ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHÀ MÁY ĐIỆN THIẾT KẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 4 TỔ MÁY VỚI CÔNG SUẤT 400 MW (4x100 MW) Giáo viên hướng dẫn ĐÀO QUANG THẠCH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÓ 4 TỔ MÁY VỚI TỔNG CÔNG SUẤT 400 MW (4x100 MW) Giáo viên hướng dẫn ĐÀO QUANG THẠCH.Đồ án môn học thiết kế nhà máy điện được chia làm 6 chương: Chương I: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất. Chọn Máy Phát Điện. Chương II: Nêu các phương án và chọn MBA cho các phương án. Chương III: Tính toán chọn phương án tối ưu. Chương IV: Tính toán dòng điện ngắn mạch. Chương V: Chọn khí cụ điện và dây dẫn. Chương VI: Chọn sơ đồ tự dùng và MBA tự dùng.

LỜI NÓI ĐẦU

* * *Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành

điện giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân Trong

cuộc sống điện rất cần cho sinh hoạt và phục vụ sản xuất Với sự phát triển của xã

hội do vậy đòi hỏi phải có thêm nhiều nhà máy điện mới đủ để cung cấp điện

năng cho phụ tải

Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chương trình của ngành hệ thống

điện em được nhà trường và bộ môn Hệ thống điện giao nhiệm vụ thiết kế gồm

nội dung sau:

Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ

là 100 MW cấp điện cho phụ tải địa phương 6 kV, phụ tải trung áp 110 kV và

phát vào hệ thống qua đường dây 220 kV

Sau thời gian làm đồ án với sự nỗ lực của bản thân, được sự giúp đỡ tận tình

của các thầy cô giáo trong khoa, các bạn cùng lớp Đặc biệt là sự giúp đỡ và

hư-ớng dẫn tận tình của thầy giáo TS Đào Quang Thạch đến nay em đã hoàn thành

bản đồ án Vì thời gian có hạn, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em

không tránh những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý bổ sung của

các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để đồ án của em ngày càng hoàn thiện

hơn

Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn

lời cảm ơn chân thành nhất!

Sinh viên:

Nguyễn Trường Giang

Chương I:

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

1.1 Chọn máy phát điện

Nhà máy nhiệt điện theo yêu cầu thiết kế có sông suất đặt là 400MW cung

cấp điện cho phụ tải cấp trung áp 110kV với công suất cực đại là 180MW Nhà

máy nối với hệ thống bằng hai lộ đường dây 220kV Ngoài ra nhà máy còn có

nhiệm vụ cấp điện cho phụ tải địa phương ở cấp điện áp máy phát với công suất

cực đại là 12 MW

Nhà máy thiết kế bao gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 100MW Ta

chọn loại máy phát điện đồng bộ có các thông số sau:

Loại máy Sđm

MVA

PđmMW

UđmkV

Iđm

kA Cosφ Xd” Xd’ XdTBФ-100-2 125 100 10,5 6,475 0,8 0,183 0,263 1,79

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Điện năng là một dạng năng lượng không thể tích luỹ được (nói đúng hơn là

chỉ có thể tích luỹ với một số lượng không đáng kể) Do đó để đảm bảo chất

lượng điện năng cho các hộ tiêu thụ cũng như đảm bảo điều kiện cần cho chế độ

xác lập tồn tại được thì tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy điện phát ra

phải cân bằng với lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện

năng

Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ tiêu thụ luôn luôn biến đổi

theo thời gian,do vậy việc lắm được quy luật biến đổi này có ý nghĩa rất quan

trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống điện.Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể

lựa chọn được các phương án nối điện hợp lý,đảm bảo các điều kiện kinh tế -kỹ

thuật,nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Trong nhiệm vụ thiết kế, đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải của các cấp

điện áp đã được cho dưới dạng phần trăm công suất tác dụng cực đại Pmax và hệ

số Cosφ nhờ đó ta tính được đồ thị phụ tải theo công suất biểu kiến như sau:

Trong đó : S(t)– Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA)

Cosφ - Hệ số công suất trung bình của phụ tải

P(t) - Công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t (MW) tính theophụ tải tác dụng P%(t) của phụ tải cực đại Pmax

1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy

Công suất phát của toàn nhà máy được cho trong nhiệm vụ thiết kế, ở đó công

suất phát của toàn nhà máy tính theo phần trăm được cho bởi công thức:

PNM% = N M

N M d m

P

1 0 0P

Từ đó ta tính được công suất tác dụng và công suất biểu kiến phát của nhà

máy là:

PNM = P N M % P N M d m

1 0 0SNM= P NM

Cos

φ

Kết quả tính toán cho trong bảng 1.2

Bảng 1.2T(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24

1.2.2 Công suất tự dùng của nhà máy

Nhà máy thiết kế có công suất tự dùng cực đại bằng 9% tổng công suất định

mức Đó là nguồn cung cấp khác nhau phụ vụ cho quá trình tự động hoá các tổ

máy phát điện Công suất tự dùng của nhà máy gồm hai thành phần: một thành

phần không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy, chiếm khoảng 40%,thành

phần thứ hai phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy, chiếm khoảng 60%

Ta có thể tính công suất tự dùng tại các thời điểm khác nhau theo công thức:

Stdt= Stdmax.(0,4 + 0,6

NMdm

t NM

S

)Trong đó :

SNMđm– Công suất đặt của nhà máy

SNM(t)- Công suất phát của nhà máy tại thời điểm t

Stdt - Công suất tự dùng của nhà máy ứng với công suất phát SNM(t)

