Một cách gần đúng có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà áy nhiệt điện theo công thức sau: costd: hệ số công suất tự dùng SdmG: công suất định mức của một tổ máy PđmG: Công suất tác
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY
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
Loại MPĐ n vg/ph Sđm
MW Uđm kV cosđm Iđm kA Điện kháng tương đối x’’d x’d xd x2 x0
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:
S TNM (t): Công suất phát toàn phần nhà máy tại thời điểm t
P TNM %(t): Phần trăm công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t cos: Hệ số công suất định mức của MPĐ
P đm∑ : Tổng công suất tác dụng định mức của toàn nhà máy
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 t(h) 0-10 10-20 20-24
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:
S td (t) = α 100 td % n P cos đmG td
Std: Công suất tự dùng cực đại của nhà máy
αtd%: Hệ số tự dùng phần trăm
STNM(t): Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t
costd: 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 t(h) 0-10 10-20 20-24
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 sau:
PmaxUG: Công suất max của phụ tải địa phương
SUG(t): công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t
CosUT: 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
Ta có PmaxUG = 6 MW, cosUG = 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 t(h) 0-10 10-20 20-24
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 sau:
PmaxUT: Công suất max của phụ tải cấp trung
SUT(t): công suất phụ tải cấp điện áp trung áp tại thời điểm t
CosUT: 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, cosUT = 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 t(h) 0-10 10-20 20-24
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)
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 t(h) 0-10 10-20 20-24
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 t(h) 0-10 10-20 20-24
Từ bảng 1.7, ta có đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy như hình 1.1
SUG(t) Std(t) SUT(t) SVHT(t) STNM(t) t(h)
Hình 3-1: Đồ thị phụ tải của nhà máy
- 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 địa phương Tự dùng Cấp trung áp 110 kV Về hệ thống Cực đại
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 bản sau:
1) Có hay không thanh góp điện áp máy phát
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 = U c U −U T c = 220−110 220 = 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
Sbộ = SđmG – Stdmax(1TM) = 78,75 – 4,725 = 74,025 MVA
SUTmax = 85,56 MVA Nhận xét: vì Sbộ < SUTmax nên
Nên đặt 1 bộ vì công suất Sbộ < SUTmax = 85,56 – 74,025 = 11,535 MVA
STD STD SUG STD STD
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
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
220 kV 110 kV 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
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.
- 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.
STD STD SUG STD STD
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.
TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP
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 (T 1 , T 4 )
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:
- SđmG: Công suất định mức của MPĐ (MVA)
- S TDmax (1G) : Công suất tự dùng của một MPĐ (MVA)
S TDmax (1 G) =S TD max n (n: số tổ máy) Thay số vào công thức (2.1) ta có :
4×17,79t,30(MVA) b) Máy biến áp liên lạc (AT 2 , AT 3 )
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:
{ S PC (t S )= S PT PH ( 1 2 t (t )= [ )=S S 1 2 VHT [ PC S (t)+ UT (t )+ (t S )−S UC S PT ( t boT (t )−S ) 4 ] boT 1 ] (2.2) Trong đó:
- 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 điểm t (MVA)
- SVHT(t): Công suất phát về hệ thống tại thời điểm t (MVA) Áp dụng công thức (2.2) ta có bảng 2-1:
Bảng 2-2:Bảng phân bố công suất cho các cuộn dây MBA tự ngẫu phương án 1 t(h) 0-10 10-20 20-24
2.1.2 Chọn máy biến áp cho phương án a) Chọn máy biến áp 2 cuộn dây T 1 và T 4
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:
S đmT ≥ S đmG −S TDmax ( !G ) ≈ S đmG x,75MVA
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 T 1 , T 4
MVA Điện áp cuộn dây kV
80 121 10,5 70 310 10,5 0,55 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 AT 2 và AT 4
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:
S đmAT ≥S thua max α =S đmG α x,75 0,5 7,5(MVA)
Tra bảng trong tài liệu [1] ta chọn MBA ATДЦ TH có thông số như sau:
STD STD SUG STD STD
Bảng 2-3: Thông số kỹ thuật máy biến áp tự ngẫu AT 2 , AT 3
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:
S UG UTmax , S UC UTmax , S VHT UTmax Các bước kiểm tra như sau:
2.k qt sφc α S đmAT =2.1,4 0,5.160"4>S UT max ,56 (thỏa mãn)
Phân bố công suất cho AT2, AT3:
STD STD SUG STD STD
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 = S max PH = 71,04 < k qt sφc α S đmAT
Kiểm tra điều kiện công suất thiếu:
Sthieu = (S VHT SUT max +S UC SUT max ¿−( 2.S PC sφc1
+S boT 1 ) ≤ S dp HT (2.3) Thay số vào công thức (2.3):
Vậy hệ thống bù được phần công suất thiếu hụt do sự cố MBA T4, MBA đã chọn đã đạt yêu cầu b) Sự cố hỏng 1 MBALL (AT 3 hoặc AT 2 ) tại thời điểm phụ tải cấp điện áp trung cực đại
Tại cùng thời điểm sự cố có: S UG UTmax , S UC UTmax , S VHT UTmax Các bước kiểm tra như sau:
Điều kiện quá tải: k qt sφc α S đmAT +S boT 4 =1,4.0,5 160+74,306,3>S UT max ,56MVA
Phân bố công suất cho AT2:
{ S PT sφc 2 =S UT max −S boT 4 ,56−74,30,26MVA
S PH sφc2 =S đmG −S TDmax ( S2 ) −S UG UTmax x,75−4,45−6,522g,78MVA
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 :S hạ =S PH max g,78 Vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 1 là:
Phương án 2
- Sơ đồ nối dây và chiều quy ước công suất của các MBA được thể hiện như sơ đồ hình 2.2
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 T 1 , T 4
Tính toán tương tự như phương án 1 ta có:
= 74,30 ( MVA) b) Máy biến áp liên lạc AT 3 , AT 2
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:
{ S S PT PC S PH (t (t )= (t )= )=S 1 2 1 2 [ [ PT S S UT VHT ( t )+S (t (t )−2 )+S PC ( S t UC bo ) ] ] (2.6) 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 t(h) 0-10 10-20 20-24
2.2.2 Chọn máy biến áp cho phương án a) Chọn máy biến áp 2 cuộn dây T 1 , T 4
Tương tự như phương án 1 ta chọn máy biến áp hai cuộn dây theo bảng sau:
MVA Điện áp cuộn dây kV
80 121 10,5 70 310 10,5 0,55 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 AT 3 , và AT 2
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 ( S UT min ¿ sẽ ứng với chiều truyền tải công suất ngược lại so với chế độ phụ tải bên trung cực đại Do đó trong trường
G 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: S UG UT max , S UC UT max , S VHT UT max Các bước kiểm tra như sau:
2.k qt sφc α S đmAT +S boT 1 )8,3MVA>S UT max ,56MVA
Phân bố công suất cho AT3, AT2
{ S PT sφc1 = 1 2 ( S UT max − S boT 1 ) = 1 2 (85,56−74,30)=5,63MVA
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 :S hạ =S PH max q,04S UT max ,56MVA
Phân bố công suất cho AT2:
{ S PT sφc 2 = S UT max −2 S boT 1 ,56−2.74,30=−63,04MVA
S PH sφc2 =S đmG −S TDmax ( S 2 ) −S UG UTmax x,75−4,45−6,522g,78
Cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất: Snt = α ( | S PH | + | S PT | )
Kiểm tra điều kiện công suất thiếu:
+S UC UTmax ) − S PC sφc2 = (205,188+0)- 130,82 = 74,37 MVA < S dp HT = 484 MVA Vậy hệ thống bù được phần công suất thiếu hụt do sự cố MBATN AT3 c) Sự cố hỏng 1 MBALL (AT 3 hoặc AT 2 ) 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: S UG UTmin , S UC UTmin , S VHT UTmin Các bước kiểm tra như sau:
Điều kiện quá tải: k qt sφc
α S đmAT +2S boT 1&0,6MVA>S UT min r,72MVA
Phân bố công suất cho AT2:
S sφc PH 3 =S đmG −S TDmax ( S 2 ) −S UG UTmin x,75−4,45−6,196=¿S PC sφc3 =S PH sφc3 −S PT sφc3 g,11+75,882,99MVA67,11MVA
Cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất: Snt = α ( | S PH | + | S PT | )
Kiểm tra điều kiện công suất thiếu:
+S UC min ) − S PC sφc3 3,084−142,99 = 60,09 MVA < S dp HT
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:
{ ∆ P ∆ P ∆ P C T N H N N = = = 1 2 1 2 1 2 ( ( ( ∆ P ∆ P ∆ P N CT N CT N CH + + α + 2 ∆ P ∆ P ∆ P N CH N TH TH N α − α − − 2 2 ∆ P ∆ P ∆ P CH TH N N N CT ) ) )
: tương ứng là tổn thất công suất ngắn mạch các phía cao áp, trung áp và hạ áp của MBA;
- ∆ P CT N , ∆ P N CH , ∆ P N TH : 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 ∆ P CT N nên ta coi: ∆ P N
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:
Thay thông số của MBA vào công thức (2.5) trên ta có bảng sau: t(h) 0-10 10-20 20-24
SđmAT (MVA) 160 ΔPP0 85 ΔPPc 190 ΔPPT 190 ΔPPH 570 ΔPti (h) 10 10 4
=> Vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 2 là:
Bảng 2-8: Tổn thất điện năng trong MBA của 2 phương án
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.
