thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện

Vì hệ số công suất của các phụ tải không khácnhau nhiều, để đơn giản tính toán, một cách gần đúng, ta tính theo công suấtbiểu kiến, xây dựng đồ thị phụ tải các cấp điện áp để xây dựng nê

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.1 Chọn máy phát điện 4

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 5

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP 2.1 Nêu các phương án 18

2.2 Chọn máy biến áp cho các phươn án 21

2.2.1 Phương án I 22

2.2.2 Phương án II 30

2.3 Xác định dòng điện cưỡng bức cho các phương án 37

2.3.1 Phương án I 38

2.3.2 Phương án II 39

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 3.1 Mục đích tính toán ngắn mạch 41

3.2 Xác định các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản 41

3.3 Tính dòng điện ngắn mạch theo đường cong tính toán 42

3.3.1 Phương án I 42

3.3.2 Phương án II 51

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1 Phương pháp đánh giá hiệu quả các phương án 59

4.2 Chọn máy cắt cho các phương án 61

4.3 Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối 62

4.3.1 Phương án I 62

4.3.2 Phương án II 63

4.4 Tính toán cho từng phương án 64

4.4.1 Phương án I 64

4.4.2 Phương án II 65

CHƯƠNG 5 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN, DÂY DẪN VÀ THANH GÓP 5.1 Chọn thanh dẫn nối từ máy phát đến máy biến áp 68

5.2 Chọn sứ đỡ thanh dẫn 71

5.3 Chọn dây dẫn và thanh góp mềm 73

5.4 Chọn máy cắt điện và dao cách ly 78

5.5 Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện 79

5.6 Chọn chống sét van 86

5.7 Chọn các thiết bị cho phụ tải địa phương 88

CHƯƠNG 6 SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG 6.1 Chọn máy biến áp cấp một 99

6.2 Chọn máy biến áp cấp hai 100

6.3 Chọn máy cắt cho mạch tự dùng 100

6.4 Chọn dao cách ly cho mạch tự dùng 102

6.5 Chọn Áptomát cho cấp điện áp 0,4 kV 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nôngnghiệp, giao thông vận tải, y tế, giáo dục và đời sống con người Điện năngđược sản xuất ra từ các nhà máy điện để cung cấp cho các hộ tiêu thụ Tốc độtăng trưởng của ngành điện trung bình hằng năm khoảng 15% Trong nhữngnăm tới nước ta cần phải xây dựng thêm nhiều nhà máy điện và trạm biến áp

để đáp ứng yêu cầu tăng trưởng của phụ tải

Thiết kế, xây dựng và vận hành một nhà máy nhiệt điện có hiệu quảkinh tế cao, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, ổn định hệ thống đòi hỏi có sự tínhtoán chính xác, kỹ lưỡng và chi tiết của các nhà chuyên môn

Trong đồ án này em được giao thiết kế phần điện của một nhà máy nhiệtđiện có tổng công suất là 600 MW, bao gồm 4 tổ máy Nhà máy cung cấp điệncho phụ tải địa phương ở cấp điện áp 6 kV, phụ tải trung áp ở cấp 110 kV, phụtải cao áp và liên lạc với hệ thống ở cấp 220 kV

Được sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của thầy giáo hướng dẫn TS ĐàoQuang Thạch, em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế của mình Em xin chânthành cảm ơn thầy TS Đào Quang Thạch và các thầy cô trong khoa đã tận tìnhgiúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này

Tuy nhiên thiết kế phần điện trong nhà máy điện là một mảng đề tàirộng, đòi hỏi nhiều kiến thức chuyên sâu và kinh nghiệm thực tế, với thời gianhạn hẹp và vốn nghiệm thực tế còn ít nên bản đồ án không tránh khỏi nhữngthiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp chỉ bảo của các thầy cô

để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Quy Nhơn, tháng 05 năm 2009

Sinh viên thực hiện Nguyễn Anh Lộc

CHƯƠNG 1

CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Tính toán các phụ tải và cân bằng công suất rất quan trọng Nó là cơ sở

để tính các dữ liệu cho cả quá trình tính toán của đồ án Vì vậy ta cần phải tínhtoán và cân bằng công suất Vì hệ số công suất của các phụ tải không khácnhau nhiều, để đơn giản tính toán, một cách gần đúng, ta tính theo công suấtbiểu kiến, xây dựng đồ thị phụ tải các cấp điện áp để xây dựng nên đồ thị phụtải của toàn nhà máy

1.1 Chọn máy phát điện

Trong các nhà máy điện, thiết bị chính và quan trọng nhất là máy phátđiện Nó làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng, tạo thành các nguồncung cấp cho hệ thống Ngoài ra máy phát điện còn có khả năng điều chỉnhcông suất của mình, giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điệnnăng (điều chỉnh tần số và điện áp của hệ thống điện)

Theo nhiệm vụ thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi cótổng công suất là: 600 MW, gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là: 150 MW

Khi ta chọn máy phát điện ta cần lưu ý những điểm sau:

Máy phát điện có công suất càng lớn thì vốn đầu tư, tiêu hao nhiênliệu để sản xuất và chi phí vận hành hằng năm càng nhỏ Nhưng về mặt cungcấp điện đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không được lớn hơn dự trữquay của hệ thống

Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành về sau, nên chọncác máy phát điện cùng loại

Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức,dòng điện ngắn mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ và do đó dễ dàng chọn các khí

cụ điện hơn

Từ yêu cầu thiết kế và những đặc điểm cần lưu ý ở trên, tra bảng phụ lụctrang 100, giáo trình thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của Nguyễn HữuKhái, ta chọn được máy phát có các thông số sau:

Loại máy

phát

nv/ph

TBB-165-2 3000 176,5 150 18 0,85 5,67 0,213

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Đặc điểm cơ bản của điện năng là không tích trữ được vì thế việc đảmbảo sự cân bằng công suất phát ra và công suất tiêu thụ là một yêu cầu quantrọng khi thiết kế và vận hành nhà máy điện

Vì phụ tải điện thay đổi theo thời gian nên để giải quyết bài toán cânbằng công suất ta phải xác định sự biến thiên của phụ tải theo thời điểm tức làthiết lập đồ thị phụ tải của nhà máy Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể thiết kế vàvận hành tối ưu hệ thống, phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy trong nhàmáy, chọn thiết bị có các thông số kỹ thuật phù hợp và kinh tế Nhờ đó đảmbảo được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống và của nhà máy

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho biến thiên đồ thị phụ tải hàng ngày ở cáccấp điện áp và hệ số công suất của phụ tải tương ứng Ngoài phần phụ tải của

hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp, phần công suất phát vào hệ thống còn có phụ tải

tự dùng của nhà máy Nhà máy cấp điện cho phụ tải ở ba cấp điện áp 6 kV,

110 kV, 220 kV và được nối chung với hệ thống điện ở cấp 220 kV

Đồ thị phụ tải nhà máy và phụ tải các cấp điện áp cho dưới dạng bảngtheo phần trăm công suất tác dụng cực đại Pmax và hệ số công suất Cos tb củatừng phụ tải tương ứng Từ đó ta tính được phụ tải ở các cấp điện áp theo

công suất biểu kiến : P(t)= p% t 

100 Pmax (1-1)S(t)=  

tb

P t Cos (1-2)Trong đó:

- S(t): Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t, MVA

- P(t): Công suất tác dụng tại thời điểm t của phụ tải, MW

- P%(t): Công suất tác dụng tại thời điểm t của phụ tải được

tính bằng phần trăm của Pmax

- Pmax: Công suất tác dụng của phụ tải cực đại, MW

- Cos tb: Hệ số công suất trung bình của phụ tải

1) Công suất phát của nhà máy

Theo nhiệm vụ thiết kế của nhà máy có tổng công suất là 600 MW,gồm 4 tổ máy phát điện kiểu TBB-165-2 có:

SđmMF = 176,5 MVA; UđmMF = 18 kVTổng công suất đặt toàn nhà máy

2) Công suất tự dùng của nhà máy

Theo nhiệm vụ thiết kế thì công suất tự dùng cực đại của nhà máybằng 6% công suất định mức của nhà máy, với cos=0,85, tức là bằng hệ sốcông suất của nhà máy (cos dmF=0,85)

Vì đề tài thiết kế nhà máy nhiệt điện ngưng hơi (NĐN) cho nên 40%

tự dùng của nhà máy là cố định còn 60% thay đổi theo phụ tải Công suất tựdùng của nhà máy được xác định theo công thức:

 ) MVA (1-3)Trong đó:

STD(t): Công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t,

tính bằng MVAα%: Hệ số phần trăm lượng điện tự dùng, đề tài thiết kế đã cho α% = 6%

SNM(t): Công suất của nhà máy phát ra tại thời điểm t,

tính bằng MVA

SNM: Tổng công suất đặt của nhà máy, tính bằng MVA

Từ các kết quả tính toán công suất phát của nhà máy (bảng 1.1) vàcông thức (1-3) ta tính được công suất tự dùng của nhà máy biến thiên theothời gian t và kết quả cho ở bảng 1.2

Đồ thị công suất tự dùng của toàn nhà máy:

Hình 1.2

3) Phụ tải địa phương

Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho phụ tải địa phương có các số liệu:

Uđm = 6 kV; Pmax = 18 MW; cos= 0,84Gồm : 4 đường dây cáp kép × 3 MW × 2,5 km cung cấp cho phụ

Đồ thị phụ tải địa phương:

Hình 1.3

4) Phụ tải trung áp

Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho phụ tải trung áp có các số liệu:

Uđm = 110 kV; Pmax = 170 MW; cos= 0,87Gồm: 2 đường dây kép × 40 MW cung cấp cho phụ tải quan trọng

3 đường dây đơn × 30 MW cung cấp cho phụ tải khôngquan trọng

Dựa vào công thức (1-1) và (1-2) ta tính được công suất biến thiênphụ tải trung áp theo thời gian t và kết quả cho ở bảng 1.4

1 đường dây đơn × 70 MW cung cấp cho phụ tải khôngquan trọng

Dựa vào công thức (1-1) và (1-2) ta tính được công suất biến thiênphụ tải cao áp theo thời gian t và kết quả cho ở bảng 1.5