Stdmax – Công suất tự dùng cực đại khi nhà máy phát 100% công suất

đặt, do không biết hệ số Cosφtdnên có thể tính:

Stdmax = α.SNMđm α = 6% Công suất đặt

Hình 1.2 Đồ thị phụ tải tự dùng trong ngày

1.2.3 Công suất phụ tải điện áp trung 110kV

Nhiệm vụ chính của nhà máy là cấp điện cho phụ tải trung áp với công suất

cực đại là PTmax= 180MW, Cosφ = 0,89

Biến thiên phụ tải trung áp hàng ngày của nhà máy theo nhiệm vụ thiết kế, ở

đó ta có công suất phụ tải trung áp tính theo phần trăm được cho bởi công thức:

PT%(t) = T

T m a x

P ( t )

1 0 0P

Từ đó ta tính được công suất tác dụng và công suất biểu kiến của phụ tải trung

áp tại thời điểm t là:

Std(MVA)

t(h)

P ( t )

C o sφ

Từ đó ta tính được biến thiên phụ tải trung áp trong ngày như bảng 1.4 dưới

đây:

Bảng 1.4t(h) 0-6 6 8 8 12 12 14 14 18 18 20 20 22 22 24

St(MVA

) 141.57 141.57 182.02 171.91 202.25 182.02 161.8 141.57

Bảng 1.4 Biến thiên công suất phụ tải trung áp trong ngày

Từ bảng kết quả trên ta vẽ được đồ thị ngày của phụ tải trung áp như hình

1.2.5 Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

Ngoài nhiệm vụ cấp điện cho phụ tải trung áp 110kV và liên lạc với hệ

thống,nhà máy còn có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát

với công suất cực đại là là 16,8MW, Cosφ = 0,8

Biến thiên phụ tải cấp điện áp máy phát hàng ngày của nhà máy theo nhiệm

vụ thiết kế, ở đó ta có công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tính theo phần trăm

được cho bởi công thức;

Pmf%(t) = m f

M a x

P ( t )

1 0 0P

Từ đó ta tính được công suất tác dụng và công suất biểu kiến của phụ tải cấp

điện áp máy phát tại thời điểm t là :

Pmf(t) = mf% Max

P (t).P

100 Và Smf(t) = Pm f ( t )

C o sφ

Từ đó ta tính được biến thiên phụ tải cấp điện áp máy phát trong ngày như

bảng 1.5 dưới đây

Bảng 1.5t(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24

Smf(MVA

Bảng 1.5 Biến thiên công suất phụ tải cấp điện áp máy phát của nhà máy

Từ bảng kết quả trên ta vẽ được đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát như

hình1.4

Nhà máy điện liên lạc với hệ thống nhằm mục đích vận hành hệ thống điện

được kinh tế và hiệu quả,tăng cường dự trữ công suất trong hệ thống

Nhà máy điện liên lạc với hệ thống bằng hai lộ đường dây 220kV Dựa vào

công suất phát của nhà máy và yêu cầu của phụ tải tại các thời điểm khác nhau ta

có thể xác định được công suất phát về hệ thống theo công thức sau :

SVHT(t)= SNM(t) – [ST(t) + Smf(t) +Std(t)]

Trong đó : SVHT(t) - Công suất phát về hệ thống tại thời điểm t

SNM(t) -Công suất phát của nhà máy tại thời điểm tST(t) - Phụ tải trung áp tại thời điểm t

Smf(t) - Phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t

STD(t) - Phụ tải tự dùng tại thời điểm t

Từ công thức trên ta tính được cống suất phát về hệ thống như bảng 1.6 dưới

Bảng 1.6 Biến thiên công suất phát về hệ thống.

Từ bảng kết quả trên ta vẽ được đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy như

hình dưới đây

Đồ án môn học thiết kế nhà máy điện

Nhận xét chung

Phụ tải của nhà máy phân bố không đều trên cả ba cấp điện áp và giá trị công

suất cực đại có trị số là:

Sufmax = 13,79 MVASTmax= 202,25 MVASVHTmax= 275,56 MVA

Từ đồ thị phụ tải tổng hợp ta thấy phụ tải trung áp chiếm phần lớn công suất

do nhà máy phát ra do đó việc đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải này là quan

trọng

Tổng công suất của hệ thống điện chưa kể nhà máy thiết kế là SHT = 3750

MVA với dự trữ quay là 7% tương đương với công suất dự trữ là

SdtHT = 7%.3750 = 262,5 MVA lớn hơn công suất của một tổ máy phát và nhỏ

hơn công suất phát về hệ thống cực đại

Như vậy có thể thấy nhà máy có vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện

cho phụ tải trung áp và hệ thống

Chương II:

LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY

II.1.Đề xuất các phương án :

1.Khái niệm chung:

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá

trình thiết kế nhà máy điện Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết

kế nắm vững các số liệu ban đầu, dựa vào bảng cân bằng công suất và các nhận

xét tổng quát để tiến hành đưa các phương án nối dây có thể

Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ dùng

điện và phải khác nhau về cách ghép nối biến áp với các cấp điện áp, về số lượng

và dung lượng các máy biến áp, về số lượng các máy phát nối vào thanh góp điện

áp máy phát, số máy biến áp nối bộ với máy phát

Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp cần phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật

sau:

 Số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thoả mãn

điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất ,các máy phát

còn lại vẫn đảm bảo đủ cung cấp đủ cho các phụ tải cấp điện áp máy phát

và cấp điện áp trung

 Công suất của mỗi bộ máy phát - máy biến áp không được lớn hơn công

suất dự trữ của hệ thống

 Chỉ được ghép bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp

điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này; có như

vậy mới tránh được trường hợp phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết

công suất hoặc công suất phải truyền qua hai lần biến áp gây tổn hao và

gây quá tải cho máy biến áp ba cuộn dây Đối với máy biến áp tự ngẫu liên

lạc thì không cần điều kiện này

 Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ, để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh

từ các bộ máy phát - máy biến áp nhưng công suất lấy rẽ nhánh không

được vượt quá 15% công suất của bộ

 Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây họăc tự ngẫu để liên lạc

hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết bị phân phối sẽ phức tạp

 Máy biến áp tự ngẫu chỉ được dùng khi cả hai phía điện áp cao và trung

đều có trung tính nối đất trực tiếp (U ≥ 110kV)

Dựa vào các yêu cầu kỹ thuật nêu trên và các thông số của nhà máy điện đã

cho.Ta có một số nhận xét sau đây:

 Phụ tải cấp điện áp máy phát có công suất lúc cực đại là Sumfmax = 13,79

MVA so với công suất định mức của máy phát là 125MVA:

cần thanh góp điện áp máy phát.

 Phụ tải trung áp 110kV lúc cực tiểu là STmin = 141,57MVA, lúc cực đại là

STmax = 202,25MVA Do đó có thể ghép một hoặc hai bộ máy phát - máy

biến áp bên trung áp

 Nhà máy có hai cấp điện áp 110kV và 220kV đều có trung tính nối đất

trực tiếp do đó ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa hai cấp điện

áp này với hệ số có lợi là α = 0,5

Dựa vào một số nhận xét trên ta có thể đưa ra một số phương án có sơ đồ như

sau:

2.Đề xuất các phương án:

2.1.Phương án I:

Do phụ tải trung áp lúc cực tiểu là STmin = 141,57MVA và lúc cực đại là

STmax = 202,25MVA Trong khi SđmF= 125 MVA do đó phải tải một lượng công

suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu trong mọi chế độ, tuy nhiên khi

hỏng máy biến áp bên trung áp thì lượng công suất phải tải qua cuộn trung của

máy biến áp tự ngẫu là khá lớn

2.2Phương án II

Công suất luôn thừa ở bên phía trung áp, do đó luôn luôn phải tải một

lượng công suất qua bên cao qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu Đặc

biệt khi sự cố một tự ngẫu và phụ tải bên trung cực tiểu thì máy biến áp tự

ngẫu còn lại có thể bị quá tải

Chủng loại máy biến áp là ít tạo điều kiên thuận lợi cho việc bảo dưỡng

cũng như thay thế

2.3 Phương án III

Ưu điểm

Máy biến áp tự ngẫu B3,B4 chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp do

đó không cần phải có thiết bị điều chỉnh điện áp dưới tải và có công suất nhỏ hơn

các máy biến áp cùng chủng loại của các phương án 1 và 2 do đó có giá thành rẻ

hơn

Nhược điểm

 Số lượng và chủng loại các máy biến áp là lớn, khó khăn cho việc bảo

quản, thay thế và sửa chữa

 Thiết bị phân phối cồng kềnh phức tạp và vận hành khó khăn hơn các

phương án trên

 Toàn bộ công suất phụ tải cấp điện áp máy phát được truyền qua hai

lần biến áp do đó gây tổn hao một lượng lớn điện năng



Nhận xét chung

Từ các nhận xét ưu nhược điểm của các phương án trên ta thấy phương án I là

phương án có nhiều ưu điểm hơn cả Hai phương án còn lại bộc lộ một số nhược

điểm tuy nhiên không thể phủ định lẫn nhau Nhưng phương án II có ưu điểm là

thiết bị phân phối đơn giản hơn do đó ta giữ lại cùng phương án II để so sánh

tính toán nhằm xác định được phương án tối ưu

II.2 Chọn máy biến áp:

Tra bảng phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp “ Ta chọn các

máy biến áp có thông số sau:

Sđm

MVA

Điện áp địnhmức

∆PnkW

Công suất của các máy biến áp tự ngẫu nối bộ với máy phát điện được chọn

thoả mãn điều kiện cuộn hạ áp phải tải được toàn bộ công suất của máy phát

điện

Do cuộn hạ áp được thiết kế với công suất tính toán SHđm = α SđmT nên công

suất máy biến áp tự ngẫu được chọn thoả mãn điều kiện:

SB2= SB3≥



1

SđmFTrong đó α là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:

5,0220

110220U

UU

C

T

=αVậy chọn máy biến áp tự ngẫu thoả mãn điều kiện:

1

.125 = 250 MVATra bảng phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp “ Ta chọn máy

biến áp loại ΑΤДЦТН - 250 có thông số sau:

2) Phân bố công suất cho các máy biến áp

- Đối với các máy biến áp hai cuộn dây B1và B4

Để thuận tiện trong vận hành các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây F1-B1

và F4-B4 thường được cho vận hành với phụ tải bằng phẳng cả năm.Với công

suất tải của mỗi máy là: SB1= SB4= SđmF - S tdmax

4 = 125 - 30

4 = 117,5 MVA

- Đối với các máy biến áp tự ngẫu B2và B3

Công suất qua cuộn dây điện áp cao được phân bố theo biểu thức sau :

Bảng 2.1 Phân bố công suất các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu

3) Kiểm tra khả năng quá tải của các máy biến áp

- Các máy biến áp nối bộ B1 và B4 được chọn với công suất bằng công suất của

các máy phát điện Đồng thời luôn được vận hành với phụ tải bằng phẳng cả năm

(trừ khi bị sự cố) với công suất SB1= SB4 = 113,75 MVA < SđmB1= SđmB4 = 125

MVA

Do đó các máy biến áp nối bộ không cần kiểm tra quá tải

- Kiểm tra khả năng quá tải bình thường

Trong phương án này máy biến áp tự ngẫu phải làm việc ở chế độ tải công suất

từ hạ lên cao và trung do phụ tải trung áp lớn hơn SB4

Khi đó SHmax = 111,64 MVA , SC = 69,26 MVA , SCT = 42,37 MVA Do đó

công suất cuộn hạ là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình thường là:

SHmax ≤kqtbt.α.SđmTTrong đó : kqtbt- Hệ số quá tải bình thường của máy biến áp, kqtbt= 1,3

Ta có SCH = 111,64 MVA < 1,3.0,5.250 = 162,5 MVA Như vậy các máy biến

áp tự ngẫu liên lạc đã chọn là thoả mãn điều kiện làm việc quá tải bình thường

- Kiểm tra khả năng quá tải sự cố

Coi sự cố nặng nề nhất là khi phụ tải điện áp trung cực đại : STmax = 202,25

MVA

Khi đó : SVHT= 256,03 MVA và Sumf= 11,72 MVA

Khi đó phân bố công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu như sau :

Phân bố công suất cuộn hạ :

SCT = STmax / 2 = 202,25/2 = 101,13 MVA

Phân bố công suất cuộn cao:

SCC = SCH– SCT= 111,64 – 101,13 = 10,51 MVA

Trong trường hợp này các máy biến áp liên lạc làm việc theo chế độ truyền tải

công suất từ Hạ lên Cao & Trung khi đó công suất cuộn Hạ là lớn nhất

Do đó điều kiện kiểm tra là : kqtsc.α.SđmTN ≥ SCHmax

Trong đó : kqtsc- hệ số quá tải sự cố của máy biến áp, kqtsc= 1,4

Ta được : kqtsc α.SđmTN = 1,4 0,5 250 = 162,5 MVA > SCH= 111,64 MVA

Khi đó công suất tải về hệ thống còn thiếu một lượng là:

Sthiếu = SVHT– SB1– 2.SC= 256,03 – 117,5 - 2.10,51 = 117,51 MVA

Nhỏ hơn công suất dự trữ của hệ thống là Sdt= 262,5 MVA

Ta thấy rằng trong các phương án, các máy phát đều được nối bộ với các máy

biến áp và công suất của mỗi bộ máy phát - máy biến áp lớn nhất cũng chỉ là

SđmF=125 MVA nhỏ hơn so với công suất dự trữ của hệ thống là: SdtHT= 262,5

MVA Do đó khi sự cố bất cứ phần tử nào thì lượng công suất thiếu hụt cũng

không cần quan tâm do dự trữ của hệ thống được coi là đủ lớn

Giả thiết sự cố bộ máy phát máy biến áp tự ngẫu F2– B2

Trong trường hợp này các máy biến áp còn lại cũng phải cung cấp đủ cho phụ

tải trung áp khi cực đại

Khi đó phân bố công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu như sau :

Phân bố công suất cuộn hạ :

SCH= SđmF – S t d

4 - Sumf= 125 - 3 0

4 - 11,72 = 105,75 MVAPhân bố công suất phía trung :

SCT= STmax– SB4 = 202,25 – 117,5 = 84,75 MVA

Phân bố công suất cuộn cao:

SCC= SCH- SCT= 105,75 - 84,75 = 21 MVA

Trong trường hợp này máy biến áp liên lạc làm việc theo chế độ truyền tải

công suất từ Hạ lên Cao & Trung khi đó công suất cuộn Hạ là lớn nhất

Do đó điều kiện kiểm tra là : kqtsc.α SđmT ≥ SCH

Trong đó : kqtsc- hệ số quá tải sự cố của máy biến áp, kqtsc= 1,4

Ta được : kqtsc.α SđmT = 1,4 0,5.250 = 162,5 MVA > SCH= 105,75 MVA

Như vậy các máy biến áp đã chọn cho phương án I là thoả mãn các điều kiện

làm việc bình thường cũng như khi sự cố

II.2.2 Phương án II

HT

1) Chọn máy biến áp :

Công suất máy biến áp bộ B1và B4được chọn theo điều kiện:

SB1= SB4≥ SđmF= 125 MVATra bảng phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp “ Ta chọn các

máy biến áp có thông số sau:

SđmMVA

Điện áp định mức Tổn thất

UCđmkV

UHđmkV

∆P0kW

∆PnkW

Công suất của các máy biến áp tự ngẫu nối bộ với máy phát điện được chọn

thoả mãn điều kiện cuộn hạ áp phải tải được toàn bộ công suất của máy phát

điện

Do cuộn hạ áp được thiết kế với công suất tính toán SHđm = α SđmT nên công

suất máy biến áp tự ngẫu được chọn thoả mãn điều kiện:

110220U

UU

C

T

=αVậy chọn máy biến áp tự ngẫu thoả mãn điều kiện:

Tra bảng phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp “ Ta chọn máy

biến áp loại ΑΤДЦТН - 125 có thông số sau:

Trường hợp này máy biến áp chỉ cho ∆PN C-Tdo đó ta có thể lấy:

∆PN C-H =∆PN C-T= 0,5∆PN.C-T= 0,5.520 = 260 kW

2) Phân bố công suất cho các máy biến áp

- Đối với các máy biến áp hai cuộn dây B3và B4

Để thuận tiện trong vận hành các bộ máy phát -máy biến áp hai cuộn dây F3-B3

và F4-B4 thường được cho vận hành với phụ tải bằng phẳng cả năm.Với công

suất tải của mỗi máy là: SB1= SB4= SđmF - S tdmax

4 = 125 - 30

4 = 117,5 MVA

- Đối với các máy biến áp tự ngẫu B1 và B2

Công suất qua cuộn dây điện áp cao được phân bố theo biểu thức sau :

Bảng 3.2 Phân bố công suất các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu

3) Kiểm tra khả năng quá tải của các máy biến áp

- Các máy biến áp nối bộ B3 và B4 được chọn với công suất lớn hơn công suất

của các máy phát điện Đồng thời luôn được vận hành với phụ tải bằng phẳng cả

năm (trừ khi bị sự cố) với công suất SB1= SB4 = 117,5 MVA < SđmB1=SđmB2 =

125 MVA

Do đó các máy biến áp nối bộ không cần kiểm tra quá tải

b) Các máy biến áp tự ngẫu B 1 và B 2

- Kiểm tra khả năng quá tải bình thường

Từ bảng 3.2 ta thấy khi phụ tải trung áp cực tiểu: SCCmax = 123,24MVA,

SCT= - 46,71MVA, SCH= 76,52MVA, trong chế độ này máy biến áp liên lạc làm

việc theo chế độ truyền tải công suất từ Hạ & Trung lên Cao Do đó công suất

cuộn cao là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình thường là:

SCC ≤kqtbt.SđmTTrong đó : kqtbt - Hệ số quá tải bình thường của máy biến áp, kqtbt= 1,3

Ta có SCCmax = 123,24 MVA < 1,3.250 = 325 MVA Như vậy các máy biến áp

tự ngẫu liên lạc đã chọn là thoả mãn điều kiện làm việc quá tải bình thường

- Kiểm tra khả năng quá tải sự cố

Coi sự cố nặng nề nhất là khi phụ tải điện áp trung cực đại: STmax = 202,25

MVA

Khi đó : SVHT= 256,03 MVA và Sumf= 11,72 MVA

Khi đó phân bố công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu như sau:

Phân bố công suất cuộn hạ :

SCT= {STmax – SB3} / 2 = {202,25 – 111,64} /2 = 45,31 MVA

Phân bố công suất cuộn cao:

SCC= SCH– SCT = 111,64 - 45,31 = 66,33 MVA

Trong trường hợp này các máy biến áp liên lạc làm việc theo chế độ truyền tải

công suất từ Hạ sang Cao&Trung khi đó công suất cuộn hạ là lớn nhất

Do đó điều kiện kiểm tra là : kqtsc α.SđmT ≥ SCH

Trong đó : kqtsc- hệ số quá tải sự cố của máy biến áp, kqtsc= 1,4

Ta được : kqtsc α SđmT = 1,4 0,5 250 = 175 MVA > SCH= 111,64 MVA

- Khi sự cố bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu F2– B2(hoặc F1–B1)

Giả thiết sự cố bộ máy phát máy biến áp tự ngẫu F2–B2

Trong trường hợp này các máy biến áp còn lại cũng phải cung cấp đủ cho phụ tải

trung áp khi cực đại

Khi đó phân bố công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu như sau:

Phân bố công suất cuộn hạ :

SCH= SđmF – S t d

4 - Sumf= 125 - 3 0

4 - 11,72 = 105,78 MVAPhân bố công suất phía trung :

SCT= STmax– SB4 - SB3= 202,25 – 2.117,5 = -32,75 MVA

Phân bố công suất cuộn cao:

SCC= SH- ST= 105,78 - (-32,75) = 138,53 MVA

Trong trường hợp này máy biến áp liên lạc làm việc theo chế độ truyền tải

công suất từ Hạ&Trung lên Cao khi đó công suất cuộn Cao là lớn nhất

Do đó điều kiện kiểm tra là : kqtsc SđmT ≥ SCC

Trong đó : kqtsc- hệ số quá tải sự cố của máy biến áp, kqtsc= 1,4

Ta được : kqtsc SđmT = 1,4 250 = 350 MVA > SCC= 138,53 MVA

Như vậy các máy biến áp đã chọn cho phương án II là thoả mãn các điều kiện

làm việc bình thường cũng như khi sự cố

II.3 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp

II.3.1 Phương án I

Do bộ máy phát điện - máy biến áp làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt

cả năm với Sb = 117,5 MVA nên tổn thất điện năng trong mỗi máy biến áp hai

cuộn dây được tính như sau:

∆A =∆P0.T +∆PN

2 b

B dm

S S

Trong đó:

-∆P0 - Tổn thất không tải của máy biến áp, kW

-∆PN - Tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW

- SBđm – Công suất định mức của máy biến áp, kVA

- T - Thời gian làm việc trong năm, T = 8760 h

Ta được :

∆A =∆P0.8760 + ∆PN

2 b

B d m

S S

∆AB1,4=∆AB1+∆AB4 = 3948,73 + 4103,53 = 8052,26 MWh

Tổn thất điện năng được tính theo công thức

∆AT = ∆P0.8760 + 2

dmT

365

S ∑(∆PN-C.S i C2 +∆PN-T.S i T2 +∆PN-H.S i H2 ).tiTrong đó:

- SdmT -Công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu

- ∆P0 - Tổn thất không tải kW

- SiC,SiT,SiH là công suất tải cuộn Cao, Trung, Hạ của máy biến áp tự

ngẫu tại thời điểm titrong ngày

- ∆PN-C, ∆PN-T, ∆PN-H là tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây điện áp

cao,trung ,hạ của máy biến áp tự ngẫu:

∆PN-C =0,5(∆PN.C-T+ N.C-H2

ΔP

-N.T-H 2

260) =260 kW

∆PN-T = 0,5(∆PN.C-T+ N.T-H2

ΔP

-N.C-H 2

260) =260 kW

∆PN-H = 0,5( N.C-H2

ΔP

N.T-H 2

ΔP

α - ∆PN.C-T)=0,5( 2

5.0

260

5.0

260

- 520) =780 kW

Ta có:

∆AT =∆A1+∆A2Thành phần thứ nhất: ∆A1 = ∆P0.8760 = 120.8760 =1051200 kWh = 1051,2

Do bộ máy phát điện - máy biến áp làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt

cả năm với Sb = 113,75 MVA nên tổn thất điện năng trong mỗi máy biến áp hai

cuộn dây có cuộn hạ áp phân chia được tính như sau:

-∆PN - Tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW

- SBđm – Công suất định mức của máy biến áp kVA

- T - Thời gian làm việc trong năm ,T = 8760 h

∆AB3,B4= 100.8760 + 400

2 125

5 , 117

∆AB3,4=∆AB3+∆AB4= 2 x 3972,13 = 7944,26 MWh

Tổn thất điện năng được tính theo công thức

∆AT = ∆P0.8760 + 2

dmT

365

S ∑(∆PN-C.S i C2 +∆PN-T.S 2i T + ∆PN-H.S i H2 ).tiTrong đó:

- SdmT -Công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu

- ∆P0 - Tổn thất không tải kW

- SiC,SiT,SiH là công suất tải cuộn Cao ,Trung ,Hạ của máy biến áp tự

ngẫu tại thời điểm titrong ngày

- ∆PN-C, ∆PN-T, ∆PN-H là tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây điện áp

cao,trung ,hạ của máy biến áp tự ngẫu:

∆PN-C =0,5(∆PN.C-T+ N.C-H2

ΔP

-N.T-H 2

260) =260 kW

∆PN-T = 0,5(∆PN.C-T+ N.T-H2

ΔP

-N.C-H 2

260) =260 kW

∆PN-H = 0,5( N.C-H2

ΔP

N.T-H 2

ΔP

α -∆PN.C-T)=0,5( 2

5.0

260

5.0

260

- 520) =780 kW

Ta có:

∆AT =∆A1+∆A2Thành phần thứ nhất: ∆A1 = ∆P0.8760 = 120.8760 =1051200 kWh =

ScB2 111,53 111,19 112,99 107,38 128,01 137,78 113,12 123,24

1) Dòng cưỡng bức phía cao áp 220 kV

a ) Đường dây kép nối với hệ thống

Dòng làm việc bình thường: Ibt1 =

m ax

V H T C

S

1 1 275,56 = =0,362

2 3.U 2 3.220 kADòng làm việc cưỡng bức: Icb1= 2.Ibt1 = 0,724 kA

b) Phía cao áp máy biến áp liên lạc B2và B3

Ta có công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu trong các chế độ

- Chế độ làm việc bình thường Scb1= max(SCbt) = 79,03 MVA

- Chế độ sự cố hỏng bộ máy phát- máy biến áp bên trung áp:

= 0,207 kAc) Phía cao áp bộ máy phát – máy biến áp F1- B1

5 , 117

= 0,308 kANhư vậy dòng cưỡng bức phía cao áp là :

IcbCA= max{Icb1,Icb2,Icb3} = Icb1 = 0,724 kA

2) Dòng cưỡng bức phía trung áp 110 kV

a)Phía trung áp của máy biến áp liên lạc B2và B3

Ta có công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu trong các chế

độ:

- Chế độ làm việc bình thường Scb1= max(STbt) = 42,37 MVA

- Chế độ sự cố hỏng bộ máy phát- máy biến áp bên trung áp:

= 0,531 kAb) Bộ máy phát – máy biến áp bên trung F4–B4

5,117

= 0,648 kAc)Đường dây nối với phụ tải điện áp trung

Dòng cưỡng bức trong mạch đường dây kép

Icb6= max

T

S 50,56

= 3.U 3.110 = 0,265 kANhư vậy dòng cưỡng bức phía trung áp là :

IcbTA= max{Icb4,Icb5,Icb6} = Icb5= 0,648 kA

3) Dòng cưỡng bức phía điện áp máy phát:

- Mạch máy phát:

Icb7= 1,05 dmF

dmF

S3.U = 1,05. 3.10,5

125

= 7,217kANhư vậy dòng điện làm việc cưỡng bức phía điện áp máy phát là:

IcbF = 7,217 kA

II.4.2 Phương án II

1) Dòng cưỡng bức phía cao áp 220 kV

a ) Đường dây kép nối với hệ thống

Dòng làm việc bình thường: Ibt1=

m ax

V H T C

S

1 1 275,56 = =0,362

2 3.U 2 3.220 kADòng làm việc cưỡng bức: Icb1= 2.Ibt1= 0,724 kA

b) Phía cao áp máy biến áp liên lạc B2và B3

Ta có công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu trong các chế

độ

- Chế độ làm việc bình thường Scb1= max(SCbt) = 137,78 MVA

- Chế độ sự cố hỏng bộ máy phát- máy biến áp bên trung áp:

IcbCA= max{Icb1,Icb2, } = Icb1= 0,724 kA

2) Dòng cưỡng bức phía trung áp 110 kV

a)Phía trung áp của máy biến áp liên lạc B2và B3

Ta có công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu trong các chế độ:

- Chế độ làm việc bình thường Scb1= max(STbt) = 46,71 MVA

- Chế độ sự cố hỏng bộ máy phát - máy biến áp bên trung áp:

Scb2= STscbt= 45,31 MVA

- Chế độ sự cố hỏng bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu :

Scb3= STsctn= 32,75 MVAVậy ta có : Icb3 = { cb1 cb2 cb3}

T

max S ,S ,S

46,713.110 = 0,245 kAb) Bộ máy phát – máy biến áp bên trung F4–B4và F3–B3

c)Đường dây nối với phụ tải điện áp trung

Dòng cưỡng bức trong mạch đường dây kép;

Icb5= max

T

S 50,56

= 3.U 3.110 = 0,265 kANhư vậy dòng cưỡng bức phía trung áp là :

125

= 7,217kANhư vậy dòng điện làm việc cưỡng bức phía điện áp máy phát là:

IcbF= 7,217 kA

II-Chọn máy cắt cho các phương án.

Các máy cắt khí SF6 với ưu điểm gọn nhẹ, làm việc tin cậy nên được dùng

khá phổ biến Tuy nhiên các máy cắt loại này có nhược điểm là giá thành cao,

việc thay thế sửa chữa thiết bị khó khăn

Với nhà máy thiết kế đều dùng các máy cắt khí SF6 ở cả ba cấp điện áp Ta

chọn sơ bộ máy cắt theo điều kiện sau:

UđmMC≥Ulưới

IđmMC≥IcbmaxCác thông số kỹ thuật của máy cắt cho ở bảng sau:

Bảng 4-3

Phương

án

Cấpđiệnáp(kV)

DòngIlvcb(kA)

Loạimáy cắt

Đại lượng định mứcU

(kV)

I(kA)

Icắt(kA)

Chương III:

TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Để xác định được phương án thiết kế tối ưu, ta cần tiến hành so sánh hai

phương án theo chỉ tiêu kinh tế: Phương án nào có chi phí tính toán thấp nhất thì

VB- Vốn đầu tư máy biến áp,được xác định theo biểu thức:

VB= vB.kBTrong đó: vB- Giá thành của máy biến áp

kB - Hệ số tính đến chi phí vận chuyển và xây lắpmáy biến áp

VTBPP - Vốn đầu tư xây dụng các mạch thiết bị phân phối,được xácđịnh theo biểu thức sau:

Pp – Chi phí phục vụ thiết bị (sửa chữa thường xuyên và tiền lương

công nhân.Chi phí này tạo nên một phần không đáng kể so với tổng chi phí sản

xuất,mặt khác nó cũng khác nhau ít giữa các phương án so sánh.Do vậy có thể

bỏ qua nó khi đánh gía hiệu quả kinh tế các phương án

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

Pt=β.∆ATrong đó: β - Giá thành trung bình của 1kWh: β= 600đ/kWh

∆A - Tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị (kWh) Chủ yếu

là tổn thất trong các máy biến áp

B1 B2 B3 B4

I)Tính toán cho các phương án

I.1 Phương án I

1) Tính vốn đầu tư cho các thiết bị:

Trước hết ta phải tiến hành chọn sơ đồ thanh góp cho phương án Do nhà máy

có vai trò quan trọng đối với phụ tải cấp điện áp trung và phía thanh góp trung áp

có số mạch lớn, cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng vì vậy ta chọn sơ đồ

hai thanh góp có thanh góp vòng Phía thanh góp cao áp ta chọn sơ đồ hai thanh

góp do có số mạch ít không có phụ tải phía cao áp Ta có sơ đồ như sau:

Vốn đầu tư mua thiết bị của phương án I : VI = VIB + VITBPP

VIB=∑kB.vB1.1) Vốn đầu tư mua máy biến áp:

Phương án I sử dụng hai máy biến áp tự ngẫu và hai máy biến áp hai cuộn dây

 Hai máy biến áp tự ngẫu ΑΤДЦТН – 260MVA – 242 kV mỗi máy có giá

là:

vB2= vB3 = 228.103.40.103= 9,12.109VNĐ

Hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt máy biến áp là: kB2= kB3= 1,4

 Máy biến áp hai cuộn dâyΤДЦ – 125MVA-121kV có giá là :

vB4= 70.103.40.103= 2,8.109VNĐ

Hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt máy biến áp là: kB4= 1,5

 Máy biến áp hai cuộn dâyΤДЦ – 125MVA - 242kV có giá là :

vB1= 162.103.40.103= 6,48.109VNĐ

Hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt máy biến áp: kB1=1,4

Vậy vốn đầu tư máy biến áp là:

VIB = 2.kB2.vB2+kB1.vB1+kB4.vB4

VIB = (2.1,4.9,12 +1,4.6,48 + 1,5.2,8).109= 38,81.109VNĐ1.2) Vốn đầu tư xây dựng các mạch thiết bị phân phối

Phương án I có 4 mạch máy cắt phía 220 kV; 5 mạch máy cắt phía 110kV và

VITBPP= (4.2,86 + 5.1,24 + 2.0,6).109=18,84.109VNĐNhư vậy vốn đầu tư cho phương án I là:

VI = VIB + VITBPP= 38,81.109+ 18,84.109= 57,65.109VNĐ

2 ) Tính phí tổn vận hành hàng năm:

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

PI = PIk+PItTrong đó:

 Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn:

 Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện <Chủ yếu là

trong các máy biến áp>

ađm - Hệ số định mức của hiệu quả kinh tế (1/năm)

có vai trò quan trọng đối với phụ tải cấp điện áp trung và phía thanh góp trung áp

có số mạch lớn, cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng vì vậy ta chọn sơ đồhai thanh góp có thanh góp vòng Phía thanh góp cao áp ta chọn sơ đồ hai thanhgóp do có số mạch ít, không có phụ tải cấp cao áp

Ta có sơ đồ như sau:

220 kV

Vốn đầu tư mua thiết bị của phương án II : VII = VIIB+ VIITBPP

VIIB=∑kB.vB1.1) Vốn đầu tư mua máy biến áp

Phương án II sử dụng hai máy biến áp tự ngẫu và hai máy biến áp hai cuộndây

 Hai máy biến áp tự ngẫu ΑΤДЦТН – 250MVA –242 kV mỗi máy có giálà:

vB1= vB2 = 228.103.40.103= 9,12.109VNĐ

Hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt máy biến áp là: kB1= kB2= 1,4

 Hai máy biến áp hai cuộn dâyΤДЦ – 125MVA-121kV có gía là :

Vậy vốn đầu tư máy biến áp là:

VIIB= 2(.kB1.vB1+kB3.vB3)

VIIB= 2(1,4.9,12 +1,5 2,8).109= 33,94.109VNĐ1.2)Vốn đầu tư xây dựng các mạch thiết bị phân phối

Phương án II có 3 mạch máy cắt phía 220 kV; 6 mạch máy cắt phía 110kV và

VIITBPP= (3 2,86 +6 1,24+2 0,6).109=17,22.109VNĐNhư vậy vốn đầu tư cho phương án I là:

VII = VIIB+ VIITBPP= 33,94.109+ 17,22.109= 51,16.109VNĐ

2.)Tính phí tổn vận hành hàng năm

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

PII = PIIk+PIItTrong đó:

 Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn:

 Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện <Chủ yếu là

trong các máy biến áp>

PIIt=β.∆AII= 600.11544,24.103= 6,93.109VNĐ/nămVậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án II là:

PII = PIIk+PIIt= 4,093.109 + 6,93.109 = 11,023.109VNĐ/năm

Chi phí tính toán của phương án II là:

CII = PII+ ađm.VIITrong đó: PII,VII - Phí tổn vận hành/năm và vốn đầu tư của phương án II

ađm - Hệ số định mức của hiệu quả kinh tế (1/năm)

II) So sánh kinh tế- kỹ thuật chọn phương án tối ưu

Phương án Vốn đầu tư

(109VNĐ)

Phí tổn vận hành(109VNĐ)

Chi phí tính toán(109VNĐ)

Từ bảng tổng kết các chỉ tiêu kinh tế của hai phương án ta thấy phương án II

có các chỉ tiêu kinh tế tốt hơn phương án I

Với giả thiết là cả hai phương án có cùng độ tin cậy cung cấp điện thì phương

án II còn có ưu điểm là vận hành bảo dưỡng các thiết bị dễ dàng hơn do chủng

loại máy biến áp ít hơn, Phân bố công suất trong các cuộn dây máy biến áp tự

ngẫu phù hợp hơn so với phương án I do đó vận hành đơn giản hơn

Kết luận: Như vậy ta chọn phương án II là phương án thiết kế

Chương IV:

TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Tính toán dòng điện ngắn mạch nhằm phục vụ cho việc lựa chọn các khí cụ

điện và các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua như máy cắt điện, dao cách ly,

kháng điện, thanh dẫn, thanh góp, cáp

Để tính dòng điện ngắn mạch trước hết cần chọn điểm ngắn mạch đảm bảo

trong trường hợp này dòng ngắn mạch là lớn nhất, sau đó lập sơ đồ thay thế, tính

điện kháng các phần tử, chọn các đại lượng cơ bản Từ đó áp dụng các phương

pháp tính ngắn mạch để xác định dòng ngắn mạch

I Lựa chọn điểm ngắn mạch tính toán

Sơ đồ xác định điểm ngắn mạch như hình vẽ

Mạch điện áp 220kV và 110kV thường chỉ chọn một loại máy cắt điện và dao

cách ly nên chỉ nên chỉ tính toán ngắn mạch tại một điểm cho mỗi cấp điện áp Để

xác định điểm ngắn mạch tính toán ta căn cứ vào điều kiện thực tế có thể xảy ra sự

cố nặng nề nhất

-Để chọn các khí cụ điện mạch 220kV ta lấy điểm ngắn mạch N1 trên thanh góp

220kV là điểm ngắn mạch tính toán Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N1 là tất

cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống

-Để chọn các khí cụ điện mạch 110kV ta lấy điểm ngắn mạch N2 trên thanh góp

110kV là điểm ngắn mạch tính toán Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N2 là tất

cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống