thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Lời nói đầu Ngày nay với tốc độ phát triển của khoa học kỹ thuật nhằm mục đích đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Bên cạnh những ngành công nghiệp khác thì nghành công nghiệp năng lượng những năm gần đây cũng đạt được những thành tựu đáng kể, đáp ứng được nhu cầu của đất nước. Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Hiện nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ đời sống nhân dân được nâng cao, dẫn đến phụ tải điện ngày càng phát triển. Do vậy việc xây dựng xem thêm các nhà máy điện là điều cần thiết để đáp ứng nhu cầu của phụ tải. Việc quan tâm quyết định đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong việc thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc doanh. Do đó việc tìm hiểu nắm vững công việc thiết kế nhà máy điện, để đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện, an toàn và kinh tế là yêu cầu quan trọng đối với người kỹ sư điện Nhiệm vụ đồ án thiết kế của em là thiết kế nhà máy điện. Với những kiến thức thu nhận được qua các năm học tập và sự hướng dẫn tận tình của thầy Đào Quang Thạch đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp. Vì thời gian và kiến thức có hạn chắc hẳn đồ án không tránh khỏi những sai sót kính mong các thầy cô giáo góp ý, chỉ bảo thêm để em nắm vững kiến thức trước khi ra trường. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn cùng các thầy cô đã truyền thụ kiến thức cho em để em có điều kiện hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp. Nguyễn Thanh Tùng - 1- ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện 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 tính toán và cân bằng công suất. Vì hệ số công suất của các phụ tải không khác nhau nhiều, để đơn giản tính toán một cách gần đúng, ta tính theo công suất biểu kiến, xây dựng đồ thị phụ tải các cấp điện áp để xây dựng nên đồ thị phụ tải của toàn nhà máy. 1.1/ Giới thiệu về nhiệm vụ thiết kế: Nhiệm vụ thiết kế được giao là thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện có tổng công suất là: 600 MW, bao gồm 4 tổ máy với công suất mỗi tổ máy là 150 MW, nhà máy cung cấp cho các phụ tải • Phụ tải địa phương: U dm = 6 kV ; P max = 15 MW ; cosϕ = 0,85 và có bảng biến thiên của phụ tải theo thời gian. • Phụ tải phía trung áp: U dm = 110 kV ; P max = 180 MW ; cosϕ = 0,87 và bảng biến thiên của phụ tải theo thời gian. • Phụ tải phía cao áp: U dm = 220 kV ; P max = 250 MW ; cosϕ = 0,88 và bảng biến thiên của phụ tải theo thời gian. • Phụ tải tự dùng của nhà máy với: U dm = 380/220V; P max = 1,2 % công suất toàn nhà máy ; cosϕ = 0,85 • Công suất thừa của nhà máy sẽ phát về hệ thống qua đường dây kép ở cấp điện áp 220 kV. 1.2/ Chọn máy phát điện: Trong các nhà máy điện, thiết bị chính và quan trọng nhất là máy phát điện. Nó làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng, tạo thành các nguồn cung cấp cho hệ thống. Ngoài ra máy phát điện còn có khả năng điều chỉnh công suất của mình, giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điện năng (điều chỉnh tần số và điện áp của hệ thống điện). Nguyễn Thanh Tùng - 2- ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế là thiết kế phần điện nhà máy thủy điện có tổng công suất là 600MW gồm 4 tổ máy công suất 150MW, trong khi thiết kế, chọn máy phát ta cần lưu ý những điểm sau: • Máy phát điện càng lớn thì vốn đầu tư, tiêu hao nước để sản suất và chi phí vận hành hàng năm càng nhỏ. Nhưng về mặt cung cấp điện đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. • Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành về sau, nên chọn các máy phát điện cùng loại. • Chọn điện áp định mức của của máy phát lớn, cosϕ của máy phát càng lớn thì dòng diện