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

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

Khoa Điện

Bộ môn Hệ Thống Điện - o0o -

Lời nói đầu

Nhà máy điện và trạm biến áp là các khâu chủ yếu trong Hệ Thống Điện Do vậy mỗi sinh viên ngành Hệ Thống Điện cần hiểu rõ được nhiệm vụ , chức năng , cấu tạo vànguyên lý vận hành của chúng Môn học “ Phần Điện trong nhà máy điện và trạm biến

áp “ đã cho sinh viên có những kiến thức cơ bản nhất ,tổng quan nhất Tuy vậy , đó chỉ

là phần lý thuyết và sẽ thật là khó khăn cho mỗi sinh viên khi ra trường không biết cách vận dụng được nhưng kiến thức đã học của môn học vào thực tế

Đồ án môn học “Phần Điện trong nhà máy điện và trạm biến áp ” đã giải quyết vấn

đề đó Qua nhiệm vụ thiết kế sinh viên sẽ biết cách áp dụng những kiến thức đã học , những công thức ,tính toán một cách thành thạo.Không chỉ đơn giản là nhưng kiến thức của môn “Phần Điện trong nhà máy điện và trạm biến áp ” mà khi làm đồ án ,sinh viên

có dịp ôn lại kiến thức của nhiều môn học cơ bản như : Ngắn mạch , cao áp , lưới điện , bảo vệ Rơle …

Trong thời gian làm đồ án với sự cố gắng hết sức của bản thân, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô của bộ môn Đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của PGS

- TS Phạm Văn Hoà đã giúp em hoàn thành bản đồ án Vì thời gian có hạn, với kiến thức còn hạn chế do vậy bản đồ án của em không tránh những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý bổ xung của các thầy cô giáo để đồ án của em ngày càng hoàn thiện hơn

Em xi

Mục lục Lời nói đầu……… 1

Mục lục ……… 2

Chương 1: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.1 Chọn máy phát điện …….……… 4

1.2 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp………… ……… 5

1.3 Cân bằng công suất toàn nhà máy ……… 5

1.4 Nhận xét ……… 6

Chương 2: Lựa chọn sơ đồ nối điện của nhà máy 2.1 Đề suất các phương án……….7

2.2 Lựa chọn MBA cho các phương án……….10

2.3 Phân bố phụ tải cho các MBA……….14

2.4 Kiểm tra khả năng quá tải của các MBA………….………… 10

2.5 Tính tổn thất điện năng trong MBA……….……… 10

2.6 Tính dòng điện cưỡng bức ……… 23

Chương 3: Tính dòng điện ngắn mạch 3.1 Phương án 1……….20

3.2 Phương án 2……… ……… 22

Chương 4: Tính toán chỉ tiêu Kinh tế – Kĩ thuật Lựa chọn phương án tối ưu 4.1 Chọn máy cắt và dao cách ly cho từng phương án ……….25

4.2 Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối ……… ………26

4.3 Tính toán kinh tế – kĩ thuật ……….50

Chương 5: Chọn khí cụ điện và dây dẫn 5.1 Chọn thanh dẫn cứng ……… 27

5.2 Chọn thanh dẫn mềm ……….31

Chương 6: Sơ đồ nối điện và thiết bị tự dùng 6.1 Chọn MBA tự dùng cấp 1… ……… 44

6.2 Chọn MBA dự trữ cấp 1 ….……… 45

6.3 Chọn MBA tự dùng cấp 2… ……… 47

6.4 Chọn máy cắt phía mạch 6,3 kV ……….60

6.5 Chọn áptômát cho phụ tải tự dùng cấp 0,4 kV ……… 70

Chương 1 : tính toán phụ tảI và cân bằng công suất

Tại mổi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng vớiđiện 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 tìmđược 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 Ch ọ n máy phát đ i ệ n

Theo yêu cầu thiết kế nhà máy có tổng công suất 460 MW = 240 MW

Chọn 4 máy phát điện kiểu TB-60-2 có các thông số như bảng 1-1 sau:

1.2 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp.

