Đồ Án môn học thiết kế phần Điện trong nhà máy Đện và trạm biến Áp

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.. Đồ án em gồm 6 chương: Chương 1: Tính toán cân bằng công suất Chư

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Chọn máy phát điện

Theo yêu cầu của đề tài đồ án về phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp, có 4 máy phát nhiệt điện với công suất định mức PdmF = 63 MW cho mỗi máy Việc lựa chọn máy phát nhiệt điện sẽ được thực hiện dựa trên các tiêu chí cụ thể.

 Loại máy phát nhiệt điện được chọn, nhà sản xuất máy phát

 Công suất định mức tối đa của máy phát nhiệt điện

 Điện áp định mức của máy phát nhiệt điện có thể phát ra

 Hệ số công suất của máy phát nhiệt điện

 Tốc độ quay định mức tối đa cho phép của mát phát nhiệt điện

 Tần số phát của máy

 Các thông số điện kháng tương đối tương ứng của máy phát nhiệt điện.

Vậy theo các điều kiện trên ta có bảng thông số kỹ thuật của các máy phát nhiệt điện turbin khí như sau:

Bảng 1 1 Thông số kỹ thuật của máy phát điện

Như vậy, ta đã tiến hành chọn xong máy phát nhiệt điện turbin khí

TB ∅ -63-2 cho NMĐ gồm có 4 máy phát với công suất mỗi máy: PdmF

Đồ thị phụ tải

1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

 Công thức tính công suất tác dụng của toàn nhà máy tạị các thời điểm t [5]:

PTNM(t): Công suất tác dụng của toàn nhà máy tại thời điểm t (MW)

PTNM%: phần trăm công suất tác dụng của nhà máy

Pđ : Công suất đặt tác dụng (MW), với Pđ = ∑ P dmF

 Công thức tính công suất toàn phần của toàn nhà máy tạị các thời điểm t:

Công suất toàn phần của nhà máy tại thời điểm t được ký hiệu là STNM(t) (MVA), trong khi cosφ đại diện cho hệ số công suất chung của các máy phát nhiệt điện Để thực hiện tính toán, áp dụng công thức (1.1) và (1.2) sẽ cho ra kết quả cần thiết.

 Công suất tác dụng của toàn nhà máy tạị thời điểm (0-10)h:

 Công suất toàn phần của toàn nhà máy tạị các thời điểm (0- 10)h:

Để tính toán công suất toàn bộ nhà máy, chúng ta thực hiện quy trình tương tự như đã trình bày trước đó Dưới đây là bảng tính toán công suất theo từng khoảng thời gian tương ứng.

Bảng 1 2 Bảng biến thiên công suất của toàn nhà máy t(h) PTNM% PTNM(t) STNM(t)

1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng

Nhà máy phát nhiệt điện turbin khí khác với nhà máy thủy điện ở chỗ phụ tải tự dùng chiếm từ 3-15% công suất toàn nhà máy Có hai cấp điện áp chính là 0,4 kV và 6,3 kV Phụ tải tự dùng ở cấp điện áp 0,4 kV thường bao gồm các động cơ máy móc có công suất dưới 200 kW và hệ thống chiếu sáng, trong khi đó, cấp điện áp 6,3 kV thường được sử dụng cho các động cơ có công suất lớn, lò luyện hơi và máy móc sơ chế nhiên liệu đầu vào.

Phụ tải tự dùng của máy phát nhiệt điện turbin hơi được chia thành hai phần: 40% không phụ thuộc vào công suất toàn nhà máy và 60% phụ thuộc vào công suất của nhà máy Để xác định phụ tải tự dùng biến thiên theo thời gian, ta có công thức tính toán cụ thể.

 Công thức tính phụ tải tự dùng STD(t) tạị các thời điểm t [5]:

STD(t): Phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA)

STDmax: Phụ tải tự dùng lớn nhất, với STDmax = α P cos max

Sđ : Công suất đặt toàn phần của TNM (MVA), với Sđ

= ∑ S dmF Áp dụng công thức (1.3) thực hiện tính toán như sau:

 Phụ tải tự dùng STD(t) tạị thời điểm (0-10)h:

STD(0-10) = SmaxTD.(0,4 + 0,6 S TNM ( S 0−10) đ ) = α P cos max

Để tính toán phụ tải tự dùng STD(t), chúng ta có bảng tính toán phụ tải tự dùng theo từng khoảng thời gian như sau: t(h) 0-10, 10-20, 20-24.

1.2.3 Đồ thị phụ tải địa phương

 Công thức tính phụ tải địa phương tạị các thời điểm t [4]:

SUG(t): Phụ tải địa phương tại thời điểm t (MVA)

PUG%: Phần trăm công suất tác dụng

S maxUG : Phụ tải địa phương lớn nhất (MVA). Áp dụng công thức (1.4) thực hiện tính toán như sau:

 Phụ tải địa phương SUT(t) tạị thời điểm (0-10)h:

Trình bày tính toán phụ tải địa phương SUG(t) tương tự như trên, ta có bảng tính toán tương ứng như sau:

Bảng 1 3 Bảng biến thiên phụ tải địa phương S UG (t) t(h) 0-10 10-20 20-24

1.2.4 Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung

 Công thức tính phụ tải cấp điện áp trung tạị các thời điểm t [4]:

SUT(t): Phụ tải cấp điện áp trung tại thời gian t (MVA)

PUT%: Phần trăm công suất tác dụng

S maxUT : Phụ tải cấp điện áp trung lớn nhất (MVA). Áp dụng công thức (1.4) thực hiện tính toán như sau:

 Phụ tải địa phương SUT(t) tạị thời điểm (0-10)h:

Trình bày tính toán phụ tải địa phương SUT(t) tương tự như trên, ta có bảng tính toán tương ứng như sau:

Bảng 1 4 Bảng biến thiên phụ tải địa phương S UT (t) t(h) 0-10 10-20 20-24

Tính toán cân bằng công suất

 Công thức tính cân bằng công suất tạị các thời điểm t [5]:

S VHT (t) = S TNM (t) - [S UT (t) + S UG (t) + S TD (t)] (1.6)

SVHT(t): Công suất phát về hệ thống tại thời gian t (MVA). Áp dụng công thức (1.6) thực hiện tính toán như sau:

 Công suất phát về hệ thống tại thời gian (0-10)h:

SVHT(0-10) = STNM(0-10) - [SUT(0-10) + SUG(0-10) + STD(0-10)]

Trình bày tính toán công suất phát về hệ thống tương tự như trên, ta có bảng tính toán tương ứng như sau:

Bảng 1 5 Bảng biến thiên công suất phát về hệ thống t(h) 0-10 10-20 20-24

Chúng ta đã xác định các thành phần biến thiên, bao gồm công suất phụ tải ở các cấp điện áp và công suất của TNM, trong ba khoảnh thời gian tương ứng Dưới đây là bảng 1.6 tổng hợp các kết quả tính toán, cùng với biểu đồ phụ tải để minh họa sự biến thiên của các thành phần này Những thông tin này sẽ là cơ sở để thiết kế sơ đồ nối điện cho TNM và thực hiện các tính toán cho các chương tiếp theo.

Bảng 1 6 Bảng biến thiên phụ tải ở các cấp điện áp và phụ tải TNM t(h) 0-10 10-20 20-24

Từ số liệu đã tính được trong bảng 1.6, ta có biểu đồ biến thiên của các phụ tải ở các cấp điện áp và TNM như sau:

Hình 1 1 Đồ thị phụ tải

STNM – Công suất phát của toàn nhà máy, MVA

SVHT – Công suất phát về hệ thống, MVA

SUT – Công suất phụ tải cấp điện áp trung, MVA

STD – Công suất phụ tải tự dùng , MVA

SUG – Công suất phụ tải địa phương, MVA

Đề xuất các phương án nối điện cho nhà máy

Căn cứ vào kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất để đề suất các phương án nối điện.

Khi phụ tải địa phương có công suất nhỏ, điện áp máy phát không cần thanh góp, mà điện được cấp trực tiếp từ đầu cực máy phát, phía trên máy cắt của máy biến áp liên lạc.

2 S dmF 100 ≤ 15 % Nếu không thỏa mãn thì phải có thanh góp điện áp máy phát.

 Với 4 máy phát nhiệt điện turbin hơi, công suất mối máy là: SdmF

Công suất tối đa của phụ tải địa phương ở chế độ cực đại là 9,43 MVA, trong khi công suất của máy phát chỉ đạt 78,75 MW Theo nguyên tắc 1, với công suất nhỏ như vậy, không cần thiết phải thanh góp điện áp máy phát Việc kiểm nghiệm lại thông qua công thức tính toán cũng xác nhận điều này.

Khi sử dụng TGUF, cần xác định số lượng tổ máy phát ghép trên thanh góp để đảm bảo rằng khi một tổ máy ngừng hoạt động, các tổ máy còn lại vẫn có khả năng cung cấp đủ công suất cho phụ tải địa phương trong thời điểm cực đại và cho phụ tải tự dùng của các tổ máy phát này.

 Trong đồ án, sẽ đề xuất phương án có 2 máy phát nhiệt điện được đấu nối trên cùng một bộ thanh góp tạo lên bộ 2MF - MBA

Trường hợp có ba cấp điện áp (điện áp máy phát, điện áp trung và điện áp cao), nếu thỏa mãn cả hai điều kiện:

 Lưới điện áp phía trung và cao đều là lưới trung tính trực tiếp nối đất

 Hệ số có lợi: α = 1 - U U dmT dmC

Để thiết lập liên lạc, cần sử dụng hai máy biến áp tự ngẫu (MBATN) Nếu không thỏa mãn một trong hai điều kiện đã đề ra, thì giải pháp thay thế là sử dụng hai máy biến áp (MBA) ba cuộn dây.

Theo quy định tại Việt Nam, mạng điện cao áp có điện áp 220 kV và mạng điện trung áp với điện áp 110 kV được xác định là hệ thống điện có trung tính nối đất trực tiếp.

 Đánh giá hệ số có lợi: α = 1 - 110 220 ¿ 0 ,5 ≤ 0,56 (đúng)

Như vậy, dùng hai máy biến áp tự ngẫu (MBATN) làm liên lạc sẽ có lợi thế hơn dùng 2 máy biến áp 3 dây quấn.