định mức, dòng điện ngắn mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ và do đó sẽ dễ dàng chọn các khí cụ điện hơn. Từ yêu cầu thiết kế và những điểm cần lưu ý ở trên, tra bảng phụ lục trang 111 giáo trình Thiết Kế Nhà Máy Điện và Trạm Biến Áp( Nguyễn Hữu Khái) ta chọn được máy có các thông số sau: Loại máy phát n v/ph S MVA P MW U kV cos ϕ I kA " d X B Γ C 1260/200 - 60 100 176,5 150 18 0,85 5,67 0,25 Như vậy ta chọn 4 máy phát loại B Γ C 1260/200 – 60 cho toàn nhà máy. 1.3 / Tính toán phụ tải và cân bằng công suất: Đặc điểm cơ bản của điện năng là không tích trữ được vì thế việc đảm bảo sự cân bằng công suất phát ra và công suất tiêu thụ là một yêu cầu quan trọng khi thiết kế và vận hành nhà máy điện. Vì phụ tải điện thay đổi theo thời gian nên để giải quyết bài toán cân bằng công suất ta phải xác định sự biến thiên của phụ tải theo thời gian tức là thiết lập đồ thị phụ tải của nhà máy. Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể thiết kế và vận hành tối ưu hệ thống, phân bố tối ưu công suất các tổ máy trong nhà máy, chọn thiết bị có các thông số kỹ thuật phù hợp và kinh tế. Nhờ đó đảm bảo 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 các cấp 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 bảng theo phần trăm công tác dụng P max và hệ số công suất Cos ϕ tb của từng phụ tải tương ứng. Nguyễn Thanh Tùng - 3- ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Từ đó ta tính được phụ tải ở các cấp điện áp theo công suất biểu kiến: P(t) = ( ) 100 tp% .P max (1) Và S(t) = tb Cos tP ϕ       (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 P max. - P max : Phụ tải cực đại (MW). - Cos ϕ 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 B Γ C 1260/200 – 60 có: P đmMF = 150 MW; cos ϕ = 0,85; S đmMF = 176,5 MVA; U đmMF = 18 kV Tổng công suất đặt toàn nhà máy P maxNM = P đmNM = 4×P đmMF = 4×150 = 600 MW S maxNM = S đmNM = 4×S đmMF = 4×176,5 = 706 MVA Dựa vào công thức (1-1) và (1-2) ta tính được công suất của nhà máy biến thiên theo thời gian t và kết quả cho ở bảng 1.1 Bảng 1.1: t(h) 0 ÷ 7 7 ÷ 11 11 ÷ 15 15 ÷ 20 20 ÷ 24 P% 80 100 85 100 85 P NM (t), MW 480 600 510 600 510 S NM (t), MVA 564,7 706 600 706 600 Nguyễn Thanh Tùng - 4- ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Đồ thị công suất phát của toàn nhà máy 2) Công suất tự dùng của nhà máy. Đối với nhà máy thủy điện, điện tự dùng của nhà máy thường nhỏ và ít thay đổi khi phụ tải của nhà máy thay đổi. Do vậy để đơn giản và với sai số không lớn, người ta coi phụ tải tự dùng của nhà máy thuỷ điện là không đổi. Từ đó ta tính được phụ tải tự dùng của nhà máy: P td = P tdmax = 100 % α . P maxNM = 100 2,1 . 600 = 7,2 (MW) S td = S tdmax = td max cos P ϕ td = 85,0 2,7 = 8,47 (MVA) 3) Phụ tải địa phương. Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho phụ tải địa phương có các số liệu: U đm = 6 kV; P max = 15 MW; cos ϕ = 0,85 Gồm: 3 đường dây cáp kép × 3 MW × 3 km cung cấp cho phụ tải quan trọng 3 đường dây cáp đơn × 2 MW × 3 km cung cấp cho phụ tải không quan trọng Nguyễn Thanh Tùng - 5- ĐKT_K27 t(h) 0 7 11 15 20 24 564,7 706 600 706 600 S NM (MV A) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Dựa vào công thức (1-1) và (1-2) ta tính được công suất biến thiên phụ tải địa phương theo thời gian t và kết quả cho ở bảng 1.3 Bảng 1.3: t(h) 0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 14 14 ÷ 18 18 ÷ 24 P% 60 100 85 90 65 P ĐP (t), MW 9 15 12,75 13,5 9,75 S ĐP (t), MVA 10,59 17,65 15 15,88 11,47 Đồ thị phụ tải địa phương 4) Phụ tải trung áp Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho phụ tải trung áp có các số liệu: U đm = 110 kV; P max = 180 MW; cos ϕ = 0,87 Gồm: 2 đường dây kép × 50 MW cung cấp cho phụ tải quan trọng Nguyễn Thanh Tùng - 6- ĐKT_K27 t(h) 8 24 14 12 10,59 17,65 15 15,88 11,47 18 0 S đf (MVA) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện 3 đường dây đơn × 30 MW cung cấp cho phụ tải không quan trọng Dựa vào công thức (1-1) và (1-2) ta tính được công suất biến thiên phụ tải trung áp theo thời gian t và kết quả cho ở bảng 1.4 Bảng 1.4: t(h) 0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 15 15 ÷ 20 20 ÷ 24 P% 70 85 90 100 70 P T (t), MW 126 153 162 180 126 S T (t), MVA 144,83 175,86 186,2 206,90 144,83 Đồ thị phụ tải trung áp 5) Phụ tải cao áp Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho phụ tải cao áp có các số liệu: U đm = 220 kV; P max = 250 MW; cos ϕ = 0,88 Gồm: 2 đường dây kép × 90 MW cung cấp cho phụ tải quan trọng 1 đường dây đơn × 70 MW cung cấp cho phụ tải không Nguyễn Thanh Tùng - 7- ĐKT_K27 S T (MVA) 0 24 t(h) 144,83 175,86 186,2 144,83 15 20128 206,90 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện quan trọng Dựa vào công thức (1-1) và (1-2) ta tính được công suất biến thiên phụ tải cao áp theo thời gian t và kết quả cho ở bảng 1.5 Bảng 1.5: t(h) 0 ÷ 7 7 ÷ 11 11 ÷ 14 14 ÷ 20 20 ÷ 24 P% 65 100 85 90 75 P C (t), MW 162,5 250 212,5 225 187,5 S C (t), MVA 184,66 284,09 241,48 255,68 213,07 Đồ thị phụ tải cao áp 6) Cân bằng công suất toàn nhà máy và xác định công suất phát vào hệ thống Điện năng do nhà máy sản xuất ra, một phần cung cấp cho phụ tải địa phương và tự dùng, một phần cung cấp cho phụ tải trung áp 110 kV, một phần cung cấp cho phụ tải cao áp 220 kV, phần còn lại phát vào hệ thống Nguyễn Thanh Tùng - 8- ĐKT_K27 t(h) 0 20 184,66 284,09 241,48 255,68 213,07 S C (MVA) 7 11 14 24 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Ta thiết lập biểu thức cân bằng công suất của nhà máy theo công suất biểu kiến: S NM (t) = S HT (t) + S C (t) + S T (t) + S ĐP (t) + S TD (t) + ∆S B (t) Trong đó: S NM (t): công suất biểu kiến của nhà máy phát ra, MVA S HT (t):công suất biểu kiến của nhà máy phát về hệ thống MVA S C (t): công suất biểu kiến của nhà máy phát lên phụ tải cao áp, MVA S T (t): công suất biểu kiến của nhà máy phát lên phụ tải trung áp, MVA S ĐP (t): công suất biểu kiến của nhà máy phát cho phụ tải địa phương, MVA S TD (t): công suất biểu kiến của nhà máy cung cấp cho tự dùng, MVA ∆S B (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 xuất cao nên có thể bỏ qua ∆S B (t) Như vậy công suất phát về hệ thống của nhà máy được xác định: S HT (t) = S NM (t) - [S C (t) + S T (t) + S ĐP (t) + S TD (t)] (1-3) Công suất tổng ở phía cao áp: S C Σ (t) = S C (t) + S HT (t) (1-4) Dựa vào công thức (1-3), (1-4) 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 quả cho ở bảng 1.6. Nguyễn Thanh Tùng - 9- ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Nguyễn Thanh Tùng - 10- ĐKT_K27 [...]... nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP 2.1 Nêu các phương án Trong nhà máy điện và trạm biến áp các thiết bị được nối với nhau theo một sơ đồ nhất định gọi là sơ đồ nối điện Việc chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là khâu quan trọng trong quá trình thiết kế Căn cứ vào yêu cầu cấp điện của các hộ phụ tải và yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật của nhà máy. .. nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện S(MVA) STD+SĐP+ST+SC+SHT=SNM 700 600 400 STD+SĐP+ST+SC 200 STD+SĐP+ST STD+SĐP STD 0 Nguyễn Thanh Tùng 7 8 11 12 14 15 - 15- 18 20 t(h) 24 ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện 7) Nhận xét chung Công suất dự trữ quay của hệ thống: SHTdt = 7 × 3500 = 245 MVA 100 Nhà máy điện đủ khả năng cung cấp cho phụ tải ở các cấp điện áp,... 