cơ sở cân bằng suất phát ra của nhà máy và công suất của tất cả các phụ tải kể cả tự dùng Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm (công suất phát bằng công suất thu), không xét đến công suất tổn thất trong máy biến áp ta có:

STNM(t) = SVHT(t) + SUG(t) + Std(t) + Si(t) Si(t) = SUT(t) + SUC(t)

Mà: SUC(t) = 0 => Si(t) = SUT(t)

Nên: SVHT(t) = STNM(t) – [SUG(t) + Std(t) + SUT(t)] (1.5) Áp dụng công thức (1.5), ta tính được công suất về hệ thống bảng 1-6

Bảng 1-6: Bảng biến thiên công suất phát về hệ thống

1.2.6 Phụ tải tổng hợp

Tổng hợp tất cả các kết quả tính toán về phụ tải của nhà máy ta theo các thời điểm trong nhày ta được bảng 1-7

Bảng 1-7: Bảng tổng hợp phụ tải của nhà máy theo từng thời điểm

- Nhà máy có công suất thiết kế là 315 MVA So sánh công suất của nhà máy với công suất của hệ thống thì công suất nhà máy chiếm 7,16% công suất của cả hệ thống.

- Công suất dự trữ của hệ thống là: SdtHT = .SđmHT = 0,11.4400 = 484 MVA

Bảng 1-8: Giá trị cực đại và cực tiểu của từng phụ tải

Phụ tải Cấp địaphương Tự dùng áp 110 kVCấp trung Về hệ thống Cực đại

Cực tiểu

1.3 Đề xuất phương án nối điện cho nhà máy

Chọn phương án nối dây cho nhà máy điện là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế nhà máy điện Phương án nối dây phù hợp không những đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế mà còn đảm bảo đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật

1.3.1 Cơ sở đề xuất các phương án nối điện

Căn cứ vào kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất để đề xuất các phương án nối điện cho nhà máy điện Các phương án được đề xuất dựa trên một số nguyên tắc cơ

 Không cần thanh góp cấp điện áp máy phát, phụ tải này được cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát, phía trên máy cắt của máy biến áp liên lạc

2) Chọn máy phát liên lạc

Nhà máy có 2 cấp điện áp, 110kV và 220kV; cấp điện áp trung (110kV) và cấp điện áp cao (220kV) có trung tính nối đất trực tiếp.

 Hệ số có lợi: α = Uc−UT

Uc = 220−110220 = 0,5 < 0,56 Vậy ta sử dụng 2 MBA tự ngẫu làm MBA liên lạc

3) Chọn số bộ MPĐ – MBA ghép lên thanh góp điện áp trung 110kV

 Không đặt bộ nối tới thanh góp UT (110kV) thì nhà máy thường xuyên làm việc ở chế độ truyền tải từ H lên T và C;

 Nếu đặt ≥ 2 bộ, nhà máy thường xuyên làm việc làm việc ở chế độ truyền tải từ H lên T và C; chế độ này được khuyến khích đối với MBA liên lạc kiểu tự ngẫu

4) Trường hợp không ghép MPĐ với MBA liên lạc

Có thể sử dụng phương án không nối MPĐ liên lạc khi công suất trao đổi giữa cao áp và trung áp nhỏ (khi đặt 1 bộ bên 110kV)

5) Lựa chọn số MPĐ ghép chung vào một MBA

Vì nhà máy điện có công suất 63MW là nhà máy điện có công suất nhỏ nên có thể ghép chung một số MPĐ vào một MBA, nhưng phải đảm bảo nguyên tắc tổng công suất của các MPĐ được ghép phải nhỏ hơn công suất dự phòng của hệ thống:

∑

 Nên ghép 1 MPĐ vào 1 MBA

Trên cơ sở trên ta đề xuất ra các phương án nối dây như sau:

1.3.2 Các phương án sơ đồ nối dây

 Phương án 1:

Hình 1-4: Sơ đồ nối dây phương án 1

o Phương án này có 2 MBATN làm máy biến áp liên lac giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên phụ tải cao áp và hệ thống vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu sang bên trung Bên cao có 1 bộ MF – MBA 2

cuộn dây cấp điện lên thanh góp 220kV Bên trung có 1 bộ MF – MBA 2 cuộn dây cấp điện cho thanh góp 110kV.

o Ưu điểm: Sơ đồ có độ tin cậy cung cấp điện cao, vận hành đơn giản và linh

hoạt, phân bố đều công suất giữa các bên Số lượng và chủng loại máy biến áp ít.

o Nhược điểm: (so với phương án 2)

- Có 2 bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây bên cao 220kV => Giá thành cao hơn phương án 2.