Chọn số lượng bộ MP-MBA ghép thẳng lên thanh góp (TBPP) cấp điện áp tương ứng trên cơ sở công suất cấp và công suất tải tương ứng.

 Do sử dụng máy BATN, lên ta không cần kiểm tra theo điều kiện trên về chọn bộ MF-MBA.

Mặc dù hệ thống có ba cấp điện áp, nhưng khi công suất phụ tải trung quá nhỏ, không cần thiết phải sử dụng MBA ba cấp điện áp để kết nối Trong trường hợp này, phụ tải có thể được cấp điện trực tiếp từ trạm biến áp với sơ đồ gồm hai MBA, lấy điện từ hai đầu cực máy phát hoặc từ thanh góp ở phía điện áp cao.

Nguyên tắc 6 cho nhà máy điện có công suất một tổ máy nhỏ yêu cầu rằng có thể ghép nhiều máy phát chung một MBA, tuy nhiên tổng công suất của các tổ máy phát phải luôn nhỏ hơn công suất dự trữ nóng của hệ thống điện.

Theo dữ liệu, công suất định mức của hệ thống điện là S dp HT = β S dm HT = 0,15.5200 = 780 MVA Để đảm bảo hiệu quả phát điện cho máy phát nhiệt điện với S dmF = 78,75 MVA, có thể ghép tối đa 3 máy phát vào một MBA.

Các phương án nối điện

Kết hợp với các nguyên tắc được phân tích như trên và kinh nghiệm, ta tiến hành đề xuất phương án nối điện:

1.5.1 Phương án nối điện số 1

Hình 1 2 Phương án nối điện số 1

 Phương án 1 được thiết kế với 2 bộ MF-MBA, trong đó 1 bộ được đấu nối với TBPP 220 kV và bộ còn lại kết nối vào TBPP 110 kV.

Sơ đồ nối điện với 2 MBA AT kết nối giữa phía cao và phía trung phân bố công suất trong mạng điện HT, không sử dụng TG UF ở đầu cực MF.

+ Ưu điểm: được thiết kế khá đơn giản, chi phí đầu tự thiết bị TBPP

220 kV và TBPP 110 kV hợp lý , độ tin cậy cung cấp điện cao, tổn thất nhỏ

Khi bộ MF-MBA T2 gặp sự cố hỏng, các MBALL cần phải huy động và phân bố công suất sang phía phụ tải cấp điện áp trung, điều này có thể dẫn đến tình trạng mất ổn định trong hệ thống.

 Phương án 2, được thiết kế với 2 bộ MF-MBA đấu nối vào TBPP

Hệ thống 110 kV với bộ 2 MBA AT được thiết kế để phân bố công suất hiệu quả giữa phía cao và phía trung, trong khi không sử dụng TG UF ở đầu cực MF.

Hệ thống thiết bị tại trạm biến áp 110 kV có nhiều ưu điểm, bao gồm thiết kế đơn giản và chi phí đầu tư thấp hơn so với trạm biến áp 220 kV Đặc biệt, trạm 110 kV cung cấp độ tin cậy cao trong việc cung cấp điện và có tổn thất năng lượng nhỏ.

Khi xảy ra sự cố tại một MBALL, máy còn lại cần duy trì công suất vượt quá mức cho phép, đồng thời đảm bảo phân bố công suất như trước khi sự cố xảy ra.

Phương án 3 giữ nguyên các MBALL để phân bố công suất, với sơ đồ nối điện được thiết kế cho 2 máy phát S3 và S4 kết nối với 1 máy biến áp 2 cuộn dây Phương án này cũng áp dụng TG ở đầu cực MF.

+ Ưu điểm: Giảm được chi phí đầu tư thêm một MBA 2 cuộn dây, giảm bớt một số khí cụ điện phía cao MBA, tuy nhiên

Hai máy phát được thiết kế trên cùng một máy biến áp 2 cuộn dây, vì vậy khi xảy ra sự cố, cả bộ 2xMF-MBA sẽ ngừng hoạt động, dẫn đến thiếu công suất và gây tổng thất lớn.

Trong phương án 4 của sơ đồ nối điện, các MBALL ở phía hạ không được kết nối trực tiếp với các MF mà thay vào đó được nối trực tiếp với các phụ tải địa phương Sơ đồ này bao gồm 2 bộ MF-MBA, trong đó mỗi MB có hai cuộn dây được đấu nối.

Mặc dù độ tin cậy còn hạn chế, nhưng thiết bị này sẽ mang lại lợi ích cho các máy biến áp liên lạc có công suất nhỏ, đặc biệt trong các ứng dụng với lượng công suất trao đổi ở mức cao - trung không lớn.

Nhược điểm của bộ MF-MBA 2 cuộn dây là khi xảy ra sự cố, cả hai máy phát sẽ ngừng hoạt động, dẫn đến tổn thất lớn và mất ổn định Điều này cũng làm tăng chi phí lắp đặt và vận hành hệ thống MF.

Tổng kết lại, sau khi đánh giá ưu và nhược điểm, chúng ta quyết định lựa chọn phương án số 1 và phương án số 2 để tiếp tục thực hiện đánh giá, nhằm chọn ra một phương án tối ưu nhất.

TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Phương án I

2.1.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp: a) MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ -MBA hai cuộn dây:

Công suất của MBA này mang tải bằng phẳng suốt 24h/ ngày nên được tính theo công thức:

Trong đó: n – Số tổ máy.

S TD max – Công suất tự dùng cực đại.

SđmG – Công suất một tổ MPĐ.

LINK Excel.Sheet.12 C:\\Users\\ASUS\\Documents\\m ẫ u.xlsx Sheet1!R96C10 \a \t \* MERGEFORMAT 4 24 = 72,75 (MVA) b) MBA liên lạc:

Sau khi phân bố công suất cho MBA hai cuộn dây trong bộ MF-

MBA là cuộn dây, trong đó phần công suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận Công suất này được xác định dựa trên nguyên tắc cân bằng công suất mà không tính đến tổn thất trong MBA.

Giả sử chiều truyền công suất qua các cuộn dây của MBA TN như hình vẽ:

Hình 2 1 Chiều truyền công suất của MBATN trong phương án Ⅰ Suy ra:

Trong đó : SPC(t); SPT(t) ; SPH(t) – Công suất truyền qua các phía cao, trung, hạ của máy biến áp tại thời điểm t, MVA.

SVHT(t) – công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA.

Khi đó, ta có bảng tính phân bố công suất của MBA liên lạc từng thời điểm như sau :

Bảng 2 1 Phân bố công suất cho MBA liên lạc t(h) 0-10 10-20 20-24

2.1.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA: a) Máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ -MBA hai cuộn dây:

Loại MBA này có thiết kế tải bằng phẳng, do đó không cần điều chỉnh điện áp phía hạ Chúng ta chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao áp và thực hiện điều chỉnh trực tiếp thông qua tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của MPĐ, được lựa chọn theo công thức đã định.

SđmB ≥ SđmG = 78,75 (MVA) Tra bảng 2.5 và 2.6 – Tài liệu [1], ta chọn MBA với các thông số như sau:

Bảng 2 2 Thông số MBA 2 cuộn dây

T1.T2 TДЦ 80 121 10,5 70 310 10,5 0,55 b) Máy biến áp liên lạc:

Do các phía của MBA có tải không đồng đều, việc điều chỉnh điện áp cho tất cả các phía là cần thiết Sử dụng TĐK chỉ có thể điều chỉnh phía hạ, vì vậy cần kết hợp với điều chỉnh dưới tải của MBA để đảm bảo điện áp được điều chỉnh đồng bộ cho tất cả các phía.

Do đó ta chọn MBA liên lạc tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải.

Công suất định mức của MBA tự ngẫu được chọn theo công thức sau:

0.5 78,75 = 157,5 (MVA) Tra bảng 2.6 –Tài liệu [1], ta chọn MBA tự ngẫu với các thông số như sau:

Bảng 2 3.Bảng thông số MBA tự ngẫu

2.1.3 Kiểm tra quá tải: a) Kiểm tra quá tải bình thường:

Máy biến áp được lựa chọn dựa trên công suất định mức của máy phát, do đó không cần kiểm tra quá tải trong quá trình hoạt động bình thường Tuy nhiên, việc kiểm tra quá tải là cần thiết khi xảy ra sự cố.

Sự cố nặng nề nhất khi S UT max tại thời điểm t = 10÷ 20 (h) : S UT max 121,18 (MVA)

*) Sự cố 1: Xét sự cố hỏng bộ bên trung tại thời điểm phụ tải trung cực đại

S UT max = 121,18 (MVA) trong khoảng thời gian t = 10÷ 20 (h) ( Giả sử hỏng T2):

Hình 2 2 Sơ đồ phân bố công suất khi sự cố hỏng MBA T2 tại thời điểm phụ tải phía trung cực đại của phương án Ⅰ

Tại thời điểm đó, ta có các thông số khác như sau:

SVHT = 162,28 (MVA); STD = 24 (MVA); SDP = 7,54 (MVA).

+) Kiểm tra điều kiện quá tải: Áp dụng công thức 2.11 – Sách Tài liệu[1], ta được:

2.α k qt S đmAT +S bộ ≥ S UT max = 2.0,5.1,4.160+72,75 = 296,75 (MVA) > 121,18 (MVA)

+) Phân bố công suất khi có sự cố:

SPH,SPT ,SPC>0 MBA TN có chế độ truyền tải công suất từ Hạ sang Trung và Cao

Trong trường hợp này cuộn Hạ mang tải nặng nhất:

+) Điều kiện kiểm tra sự quá tải của các cuộn dây: α k qt S dmTN ≥ S hạ = 0,5.1,4.160 = 68,98 (MVA) Vậy không xảy ra hiện tượng quá tải ở các cuộn dây.

+) Xác định công suất thiếu:

Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường:

 Hệ thống bù đủ công suất thiếu.

Kết luận: Cả 3 điều kiện đều thỏa mãn trong sự cố hỏng một MBA hai dây cuốn phía trung khi phụ tải phía trung đạt cực đại.