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thịphụ tải của các cấp điện áp dưới dạng bảng theo phần trăm công suấttác dụng Pmax và hệ số costb của từng phụ tải tương ứng từ đó ta tínhđược phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến nhờ côngthức sau :

(1.1) với : .Trong đó: S(t) : là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA)

cosTB : là hệ số công suất trung bình của từng phụ tải

P% :Công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất cực đại

Pmax : Công suất của phụ tải cực đại tính bằng, MW

1.2.1 Phụ tải cấp điện áp máy phát :

Theo thiết kế : Pmax = 20 MW với cos = 0,85 áp dụng công thức (1.1).Ta có :

Bảng 1.2

S(t) MW 18,82 16,47 18,82 21,18 23,53 21,18 18,82

1.2.2 Phụ tải cấp điện áp trung (110 kV) :

Với Pmax = 80 MW với cos = 0,88 tương tự ta có bảng kết quả và đồ thị sau :

1.2.3 Công suất phát của toàn nhà máy

Nhà máy gồm 4 tổ máy có: P = 60 MW, cos = 0,8 do đó

- Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy

phát Đồ thị phụ tải cấp điện áp trungphát

Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là:

1.2.4 Công suất tự dùng của nhà máy :

Công suất tự dùng của toàn nhà máy được xác định theo công thức sau :

(1.2) Trong đó : STD : công suất tự dùng của nhà máy

ỏ : phần trăm lượng điện tự dung

Pt : Cụng suất NM phỏt ra tại thời điểm t

Dựa vào bảng kết quả (1.3) và cụng thức (1.2) ta cú kết quả sau :

Bảng 1.4

-Đồ thị phụ tải toàn nhà

máy-T(h) 0 - 10 10-14 14-18 18-22 22-24

1.3 Cân bằng công suất toàn nhà máy

Phương trình cân bằng công suất toàn nhà máy:

Ta bỏ qua tổn thất S(t) trong máy biến áp và SuC = 0

máy-1.4 Nhận xét :

 Tình tr ạ ng ph ụ t ả i ở các c ấ p đ i ệ n áp

 Ta thấy phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp ở cấp điện áp máy phát phụ tải Pmax= 20MW khỏ nhỏ so với công suất một máy phát P = 60 MW

 Phụ tải cấp điện áp trung : Pmax= 80MW, tương đối lớn

 Phụ tải cấp điện áp cao không có

2.1 Đề suất các phương án :

Lựa 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 kỹ thuật

Cơ sở để để xác định các phương án có thể là số lượng và công suất máy phát điện , công suất hệ thống điện , sơ đồ lưới và phụ tải tương ứng , trình tự xây dựng nhà máy điện và lưới điện

 Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy có 4 tổ máy phát, công suất định mức của mỗi tổ máy là 60 MW có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp sau:

 Phụ tải địa phương ở cấp điện áp 10 kV có:

Vậy cần phải có TG điện áp máy phát

Từ những nhận xét trên đây ta có thể đề xuất một số phương án như sau:

 Phương án 1 :

 Phương án 2:

 Phương án 3:

 Phương án 4 :

 Nhận xét :

 Phương án 4 : các MBA liên lạc luôn phải tải công suất từ hạ sang trung nên chế

độ làm việc khá nặng nề Măc dù tiết kiệm được số lượng MBA

 Phương án 3 : chỉ khác đôi chút với phương án 1 Tuy nhiên ở phương án 3MBA 2 dây quấn chế tạo với UC =220 kV nên đắt tiền hơn

Từ các nhận xét trên ta thấy hai phương án 1 và 2 là hai phương án tốt nhất Ta sẽlựa chọn hai phương án này để tính toán tiếp theo

2.2 Lựa chọn máy biến áp cho các phương án :

a Phương án 1 :

 MBA nối bộ : B3 & B4

MBA 3 pha 2 dây quấn và nối theo sơ đồ bộ ,công suất được xác định như sau :