Ta thiết lập biểu thức cân bằng công suất của nhà máy theo công suấtbiểu kiến :

SNM(t) = SHT(t) + SC(t) + ST(t) + SĐP(t) + STD(t) + SB(t) Trong đó:

SNM(t): công suất biểu kiến của nhà máy phát ra, MVA

SHT(t):công suất biểu kiến của nhà máy phát về hệ thống MVA

SC(t): công suất biểu kiến của nhà máy phát lên phụ tải cao

SB(t): tổn thất công suất biểu kiến của máy biến áp, MVA

Vì là tính toán sơ bộ, các MBA ngày nay được chế tạo có hiệu xuấtcao nên có thể bỏ qua SB(t)

Như vậy công suất phát về hệ thống của nhà máy được xác định:

SHT(t) = SNM(t) - [SC(t) + ST(t) + SĐP(t) + STD(t)] (1-4)Công suất tổng ở phía cao áp:

SC(t) = SC(t) + SHT(t) (1-5)Dựa vào công thức (1-4), (1-5) và các kết quả tính ở các bảng ở trên,

ta tính được công suất phát vào hệ thống biến thiên theo thời gian và kết quảcho ở bảng 1.6

Đồ thị công suất phát vào hệ thống:

Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy:

Phụ tải ở các cấp điện áp của nhà máy khi cực đại và cực tiểu:

- Phụ tải địa phương:

- Phụ tải trung áp:

STmax = 195,40 MVA; ứng với 8÷12 h

STmin = 136,78 MVA; ứng với 0÷8 h

- Phụ tải cao áp:

SCmax = 280,9 MVA; ứng với 14÷20 h

SCmin = 196,63 MVA; ứng với 0÷8 h và 20÷24 hPhụ tải của nhà máy phân phối không đều nhau trên 3 cấp điện áp vàgiá trị cực đại xuất hiện không đồng thời đối với các phụ tải

Công suất của nhà máy phát về hệ thống:

Công suất cực đại của nhà máy phát về hệ thống SHTmax = 215,19MVA, nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống SHTdt = 315 MVA Nên khinhà máy bị sự cố tách ra khỏi hệ thống không ảnh hưởng nhiều đến hệ thống.Chiếm 30,48% tổng công suất toàn nhà máy.

Công suất cực tiểu của nhà máy phát về hệ thống SHTmin = 59,01MVA , chiếm 8,36% tổng công suất của toàn nhà máy

Cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV là lưới điện trung tínhtrực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu sẽ có lợihơn

ra các phương án sao cho đảm bảo những yêu cầu sau:

- Số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phảithỏa mãn điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất, cácmáy phát còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải ở điện áp máy phát vàphụ tải điện tự dùng

- Công suất mỗi bộ máy phát điện – máy biến áp không được lớn hơn

dự trữ quay của hệ thống

- Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ, để cung cấp cho nó có thể lấy rẽnhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp, nhưng công suất lấy rẽ nhánh khôngđược vượt quá 15% công suất của bộ

- Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc tự ngẫu đểliên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì thiết bị phân phối sẽ phức tạp hơn

- Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía điện áp trung vàcao đều có trung tính trực tiếp nối đất (U ≥ 110 kV).

- Khi công suất tải lên điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thốngthì phải đặt ít nhất hai máy biến áp

- Không nên nối song song máy biến áp hai cuộn dây với máy biến

áp ba cuộn dây vì thường không chọn được hai máy biến áp có tham số phùhợp với điều kiện để vận hành song song

Nhận xét về nhà máy thiết kế:

- Phụ tải địa phương có công suất SĐPmax = 21,43 MVA, chiếm 6,07%công suất của hai máy phát Do đó không dùng thanh góp điện áp máy phát mànối theo sơ đồ bộ Phụ tải địa phương sẽ lấy rẽ nhánh từ đầu cực máy phátđiện, máy phát – máy biến áp hai cuộn dây luôn vận hành với công suất bằngphẳng để dễ vận hành và chọn máy biến áp hai cuộn dây không điều áp dướitải Nhằm giảm về mặt kinh tế, dễ vận hành mà còn đảm bảo yêu cầu về mặt

kỹ thuật

- Vì cấp điện áp cao áp 220 kV và trung áp 110 kV là lưới điện cótrung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa bacấp điện áp với nhau

- Vì công suất phát lên hệ thống của nhà máy khá lớn so với côngsuất dự trữ quay của hệ thống nên ta sử dụng hai máy biến áp liên lạc

Phương án này dùng một bộ máy phát – máy biến áp hai dây quấn

G4-T2 nối vào trung áp 110 kV Dùng hai bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu

và một bộ máy phát - máy biến áp hai dây quấn nối bên cao áp 220 kV Phụ tảiđịa phương được cung cấp ở phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu Phụ tải tựdùng lấy ở đầu cực của từng máy phát

Nhận xét:

- Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp

- Dùng ba chủng loại máy biến áp do đó việc vận hành và lắp đặtkhông thuận tiện Số máy biến áp nối vào phía cao áp nhiều nên vốn đầu tư lớn

