thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện LỜI NÓI ĐẦU Đất nước Việt Nam ta đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ trên mọi mặt của đời sống xã hội. Trong quá trình ấy, có phần đóng góp không thể thiếu của ngành điện với nhiệm vụ phải đảm bảo cung cấp điện đủ và tốt cho khách hàng cả nước. Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện để cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Để đáp ứng nhu cầu phụ tải, cần phải xây dựng thêm nhiều nhà máy điện. Do đó việc nghiên cứu tính toán kinh tế – kĩ thuật trong thiết kế xây dựng nhà máy điện là công việc hết sức cần thiết. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, cùng với những kiến thức chuyên ngành đã được học, em đã được giao thực hiện Đồ án thiết kế tốt nghiệp Nhà máy điện với nhiệm vụ thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện công suất 240MW. Đây là cơ hội tốt để em có thể tìm hiểu sâu hơn kiến thức tổng hợp đã được học và cũng là dịp may để em vận dụng chúng vào một bài toán thiết kế cụ thể. Trong quá trình thiết kế, với sự tận tình giúp đỡ của TS. Huỳnh Đức Hoàn và các bạn trong lớp cùng với nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành được bản đồ án này. Tuy nhiên, do trình độ chuyên môn cũng như thời gian hạn hẹp nên bản đồ án không tránh khỏi có những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn các thầy trong khoa kỹ thuật và công nghê, đặc biệt là thầy TS. Huỳnh Đức Hoàn đã giúp em hoàn thành bản thiết kế đồ án môn tốt nghiệp này. Quy Nhơn, tháng 6 năm 2009 Sinh viên Võ Thành Thoại SVTH : Võ Thành Thoại Trang 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 MỤC LỤC 2 CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT I.1. Chọn máy phát điện 5 I.2. Tính toán cân bằng công suất 6 I.2.1. Phụ tải điện áp máy phát 7 I.2.2. Phụ tải trung áp 8 I.2.3. Phụ tải của toàn nhà máy 9 I.2.4. Phụ tải tự dùng 11 I.2.5. Cân bằng công suất toàn nhà máy và xác định công suất phát vào hệ thống 12 I.2.6. Nhận xét chung 15 CHƯƠNG II CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY II.1. Chọn phương án nối dây 17 II.1.1. Phương án 1 17 II.1.2. Phương án 2 18 II.1.3. Phương án 3 19 II.2. Kết luận và chọn sơ bộ phương án tối ưu 19 II.3. Chọn máy biến áp cho các phương án và phân phối công suất cho các máy biến áp 20 II.3.1. Chọn công suất máy biến áp 20 II.3.1.1. Phương án 1 20 II.3.1.2. Phương án 2 21 II.3.2. Phân phối công suất cho các máy biến áp và các cuộn dây máy biến áp 22 II.3.2.1. Phương án 1 23 II.3.2.2. Phương án 2 24 II.3.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp 24 II.3.3.1.Phương án 1 24 II.3.3.2.Phương án 2 27 II.4.Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp 30 II.4.1.Phương án 1 30 II.4.2. Phương án 2 32 CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH DÒNG LÀM VIỆC CƯỠNG BỨC VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH SVTH : Võ Thành Thoại Trang 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện III.1.Xác định dòng làm việc cương bức 35 III.1.1.Tính dòng cưỡng bức cho phương án 1 35 III.1.2.Tính dòng điện cưỡng bức cho phương án 2 36 III.2.Tính toán dòng điện cưỡng bức 37 III.2.1.Phương án 1 37 III.2.1.1.Chọn các đại lượng cơ bản 37 III.2.1.2. Chọn điểm ngắn mạch tính toán 38 III.2.1.3.Tính điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối 40 III.2.1.4.Lập sơ đồ thay thế và tính toán ngắn mạch 41 III.2.2.Phương án 2 49 III.2.2.1.Chọn điểm ngắn mạch tính toán 49 III.2.2.2.Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch tính toán 51 CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU IV.1.Chọn máy cắt cho các mạch 60 IV.2.Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 61 IV.2.1.Phương án 1 61 IV.2.2.Phương án 2 62 IV.3.Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu 63 IV.3.1.Vốn đầu tư của các phương án 63 IV.3.2. Phí tổn vận hành hàng năm 64 IV.3.3.Tính chi tiết từng phương án 65 IV.3.3.1.Phương án 1 65 IV.3.3.2.Phương án 2 66 IV.4.So sánh chọn phương án tối ưu 67 SVTH : Võ Thành Thoại Trang 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện CHƯƠNG V CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA V.1. Chọn dao cách ly 68 V.2.Chọn thanh dẫn và thanh góp 69 V.2.1.Chọn thanh dẫn, thanh góp mềm 69 V.2.1.1.Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch 71 V.2.1.2.Kiểm tra điều kiện vầng quang 76 V.2.2.Chọn thanh dẫn cứng 78 V.2.2.1.Chọn tiết diện thanh dẫn cứng 78 V.2.2.2.Kiểm tra ổn định động 79 V.3.Chọn sứ đỡ cách điện 80 V.3.1.Kiểm tra ổn định động 81 V.4.Chọn biến điện áp và biến dòng điện 81 V.4.1.Cấp điện áp 220kV 82 V.4.2.Cấp điện áp 110kV 83 V.5.Mạch máy phát 83 V.6.Chọn cáp, kháng và máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phương SVTH : Võ Thành Thoại Trang 4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 86 V.6.1.Chọn cáp 86 V.6.2.Chọn máy cắt điện 89 V.6.3.Chọn kháng điện 89 V.7.Chọn chống sét van cho thanh góp 93 V.8.Chọn chống sét van cho máy biến áp 93 V.8.1.Chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu 93 V.8.2.Chống sét van cho máy biến áp hai cuộn dây 94 CHƯƠNG VI CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG VI.1.Chọn máy biến áp cấp một 95 VI.1.1.Máy biến áp công tác 95 VI.1.2.Chọn máy biến áp dự trữ 96 VI.2.Chọn máy biến áp cấp hai 96 VI.3.Chọn máy cắt 97 VI.3.1.Chọn máy cắt cho mạch tự dùng cấp điện áp 10,5kV 97 VI.3.2.Chọn dao cách ly SVTH : Võ Thành Thoại Trang 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 98 VI.3.3.Chọn máy cắt cho mạch tự dùng cấp điện áp 6kV 98 VI.4.Chọn áptômát cho tự dùng cho thanh góp 0,4kV 99 Tài liệu tham khảo 102 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT. Để thực hiện tốt nhiệm vụ thiết kế, chúng ta cần phải nắm vững số liệu đã cho cũng như xác định các yêu cầu kĩ thuật đòi hỏi trong quá trình thiết kế. Việc tính toán, xác định phụ tải ở các cấp điện áp và lượng công suất nhà máy thiết kế trao đổi với hệ thống điện cực kì quan trọng, là cơ sở giúp chúng ta xây dựng được bảng phân phối và cân bằng công suất toàn nhà máy. SVTH : Võ Thành Thoại Trang 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Từ đó rút ra các điều kiện để chọn các phương án nối điện toàn nhà máy tối ưu với thực tế yêu cầu thiết kế. I.1.Chọn máy phát điện: Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta ngày càng xây dựng thêm nhiều nhà máy điện và trạm biến áp có công suất lớn, đây là phần không thể thiếu được trong hệ thống năng lượng. Thiết bị quan trọng nhất trong các nhà máy điện là máy phát điện, các máy phát điện biến đổi cơ năng thành điện năng tạo thành các nguồn cung cấp cho hệ thống. Ngoài ra, máy phát điện có khả năng điều chỉnh công suất của mình ;do đó giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điện năng (điều chỉnh điện áp và tần số của hệ thống điện ). Trong quá trình thiết kế, khi chọn số lượng và công suất máy phát điện (MPĐ) cần chú ý điểm sau: -MPĐ có công suất càng lớn thì hiệu suất làm việc càng lớn nên lượng tiêu hao nhiên liệu để sản xuất ra 1 đơn vị điện năng và chi phí vận hành hàng năm càng nhỏ. Nhưng về mặt cung cấp điện thì đòi hỏi : S đmF ≤ S dt .  S đmF _là công suất định mức của máy phát điện.  