Thiết kế phần điện trong nhà máy điện

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu về năng lượng nói chung và nhu cầu về năng lượng điện nói riêng ngày càng gia tăng một cách mạnh mẽ ở tất cả các nước trên thế giới. Việc sử dụng các nguồn năng lượng hiện có, quy hoạch và phát triển các nguồn năng lượng mới, trong đó có năng lượng điện một cách hợp lý, không những đảm bảo nhu cầu an ninh năng lượng mà còn là một vấn đề mang nhiều ý nghĩa về kinh tế, chính trị và xã hội. Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chương trình của ngành hệ thống điện. Em được giao nhiệm vụ thiết kế gồm các nội dung sau: Phần I: Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, gồm 4 tổ máy công suất mỗi tổ là 100 MW cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát, phụ tải trung áp 110kV, phụ tải cao áp 220kV và phát vào hệ thống 220kV. Phần II: Tính toán chế độ nhiệt của máy biến áp Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, mặc dù với sự nỗ lực của bản thân song do kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn nên trong bản đồ án tốt nghiệp không thế tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em rất mong được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô để bản đồ án của em ngày càng hoàn thiện hơn. Qua đây, em xin chân thành cám ơn thầy giáo ThS. Phạm Ngọc Hùng đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ trong bản thiết kế tốt nghiệp này. Em xin trân trọng cảm ơn ./. Hà Nội, tháng 1 năm 2015 Sinh viên Phạm Thế Dũng SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 1 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA MỤC LỤC Phần I: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 2 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA Chương 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT- CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY Tại mỗi thời điểm điện năng do công suất nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải. Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành nhà máy. Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật. Đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suất của các máy biến áp (MBA) và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy điện với nhau. 1.1.CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN. Nhiệm vụ là thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có công suất đặt 200 MW gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 50 MW. + Chọn điện áp của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòng ngắn mạch ở các cấp điện áp sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại khí cụ điện sẽ giảm thấp. + Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như việc vận hành nên chọn các máy phát điện cùng loại. Dựa vào tài liệu “THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN & TRẠM BIẾN ÁP” –PGS.TS. Phạm Văn Hòa(chủ biên) và ThS.Phạm Ngọc Hùng –Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật, Hà Nội 2007, ta chọn máy phát có các thông số như bảng 1.1: Bảng 1.1.Thông số kĩ thuật máy phát (Tra bảng 1.1 phụ lục 1) Loại MPĐ Thông số định mức Điện kháng tương đối SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 3 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA S đm, MVA P đ , MW U đm , kV n đm , v/ph cosφ đm I, kA X ’’ d X ’ d X d TBФ-50-3600 62,5 50 10,5 3000 0,8 5,73 0,134 0,179 14,036 1.2.TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT. Công suất phụ tải các cấp điện áp tại từng thời điểm được xác định theo công thức sau: max P(t) S(t) cos P%(t) P(t) .P 100 = ϕ = Trong đó: S(t) – công suất biểu kiến ở từng cấp tại thời điểm t. P(t) - công suất phụ tải tại thời điểm t. P max – công suất phụ tải lúc cực đại. P%(t) – phần trăm công suất cực đại. Cosφ – hệ số công suất của phụ tải. 1.2.1.Đồ thị phụ tải toàn nhà máy. Phụ tải toàn nhà máy được xác định theo công thức sau: TNM dat TNM TNM TNM (t) (t) (t) P%(t) P .P 100 P S cos = = ϕ Trong đó: Pdat : công suất tác dụng đặt toàn nhà máy Pdat=n.Pdm=4.50=200 (MW) Sdat=n.Sdm=4.62,5=250 (MVA) Tính toán cho từng thời điểm ta có bảng kết quả sau: SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 4 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA Bảng 1.2.1.Biến thiên của phụ tải toàn nhà máy. Giờ 0-5 5-8 8-11 11- 14 14- 17 17- 20 20- 22 22- 24 P tnm % 90 80 80 80 100 100 100 90 S tnm (t) 225 200 200 200 250 250 250 225 1.2.2.Đồ thị phụ tải tự dùng. Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố (dạng nhiên liệu, loại tuabin, công suất phát của nhà máy,…) và chiếm khoảng 5-10% tổng công suất phát. Theo nhiệm vụ thiết kế thì nhà máy ta thiết kế có công suất tự dùng chiếm 7%. Công suất tự dùng gồm 2 thành phần :  Thành phần thứ nhất (chiếm khoảng 40%) không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy.  Thành phần thứ hai (chiếm khoảng 60%) phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy. Phụ tải tự dùng của nhà máy điện được xác định theo công thức sau : TNM TD TD max dat TD TD TD P (t) (t) . 0, 4 0,6. P (t) (t) P P P S cos +   =  ÷   = ϕ Trong đó: S TD (t): công suất tự dùng tại thời điểm t. P TD (t): công suất tác dụng tự dùng tại thời điểm t. cosφ TD : hệ số công suất tự dùng. P TDmax : công suất tự dùng cực đại. α TD %: hệ số tự dùng cực đại. Theo nhiệm vụ thiết kế: α TD =7%; cosφ TD =0,83 TD max TD dat 7 %.P .200 14MW 100 P = α = = SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 5 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA Tính toán cho từng thời điểm ta có bảng kết quả sau: Bảng 1.2.2.Biến thiên của phụ tải tự dùng . Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 P TNM (t ) 180 160 160 160 200 200 200 180 S TD (t) 15,85 5 14,84 3 14,84 3 14,84 3 16,86 7 16,86 7 16,86 7 15,85 5 1.2.3.Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát. Theo nhiệm vụ thiết kế ta có: P max = 8 MW Gồm : 2 lộ kép x 3 MW x 3km cosϕ = 0,86 2 lộ đơn x 2 MW x 3km Tính toán cho từng thời điểm ta có bảng kết quả sau: Bảng 1.2.3.Biến thiên của phụ tải cấp điện áp máy phát. Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 P UF % 90 90 90 100 100 100 100 90 S UF (t) 8,372 8,372 8,372 9,302 9,302 9,302 9,302 8,372 1.2.4.Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung (110kV). Theo nhiệm vụ thiết kế ta có: P max = 70 MW Gồm : 1 lộ kép x 70 MW cosϕ = 0,85 Tính toán cho từng thời điểm ta có bảng kết quả sau: Bảng 1.2.4.Biến thiên của phụ tải cấp điện áp trung. Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 P UT % 90 80 80 90 90 100 90 90 S UT (t ) 74,11 8 65,88 2 65,88 2 74,11 8 74,11 8 82,35 3 74,11 8 74,11 8 1.2.5.Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao (220kV). Theo nhiệm vụ thiết kế ta có: P max = 60 MW Gồm : 1 lộ đơn x 60 MW SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 6 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA cosϕ = 0,89 Tính toán cho từng thời điểm ta có bảng kết quả sau: Bảng 1.2.5.Biến thiên của phụ tải cấp điện áp cao. Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 P UC % 90 90 80 95 95 95 95 90 S UC (t) 60,674 60,674 53,933 64,045 64,045 64,045 64,045 60,674 1.2.6.Đồ thị công suất phát về hệ thống. Nhà máy nối với hệ thống 220kV bằng đường dây kép dài 80km. Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm (công suất phát bằng công suất thu), công suất phát về hệ thống được xác định theo công thức: [ ] TNM VHT UF UT UC TD VHT TNM UF UT UC TD S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) = + + + + => = − + + + Trong đó: SVHT(t): công suất phát về hệ thống tại thời điểm t. STNM(t): công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t. SUF(t): công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t. SUT(t): công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t. SUC(t): công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t. STD(t): công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t. Ta có bảng tổng hợp phụ tải toàn nhà máy như sau: Bảng 1.2.6.Biến thiên của phụ tải tổng hợp toàn nhà máy. Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 7 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA S TNM (t) 225 200 200 200 250 250 250 225 S UF (t) 8,372 8,372 8,372 9,302 9,302 9,302 9,302 8,372 S UT (t) 74,118 65,882 65,882 74,118 74,118 82,353 74,118 74,118 S UC (t) 60,674 60,674 53,933 64,045 64,045 64,045 64,045 60,674 S TD (t) 15,855 14,843 14,843 14,843 16,867 16,867 16,867 15,855 S VHT (t) 65,981 50,228 56,970 37,692 85,668 77,432 85,668 65,981 Kết luận: Qua bảng số liệu trên ta thấy: S VHT (t) >0 trong mọi thời điểm. Do vậy nhà máy luôn phát công suất thừa cho hệ thống. Nhận xét: +Nhà máy thiết kế có những phụ tải ở cấp điện áp sau:  Cấp điện áp máy phát: 10,5 kV.  Cấp điện áp trung: 110 kV.  Cấp điện áp cao: 220 kV. +Nhà máy điện thiết kế có công suất đặt là 250 MVA so với công suất đặt của hệ thống (2500 MVA) chiếm 10%. +Phụ tải cấp điện áp máy phát có: max min UF UF S 9,302MVA; S 8,372MVA= = +Phụ tải cấp điện áp trung 110 kV có: max min UT UT S 82,353MVA; S 65,882MVA= = +Phụ tải cấp điện áp cao 220 kV có: max min UC UC S 64,045MVA; S 53,933MVA= = +Công suất phát về hệ thống: max min VHT VHT S 85,668MVA; S 37,692MVA= = Nhà máy luôn phát công suất thừa về hệ thống, công suất thừa phát lên hệ thống khi cực đại so với công suất đặt của nhà máy chiếm: 37,27%. SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 8 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA Qua phân tích trên ta thấy: nhà máy nhiệt điện thiết kế đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện với nhiệm vụ chính không những cung cấp đủ cho: phụ tải địa phương, phụ tải cấp điện áp trung, phụ tải cấp điện áp cao mà còn cung cấp cho hệ thống đến 34,27%. Từ bảng cân bằng công suất toàn nhà máy ta có đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy như sau: SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 9 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 10 [...]...Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA 1.3.ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy điện Sơ đồ nối điện hợp lý không những đem lại những lợi ích kinh tế lớn lao mà còn phải đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật... mức của MBA SdmF: công suất định mức của máy phát • MBA tự ngẫu thì công suất định mức được chọn theo biểu thức: SdmB ≥ 1 SdmF α α: hệ số có lợi của MBA (α=0,5) SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 15 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trường nơi lắp đặt nhà máy điện Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất... điện và TBA Kết luận: Qua phân tích 3 phương án đưa ra ở trên, ta giữ lại phương án 1 và 2 để tính toán kinh tế- kĩ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy Chương 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng Trong hệ thống điện, tổng công suất các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng (4 ÷ 5) lần tổng công suất của các máy phát điện Do đó vốn đầu tư cho máy biến... bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là: UT UT Sthieu = ( SVHTmin + SUC min ) − ( SCC + Sbo ) = (50, 228 + 60,674) − (42,818 + 58, 283) = 9,801MVA Ta thấy: SdtHT =100(MVA) > Sthiếu =9,801(MVA) ⇒ thoả mãn điều kiện SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 34 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA 2.2.4.Tính toán tổn thất điện năng MBA Tổn thất trong máy. .. 283   =  ∆P0 + ∆PN  ÷  8760 = 70 + 310  ÷  8760 = 2054550,564(kWh)  80      SdmB       Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 24 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA Để tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu trước hết ta phải tính tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau: CH TH  C 1  CT ∆PN − ∆PN... thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV Hai bộ MF-MBA tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiều cho phía 110kV *Ưu điểm: Việc phát công suất của các máy phát với các phụ tải là tương ứng *Nhược điểm: SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 13 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA... SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 11 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA Từ các nhận xét trên ta đưa ra một số phương án nối dây như sau: 1.3.1.Phương án 1:  Nhận xét: Phương án này có 2 bộ MF-MBA 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV Hai bộ MF-MBA tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống,... suất HT, sơ đồ lưới và phụ tải tương ứng…  Giả sử phụ tải cấp điện áp máy phát lấy điện từ 2 đầu cực MF Khi đó lượng điện cấp cho phụ tải cấp điện áp máy phát chiếm: max SUF 9,302 100 = 100 = 7, 442% < 15% 2.SdmF 2.62,5 Do vậy để cung cấp điện cho phụ tải địa phương trong các phương án nối dây không cần xây dựng thanh góp điện áp MF  Vì mạng điện phía cao 220kV và phía trung 110kV là lưới trung tính... SUF, SUC, STD, SVHT, gian MVA MVA MVA MVA MVA 17-20(h) 82,353 9,302 64,045 16,867 77,432 Sơ đồ nối điện: SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 18 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA +Điều kiện kiểm tra sự cố: Quá tải sự cố cho phép tối đa là: với điều kiện làm việc không quá 6 giờ trong ngày, và không được quá 5 ngày đêm liên tục • Khi sự cố MBA-B3 (hoặc B4) mỗi MBA TN cần phải... SUF, SUC, STD, SVHT, gian MVA MVA MVA MVA MVA 5-8(h) 65,882 8,372 60,674 14,843 50,228 Sơ đồ nối điện: SV: Phạm Thế Dũng _Lớp Đ5H4 Trang 22 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và TBA +Điều kiện kiểm tra sự cố: Quá tải sự cố cho phép tối đa là: với điều kiện làm việc không quá 6 giờ trong ngày, và không được quá 5 ngày đêm liên tục • Khi sự cố MBA-B1 (hoặc B2) mỗi MBA TN cần phải