2.1.2 Phương án II

Hình 2.2

Phương án này dùng hai bộ máy phát – máy biến áp hai dây quấn G3-T1

và G4-T2 nối vào trung áp 110 kV Dùng hai bộ máy phát – máy biến áp tựngẫu nối vào cao áp 220 kV Phụ tải địa phương được cung cấp ở phía hạ ápcủa máy biến áp tự ngẫu Phụ tải tự dùng lấy ở đầu cực của từng máy phát

Nhận xét:

- Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp Phương ánnày chỉ dùng hai loại máy biến áp nên việc lắp ráp, vận hành và sửa chữathuận tiện hơn Ngoài ra, giảm vốn đầu tư vì số lượng mạch nối vào cao áp ít

- Dòng ngắn mạch ở trung áp 110 kV lớn và tổn thất công suất lớn.

Do số bộ nối với phía trung áp có công suất lớn hơn cả thời điểm phụ tải trung

áp cực đại nên một phần công suất phải tải sang phía cao áp qua hai lần máybiến áp

2.1.3 Phương án III

Hình 2.3

Phương án này dùng hai bộ máy phát – máy biến áp hai dây quấn

G3-T3 và G4-T4 nối vào trung áp 110 kV Dùng hai bộ máy phát – máy biến áp

tự ngẫu và hai bộ máy phát – máy biến áp hai dây quấn G1-T1 và G2-T2 nốivào cao áp 220 kV Phụ tải địa phương được cung cấp ở phía hạ áp của máybiến áp tự ngẫu Phụ tải tự dùng lấy ở đầu cực của từng máy phát

Nhận xét:

- Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp

- Số lượng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu tư lớn, đồng thời trongquá trình vận hành xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn

2.1.4 Nhận xét chung:

Các phương án nêu ra đều đảm bảo về mặt kỹ thuật, đảm bảo cungcấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp trong mọi trường hợp.Tuy nhiênmỗi phương án đều có ưu và nhược điểm riêng Do đó cần phải phân tích sơ bộ

để loại trừ phương án ít sử dụng và giữ lại các phương án thông dụng nhất, sau

đó tính toán cụ thể để tìm ra phương án tối ưu

So sánh giữa ba phương án 1, 2 và 3 để chọn ra hai phương án đưavào tính toán Cả ba phương án đều có độ tin cậy cung cấp điện cao, đảm bảo

về mặt kỹ thuật, nhưng phương án ba sử dụng số lượng máy biến áp nhiều nhấtnên vốn đầu tư lớn nhất, đồng thời trong quá trình vận hành xác suất sự cố

máy biến áp và tổn thất công suất lớn nhất Nên ta chọn phương án 1 và 2 đểđưa vào tính toán.

2.2 Chọn máy biến áp cho các phương án

Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng Trong hệ thống điện, tổng côngsuất các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất cácmáy phát điện Vì vậy vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất cao Do đó trongthiết kế, người ta mong muốn chọn công suất máy biến áp nhỏ, số lượng máybiến áp ít để giảm tổn thất điện năng, giảm vốn đầu tư nhưng vẫn đảm bảocung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Trong thiết kế này, giả thiết các máy biến ápđược chọn phù hợp với nhiệt độ môi trường tại nơi lắp đặt nên không cần hiệuchỉnh công suất của chúng

Chọn máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn loại, số

lượng, công suất định mức và hệ số biến áp

2.2.1 Phương án I:

1) Chọn máy biến áp:

Chọn máy biến áp hai dây quấn T1,T2, ta chọn theo điều kiện:

ST1đm = ST2đm ≥ SđmMF = 176,5 MVATrong đó:

ST1đm, ST2đm: công suất của hai máy biến áp hai dây quấn

SđmMF: công suất định mức của máy phátChọn máy biến áp liên lạc (máy biến áp tự ngẫu) AT1, AT2, tachọn theo điều kiện:

SAT1 = SAT2 ≥ 1

 SđmMF

Trong đó:

SAT1, SAT2: công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu

SđmMF: công suất định mức của máy phát

: hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

SAT1đm = SAT2đm ≥ 0,51 176,5 = 353 MVA

Vì công suất của máy phát lớn nên ta không chọn được máy biến

áp tự ngẫu ba pha có công suất lớn hơn hay bằng 353 MVA với điện áp cuộncao 220 kV, vì vậy ta chọn ba máy biến áp tự ngẫu một pha ghép thành ba pha.Như vậy với phương án này ta chọn sáu máy biến áp tự ngẫu một pha

Từ những điều kiện trên, tra bảng trong giáo trình thiết kế nhàmáy điện và trạm biến áp, ta chọn các máy biến áp cho phương án I có cácthông số cho dưới bảng sau:

Bảng 2.1 : Thông số của các máy biến áp

2) Tính toán phân phối công suất cho các máy biến áp a) Công suất qua máy biến áp hai dây quấn T 1 ,T 2 :