TÍNH TOÁN KINH TẾ-KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
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 hành khác nhau.
Trên cơ sở các tiêu chí nêu trên, tổng kết lại được kết luận về việc áp dụng các sơ đồ TBPP như sau: o Ở cấp điện áp 35kV số mạch vừa phải, chọn sơ đồ TBPP một HTTG phân đoạn bằng MC 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 bộ MPĐ – MBA
Có 2 lộ từ ra gồm 2 lộ nối với hệ thống
Ta chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phía cao áp 220 kV là loại sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có thanh góp vòng b) Cấp điện áp trung 110 kV
Có 3 lộ đến gồm 2 lộ từ MBA liên lạc AT2, AT3 và 1 lộ từ MBA bộ trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA
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 2 lộ đến gồm 2 lộ từ MBA liên lạc AT2, AT3
Có 2 lộ từ ra gồm 2 lộ nối với hệ thống
Ta chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phía cao áp 110 kV là loại sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có thanh góp vòng b) Cấp điện áp trung 110 kV
Có 4 lộ đến gồm 2 lộ từ MBA liên lạc AT2, AT3 và 2 lộ từ MBA bộ trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA
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
Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu
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:
V = VB + VTBPP (3.1) Trong đó: VB – vốn đầu tư MBA, được xác định như sau:
K B v b (3.2) với: o vB – chi phí mua MPĐ, VNĐ; 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:
V TBPP = ∑ i∈Capdienap n i V TBPPi (3.3) với: VTBPPi – giá thành mỗi mạch TBPP ở cấp điện áp i, VNĐ; ni – số mạch ở cấp điện áp i.
Chi phí vận hành hằng năm:
Chi phí vận hành hằng năm của mỗi phương án được xác định theo công thức sau:
P = P1 + P2 (3.4) Trong đó: P1 – tiền khấu hao hằng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn, VNĐ/năm, được tính theo công thức:
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 cuộn dây
Máy biến áp 2 cuộn dây
Máy biến áp tự ngẫu Điện áp định mức của máy biến áp (kV) 110 220 220
Công suất định mức của máy biến áp
Hệ số KB 1,5 1,4 1,4 Đơn giá (10 9 VNĐ) 3,12 5,4 11,1
Bảng 3-2: Giá thành mạch thiết bị phân phối Đại lượng Đơn vị Giá trị
Giá trị trung bình điện năng β VNĐ/kWh 1500 Định mức khấu hao phần trăm a% % 8,4
Giá tiền 1 mạch 220 kV 10 9 VNĐ 4,2
Giá tiền 1 mạch 110 kV 10 9 VNĐ 1,8
Giá tiền 1 mạch 10,5 kV 10 9 VNĐ 0,9
Bảng 3-3: Tính toán vốn đầu tư máy biến áp hai phương án
Giá thành một máy (10 9 VNĐ)
Tổng vốn đầu tư máy biến áp – VB
Bảng 3-4: Tính toán vốn đầu tư thiết bị phân phối hai phương án
(10 9 VNĐ) lượn g (10 9 VNĐ) lượn g (10 9 VNĐ)
Tổng vốn đầu tư TBPP - VTBPP
Bảng 3-5: Tính toán chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật hai phương án
Tổng vốn đầu tư – V (10 9 VNĐ) 76,92 71,64
Khẩu hao hằng năm về vốn đầu tư và sửa chữa - P1
Tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp - ΔPA
Chi phí do tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp – P2 (10 9 VNĐ) 19,20 20,39
Chi phí vận hành hăng năm - P (10 9 VNĐ) 25,66 26,41
Lựa chọn phương án tối ưu:
VPA1 > VPA2 và PPA1 < PPA2
Ta phải tính thời gian hoàn vốn và so sánh với thời gian hoàn vốn tiêu chuẩn
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
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Chọn điểm ngắn mạch
Mục đích tính toán dòng điện ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn theo các điều kiện về ổn định nhiệt và ổn định động khi dòng điện ngắn mạch qua chúng Vì vậy phải chọn điểm ngắn mạch sao cho dòng điện ngắn mạch qua các khí cụ điện và dây dẫn là lớn nhất.
- Phía điện áp cao 220 kV: để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía điện áp cao, chọn điểm ngắn mạch N1, nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện về hệ thống điện.
- Phía điện áp trung 110 kV: để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía điện áp trung, chọn điểm ngắn mạch N2, nguồn cung cấp gồm tất cả máy phát điện và hệ thống điện.