S dt _là công suất dự trữ của hệ thống. - Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành ta chọn MPĐ cùng loại. - Chọn điện áp định mức phát (U đmF ) :càng lớn thì dòng điện làm việc và dòng điện ngắn mạch càng nhỏ nên càng dễ chọn thiết bị. Trong nhiệm vụ thiết kế là nhà máy nhiệt điện với 4 tổ máy ,công suất mỗi tổ máy là 60MW .Ta chọn 4 MPĐ đồng bộ tuabin hơi TB Φ -60-2 với các thông số cho ở bảng 1.1 (TL1_tr100) Loại MPĐ S (MVA) P (MW) U (KV) I (KA) Cos ϕ X’’ d X’ d X d TB Φ -60-2 75 60 10,5 4,125 0,8 0,146 0,22 1,691 Bảng 1.1.Thông số của MPĐ I.2.Tính toán cân bằng công suất : SVTH : Võ Thành Thoại Trang 7 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện - Tại mỗi thời điểm điện năng hoặc là công suất sản suất ra đúng bằng công suất phụ tải. - Đối với người vận hành thì đồ thị phụ tải dùng để sản xuất, sửa chữa và thay thế các thiết bị. - Đối với người thiết kế dựa vào phụ tải ở các cấp điện áp để chọn sơ đồ thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp. Tiến hành tính toán kinh tế kỹ thuật để chọn phương án tối ưu. - Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng : + Tiến hành tính toán và chọn thiết bị . + Hệ số công suất Cosφ của phụ tải không khác nhau nhiều. Để đơn giản ta tính toán phụ tải, cân bằng công suất theo công suất biểu kiến. + Mỗi cấp điện áp cho P max , Cos ϕ (là hệ số công suất trung bình của phụ tải), cho P%(t) là công suất tại thời điểm t. P%(t) = max )( P tP .100%. ⇒ P(t) = 100 )%(tP .P max ⇒ S(t) = ϕCos )t(P Trong đó: P(t) :là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t. S(t) :là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t. Cos ϕ :là hệ số công suất phụ tải. I.2.1.Phụ tải điện áp máy phát : S UF Ta có:  U đm = 10,5 (kV).  P max = 12 (MW).  Cos ϕ = 0,86 . Áp dụng công thức trên ta có : P UF (t) = 100 )%(tP .P max SVTH : Võ Thành Thoại Trang 8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện S UF (t) = ϕ Cos tP UF )( Sau khi tính toán kết quả ghi vào bảng sau: t(h) CS 0-7 7-12 12-14 14-20 20-24 P UF % 60 90 80 100 60 P UF (t) (MW) 7,2 10,8 9,6 12 7,2 S UF (t) (MVA) 8,37 12,56 11,16 13,95 8,37 Bảng 1.2: bảng tính toán phụ tải điện áp máy phát. Từ bảng trên ta vẽ đồ thị thời gian : SVTH : Võ Thành Thoại Trang 9 t(h) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 14 12 10 8 6 4 2 S UF (t) MVA 0 8,37 12,56 11,16 13,95 8,37 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Hình 1.1: Đồ thị thời gian phụ tải điện áp máy phát I.2.2.Phụ tải trung áp : Ta có:  U đm = 110 (KV).  P max = 90 (MW).  Cos ϕ = 0,85 Áp dụng công thức trên ta có : P T (t) = T P %(t) 100 .P max S T (t) = T P (t) Cos ϕ Sau khi tính toán kết quả ghi vào bảng sau: t(h) CS 0-8 8-12 12-16 16-20 20-24 P T % 65 90 90 100 70 P T (t) (MW) 58,5 81 81 90 63 SVTH : Võ Thành Thoại Trang 10 [...]... Sdtht = 100 MVA Vậy máy biến áp đã chọn là đạt u cầu II.4 Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp : Tổn thất điện năng là một mất đáng kể về mặt kinh tế trong q trình vận hành hệ thống điện Trong nhà máy điện tổn thất điện năng gây ra chủ yếu ở các máy biến áp tăng áp SVTH : Võ Thành Thoại Trang 31 Đồ án tốt nghiệp điện Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt Trong máy biến áp tổn thất điện năng sinh ra... thưa phát về hệ thống Còn phụ tải cấp điện áp máy phát chiếm 9,3% lượng cơng suất tồn nhà máy Do đó sẽ thuận tiện cho việc ghép nối SVTH : Võ Thành Thoại Trang 16 Đồ án tốt nghiệp điện Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt các máy phát theo sơ đồ bộ MF-MBA nên sơ đồ nối dây của nhà máy sẽ đơn giản và rẻ tiền hơn Được thiết kế với ba cấp điện áp 220kV; 110kV; 10,5kV Vì cấp điện áp 220kV, 110kV có trung tính... 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) Đồ án tốt nghiệp điện Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt Hình 1.4: Đồ thị thời gian phụ tải tự dùng I.2.5 Cân bằng cơng suất tồn nhà máy và xác định cơng suất phát vào hệ thống : Điện năng do nhà máy sản xuất ra, một phần tự dùng, một phần cung cấp cho phụ tải điện áp máy phát , một phần cung cấp cho phụ tải trung áp 110kV phần còn lại phát về hệ thống Như vậy cơng suất... Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt Ba máy phát điện F1, F2, F3 được ghép vào thanh góp 10,5kV ở giữa có đặt kháng điện để hạn chế dong ngắn mach Nhà máy điện liên lạc với phía điện áp 220kV và 110kV bằng 2 máy biến áp liên lạc B 1, B2 phía trung áp 110kV ghép một bộ máy phát- máy biến áp hai dây quấn F4-B3 + Ưu diểm : - Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải khi bình thường cũng như khi có sự cố một phần tử... số vốn đầu tư của hệ thống điện, vì vậy chọn số lượng máy biến áp và cơng suất định mức của chúng là việc làm rất quan trọng Vì vậy trong thiết kế nhà máy điện, ta mong muốn cơng suất máy biến áp nhỏ, số lượng máy biến áp ít để giảm tổn thất điện năng nhưng vẫn đảm bảo an tồn cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Trong thiết kế này, giả thiết các máy biến áp được chọn phù hợp với nhiệt độ mơi trường tại nơi... Đồ án tốt nghiệp điện Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt các phụ tải quan trọng tránh trường hợp cơng suất tải qua nhiều lần máy biến áp gây tổn thất điện năng - Cơng suất mỗi bộ máy phát điện- máy biến áp khơng 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 rẽ nhánh khơng được vượt q 15% cơng suất của bộ - Khơng nên dùng q hai máy biến áp ba cuộn... cậy cung cấp điện cao, đảm bảo về mặt kỹ thuật, phương án 3 có dung lượng máy biến áp tự ngẫu lớn Vì vậy, chọn phương án 1 và phương án 2 để tính tốn SVTH : Võ Thành Thoại Trang 21 Đồ án tốt nghiệp điện Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt II.3 Chọn máy biến áp cho các phương án và phân phối cơng suất cho các máy biến áp : II.3.1 Chọn cơng suất máy biến áp : Vốn đầu tư máy biến áp chiếm một phần rất quan... cung cấp điện cho các phụ tải trong mọi trường hợp - Dung lượng của các máy biến áp đã chọn khơng lớn + Nhược điểm : - Số lượng máy biến áp hơi nhiều làm tăng vốn đầu tư và tổn thất điện năng trong máy biến áp HT II.1.2 Phương án 2 : B1 220kV ST B2 F2 B4 B3 SVTH : Võ Thành Thoại F1 110kV Trang 19 F3 F4 Đồ án tốt nghiệp điện Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt Phương án này ta ghép bộ máy phát – máy biến... 15 SUF(t) 8,37 20 24 t(h) Đồ án tốt nghiệp điện Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt Hình 1.6: Đồ thị phụ tải tổng hợp I.2.6 Nhận xét chung : Nhà máy khơng có phụ tai cao áp chỉ có phụ tải trung áp, phụ tải điện áp máy phát , cơng suất thừa phát về hệ thống Cơng suất cực đại của chúng là : SUFmax = 13,95 MVA STmax = 105,88 MVA SVHT = 175,89 MVA Nhà náy thiết kế có nhiệm vụ chính là phục vụ cho phụ tải... dự trữ quay của hệ thống nên có thể sơ đồ máy phát – máy biến áp trong các phương án HT II.1.1 Phương án 1 : 220kV B1 B3 B2 SVTH : Võ Thành Thoại F1 110kV ST B4 Trang 18 F2 F3 F4 Đồ án tốt nghiệp điện Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt Phương án này ta dùng hai bộ máy phát – máy biến áp F 3-B3 và F4-B4 ghép vào thanh cái trung áp 110kV Ghép hai bộ máy phát – máy biến áp liên lạc F1-B1 và F2-B2 , cao . 150 100 250 0 200 50 300 210 270 240 300 210 S NM (t)MVA Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện S nm (t): công suất của nhà máy phát ra tại thời điểm t S nm : công suất đặt của toàn nhà máy α : số phần trăm lượng điện tự dùng. Ta. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện các máy phát theo sơ đồ bộ MF-MBA nên sơ đồ nối dây của nhà máy sẽ đơn giản và rẻ tiền hơn. Được thiết kế với ba cấp điện áp 220kV; 110kV;. chuyên ngành đã được học, em đã được giao thực hiện Đồ án thiết kế tốt nghiệp Nhà máy điện với nhiệm vụ thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện công suất 240MW. Đây là cơ hội tốt để em có thể tìm