Ở phương án này có hai bộ máy phát-máy biến áp hai cuộndây, trong đó một bộ nối trực tiếp vào thanh góp 110 kV, còn một bộ nối trựctiếp vào thanh góp 220 kV Để kinh tế và vận hành thuận tiện, cho hai bộ máyphát-máy biến áp hai cuộn dây G3-T1 và G4-T2 làm việc với đồ thị phụ tải bằngphẳng Do đó công suất tải của mỗi máy biến áp T1,T2 là:

n = 176,5 - 42,35

4 = 165,91 MVATrong đó:

n: số tổ máy phát trong nhà máy

b) Công suất qua máy biến áp tự ngẫu AT 1 , AT 2 :

Phía cao:

SCTN(t) = 1

2[ SC(t) – SbC]Phía trung:

STTN(t) = 1

2[ ST(t) – SbT]Phía hạ:

SHTN(t) = SCTN(t) + STTN(t)

Từ những số liệu của bảng 1.6 trong chương I, ta tính được côngsuất qua các phía của máy biến áp tự ngẫu trong vòng 1 ngày, số liệu đượctổng hợp ở bảng 2.2

Như vậy khi làm việc bình thường máy biến áp tự ngẫu không bịquá tải nên ta chỉ cần kiểm tra sự cố máy biến áp.

3) Kiểm tra sự cố máy biến áp

Hình 2.4

Ta giả thiết nhà máy bị sự cố một bộ bên trung áp và xét lúc phụtải trung áp cực đại để tính toán xem máy biến áp tự ngẫu có bị quá tải và nhàmáy có đủ khả năng cung cấp cho các phụ tải bên trung hay không

STmax = 195,4 MVA; ứng với thời điểm 8÷11 h

SĐP = 18,21 MVA; SC = 449,92 MVATrong phương án I ta chỉ bố trí một bộ bên trung áp vì thế khi sự

cố bộ này thì tất cả phụ tải bên trung áp sẽ nhận công suất qua máy biến ápliên lạc, do đó công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu:

STTN = 1

2[STmax – SbT] = 1

2STmax= 195, 4

2 = 97,7 MVACông suất phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu:

SHTN = SđmMF – STdmax - 1

2SĐP

= 176,5 - 42,35 18, 21

4  2 = 156,81 MVACông suất phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu:

SCTN =SHTN – STTN=156,81 – 97,7=59,11 MVA

Vì SHTN>STTN, nên hai máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải, tạithời điểm sự cố nhà máy vẫn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải trung áp

và còn phát lên hệ thống một lượng là: SphátHT=2×SCTN=2×59,11=118,22 MVA

Công suất nhà máy thiếu để phát lên hệ thống khi sự cố một bộbên trung và lúc phụ tải trung áp cực đại:

SthiếuHT = SC – SphátHT - SbC

= 449,92 – 118,22 – 165,91 = 165,79 MVANhư vậy khi sự cố một bộ bên trung áp thì công suất phát lên hệthống của nhà máy bị thiếu là: SthiếuHT = 165,79 MVA, nhỏ hơn công suất dựtrữ quay của hệ thống là: SdtqHT = 315 MVA, vì thế hệ thống vẫn làm việc bìnhthường

b) Sự cố một máy biến áp tự ngẫu

Ta giả thiết sự cố máy biến áp tự ngẫu AT2 thì chỉ còn một máybiến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai thanh cái 220 kV và 110 kV

* Xét lúc phụ tải trung áp cực đại:

Hình 2.5

STmax = 195,4 MVA; ứng với thời điểm 8÷11 h

SĐP=18,21 MVA; SC=449,92 MVACông suất phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu AT1:

SHTN = SđmMF – STdmax – SĐP

= 176,5 - 42,35

4 - 18,21 = 147,7 MVACông suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu AT1:

* Xét lúc phụ tải trung áp cực tiểu:

Hình 2.6

STmin = 136,78 MVA; ứng với thời điểm 0÷7 h

SĐP=12,86 MVA; SC=411,82 MVACông suất phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu AT1:

SHTN = SđmMF – STdmax – SĐP

= 176,5 - 42,35

4 - 12,86 = 153,05 MVACông suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu AT1:

STTN = STmin – SbT = 136,78 – 165,91 = -29,13 MVA (chiều công suất từ phía 110 kV sang 220 kV)

Nên máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ tải công suất từ

hạ và trung áp lên cao, trong chế độ này phía cao áp mang tải lớn nhất

SCTN =SHTN+ S TTN =153,05+29,13=182,18 MVA

SCTN=182,18 MVA < 3×SđmTN=3×120=360 MVAVậy máy biến áp tự ngẫu AT1 không bị quá tải, tại thời điểm

sự cố nhà máy vẫn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải trung áp và còn phátlên hệ thống một lượng là: SphátHT= SCTN=182,18 MVA

Công suất nhà máy thiếu để phát lên hệ thống khi sự cố mộtmáy biến áp tự ngẫu AT2 và lúc phụ tải trung áp cực tiểu:

SthiếuHT = SC – SphátHT - SbC

= 411,82 – 165,91 – 182,18 = 63,37 MVANhư vậy khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu AT2 thì công suấtphát lên hệ thống của nhà máy bị thiếu là: SthiếuHT = 63,37 MVA, đều nhỏ hơn

công suất dự trữ quay của hệ thống là: SdtqHT = 315 MVA, vì thế hệ thống vẫnlàm việc bình thường.

4) Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp

Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai dây quấn T1 trong mộtnăm là:

ΔAAbT1 = [ΔAP0 + ΔAPN×( b

ΔAAbT2 = [ΔAP0 + ΔAPN×( b

ΔAP0: Tổn thất không tải của máy biến áp

SCi, STi, SHi: Là công suất tải qua các phía cao, trung, hạ áp

của máy biến áp tự ngẫu trong thời gian ti

SđmB: công suất định mức của MBA tự ngẫu

: Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:  =0,5 PNC, PNT, PNH: tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao,

trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu

Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu là:

ΔAAAT1=ΔAAAT2



{[0,143×(122,96)2+0,203×(14,57)2+0,738×(108,39)2]×7+ [0,143×(120,28)2+0,203×(14,57)2+0,738×(105,71)2]×1+ [0,143×(140)2+0,203×(14,75)2+0,738×(154,75)2]×3+ [0,143×(73,96)2+0,203×(14,75)2+0,738×(88,71)2]×1+ [0,143×(89,15)2+0,203×(0,09)2+0,738×(89,24)2]×2+ [0,143×(87)2+0,203×(0,09)2+0,738×(87,09)2]×1+

[0,143×(133,16)2+0,203×(4,98)2+0,738×(138,14)2]×3+ [0,143×(136,37)2+0,203×(4,98)2+0,738×(141,35)2]×2+ [0,143×(117)2+0,203×(9,68)2+0,738×(107,32)2]×4}

=3×0,21×8760 + 2

3 365 (3 120)



 ×301985,22=8070,3 MWh

AAT1 = AAT2 = 8070,3 MWhVậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp của phương án I là:

AI= AT1+ AT2+ AAT1+ AAT2

ST1đm, ST2đm: công suất của hai máy biến áp hai dây quấn

SđmMF: công suất định mức của máy phát.

Chọn máy biến áp liên lạc (máy biến áp tự ngẫu) AT1, AT2, tachọn theo điều kiện:

SAT1 = SAT2 ≥ 1

 SđmMF

Trong đó:

SAT1, SAT2: công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu

SđmMF: công suất định mức của máy phát

: hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

SAT1đm = SAT2đm ≥ 0,51 176,5 = 353 MVA

Vì công suất của máy phát lớn nên ta không chọn được máy biến

áp tự ngẫu ba pha có công suất lớn hơn hay bằng 353 MVA với điện áp cuộncao 220 kV, vì vậy ta chọn ba máy biến áp tự ngẫu một pha ghép thành ba pha.Như vậy với phương án này ta chọn sáu máy biến áp tự ngẫu một pha

Từ những điều kiện trên, tra bảng trong giáo trình thiết kế nhàmáy điện và trạm biến áp, ta chọn các máy biến áp cho phương án II, có cácthông số cho dưới bảng sau:

Bảng 2.3: Thông số của các máy biến áp

2) Tính toán phân phối công suất cho các máy biến áp a) Công suất qua máy biến áp hai dây quấn T 1 , T 2 :

Ở phương án này có hai bộ máy phát-máy biến áp hai cuộndây nối trực tiếp vào thanh góp 110 kV Để kinh tế và vận hành thuận tiện, chohai bộ máy phát-máy biến áp hai cuộn dây G3-T1 và G4-T2 làm việc với đồ thịphụ tải bằng phẳng Do đó công suất tải của mỗi máy biến áp T1,T2 là:

ST1 = ST2 = SđmMF - S TDmax

n = 176,5 - 42,35

4 = 165,91 MVA

SbT = ST1 + ST2 = 165,91 + 169,9 = 331,82 MVATrong đó:

n: số tổ máy phát trong nhà máy

b) Công suất qua máy biến áp tự ngẫu AT 1 , AT 2 :

Phía cao:

SCTN(t) = 1

2[ SC(t) – SbC] = 1

2×SC(t)Phía trung:

STTN(t) = 1

2[ ST(t) – SbT]Phía hạ:

SHTN(t) = SCTN(t) + STTN(t)

Từ những số liệu của bảng 1.6 trong chương I, ta tính được côngsuất qua các phía của máy biến áp tự ngẫu trong vòng 1 ngày, số liệu đượctổng hợp ở bảng 2.4

Như vậy khi làm việc bình thường máy biến áp tự ngẫu không bịquá tải nên ta chỉ cần kiểm tra sự cố máy biến áp.

3) Kiểm tra sự cố máy biến áp

Ta giả thiết nhà máy bị sự cố một bộ bên trung áp và xét lúc phụtải trung áp cực đại để tính toán xem máy biến áp tự ngẫu có bị quá tải và nhàmáy có đủ khả năng cung cấp cho các phụ tải bên trung hay không.

STmax = 195,4 MVA; ứng với thời điểm 8÷11 h

SĐP=18,21 MVA; SC=449,92 MVA

STmax > SbT=165,91 MVATrong phương án II ta bố trí hai bộ bên trung áp vì thế khi sự cố

bộ này thì tất cả phụ tải bên trung áp sẽ nhận công suất từ bộ còn lại và từ máybiến áp liên lạc, do đó công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu:

STTN = 1

2[STmax – 1

2SbT] =1

2[195,4-165,91]=14,75 MVACông suất phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu:

SHTN = SđmMF – STdmax - 1

2SĐP

= 176,5 - 42,35 18, 21

4  2 = 156,81 MVACông suất phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu:

SCTN = SHTN – STTN = 156,81 – 14,75 = 142,06 MVA

Vì SHTN>STTN, nên hai máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải, tạithời điểm sự cố nhà máy vẫn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải trung áp

và còn phát lên hệ thống một lượng là: SphátHT=2×SCTN=2×142,06=284,12 MVA

Công suất nhà máy thiếu để phát lên hệ thống khi sự cố một bộbên trung và lúc phụ tải trung áp cực đại:

SthiếuHT = SC – SphátHT - SbC

= 449,92 – 284,12 = 165,8 MVANhư vậy khi sự cố một bộ bên trung áp thì công suất phát lên hệthống của nhà máy bị thiếu là: SthiếuHT = 165,8 MVA, nhỏ hơn công suất dự trữquay của hệ thống là: SdtqHT = 315 MVA, vì thế hệ thống vẫn làm việc bìnhthường

b) Sự cố một máy biến áp tự ngẫu

Hình 2.8

Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu AT2 thì chỉ còn một máy biến

áp làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai thanh cái 110 kV và 220 kV

Xét lúc phụ tải trung áp cực đại:

STmax=195,4 MVA < SbT=331,82 MVA; ứng với 8÷11 hNên công suất truyền từ bên trung áp sẽ qua máy biến áp tựngẫu lên cao áp một lượng là: S1= SbT - STmax=331,82-195,4=136,42 MVA

Xét lúc phụ tải trung áp cực tiểu:

STmin=136,78 MVA < SbT=331,82 MVA; ứng với 0÷7 hNên công suất truyền từ bên trung áp sẽ qua máy biến áp tựngẫu lên cao áp một lượng là: S2= SbT - STmin=331,82-136,78=195,04 MVA

Vì S1=136,42 MVA < S2=195,04 MVA Nên ta chỉ xét trườnghợp công suất truyền cực đại khi phụ tải trung áp cực tiểu

STmin=136,78 MVA; ứng với thời điểm 0÷7 h

SĐP=12,86 MVA; SC=411,82 MVACông suất phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu:

SHTN = SđmMF – STDmax - SĐP

= 176,5 - 42,35

4 -12,86 = 153,05 MVACông suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu:

STTN = STmin – SbT = 136,78 – 331,82 = -195,04 MVANên máy biến áp tự ngẫu AT1 làm việc theo chế độ tải công suất

từ hạ và trung sang cao áp, trong chế độ này phía cao áp mang tải lớn nhất

SCTN =SHTN+S TTN =153,05+195,04=3488,09 MVA

SCTN=348,09 MVA < 3×SđmTN=3×120=360 MVAVậy máy biến áp tự ngẫu AT1 không bị quá tải, tại thời điểm sự

cố nhà máy vẫn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải trung áp và còn phát lên

hệ thống một lượng là: SphátHT= SCTN=348,09 MVA

Công suất nhà máy thiếu để phát lên hệ thống khi sự cố một máybiến áp tự ngẫu AT2 và lúc phụ tải trung áp cực tiểu:

SthiếuHT = SC – SphátHT - SbC

= 411,82 – 348,09 = 63,73 MVANhư vậy khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu AT2 thì công suất phát lên hệ thống của nhà máy bị thiếu là: SthiếuHT = 63,73 MVA, đều nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống là: SdtqHT = 315 MVA, vì thế hệ thống vẫn làm việc bình thường

4) Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp

Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai dây quấn T1, T2 trongmột năm là:

ΔAAbT1=ΔAAbT2 = [ΔAP0 + ΔAPN×( b

ΔAP0: Tổn thất không tải của máy biến áp

SCi, STi, SHi: Là công suất tải qua các phía cao, trung, hạ áp

của máy biến áp tự ngẫu trong thời gian ti

SđmB: công suất định mức của MBA tự ngẫu

: là hệ số có lợi của máy bién áp tự ngẫu:  =0,5 PNC, PNT, PNH: tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao,

trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu

Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu là:

ΔAAAT1=ΔAAAT2



{[0,143×(205,91)2+0,203×(97,52)2+0,738×(108,39)2]×7+ [0,143×(203,24)2+0,203×(97,52)2+0,738×(105,72)2]×1+ [0,143×(224,96)2+0,203×(68,21)2+0,738×(156,75)2]×3+ [0,143×(156,91)2+0,203×(68,21)2+0,738×(88,7)2]×1+ [0,143×(172,1)2+0,203×(82,87)2+0,738×(89,23)2]×2+ [0,143×(169,96)2+0,203×(82,87)2+0,738×(87,09)2]×1+ [0,143×(216,11)2+0,203×(77,98)2+0,738×(138,13)2]×3+ [0,143×(219,33)2+0,203×(77,98)2+0,738×(141,35)2]×2+ [0,143×(199,96)2+0,203×(92,64)2+0,738×(107,32)2]×4}

