Đồ án môn học Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp

Đồ án môn học Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp

Đồ án môn học Ch Ch ơng I ơng I tính toán phụ tảI và cân bằng công suất tính toán phụ tảI và cân bằng công suất Chất lợng điện năng là một yêu cầu quan trọng của phụ tải. Để đảm bảo chất lợng điện năng tại mỗi thời điểm , điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lợng điện năng tiêu thụ ỏ các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Vì điện năng ít có khả năng tích luỹ nên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện là rất quan trọng. Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi. Việc nắm đợc quy luật biến đổi này tức là tìm đợc đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn đợc các phơng án nối điện hợp lý , đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện thuỷ điện có tổng công suất đặt là 400 MW gồm có 4 máy phát điện kiểu thủy điện cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp máy phát, 110 KV và nối với hệ thống ở cấp điện áp 220 KV. Ta chọn máy phát điện loại CB-1500/170-96 có các thông số sau: S Fđm (MVA) P Fđm (MW) cos đm U Fđm (KA) I Fđm (KA) X d X d X d 117,647 100 0,85 13,8 4,92 0,21 0,29 0,65 Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải của các cấp điện áp dới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng (P max ) và hệ số (cos tb ) của từng phụ tải tơng ứng từ đó ta tính đợc phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức sau: tb cos.100 max P%.P )t( S = Trong đó : S (t) : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t tính bằng (MVA) P% : Công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất cực đại P max : Công suất của phụ tải cực đại tính bằng (MW) cos tb :Hệ số công suất trung bình của từng phụ tải 1-1.Đồ thị phụ tải của toàn nhà máy. Nhiệm vụ thiết kế đã cho nhà máy gồm 4 tổ máy phát thủy điện có : Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 1 Đồ án môn học P Fđm = 100 MW , cos tbđm = 0,85. Do đó công suất biểu kiến của mỗi tổ máy là : 647,117 0,85 100 md cos Fdm P Fdm S == = MVA Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là: P NMđm = 4P Fđm = 4.100= 400 MW hay S NMđm = 4S Fđm = 4.117,647 = 470,588 MVA Từ đồ thị phụ tải của nhà máy điện tính đợc công suất phát ra của nhà máy từng thời điểm là: dm NM NM cos P S = )t( )t( với NMdm NM )t(NM P 100 %P P = Kết quả tính toán cho ở bảng 1-1 và đồ thị vẽ ở hình 1-1: Bảng 1-1 t (giờ) 0 ữ 5 5 ữ 8 8 ữ11 11ữ14 14ữ17 17ữ 20 20ữ 22 22ữ24 P NM (%) 80 90 100 100 100 100 100 80 S NM(t) (MVA) 376,47 423,53 470,59 470,59 470,59 470,59 470,59 376,47 1-2.Phụ tải tự dùng của nhà máy Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 2 Hình 1-1 0 5 8 14 17 20 24 0 100 200 300 400 500 t (h) 376,47 470,59 376,47 S NM (MVA) 11 22 423,53 Đồ án môn học Theo nhiệm vụ thiết kế hệ số phụ tải tự dùng của nhà máy =0,9% công suất định mức của nhà máy với cos tddm = 0,85 tức là bằng hệ số công suất định mức của nhà máy và đợc coi là hằng số với công thức : S td(t) =.S NM = 0,009.470,588 = 4,235 (MVA) 1-3.Đồ thị phụ tải địa ph ơng cấp điện áp U F ( 13,8 KV ) Phụ tải địa phơng của nhà máy có diện áp 13,8 KV, công suất cực đại P Ufmax = 14 MW , cos tb = 0,85 : bao gồm 2 kép*4 MW*3 Km và 2 đơn*3MW*3 Km.Để xác định đồ thị phụ tải địa phơng phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức : tb )t( Uf )t( Uf cos P S = với maxUf Uf )t(Uf P 100 %P P = Kết quả tính đợc theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-3 và đồ thị phụ tải địa phơng cho ở hình 1-3. Bảng 1-3 t (giờ) 0 ữ 5 5 ữ 8 8 ữ11 11ữ14 14ữ17 17ữ 20 20ữ 22 22ữ24 P Uf (%) 70 80 90 90 90 100 90 80 S Uf(t) (MVA) 11,53 13,176 14,823 14,823 14,823 16,470 14,823 13,176 1-4.Đồ thị phụ tải trung áp (110 KV) Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 3 Hình 1-3 0 5 8 14 17 20 24 0 20 40 60 80 100 t (h) 13,176 S Uf (MVA) 11 22 16,470 14,823 13,176 11,53 Đồ án môn học Nhiệm vụ thiết kế đã cho P 110max = 280 MW và cos tb = 0,82 :gồm 2 kép*80 MW và 4 đơn*50 MW. Để xác định đồ thị phụ tải phía trung áp phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức : tb )t( 110 )t( T cos P S = với max110 )t( 110 P 100 %P P = Kết quả tính đợc theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-4 và đồ thị phụ tải phía trung áp cho ở hình 1-4 Bảng 1-4 t (giờ) 0 ữ 5 5 ữ 8 8 ữ11 11ữ14 14ữ17 17ữ 20 20ữ 22 22ữ24 P T (%) 80 90 90 90 90 90 100 80 S T(t) (MVA) 273,17 307,32 307,32 307,32 307,32 307,32 341,46 273,17 1-5.Đồ thị phụ tải về hệ thống (220 KV). Toàn bộ công suất thừa của nhà máy đợc phát lên hệ thống qua đờng dây kép dài 150 Km .Tổng công suất hệ thống S HT =2800 MVA với điện kháng định mức X HT =1,13. Dự trữ quay của hệ thống S dtHT =200 MVA . Nh vậy phơng trình cân bằng công suất toàn nhà máy là: S NM(t) = S Uf(t) + S T(t) + S VHT(t) + S t d(t) Từ phơng trình trên ta có phụ tải về hệ thống theo thời gian là: S VHT(t) = S NM(t) - {S Uf(t) + S T(t) + S t d(t) } Từ đó ta lập đợc bảng tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy nh bảng 1-5 và đồ thị phụ tải trên hình 1-5. Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 4 Hình 1-4 S T (MVA) 0 5 8 14 17 20 24 0 100 200 300 400 500 t (h) 273,17 341,46 273,17 11 22 307,32 Đồ án môn học Bảng 1-5 t (giờ) 0 ữ 5 5 ữ 8 8 ữ11 11ữ14 14ữ17 17ữ 20 20ữ 22 22ữ24 S NM(t) 376,47 423,53 470,59 470,59 470,59 470,59 470,59 376,47 S td(t) 4,235 4,235 4,235 4,235 4,235 4,235 4,235 4,235 S Uf(t) 11,529 13,176 14,823 14,823 14,823 16,47 14,823 13,176 S T(t) 273,17 307,32 307,32 307,32 307,32 307,32 341,46 273,17 S VHT(t) (MVA) 87,535 98,8 144,21 144,21 144,21 142,57 110,1 85,89 1-6. Nhận xét chung. Phụ tải nhà máy phân bố không đều trên cả ba cấp điện áp và giá trị công suất cực đại có trị số là: S Ufmax = 16,47 MVA S Tmax = 341,46 MVA S VHTmax = 144,21 MVA Tổng công suất định mức của hệ thống là 2800 MVA, dự trữ quay của hệ thống S dtHT = 200 MVA. Giá trị này lớn hơn trị số công suất cực đại mà nhà máy phát lên hệ thống S VHTmax = 144,21 MVA. Phụ tải điện áp trung chiếm phần lớn công suất nhà máy do đó việc đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải này là rất quan trọng. Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 5 Hình 1-5 0 5 8 14 17 20 24 0 50 100 150 200 250 t (h) 87,535 110,1 85,89 11 22 144,21 98,8 142,57 S VHT (MVA) Đồ án môn học Từ các kết quả tính toán trên ta xây dựng đợc đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy nh sau: Ch Ch ơng II ơng II lựa chọn ph lựa chọn ph ơng án nối điện chính ơng án nối điện chính 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 đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy có 4 tổ máy phát, công suất định mức của mỗi tổ máy là 100 MW có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở ba cấp điện áp sau: Phụ tải địa phơng ở cấp điện áp Uf có: S Ufmax = 16,47 MVA S Ufmin = 11,53 MVA Phụ tải trung áp ở cấp điện áp 110 KV có: S Tmax = 341,46 MVA S Tmin = 273,17 MVA Phụ tải về hệ thống ở cấp điện áp 220 KV có: S VHTmax = 144,21 MVA S VHTmin = 85,89 MVA Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 6 0 5 8 14 17 20 24 0 100 200 300 400 500 t (h) 376,47 376,47 S NM (MVA) 11 22 16,47 13,176 98,8 273,17 470,59 423,53 87,535 11,53 307,32 14,823 144,21 142,57 110,1 273,17 341,463 85,89 14,823 Đồ án môn học Theo nhiệm vụ thiết kế thì phụ tải địa phơng phía điện áp máy phát đợc cấp bằng các đờng cáp kép mà điện áp đầu cực máy phát là 13,8 KV. Công suất đợc lấy từ đầu cực của hai máy phát nối với tự ngẫu và mỗi máy cung cấp cho một nửa phụ tải địa ph- ơng. Trong trờng hợp một máy bị sự cố thì máy còn lại với khả năng quá tải sẽ cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải địa phơng. Nhà máy có ba cấp điện áp là 13,8 KV; 110KV; 220KV, trong đó lới 110KV và 220KV đều là lới có trung tính trực tiếp nối đất vì vậy để liên lạc giữa ba cấp điện áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu . Từ những nhận xét trên đây ta có thể đề xuất một số phơng án nh sau: 2-1. Ph ơng án I (Hình 2-1). Do phụ tải cao và trung áp lớn hơn nhiều so với công suất định mức của máy phát nên mỗi thanh góp 110 KV và 220 KV đợc nối với một bộ máy phát điện - máy biến áp ba pha hai dây quấn lần lợt là F3-B3 và F4-B4. Để cung cấp điện thêm cho các phụ tải này cũng nh để liên lạc giữa ba cấp điện áp dùng hai bộ máy phát điện -máy biến áp tự ngẫu (F1-B1 và F2-B2). Phụ tải địa phơng U f đợc cung cấp diện qua hai máy biến áp nối với hai cực máy phát điện F1,F2. Ưu điểm của phơng án này là bố trí nguồn và tải cân đối. Tuy nhiên phải dùng đến ba loại máy biến áp. Ngoài ra khi S VHTmin = 85,89MVA < S Fđm = 117,647MVA nên nếu cho bộ F4-B4 làm việc định mức thì có thể phía trung áp nhận đợc năng lợng phải Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 7 F1 B1 B2 F4 F3 B4 F2 B3 HT. S T 220 KV 110 KV Hình 2-1 Đồ án môn học qua hai lần biến áp (vì phụ tải trung áp rất lớn), lần thứ nhất qua B4, lần thứ hai qua B1 và B2. 2-2. Ph ơng án II(Hình 2-2). Để khắc phục nhợc điểm phơng án I, chuyển bộ F4-B4 từ thanh góp 220 KV sang phía 110KV. Phần còn lại của phơng án II giống nh phơng án I. Nhận xét : - Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm đợc vốn đầu t do nối bộ ở cấp điện áp thấp hơn thiết bị rẻ tiền hơn. - Phần công suất luôn thừa bên trung đợc truyền qua máy biến áp tự ngẫu đa lên hệ thống (vì tổng công suất các bộ bên trung luôn lớn hơn phụ tải cực đại bên trung). - Ưu điểm của phơng án này là chỉ dùng hai loại máy biến áp. Ngoài ra do S Tmin = 273,17MVA > 2S Fđm =2.117,647 =235,3MVA nên 2 bộ nối với thanh góp 110KV có thể luôn luôn làm việc ở chế độ định mức. 2-3. Ph ơng án III(Hình 2-3). Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 8 B3 B4 B5 S T S UF HT B6 B2 B1 f1 b1 f3f2 f4 b2 b4b3 HT S t 220 KV 110 KV Hình 2-2 Đồ án môn học Nhận xét : - Số lợng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu t lớn, đồng thời trong quá trình vận hành xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn. - Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó. Tóm lại: Qua những phân tích trên đây ta để lại phơng án I và phơng án II để tính toán, so sánh cụ thể hơn về kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn đợc sơ đồ nối điện tối u cho nhà máy điện. Ch Ch ơng III ơng III Chọn máy biến áp và tính tổn thất điện năng Chọn máy biến áp và tính tổn thất điện năng 3-1.Chọn máy biến áp - phân phối công suất cho máy biến áp. Giả thiết các máy biến áp đợc chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trờng nơi lắp đặt nhà máy điện . Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất định mức của chúng. I.Ph ơng án I (hình 2-1). 1. Chọn máy biến áp : - Công suất định mức của các máy biến áp tự ngẫu B1, B2 đợc chọn theo điều kiện sau: S B1đm = S B2đm 1 S Fđm Trong đó là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 9 Đồ án môn học 5,0 220 110220 U UU C TC = = = Do đó : S B1đm = S B2đm 294,235647,117 5,0 1 = MVA Từ kết quả tính toán trên ta chọn tổ hợp ba máy biến áp tự ngẫu một pha cho mỗi máy biến áp B1,B2 loại: AOTH-120 có các thông số kỹ thuật nh bảng 3-1 (là thông số cho một pha trong tổ hợp 3 pha ): Bảng 3-1 S đm (MVA) U đm (KV) U N %(*) P 0 (KW) P N % I 0( %) Giá (10 6 Đ) U C U T U H C-T C-H T-H C-H C-T C-H T-H 120 3 242 3 121 13,8 10 - - 210 345 220 235 0,5 6440 Nh vậy tổng công suất của tổ hợp 3 tổ máy biến áp tự ngẫu một pha là: 3.120 = 360 MVA - Máy biến áp B3 đợc chọn theo sơ đồ bộ : S B3đm S Fđm = 117,647 MVA Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha 2 cuộn dây có S đm = 125 MVA là loại : T-125 (121/13,8) có các thông số kỹ thuật nh ở bảng 3-2 Bảng 3-2 S đm (MVA) U Cđm (KV) U Hđm (KV) P 0 (KW) P N (KV) U N % I 0 % Giá (10 6 Đ) 125 121 13,8 100 400 10,5 0,5 5120 - Máy biến áp B4 cũng đợc chọn theo sơ đồ bộ nh đối với B3: S B4đm S Fđm = 117,647 MVA Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha 2 cuộn dây có S đm = 125 MVA là loại : T-125 (242/13,8) có các thông số nh ở bảng 3-3 . Bảng 3-3 S đm (MVA) U Cđm (KV) U Hđm (KV) P 0 (KW) P N (KV) U N % I 0 % Giá (10 6 Đ) Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 10 [...]... dựa vào bảng phân bố công suất của máy biến áp đã cho ở bảng 3-4 1 Tổn thất điện năng hằng năm của máy biến áp B3 Công thức tính toán: S2 A B3 = P0 T + PN 2 B3 T SB3dm Trong đó: T: là thời gian làm việc của máy biến áp, T= 8760h Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 15 Đồ án môn học SB3: phụ tải của máy biến theo thời gian và đợc lấy theo đồ thị phụ tải hằng ngày Ta có B3 là máy biến áp ba... thất điện năng trong các máy biến áp của phơng án I là: A = AB1+AB2+AB3+AB4 = = 2.5704 + 3956,1 + 3979,9 = 19345,6 MWh II-Phơng án II (hình 2-2) 1 Tổn thất điện năng hàng năm của các máy biến áp B3 và B4 Theo công thức nh ở phơng án I : Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 17 365 3.360 2 Đồ án môn học AB3 = AB4= S 2 3,B 4 P0 T + PN 2B T S B3dm Máy biến áp B3 và B4 đã chọn là máy biến áp kiểu... II.Phơng án II (hình 2-2) 1 Chọn máy biến áp -Hai máy biến áp B3 và B4 đợc chọn theo sơ đồ bộ Do hai máy biến áp này cùng nối với thanh góp điện áp 110 KV nên đợc chọn giống nhau và chọn giống máy biến áp B3 ở phơng án I là máy biến áp loại : T-125-121/13,8 có các thông số kỹ thuật nh ở bảng 3-2 (phơng án I ) -Hai máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 đợc chọn tơng tự nh phơng án I Công suất định mức của các máy biến. .. Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 23 Đồ án môn học 220 kV F4 110kV F1 F2 F3 2.Tính hàm chi phí tính toán a) Vốn đầu t Vốn đầu t cho máy biến áp : Phơng án I dùng 3 loại máy biến áp là : - Hai tổ hợp của 3 máy biến áp tự ngẫu một pha kiểu AOTH - 120 Với giá tiền : 161.103 R/1 pha(1R = 40.103 đồng) nên giá tiền của cả 3 pha là 3.161.103.40.103 = 19,32.109 đồng và - Một máy biến áp 3 pha... Nh vậy các máy biến áp đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thờng 3 Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố Vì công suất định mức của các máy biến áp hai cuộn dây đợc chọn theo công suất định mức của máy phát điện nên việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét đối với máy biến áp tự ngẫu Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 11 Đồ án môn học Coi sự cố nặng nề nhất là lúc phụ tải trung áp cực đại... phơng án 2: 220 kV 110kV B1 B1 B3 B2 B4 Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 25 Đồ án môn học F1 F2 Hình 4-2 F3 F4 2 Tính toán hàm chi phí tính toán a) Vốn đầu t Vốn đầu t cho máy biến áp: Phơng án này gồm có : - Hai tổ hợp máy biến áp tự ngẫu 3 pha kiểu : ATTH-250 với giá tiền : 250.103.40.103=10.109 đồng /3 pha - Hai máy biến áp 3 pha hai cuộn dây kiểu : T-125-121/13,8 giá 5,12.109 đồng... ta dùng phơng pháp gần đúng với khái niệm điện áp trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình của mạng Chọn các lợng cơ bản: Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 27 Đồ án môn học Công suất cơ bản: Scb =100MVA; Các điện áp cơ bản: Ucb1 = 230 kV; Ucb2 =115 kV; Ucb3 =10,5 kV 5-1 Tính các điện kháng trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản 1 Điện kháng của hệ thống điện Nhiệm vụ... thuộc vào vốn đầu t máy biến áp và các mạch thiết bị phân phối Nhng vốn đầu t của các mạch thiết bị phân phối chủ yếu phụ thuộc vào máy cắt, vì vậy để chọn các mạch thiết bị phân phối cho từng phơng án phải chọn các máy cắt.Trong tính toán chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật ta chỉ cần chọn sơ bộ các máy cắt Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 19 Đồ án môn học 4-1 Chọn sơ bộ máy cắt của các phơng án. .. máy biến áp đã chọn đều thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật khi làm việc bình thờng và khi sự cố 3-2 Tính toán tổn thất điện năng Tính toán tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu đợc trong việc đánh giá một phơng án về kinh tế và kỹ thuật Trong nhà máy điện tổn thất điện năng chủ yếu gây nên bởi các máy biến áp tăng áp I Phơng án I (Hình 2-1) Để tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp. .. Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 18 Đồ án môn học AB1 = AB2 = =0,12.8760+ 365 [0,26.88685,9+0,26.27599,53+0,78.212332,7] 250 2 =2194,985 MWh Từ các kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở trên ta có tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở phơng án II là : A = AB1 + AB2 + AB3 + AB4 =2AB1 + 2AB3 = =2.2194,985 + 2.3979,9 = 12349,8 MWh Bảng so sánh tổn thất điện . các máy biến áp B3 và B4. Theo công thức nh ở phơng án I : Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 17 Đồ án môn học A B3 = A B4 = T. S S .PT.P dm3B 2 2 4B,3B N0 + Máy biến áp B3 và. máy biến áp, T= 8760h. Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 15 Đồ án môn học S B3 : phụ tải của máy biến theo thời gian và đợc lấy theo đồ thị phụ tải hằng ngày. Ta có B3 là máy. kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp 10 Đồ án môn học 125 242 13,8 115 380 11 0,5 6480 2.Phân bố công suất cho các máy biến áp. - Để thuận tiện trong vận hành, các bộ máy phát- máy biến