- Phía điện áp máy phát: để chọn khí cụ điện và dây dẫn đầu cực MPĐ, chọn hai điểm ngắn mạch là:
+ N3’ có nguồn cung cấp là chỉ máy phát;
+ N3 có nguồn cung cấp gồm hệ thống điện và các MPĐ trừ máy phát. Sau đó so sánh và lấy giá trị dòng điện ngắn mạch lớn hơn của điểm N3 hoặc N3’ để chọn khí cụ điện và dây dẫn đầu cực MPĐ
- Tự dùng và phụ tải địa phương: để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía mạch tự dùng, mạch phụ tải địa phương chọn điểm ngắn mạch N4, nguồn cung cấp là hệ thống và tất cả máy phát
- Để chọn máy cắt phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu chọn điểm ngắn mạch N5, nguồn cấp là hệ thống điện và các máy phát điện, MBATN có điểm ngắn mạch đó nghỉ
- Để chọn kháng và máy cắt phân đoạn chọn điểm ngắn mạch N6, nguồn cấp là hệ thống điện và các máy phát điện, trừ bộ MPĐ – MBATN có điểm ngắn mạch đó nghỉ
Bảng 4-1: Bảng tóm tắt các điểm ngắn mạch Điểm ngắn mạch Mục đích tính toán Nguồn cấp
N1 Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía cao áp 220kV
Các máy phát của nhà máy điện và hệ thống
N2 Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía trung áp 110kV
Các máy phát của nhà máy điện và hệ thống
N3 Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ mạch máy phát
Nhà máy điện và hệ thống, trừ máy phát điện S2
N3’ Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ mạch máy phát máy phát điện S2
Tính dòng ngắn mạch cho phụ tải địa phương
Các máy phát của nhà máy điện và hệ thống
N5 Để chọn máy cắt phía hạ áp của MBATN
Hệ thống điện và các máy phát điện, MBATN bị ngắn mạch nghỉ
N6 Để chọn kháng và máy cắt phân đoạn
Hệ thống điện và các máy phát điện, trừ bộ MPĐ – MBATN có điểm ngắn mạch đó nghỉ
Hình 4-1: Vị trí ngắn mạch trên sơ đồ
Lập sơ đồ thay thế
Sơ đồ thay thế hệ thống điện cho tính toán ngắn mạch được lập trong hệ đơn vị tương đối cơ bản Sơ đồ thay thế như sau:
Hình 4-2: Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch toàn nhà máy
Tính toán dòng điện ngắn mạch
Để tính toán dòng ngắn mạch trong đồ án thiết kế này ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình, ta chọn: Điện áp cơ bản: Ucb = Utb các cấp = {230,115,10,5} (kV)
Công suất cơ bản: Scb = 100 (MVA) Điện kháng hệ thống:
4400=0,011 Trong đó: X HT ¿ : Điện kháng ngắn mạch tính đến thanh góp hệ thống
SdmHT: Công suất định mức hệ thống (MVA)
Điện kháng đường dây kép nối với hệ thống: l= 78 km, Ucb = 230 kV, đối với đường dây trên không ta chọn x0 = 0,4 (Ω/km)
- XD: Điện kháng của đường dây nối với hệ thống ở hệ đơn vị tương đối
- x0 : Điện kháng của 1km chiều dài đường dây (Ω/km)
- L : Chiều dài đường dây (km)
Điện kháng máy biến áp hai cuộn dây:
- XB: Điện kháng của MBA 2 cuộn dây trong hệ đơn vị tương đối
- UN%: Điện áp ngắn mạch phần trăm của MBA
Điện kháng máy biến áp tự ngẫu:
{ U U N T C N %= %= 1 2 1 2 ( ( U U CT N CT N %+ %+ U U TH N N CH %−U %−U N CH TH N % % ) ) = = 1 2 1 2 (11+20 (11+ 32−20−32)=−0,5 %),5%
Vì XT = -0,003 < 0 và giá trị tuyệt đối không đáng kể so với XC và XT => để đơn giản trong tính toán có thể bỏ qua điện kháng phía trung
Điện kháng máy phát điện: xG = X d
Tính toán điểm ngắn mạch tại điểm N 1
Hình 4-3: Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm N 1
Hình 4-4: Sơ đồ rút gọn ngắn mạch tại điểm N 1
X1 = XHT nt XD = XHT + XD = 0,011 + 0,029 = 0,04
X2 = XS1 nt XT1 = XS1 + XT1 = 0,194 + 0,138 = 0,332
X6 = XT4 nt XS4 = XT4 + XS4 = 0,131 + 0,194 = 0,325
Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại điểm N1 theo phương pháp đơn giản:
0,1) √ 3 230100 =8,79(kA) Dòng điện xung kích tại điểm N1: i xkN 1 =√2 k xk I N '' 1 =√2 1,8 8,79",38(kA)
Tính toán ngắn mạch tại điểm N 2
Hình 4-5: Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm N 2
Hình 4-6: Sơ đồ rút gọn ngắn mạch tại điểm N 2
X1 = XHT nt XD = XHT + XD = 0,011 + 0,029 = 0,04
X2 = XS1 nt XT1 = XS1 + XT1 = 0,194 + 0,138 = 0,332
X6 = XT4 nt XS4 = XT4 + XS4 = 0,131 + 0,194 = 0,325
7+X 9 = 0 0 ,108+ , 108 0 0 , , 667 667 = 0,093 Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại điểm N2 theo phương pháp đơn giản:
Dòng điện xung kích tại N2: i xkN 2=√2 k xk I N '' 2
Tính toán ngắn mạch tại điểm N 3
Hình 4-7: Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm N 3
Hình 4-8: Sơ đồ rút gọn ngắn mạch tại điểm N 3
X1 = XHT nt XD = XHT + XD = 0,011 + 0,029 = 0,04
X2 = XT1 nt XS1 = XT1 + XS1 = 0,194 + 0,138 = 0,332
X5 = XT4 nt XS4 = XT4 + XS4 = 0,131 + 0,194 = 0,325
Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm N3 theo phương pháp đơn giản:
0,287) √ 3 1 0,51 00 0,96(kA) Dòng điện xung kích tại N3: i xkN 3 =√2 k xk I N '' 3 =√2.1,8.30, 96x, 81(kA)
Tính toán ngắn mạch tại điểm N 3 ’
Khi ngắn mạch xảy ra tại điểm N3’ thì nguồn cung cấp chỉ là máy phát S2.
Hình 4-9: Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại điểm N 3 ’
Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm ngắn mạch N3’
Dòng điện xung kích tại N3’: i xkN 3 ' =√2 k xk I ' ' N 3 ' =√2.1,8.28,34r,14(kA)
Tính toán ngắn mạch tại điểm N 4
Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm ngắn mạch N4:
I N '' 4 =I N '' 3 +I ' ' N 3 ' =¿ 30,96 + 28,34 = 59,3 (kA) Dòng điện xung kích tại N4 i xkN 4=√2 k xk I ' ' N 4
Bảng 4-2: Bảng kết quả dòng điện các vị trí ngắn mạch Điểm ngắn mạch N1 N2 N3 N3’ N4
CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN
Tính toán dòng điện làm việc và dòng điện cưỡng bức
Nguyên tắc chung trong lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn là phải căn cứ theo các điều kiện về điện áp định mức, dòng điện làm việc cực đại, ổn định nhiệt và ổn định khi có sự cố ngắn mạch.
Như vậy trước hết cần xác định dòng điện làm việc cực đại Ibt cũng như dòng điện làm việc cưỡng bức Icb cho các phần tử chính trong sơ đồ nối điện của nhà máy điện.
5.1.1 Cấp điện áp 220kV a) Mạch đường dây
Mạch đường dây nối với hệ thống
Dây kép cấp 220kV, phụ tải cực đại VHT: SVHTmax = 205,188 (MVA)
2.√ 3 220 =0,539 (kA) b) Mạch máy biến áp
√3 220=0,217(kA) c) Mạch máy biến áp liên lạc
- Khi làm việc bình thường: S UTmax PC =¿ 65,44 MVA
- Khi sự cố 1 MBA bộ khi phụ tải trung cực đại: S UTmax PC sφc1 =¿28,26 MVA
- Khi sự cố 1 MBA liên lạc khi phụ tải trung cực đại: S UTmax PC sφc2 =¿ 56,52 MVA
Dòng cưỡng bức phía cao áp MBA liên lạc là:
Vậy dòng cưỡng bức làm việc làm nhất phía cao là: I cb2 20 m ax =0,539(kA)
5.1.2 Cấp điện áp 110kV a) Mạch đường dây
Mạch đường dây kép: Pk2 = 39 MW
Mạch đường dây đơn: Pd2 = 38 MW
√ 3 110.0,9 = 0,222(kA) b) Mạch máy biến áp
√ 3 110 =0,434 (kA ) c) Mạch máy biến áp liên lạc
- Khi làm việc bình thường: S UTmax PT
- Khi sự cố 1 MBA bộ khi phụ tải trung cực đại: S UTmax PT sφc1 =¿4 2,78MVA
- Khi sự cố 1 MBA liên lạc khi phụ tải trung cực đại: S UTmax PT sφc2 =¿11,26 MVA
Dòng cưỡng bức phía trung áp MBA liên lạc là:
Vậy dòng cưỡng bức làm việc làm nhất phía trung là: I cb m ax 220 =0,434(kA)
Dòng điện cưỡng bức của mạch này chính là dòng làm việc cưỡng bức của máy phát điện nên ta có:
Sau khi tính toán ta có bảng như sau:
Bảng 5-1: Dòng cưỡng bức các cấp điện áp
Chọn máy cắt và dao cách ly
5.2.1 Chọn máy cắt a) Chọn loại máy cắt
Máy cắt điện là loại thiết bị đắt tiền, thường được bố trí phía sau máy phát và máy biến áp để đóng, cắt mạch điện trong chế độ vận hành bình thường cũng như trong các chế độ sự cố, như cắt dòng điện ngắn mạch Do đó việc khẳng định có đặt hay không trong mạch là rất quan trọng Trong sơ đồ có bố trí MC thì cần được lựa chọn thông số phù hợp với đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật Trên cùng một cấp điện áp nên chọn các MC cùng loại để điều khiển thuận tiện, nhất là đối với TBPP 35 kV trở lên Yêu cầu đối với chúng là làm việc đảm bảo phải cắt nhanh, khi đóng cắt không gây cháy nổ kích thước gọn nhẹ, giá thành phù hợp. b) Điều kiện chọn máy cắt
Máy cắt được lựa chọn theo các điều kiện định mức về: điện áp, dòng điện làm việc cưỡng bức, dòng điện cắt, ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch Các điều kiện kiểm tra được thể hiện bằng các biểu thức sau:
1) Điều kiện về điện áp: U đmMC ≥U đmLĐ
2) Điều kiện về dòng điện: I đmMC ≥ I cb
3) Điều kiện về dòng điện cắt: I đmC ≥ I ' ' hay S đmC ≥ S N
4) Điều kiện về ổn định động: i đđm ≥ i xk
5) Điều kiện về ổn định nhiệt: I nhđm 2 t nhđm ≥ B N
Trong đó: UđmMC – điện áp định mức của MC;
UđmLĐ – điện áp định mức của lưới điện;
IđmMC – dòng điện định mức của máy cắt;
Icb – dòng điện cưỡng bức của MC;
IđmC, SđmC – tương ứng là dòng điện, công suất cắt định mức của MC;
I ’’ – dòng điện ngắn mạch siêu quá độ ba pha; SN là công suất ngắn mạch; ixk – dòng điện ngắn mạch xung kích;
Inhđm, tnhđm – tương ứng là dòng điện , thời gian ổn định nhiệt định mức của MC;
BN – xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch. Điều kiện ổn định nhiệt chỉ áp dụng đối với MC có dòng điện định mức nhỏ hơn 1000A Trong các điều kiện trên, vế trái là các thông số định mức của MC được cho bởi nhà chế tạo, vế phải là các thông số tính toán.
Dựa vào kết quả tính dòng ngắn mạch và dòng cưỡng bức, ta tra phụ lục III- tài liệu [1] ta chọn được máy cắt điện với các thông số sau:
Bảng 5-2: Chọn máy cắt điện cho từng cấp điện áp Điểm ngắn mạch
Thông số tính toán Loại máy cắt
Các máy cắt đã chọn ở trên đều có dòng điện định mức lớn hơn 1000A, nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
Từ bảng thông số máy cắt trên ta thấy các máy cắt được chọn đều thỏa mãn các yêu cầu đưa ra
Dao cách ly là thiết bị đóng cắt mở cơ khí , ở vị trí mở tạo nên khoảng cách điện trông thấy cần thiết và tin cậy a) Chọn loại
Ta chọn dao cách ly ngoài trời b) Điều kiện chọn dao cách ly
Dao cách ly được chọn theo các điều kiện về: điện áp, dòng điện cưỡng bức, ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch Các điều kiện kiểm tra được thể hiện bằng các biểu thức sau:
- Điều kiện về điện áp:
- Điều kiện về dòng điện:
- Điều kiện về ổn định động: i đđm ≥ i xk
- Điều kiện về ổn định nhiệt:
I nhđm 2 t nhđm ≥ B N Điều kiện ổn đinh nhiệt chỉ áp dụng đối với DCL có dòng điện định mức dưới 1000A Trong các biểu thức điều kiện ở trên, vế trái là các thông số định mức của DCL được cho bởi các nhà chế tạo và vế phải là các thông số tính toán
Tra phụ lục tài liệu [1] ta chọn được DCL với các thông số sau:
Bảng 5-3: Chọn dao cách ly cho từng cấp điện áp
Thông số tính toán Loại dao cách ly
Các DCL đã chọn đều có Iđm > 1000A nên không cần phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
Chọn cáp và khàng điện đường dây
Phụ tải cấp điện áp máy phát có công suất cực đại PmaxUG = 6 MW, cosUG = 0,92, gồm 1 kép x 2 MW x 3,4 km và 2 đơn x 2 MW x 2,1 km Tại địa phương dùng cáp nhôm, vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất bằng Fmin = 70 mm 2 ; máy cắt hợp bộ có dòng điện cắt định mức bằng ICđm = 20 kA và thời gian cắt định mức tCđm = 0,7s.
- Đoạn 1 là cáp 1: Từ nhà máy sau kháng đường dây đến trạm địa phương có máy cắt đầu đường dây là MC1.
- Đoạn 2 là cáp 2: từ trạm địa phương đến hộ tiêu thụ mà đầu đường dây là MC2
Ta đã biết trước loại và tiết diện tối thiểu của cáp 2, cũng như loại IC, tC của MC2 Vậy ta tiến hành tính toán để chọn cáp 1 và MC1
Chọn tiết diện đường dây theo mật độ dòng điện:
Từ bảng 1.4 Bảng biến thiên phụ tải cấp điện áp máy phát, tính được thời gian sử dụng công suất cực đại như sau:
Do Tmax = 7847,22h > 5000 h, tra bảng ta chọn cáp cách điện bằng giấy, lõi nhôm có
Xét đường dây kép o Dòng điện làm việc bình thường của dây cáp là:
2.√3.10,5 0,92Y,77(A) o Tiết diện của cáp là:
Y,77 1.2 I,81(mm 2 ) Vậy ta chọn cáp nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì hay nhôm, đặt trong không khí (nhiệt độ +25 ° C ) các thông số kỹ thuật trong bảng sau.
Bảng 5-4: Bảng thông số kỹ thuật cáp đường dây kép
Tiết diện phần lõi dẫn điện
Kiểm tra điều kiện phát nóng khi bình thường: k 1 k 2 I cp ≥ I bt
Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố: k qt sφc k 1 k 2 I cp ≥ I cb =2I bt với k qt sφc =1,3
Cáp trong đất nhiệt độ xung quanh là 25 ° C , nhiệt độ phát nóng của ruột cáp là 60 ° C , nhiệt độ cho phép là 15 ° C , khoảng cách 2 cáp đặt song song là 200 (mm)
Hệ số hiệu chỉnh theo môi trường đặt cáp là k1 = √ 60−25 60−15 = 0,882 và với cáp đơn thì hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song là k2 = 0,92 nên ta có:
- Khi làm việc bình thường: 0,882.0,92.130 = 105,49 (A) > Ibt = 59,77 (A)
Vậy cáp ã chọn thỏa mãn iều kiện phát nóng lâu dàiđã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài
Xét đường dây đơn o Dòng điện làm việc bình thường của dây cáp là:
Vậy ta chọn cáp nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì hay nhôm, đặt trong đất có (nhiệt độ +15 ° C ) các thông số kỹ thuật trong bảng sau.