*) Sự cố 2: Hỏng 1 MBA TN tại thời điểm phụ tải trung đạt cực đại

Hình 2 3 Sơ đồ phân bố công suất khi sự cố hỏng MBATN AT2 tại thời điểm phụ tải phía trung cực đại phương án Ⅰ

Kiểm tra điều kiện quá tải:

2.α k qt S đmTN + 2 S bộ ≥ S UT max = 2.0,5.1,4.160 +2 72,75

=>Thỏa mãn điều kiện quá tải.

Phân bố lại công suất:

S P T sc2 = S UT max −2 S bộ = 121,18 - 2.72,75= -24,32 (MVA)

SCH,SCC >0, SCt 44,765 (MVA)

Vậy không xảy ra hiện tượng quá tải ở các cuộn dây.

Sự cố 3: Hỏng 1 MBA TN tại thời điểm phụ tải trung đạt cực tiểu

Hình 2 4 Sơ đồ phân bố công suất khi sự cố hỏng MBATN AT2 tại thời điểm phụ tải phía trung cực tiểu phương án Ⅰ

S P T sc 3 = S min UT −2 S bộ = 109,06 - 2.72,75= - 36,44 (MVA)

S P C sc 3 = S P H sc3 - S PT sc 3 = 64,05 + 36,44 = 100,49 (MVA)

SCH, SCC >0; SCT < 0 MBA TN có chế độ truyền tải công suất từ Hạ và Trung sang Cao Trong trường hợp này cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất:

Kiểm tra quá tải của các cuộn dây: α k qt S dmTN ≥ S nt = 0,5.1,4.160 = 112 > 50,245 (MVA) Vậy không xảy ra hiện tượng quá tải ở các cuộn dây.

 Hệ thống bù đủ công suất thiếu.

Kết luận: Máy biến áp tự ngẫu đã chọn thỏa mãn điều kiện

2.1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA: a) Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MPĐ -MBA hai cuộn dây:

Tổn thất điện năng trong máy biến áp (MBA) được xác định theo công thức: ΔA = [ΔPo + ΔPN.(S S bộ đ mB)²].8760 Trong đó, ΔPo đại diện cho tổn hao công suất không tải, và ΔPN là tổn thất ngắn mạch trong MBA.

Ta có các số liệu như sau:

SđmT1 = SđmT2 = 80 (MVA); ΔP 0 = 70 (kW); Δ P N = 310 (kW);

Thay vào công thức (2.4) ta được:

Để tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu, trước tiên cần xác định tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây Công thức tính toán được áp dụng là: [0,07 + 0,31 (80 72, 75) 2] 8760 = 2858,9 (MWh).

{ ∆ P ∆ P ∆ P N T N H N C = = = 1 2 1 2 1 2 (∆P ( ∆ P α ( ∆P 2 N CT N CH N CT + + ∆ P + ∆ P α α ∆ P 2 2 N TH N TH N CH - ∆ P - ∆P - ∆ P CT N N TH N CH ) ) ) (2.5) Trong đó:

∆ P C N , ∆ P T N , ∆ P N H : tổn thất công suất ngắn mạch các cuộn cao, trung, hạ.

∆ P CT N , ∆ P CH N , ∆ P TH N : tổn thất công suất ngắn mạch cao- trung, cao- hạ, trung- hạ. α : Hệ số có lợi (= 0,5).

Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu (MBA tự ngẫu) được xác định dựa trên đồ thị phụ tải ngày đặc trưng Công thức tính toán tổn thất điện năng là: ΔA = 8760ΔPo + 365.ΔPN.∑ iɛ24.

Trong đó: S i C, S i T , S H i: Công suất các phía cao, trung, hạ tại từng thời điểm theo ngày.

Ta có : ∆ P N CT = 380kW , ∆ P N CH = ∆ P N TH = 1

2 380 = 190 kWThay vào công thức (2.5) ta có tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau:

{ ΔP N C = 1 2 ( Δ P N CT + ΔP α 2 N CH -ΔP N TH ) = 1 2 ( 380+ 190-190 0,5 2 ) 0(kW) = 0,19 MW ΔP N T = 1

2 ( Δ P N CT + ΔP α 2 N TH -Δ P N CH ) = 1 2 ( 380+ 190-190 0,5 2 ) 0(kW) = 0,19 MW ΔP N H = 1

2 ( Δ P α 2 N CH +ΔP N TH -ΔP CT N ) = 1 2 ( 190+190 0, 5 2 -380 ) W0(kW) = 0,57 MW

Ta có: SđmTN = 160 MVA; ΔP0 = 85 kW

Thay vào công thức (2.6) tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu : Δ A = 8760×Δ P 0 + 365× ∑ i∈24 [ ΔP N C ( S S i C dmB ) 2 + ΔP N T ( S S i T dmB ) 2 + Δ P N H ( S S i H dmB ) 2 ] ×Δ t i

S i C , S i T , S i H lấy theo bảng phân bố công suất cho MBA liên lạc tại từng thời điểm trong ngày đã tính.

Thay số liệu vào công thức trên ta được bảng kết quả sau: t(h) 0-10 10-20 20-24

SPH(t) 57,75 68,98 68,04 ΔP 0 (MW) 0,085 0,085 0,085 ΔP 0NC (MW) 0,19 0,19 0,19 ΔP 0NT (MW) 0,19 0,19 0,19 ΔP 0NH (MW) 0,57 0,57 0,57 Δt i (h) 10 10 4 ΔA(t) 1,20 1,56 0,61

Như vậy ta tính được tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu AT1 và AT2 là: Δ A AT1 = Δ A AT2 60x 0,085 +365x (1,20+1,56+0,61)= 1971,85 (M Wh )

Tổn thất điện năng trong máy biến áp của phương án 1 như sau: ΔА = 2.ΔAT1 + 2 Δ A AT1 = 2 2858,9 +2.1971,85 = 9661,5 (MWh)

Phương án II

2.2.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp: a) MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ -MBA hai cuộn dây:

Loại MBA này có thiết kế bằng phẳng, do đó không cần điều chỉnh điện áp ở phía hạ Chúng ta chỉ cần điều chỉnh điện áp ở phía cao áp và thực hiện điều chỉnh trực tiếp thông qua hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của MBA, được xác định theo công thức cụ thể.

Giả sử chiều truyền công suất qua các cuộn dây của MBA TN như hình vẽ:

Hình 2 5 Chiều truyền công suất của MBATN trong phương án Ⅱ Suy ra:

2 (S VHT (t) - S bô (t))S CH (t) = S CC (t) + S CT (t)Khi đó, ta có bảng tính phân bố công suất của MBA liên lạc từng thời điểm như sau :

Bảng 2 4.Phân bố công suất cho MBA liên lạc t(h) 0-10 10-20 20-24

2.2.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA: a) Máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ -MBA hai cuộn dây:

Loại MBA này có thiết kế tải phẳng, do đó không cần điều chỉnh điện áp ở phía hạ Khi lựa chọn MBA, cần chọn loại không có điện áp dưới tải công suất định mức, được tính theo công thức SđmB.

Vậy ta chọn MBA với các thông số như sau:

Bảng 2 5.Thông số MBA 2 cuộn dây

T2 TДЦ 80 115 11 70 310 10,5 b) Máy biến áp liên lạc:

Do các phía của máy biến áp (MBA) không đồng đều, cần thiết phải điều chỉnh điện áp cho tất cả các phía Việc sử dụng thiết bị điều chỉnh điện áp (TĐK) chỉ có thể điều chỉnh phía hạ, vì vậy cần kết hợp với điều chỉnh dưới tải của MBA để đạt được sự cân bằng điện áp cho tất cả các phía.

Do đó ta chọn MBA liên lạc tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải.

Công suất định mức của MBA tự ngẫu được chọn theo công thức sau:

0.5 78,75 7,5 (MVA) Vậy ta chọn MBA tự ngẫu với các thông số như sau:

Bảng 2 6.Bảng thông số MBA tự ngẫu

2.2.3 Kiểm tra quá tải: a) Kiểm tra quá tải bình thường:

Các máy biến áp được lựa chọn dựa trên công suất định mức của máy phát, do đó không cần kiểm tra quá tải trong điều kiện hoạt động bình thường Tuy nhiên, việc kiểm tra quá tải là cần thiết khi xảy ra sự cố.

Sự cố nặng nề nhất khi S UT max tại thời điểm t = 10-20 (h) : S UT max 121,18 (MVA)

*) Sự cố 1: Xét sự cố hỏng bộ bên trung tại thời điểm phụ tải trung cực đại S UT max = 121,18 (MVA) trong khoảng thời gian t = 10-20(h) ( Giả sử hỏng T4):

Hình 2 6 Sơ đồ phân bố công suất khi sự cố hỏng MBA T4 tại thời điểm phụ tải phía trung cực đại của phương án Ⅱ

SVHT = 162,28 (MVA); STD = 24 (MVA); SDP = 7,54 (MVA).

+) Kiểm tra điều kiện quá tải: Áp dụng công thức 2.11 – Sách Tài liệu[1], ta được:

2.α k qt S dmTN ≥ S UT max = 2.0,5.1,4.160 = 224 > 121,18 (MVA)

→ Thỏa mãn điều kiện quá tải.

+) Phân bố công suất khi có sự cố:

S CC sc1 = S CH sc1 - S CT sc1 = 68,98 - 60,59 = 8,39 (MVA)

Khi gặp sự cố MBA TN, chế độ truyền tải công suất từ hạ lên trung và cao sẽ được kích hoạt Trong tình huống này, cuộn hạ sẽ chịu tải nặng nhất.

Kiểm tra quá tải của các cuộn dây: α k qt S dmTN ≥ S hạ = 0,5.1,4.160 = 112 > 68,98 (MVA)

Vậy không xảy ra hiện tượng quá tải ở các cuộn dây.

Hệ thống bù đủ công suất thiếu.

Kết luận: Cả 3 điều kiện đều thỏa mãn trong sự cố hỏng một MBA hai dây cuốn phía trung khi phụ tải phía trung đạt cực đại.