=3×0,21×8760 + 2

3 365 (3 120)



 ×431619,89=9165,59 MWh

AAT1 = AAT2 = 9165,59 MWhVậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp của phương án II là:

AII= AT1+ AT2+ AAT1+ AAT2

MWh

2.3 Xác định dòng điện cưỡng bức cho các phương án

Trong vận hành nhà máy điện nói riêng và hệ thống điện nói chung, cáckhí cụ điện và dây dẫn không những chỉ làm việc ở chế độ bình thường mà cókhi còn phải vận hành ở chế độ cưỡng bức Mục đích của việc tính dòng cưỡng

bức là để phục vụ cho việc lựa chọn các khí cụ điện và dây dẫn sao cho đảmbảo cung cấp điện an toàn lúc làm việc bình thường cũng như khi sự cố mộtphần tử nào đó, do đó ta phải tìm dòng điện cưỡng bức lớn nhất.

Theo đề tài thiết kế, phụ tải ở các cấp điện áp cho như sau:

hai đường dây kép: P=40 MW; cos=0,87; ST=45,98 MVA

ba đường dây đơn: P=30 MW; cos=0,87; '

T

S =34,48 MVA Địa phương:

bốn đường dây cáp kép: P=3 MW; cos=0,84; SĐP=3,57 MVA

ba đường dây cáp đơn: P=2 MW; cos=0,84; '

DP

S =2,38 MVA

2.3.1 Phương án I

1) Dòng cưỡng bức của các mạch nối vào thanh góp cao áp

Dòng cưỡng bức của phụ tải cao áp:

Dòng cưỡng bức qua máy biến áp tự ngẫu:

Công suất cuộn cao: Lúc bình thường: SCTN=140 MVA

Lúc sự cố T2: SCTN=59,11 MVA Lúc sự cố AT2: SCTN=181,18 MVADòng cưỡng bức phía cáo áp của máy biến áp tự ngẫu:

IcbCAT1= IcbCAT1= CTNmax

Vậy dòng cưỡng bức có giá trị lớn nhất của các thành phần nốivào thanh góp cao áp là: IcbCmax= IcbHT=0,565 kA

2) Dòng cưỡng bức của các mạch nối vào thanh góp trung áp

Dòng cưỡng bức của phụ tải trung áp:

IcbT= Tmax

dm

3 U   3 110  = 0,241 kADòng cưỡng bức qua máy biến áp nội bộ:

Dòng cưỡng bức qua máy biến áp tự ngẫu:

Công suất cuộn trung: Lúc bình thường: STTN=14,75 MVA

Lúc sự cố T2: STTN=97,7 MVA Lúc sự cố AT2: STTN=29,49 MVADòng cưỡng bức phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu:

IcbTAT1= IcbTAT1= TTNmax

dm

3 U   3 110  = 0,513 kAVậy dòng cưỡng bức có giá trị lớn nhất của các thành phần nốivào thanh góp cao áp là: IcbTmax= IcbT2=0,973 kA

3) Dòng cưỡng bức của các mạch phụ tải địa phương

dm

3 U   3 6  = 0,344 kAVậy dòng cưỡng bức có giá trị lớn nhất của các thành phần địaphương là: IcbĐPmax=0,344 kA

4) Dòng cưỡng bức của mạch máy phát

1) Dòng cưỡng bức của các mạch nối vào thanh góp cao áp

Dòng cưỡng bức của phụ tải cao áp:

Dòng cưỡng bức qua máy biến áp tự ngẫu:

Công suất cuộn cao: Lúc bình thường: SCTN=224,96 MVA

Lúc sự cố T2: SCTN=142,06 MVA Lúc sự cố AT2: SCTN=348,09 MVADòng cưỡng bức phía cáo áp của máy biến áp tự ngẫu:

IcbCAT1= IcbCAT1= CTNmax

dm

3 U   3 220  = 0,913 kAVậy dòng cưỡng bức có giá trị lớn nhất của các thành phần nốivào thanh góp cao áp là: IcbCmax= IcbCTN=0,913 kA

2) Dòng cưỡng bức của các mạch nối vào thanh góp trung áp

Dòng cưỡng bức của phụ tải trung áp:

IcbT= Tmax

dm

3 U   3 110  = 0,241 kADòng cưỡng bức qua máy biến áp nội bộ:

Dòng cưỡng bức qua máy biến áp tự ngẫu:

Công suất cuộn trung: Lúc bình thường: STTN=97,52 MVA

Lúc sự cố T2: STTN=14,75 MVA Lúc sự cố AT2: STTN=195,04 MVADòng cưỡng bức phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu:

IcbTAT1= IcbTAT1= TTNmax

dm

3 U   3 110  = 1,023 kAVậy dòng cưỡng bức có giá trị lớn nhất của các thành phần nốivào thanh góp cao áp là: IcbTmax= IcbTTN=1,023 kA

3) Dòng cưỡng bức của các mạch phụ tải địa phương

dm

3 U   3 6  = 0,344 kAVậy dòng cưỡng bức có giá trị lớn nhất của các thành phần địaphương là: IcbĐPmax=0,344 kA

4) Dòng cưỡng bức của mạch máy phát