 MBA liên lạc : B1 & B2

B1 & B2 là các MBA tự ngẫu nối vào thanh góp điện máy phát nên công suất được xác định như sau :

Trong đó : ỏ : hệ số có lợi của MBA tự ngẫu ;

Sthừa = ∑ SFđm – Sufmin - STDmax

Ta lựa chọn tương tự như với phương án 1

 MBA liên lạc : B1 & B2 cũng giống như phương án 1 ta có :

Sthừa = ∑ SFđm – Sufmin - STDmax

SB1=SB2= SFđm – Stdmax = 75 – 23,13/4 = 69,22 MVA < SđmB = 80MVA

→ Vậy ở điều kiện làm việc bình thường MBA B3&B4 không bị quá tải

 MBA tự ngẫu B1&B2 :ta cần phân bố công suất cho từng cuộn dây

Ta nhận thấy : ∑SBT > SUT do vậy công suất được chuyển từ : T → C

Qua bảng phân bố trên ta có:

SCmax=85,76 MVA < SđmBtn=125 MVA

STmax=32,86 MVA < Stt =ỏ* SđmBtn = 0,5*125 = 62,5 MVA

SHmax=58,63 MVA < Stt = ỏ* SđmBtn = 62,5 MVA

→ Vậy ở điều kiện làm việc bình thường MBA B1&B2 không bị quá tải

b Phương án 2 :

 Với MBA 2 dây quấn B3 để thuận tiện cho việc vận hành ta cho đồ thị phụ tải bằng phẳng trong suốt cả năm

SB3= SFđm – Std = 75 – 23,13/4 = 69,22 MVA < SđmB = 80MVA

→ Vậy ở điều kiện làm việc bình thường MBA B3 không bị quá tải

 MBA tự ngẫu B1&B2 :ta cần phân bố công suất cho từng cuộn dây

Ta nhận thấy : ∑SBT < SUT do vậy công suất được chuyển từ : H → T

Qua bảng phân bố trên ta có:

SCmax=85,76 MVA < SđmBtn=200 MVA

STmax= 10,84 MVA < Stt =ỏ* SđmBtn = 0,5*200 = 100 MVA

SHmax=93,24 MVA < Stt =ỏ* SđmBtn = 100 MVA

→ Vậy ở điều kiện làm việc bình thường MBA B1&B2 không bị quá tải

2.4 Kiểm tra khả năng quá tải của các MBA

a Phương án 1 :

 Sự cố 1 bộ bên trung : Khi có sự cố một bộ bên trung thì công suất thiếu là :

Như vậy : SH < Stt → MBA không bị quá tải

Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp là :

Sttsc > Sthừa → MBA tải hết được lượng công suất thừa

So với khi bình thường công suất nhà máy phát lên hệ thống thiếu một lượng là:

SHTthiếu=SHTmax – SC2 = 132,3 – 87,5 = 44,8 MVA

Lượng công suất này nhỏ hơn dự trữ của hệ thống : 100 MVA

b Phương án 2 : Xét các trường hợp như của phương án 1 ta có

 Sự cố 1 bộ bên trung :

Khi có sự cố một bộ bên trung thì công suất thiếu là :

Sthiếu= SUTmax = 90,91 MVA Lượng công suất thiếu này được tải từ MBA tự ngẫu sang Mỗi MBA tự ngẫu cần tải 1 công suất là :

Hai MBA tự ngẫu làm việc trong chế độ : H → C

Như vậy : SH < Stt → MBA không bị quá tải

Lúc này hệ thống thiếu một lượng công suất :

SHTthiếu=SHT – 2*SCB = 164,78 – 2*(93,24- 45,46) = 69,22 MVA

Lượng công suất này nhỏ hơn dự trữ của hệ thống : 100 MVA

 Sự cố 1 MBA liên lạc :

Giả sử hỏng MBA B1 Công suất thiếu của bên trung là :