*) Sự cố 2: Hỏng 1 MBA TN tại thời điểm phụ tải trung đạt cực đại

Hình 2 7 Sơ đồ phân bố công suất khi sự cố hỏng MBATN AT2 tại thời điểm phụ tải phía trung cực đại của phương án Ⅱ

Kiểm tra điều kiện quá tải: α k qt S dmTN +S bộ ≥ S UT max = 0,5.1,4.160 + 72,75 = 184,75 > 121,18 (MVA)

S CT sc2 = ( S UT max - S bo ) = ( 121,18 - 72,75) = 48,43 (MVA)

S CH sc2 = ( S dmG max - 1 4 S TD UTmax - S ĐP UTmax ) = ( 7 8 ,75 - 1

S CC sc2 = S CH sc2 - S CT sc2 = 65,21 - 48,43 = 16,78 (MVA)

SCH, SCC , SCT >0 MBA TN có chế độ truyền tải công suất từ Hạ sang Trung và Cao Trong trường hợp này cuộn Hạ mang tải nặng nhất:

+) Điều kiện kiểm tra sự quá tải của các cuộn dây: α k qt S dmTN ≥ S ha SC = 0,5.1,4.160 = 112 > 65,21 (MVA)

+) Xác định công suất phát thiếu về hệ thống khi sự cố so với lúc bình thường:

S thieu = S VHT UTmax - ( S bộ + S CC sc2 )

Kết luận: Qua việc kiểm tra các điều kiện quá tải và điều kiện hoạt động bình thường, chúng tôi nhận thấy rằng công suất của các MBA đã được chọn hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đề ra.

*) Sự cố 3: Hỏng 1 MBA TN tại thời điểm phụ tải trung đạt cực tiểu

S UT min = 109,06 (MVA) trong khoảng thời gian t = 0÷10 (h) ( Giả sử hỏng AT2):

SVHT = 151,95 (MVA); STD = 22,99 (MVA); SDP = 8,95 (MVA).

Hình 2 8 Sơ đồ phân bố công suất khi sự cố hỏng MBATN AT2 tại thời điểm phụ tải bên trung cực tiểu của phương án Ⅱ

S CT sc3 = ( S UT min - S bo ) = ( 109,06 - 72,75) = 36,31 (MVA)

S CH sc3 =( S đ mG min - 1 4 S TD UTmin - S ĐP UTmin ) = (7 8 ,75 - 1

SCH, SCC ,SCT >0; MBA TN có chế độ truyền tải công suất từ Hạ sang Trung và Cao

Trong trường hợp này cuộn Hạ mang tải nặng nhất:

+) Điều kiện kiểm tra sự quá tải của các cuộn dây: α k qt S dmTN ≥ S ha SC = 0,5.1,4.160 = 112 > 64,05 (MVA)

+) Xác định công suất phát thiếu về hệ thống khi sự cố so với lúc bình thường:

S thieu = S VHT UTmin - ( S bộ + S CC sc3 )

Kết luận: Qua việc kiểm tra các điều kiện quá tải và hoạt động bình thường, chúng tôi xác nhận rằng công suất của các MBA đã được chọn hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu đề ra.

2.2.4 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA: a) Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MPĐ -MBA hai cuộn dây:

SđmT2 = 80 (MVA); ∆ P 0= 70 (kW); ∆ P N = 310 (kW); Sbộ = 72,75 (MVA)

= [ 0 ,07 + 0 ,31 ( 80 72, 75 ) 2 ] 8760 = 2 858,9 (MWh) b) Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu:

Ta có ∆ P N CT = 380kW , ∆ P N CH = ∆ P N TH = 1

2 380 = 190 kWThay vào công thức (2.5) ta có tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau:

{ ΔP N C = 1 2 ( Δ P N CT + ΔP α 2 N CH -ΔP N TH ) = 1 2 ( 380+ 190-190 0,5 2 ) 0(kW) = 0,19 MW ΔP N T = 1

2 ( Δ P N CT + ΔP α 2 N TH -Δ P N CH ) = 1 2 ( 380+ 190-190 0,5 2 ) 0(kW) = 0,19 MW ΔP N H = 1

2 ( Δ P α 2 N CH +ΔP N TH -ΔP CT N ) = 1 2 ( 190+190 0, 5 2 -380 ) W0(kW) = 0,57 MW

= 160 MVA; ΔP0 = 85 kW Thay vào công thức (2.6) tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu : Δ A = 8760×Δ P 0 + 365× ∑ i∈24 [ ΔP N C ( S S i C dmB ) 2 + ΔP N T ( S S i T dmB ) 2 + Δ P N H ( S S i H dmB ) 2 ] ×Δ t i

S i C , S i T , S i H lấy theo bảng phân bố công suất cho MBA liên lạc tại từng thời điểm trong ngày đã tính. Đặt công thức trên tương đương như sau: Δ A = 8760×Δ P 0 +365 ∑ i ∈24

Thay số liệu vào công thức trên ta được bảng kết quả sau: t(h) 0-10 10-20 20-24

(MW) 0,57 0,57 0,57 Δt i (h) 10 10 4 ΔA(t) 0,88 1,25 0,49 Như vậy ta tính được tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu AT1 và AT2 là: Δ A AT1 = Δ A AT2 = 8760xΔ P o + ∑ Δ A (t) = 8760.0,085 + 365 2,62 = 1701,58 (M Wh )

Tổn thất điện năng trong máy biến áp của phương án Ⅱ như sau: ΔА = ΔAT1 + ΔAT2 + 2.ΔAAT1

Kết luận

Tổn thất điện năng tổng toàn bộ các MBA :

Bảng 2 7 Tổng tổn thất điện năng của 2 phương án

STT Phương án Tổng tổn thất (MWh)

TÍNH TOÁN KINH TẾ- KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Chọn sơ đồ thiết bị phân phối

1 Cấp điện áp cao 220kV :

- Có 2 mạch MBA gồm: hai mạch máy biến áp tự ngẫu.

- Có 2 mạch đường dây gồm : một lộ kép nối với hệ thống.

Như vậy ta chọn sơ đồ cho phía điện áp cao là : sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng.

2 Cấp điện áp trung 110 kV :

- Có 4 mạch MBA gồm: hai mạch máy biến áp tự ngẫu và hai mạch máy biến áp bộ.

- Có 4 mạch đường dây gồm : một lộ kép và hai lộ đơn cấp điện cho phụ tải phía trung áp.

Như vậy ta chọn sơ đồ cho phía điện áp trung áp là : sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng.

Từ đó ta có sơ đồ thiết bị phân phối như sau:

Hình 3 1 Sơ đồ nối điện phương án Ⅰ

1 Cấp điện áp cao 220kV :

- Có 3 mạch MBA gồm: hai mạch máy biến áp tự ngẫu và môt mạch máy biến áp bộ.

- Có 2 mạch đường dây gồm : một lộ kép nối với hệ thống.

Như vậy ta chọn sơ đồ cho phía điện áp cao là : sơ đồ hệ thống hai thanh góp có TGV.

2 Cấp điện áp trung 110 kV :

- Có 3 mạch MBA gồm: hai mạch máy biến áp tự ngẫu và một mạch máy biến áp bộ.

- Có 4 mạch đường dây gồm : một lộ kép và hai lộ đơn cấp điện cho phụ tải phía trung áp.

Như vậy ta chọn sơ đồ cho phía điện áp trung áp là : sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp.

Từ đó ta có sơ đồ thiết bị phân phối như sau:

Hình 3 2 Sơ đồ nối điện phương án Ⅱ

Tính toán kinh tế, chọn phương án tối ưu

Phương án tối ưu được xác định dựa trên vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm Để lựa chọn phương án tốt nhất, cần xem xét phương án nào có tổng vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp nhất.

3.2.1 Vốn đầu tư của thiết bị :

Khi tính toán vốn đầu tư cho một phương án, cần xem xét các khoản chi như tiền mua thiết bị, chi phí vận chuyển và lắp đặt các thiết bị chính như máy phát điện, máy biến áp và máy cắt điện Chi phí xây dựng các thiết bị phân phối phụ thuộc vào số mạch TBPP ở cấp điện áp tương ứng, chủ yếu do loại máy cắt quyết định.

V B : vốn đầu tư MBA, V B = v B k B (3.2) Với: v B - tiền mua MBA k B - hệ số tính đến chi phí vận chuyển và xấy lắp MBA.

V TBPP : vốn đầu tư xây dựng các mạch thiết bị phân phối.

Với n1;n2: số mạch TBPP ứng với mỗi cấp điện áp.

VTBPP1; VTBPP2: giá thành mỗi mạch phân phối.

Giá một mạch cấp 10,5kV: 0,9.10 9 đ

Giá một mạch cấp 110kV: 1,8.10 9 đ

Giá một mạch cấp 220kV: 4.2.10 9 đ

3.2.2 Chi phí vận hành hàng năm:

Phí tổn vận hành hàng năm của mỗi phương án được xác định:

P1: Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn (đ/năm)

100 (3.5) Với: V- Vốn đầu tư của phương án. a% là định mức khấu hao, (8,4%).

P2: Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện:

P 2 = β ∆A (3.6) Với: β : là giá thành điện năng (đồng/kWh), C = 1500 (đồng/kWh).

∆A: Tổn thất điện năng hàng năm trong thiết bị.

3.2.3 Phương án I: a) Vốn đầu tư cho MBA Áp dụng công thức (3.2), thay số vào ta có bảng sau:

Bảng 3 1 Vốn đầu tư cho MBA phương án Ⅰ MBA

Vậy tổng vốn đầu tư mua MBA của phương án Ⅰ là:

VB = (2.4,68 + 2.15,54).10 9 = 40,44.10 9 đ b) Vốn đầu tư xây dựng các mạch thiết bị phân phối

Từ sơ đồ nối điện ta nhận thấy:

Cấp điện áp 220kV gồm 6 mạch máy cắt giá: 4,2.10 9 6 = 25,2.10 9 đ

Cấp điện áp 110kV gồm 10 mạch máy cắt giá: 1,8.10 9 10 = 18.10 9 đ

Cấp điện áp 13,5kV bao gồm 2 mạch máy cắt với giá trị là 0,9 x 10^9, tổng cộng là 1,8 x 10^9 đồng Áp dụng công thức 3.3, tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối, chủ yếu là máy cắt, trong phương án I được xác định.

VTBPP = (25,2 + 18 + 1,8) 10 9 = 45 10 9 đ Áp dụng công thức 3.1, tổng vốn đầu tư cho phương án Ⅰ là:

V1 = VB + VTBPP = (40,44 + 45) 10 9 = 85,44 10 9 c) Chi phí vận hành hằng năm Áp dụng công thức (3.4) ta có chi phí vận hành hằng năm của phương án Ⅰ:

3.2.4 Phương án Ⅱ: a) Vốn đầu tư cho MBA Áp dụng công thức (3.2), thay số vào ta có bảng sau:

Bảng 3 2 Vốn đầu tư cho MBA phương án Ⅱ MBA

Vậy tổng vốn đầu tư mua MBA của phương án Ⅱ là:

VB= (7,56 + 4,68 + 2 15,54).10 9 = 43,32.10 9 đ b) Vốn đầu tư xây dựng của các thiết bị mạch phân phối:

Từ sơ đồ nối điện ta nhận thấy:

Cấp điện áp 220kV gồm 7 mạch máy cắt giá: 4,2.10 9 7 = 29,4

Cấp điện áp 110kV gồm 9 mạch máy cắt giá: 1,8 10 9 9 = 16,2

Cấp điện áp 10,5kV bao gồm 2 mạch máy cắt với giá trị 0,9 x 10^9 đ và 2 = 1,8 x 10^9 đ Theo công thức 3.3, tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối, chủ yếu là máy cắt, trong phương án II được xác định.

VTBPP = (29,4+ 16,2 + 1,8) 10 9 = 47,4 10 9 đ Áp dụng công thức 3.1, tổng vốn đầu tư cho phương án Ⅱ là:

V2 = VB + VTBPP = (43,32+ 47,4).10 9 = 90,72.10 9 đ. c) Chi phí vận hành hằng năm Áp dụng công thức (3.4) ta có chi phí vận hành hằng năm của phương án 2

So sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và chọn phương án tối ưu

Bảng 3 3 Bảng tổng kết kinh tế 2 phương án.

Chi phí vận hành hàng năm (10 9 đ)

Phương án II được lựa chọn là phương án tối ưu cho thiết kế nhà máy nhiệt điện do cả vốn đầu tư và chi phí vận hành đều thấp hơn so với phương án I.

Kết luận chương 3 cho thấy chúng ta đã xác định được số vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm cho hai phương án Dựa trên việc so sánh các số liệu tính toán, phương án I được lựa chọn là phương án tối ưu cho thiết kế nhà máy nhiệt điện.

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Chọn điểm ngắn mạch

Mục đích của việc tính toán dòng ngắn mạch là để lựa chọn các khí cụ điện và dây dẫn phù hợp với tiêu chuẩn về ổn định nhiệt và động Để thực hiện điều này, cần xác định điểm ngắn mạch sao cho dòng ngắn mạch qua các thiết bị điện và dây dẫn đạt giá trị lớn nhất, đồng thời thực hiện tính toán cho ngắn mạch 3 pha đối xứng.

Hình 4 1 Sơ đồ các điểm ngắn mạch

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía cao áp chọn điểm ngắn mạch N1, nguồn cấp là các máy phát của nhà máy và hệ thống.

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía trung áp chọn điểm ngắn mạch N2, nguồn cấp là các máy phát của nhà máy và hệ thống.

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ máy phát, chọn điểm ngắn mạch N3’ hay N3.

- Đối với N3’ nguồn cấp là các máy phát của nhà máy và hệ thống trừ máy phát G1.

- Đối với N3 nguồn cấp chỉ là máy phát G1

Trong hai điểm ngắn mạch này, giá trị dòng ngắn mạch nào lớn hơn được dùng để chọn khí cụ điện và dây dẫn.

- Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ mạch tự dùng, phụ tải địa phương chọn điểm ngắn mạch N4 nguồn cấp là nhà máy và hệ thống.

Dễ dàng nhận thấy IN4 = IN3 + IN3’

1 Lập sơ đồ thay thế

Sơ đồ thay thế toàn nhà máy 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 các thành phần cho tính toán ngắn mạch

Để tính điện kháng cho các phần tử trong hệ đơn vị tương đối, chúng ta áp dụng phương pháp gần đúng để xác định dòng ngắn mạch trong thiết kế Điện áp định mức trung bình được sử dụng với điện áp cơ bản là Ucb = Utb = 230; 115; 10,5 (kV).

Công suất cơ bản của hệ thống là Scb = 100 MVA Bằng cách áp dụng các công thức tính toán, chúng ta có thể xác định trị số của các phần tử trong sơ đồ thay thế theo hệ đơn vị tương đối cơ bản.

- Điện kháng hệ thống: Với SđmHT = 5200(MVA); X HT * = 0, 46

- Điện kháng đường dây nối với hệ thống: L = 96km, Ucb = 230

(kV), đối với đường dây trên không ta chọn x0 = 0,4 Ω/km.

+ Máy biến áp 2 cuộn dây:

80 = 0,131 + Máy biến áp tự ngẫu:

2 ( U N CH % + U N TH % - U N CT % ) = 1 2 ( 32 + 20 - 11) = 20,5% Điện kháng ngắn mạch các cấp:

X 11 = X 12 = X 13 = X 14 = X F = X d } {{ S } rsub {cb }} over {{S } rsub { đmS}} =0,153 { 100 } over { 78,75} =0,194 ¿

Hình 4 3 Sơ đồ thay thế các giá trị thành phần cho tính toán ngắn mạch

Hình 4 4 Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại điểm N1 Điểm ngắn mạch N1 có tính chất đối xứng, sau khi thu gọn sơ đồ ta có:

0,131+0,194 ¿> X 18 =0,1626Vậy ta có sơ đồ thay thế như sau:

Ghép song song hai nhánh ES12 vàES34 ta được nhánh EG1234

Sơ đồ rút gọn như sau:

Tính dòng ngắn mạch siêu quá độ theo phương pháp đơn giản:

I N1 } = { I } rsub {cb } left ({{ E} rsub {tđ 1 }} over {{ X } rsub {tđ 1 }} + {{ E} rsub {tđ 2}} over {{ X } rsub {tđ 2}} right ¿

- Icb: Dòng điện cơ bản cấp điện áp có điểm ngắn mạch.

- Etđ: Suất điện động tương đương ở dạng tương đối cơ bản ( Etđ

I N1 } = { I } rsub {cb} left ({{ E} rsub {tđ 1 }} over {{ X } rsub {tđ 1 }} + {{ E} rsub {tđ 2}} over {{ X } rsub {tđ 2}} right ) =0,251 left ({ 1} over { 0,0448 } + { 1} over { 0,1168} right ) =7,752 left (kA right ¿

Dòng xung kích tại điểm N1: i xk1 = √ 2 × k xk ×I N1 } = sqrt { 2 } ×1,8 × 7,752,732 left (kA right ¿

Hình 4 5 Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại điểm N2 Điểm ngắn mạch N2 có tính chất đối xứng ta có thể biến đổi sơ đồ như sau:

Ta có sơ đồ tương đương:

X 19 = X 15 + X 16 = 0,0448 + 0,036 = 0,081 Nhập hai nguồn phía nhà máy lại:

Ta có sơ đồ rút gọn:

I N2 } = { I } rsub {cb} left ({{ E} rsub {tđ 1 }} over {{ X } rsub {tđ 1 }} + {{ E} rsub {tđ 2}} over {{ X } rsub {tđ 2}} right ) =0,502 left ({ 1} over { 0,081 } + { 1} over { 0,0809 } right ) ,403 left ( kA right ¿

Dòng xung kích tại điểm N2: i xk2 = √ 2 × k xk ×I N2 } = sqrt { 2 } ×1 ,8 × 12, 711,57 left ( kA right ¿

Nguồn cấp là toàn bộ máy phát và hệ thống trừ máy phát S3:

Hình 4 6 Sơ đồ tính toám ngắn mạch tại điểm N3’

Biến đổi tương đương như hình vẽ:

Ta có sơ đồ tương tự như sau:

Nhập hai nguồn phía nhà máy lại:

Ta có sơ đồ rút gọn:

Biến đổi sao X19,X20,X9) về tam giác thiếu X21,X22)

Ta được sơ đồ rút gọn cuối cùng như sau:

I N3 } = { I } rsub {cb} left ({{ E} rsub {tđ 1 }} over {{ X } rsub {tđ 1 }} + {{ E} rsub {tđ 2}} over {{ X } rsub {tđ 2}} right ) =5,498 left ({1 } over { 0,304 } + { 1 } over { 0,407} right ) 1,594 left (kA right ¿

Dòng xung kích tại điểm N3’: i xk3 = √ 2 k xk I N3' } = sqrt { 2 } 1,8.31, 78,426 left (kA right ¿

Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 chỉ có máy phát S2 nên ta có sơ đồ tính toán ngắn mạch như sau:

Hình 4 7 Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại điểm N3

I N3 } = { I } rsub {cb } left ({{ E} rsub {tđ 1 }} over {{ X } rsub {tđ 1 }} right ¿

I N3 } = { I} rsub {cb} left ({{ E} rsub {tđ 1 }} over {{ X } rsub {tđ 1 }} right ) =5,498 left ({1 } over { 0,194 } right ) ( ,34 left (kA right ¿

Dòng xung kích tại điểm N3: i xk3 = √ 2 k xk I N3 } = sqrt { 2 } 1.8.28, 34=7 2,142 left ( kA right ¿

Do nguồn cấp cho điểm N4 là cả nhà máy và hệ thống nên dòng ngắn mạch tại N4 là:

I N4 } = { I } rsub { N 4 } left ( ∞ right ) = { I} rsub { N 3 '} rsup { + I N3 } 1,594+28, 34Y,934 left (kA right ¿

Dòng xung kích tại điểm N4 là: i xkN4 = i xk3' + i xk3 = 80,426 + 72,142 = 152,568 ( kA )

Kết luận: Tính toán các điểm ngắn mạch đặc trưng, ta có kết quả trong bảng 4.1

Kết quả tính toán ngắn mạch

Kết quả tính toán chi tiết cho từng vị trí ngắn mạch được trình bày trong Phụ lục của đồ án, với bảng 4.1 tổng hợp kết quả tính toán ngắn mạch cho từng điểm.

Bảng 4 1 Kết quả tính toán dòng ngắn mạch Điểm

Trong chương 4, chúng ta đã xác định giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm khác nhau Ở chương tiếp theo, những giá trị này sẽ được sử dụng làm cơ sở để lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn cho nhà máy điện.

CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN

Dòng điện làm việc và dòng điện cưỡng bức

Các khí cụ điện và dây dẫn hoạt động trong hai trạng thái: bình thường và cưỡng bức, tương ứng với hai dòng điện Ibt và Icb Việc lựa chọn khí cụ điện dựa trên điều kiện dòng sẽ phụ thuộc vào hai giá trị này Dưới đây là các phương pháp tính toán cho hai loại dòng điện trong một số trường hợp cụ thể.

Hình 5 1 Sơ đồ mạch đường dây

5.1.1 Cấp điện áp cao 220kV: a) Đường dây kép nối với hệ thống (mạch 1):

Phụ tải cực đại phát về hệ thống: S VHT max = 162,28 (MVA)

- Dòng điện làm việc bình thường:

I cb (1) = 2 I bt = 2.0,213 = 0,426 (kA). b) Phía cao áp MBA TN liên lạc AT1 và AT2 (mạch 2):

Chế độ bình thường: S CC max

= 81,14 (MVA) Chế độ sự cố hỏng bộ bên trung khi phụ tải phía trung cực đại:

Chế độ sự cố hỏng 1 MBA liên lạc khi phụ tải phía trung cực đại:

Chế độ sự cố hỏng 1 MBA liên lạc khi phụ tải phía trung cực tiểu:

=max( S CC max;S CC sc1 ; S CC sc2 ; S CC sc3 )

 Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức ở phía cao áp là:

5.1.2 Cấp điện áp trung 110kV: a) Đường dây nối nhà máy với phụ tải cấp điện áp trung 110kV (mạch 3):gồm 1 lộ kép x 37MW, cosφ= 0,85

= 2 I bt = 2 0,1142 = 0,228 (kA) b) Đường dây nối nhà máy với phụ tải cấp điện áp trung 110kV (mạch 4): gồm 2 lộ đơn x 33MW, cosφ= 0,85.

√ 3 110.0,85 = 0,2037 ( kA ) b) Phía trung áp các MBA liên lạc AT1 và AT2 (mạch 5)

Chế độ bình thường: S CT max = 18,22(MVA).

Chế độ sự cố hỏng bộ bên trung khi phụ tải trung cực đại:

Chế độ hỏng 1 MBA liên lạc khi phụ tải trung cực đại:

Chế độ hỏng 1 MBA liên lạc khi phụ tải trung cực tiểu:

I cb (5) = max ( S CT max ;S CT sc1 ; S CT sc2 ; S CT sc3 )

√ 3 110 = 0,1913 ( kA ) c) MBA bộ trong sơ đồ MPĐ-MBA hai cuộn dây T1, T2 (mạch

 Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức ở phía trung áp là:

5.1.3 Cấp điện áp máy phát 10,5kV:

Ta có bảng tổng kết dòng cưỡng bức các cấp điện áp:

Bảng 5 1 Bảng tổng kết dòng cưỡng bức

Chọn máy cắt và dao cách ly

5.2.1 Chọn máy cắt: a) Chọn loại: Đối với cấp điện áp cao và điện áp trung chọn 1 loại MC với dòng cưỡng bức lớn nhất trong các dòng cưỡng bức các mạch và thường chọn MC khí, ta chọn MC khí SF6. b) Điều kiện chọn máy cắt:

- Điện áp định mức: U đmMC ≥U đmlưới

- Dòng điện định mức: I đmMC ≥ I cb

- Điều kiện ổn định động: I dđm ≥ I xk

- Điều kiện ổn định nhiệt: I nhđm 2 ×t nh ≥ B N

Trong đó: Inhđm: là dòng ổn định nhiệt của MC ứng với thời gian ổn định nhiệt tnh

BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch.

MC được chọn cần đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt, tuy nhiên, các MC nói chung có độ ổn định nhiệt cao, đặc biệt là những loại có dòng định mức trên 1000A Do đó, không cần phải xem xét điều kiện ổn định nhiệt của máy cắt trong trường hợp này.

Tra bảng phụ lục – Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp”, ta chọn MC điện có thông số sau:

Bảng 5 2 Thông số các loại MC Tên mạc h điện

Thông số tính toán Loại

Các máy cắt được chọn đều có dòng định mức lớn hơn 1000A và lớn hơn nhiều Icb nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.

Các dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau:

Loại dao cách ly trên cùng một cấp điện áp ta chọn cùng một loại dao cách ly; Điện áp: UđmCL U đmMạng ;

Dòng điện phải đạt yêu cầu IđmCL ≥ Icb; để đảm bảo ổn định động, cần có iddm ≥ ixk; và để đảm bảo ổn định nhiệt, điều kiện I²nhdm.tnh ≥ BN cần được thỏa mãn, lưu ý rằng điều kiện này chỉ áp dụng khi dao cách ly có dòng điện định mức dưới 1000A.

Tra bảng phụ lục – Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp”, ta chọn DCL điện có thông số sau:

Bảng 5 3 Thông số các loại DCL Tên mạc h

Thông số tính toán Loại dao cách ly

Uđm Icb I’’ Ixk Udm Idm Ilđđ điện (kV) (kA) (kA) (kA) (kV

Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát

5.3.1 Chọn loại và tiết diện thanh góp cứng:

Giả sử nhiệt độ lâu dài của thanh dẫn bằng đồng là θ cp p 0 C, trong khi nhiệt độ môi trường xung quanh là θ 0 = 35 0 C và nhiệt độ chuẩn là θ ch = 25 0 C Từ đó, ta có thể xác định hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ.

Tiết diện của thanh dẫn cứng được chọn theo dòng điện lâu dài cho phép:

Do đó ta có: I cp ≥ I cb

Khi dòng điện nhỏ, thanh dẫn cứng hình chữ nhật có thể được sử dụng Tuy nhiên, khi dòng điện vượt quá 3000A, việc sử dụng thanh dẫn hình máng là cần thiết để giảm hiệu ứng ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát cho hệ thống.

Tra bảng phụ lục – Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp”, ta chọn thanh dẫn hình máng có thông số sau:

Bảng 5 4 Thông số thanh dẫn hình máng.

Wyo-yo Jx-x Jy-y Jyo-yo

Hình 5 2 Hình dạng của thanh dẫn cứng hình máng

5.3.2 Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch:

Thanh dẫn được chọn có : Icp = 5500 A >1000A nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.

5.3.3 Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch Điều kiện kiểm tra ổn định điện động: σ tt = σ 1 + σ 2 ≤ σ cp

Trong bài viết này, chúng ta đề cập đến các loại ứng suất trong thanh dẫn Cụ thể, σ1 là ứng suất do lực tác động tương hỗ giữa các pha, trong khi σ2 là ứng suất do lực tác động giữa hai thanh dẫn trong cùng một pha Ngoài ra, σcp là ứng suất cho phép của thanh dẫn, với giá trị σcp cho thanh dẫn đồng là 1400 kG/cm².

Lực điện động tác dung lên thanh dẫn là:

Lực điện động giữa các pha (Ftt) và dòng ngắn mạch xung kích đầu cực MPĐ (i (3) xk) là những yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống điện Khoảng cách giữa các nhịp sứ liền nhau của một pha được lựa chọn trong khoảng từ 80cm đến 200cm cho điện áp từ 6 đến 22kV; trong bài này, chúng ta chọn l = 180cm Đồng thời, khoảng cách giữa các pha cũng cần được xác định, với giá trị từ 20cm đến 120cm cho điện áp tương tự; ở đây, chúng ta chọn a = 45cm.

Do đó ta có: F tt = 1,76.10 -2 180

- Mô men uốn tác dụng lên 1 nhịp thanh dẫn:

- Ứng suất trong vật liệu thanh dẫn: σ 1 = M 1

Với W yo.yo= 100 cm 3 là mô men chống uốn của tiết diện ngang thanh dẫn.

Vậy σ 1 < σ cpCu 00( kG cm 2 ) nên điều kiện này được thoả mãn.

Tính ứng suất nội bộ:

Lực điện động do dòng ngắn mạch trong cùng 1 pha gây ra trên 1 đơn vị chiều dài thanh góp: f 2 = 1,684.( √ 2 I '' 10 3 ) 2 l h 10 -8

Khd: Hệ số tính đến hiệu ứng gần, Khd =1; b: Bề rộng của một thanh dẫn; h: Bề rộng của 2 hình máng ghép, có thể coi gần đúng, h+ 2.55.10 -1 (cm).

11 10 -8 = 3,056 (kG cm ) Theo điều kiện ổn định động: σ 1 + σ 2 ≤ σ cp σ 1 + f 2 l 1 2

Khoảng cách lớn nhất giữa 2 miếng đệm là : l 1max = √ 12 W f 2 y-y ( σ cp -σ 1 ) = √ 12 9,5 ( 1400 - 81,97)

Nhận thấy rằng chiều dài l = 180 cm nhỏ hơn chiều dài tối đa l1max = 221,737 cm, do đó chỉ cần đặt đệm tại hai đầu sứ Việc này cho phép thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động mà không cần sử dụng các miếng đệm trung gian.

5.3.4 Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng.

Tần số dao động riêng của thanh dẫn được xác định theo biểu thức: f r = 3,65 l 2 √ E J S.γ y o - y o 10 6 (5.3)Trong đó: l: Độ dài thanh dẫn giữa 2 sứ, l= 180 (cm);

E: Mô-men đàn hồi của vật liệu làm thanh dẫn ECu 1,1.10 6 (kG/cm 2 ) ;

Jy0-y0: Mô-men quán tính đối với y0 y0, Jy0 y0 = 625 (cm 2 ) ;

S: Tiết diện ngang của thanh dẫn, S = 2.F 2.1370.10 -2 = 27,4 (cm 2 ); γ : Khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn, γ Cu = 8,93(g/cm 3 ).