Bảng 5-5: Bảng thông số kỹ thuật cáp đường dây đơn
Tiết diện phần lõi dẫn điện
Kiểm tra điều kiện phát nóng khi bình thường: k 1 k 2 I cp ≥ I bt k1 = 0,882, k2 = 1 k1.k2.Icp = 0,882.1.240 = 211,68 (A) > Ibt = 119,53 (A)
Vậy cáp ã chọn thỏa mãn iều kiện phát nóng lâu dàiđã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài
5.3.2 Chọn kháng điện đường dây
Kháng điện đường dây được chọn theo các điều kiện sau:
- Điều kiện về điện áp: U đmK ≥ U đmLĐ
- Điều kiện về dòng điện: I đmK ≥ I cb K
- Điện kháng Xk% được chọn theo điều kiện ổn định nhiệt cho cáp khi ngắn mạch và theo điều kiện dòng cắt của máy cắt đặt đầu đường dây cáp tương ứng
Xác định dòng cưỡng bức qua kháng, dòng cưỡng bức chọn theo phụ tải max:
Chọn kháng điện cuộn dây nhôm PbA – 10 – 400 có IđmK = 400 (A)
Hình 5-1: Sơ đồ kháng đơn cấp điện cho phụ tải địa phương
Tính toán chọn điện kháng
Hình 5-2: Sơ đồ thay thế để chọn X K % o Xét 3 điểm ngắn mạch:
- Điểm N4: điểm ngắn mạch tại nơi đấu kháng điện
- Điểm N7: điểm ngắn mạch ngay sau MC1, đầu đường dây cáp 1, phục vụ cho chọn MC1 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 1 khi ngắn mạch
- Điểm N8: điểm ngắn mạch ngay sau MC2, đầu đường dây cáp 2, phục vụ cho kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 2 khi ngắn mạch. o Điều kiện
- Đối với MC1 và cáp 1: { I I ' ' N N 7 7 ≤ I catMC 1
- Đối với MC2 và cáp 2: { I I ' ' N N 8 8 ≤ I catMC 2
10,5 2 =0,265 Với: x0: kháng điện đơn vị của cáp 1 Tra bảng tài liệu [1] x0 = 0,086 (Ω/km) l: chiều dài cáp 1
- Dòng điện ổn định nhiệt cho cáp được tính theo công thức sau:
Trong đó: F: Tiết diện cáp
CAl = 90 tC: thời gian cắt của máy cắt tcat MC1 = tcat MC2 + ∆ t = 0,7 + 0,3 = 1s
Trong nhiệm vụ thiết kế cho cáp cấp 2 có: Fmin = 70 mm 2 , tC = 0,7s.
5,5.100=5,67 % Vậy ta chọn kháng điện đơn : PbA-10-400-6 có X K %=6, IđmK = 400A, XK = 0,876 Ω
Bảng 5- 6: Bảng thông số kỹ thuật kháng điện
Loại kháng điện Uđm (kV) Iđm (A) Điện kháng định mức
Dòng điện ổn định động, kA
Dòng điện ổn định nhiệt, kA
Kiểm tra kháng điện đã chọn:
- Chọn MC1 Điều kiện về điện áp: U đmMC ≥U đmLĐ Điều kiện về dòng điện: I đmMC ≥ I cb Điều kiện về dòng điện cắt: I đmC ≥ I ' ' N 5 Điều kiện về ổn định động: i đđm ≥ i xkN 5
Vậy ta chọn máy cắt có thông số như sau:
Bảng 5-7: Bảng thông số máy cắt cáp 1 Điểm ngắn mạch
Thông số tính toán Loại máy cắt
' ' =4,65(kA)≤ I nhCap2 =7,53(kA) => Vậy kháng điện đã chọn đạt yêu cầu
Chọn thanh góp cứng đầu cực máy phát
Thanh dẫn cứng được sử dụng ở cấp điện áp 10,5kV ( I cp ≥I cb k hc
Trong đó: Icp: Dòng điện cho phép của thanh góp ở nhiệt độ tiêu chuẩn khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ khc = √ ϑ ϑ cp bt cp bt −ϑ −ϑ sφq ch = √ 70−35 70−25 = 0,882 ϑ cp bt : Nhiệt độ cho phép làm việc bình thường; ϑ sφq : Nhiệt độ của môi trường xung quanh; ϑ ch : Nhiệt độ môi trường tiêu chuẩn.
0,882 = 5,155 (kA) = 5155 A => Ta chọn thanh dẫn hình máng
Tra phụ lục X- tài liệu [1], ta có bảng sau:
Bảng 5-8: Thông số thanh dẫn cứng đầu cực máy phát
Kích thước (mm) Tiết diện một cực (mm 2 )
Dòng điện cho phép hai thanh (đồng) (A) h b r c
Hình 5-3: Hình vẽ mặt cắt của thanh dẫn cứng hình máng
5.4.2 Kiểm tra ổn định động và ổn định nhiệt
Do thanh dẫn được chọn có: Icp = 5500A > 1000A nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Điều kiện ổn định động: Theo tiêu chuẩn độ bền cơ, ứng suất của vật liệu làm thanh dẫn không được lớn hơn ứng suất cho phép của nó, có nghĩa là: σ tt =σ 1 +σ 2 ≤ σ cp
- σ tt : ứng suất tính toán
- σ 1: ứng suất trong thanh dẫn gây ra bởi lực tác động tương hỗ giữa các pha
- σ 2: ứng suất do lực tác động giữa hai thanh dẫn 1 pha
- σ cp : ứng suất cho phép, σ cpcu 00(kG/cm 2 )
Xác định ứng suất σ 1 Ứng suất trong thanh dẫn gây ra bởi lực tác đọng tương hỗ giữa các pha được tính: σ 1= M 1
- M1: Momen uốn tác dụng lên một nhịp (kG.cm)
- Wy-y: kích cỡ theo phương trục y-y của thanh dẫ đã chọn, Wy-y = 9,5
- Ftt: lực động điện tác động giữa các pha, kG
(3) ) 2 10 −2 = 1,76.1.120 60 (78, 81) 2 10 -2 = 218,63 (kG) l: khoảng cách giữa hai sứ liền nhau một pha, lấy l = 120 cm a: khoảng cách giữa pha, lấy a = 60 cm khd: hệ số hiệu dụng
Xác định ứng suất σ 2 Ứng suất tính toán do lực động điện giữa 2 thanh dẫn trong cùng 1 pha tạo ra: σ 2 = F tt 2 l 1 2
Lực tác động do dòng ngắn mạch trong cùng 1 pha gây ra trên 1 đơn vị chiều dài thanh góp:
Theo iều kiện ổn ịnh ộng đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài l σ tt =σ 1 +σ 2 ≤ σ cp ⟺σ 2 ≤ σ cp −σ 1 ⟺ F tt 2 l 1 2
Ta thấy l 1 max = 248,798 > 120, vậy nên ta chỉ đặt hai miếng đệm ở hai đầu sứ, giữa sứ của 1 nhịp thanh dẫn không cần đặt thêm miếng đệm mà thanh dẫn đã chọn vẫn đảm bảo ổn định động khi ngắn mạch.
5.4.3 Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng
Tần số dao động riêng của sứ và thanh dẫn cần phải nằm ngoài khu vực cộng hưởng với giới hạn ±10% tần số chính của hệ thống Hệ thống điện trong đề tài thiết kế có tần
41 số f = 50Hz Vậy tần số dao động riêng của sứ và thanh dẫn phải nằm ngoài giới hạn
Tần số dao động riêng của thanh dẫn dạng bất kì được xác định theo biểu thức: f R =3,65 l 2 √ E J F γ 10 6 (5.1)
- l : độ dài thanh dẫn giữa 2 sứ, cm
- E: modun đàn hồi của vật liệu thanh dẫn, ECu = 1,1.10 6 (kG/cm2 )
- J: momen quán tính của tiết diện thanh dẫn với trục thẳng vuông góc
- F: tiết diện ngang của thanh dẫn, cm 2 , F = 2.1370.10 -2 = 27,4 cm 2
- γ: khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn, γ Cu =8,93g/cm 3
Thay vào công thức (5.1) ta có: f R =3,65
Ta thấy tần số dao động riêng của thanh dẫn nằm ngoài khu vực cộng hưởng (45÷55) Hz và (90÷110) Hz nên thanh dẫn đã thảo mãn được yêu cầu dao động riêng.
Sứ đỡ thanh dẫn cứng được chọn theo các điều kiện sau:
- Loại sứ: sứ đặt trong nhà
- Điện áp: U đmS ≥U đmLĐ ,5(kV)
- Kiểm tra ổn định động: F tt ' ≤0,6.F ph
Tra phụ lục IX - tài liệu [1], chọn loại sứ có thông số như sau:
Bảng 5-9: Bảng thông số sứ
Loại sứ Điện áp (kV)
Lực phá hoại nhỏ nhất khi uốn tính
Chiều cao Định mức Duy trì ở (mm) trạng thái khô
Hình 5-4: Sứ đỡ cho thanh dẫn
Kiểm tra ổn định động theo điều kiện:
- Fph: Lực phá cho phép của sứ
- F tt ' : Lực điện động đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch 3 pha (kG), F tt H+0.5.h
- Ftt: Lực động điện tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch 3 pha, kG
- H: chiều cao của sứ, cm
- H1: Chiều cao tính từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn, cm
- h: chiều cao thanh dẫn đã chọn, cm
206 = 284,96 kG < Fcp = 0,6.2000 = 1200 kG Kết luận: Sứ đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động.