19,94 8,47 20 ÷ 24 Bảng 1.7: Bảng biến thiên phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện ĐKT_K27 STD(t)+SĐP(t)+ST(t)+SC(t) +SHT(t)=SNM(t) STD(t)+SĐP(t)+ST(t)+SC(t) STD(t)+SĐP(t) t(h) STD(t)+SĐP(t)+ST(t) Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện STD(t) Đồ án tốt nghiệp ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TOÀN NHÀ MÁY 564,7 486,07 482,52 STD+SDF+ST+SC 466,23 447,98 443,46 451,15... Tùng - 31- ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Dựa vào bảng thông số máy biến áp (bảng 2.1), bảng phân phối công suất (bảng 2.2), để tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu AT1, AT2 Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu là: Nguyễn Thanh Tùng - 32- ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện ΔAAT1 = ΔAAT2 = 3× 365 24 2 2 2... tổng công suất của toàn nhà máy Cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV là lưới điện trung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu sẽ có lợi hơn Phương án nối điện chính của nhà máy điện là một khâu hết sức quan trọng trong quá trình thiết kế phần điện nhà máy điện Căn cứ vào kết quả tímh toán phụ tải và cân bằng công suất để đề xuất các phương án nối điện Nguyễn... -14,78 130,43 174,38 144,83 174,38 435,23 20÷24 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Bảng 2.2: ĐKT_K27 SHTN(t), MVA STTN(t), MVA SCTN(t), MVA SbT, MVA SbC, MVA t(h) ST(t), MVA Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện SCΣ(t), MVA Đồ án tốt nghiệp Qua bảng số liệu ta xác định dòng công suất cực đại truyền qua các phía của máy biến áp tự ngẫu AT1 và AT2 SCTNmax = 183,81 (MVA) < 3×SđmTN... nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Uc −U T ≤ 0,5 Uc Nên dùng hai MBA tự ngẫu làm liên lạc giữa 3 cấp điện áp - Phụ tải địa phương có công suất S ĐPmax = 17,65 MVA, chiếm 5% công suất của hai máy phát Do đó không dùng thanh góp điện áp máy phát mà nối theo sơ đồ đồng bộ Phụ tải địa phương sẽ lấy rẽ nhánh từ đầu cực máy phát của sơ đồ bộ MF-MBA tự ngẫu qua máy biến áp Máy phát – máy biến... cực đại của toàn nhà máy n: số tổ máy phát trong nhà máy Nguyễn Thanh Tùng - 23- ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện b) Công suất qua máy biến áp tự ngẫu AT1,AT2: Phía cao: SCTN(t) = 1 [ SCΣ(t) – SbC] 2 Phía trung: STTN(t) = 1 [ ST(t) – SbT] 2 Phía hạ: SHTN(t) = SCTN(t) + STTN(t) Từ những số liệu của bảng 1.6 trong chương I, ta tính được công suất qua các phía của máy biến... nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Chọn máy biến áp liên lạc (máy biến áp tự ngẫu) AT 1, AT2, ta chọn theo điều kiện: SAT1 = SAT2 ≥ 1 S α đmMF Trong đó: SAT1, SAT2: công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu SđmMF: công suất định mức của máy phát α : hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu U −U T = 220 −110 α= C U 220 = 0,5 C 1 × 176,5 = 353 MVA SAT1đm = SAT2đm ≥ 0,5 Vì công suất của máy phát... 255,68 705,88 15 ÷ 18 479,04 223,36 11,47 8,47 206,90 255,68 705,88 18 ÷ 20 435,23 222,16 11,47 8,47 144,83 213,07 600 20 ÷ 24 Bảng 1.6: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện SHT(MVA) 257,9 223,36 222,16 219,81 218,95 216,15 156,54 148,85 133,77 0 7 8 11 12 14 15 18 20 24 Đồ thị công suất phát vào hệ thống Nguyễn Thanh . án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Đồ thị công suất phát của toàn nhà máy 2) Công suất tự dùng của nhà máy. Đối với nhà máy thủy điện, điện tự dùng của nhà máy thường nhỏ. điện năng (điều chỉnh tần số và điện áp của hệ thống điện) . Nguyễn Thanh Tùng - 2- ĐKT_K27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện Theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế là thiết kế. phụ tải các cấp điện áp để xây dựng nên đồ thị phụ tải của toàn nhà máy. 1.1/ Giới thiệu về nhiệm vụ thiết kế: Nhiệm vụ thiết kế được giao là thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện có tổng công