Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện tran manh toan

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 1 Lời mở đầu Điện năng đã được con người sử dụng từ rất sớm. Khoảng cuối thế kỉ thứ 18, Thomas Edison đã phát minh ra bóng đèn và sử dụng nguồn điện một chiều để thắp sáng nó. Ban đầu ông thắp sáng phòng thí nghiệm của mình và sau này ông dùng phát minh của mình để thắp sáng cả thành phố New York. Nhận thấy sự cần thiết của điện năng, con người đã liên tục phát triển và cho ra những phát minh mới nhằm đáp ứng các nhu cầu phát sinh và thế ra điện xoay chiều ra đời. Chính phát minh vĩ đại này của nhà khoa học Nicolas Tesla đã mở ra những bước tiến lớn, điện năng có thể truyền đi xa hơn, được ứng dụng rộng rãi hơn chứ không chỉ dừng lại ở việc thắp sáng. Từ việc ứng dụng các phát minh đó người ta sáng tạo ra nhiều cách để tạo ra dòng điện có công suất lớn từ các nguồn năng lượng như dòng chảy, hơi nước, gió, năng lượng phóng xạ Song song với đó là việc tạo ra những thiết bị điện có công suất ngày càng cao, chịu được dòng điện ngày một lớn hơn. Ngày nay, điện năng đã phát triển mạnh mẽ và trở thành nguồn năng lượng thiết yếu. Nó không chỉ được sử dụng cho các động cơ có công suất đến vài trăm kW mà còn được dùng cho các đồ dùng gia đình và đồ dùng cá nhân như để nấu ăn, sạc pin điện thoại v.v Chính vì thế mà bên cạnh việc người ta cần nâng cấp các nhà máy cũ người ta còn phải xây thêm nhiều nhà máy điện mới có công suất lớn hơn để đáp ứng với nhu cầu điện năng của xã hội. Với nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp này em được giao đề tài thiết kế phần điện trong nhà máy điện, để hoàn thành bản đồ án này em đã cố gắng vận dụng những kiến thức mà mình đã học được trong suốt những năm học qua. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế nên em rất mong nhận được thêm nhiều ý kiến góp ý của thầy cô. Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 2 Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường đặc biệt là các thầy cô trong khoa hệ thống điện vì đã tận tâm giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quí báu trong suốt những năm học qua. Tiếp đến, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo Nguyễn Thị Thu Hiền, là người trực tiếp hướng dẫn em làm bản đồ án này. Trong suốt thời gian qua cô luôn nhiệt tình giúp đỡ và đưa ra những lời khuyên mỗi khi em gặp vướng mắc, ngoài ra cô cũng luôn là người tạo không khí thân thiết giữa các thành viên trong nhóm ở mỗi lần gặp mặt trực tiếp trao đổi về đồ án. Và thêm một lần nữa, em xin nói lời cảm ơn tới gia đình mình đã hiểu và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này! Hà Nội, Ngày 1 tháng 1 năm 2014 Trường đại học điện lực Sinh viên:Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 Khoa: Hệ thống điện Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 3 PHẦN 1: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 4 Chương 1 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CỒNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY I. Chọn máy phát điện Với yêu cầu của nhà máy cần thiết kế gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 55MW. Tra bảng 1.1 phụ lục tài liệu tham khảo số 1 ta chọn máy phát có thông số và chủng loại như sau: Thông số định mức Điện kháng tương đối Loại MF S đm MVA P đm MW U đm kV I đm kA cosφ n đm v/ph X " d X ' d X d TBФ-60-2T 68,75 55 10,5 3,78 0,8 3000 0,132 0,202 1,513 Bảng 1.1: Thông số máy phát điện II. Tính toán cân bằng công suất Do nhu cầu tiêu thụ điện năng là khác nhau ở mỗi khoảng thời gian trong ngày do đó công suất tại mỗi thời điểm đó được xác định như sau: 1. Công suất phát của toàn nhà máy: P NM = 5×55 = 275 (MW); cosφ NM = 0,8 S FNM (t) = NM NMFNM PP  cos . 100 (%) (MVA) (1.1) Trong đó: P FNM (%) – là phần trăm công suất phát toàn nhà máy cosφ NM – là hệ số công suất phát P NM – công suất toàn nhà máy Khoảng thời gian từ (0-4)giờ ta có: S FNM (t) = 188,292 8,0 275 . 100 85 = (MVA) Tính toán tương tự đối với các khoảng thời gian còn lại ta có: Giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 P FNM (MW) 85 90 95 100 100 95 100 95 90 S FNM (MVA) 292,188 309,375 326,563 343,75 343,75 326,563 343,75 326,563 309,375 Bảng 1.2: Bảng biến thiên công suất phát của nhà máy Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 5 0 4 8 12 16 20 24 t(gio) 50 100 150 200 250 300 350 (MVA) 292,188 309,375 326,563 343,75 309,375 309,375 Hình 1.1: Đồ thị công suất phát của nhà máy 2. Công suất phát cho phụ tải cấp điện áp máy phát: P UFmax = 10MW, cosφ UF = 0,87 S UF (t) = UF UFUF PP  cos . 100 (%) max (MVA) (1.2) Trong đó: P UF (%) – là phần trăm công suất của phụ tải cấp điện áp máy phát cosφ UF – là hệ số công suất phụ tải cấp điện áp máy phát P UFmax – công suất lớn nhất mà phụ tải cấp điện áp máy phát đạt được Khoảng thời gian từ (0-4)giờ ta có: S UF (t) = 621,8 87,0 10 . 100 75 = (MVA) Tính toán tương tự đối với các khoảng thời gian còn lại ta có: Giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 P UF (MW) 75 75 70 85 90 90 100 90 80 S UF (MVA) 8,621 8,621 8,046 9,770 10,345 10,345 11,494 10,345 9,195 Bảng 1.3: Bảng biến thiên công suất phụ tải cấp điện áp máy phát Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 6 0 4 8 12 16 20 24 t(gio) 2 4 6 8 10 12 14 (MVA) 8,621 8,046 9,770 10,345 11,494 10,345 9,195 Hình 1.2: Đồ thị công suất phụ tải cấp điện áp máy phát 3. Công suất phát cho phụ tải cấp điện áp trung áp 110kV P UTmax = 65MW, cosφ UT = 0,84 S UT (t) = UT UTUT PP  cos . 100 (%) max (MVA) (1.3) Trong đó: P UT (%) – là phần trăm công suất của phụ tải cấp trung áp cosφ UT – là hệ số công suất phụ tải cấp trung áp P UTmax – công suất lớn nhất mà phụ tải cấp trung áp đạt được Khoảng thời gian từ (0-4)giờ ta có: S UT (t) = 905,61 84,0 65 . 100 80 = (MVA) Tính toán tương tự đối với các khoảng thời gian còn lại ta có: Giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 P UT (MW) 80 80 85 90 100 90 90 75 70 S UT (MVA) 61,905 61,905 65,774 69,643 77,381 69,643 69,643 58,036 54,167 Bảng 1.4: Bảng biến thiên công suất phụ tải cấp điện áp trung 110kV Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 7 0 4 8 12 16 20 24 t(gio) 10 20 30 40 50 60 70 (MVA) 80 61,905 65,774 69,643 77,381 69,643 58,036 54,167 Hình 1.3: Đồ thị công suất phụ tải cấp trung áp 110kV 4. Công suất phát cho phụ tải cấp điện áp cao áp 220kV P UCmax = 80MW, cosφ UC = 0,86 S UC (t) = UC UCUC PP  cos . 100 (%) max (MVA) (1.4) Trong đó: P UC (%) – là phần trăm công suất của phụ tải cấp cao áp cosφ UC – là hệ số công suất phụ tải cấp cao áp P UCmax – công suất lớn nhất mà phụ tải cấp cao áp đạt được Khoảng thời gian từ (0-4)giờ ta có: S UC (t) = 767,69 86,0 80 . 100 75 = (MVA) Tính toán tương tự đối với các khoảng thời gian còn lại ta có: Giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 P UC (MW) 75 85 90 95 95 90 90 80 80 S UC (MVA) 69,767 79,069 83,721 88,372 88,372 83,721 83,721 74,419 74,419 Bảng 1.5: Bảng biến thiên công suất phụ tải cấp điện áp cao 220kV Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 8 0 4 8 12 16 20 24 t(gio) 15 30 45 60 75 90 (MVA) 69,767 79,069 83,721 88,372 83,721 74,419 Hình 1.4: Đồ thị công suất phụ tải cấp điện áp cao 220kV 5. Công suất tự dùng Công suất tự dùng của nhà máy thay đổi tùy thuộc vào lượng công suất của nhà máy phát ra do đó nó cũng thay đổi theo từng khoảng thời gian trong ngày và được xác định như sau: S TD (t) =         + đmF FNM TD đmF TD Sn tSPn . )( .6,04,0 cos . . 100   (MVA) (1.5) Trong đó: α TD % – là hệ số phần trăm công suất tự dùng ; α TD % = 5% cosφ TD – là hệ số công suất tự dùng ; cosφ TD = 0,83 n – là số tổ máy của nhà máy ; n = 5 P đmF – là công suất phát định mức của một tổ máy S đmF – là công suất biểu kiến định mức của một tổ máy Khoảng thời gian từ (0-4)giờ ta có: S TD (t) = 075,15 75,68.5 188,292 .6,04,0 83,0 55.5 . 100 5 =       + (MVA) Tính toán tương tự đối với các khoảng thời gian còn lại ta có: Giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 S FNM (MVA) 292,188 309,375 326,563 343,75 343,75 326,563 343,75 326,563 309,375 S TD (MVA) 15,075 15,572 16,069 16,566 16,566 16,069 16,566 16,069 15,572 Bảng 1.6: Bảng biến thiên công suất phụ tải tự dùng Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 9 0 4 8 12 16 20 24 t(gio) 3 6 9 12 15 18 (MVA) 15,075 15,572 16,069 16,566 16,566 16,069 15,572 Hình 1.5: Đồ thị công suất phụ tải tự dùng 6. Công suất phát về hệ thống Công suất phát về hệ thống được xác định như sau: S VHT (t) = S FNM (t) – [S UF (t) + S UT (t) + S UC (t) + S TD (t)] (MVA) (1.6) Trong khoảng thời gian từ (0-4)giờ ta có: S VHT (t) = 292,188 – [ 8,621 + 61,905 + 69,767 + 15,075 ] = 136,82 (MVA) Tính tương tự đối với các khoảng thời gian còn lại ta có: Giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 S FNM (MVA) 292,188 309,375 326,563 343,75 343,75 326,563 343,75 326,563 309,375 S UF (MVA) 8,621 8,621 8,046 9,770 10,345 10,345 11,494 10,345 9,195 S UT (MVA) 61,905 61,905 65,774 69,643 77,381 69,643 69,643 58,036 54,167 S UC (MVA) 69,767 79,069 83,721 88,372 88,372 83,721 83,721 74,419 74,419 S TD (MVA) 15,075 15,572 16,069 16,566 16,566 16,069 16,566 16,069 15,572 S VHT (MVA) 136,82 144,208 152,953 159,399 151,086 146,785 162,326 167,694 156,022 Bảng 1.7: Bảng biến thiên công suất phát về hệ thống Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Thị Thu Hiền SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 10 0 4 8 12 16 20 24 t(gio) 30 60 90 120 150 180 (MVA) 136,82 144,208 152,953 159,399 151,086 146,785 162,326 167,694 156,022 Hình 1.6: Đồ thị công suất phát về hệ thống Như vậy ta tổng hợp được công suất phụ tải của các cấp điện áp và của toàn nhà máy như sau: Giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 S FNM (MVA) 292,188 309,375 326,563 343,75 343,75 326,563 343,75 326,563 309,375 S UF (MVA) 8,621 8,621 8,046 9,770 10,345 10,345 11,494 10,345 9,195 S UT (MVA) 61,905 61,905 65,774 69,643 77,381 69,643 69,643 58,036 54,167 S UC (MVA) 69,767 79,069 83,721 88,372 88,372 83,721 83,721 74,419 74,419 S TD (MVA) 15,075 15,572 16,069 16,566 16,566 16,069 16,566 16,069 15,572 S VHT (MVA) 136,82 144,208 152,953 159,399 151,086 146,785 162,326 167,694 156,022 Bảng 1.8: Bảng tổng hợp công suất phụ tải toàn nhà máy Dựa vào bảng tổng hợp trên ta xây dựng được đồ thị phụ tải của toàn nhà máy như sau: [...]... phát về hệ thống SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 11 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Thị Thu Hiền III Đề xuất các phương án nối điện 1 Cơ sở chung để thành lập các phương án nối điện a Nguyên tắc 1: Nếu công suất phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ thì không cần thanh góp cấp điện áp máy phát Ở đây ta có: SUF max 11,496 100 = 100 = 8,36 % < 15% 2 S đmF 2.68,75  Không cần sử dụng thanh góp cấp điện áp... không đáng kể Bên cạnh đó, công suất phát lên phụ tải cấp điện áp cao áp 220kV sẽ rất lớn hơn so với phụ tải cấp điện áp cao áp do đó lượng công suất còn thừa một phần sẽ phát lên hệ thống, một phần sẽ qua máy biến áp liên lạc truyền đến phụ tải cấp điện áp trung áp 110kV, đảm bảo cung cấp điện được liên tục SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 14 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Thị Thu Hiền Phương án 3:... áp trong sơ đồ bộ máy phát – máy biến áp (MF-MBA) 2 cuộn dây lên thanh góp cấp điện áp trung áp, vì đối với máy biến áp tự ngẫu khuyến khích truyền tải công suất từ trung sang cao SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 12 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Thị Thu Hiền 2 Thành lập các phương án sơ bộ Phương án 1: HTÐ 220kV 110kV F1 F2 F3 F4 F5 Hình 1.8: Sơ đồ nối dây phương án 1 – Trong phương án này ta sử... làm tổn thất tăng cao dẫn tới làm tăng chi phí vận hành Kết luận: Chọn phương án 1 và phương án 2 để tính toán so sánh tiếp SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 16 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Thị Thu Hiền Chương 2 TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP I Phân bố công suất các cấp điện áp máy biến áp 1 Máy biến áp 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MF- MBA 2 cuộn dây Công suất của các máy biến áp này mang tải bằng phẳng... suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường được xác định như sau: Sthiếu = (S UT max + S UT max ) – (2Sbộ + SCC) VHT UC = (151,086 + 88,372) – (2.65,563 + 43,274) = 65,058 (MVA)  Công suất thiếu vẫn nhỏ hơn công suất dự phòng của hệ thống là 200MVA do đó hệ thống vẫn không bị mất ổn định c Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp: * Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn... lạc)  Chọn sơ đồ 2 thanh góp SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 31 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Thị Thu Hiền PT HT HT PT PT C22 C12 C21 C11 F1 F2 F3 F4 F5 Hình 3.1: Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 1 2 Phương án 2: a Phía 220kV: Gồm 7 mạch: • 1 mạch đường dây xuất tuyến cấp 220kV • 4 mạch nguồn cấp (2 từ MBA 2 bộ và 2 từ MBA liên lạc) • 2 mạch đường dây nối với hệ thống  Chọn sơ đồ 2 thanh góp... 2 từ MBA liên lạc)  Chọn sơ đồ 2 thanh góp SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 32 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Thị Thu Hiền PT HT HT PT PT C22 C12 C21 C11 F1 F2 F3 F5 F4 Hình 3.2: Sơ đồ phân thiết bị phân phối phương án 2 II Tính toán kinh tế - kĩ thuật chọn phương án tối ưu 1 Tính kinh tế: Phương án 1: a Vốn đầu tư Gồm: • 2 máy biến áp loại TPдцH công suất 80(MVA), điện áp định mức 121(kV), giá... + 133,4) = 31,478 (MVA)  Công suất thiếu vẫn nhỏ hơn công suất dự phòng của hệ thống là 200MVA do đó hệ thống vẫn không bị mất ổn định c Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp: * Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây: Máy biến áp này mang tải bằng phẳng suốt 24giờ trong ngày do đó tổn thất điện năng trong 1 năm được xác định như sau:   S ∆A = ∆P0 + ∆PN  bô S ... SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 21 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Thị Thu Hiền Lượng công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường được xác định như sau: Sthiếu = (S UT max + S UT max ) – (Sbộ + 2.SCC) VHT UC (2.12) = (151,086 + 88,372) – (65,536 + 2.60,968) = 51,959 (MVA)  Công suất thiếu vẫn nhỏ hơn công suất dự phòng của hệ thống là 200MVA do đó hệ thống vẫn không bị mất ổn định Sự... trăm thiết bị cấp điện áp i Vi – là vốn đầu tư cho thiết bị cấp điện áp i • P2 – là chi phí do tổn thất điện năng trong máy biến áp, đ/năm P2 = β.∆A SVTH: Trần Mạnh Toàn Lớp: D4-H1 (3.5) 34 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Thị Thu Hiền Với : β – là giá thành trung bình điện năng trong HTĐ, đ/kWh ∆A – là tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp, kWh  Chi phí vận hàng năm của phương án 1: P = P1 + . gian từ ( 0-4 )giờ ta có: S FNM (t) = 188,292 8,0 275 . 100 85 = (MVA) Tính toán tương tự đối với các khoảng thời gian còn lại ta có: Giờ 0-4 4-8 8-1 0 1 0-1 2 1 2-1 6 1 6-1 8 1 8-2 0 2 0-2 2 2 2-2 4 P FNM (MW) 85 90 95 100 100 95 100 95 90 S FNM (MVA) 292,188 309,375 326,563 343,75 343,75 326,563 343,75 326,563 309,375 Bảng. thời gian từ ( 0-4 )giờ ta có: S UF (t) = 621,8 87,0 10 . 100 75 = (MVA) Tính toán tương tự đối với các khoảng thời gian còn lại ta có: Giờ 0-4 4-8 8-1 0 1 0-1 2 1 2-1 6 1 6-1 8 1 8-2 0 2 0-2 2 2 2-2 4 P UF (MW) 75 75 70 85 90 90 100 90 80 S UF (MVA) 8,621 8,621 8,046 9,770 10,345 10,345 11,494 10,345 9,195 Bảng. gian từ ( 0-4 )giờ ta có: S UT (t) = 905,61 84,0 65 . 100 80 = (MVA) Tính toán tương tự đối với các khoảng thời gian còn lại ta có: Giờ 0-4 4-8 8-1 0 1 0-1 2 1 2-1 6 1 6-1 8 1 8-2 0 2 0-2 2 2 2-2 4 P UT (MW) 80 80 85 90 100 90 90 75 70 S UT (MVA) 61,905 61,905 65,774 69,643 77,381 69,643 69,643 58,036 54,167 Bảng