Sthiếu = SUTmax - ∑SBT = 90,91 – 69,22 = 21,69 MVA

MBA B2 phải làm việc trong chế độ tải : H → T

MBA liên lạc.Do vậy sẽ chỉ kiểm tra xem với công suất tải lúc sự cố của MBA liên lạc

có cung cấp đủ cho lượng công suất thiếu bên trung không :

Sthiếu = 21,91 MVA < Sttcs = 140 MVA →Thoả mãn

Lúc này hệ thống thiếu một lượng công suất :

SHTthiếu=SHTmax – SC = 164,78 –(140-21,91)= 46,69 MVA

Lượng công suất này nhỏ hơn dự trữ của hệ thống : 100 MVA

2.5 Tính tổn thất điện năng trong các MBA

a Phương án 1 :

 MBA 2 dây quấn :

Khi có n máy biến áp vận hành song song thì ta có công thức tính tổn thất điện năng:

Trong đó:

SBđm: Công suất định mức của máy biến áp

Sb : Công suất qua máy biến áp

P0 : Tổn thất công suất không tải

Pn : Tổn thất công suất ngắt mạch của máy biến áp

T : Số giờ trong 1 năm ; T = 8760 h

Theo các số liệu của MBA 2 dây quấn đã chọn ta có :

 = 0,5 là hệ số lợi dụng của máy biến áp tự ngẫu.

Do thông số MBA chỉ cho PnCT nên ta có thể coi PNCH = PNTH =

 Tổng tổn thất công suất trong máy biến áp

A1 = 2*Atn +2* AB =2*( 2646,25 + 1564,39) = 8421,28 MWh

b Phương án 2 :

Tính toán tương tự như với phương án 1 ta có :

 MBA 2 dây quấn :

 Tổng tổn thất công suất trong máy biến áp

A1 = Atn + AB = 2646,25 + 2*1980,62 = 6607,49 MWh

2.6 Tính dòng điện cưỡng bức

a Phương án 1 :

Ta sẽ tính dòng cưỡng bức tại các điểm như trên hình vẽ

 Cấp điện áp cao (220kV) :

 Đường dây kép nối vào hệ thống :

 Phía cao áp MBA tự ngẫu :

 Chế độ bình thường : SCmax= 79,96 MVA

 Chế độ sự cố B3(hoặc B4) : SCB1= SCB1= 46,28 MVA

 Chế độ sự cố B1(hoặc B2) : SC= 161,56 MVA

→ Vậy :

 Cấp trung (110kV) :

 Đường dây kép phụ tải trung áp :

 Bộ MFĐ - MBA 2 dây quấn :

 Phía trung áp MBA liên lạc :

 Chế độ bình thường : STmax= 33,36 MVA

 Chế độ sự cố B3(hoặc B4) : STB1= STB1= 10,955 MVA

 Chế độ sự cố B1(hoặc B2) : ST= 47,09 MVA

→Vậy

 Cấp điện áp máy phát (10,5kV) :

 Mạch hạ áp MBA liên lạc :

 Mạch MF :

 Mạch kháng phân đoạn :Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn được xét theo 2 trường hợp :

 Khi sự cố 1 máy phát F1(hoặc F2):

→ Dòng công suất chạy qua kháng :

SquaK = SquaB + 0,5*SUf = 22,735 + 0,5*22,53 = 34 MVA

 Khi sự cố 1 MBA liên lạc :

→ Dòng công suất chạy qua kháng :

SquaK = SquaB + 0,5*SUf +0,25*Stdmax-SđmF

= 87,5 + 0,5*22,53 +0,25*24-75 = 30,265 MVA

Vậy dòng cưỡng bức qua kháng :

 Chọn kháng điện phân đoạn :

Kháng điện phân đoạn được chọn theo điều kiện sau :

Tương tự như với phương án 1 ta có :

 Cấp điện áp cao (220kV) :

 Đường dây kép nối vào hệ thống :

 Phía cao áp MBA tự ngẫu :

 Chế độ bình thường : SCmax= 79,96 MVA

 Chế độ sự cố B3(hoặc B4) : SCB1= SCB1= 46,28 MVA

 Chế độ sự cố B1(hoặc B2) : SC= 135,91 MVA

→ Vậy :

 Cấp trung (110kV) :

 Đường dây kép phụ tải trung áp :

 Bộ MFĐ - MBA 2 dây quấn :

 Phía trung áp MBA liên lạc :

 Chế độ bình thường : S = 19,91 MVA

 Chế độ sự cố B3(hoặc B4) : STB1= STB1= 45,46 MVA

 Chế độ sự cố B1(hoặc B2) : ST= 19,91 MVA

→Vậy

 Cấp điện áp máy phát (10,5kV) :

 Mạch hạ áp MBA liên lạc :

 Mạch MF :

 Mạch kháng phân đoạn :Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn được xét theo 2 trường hợp :

 Khi sự cố 1 máy phát F1(hoặc F2):

Phân bố công suất trên phân đoạn 1 của TG :

→ Dòng công suất chạy qua kháng :

SquaK = SquaB + SI = 57,235 + 9,41 = 66,645 MVA

 Khi sự cố 1 MBA liên lạc :

Dòng công suất chạy qua kháng :

SquaK = kqtsc*ỏ*SđmB + S I+0,25*Stdmax-SđmF

= 1,4*0,5*200 + 9,41 + 0,25*23,53 - 75 = 80,29 MVA Vậy dòng cưỡng bức qua kháng :

 Chọn kháng điện phân đoạn :

Kháng điện phân đoạn được chọn theo điều kiện sau :

Chương 3 : Tính dòng điện ngắn mạch 3.1 Phương án 1 :

 Chọn các điểm tính ngắn mạch :

 Điểm N1 : để chọn khí cụ điện phía 220 kVcó nguồn cung cấp là NMĐ

và HT

Điểm N2 : để chọn khí cụ điện phía 110 kVcó nguồn cung cấp là NMĐ và HT

Điểm N3 : để chọn khí cụ điện mạch hạ áp của MBA liên lạc có nguồn cung cấp là các MFĐ và hệ thống với giả thiết MBA liên lạc B1 nghỉ tức là các máy cắt điện phía cao và trung của MBA đều cắt ra

Điểm N4 : để chọn khí cụ điện trên mạch phân đoạn TG điện áp MF có nguồn cungcấp là các MFĐ và hệ thống Giả thiết MF1 và MBA1 không làm việc

Điểm N5 : để chọn khí cụ điện trên mạch MFĐ có nguồn cung cấp là các MFĐ và

 Đường dây kép (220kV) :

→ X1 = XHT + Xd = 0,05 + 0,03 = 0,08

 MFĐ :

X6 = X7 = X8 = X9 = XF = 0,195

 MBA 2 dây quấn :

X10 = X11 = XB = 0,131

 MBA tự ngẫu :

X6= X7=X8= X9= 0,195 ; X10= X11= 0,131 ;

( X8 + X10 )// ( X9 + X11 ) →

Sơ đồ trên đối xứng với điểm NM ta sử dụng phương pháp gập đôi sơ đồ :

Dòng điện ngắn mạch tại N1 ở thời điểm t = 0 :

Dòng điện xung kích tại N1 :

Dòng điện ngắn mạch tại N2 ở thời điểm t = 0 :

Dòng điện xung kích tại N2 :

Dòng điện ngắn mạch tại N3 ở thời điểm t = 0 :

Dòng điện xung kích tại N3 :

e Điểm N4:

Theo nguyên lý xếp chồng ta có dòng NM tại N4 ở thời điểm t=0 là :

Dòng điện xung kích tại N4 :

Biến đổi Y(X14 , X12 , X15) → ∆ thiếu (X18,X19)

Dòng điện ngắn mạch tại N’5 ở thời điểm t = 0 :

Dòng điện xung kích tại N’5 :

g Điểm N6:

Theo nguyên lý xếp chồng ta có dòng NM tại N6 ở thời điểm t=0 là :