- Khi có sự cố 1MBATN, không những mất công suất của máy phát nối vào nó mà việc truyền tải công suất thừa hoặc thiếu sang trung áp sẽ bị hạn chế

Hình 1-4: Sơ đồ nối dây phương án 2

o Phương án này có 2 máy biến áp tự ngẫu làm máy biến áp liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên phụ tải cao áp và hệ thống vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu sang bên trung Bên trung có 2 MF – MBA 2 cuộn dây cấp điện cho phía cao áp

o Ưu điểm: Sơ đồ này có độ tin cậy cung cấp điện cao, vận hành đơn giản và

linh hoạt, phân bố đều công suất giữa các bên Số lượng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp và thiết bị phân phối 110 kV có giá thành rẻ hơn so với 220 kV (phương án 1)

o Nhược điểm: Tổn thất công suất lớn do có sự truyền công suất qua 2 lần máy

biến áp từ phía trung sang cao khi phụ tải bên trung là cực tiểu  Phương án 3:

Hình 1-5: Sơ đồ nối dây phương án 3

o Có 2 bộ MF – MBA đều nối vào thanh góp điện áp cao (220kV) Hai máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc và truyền công suất sang cho thanh góp điện áp trung.

o Ưu điểm: Đảm bảo cung cấp điện liên tục; sơ đồ làm việc tin cậy

o Nhược điểm: Số lượng và chủng loại máy biến áp nhiều nên không có lợi về

kinh tế và gây khó khăn trong tính toán thiết kế cũng như trong vận hành, sửa chữa.

Kết luận:

So sánh 3 phương án:

- Hai phương án đầu đều có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp và có cấu tạo tương đối đơn giản, dễ vận hành.

- Phương án 3 tập trung quá nhiều chủng loại máy biến áp, cấu tạo phức tạp gây nhiều khó khăn trong vận hành và sửa chữa Bên trung áp không có bộ MF – MBA nên khi sự cố 1 MBATN sẽ không cung cấp điện đủ cho phụ tải, không đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.

Do đó, ta thấy hai phương án 1 và 2 có nhiều ưu điểm hơn, đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy, cung cấp điện ổn định, dễ vận hành… nên ta chọn hai phương án này để so sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phương án tối ưu.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng Trong hệ thống điện, tổng công suất các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4÷5 lần tổng công suất các máy phát điện Do đó vốn đầu tư cho MBA cũng rất nhiều Yêu cầu đặt ra là phải chọn số lượng MBA ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Điều đó có thể đạt được bằng cách thiết kế hệ thống điện một cách hợp lý, dùng MBATN và tận dụng khả năng quá tải của MBA, không ngừng cải tiến cấu tạo của MBA

2.1 Phương án 1

- Sơ đồ nối dây và chiều quy ước công suất của các MBA được thể hiện như sơ đồ hình 2.1

Hình 2-6: Sơ đồ nối dây phương án 1

2.1.1 Phân bố công suất của MBA lúc bình thường

Việc phân bố công suất cho các máy biến áp cũng như cho các cấp điện áp của chúng được tiến hành theo các nguyên tắc sau:

- Phân bố công suất cho các MBA trong sơ đồ bộ MF – MBA 2 cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24h

- Phần công suất thừa thiếu còn lại do MBA liên lạc đảm nhận trên cơ sở cân bằng công suất phát bằng công suất thu

a) MBA 2 cuộn dây (T1, T4)

Nhà máy nhiệt điện có 4 tổ máy phát giống nhau Công suất máy biến áp mang tải bằng phẳng trong suốt 24h/ngày và được tính theo công thức sau:

ST1 = ST4 = Sbo=SđmG−STDmax(1 G ) (2.1) Trong đó:

- SđmG: Công suất định mức của MPĐ (MVA) - STDmax(1 G ) : Công suất tự dùng của một MPĐ (MVA)

b) Máy biến áp liên lạc (AT2 , AT3)

Sau khi phân bố công suất cho MBA 2 cuộn dây trong bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây, phần công suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận và xác định trên cơ sở cân bằng công suất, không xét đến tổn thất trong MBA.