Chọn dây dẫn, thanh góp mềm phía điện áp cao và trung
Trong nhà máy điện đối với cấp điện áp 35 kV trở lên, dẫn mềm được dùng làm thanh góp và thanh dẫn nối với các máy biến áp chính với hệ thống thanh góp Do chiều dài của thanh góp và thanh dẫn mềm là không lớn nên.
I cb ≤ I cp hc =K hc I cp ⟶I cp ≥ I cb
Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: S ≥ S min =√ B N
S: Tiết diện của thanh dẫn mềm (mm 2 )
C: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, CAl = 79 (A 2 s/mm 2 )
BN: Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch, BN = BNCK + BNKCK (A 2 s)
BNCK: Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần chu kì
BNKCK: Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần không chu kì
Kiểm tra điều kiện vầng quang ( với điện áp lớn hơn 110 kV thì phải kiểm tra điều kiện này)
Uvq: là điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang (kV) m: là hệ số phụ thuộc vào bề mặt dây dẫn r: là bán kính ngoài của dây dẫn (cm) a: là khoảng cách giữa các pha của dây dẫn (cm)
5.5.1 Chọn thanh góp cấp điện áp 220 kV
Ta có: I cb220 max =0,539(kA)S9A, Khc = 0,882
0,882a1,11(A) Tra bảng PLX – phụ lục 10 – tài liệu [1], ta chọn dây dẫn:
Bảng 5-10: Thông số ký thuật thanh góp mềm cấp điện áp 220 kV
Tiết diện chuẩn nhôm/thép
Tiết diện (mm 2 ) Đường kính (mm) Dòng điện phụ tải cho phép Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép (A)
220 kV 300/39 301 38 24 8 690 a) Kiểm tra điều kiện vầng quang
Với dây nhiều sợi, lấy m = 0,97 r = d 2 = 24 2 = 12(mm )=1,2(cm)
Thay số vào ta có:
Kết luận: Dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang b) Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch
Xác định xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ BNCK
Ta tính xung nhiệt với thời gian tồn tại của ngắn mạch là 1s, ta xác định ngắn mạch tại các thời điểm 0s; 0,1s; 0,2s; 0,5s; 1s.
Theo kết quả tính toán chương 4, khi ngắn mạch tại N1, ta có:
100 =0,315 Tra đường cong tính toán tài liệu [1], ta được các dòng I NM ¿ , từ đó áp dụng công thức sau để tính ngắn mạch phía nhanh nhà máy
√3 230 Dòng ngắn mạch tại N1 ở các thời điểm trong đơn vị (kA) do nhà máy và hệ thống cung cấp là:
Giá trị trung bình bình phương cho các khoảng thời gian: ∆t i = t i+1 – t i (s)
Tính toán theo trình tự trên ta có bảng sau:
Bảng 5-11: Tính toán xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ (ngắn mạch N 1 ) t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1
Xác định xung lượng nhiệt thành phần không chu kỳ BNKCK
- I ’’ = Ick0N1: là dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm ngắn mạch N1
- Ta là hằng hằng số thời gian tắt dần của dòng ngắn mạch không chu kì ∆ti
Thay số vào ta được:
Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh cái 220 kV là:
Dây dẫn mềm đảo bảo điều kiện ổn định nhiệt khi:
Kết luận: Vậy dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt.
5.5.2 Chọn thanh góp cấp điện áp 110 kV
Ta có: I cb max 110 =0,434(kA)C4A, Khc = 0,882
K hc = 4340,882I2,06(A) Tra bảng PLX – phụ lục 10 – tài liệu [1], ta chọn dây dẫn:
Bảng 5-12: Thông số ký thuật thanh góp mềm cấp điện áp 110 kV
Tiết diện chuẩn nhôm/thép
Tiết diện (mm 2 ) Đường kính (mm) Dòng điện phụ tải cho phép Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép (A)
110 kV 185/43 181 29 18,8 6,9 510 a) Kiểm tra điều kiện vầng quang
Với dây nhiều sợi, lấy m = 0,97 r = d 2 = 18,8 2 =9,4 (mm)=0,94 (cm)
Thay số vào ta có:
Kết luận: Dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang b) Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch
Xác định xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ BNCK
Theo kết quả tính toán chương 4, khi ngắn mạch tại N2, ta có:
100 =0,293 Tra đường cong tính toán tài liệu [1], ta được các dòng I NM ¿ , từ đó áp dụng công thức sau để tính ngắn mạch phía nhanh nhà máy
Dòng ngắn mạch tại N1 ở các thời điểm trong đơn vị (kA) do nhà máy và hệ thống cung cấp là: I N1(t) = I HT (t) + I NM (t) (kA )
Giá trị trung bình bình phương cho các khoảng thời gian: ∆t i = t i+1 – t i (s)
Tính toán theo trình tự trên ta có bảng sau:
Bảng 5-13: Tính toán xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ (ngắn mạch N 2 ) t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1
Xác định xung lượng nhiệt thành phần không chu kỳ BNKCK
Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh cái 220 kV là:
Dây dẫn mềm đảo bảo điều kiện ổn định nhiệt khi:
7 9 4,19mm 2 < Schon = 181 mm 2 Kết luận: Vậy dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt.
Chọn thiết bị đo lường
5.6.1 Chọn máy biến điện áp (BU) a) Chọn BU cho cấp điện áp máy phát
Chọn BU cho cấp điện áp máy phát BU được chọn theo các điều kiện sau:
- Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp phải phù hợp với nhiệm vụ của nó Để cấp điện cho công tơ ta chỉ cần 2 biến điện áp 1 pha nối V/V
- Điều kiện về điện áp: UdmBU Udm (nên chọn bằng).
- Cấp chính xác của BU: Cấp điện cho công tơ nên chọn BU có cấp chính xác là 0,5
- Công suất định mức: Tổng phụ tải nối vào BU (S2) phải nhỏ hơn hoặc bằng công suất định mức của BU với cấp chính xác đã chọn: SdmBU S2
S2 là tổng phụ tải các dụng cụ đo lường nối vào BU không tính tổng trở dây dẫn.
Với ΣPPdc và ΣPQdc là tổng công suất tác dụng và phản kháng của các dụng cụ đo, xác định dựa trên sơ đồ nối dây của các dụng cụ đo vào thứ cấp của máy biến điện áp.
Ta phân bố các đồng hồ điện phía thứ cấp đồng đều cho 2 BU tương ứng như sau:
Bảng 5-14 : Thông số các dụng cụ phụ tải của BU
Kí hiệu Phụ tải BU pha AB Phụ tải BU pha AB
Tên đồng hồ P(W) Q(Var) P(W Q(Var)
Công tơ phản kháng WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62
Biến điện áp AB có:
Biến điện áp BC có
Ta chọn BU cho cấp điện áp máy phát có thông số:
Bảng 5-15 : Thông số BU cấp điện áp 10,5 kV
Cấp điện áp (kV) Điện áp định mức (V) Công suất định mức
Cuộn sơ cấp Cuôn thứ cấp Cuộn thứ cấp phụ
Chọn dây dẫn từ BU đến các dụng cụ đo
Chọn dây dẫn nối giữa BU và các dụng cụ đo lường: tiết diện dây dẫn được chọn sao cho tổn thất điện áp trên nó không vượt quá 0,5% điện áp định mức thứ cấp khi có công tơ theo điều kiện độ bền cơ tiết diện tối thiểu của dây dẫn là 1,5 mm2 đối với dây đồng và 2,5 mm2 đối với dây nhôm.
- Tính dòng điện trong các dây dẫn:
- Để đơn giản ta coi:
- Điện áp giáng trên pha a và pha b:
Giả sử khoảng cách l từ dụng cụ đo đến BU là 60m, bỏ qua goác lệch giữa ia và ib Vì trong mạch có công tơ nên ∆ U =0,5 % do vậy tiết diện dây phải chọn là:
0,5 0,0175.60=1,1466 Vậy ta chọn dây dẫn là dây đồng có tiết diện 1,5 mm 2 b) Chọn BU cho cấp điện áp 110kV và 220kV
BU phía 110kV và 220kV được dùng để kiểm tra cách điện, cung cấp cho bảo vệ role, tự động hóa Dựa vào những yêu cầu trên tra phụ lục V – tài liệu [1], ta chọn 3 máy biến điện áp 1 pha nối dây theo sơ đồ Y/Y/ΔP hở với cấp chính xác 0,5 có các thông số như sau:
Bảng 5-16 : Thông số BU cấp điện áp 110 kV và 220 kV
Cấp điện áp kV Điện áp điện mức, V Công suất định mức Cuộn sơ cấp Cuộn thứ VA cấp chính
5.6.2 Chọn máy biến dòng điện (BI) a) Chọn BI cho cấp điện áp máy phát
Chọn máy biến dòng Điều kiện chọn BI:
- Điện áp định mức sơ cấp của BI: UdmSC Udm
- Dòng điện định mức sơ cấp: IdmSC Icb = 4,547 kA (bảng 5.1)
- Cấp chính xác: 0,5 (vì trong mạch thứ cấp có công tơ)
- Biến dòng điện được đặt trên cả ba pha mắc hình sao
Tra phụ lục V – tài liệu [1], ta chọn biến dòng điện có thông số như sau:
Bảng 5-17 : Thông số BI cấp điện áp máy phát
Dòng điện định mức (A) Cấp chính xác
Chọn dây dẫn nối giữa BI và dụng cụ đo
Ta chọn dây dẫn đồng và giả sử chiều dài từ biến dòng điện đến dụng cụ đo là l = 60
(m) Vì là sơ đồ nối sao hoàn toàn nên ta có: ltt = 60 m và ρ = 0,0175 Ω.mm 2 /m. Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu tổng phụ tải thứ cấp (Z2) của BI kể cả tổng trở dây dẫn không được vượt quá phụ tải định mức của BI (ZđmBI).
Zdc: tổng phụ tải của dụng cụ đo nối vào thứ cấp BI
Zdd: tổng trở dây dẫn nối từ BI đến dụng cụ đo
Zdc được xác định dựa trên sơ đồ nối điện như sau:
Hình 5-5: Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào máy biến điện áp và máy biến dòng mạch máy phát điện
Kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt
Bảng 5-18: Thông số các dụng cụ phụ tải BI
Số TT Phần tử Loại Phụ tải
6 Công tơ phản kháng MT-672 2,5 5 2,5
Chọn dây dẫn nối giữa BI và dụng cụ đo
Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha A (hoặc pha C) là:
Vậy ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện 10 mm 2
Ta có IđmSC = 6000A > 1000A do vậy BI đã chọn không cần kiểm tra ổn định nhiệt
Máy biến dòng đã chọn không cần phải kiểm tra ổn định động vì nó quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát. b) Chọn BI cho cấp điện áp 110 kV và 220 kV
Các máy biến dòng điện được đi kèm với các máy cắt có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle. Điều kiện chọn:
- Điện áp định mức của BI: U đmSC ≥ U đm
- Dòng điện định mức sơ cấp: I đmSC ≥ I cb
Tra phụ lục V – tài liệu [1], ta chọn BI có thông số sau:
Bảng 5-19: Thông số BI cấp điện áp 110 kV và 220 kV
Bội số ổn định dòng
Bội số ổn định nhiệt
Sơ cấp Thứ cấp (kA)
- Kiểm tra điều kiện ổn định động:
Dòng điện ổn định động là: Ildd = 54 (kA) > ixk N1 = 22,38 (kA) (thỏa mãn)
Dòng điện ổn định động là: Ildd = 145 (kA) > ixk N2 = 29,71 (kA) (thỏa mãn)
- Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
Không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì các BI được chọn đều có IđmSC > 1000A
Chọn chống sét van
Chống sét van là thiết bị được 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 trước 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 xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thường. Đối với thanh góp ngoài trời 110 kV, 220 kV và phía cao 220 kV, phía trung 110 kV của máy biến áp tự ngẫu (AT2, AT3) ta chọn chống sét van theo điều kiện sau:
UdmCSV220 = UdmC = 220 kV; UdmCSV110 = UdmT = 110 kV Đối với CSV đặt ở trung tính của máy biến áp hai cuộn dây (T1, T4), điện áp định mức của CSV cho phép nhỏ hơn một cấp so với điện áp định mức:
UdmCSV220 = 110 (kV) ; UdmCSV110 = 35 (kV)Tra phụ lục VIII – tài liệu [1], ta chọn CSV có thông số như sau:
Bảng 5-20 : Thông số của chống sét van
(kV) Điện áp cho phép lớn nhất Umax
(kV) Điện áp đánh thủng khi tần số 50Hz (kV) Điện áp đánh thủng xung kích, khi thời gian phóng điện 2 đến 10s (kV)
Kết luận: Như vậy ở chương 5 này ta đã lựa chọn được các khí cụ điện và dây dẫn cho sơ đồ nối điện chính của nhà máy.Tiếp theo ta tính toán để lựa chọn thiết bị và khí cụ điện cho sơ đồ tự dùng của NMTĐ đang thiết kế.
TÍNH TOÁN TỰ DÙNG
Sơ đồ cung cấp tự dùng
NMNĐ với mọi công suất, sơ đồ tự dùng cung cấp điện tự dùng luôn tồn tại hai cấp điện áp: 6 kV và 0,4 kV:
- Cấp tự dùng 6 kV chiếm tỷ lệ lớn, cung cấp cho động cơ công suất lớn, đảm bảo làm việc của lò hơi và tuabin các tổ máy.
- Cấp tự dùng 0,4 kV cung cấp cho các động cơ công suất nhỏ và chiếu sáng
Mỗi tổ máy liên quan đến một lò và mỗi lò được cung cấp từ một phân đoạn do đó để cung cấp điện tự dùng 4 tổ máy cần dùng 4 phân đoạn, mỗi phân đoạn được cung cấp bằng một máy biến áp hạ áp 10,5/6 KV
Với cấp 0,4 kV có thể không nhất thiết phải phân đoạn theo số lộ Để dự trữ cho cấp
6 kV dùng một MBA dự trữ nối với với cuộn hạ MBATN (phía trên máy cắt đầu cực) Dự trữ cho cấp 0,4 kV cũng dùng một MBA nối với thanh góp dự trữ 6 kV
Để sản xuất ra điện năng thì các nhà máy điện cần tiêu thụ một lượng điện nhất định cho các cơ cấu tự dùng đảm bảo cho sự phát triển của nhà máy.
Đối với các nhà máy nhiệt điện, điện năng tự dùng để chuẩn bị nhiệt lưu, vận chuyển nhiên liệu, đưa nước vào nồi hơi,…, và các hệ thống điều khiển thông tin Điện áp tự dùng trong nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dạng nhiên liệu, áp lực hơi ban đầu, loại và công suất của các tua bin, lượng điện tự dùng này chiếm 5- 10% tổng điện năng sản xuất của nhà máy.
