Thiết Kế Phần Điện Và Chống Sét Cho Nhà Máy Nhiệt điện

LỜI CẢM ƠNĐể hoàn thành nhiệm vụ của luận án tốt nghiệp “Thiết kế phần điện và thiết kế chống sét nhàmáy nhiệt điện”cá nhân em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ tận tâm của hai thầy hướn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

-o0o -LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN VÀ THIẾT KẾ CHỐNG

SÉT CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

GVHD: TS TRẦN HOÀNG LĨNH

TS DƯƠNG VŨ VĂN SVTH: VÕ THANH DUYÊN

MSSV: 40800335

TP HỒ CHÍ MINH, 6/2013

1

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành nhiệm vụ của luận án tốt nghiệp “Thiết kế phần điện và thiết kế chống sét nhàmáy nhiệt điện”cá nhân em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ tận tâm của hai thầy hướng dẫntrực tiếp cũng như sự hướng dẫn gián tiếp của các thầy cô trong bộ môn Hệ Thống Điện,Khoa Điện-Điện Tử, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

Những kiến thức mà các thầy các cô đã truyền dạy cho em trong quá trình học tập tại trườngcũng như trong suốt quá trình làm luận văn đã giúp em hoàn thành luận án và những kiến thứcnày sẽ là hành trang giúp em mở ra những kho tàng kiến thức phong phú của nhân loại

Em xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc tới hai thầy TS Trần Hoàng Lĩnh, TS Dương VũVăn là hai giảng viên đã trực tiếp hướng dẫn em Trong thời gian được sự hướng dẫn của cácThầy, em đã được các Thầy giải đáp mọi thắc mắc, chỉ bảo tận tình, quan tâm, giúp đỡ vàcung cấp cho em rất nhiều kiến thức bổ ích Nhờ đó em mới có thể hoàn thành được đề tài củaluận văn tốt nghiệp

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hệ Thống Điện, Khoa Điện-Điện

Tử, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, đã giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt thờigian qua

TP.HCM, tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Võ Thanh Duyên

3

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Điện năng là một nguồn năng lượng vô cùng quý giá và không thể thiếu được trong cuộcsống của con người ngày ngay Nó là nguồn thúc đẩy phát triển cho toàn hệ thống kinh tế củamột Quốc gia Vì vậy trên Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, việc sản xuất và pháttriển điện năng phải được chú trọng hàng đầu, tùy thuộc vào vị trí địa lý, cũng như mặt thuậnlợi của từng Quốc gia để ưu tiên phát triển các loại hình nhà máy điện: Nguyên tử, năng lượnggió, thủy điện, nhiệt điện,…

Ở Việt Nam thì thủy điện giữ vai trò chủ đạo, nhưng nhiệt điện cũng góp phần quan trọngkhông nhỏ trong việc cung cấp cục bộ cũng như hòa vào lưới điện Quốc gia một lượng đáng

kể để nâng cao khả năng cung cấp điện cho nước nhà

Việc thiết kế một nhà máy nhiệt điện, yêu cầu phải có trình tự, có chọn lựa kỹ càng từngloại máy móc, từng loại dụng cụ khí điện, truyền tải điện, sơ đồ nối điện trong nhà máy, đặcbiệt phải tuân theo những tiêu chuẩn bắt buộc về an toàn điện cũng như khả năng cung cấpđiện đạt hiệu suất tối đa với chi phí tối thiểu

Ngoài ra, việc tính toán các phương pháp bảo vệ chống sét, nối đất, quá điện áp do sóngphản xạ,… cho nhà máy cũng là phần quan trọng không kém để đảm bảo việc nhà máy saukhi đưa vào hoạt động sẽ có khả năng sử dụng lâu dài, an toàn, mức độ phá hoại là nhỏ nhất,tạo độ tin cậy cao đối với việc cung cấp điện liên tục và hệ thống vận hành nhà máy

4

MỤC LỤC

5

2 GHI CHÚ

6

PHẦN 1

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

7

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VỚI CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

Nhà máy cung cấp cho các phụ tải:

220kV: công suất max 140MW, công suất min 85MW, hệ số công suất 0,84 bằng 6 đường dây

110kV: công suất max 110MW, công suất min 60MW, hệ số công suất 0,83 bằng 6 đường dây

22kV: công suất max 22MW, công suất min 15MW, hệ số công suất 0,82 bằng 8 đường dây.Ngoài việc cung cấp cho các phụ tải trên, nhà máy còn nhiệm vụ cung cấp cho hệ thống 1.300.000 MWh/năm

Tự dùng nhà máy 6%

Nhà máy nối với hệ thống có công suất 6300 MW, bằng hai đường dây dài 81 km ở cấp điện áp 220kV, hệ số công suất của hệ thống là 0,85, dự trữ hệ thống 10%

NHIỆM VỤ:

- Chọn sơ đồ nối điện cho thiết bị phân phối

Bảng 1.1 Phân bố phụ tải cấp điện áp 220kV

1.5 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy

Bảng 1.5 Phân bố công suất tổng của nhà máy khi chưa tính đến tự dùng

9

t(h) S220(MVA) S110(MVA) S22(MVA) SHT(MVA) ST(MVA)

Hình 1.5 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy điện

Bảng 1.7 Phân bố công suất phụ tải tổng của nhà máy

CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC NHÀ MÁY ĐIỆN

.1 Chọn số lượng và công suất các tổ máy phát

Nhà máy điện cần thiết kế có công suất 492,3MVA, các phương án lựa máy phát như sau:

Bảng 2.1 Các phương án lựa chọn máy phát (1, phụ lục 2.1, trang 205)

Phương án 1:Số lượng tổ máy nhiều khi vận hành sẽ dễ dàng thay thế khi một máy nghỉ do

sự cố hay nghỉ một máy phát khi cực tiểu

Phương án 2: Công suất tổng của nhà máy trong phương án này và công suất nhà máy cần

thiết kế có sự chênh lệch là 71,7MVA là chưa hợp lý, không kinh tế

Phương án 3: Số tổ máy ít nên khi vận hành sẽ đơn giản hơn Ngoài ra sai lệch % so với

phụ tải nhỏ hơn phương án 1 Do đó phương án 3 được chọn

Bảng 2.2 Thông số máy phát TҐB-200-2MY3

.2 Tính lại công suất tự dùng của nhà máy

Với Sđặt = 494MVA, tính lại công suất tự dùng của nhà máy

Bảng 2.3 Phân bố công suất tự dùng của nhà máy

2.3.1 Phương án 1:

Phương án này có 2 tổ hợp bộ máy phát-máy

biến áp nối với thanh góp 220kV thuận lợi

cho việc vận hành các tổ máy Nối kết giữa 3

cấp điện áp được thực hiện bằng máy biến áp

tự ngẫu

2.3.2 Phương án 2:

Phương án này đảm bảo việc kết nối giữa 2

cấp điện áp 220kV và 110kV bằng hai máy

biến áp tự ngẫu.kết nối với máy phát, tải

22kV được cung cấp từ phía 110kV qua haimáy biến áp T3 và T4

2.3.3 Phương án 3:

Tổ hợp máy phát máy-máy biến áp G2-T2

được cấp vào điện áp 110kV cung cấp công

suất cho tải 110kv và một phần công suất còn

lại sẽ truyền qua cấp điện áp 22kV và 110kV

qua các máy biến áp tự ngẫu

2.3.4 Phương án 4:

Phương án này có hai tổ máy phát-máy biến

áp nối với thanh góp 220kV thuận lợi cho

việc vận hành các tổ máy Kết nối giữa hai

cấp điện áp 220kV và 110kV được thực hiện

bằng hai máy biến áp tự ngẫu Kết nối giữahai cấp điện áp 110kV và 22kV được thựchiện bằng hai máy biến áp hai cuộn dây

2.3.5 Phương án 5:

Bảng 2.4 Công suất vận hành của các tổ máy

CHƯƠNG 3 CHỌN MÁY BIẾN ÁP

3.1 Chọn máy biến áp cho phương án 1

Điều kiện chọn MBA:

Với kqtsc: hệ số quá tải sự cố Chọn kqtsc = 1,4

máy biến áp

12-14

16

14-18

16-20

18-22

20-24

3

159,3

154,5

146,8

159,3

cho Kiểm tra điều kiện quá tải bình thường

Từ K1= 0,83; T2=18h theo đường cong quá tải bình thường(đồ thị số 33 trang 258 sáchthiết nhà máy điện va trạm biến áp của Huỳnh Nhơn) có:

K2cp=0,94< K2=1,2 không thỏa quá tải bình thường Vì vậy nâng công suất của MBAlên 160MVA Vì SdmB = 160MVA>Sptmax=159,3MVA nên không cần kiểm tra quá tải

Kết luận: chọn MBA từ ngẫu 3 pha Sdm= 160MVA có các thông số sau:

Bảng 3.2 Thông số máy biến áp (1, phụ lục 3, trang 245)

Sdm(MVA) Điện áp(kV) Un% i% (kW

)

(kW)

3.2 Chọn máy biến áp cho phương án 6

3.2.1 Chọn máy biến áp từ ngẫu T1, T2

Hệ số mẫu:

Máy biến áp có công suất lớn, vì vậy chọn ba máy biến áp tự ngẫu 1 pha Máy biến áp

được chọn là AOДЦTҐ công suất 200MVA

Bảng 3.3 Thông số máy biến ápAOДЦTҐ (5, Bảng 1.53, trang 74)

Điều kiện chọn MBA:

Với kqtsc: hệ số quá tải sự cố Chọn kqtsc = 1,4

Với máy biến áp tự ngẫu có Sdm = 25MVA, ta tiến hành kiểm tra quá tải sự cố của máy

không thỏa quá tải sự cố nên ta tính quá tải bình thường

Từ K1= 0,98, T2=6h theo đường cong quá tải bình thường (đồ thị số 10 trang 256 sách

thiết nhà máy điện va trạm biến áp của Huỳnh Nhơn) có:

K2cp=0,9 < K2 = 1,072 không thỏa quá tải bình thường Vì vậy nâng công suất của

tải

Chọn máy biến áp công suất 30MVA

Bảng 3.4 Thông số máy biến áp

Điện kháng máy biến áp ở phương án 1:

Điện kháng máy biến áp ba pha hai cuộn dây T1 và T2

Điện kháng máy biến áp tự ngẫu T3 và T4

Điện kháng máy biến áp ở phương án 6:

Điện kháng máy biến áp T1 và T2:

=0

Điện kháng máy biến áp T3 và T4:

4.2 Tính ngắn mạch cho phương án 1

Hình 4.1 Sơ đồ tương đương trở kháng

Bảng 4.1 Bảng thay thế các giá trị điện kháng trên sơ đồ tương đương

20

Hình 4.3 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N2

Sơ đồ tương đương trở kháng:

Hình 4.6 Sơ đồ tương đương trở kháng

Bảng 4.2 Bảng thay thế các giá trị điện kháng trên sơ đồ tương đương

Hình 4.8 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N2

Hình 4.10 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N5

25

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG

MÁY BIẾN ÁP

5.1 Tính tổn thất điện năng cho phương án 1

5.1.1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp T1, T2

Bảng 5.1 Phân bố công suất qua máy biến áp T1, T2

12-14

16

14-18

16-20

18-22

20-24

229,5

220,6

6209,2 209,7Tổn thất điện năng trong 1 ngày:

Tổn thất điện năng trong năm:

5.1.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp T3, T4

Phụ tải cuộn hạ máy biến áp: SH-MBA = S22kV

Phụ tải cuộn trung máy biến áp: ST-MBA = S110kV

Phụ tải cuộn cao máy biến áp: SC-MBA = SH-MBA + ST-MBA

Bảng 5.2 Phân bố công suất qua các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu

Tổn thất điện năng trong 1 năm:

Tổng tổn thất điện năng hàng năm của các máy biến áp:

5.2 Tính tổn thất điện năng cho phương án 6

5.2.1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu T1,T2

Công suất qua cuộn hạ máy biến áp:

Bảng 5.3 Phân bố công suất qua cuộn hạ máy biến áp

12-14

16

14-18

16-20

18-22

20-24

Công suất qua cuộn trung máy biến áp:

Bảng 5.4 Phân bố công suất qua cuộn trung máy biến áp

Công suất qua cuộn cao máy biến áp: SC-MBA = SH-MBA - ST-MBA

Bảng 5.5 Phân bố công suất qua cuộn cao máy biến áp

14 16 18

Tổn thất điện năng trong 1 năm: 24388,9365 = 8901948,5kWh/năm

5.2.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp T3, T4

Squa MBA = S22kV

Bảng 5.6 Phân bố phụ tải cấp 22kV

Tổn thất điện năng trong một ngày:

Tổn thất điện năng trong một năm:

Tổn thất điện năng hàng năm của các máy biến áp:

CHƯƠNG 6 CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN CHÍNH

6.1 Chọn các khí cụ điện chính cho phương án 1

6.1.1 Cấp điện áp 220 kV

1 Mạch đường dây phát lên hệ thống (hai đường dây)

2 Mạch đường dây phụ tải (sáu đường dây)

3 Mạch nối cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu

4 Mạch nối với máy phát phía cao áp

Tổng hợp dòng cưỡng bức cấp điện áp 220 kV

Dòng ngắn mạch thanh góp 220kV

Chọn máy cắt: 3AQ1

Bảng 6.1 Thông số máy cắt 3AQ1 (1, Phụ lục 4.5, Trang 285)

Udm(kV) Idm(A) Icắt dm (kA) Ildd-dm(kA)

Bảng 6.5 Thông số máy cắt 8DA-10 (1, Phụ lục 4.3, Trang 283)

6.1.4 Chọn khí cụ điện ở đâu cực máy phát

Dòng ngắn mạch tại đầu cực máy phát:

1 Mạch đường dây phát lên hệ thống (hai đường dây)

2 Mạch đường dây phụ tải (sáu đường dây)

3 Mạch nối cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu

Tổng hợp dòng cưỡng bức cấp điện áp 220 kV

Dòng ngắn mạch thanh góp 220kV

Chọn máy cắt 3AQ1

Bảng 6.7 Bảng thông số máy cắt 3AQ1 (1, Phụ lục 4.5, Trang 285)

Bảng 6.9 Bảng thông số máy cắt 3AQ1-725/123 (1, Phụ lục 4.4, Trang 284)

6.2.3 Cấp điện áp 22 kV

Dòng ngắn mạch tại thanh góp 22kV là:

Chọn máy cắt 8DA-10

Bảng 6.11 Bảng thông số máy cắt 8DA-10 (1, Phụ lục 4.3, Trang 283)

6.2.4 Chọn khí cụ điện đầu cực máy phát:

Dòng ngắn mạch tại đầu cực máy phát là:

Chọn máy cắt 8BK41

Bảng 6.12 Bảng thông số máy cắt 8BK41 (3, Phụ lục V.V, Trang 236)

CHƯƠNG 7 SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

Sơ đồ nối điện cho phương án 1 và phương án 6

Thanh góp cấp 220kV và 110kV chọn dạng hệ thống hai thanh góp Thanh góp cấp 22kVchọn theo dạng hệ thống một thanh góp có máy cắt phân đoạn

Máy cắt cấp 220kV và 110kV chọn máy cắt khí SF6 Máy cắt cấp 22kV và 15,75kV chọndạng máy cắt hợp bộ

Máy phát điện-máy biến áp đươc nối theo sơ đồ

CHƯƠNG 8 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT QUYẾT

Côngsuất(MVA)

Sốlượng

Côngsuất(MVA)

Sốlượng

a% Định mức, khấu hao và chi phí vận hành a% = 8,4 (1, Bảng 9.2, Trang 89)

8.2 Tính toán kinh tế cho phương án 1

Máy cắt phía 110kV: 9 máy

Máy cắt phía 22kV: 11 máy

Suy ra vốn đầu tư:

Máy cắt phía 110kV: 9 máy

Máy cắt phía 22kV: 11 máy

Máy cắt phía 15,75: 2 máy

Suy ra vốn đầu tư:

8.3.2 Phí tổn vận hành hàng năm

8.4 So sánh hai phương án về mặt kinh tế

Phương án 1 tốt hơn phương án 6 về vốn đầu tư cũng như chi phí vận hành Do đóchọn phương án 1 để tiếp tục thiết kế

CHƯƠNG 9 CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN

ĐIỆN

9.1 Chọn thanh dẫn cho đầu cực máy phát

Giá trị dòng cưỡng bức tại đầu cực máy phát là: 9507 kA

9.1.1 Chọn tiết diện thanh dẫn theo dòng điện cho phép

Với k1- hệ số hiệu chỉnh thanh dẫn, chọn thanh dẫn đặt đứng nên k1=1

k2- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh

Tra bảng ứng với nhiệt độ định mức 25oC, nhiệt độ môi trường đặt thanh dẫn 35oC,nhiệt độ cho phép với thanh dẫn 70oC được k2 = 0,88 (1, phụ lục 8.1, trang 305)

Chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng

Bảng 9.1 Đặc tính cơ bản của thanh dẫn đồng (1, phụ lục 8.13, trang 313)

Kích thước

(mm)

Tiếtdiệnmộtcực(mm2)

Mômen trở kháng(cm3)

Mômen quántính(cm4)

Dòngđiện chophép cảhai thanh(A)

Vì thanh dẫn có dòng làm việc lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt

9.1.2 Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch

Khi không xét dao động

Lực động điện tác dụng lên thanh dẫn khi ngắn mạch đối với thanh giữa

Với -khoảng cách giữa hai sứ đỡ thanh dẫn: = 100cm

-khoảng cách giữa các pha: = 100cm

Momen uốn tác dụng lên thanh dẫn

Ứng suất do lực động điện giữa các pha

Xác định số miếng đệm cần đặt

Lực động điện giữa các thanh trong cùng một pha

Lực động điện giữa các thanh trong cùng một pha trên một đơn vị chiều dài

Nên không cần đặt thêm miếng đệm,

Suy ra: lực động điện giữa các thanh trong cùng một pha

Mômen uốn do F2 gây ra

Ứng suất do lực điện động giữa các thanh trong cùng một pha

Do đó thỏa điều kiện ứng suất cho phép

Khi xét đến dao động riêng

Tần số dao động của thanh góp

Tần số cộng hưởng không nằm trong khu vực cộng hưởng nguy hiểm (30130Hz), do

đó thanh góp đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định

9.1.3 Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn

Điều kiện độ bền của sứ là

Chọn sứ có:

Bảng 9.2 Chọn sứ cách điện (3, phụ lục VII, trang 253)

nhất khi uống (kg)

Chiều cao(mm)

Kiểm tra lại:

Sứ đỡ thanh góp cứng đã chọn thỏa điều kiện độ bền của sứ

9.2 Chọn dây dẫn

9.2.1 Chọn dây dẫn cho cấp điện áp 220kV

Chọn dây dẫn cho thanh góp và dây dẫn nối đến cuộn cao các MBA

Chọn dây theo điều kiện dòng cho phép

Chọn dây nhôm lõi thép có dòng cho phép 835A

Bảng 9.3 Thông số dây nhôm lõi thép (1, phụ lục 8.12, trang 312)

Tiết diện

phép (A)

Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

: Thỏa yêu cầu

Kiểm tra điều kiện vầng quang

(Với m = 0,85, a= 400cm, r = 29,1/2= 14,55mm)

Vậy thỏa điều kiện vầng quang

Chọn dây dẫn cho hệ thống 220kV

Dòng điện làm việc bình thường:

Thời gian sử dụng công suất cực đại trong một năm

Chọn dây dẫn là dây nhôm lõi thép với thì mật độ dòng kinh tế của dòng điện là (1,bảng 10,8, trang 102)

Chọn tiết diện dây dẫn

Chọn dây nhôm lõi thép

Bảng 9.4 Thông số của dây nhôm lõi thép (1, phụ lục 8.12, trang 312)

Kiểm tra theo dòng điện cho phép lâu dài

thỏa điều kiện cho phép

Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

: Thỏa yêu cầu

Kiểm tra điều kiện vầng quang: xét trường hợp vầng quang nhỏ nhất là pha ở giữa

(Với m = 0,85, a= 400cm, r = 29,1/2= 14,55mm)

Thỏa điều kiện vầng quang

Chọn dây dẫn cho phụ tải cấp 220kV

Dòng điện làm việc bình thường

Thời gian sử dụng công suất cực đại trong một năm

Chọn dây dẫn là dây nhôm lõi thép với thì mật độ dòng kinh tế của dòng điện là (1,bảng 10,8, trang 102)

Chọn tiết diện dây dẫn

Chọn dây nhôm lõi thép

Bảng 9.5 Thông số của dây nhôm lõi thép (1, phụ lục 8.12, trang 312)

Dòng điệncho phép(A)

Kiểm tra theo dòng điện cho phép lâu dài

thỏa điều kiện cho phép

Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

: Thỏa yêu cầu

Kiểm tra điều kiện vầng quang: xét trường hợp vầng quang nhỏ nhất là pha ở giữa : Thỏa điều kiện vần quang