Với chiều quy ước dòng công suất các phía của MBATN như trên Hình 2.1, công suất ở các cấp điện áp trung, cao và hạ của MBA liên lạc được xác định như sau:

- SUT(t), SUC(t): Công suất phụ tải phía trung áp và cao áp tại thời điểm t (MVA) - SPC(t), SPT(t), SPH(t): Công suất phía cao, phía trung và phía hạ của MBA tại thời

2.1.2 Chọn máy biến áp cho phương án

a) Chọn máy biến áp 2 cuộn dây T1 và T4

Máy biến áp 2 cuộn dây không có điều chỉnh dưới tải MBA này mang tải bằng phẳng nên không có yêu cầu điều chỉnh điện áp phía hạ áp Như vậy chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp và tự động điều chỉnh bởi hệ thống kích từ (TĐK) của MPĐ.

Công suất định được chọn theo công thức sau:

SđmT≥ SđmG−STDmax(!G) ≈ SđmG=78,75 MVA

Như vậy ta chọn MBA 2 cuộn dây có công suất định mức là 80 MVA với các thông số ở bảng tài liệu [1].

Bảng 2-2: Thông số máy biến áp hai cuộn dây T1, T4

Đối với MBA này không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi một trong hai phần tử MPĐ hay MBA bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc, không có tình trạng MBA làm việc trong điều kiện sự cố Cũng chính vì lý do này chỉ cần dùng máy cắt (MC) phía cao áp là đủ, phía hạ áp chỉ dùng dao cách ly (DCL) phục vụ cho sửa chữa.

b) Chọn máy biến áp liên lạc AT2 và AT4

Máy biến áp liên lạc sử dụng loại MBA có điều chỉnh điện áp dưới tải vì các phía của MBA mang tải không bằng phẳng, điệp áp bị biến đổi theo sự biến thiên công suất phụ tải, nên cần được điều chỉnh Nếu dùng TĐK thì chỉ điều chỉnh được điện áp phía hạ áp Để điều chỉnh được các phía còn lại thì cần kết hợp với điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc.

Công suất MBATN được xác định là công suất truyền lên từ phía hạ áp nên công suất của MBATN có thể tải công suất bằng công thức:

2.1.3 Kiểm tra điều kiện quá tải khi sự cố

Đối với MBA liên lạc khi sự cố một trong các MBA trong sơ đồ thì MBA liên lạc còn lại phải mang tải nhiều hơn cùng với sự huy động công suất dự phòng của hệ thống thì mới có thể đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải các cấp cũng như phát về hệ thống như lúc bình thường

Quá tải sự cố tối đa cho phép như sau: với điều kiện làm việc không quá 5 ngày đêm liên tục, mỗi ngày không quá 6 giờ

Do có sự truyền ngược công suất từ trung sang cao nên ta xét 2 chế độ sự cố sau:

a) Sự cố hỏng 1 bộ bên trung khi phụ tải trung cực đại

Tại thời điểm này, các giá trị công suất đã tính toán sẽ được sử dụng bao gồm:

SUGUTmax, SUCUTmax, SVHTUTmax Các bước kiểm tra như sau:  Điều kiện quá tải:

2 kqtsφc.α SđmAT=2.1,4 0,5.160=224>SUTmax=85,56 (thỏa mãn)  Phân bố công suất cho AT2, AT3:

 Công suất được truyền từ hạ lên trung và cao, trường hợp này cuộn hạ mang tải nặng nề nhất, tức là cuộn hạ mang tải nặng nhất: Shạ = SPH

 Kiểm tra điều kiện công suất thiếu: Sthieu = (SVHTSUT max+SUCSUT max

¿−(2 SPCsφc1

+SboT 1)≤ SdpHT (2.3) Thay số vào công thức (2.3):

Sthieu = (205,188 + 0) – (2 28,26+ 74,31) = 74,36 MVA < 484 MVA

Vậy hệ thống bù được phần công suất thiếu hụt do sự cố MBA T4, MBA đã chọn đã đạt

Các bước kiểm tra như sau:  Điều kiện quá tải:

kqtsφc α SđmAT+SboT 4=1,4.0,5 160+74,30=186,3>SUTmax=85,56 MVA

 Phân bố công suất cho AT2:

 Công suất được truyền từ hạ lên trung và cao, trường hợp này cuộn hạ mang tải nặng nề nhất, tức là cuộn hạ mang tải nặng nhất :Shạ=SPHmax=67,78<112MVA

 Kiểm tra điều kiện công suất thiếu: Sthieu = (SVHTSUT max+SUCSUT max¿−(SPCsφc2+SboT 1)

= (205,188 + 0) – ( 56,52+ 74,30) = 74,37 MVA < 484 MVA

Vậy hệ thống bù được phần công suất thiếu hụt do sự cố MBATN AT3

2.1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

2.1.4.1 Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây

Máy biến áp mang tải bằng phẳng Sbo cả năm (8760 giờ) Tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau:

∆ A=[∆ P0+∆ PN.( Sbo

SđmT)2].8760 (MWh) (2.4) Trong đó:

- ΔPP0: Tổn thất công suất không tải trong máy biến áp (kW) - ΔPPN: Tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp (kW) - SđmT: Công suất định mức của máy biến áp (MVA)

Thay số vào công thức (2.4) ở trên ta có kết quả được thể hiện trong bảng số liệu dưới

2.1.4.2 Tính toán tổn thất điện năng trong MBATN

Để tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu trước hết cần tính tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau:

- ∆ PCTN, ∆ PNCH, ∆ PNTH: tương ứng là tổn thất công suất ngắn mạch cao-trung, cao-hạ, trung-hạ được cho bởi nhà chế tạo;

- α: hệ số có lợi của MBA tự ngẫu

Do nhà chế tạo chỉ cho biết trị số ∆ PCTN nên ta coi: ∆ PCHN

=∆ PTHN

=1 2∆ PN

Thay các thông số vào công thức trên ta tính được tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp tự ngẫu như sau:

Bảng 2-5: Tổn thất công suất ngắn mạch của MBA liên lạc

Vì MBA mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trưng cho toàn năm và MBA tự ngẫu AT1 và AT2 là cùng loại nên ta có công thức tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu Thay thông số của MBA vào công thức (2.5) trên ta có bảng sau:

Bảng 2-6: Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu

Hình 2-2: Sơ đồ nối dây phương án 2

2.2.1 Phân bố công suất của MBA lúc bình thường

a) Máy biến áp 2 cuộn dây T1, T4

Tính toán tương tự như phương án 1 ta có:

ST1 = ST4 = Sbo=SđmG−STDmax(1 G) = 74,30(MVA)

b) Máy biến áp liên lạc AT3, AT2

Với chiều quy ước dòng công suất các phía của MBATN như trên Hình 2.2, công suất ở các cấp điện áp trung, cao và hạ của MBA liên lạc được xác định như sau:

Áp dụng công thức (2.6) ta có bảng như sau:

Bảng 2-7: Bảng phân bố công suất cho các cuộn dây MBA tự ngẫu phương án 2

2.2.2 Chọn máy biến áp cho phương án

a) Chọn máy biến áp 2 cuộn dây T1, T4

Tương tự như phương án 1 ta chọn máy biến áp hai cuộn dây theo bảng sau:

Đối với MBA này ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi một trong hai phần tử MPĐ hay MBA bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc trong điều kiện sự cố Cũng chính vì lý do này chỉ cần MC phía cao áp là đủ, phía hạ áp chỉ cần dùng DCL phục vụ cho sửa chữa

b) Chọn máy biến áp liên lạc AT3, và AT2

Tương tự như phương án 1 ta chọn máy biến áp liên lạc theo bảng sau:

2.2.3 Kiểm tra điều kiện quá tải khi sự cố

Trong nhiều trường hợp, ở chế độ phụ tải bên trung cực tiểu (SUTmin

¿ sẽ ứng với chiều truyền tải công suất ngược lại so với chế độ phụ tải bên trung cực đại Do đó trong trường

hợp sự cố một máy biến áp liên lạc, cuộn dây mang tải nặng nhất có thể khác so với trường hợp phụ tải cực đại Hơn nữa ở chế độ phụ tải bên trung cực tiểu, lượng công suất thừa sau khi đã cung cấp cho phụ tải bên trung cần truyền tải lớn hơn.

a) Sự cố hỏng 1 bộ bên trung khi phụ tải trung cực đại

Tại cùng thời điểm sự cố công suất của phụ tải các cấp là: SUG bước kiểm tra như sau:

 Điều kiện quá tải:

2 kqtsφc.α SđmAT+SboT 1=298,3 MVA >SUTmax=85,56 MVA

 Phân bố công suất cho AT3, AT2

 Công suất được truyền từ hạ lên trung và cao, trường hợp này cuộn hạ mang tải nặng nề nhất, tức là cuộn hạ mang tải nặng nhất :Shạ=SPHmax=71,04 <112 MVA

 Kiểm tra điều kiên công suất thiếu:

Sthieu=(SVHTUTmax+SUCUTmax)−2 SPCsφc1 = (205,188+0)- 2 65,41

Tại cùng thời điểm sự cố có công suất của phụ tải các cấp là:SUGUTmax, SUCUTmax, SVHTUTmax Các bước kiểm tra như sau:

 Điều kiện quá tải:

kqtsφc α SđmAT+2 SboT 1=260,62 MVA>SUTmax=85,56 MVA

 Phân bố công suất cho AT2:

 Kiểm tra điều kiện công suất thiếu:

Sthieu=(SVHTUTmax+SUCUTmax)−SPCsφc2 = (205,188+0)- 130,82

= 74,37 MVA < SdpHT

= 484 MVA Vậy hệ thống bù được phần công suất thiếu hụt do sự cố MBATN AT3

c) Sự cố hỏng 1 MBALL (AT3 hoặc AT2) tại thời điểm phụ tải cấp điện áp trung cực tiểu

Tại cùng thời điểm sự cố có công suất của phụ tải các cấp là: SUGUTmin, SUCUTmin, SVHTUTmin Các

bước kiểm tra như sau:

 Điều kiện quá tải:

kqtsφc α SđmAT+2 SboT 1=260,6 MVA >SUTmin=72,72 MVA

 Phân bố công suất cho AT2:

SPTsφc 3=SUTmin−2 SboT1=72,72−2.74,30=−75,88 MVA

Ssφc 3PH=SđmG−STDmax(S 2)

−SUGUTmin=78,75−4,45−6,196=¿SPCsφc 3=SPHsφc 3−SPTsφc3=67 ,11+75,88=142,99 MVA67 , 11 MVA

 Cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất: Snt = α (|SPH|+|SPT|)

= 0,5.(68,1065 + 75,885) = 71,50 MVA < 112 MVA

 Kiểm tra điều kiện công suất thiếu:

Sthieu=(SVHTUTmin+SUCmin)−SPCsφc 3=203,084−142,99

= 60,09 MVA < SdpHT

Vậy hệ thống bù được phần công suất thiếu hụt do sự cố MBATN AT3

2.2.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

2.2.4.1 Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây Tương tự phương án 1 Thay số vào công thức (2.4) ở trên ta có kết quả được thể hiện trong bảng số liệu dưới đây:

2.2.4.2 Tính toán tổn thất điện năng trong MBATN

Để tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu trước hết cần tính tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau:

- ∆ PCTN, ∆ PNCH, ∆ PNTH: tương ứng là tổn thất công suất ngắn mạch cao-trung, cao-hạ, trung-hạ được cho bởi nhà chế tạo;

- α: hệ số có lợi của MBA tự ngẫu

Do nhà chế tạo chỉ cho biết trị số ∆ PNCT nên ta coi: ∆ PCHN =∆ PTHN =1 2∆ PN

=190 MVA

Thay các thông số vào công thức trên ta tính được tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp tự ngẫu như sau:

Kết luận: Ở chương 2, ta đã chọn được MBA và tính toán tổn thất điện năng trong

MBA cho cả 2 phương án Tiếp theo ta tiến hành chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho cả 2 phương án và dựa vào số liệu đã tính toán để lựa chọn phương án tối ưu.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KINH TẾ-KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁNTỐI ƯU

Mục đích của việc tính toán kinh tế - kĩ thuật là để chọn được phương án tối ưu nhất trong 2 phương án đang xét Phương án tối ưu nhất phải là phương án vừa đảm bảo được về mặt kỹ thuật lại vừa có chi phí kinh tế thấp.

3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối

Sơ đồ TBPP được chọn theo các tiêu chí về: độ tin cậy, độ linh hoạt, tính đơn giản và tính kinh tế

Tính đảm bảo của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng của hộ tiêu thụ điện

Tính linh hoạt của sơ đồ được thể hiện bởi khả năng thích ứng với nhiều trạng thái vận

o Trong trường hợp chỉ có hai mạch nguồn và hai mạch đường dây, ở cấp điện áp 110kV và 35 kV, có phụ tải quan trọng thì chọn sơ đồ thiết bị phân phối một hệ thống thanh góp có phân đoạn bằng máy cắt.

o Khi số mạch đường dây từ 5 đến 7 đối với cấp điện áp 35 kV, từ 4 đến 5 đối với cấp điện áp 110 kV, từ 3 đến 4 đối với cấp điện áp 220 kV thì nên dùng sơ đồ thiết bị phân phối hai hệ thống thanh góp.

o Khi số mạch đường dây từ 7 trở lên đối với cấp điện áp 35 kV, từ 5 trở lên đối với cấp điện áp 110 kV, từ 4 trở lên đối với điện áp 220 kV thì nên dùng sơ đồ thiết bị phân phối hai hệ thống thanh góp có thanh góp đường vòng.

o Sơ đồ 1,5 máy cắt/mạch chỉ dùng cho thiết bị phân phối cấp điện áp 220 kV nếu có nhiều mạch và thực sự quan trọng và dùng cho thiết bị phân phối cấp điện áp 500 kV trong mọi trường hợp dù số mạch ít hay nhiều.

o Sơ đồ TBPP cấp điện áp máy phát của nhà máy điện được lựa chọn như sau: - Trường hợp không có TG điện áp máy phát: tự dùng được trích từ các đầu

cực MPĐ, còn phụ tải địa phương được lấy điện từ phía hạ áp của MBA liên tục, phía trên máy cắt;

- Trường hợp nhà máy điện có TG điện áp máy phát: TG được phân đoạn theo số tổ máy phát bằng KĐ phân đoạn, tự dùng được cấp điện từ các phân đoạn TG và được trích điện từ các tổ máy bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây; còn phụ tải địa phương chỉ được lấy điện từ phân đoạn TG

3.1.1 Phương án 1

a) Cấp điện áp 220 kV

 Có 3 lộ đến gồm 2 lộ từ MBA liên lạc AT2, AT3 và 1 lộ từ MBA bộ trong sơ đồ

 Có 3 lộ ra là 1 đường dây kép và 1 đường dây đơn cho phụ tải phía trung

Ta chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phía cao áp 110 kV là loại sơ đồ 2 hệ thống thanh góp

Hình 3-1: Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 1

3.1.2 Phương án 2

a) Cấp điện áp 220 kV

 Có 3 lộ ra là 1 đường dây kép và 1 đường dây đơn cho phụ tải phía trung

Ta chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phía cao áp 110 kV là loại sơ đồ 2 hệ thống thanh góp

Hình 3-2: Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 2

3.2 Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

 Vốn đầu tư:

Vốn đầu tư của một phương án chỉ tính đến chi phí mua thiết bị, vận chuyển và xây lắp các thiết bị chính như máy phát điện, máy biến áp, và TBPP (máy cắt điện và KĐ phân đoạn (nếu có)) Do các phương án đưa ra tính toán giống nhau về MPĐ, nên trong tính toán chỉ tính vốn đầu tư cho MBA và TBPP, ta có:

o KB là hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt MBA Hệ số này phụ thuộc vào điện áp và công suất định mức của MBA

o VTBPP là vốn đầu tư và xây dựng TBPP, được tính theo số mạch như sau:

Trong đó: P1 – tiền khấu hao hằng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn, VNĐ/năm, được tính theo công thức:

P1=a % V

100 (3.5) với:

o V – vốn đầu tư, VNĐ; a% - định mức về vốn đầu tư hằng năm, bao gồm

định mức khẩu hao và chi phí vận hành

o P2 – chi phí do tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp, VNĐ/năm, được tính theo công thức:

P2 = β.ΔPA (3.6)

với: β – giá thành trung bình điện năng trong HTĐ, VNĐ/kWh; ΔPA – tổn thất điện năng hằng năm trong MBA, kWh

Bảng 3-1: Hệ số chuyên chở, lắp đặt, giá thành, máy biến áp

Thông số Máy biến áp 2

Bảng 3-2: Giá thành mạch thiết bị phân phối

Định mức khấu hao phần trăm

Chi phí vận hành hăng năm - P (109 VNĐ) 25,66 26,41  Lựa chọn phương án tối ưu:

Ta thấy :

VPA1 > VPA2 và PPA1 < PPA2

Ta phải tính thời gian hoàn vốn và so sánh với thời gian hoàn vốn tiêu chuẩn Lấy Ttc = 8 năm

Thv = VPPA 2PA 1−VPA 2

−PPA 1 =26,4 1−25,6676,92−71,64 = 7,04 < Ttc = 8  Kết luận: Phương án 1 là phương án tối ưu

Trong Chương 3 ta đã chọn được phương án 1 là phương án tối ưu nhất Tiếp theo ta sẽ tính toán các trường hợp ngắn mạch đồi với phương án này và từ đó làm cơ sở để lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH