Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện Phạm Ngọc Thơ

Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 1 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 2 MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN 1 MỤC LỤC 2 LỜI NÓI ĐẦU 4 PHẦN I: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN 5 CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI, CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY 5 1.1 Chọn Máy phát điện 5 1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 6 1.3 Đề xuất các phương án nối dây và lựa chọn phương án nối dây 10 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 16 2.1 Phương án 1: 16 2.2 Phương án 2: 27 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 37 3.1 Phương án 1: 39 3.2 Phương án 2: 41 3.3 Lựa chọn phương án tối ưu: 44 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 45 4.1 Xác định điểm ngắn mạch 45 4.2 Xác định điện kháng của các phần tử 46 4.3 Tính dòng ngắn mạch theo điểm 48 CHƯƠNG V: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 58 5.1 Tính toán dòng cưỡng bức 58 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 3 5.2 Chọn máy cắt và dao cách ly 60 5.3 Chọn cáp và máy biến áp cho phụ tải địa phương 62 5.4 Chọn thanh dẫn, thanh góp cứng 65 5.5 Chọn thanh dẫn, thanh góp mềm 70 5.6 Chọn máy biến áp đo lường 76 5.7 Chống sét van 82 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG 83 6.1 Chọn máy biến áp tự dùng 84 6.2 Chọn máy cắt và khí cụ điện 85 PHẦN II: THIẾT KẾ TRẠM HẠ ÁP 35/0,4 CUNG CẤP CHO MỘT KHU ĐÔ THỊ MỚI 88 CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP 88 1.1 Xác định phụ tải tính toán 88 1.2 Chọn máy biến áp 88 1.3 Chọn kiểu trạm biến áp 89 CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ ĐIỆN VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN, KHÍ CỤ ĐIỆN 89 2.1 Sơ đồ đấu điện trạm biến áp 89 2.2 Chọn các thiết bị điện và khí cụ điện 90 2.3 Tính toán ngắn mạch và kiểm tra thiết bị điện, khi cụ điện đ ã ch ọn 97 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 103 3.1 Điện trở nối đất của thanh 103 3.2 Điện trở nối đất của cọc 104 3.3 Điện trở nối đất của hệ thống thanh cọc 104 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 4 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khi nhu cầu sử dụng năng lượng đang gia tăng mạnh mẽ ở tất cả các nước trên thế giới.Trong đó, nhu cầu về năng lượng điện đang đặt ra cho ngành điện lực c ũng như các qu ốc gia những khó khăn lớn. Việc đáp ứng nhu cầu sử dụng trong công nghiệp c ũng như s ử dụng điện sinh hoạt với chất lượng điện năng tốt, cung cấp điện liên tục, an toàn đang là vấn đề bức thiết với mỗi quốc gia. Việc sử dụng nguồn năng lượng hiện có c ũng như vi ệc quy hoạch, khai thác nguồn năng lượng mới một cách hợp lý, không những đảm bảo về an ninh năng lượng mà còn là một vấn đề mang nhiều ý ngh ĩa v ề kinh tế, chính trị, xã hội…Sau khi học xong chương trình của ngành hệ thống điện, và xuất phát từ nhu cầu thực tế, em được giao nhiệm vụ thiết kế các nội dung sau: Phần I: Thiết kế phần điện trong nhà máy thủy điện, gồm 4 tổ máy với công suất mỗi tổ máy là 100MW, cung cấp điện cho phụ tải địa phương, phụ tải cấp trung áp 110 kV, phụ tải cấp điện áp cao áp 220 kV và phát về hệ thống qua đường dây kép dài 130 Km. Phần II: Thiết kế một trạm biến áp hạ áp 35/0,4kV. Em xin chân thành cám ơn: các thầy, cô giáo Trường đại học Điện Lực đ ã trang bị kiến thức cho em trong quá trình học tập. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới cô giáo trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đ ồ án tốt nghiệp là Th.S Phạm Thị Phương Thảo. Em xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, tháng 1 năm 2014. Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Thọ Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 5 PHẦN I ********* THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI, CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY Tại mỗi thời điểm điện năng do 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 tiêu dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm đư ợc đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ 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 Khi thiết kế phần điện trong nhà máy điện người ta đ ã đ ịnh trước số lượng và công suất máy phát (MF), vậy ta chỉ cần chọn loại MF tươngứng theo đề tài cho trước. Ở đây ta cần chọn MF thủy điện cho nhà máy Thủy Điện gồm 4 tổ máy công suất mỗi tổ máy là100MW. Máy phát được chọn từ phụ lục, các thông số ghi theo bảng 1.2pl[TL1] sau: Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 6 Bảng 1.1Thông số máy phát điện Loại MF S dm MVA P dmF MW U dm kV n dm v/ph Cosφ X ’’ d X ’ d X 2 CB-1500/170-96 117,65 100 13,8 62,5 0,85 0,21 0,29 0,65 1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy bao gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 100MW. Ta tính đư ợc công suất biểu kiến của nhà máy là: NM% TNM dm F P (t) S (t) .P 100.Cos ∑ = ϕ V ới t 1 = (0 – 4) h ta có : TNM 90.4.100 S 423,53 100.0,85 = = (MVA) Tính toán tương t ự với các khoảng thời gian khác , ta có k ết quả trong bảng sau: t(h) 0÷4 4÷8 8÷12 12÷14 14÷18 18÷20 20÷24 P NM% 90 90 100 90 95 100 90 S TNM (MVA) 423,53 423,53 470,59 423,53 447,06 470,59 423,53 B ảng 1.2: Bảng tính toán phụ t ải toàn nhà máy 1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng Công suất điện tự dùng phần trăm trong nhà máy thủy điện thấp hơn nhiều so với nhà máy nhiệt điện, chỉ chiếm từ 0,8% đến 1,5% công suất định mức máy phát. Phần tự dùng nhà máy thủy điện gồm phần tự dùng chung (sử dụng chung cho toàn nhà máy, không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy) và phần tự dùng riêng cho Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 7 từng tổ máy phát, trong đó công suất cho tự dùng chung là chiếm đa phần công suất tự dùng của toàn nhà máy. Do vậy công suất tự dùng cho nhà máy thủy điện coi như không đổi theo thời gian và được xác định theo công thức sau: dmF TD TD TD n.P % 0,008.4.100 S (t) . 3,76 100 Cos 0,85 α = = = ϕ (MVA) Trong đó : S TD : phụ tải tự dùng. α%: lượng điện phần trăm tự dùng. (α = 0,8 %). cosϕ TD : hệ số công suất phụ tải tự dùng (cosϕ td = 0,85). n: số tổ máy phát. P dmF : công suất tác dụng của một tổ MF. 1.2.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát Phụ tải cấp điện áp máy phát có công suất cực đại P max = 10MW, cosφ=0,83. Gồm 2 lộ kép công suất 3 MW dài 4 km và 2 lộ đơn công suất 2 MW dài 3 km. Để xác định đồ thị phụ tải địa phương phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đ ã cho và nhờ công thức: DP DP P (t) S (t) Cos = ϕ với DP% DP max DP P P (t) .P 100 = Kết quả tính được theo từng thời điểm t cho ở bảng sau: t(h) 0÷4 4÷8 8÷12 12÷14 14÷18 18÷20 20÷24 P DP% 85 90 90 80 100 95 80 S DP (MVA) 10,24 10,84 10,84 9,64 12,05 11,45 9,64 Bảng 1.2a Bảng tính toán công suất phụ tại địa phương theo từng thời điểm t Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 8 1.2.4 Đồ thị phụ tải trung áp (110 kV) Phụ tải cấp điên áp trung có: P max =150 MW; cosφ=0,85. Gồm 1 lộ kép x 100MW và 1 lộ đơn x 50 MW. Để xác định đồ thị phụ tải trung áp ta phải dựa vào sự biến thiên phụ tải hằng ngày và dựa vào công thức: UT UT P (t) S (t) Cos = ϕ với UT% UT max P P (t) .P 100 = Kết quả tính theo từng thời điểm t được cho ở bảng sau: t(h) 0÷4 4÷8 8÷12 12÷14 14÷18 18÷20 20÷24 P UT% 90 90 90 85 90 100 90 S UT (MVA) 158,82 158,82 158,82 150 158,82 176,47 158,82 Bảng 1.2b Bảng tính toán công suất phụ tải cấp điện áp trung theo từng thời điểm t 1.2.5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao (220 kV) Phụ tải cấp điện áp cao U c = 220 kV có P max = 150 MW; cosφ=0,83, gồm: 1 lộ kép x 150 MW. Để xác định đồ thị phụ tải cao áp ta phải dựa vào sự biến thiên phụ tải hằng ngày và dựa vào công thức: UC UC P (t) S (t) Cos = ϕ với UC% UC max P P (t) .P 100 = Kết quả tính theo từng thời điểm t được cho ở bảng sau: t(h) 0÷4 4÷8 8÷12 12÷14 14÷18 18÷20 20÷24 P UC% 80 85 90 90 90 100 95 S UC (MVA) 144,58 153,61 162,65 162,65 162,65 180,72 171,69 Bảng 1.2c Bảng tính toán phụ tải cấp điện áp cao theo từng thời điểm t Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 9 1.2.6 Đồ thị công suất phát về hệ thống Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm (công suất phát bằng công suất thu), không xét đến công suất tổn thất trong máy biến áp ta có: TNM DP UT UC TD VHT S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) S (t)= + + + + Hay: VHT TNM DP UT UC TD S (t) S (t) [S (t) S (t) S (t) S (t)]= − + + + Trong đó: S VHT (t) – công suất phát về hệ thống tại thời điểm t. S TNM (t) – công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t. S DP (t) – công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t . S UT (t) – công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t. S UC (t) – công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t. S TD (t) – công suất tự dùng của nhà máy. Áp dụng công thức trên ta tính toán được bảng số liệu sau: t(h) 0÷4 4÷8 8÷12 12÷14 14÷18 18÷20 20÷24 S TNM (MVA) 423,53 423,53 470,59 423,53 447,06 470,59 423,53 S DP (MVA) 10,24 10,84 10,84 9,64 12,05 11,45 9,64 S UT (MVA) 158,82 158,82 158,82 150 158,82 176,47 158,82 S UC (MVA) 144,58 153,61 162,65 162,65 162,65 180,72 171,69 S TD (MVA) 3,76 3,76 3,76 3,76 3,76 3,76 3,76 S VHT (MVA) 106,13 96,50 134,52 97,48 109,78 98,19 79,62 Bảng 1.2d Bảng tính toán công suất phát về hệ thống của nhà máy Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths. Phạm Thị Phương Thảo Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 10 1.2.7 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy Từ Bảng 1.2d Bảng tính toán công suất phát về hệ thống của nhà máy ta có đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy: Hình 1.2g Đ ồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy 1.3 Đề xuất các phương án nối dây và lựa chọn phương án nối dây Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế nắm vững các số liệu ban đầu. Dựa vào bảng cân bằng công suất và các nguyên tắc phục vụ cho đề xuất phương án nối dây ta tiến hành vạch ra các phương án nối dây có thể, các phương án vạch ra phải đảm bảo tính cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy biến áp với các cấp điện áp và về số lượng và dung lượng của máy biến áp, số lượng của máy phát điện nối vào thanh góp , số máy biến áp nối với máy phát, đồng thời phải thể hiện được tính khả thi về kinh tế kỹ thuật. Dựa theo 7 nguyên tắc sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp” ta có: S (MVA) t (h) 0 4 8 12 14 18 20 24 S TD S DP S UT S UC S VHT [...]... Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 13 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo  Phương án 3: HT 220 kV B2 B1 110 kV B3 B4 TN1 F1 F2 TN2 F3 F4 Ưu điểm: Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp Nhược điểm: Vận hành phức tạp  Phương án 4: Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 14 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo Nhận xét: Qua 4 phương án ta thấy: phương án. .. với phương án 3 và 4 Mặt khác đảm bảo tính cung cấp điện liên tục, an toàn, tin cậy cho các phụ tải và thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và 2 để tính toán cho các phần sau Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 15 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, công... trên thanh góp điện áp phía trung Do công suất phía Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 11 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo trung tương đối lớn nên ta phải lấy điện từ các máy phát ghép bộ và phía trung của tự ngẫu Từ những nguyên tắc trên ta có thể đề xuất một số phương án nối điện sau:  Phương án 1: Ưu điểm: - Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp - Vận hành... Tổng tổn thất điện năng trong MBA của phương án 2 là: ∆A 2 = ∆A ' + ∆A TN1 + ∆A TN2 = 7839,95 + 2.3637, 633 = 15115, 216(MWh) Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 35 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo NHẬN XÉT: Trong chương II này ta đã tính toán chọn máy biến áp thỏa mãn các trong các điều kiện làm việc bình thư ờng và khi sự cố, đồng thời ta còn tính tổn thất điện năng trong... 3559,957 4611,157(MWh) = Tổng tổn thất điện năng trong MBA của phương án 1 là: ∆A1 = ∆A ' + ∆A TN1 + ∆A TN2 = 7861, 282 + 2.4611,157 = 17083,596(MWh) Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 26 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo 2.2 Phương án 2: 2.2.1 Phân bố công suất cho các cấp của MBA a) Máy biến áp 2 cuộn dây Phân công suất cho MBA trong sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộn dây phải bằng... máy biến áp không quá tải Công suất thiếu phát về hệ thống: ( ) UT max UT Sthieu = SVHT + SUC max − (Sbo + 2.SCC ) = (98,19 +180,72) – (116,71+2.22,75) = 116,7 (MVA) < SDP = 200 (MVA) (Thỏa mãn) Vậy hệ thống làm việc bình thường, đáp ứng đủ công suất bị thiếu khi xảy ra sự cố Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 31 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo  Sự cố 2: Hỏng MBA tự ngẫu... ta sẽ đi lựa chọn loại máy biến áp và công suất của từng máy biến áp trong từng phương án 2.1 Phương án 1: Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 16 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo 2.1.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA a) Máy biến áp 2 cuộn dây: Phân công suất cho MBA trong sơ đồ bộ MF- MBA hai cuộn dây phải bằng phẳng trong suốt 24 giờ, phần thừa thiếu còn lại do... ΔPN (kW) UN% I0% B1,B2 TДЦ 125 100 400 10,5 0,5 Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 Cấp điện áp (kV) C T H 121 - 13,8 24 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo Tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau: 2   Sbo   ∆A =  ∆P0 + ∆PN    8760   SdmB     Đối với máy biến áp hai cuộn dây B1,B2 tổn thất điện năng được xác định: ∆A B1 = ∆A B2 2   116, 71   = ... (kW) UN% I0% 125 115 380 11 125 100 400 10,5 Cấp điện áp (kV) C T H 0,5 242 - 13,8 0,5 121 - 13,8 Tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau: 2   Sbo   ∆A =  ∆P0 + ∆PN    8760   SdmB     Sinh viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 33 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo Đối với máy biến áp hai cuộn dây B1 tổn thất điện năng được xác định: 2   116, 71   ∆A B1... viên: Phạm Ngọc Thọ Lớp Đ4-H2 12 Đồ án tốt nghiệp Nhà Máy Điện GVHD: Ths Phạm Thị Phương Thảo  Phương án 2: Ưu điểm: - Vận hành đơn giản, đảm bảo về mặt kĩ thuật, cung cấp điện liên tục - Công suất truyền tải từ phía cao sang phía trung qua MBA tự ngẫu nhỏ nên tổn hao công suất nhỏ Nhược điểm: - Tổn thất công suất qua 2 lần máy biến áp khi SUT Min - Có nhiều loại MBA, gây khó khăn cho tính toán,vận