Khi sử dụng MBA dự phòng lạnh (TD95), có công suất từ 1 đến 1,3 lần MBA tự dùng thường, được lấy từ phía hạ máy biến áp liên lạc- phía trên máy cắt Máy cắt phía trên MBA dự phòng làm việc bình thường thường mở. a) Nguồn điện tự dùng
Trong nhà máy phát điện, nguồn điện tự dùng có thể lấy theo 3 cách khác nhau
- Dùng MBA lấy điện từ TG liên lạc ở phía cao
- Dùng các nguồn tự dùng riêng (điện năng phát ra cung cấp cho TG tự dùng chính của nhà máy điện)
- Dùng các nguồn dự phòng cung cấp điện cho các trường hợp sự cố
Hình 6-1: Sơ đồ nối điện tự dùng của nhà máy b) Cấp điện áp 6 kV
- Cấp điện áp tự dùng nay dùng để cung cấp điện cho các động cơ điện có công suất đinh mức từ 200 kW trở lên
- Phân đoạn theo lò (tổ MPĐ), mỗi phân đoạn được cấp từ một máy biến áp riêng (TD91, TD92, TD93, TD94) Các máy biến áp này lấy điện từ phân đoạn điện áp
MPĐ trường hợp nhà máy có thanh góp điện áp máy phát và lấy điện từ ngay đầu cực máy phát trường hợp nhà máy không có thanh góp điện áp máy phát.
- MBA TD95 làm dự phòng lạnh cho các MBA TD91, TD92, TD93, TD94 trong trường hợp sự cố các MBA này liên lạc của nhà máy TD95 được lấy điện từ phía hạ áp của 2 MBA liên lạc của nhà máy và phía trên máy cắt Bình thường MBA dự phòng này bình thường không làm việc, máy cắt trên MBA ở trạng thái thường mở khi bình thường c) Cấp điện áp 0,4 kV
- Cấp điện áp này dùng để cấp điện cho các động cơ có công suất định mức dưới
200 kW và phụ tải chiếu sáng;
- Công suất điện cấp này chiếm khoảng từ 10 đến 15% công suất tự dùng của toàn nhà máy: S TD 0,4 kV =(10÷15)% S TD max ;
- Các MBA cấp này được lấy điện từ các thanh góp cấp điện áp 6 kV hạ xuống 0,4 kV: là các MBA TD61, TD62, TD63, TD64;
- MBA TD65 làm dự phòng lạnh cho các MBA TD61, TD62, TD63, TD64 trong trường hợp sự cố TD65 được lấy điện từ thanh góp 6 kV của MBA dự phòng cấp
6 kV, bình thường MBA này không làm việc;
- Mạng điện tự dùng này có trung tính trực tiếp nối đất để đảm bảo an toàn và có dây trung tính, được biểu diễn trên sơ đồ bằng đường nét đứt, để lấy điện áp pha cung cấp cho các phụ tải một pha
Chọn máy biến áp cho điện tự dùng
6.2.1 Máy biến áp cấp 6 kV
Từ số liệu bảng 1-8 ta có:
Công suất của các MBA tự dùng riêng cấp 6 kV được chọn theo điều kiện:
S đmTD 91 =S đmTD92 =S đmTD 93 =S đmTD 94 ≥S TD max n ,79
4 =4,45(MVA) Tra phụ lục II.2 – tài liệu [1], ta chọn NBA có thông số sau:
Bảng 6-1: Thông số MBA tự dùng cấp 6 kV
(kVA) Điện áp (kV) Tổn thất (kW) UN% I0%
Cuộn cao Cuộn hạ ΔPP0 ΔPPN
Công suất của các MBA dự phòng được chọn theo điều kiện
Tra phụ lục – tài liệu [1], ta chọn MBA dự phòng có thông số sau:
Bảng 6-2: Thông số MBA dự phòng
(kVA) Điện áp (kV) Tổn thất (kW) UN% I0%
Cuộn cao Cuộn hạ ΔPP0 ΔPPN
6.2.2 Máy biến áp cấp 0,4 kV
Thực tế vận hành cho thấy công suất tự dùng cấp 0,4 kV chiếm khoảng 10-15% công suất tự dùng toàn nhà máy.
Do đó công suất tự dùng lúc này là:
Máy biến áp cấp này được mặc định công suất là 1000 kVA nên số đoạn cấp 0,4 kV sẽ là: n ≥S T D 0, 4 kV 10 3
1000 =2,67→ tadùng3máy biến áp công tác
Máy biến áp dự phòng lạnh TD65 lấy điện từ thanh góp 6 kV của MBA dự phòng, có cùng công suất với MVA tự dùng 0,4 kV là 1000 kVA
Tra phụ lục - tài liệu [1], ta chọn MBA có thông số sau:
Bảng 6-3: Thông số MBA tự dùng và dự phòng cấp 0,4 kV
(kVA) Điện áp (kV) Tổn thất (kW) UN% I0%
Cuộn cao Cuộn hạ ΔPP0 ΔPPN
Chọn máy cắt và khí cụ điện
6.3.1 Chọn máy cắt a) Máy cắt tự dùng cấp điện áp máy phát
Máy cắt tự dùng cấp điện áp máy phát 10,5 kV được chọn theo giá trị dòng điện tại điểm ngắn mạch N4. Điều kiện chọn máy cắt:
1) Điều kiện về điện áp: U đmMC ≥U đmLĐ
2) Điều kiện về dòng điện: I đmMC ≥ I cb
3) Điều kiện về dòng điện cắt: I đmC ≥ I ' '
4) Điều kiện về ổn định động: i đđm ≥ i xk
5) Điều kiện về ổn định nhiệt: I nhđm 2 t nhđm ≥ B N
Tra phụ lục III – tài liệu [1], ta chọn máy cắt có thông số sau:
Bảng 6-4: Thông số máy cắt phía tự dùng
Thông số tính toán Loại
Máy cắt được chọn có dòng định mức lớn hơn 1000A nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt b) Máy cắt hợp bộ tự dùng cấp điện áp 6 kV Để chọn MC trong trường hợp này ta tính dòng ngắn mạch tại thanh góp phân đoạn 6,3 kV (điểm N9) Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau:
Hình 6-2: Sơ đồ điểm ngắn mạch N 9 Ở chương 4 đã tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N4, ta có:
√ 3 10,5 =5,499 kA Điện kháng tổng từ hệ thống đến N4:
59,3 =0,093 Điện kháng của MBA tự dùng cấp 6,3 kV:
6,3=1,032 Điện kháng tổng từ hệ thống đến N9:
X ∑ =X HT +X TD 91 =0,093+1,032=1,125 Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ của N9:
Dòng điện xung kích tại điểm ngắn mạch N9:
I xkN 9 =√2 1,8 I N '' 9 =√2.1,8 8,15 ,75(kA) Dòng điện cưỡng bức ở phía 6,3 kV:
Tra phụ lục III – tài liệu [1], chọn MC loại 8BM20 có thông số kỹ thuật sau:
Bảng 6-5: Thông số máy cắt 8BM20
Thông số tính toán Loại
6.3.2 Chọn dao cách ly Điều kiện chọn:
- Điều kiện về điện áp:
- Điều kiện về dòng điện:
- Điều kiện về ổn định động: i đđm ≥ i xk
- Điều kiện về ổn định nhiệt:
Tra phụ lục – tài liệu [1], ta chọn DCL có thông số sau:
Bảng 6-6: Thông số dao cách ly phía tự dùng
Dao cách ly đã chọn có dòng định mức lớn hơn 1000A và lớn hơn Icb nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
6.3.3 Chọn aptomat a) Tính ngắn mạch
Chọn điểm ngắn mạch N10 (phía sau máy biến áp tự dùng) Coi nguồn cấp cho điểm ngắn mạch N9 là nguồn có công suất vô cùng lớn (X=0)
Ta có sơ đồ thay thế:
Hình 6-2: Sơ đồ điểm ngắn mạch N 10
Chọn Scb = 100 MVA, Ucb = 0,4 kV
Tổng trở của máy biến áp Btd
Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm N10:
Dòng điện xung kích tại điểm N10: i xkN 10 =√2 k xk I ' ' N 10 =√2 1,8.27,94q,12(kA)
Ta coi dòng làm việc cưỡng bức bằng dòng làm việc ở mạch tự dùng chung:
Aptomat được chọn theo 3 điều kiện:
Căn cứ vào điều kiện chọn aptomat và kết quả tính ngắn mạch, tra tài liệu [6] - tr 147 ta chọn aptomat do hãng Merlin Gerin chế tạo có các thông số như bảng sau:
Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho aptomat vì aptomat có Iđm > 1000A
