thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, với chính sách kinh tế mới, Đảng và nhà nước ta chú trọng đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các nghành công nghiệp, nghành năng lượng Việt nam đã có những bước tiến vượt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinh tế.Cùng với việc xây dựng thành công đường dây tải điện Bắc – Nam và một số công trình lớn khác, hệ thống điện nước ta đã từng bước được cải tạo, nâng cấp

Nhà máy nhiệt điện đem lại những lợi ích không nhỏ về kinh tế cũng như kỹ thuật Tuy nhiên, xây dựng nhà máy nhiệt điện lại cần vốn đầu tư kinh tế lớn và thời gian xây dựng kéo dài nhiều năm.Do đó, để theo kịp tốc độ phát triển của nền kinh tế,để đáp ứng nhu cầu trước mắt về điện năng ta cần thiết phải xây dựng các nhà máy nhiệt điện : có vốn đầu tư ít hơn ,thời gian xây dựng nhanh hơn

Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế – kỹ thuật sẽ đem lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế và hệ thống điện.Trong bối cảnh đó, thiết

kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên nghành hệ thống điện trước khi xâm nhập thực tế

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn:Ts Trương Ngọc

Minh đã hướng dẫn em tận tình, giúp em hoàn thành bản đồ án này

Sinh viên

Đào Văn Tùng

CHƯƠNG I

CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất khi thiết kế nhà máy điện là mộtviệc không thể thiếu được để đảm bảo kinh tế trong xây dựng và vận hành

Lượng điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụtại các hộ dùng điện và điện năng tổn thất

Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi

Do vậy, người ta cần phải biết các đồ thị phụ tải, nhờ đó có thể chọn phương ánvận hành hợp lý, chọn sơ đồ nối điện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Từ những vấn đề đó đặt ra nhiệm vụ trước hết cho người thiết kế là phải tiếnhành các công việc : chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suấtmột cách hợp lý nhất

1.1.Chọn máy phát điện

Máy phát điện là thiết bị quan trọng nhất của nhà máy điện Khi lựa chọnmáy phát điên cần chú các điểm sau :

- Máy phát điện có công suất càng lớn thì vốn đầu tư tiêu hao nhiên liệu

để sản xuất ra một đơn vị điên năng và phí tổn vận hành hằng năm càng bé

- Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọncác máy phát cùng loại

- Chọn điện áp định mức của máy phát thì dòng điện định mức và dòngđiện ngắn mạch ở cấp này sẽ bé do đó dễ chọn được khí cụ điện hơn

Theo yêu cầu thiết kế thì số lượng máy phát điện là 4 tổ máy, mỗi máy có công suất Pđm=60 MW Tổng công suất đặt của nhà máy là: 4*60= 240 (MW) Tra bảng trong tài liệu “ Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta chọn 4 máy phát điện loại TB Φ -60 -2 có các thông số sau :

S MVA

P MW

1.2.Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Để đảm bảo vận hành an toàn , tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lượng điện năng tiêu thụ ỏ các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng

Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi Việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành Nhờ vào công cụ là đồ thị phụ tải mà

ta có thể lựa chọn được các phương 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 ưu

công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố côngsuất giữa các nhà máy điện với nhau

Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải của các cấp điện áp dưới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng Pmax

và hệ số cosϕtb của từng phụ tải tương ứng từ đó ta tính được phụ tải của các cấpđiện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức sau :

max

100

(%) )

P =

(1)

ϕ cos

) ( ) (t P t

(2)Trong đó:

P(t) – công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

S(t) – công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t

cosϕ - hệ số công suất của phụ tải

1.2.1 Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát (phụ tải địa phương)

Phụ tải điện áp máy phát có Udm= 10 kV; PUFmax= 12 MW; cosϕ = 0,85

Bao gồm các đường dây :

70

100

(%) )

Theo công thức (2)

) ( 88 , 9 85 , 0

4 , 8 cos

) ( )

1.2.2 Đồ thị phụ tải trung áp

Phụ tải trung áp có Udm= 110 kV; PUTmax= 80 MW; cosϕ = 0,88

phụ tải bao gồm các đường dây 2 kép x 40M W , và P% cho trong bảng

trong khoảng thời gian từ 0-8h ta có

Theo công thức ( 1 ) :

W) ( 60 80 100

75

100

(%) )

Theo công thức (2)

) ( 18 , 68 88 , 0

60 cos

) ( )

1.2.3 Công suất phát của nhà máy

Nhà máy điện bao gồm 4 tổ máy 60 MW có cosϕ = 0,8 nên :

PNM = 4 60 = 240 MW

SNM = 240/0,8 = 300 MVA

Trong khoảng thời gian từ 0-8h ta có

Theo công thức ( 1 ) :

W) ( 190 240 100

80

100

(%) )

Theo công thức (2)

) ( 240 8 , 0

190 cos

) ( )

Đồ thị phụ tải toàn nhà máy :

1.2.4 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy

Với nhà máy nhiệt điện thì điện năng tự dùng rất quan trong Đó là điệnnăng dùng để chuẩn bị nhiên liệu , vận chuyển nhiên liệu vào lò đốt , bơmnước tuần hoàn …v.v

Điện năng tự dùng chiếm khoảng từ (5-8)% tổng điện năng phát ra củatoàn nhà máy

Công suất tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm trong ngày được tính theocông thức sau :

=  + NM 

NM TD

NM TD

S

t S P

t

cos

100

% ) (

ϕ

α

( 3)

Trong đó:

PNM - công suất tác dụng định mức của nhà máy, PNM =200 MW

α - là phần điện năng sản xuất của nhà máy dùng cho tự dùng , yêu cầuthiết kế lấy α = 5%

cosϕTD - hệ số công suất phụ tải tự dùng, cosϕTD = 0,8

SNM - Là tổng công suất lắp đặt của nhà máy

SNM(t) - Là tổng công suất phát ra của nhà máy tại thời điểm t

SNM =

) ( 300 8 , 0

240 100

6 , 7 )

(t

S TD

= 20,064 (MVA)Tính toán tương tự cho các khoảng thời gian còn lại ta có bảng:

1.2.5 Đồ thị công suất phát về hệ thống

Công suất nhà máy phát về hệ thống được tính theo công thức sau:

SHT = SNM(t) – [SUF(t) + SUT(t) + Std(t)]

Trong đó :

SHT: Công suất nhà máy phát về hệ thống

SNM: Công suất phát của nhà máy

SUF: Công suất tiêu thụ của phụ tải điện áp máy phát

SUT: Công suất tiêu thụ của phụ tải điện áp trung

Std: Công suất tự dùng của nhà máy

Dựa vào số liệu tại các thời điểm trong ngày ta tính được lượng công suất nhàmáy phát về hệ thống Từ đó ta có bảng cân bằng công suất toàn nhà máy như sau

đồ thị công suất phát về hệ thống

S (

1.2.6 Nhận xét

* Phụ tải nhà máy phân bố không đều trên cả ba cấp điện áp, giá trị công suất lớnnhất và nhỏ nhất của chúng là:

- Phụ tải địa phương : SĐPmax= 14,12 MVA ; SUFmin= 9,88 MVA

- Phụ tải trung áp : SUTmax= 90,91 MVA ; SUTmin= 68,18 MVA

- Phụ tải tự dùng : STDmax= 22,8 MVA ; STDmin= 20,064 MVA

- Phụ tải phát về hệ thống: SVHTmax= 191,77MVA; SVHTmin= 129,22MVA

* Vai trò của nhà máy điện thiết kế đối với hệ thống :

Nhà máy điện thiết kế ngoài việc cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện

áp và tự dùng còn phát về hệ thống một lượng công suất đáng kể (lớn hơn lượng

1 9

S V

1 6 1

1 3

1

2 9 0

7

T

7 2

6 8

2 1

2 0

2 2

2

t 1

9

d 0

dự trữ công suất quay của hệ thống) nên có ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định độngcủa hệ thống.

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trongquá trình thiết kế nhà máy điện Vì vậy cần phải nghiên cứu kĩ nhiệm vụthiết kế , nắm vững các số liệu ban đầu , dựa bảng cân bằng công suất và các

nhận xét để tiến hành vạch các phương án nối dây có thể

Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộtiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối các máy biến áp với các cấpđiện áp , về số lượng dung lượng các máy biến áp , về số lượng máy phát nốivào thanh góp điện áp máy phát , số máy phát ghép bộ với máy biến áp

Sơ đồ nối diện giữa các cấp điện áp cần thoả mãn các yêu cầu kĩ thuậtsau:

- Số lượng máy phát nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thoảmãn điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất thì cácmáy phát còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải ở điện áp máy phát vàphụ tải điện áp trung ( trừ phần phụ tải do các nguồn khác nối vào thanh gópđiện áp trung có thể cung cấp được)

- Công suất mỗi bộ máy phát điện – máy biến áp không được lớnhơn dự trữ quay của hệ thống

- Chỉ được ghép bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấnvào thanh góp điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của

bộ này ,có như vậy mới tránh được trường hợp lúc phụ tải cực tiểu bộ nàykhông phát hết công suất hoặc công chuyển qua hai lần biến sẽ làm tăngtổn hao và gây quá tải cho máy biến áp hai cuộn dây Đối với máy biến áp tựngẫu thì không cần dùng điều kiện này

- Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ , để cung cấp cho nó có thể lấy rẽnhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp ,nhưng công suất lấy rẽ nhánhkhông được vượt quá 15% công suất của bộ

- Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc máy biến áp tựngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết bị phânphối sẽ phức tạp hơn

- Khi công suất tải lên điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thìphải đặt ít nhất hai máy biến áp.

Sau khi đã chọn được một số phương án , cần phân tích sơ bộ cácphương án về mặt kĩ thuât và kinh tế để loại trừ một số phương án rõ ràng bấthợp lý và chỉ giữ lại các phương án hợp lý

2

12,

Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm máy biến áp liên lạc , 2 bộ máy

phát-máy biến áp ghép vào thanh cái trung áp

Trong phương án này ta sử dụng :

+ Hai máy biến áp tự ngẫu 3 pha để liên lạc giữa 3 cấp điện áp + Hai máy biến áp 3 pha hai dây quấn nối bộ với máy phát F3 v à F4 đểcung cấp điện cho phụ tải 110kV

+ Các máy phát F1, F2 được nối trực tiếp vào máy biến áp tự ngẫu

* Ưu điểm:

Phương án này luôn đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp :+ Phụ tải địa phương được cung cấp bởi hai máy phát cho nên khi có sự cốmột máy phát bị cắt thì phụ tải vẫn được cung cấp điện đầy đủ và liên tục bởi máyphát còn lại

+ Phụ tải 110kV được cung cấp bởi 1 máy phát + 1 máy biến áp và côngsuất 2 cuộn trung áp của 2 máy biến áp liên lạc Cho nên phụ tải cấp điện áp110kV cũng luôn được đảm bảo cung cấp điện khi có sự cố 1 máy biến áp liên lạchoặc là cả bộ máy phát + máy biến áp

+ Phương án này có sơ đồ nối điện đơn giản , công suất của 2 máy biến áp tựngẫu có dung lượng bé

Trong phương án này ta sử dụng:

- Ghép bộ máy phát + máy biến áp (F1+B1) lên thanh góp điện áp 220 kV

- Các máy phát F2, F3 được nối lên thanh góp điện áp máy phát

- Hai máy biến áp tự ngẫu B2, B3 làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp

- Bộ máy phát + máy biến áp (F4+B4) được ghép lên thanh góp điện áp 110 kV

* Ưu điểm:

- Đảm bảo cung cấp đầy đủ điện năng cho các phụ tải ở các cấp điện áp

-Do ghép bộ (F1+B1) lên thanh góp điện áp 220 kV nên điện năng không phải truy

ền qua 2 lần biến áp

*Nhược điểm:

- Số lượng và chủng loại máy biến áp nhiều nên vốn đầu tư sẽ lớn

- Do chủng loại khác nhau nên quá trình thay thế , sữa chữa gặp nhiều khó khăn.