Giá trị 27,4 8,93 = 188,83 Hz nằm ngoài tần số cộng hưởng ω = (45÷55) Hz, cho thấy thanh dẫn đã được chọn đáp ứng điều kiện ổn định động khi xem xét dao động của nó.

Hình 5 3 Sơ đồ kích thước sứ dỡ

Sứ đỡ thanh dẫn cứng được chọn theo điều kiện sau:

- Loại sứ: Đặt trong nhà.

- Điện áp: U đmS ≥ U đmHT = 10,5 ( kV )

- Điều kiện ổn định động: F tt ' ≥ 0,6 F ph √ a 2 + b 2

Fph: Lực phá hoại cho phép của sứ.

F’tt: Lực điện động đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch 3 pha.

F tt : Lực động điện tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch 3 pha

H1: Chiều cao từ đáy sứ lên trọng tâm tiết diện thanh dẫn

Tra bảng phụ lục – Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp”, ta chọn sứ 0 ϕ -20-2000KB-Y3:

Bảng 5 5 Bảng thông số sứLoại sứ Điện áp Điện áp duy Lực phá hoại Chiều cao H định mức (kV) trì ở trạng thái khô (kV) nhỏ nhất Fph

Kiểm tra ổn định động:

Thanh dẫn đã chọn có chiều cao h = 125 mm

F cp = 0,6 F ph = 0,6.2000 = 1200(kG) > 593,528 ( kG ) (Thỏa mãn)

Vậy sứ đã chọn thỏa mãn yêu cầu ổn định động.

Chọn dây dẫn, thanh góp mềm phía điện áp cao và trung 55 5.5 Chọn cáp và kháng điện cho phụ tải địa phương (10,5 kV).60 5.6 Chọn máy biến áp đo lường

Trong nhà máy điện với cấp điện áp từ 35 kV trở lên, thanh dẫn mềm được sử dụng làm thanh góp và kết nối với các máy biến áp chính trong hệ thống thanh góp Do chiều dài của thanh góp và thanh dẫn mềm không lớn, việc lựa chọn điều kiện phù hợp là rất quan trọng.

I cb ≤ I cp hc = k hc I cp → I cp ≥ I cb k hc với k hc = 0,882

Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: S≥S min =√ B N

S: tiết diện của thanh dẫn mềm (mm 2 )

BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch: B N = B NCK + B NKCK (A 2 s) C: là hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, với dây dẫn AC có

Kiểm tra điều kiện vầng quang (với điện áp > 110 kV thì phải kiểm tra điều kiện này)

Uvq: Điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang (kV)

5.4.1 Chọn tiết diện thanh góp: Điều kiện dòng điện: dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh phải lớn hơn dòng điện làm việc cưỡng bức Icb.

0,882 = 0,483 (kA) b)Phía điện áp 110kV

0,882 = 0,492 (kA) Với điều kiện trên ta chọn thanh mềm là dây nhôm lõi thép.

Tra phụ lục – “Tài liệu[1]” , ta chọn thanh dẫn thanh góp mềm loại

AC có thông số sau:

Bảng 5 6 Bảng thông số thanh góp mềm Điện áp

Tiết diện chuẩn nhôm/thép

Tiết diện (mm 2 ) Đường kính

5.4.2 Kiểm tra ổn định nhiệt khi có ngắn mạch : Điều kiện : Fchọn ≥ Fmin

Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là :

C (5.5) Trong đó : F - Tiết diện của thanh dẫn mềm, mm 2

C – Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, với dây dẫn AC có CAl

BN – Xung lương nhiệt của dòng ngắn mạch, A 2 s

BN = BNCK + BNKCK Ở đây : BNCK – Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần chu kì, A 2 s.

BNKCK – Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần không chu kì, A 2 s.

Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1s, khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điên ngắn mạch không chu kì :

Với : I N '' 1 và I N '' 2 là dòng ngắn mạch siêu quá độ tại điểm N1 và N2

Hằng số thời gian tắt dần của dòng ngắn mạch không chu kỳ, ký hiệu là Ta, có giá trị thực tế thường được lấy là 0,05 giây Khi thay số vào công thức, ta có thể tính toán được các thông số liên quan.

Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kì được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị:

I tbi 2 Δti (5.6) + Đối với mạng điện cao 220 kV ( điểm ngắn mạch N 1 ):

√ 3 230 = 5,603 (kA) Phía nhánh nhà máy:

100 = 0,37 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 nhánh 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)

2 (k A 2 ) Tính toán theo trình tự trên ta có bảng sau:

Bảng 5 7 Tính toán xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ (điểm ngắn mạch N1) t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1

Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh cái 220 kV là:

B N = B NCK + B NKCK1 = 51,92 + 3,004 = 54,924 ( kA 2 s) Dây dẫn mềm đảo bảo điều kiện ổn định nhiệt khi:

79 = 93,811 ( mm 2 ) < S ch ọ n = 300 ( m m 2 ) Vậy dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt.

+ Đối với mạng điện cao 110kV ( điểm ngắn mạch N 2 ):

√ 3.115 = 6,198 (kA) Phía nhánh nhà máy:

100 = 0,254 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 nhánh 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)

2 (k A 2 ) Tính toán theo trình tự trên ta có bảng sau:

Bảng 5 8 Tính toán xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ (điểm ngắn mạch N2) t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1

Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh cái 110 kV là:

B N = B NCK + B NKCK2 = 110,58 + 7,692 = 118,272 ( kA 2 s) Dây dẫn mềm đảo bảo điều kiện ổn định nhiệt khi:

79 = 137,662 ( mm 2 ) < S chọ n = 240( m m 2 ) Vậy dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt.

5.4.3 Kiểm tra điều kiện vầng quang:

Kiểm tra theo điều kiện sau : Uvq ≥ UđmHT

Điện áp tới hạn Uvq có khả năng phát sinh vầng quang, được đo bằng kilovolt (kV) Giả sử dây dẫn 3 pha được bố trí trên các đỉnh của một tam giác đều, điều này tạo ra một cấu trúc điện năng ổn định và hiệu quả.

Với : r – Bán kính ngoài của dây dẫn, r = d 2 cm a – Khoảng cách giữa các trục dây dẫn , a110kV = 300 cm

; a220kV = 500 cm m – Hệ số xét độ xù xì bề mặt dây dẫn ( dây 1 sợi m 0,93 ÷ 0,98; dây nhiều sợi m = 0,83 ÷ 0,97 ) Lấy m = 0,93.

- Với cấp điện áp 220 kV :

Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 300 mm 2 : r = 24

Như vậy Uvq > Uđm = 220 kV nên dây dẫn được chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang.

- Với cấp điện áp 110 kV :

Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 185 mm 2 : r = 21,6

Như vậy Uvq > Uđm = 110 kV nên dây dẫn được chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang.

5.5 Chọn cáp và kháng điện cho phụ tải địa phương (10,5 kV)

Phụ tải cấp điện áp địa phương 10,5 kV: P maxđp = 8,2 MW,cosφ = 0,87 Gồm: 1 lộ kép x 2,2 MW với chiều dài 2,6 km, 2 lộ đơn x 3 MW với chiều dài 2,8 km

- Đoạn 1 là cáp 1, từ nhà máy sau máy biến áp 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 đường dây có MC2.

Theo bài đã chọn cáp 2 là cáp nhôm, vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất là 70 mm2 , với Icắt = 20 kA và tcắt = 0,7 sec

Chọn tiết diện theo mật độ dòng điên kinh tế:

Thời gian sử dụng công suất cực đại của cáp:

 chọn cáp có J kt =1 ,2 A/mm 2 Đường dây cáp kép

Dòng điện làm việc bình thường của dây cáp là

Tiết diện của cáp là:

Dòng làm việc bình thường của cáp là

1.0,87 √ 3 10,5 = 189,606 (A) Tiết diện của cáp là:

Chúng tôi đã chọn cáp đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu, nhựa thông và chất dẻo không cháy, với vỏ bàng chì, được lắp đặt trong đất ở nhiệt độ 15 độ C Các thông số kỹ thuật chi tiết được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 5 9 Thông số cáp điện

F (mm 2 ) Uđm (kV) Icp (A) X0 (Ω/km)

+ Kiểm tra cáp chọn theo điều kiện phát nóng bình thường:

K1: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt cáp

K2: Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song, K2 ≈ 0,92

Cáp được đặt trong đất với nhiệt độ xung quanh là 25°C, trong khi nhiệt độ phát nóng của ruột cáp đạt 60°C Nhiệt độ tiêu chuẩn cho phép là 15°C, và khoảng cách giữa hai cáp đặt song song cần duy trì là 200mm.

K 1 = √ θ θ cp cp - θ - θ xq ch = √ 60 - 25 60 - 15 = 0,882 và với cáp kép thì hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song là K2

= 0.92 với cáp đặt đơn là K2=1

- Đối với cáp lộ kép :

- Đối với cáp lộ đơn :

K 1 K 2 I cp =0,882.1.315 = 277,83( A )>129,4(A)Vậy cáp đã chọn đảm bảo điều kiện phát nóng bình thường.

5.5.2 Chọn kháng điện cho phụ tải địa phương

Phụ tải địa phương nhận điện từ đầu cực máy phát với cấp điện áp 10,5kV Để hạn chế dòng ngắn mạch, tất cả các đường dây cáp điện của phụ tải địa phương đều phải được đấu qua kháng điện.

Kháng điện đường dây được chọn theo các điều kiện sau:

Điện kháng XK% được xác định dựa trên điều kiện ổn định nhiệt của cáp trong trường hợp ngắn mạch, cũng như theo yêu cầu dòng cắt của máy cắt tại đầu đường dây Để tính toán dòng cưỡng bức qua kháng, cần xem xét các yếu tố liên quan đến khả năng chịu nhiệt và hiệu suất làm việc của thiết bị.

Sơ đồ nhà máy không có thanh góp điện áp máy phát nên có

Hai kháng điện đường dây lấy điện từ đầu cực MF có MBA liên lạc, và giữa hai phân đoạn được kết nối qua máy cắt liên lạc thường mở, chỉ đóng lại khi xảy ra sự cố một kháng.

Ta có sơ đồ bố trí phụ tải như sau :

Hình 5 4 Sơ đồ cung cấp điện cho phụ tải địa phương

Vậy dòng cưỡng bức qua kháng là:

√ 3 10 , 5.0 , 87 = 0,518 ( kA ) b Tính toán chọn điện kháng X K %

Hình 5 5 Sơ đồ thay thế chọn X K %

Các điểm ngắn mạch trong sơ đồ:

- Điểm N4: Điểm ngắn mạch tại nơi đấu kháng điện, phục vụ chọn tự dùng và địa phương (đã tính ở chương 4), = 62,49 kA

- Điểm N5: Điểm ngắn mạch ngay sau MC1 đầu cáp 1, phục vụ chọn MC1 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 1 khi ngắn mạch.

Điểm N6 là vị trí ngắn mạch ngay sau MC2 của cáp 2, có chức năng chọn MC2 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 2 trong trường hợp xảy ra ngắn mạch Để thực hiện, chọn Scb= 100 MVA và Ucb= 10,5 kV, đồng thời tính toán điện kháng của hệ thống tại điểm đấu kháng điện.

59,934 √ 3.10 ,5 =0,0917 Điện kháng của cáp 1: Cáp được chọn có kháng điện đơn vị x0

= 0,11 (Ω/km), chiều dài cáp của cáp l = 2,6 km.

10 ,5 2 = 0,259 Máy cắt 2 đã chọn trước có Icắt = 20(kA), thời gian cắt tcắtMC2 = 0,7s

Cáp 2 là cáp nhôm, vỏ PVC, tiết diện

Dòng ổn định nhiệt của cáp 2 là:

(C là hệ số phụ thuộc vật liệu cáp (C Al = 90))

Cần lựa chọn kháng có tỷ lệ xuất khẩu (XK%) sao cho dòng ngắn mạch không vượt quá dòng cắt định mức của máy cắt đã chọn, đồng thời đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện đã xác định.

{ I ' ' I ' ' N N 6 6 ≤ I ≤ I n h Cap2 catMC 2 =¿ { I ' ' I ' ' N N 6 ≤ 6 ≤ 7 20 , 53 kA kA =¿ I ' ' N 6 ≤ 7 , 53 kA

Từ sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch ta có:

100 100=6 , 9 % Chọn Sdd = 4 mm 2Vì I đm SC = 6000 A >

1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.

BI đã chọn không cần kiểm tra điều kiện ổn định động vì nó quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát.

Hình 5 6 Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào biến điện áp và biến dòng điện mạch MPĐ

Chọn chống sét van (CSV)

Đối với hệ thống thanh góp ngoài trời 110 kV, 220 kV và phía cao 220 kV, cũng như phía trung 110 kV của máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2), việc lựa chọn chống sét van cần tuân theo các điều kiện cụ thể để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện.

UđmCSV110 = UđmT = 110 kV. Đối với CSV đặt ở trung tính của máy biến áp hai cuộn dây (T1, T2,

T3), điện áp định mức của CSV cho phép nhỏ hơn một cấp so với điện áp định mức: UđmCSV 5 kV.

=> Căn cứ vào dữ liệu trên và tra trong tài liệu [1], ta có thông số các chống sét van được chọn như sau:

(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

Kết luận: Trong chương này, chúng ta đã xác định các khí cụ điện và dây dẫn cần thiết cho sơ đồ nối điện chính của nhà máy Tiếp theo, chúng ta sẽ tiến hành tính toán để lựa chọn thiết bị và khí cụ điện phù hợp cho sơ đồ tự dùng của nhà máy nhiệt điện đang được thiết kế.

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ SƠ ĐỒ CUNG CẤP ĐIỆN TỰ DÙNG

Chọn sơ đồ tự dùng

Trong nhà máy nhiệt điện được thiết kế, điện tự dùng sử dụng hai cấp điện áp là 6,3 (kV) và 0,4 (kV).

Cấp tự dùng 6,3 kV đóng vai trò quan trọng, chiếm tỷ lệ lớn trong hệ thống điện, cung cấp năng lượng cho các động cơ công suất lớn trên 200 kW, từ đó đảm bảo hoạt động ổn định cho lò hơi và tuabin của các tổ máy.

- Cấp tự dùng 0,4 kV cung cấp cho các động cơ công suất nhỏ

Mỗi tổ máy điện được kết nối với một lò, và mỗi lò cần một phân đoạn riêng biệt Để cung cấp điện tự dùng cho 4 tổ máy, cần sử dụng 4 phân đoạn khác nhau, mỗi phân đoạn được cấp điện bởi một máy biến hạ áp 10,5/6,3 kV.

Cấp 0,4 kV không nhất thiết phải phân đoạn theo số lộ, trong khi cấp 6,3 kV cần một máy biến áp (MBA) dự trữ kết nối với cuộn hạ MBA TN ở phía trên máy cắt đầu cực Đối với cấp 0,4 kV, cũng sử dụng một MBA kết nối với thanh góp dự trữ 6,3 kV.

Hình 6 1 Sơ đồ phần điện tự dùng nhà máy nhiệt điện

Chọn các thiết bị điện và khí cụ điện cho tự dùng

6.2.1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 6,3kV:

Công suất các MBA tự dùng cấp 6,3 kV (TD91, TD92, TD93, TD94, TD95) được chọn theo điều kiện sau:

Công suất của máy biến áp (MBA) dự phòng phải tương đương với công suất của các MBA tải Thông số kỹ thuật của MBA tự dùng và MBA dự phòng cấp 6,3kV được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 6 1 Thông số MBA tự dùng cấp 6,3kV

6.2.2 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 0,4kV:

Nguồn cung cấp tự dùng 0,4 kV được lấy từ phân đoạn 6,3 kV xuống, với công suất tự dùng cấp điện áp 0,4 kV chiếm khoảng 10-15% tổng công suất tự dùng của toàn nhà máy.

4.100 = 0,9 (MVA) Công suất của MBA tự dùng và MBA dự phòng cấp 0,4 kV được chọn bằng nhau và bằng 1000 kVA:

Bảng 6 2 Thông số MBA tự dùng chung Loại

Chọn máy cắt và khí cụ điện

6.3.1 Chọn máy cắt Để chọn máy cắt cho mạch 6,3 kV ta cần xác định được dòng ngắn mạch sau các máy biến áp tự dùng Xét các điểm ngắn mạch sau: Điểm ngắn mạch N4: phía trước các MBA TD91, TD92, TD93, TD94, TD95 Điểm ngắn mạch N7: phía sau các MBA từ TD91 đến TD95, phía trước các MBA từ TD61 đến TD65.

Ta có sơ đồ thay thế:

Hình 6 2 Điểm ngắn mạch trước và sau MBA tự dùng TD91 Chọn Scb = 100 (MVA); Ucb = Utb các cấp.

√ 3 59,934 10,5 = 0,0917 Điện kháng tương đương của điểm ngắn mạch N7 là:

X tđN7 = ( X HT + X TD91 ) = 0,0917 + 1,27 = 1,36 Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại N7 là:

√ 3 6,3 = 6,738 (kA) Dòng ngắn mạch xung kích tại N7 là: i N7 xk = √ 2 k xk I N7 '' = √ 2 1,8.6,738 = 17,15 (kA) Dòng làm việc cưỡng bức:

√ 3 6,3 = 0,58 (kA) Máy cắt tự dùng cấp điện áp máy phát 10,5 kV được chọn theo giá trị của dòng ngắn mạch tại N4.

Máy cắt tự dùng cấp điện áp 6,3 kV được chọn theo giá trị của dòng ngắn mạch tại N7.

Bảng 6 3 Thông số máy cắt tự dùng Điể m ngắ n mạc h

Máy cắt được chọn đều có dòng định mức lớn hơn 1000A nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.

Dao cách mạch tự dùng phía 10,5 kV được chọn theo giá trị dòng ngắn mạch N4.

Bảng 6 4 Thông số aptomat tự dùng Điể m ngắ n mạc h

Tính toán chọn áp-tô-mát phía hạ áp 0,4 kV

Tính toán ngắn mạch tại điểm N8 phía sau MBA sử dụng cáp 6,3 kV, với giả định nguồn cấp cho N8 có công suất vô cùng lớn (XHT = 0) Sơ đồ thay thế cho tình huống này được trình bày rõ ràng.

Hình 6 3 Điểm ngắn mạch sau MBA tự dùng cấp 6,3 kV

Chọn Scb = 100 (MVA); Ucb = Utb các cấp = 0,4 (kV).

Tổng trở MBA cấp 0,4 kV là:

→ Z TD(0,4kV) = √ R B 2 + X B 2 = √ 1,952 2 + 8,8 2 = 9,01 (mΩ) Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại N8 là:

√ 3 9,01 = 25,63 (kA) Dòng ngắn mạch xung kích tại N8 là: i N8 xk = √ 2 k xk I N8 } = sqrt {2 } 1, 8.25,63e,24 left (kA right ¿

Ta coi dòng làm việc cưỡng bức bằng với dòng làm việc bình thường ở mạch tự dùng.

√ 3 0,4 = 1443,38 (A) Chọn áp-tô-mát: Điều kiện chọn áp-tô-mát:

Vậy ta chọn áp-tô-mát kiểu hộp dãy N do Merlin Gerin chế tạo có thông số kỹ thuật trong bảng sau:

Bảng 6 5 Thông số của aptomat cấp 0,4 kV Loại Uđm (V) Iđm (A) Icdm (kA)

Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì aptomat đã chọn có Iđm

Chọn cầu dao phía hạ áp: Điều kiện chọn:

Vậy ta chọn cầu dao cắt tải tải hạ áp kiểu hộp lọai IN có thông số như sau :

Bảng 6 6 Thông số cầu dao hạ áp 0,4 kV Loại Uđm (V) Iđm (A) Icdm (kA)

Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì cầu dao đã chọn có Iđm

Tiêu đề	Thiết Kế Phần Điện Trong Nhà Máy Điện Và Trạm Biến Áp
Tác giả	Lê Đình Phương
Người hướng dẫn	TS. Vũ Hoàng Giang
Trường học	Trường Đại Học Điện Lực
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Đồ án môn học
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	96
Dung lượng	1,61 MB