2.1.3.Phương án 3

Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp

Để cung cấp cho hệ thống dùng 2 bộ máy phát- máy biến áp 2 cuộn dây Phíatrung được cung cấp bởi 2 máy biến áp liên lạc

Phương án 3 dùng 4 bộ máy phát- máy biến áp 2 cuộn dây : 2 bộ nối với thanhgóp 110kV, hai bộ nối với thanh góp 220kV Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liênlạc giữa hai cấp điện áp cao và trung, đồng thời để cung cấp điện cho phụ tải cấpđiện áp máy phát SUF

Ưu điểm:

- Cũng đảm bảo cung cấp điện liên tục

Nhược điểm:

- Số lượng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu tư lớn, đồng thời trong quá trìnhvận hành xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn.

Kết luận :

Qua 3 phương án ta có nhận xét rằng hai phương án 1 và 2 đơn giản và kinh tếhơn so với phương án còn lại Hơn nữa, nó vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục, antoàn cho các phụ tải và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật Do đó ta sẽ giữ lại phương

án 1 và phương án 2 để tính toán kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nốiđiện tối ưu cho nhà máy điện

2.2.Tính toán chọn máy biến áp cho các phương án

Máy biến áp là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện , tổng côngsuất các máy biến áp rất lớn bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máyphát điện Vì vậy vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều Người tamong muốn chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo

an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

Chọn máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn loại, sốLượng công suất định mức và hệ số biến áp

Công suất định mức của máy biến áp là công suất liên tục truyềnqua máy biến áp với điều kiện làm việc định mức ( điện áp , tần số và nhiệt

độ môi trường làm mát định mức ) trong suốt thời hạn làm việc của nó

Người ta quy định thời gian làm việc tiêu chuẩn khoảng gần bằng thờigian già hoá tiêu chuẩn Còn thời gian gian làm việc thực tế của máy biến ápđược xác định bởi quá trình già hoá cách điện cuộn dây, nói khác đi nó phụthuộc vào nhiệt độ cuộn dây

Đối với giấy cách điện tẩm dầu thời gian làm việc định mức được đảm

bảo khi làm việc với nhiệt độ không thay đổi và bằng 980C Bởi vậy máy

biến áp có thời gian làm việc định mức ứng vời trường hợp nhiệt độ cao

nhất của cuộn dây không thay đổi và bằng 980C.

Trong điều kiện như vậy cách điện của máy biến áp chịu sự hao mòn định mức

Độ tăng nhiệt độ của cuộn dây máy biến áp so với nhiệt độ không khíxung quanh phụ thuộc vào công suất phụ tải

Công suất định mức của máy biến áp được quyết định phù hợp với độtăng nhiệt độ định mức cuộn dây so với nhiệt độ không khí Mặt kháckhi chọn công suất định mức của máy biến áp còn phải tính đến khả năng quátải của chúng : quá tải thường xuyên và quá tải sự cố

Quá tải thường xuyên của máy biến áp là một phần thời gian làm việcphụ tải của máy biến áp vượt quá công suất định mức của chúng , phần thờigian còn lại của chu kì khảo sát (ngày , năm ) phụ tải của máy biến ápthấp hơn công suất định mức của chúng

Quá tải sự cố là sự cho phép làm việc của máy biến áp trong điềukiện sự cố mà không gây hư hỏng chúng

Máy biến áp được chọn phải đảm khả năng tải hết công suất phát từnhà máy , đồng thời khi một máy một máy biến áp ngừng làm việc thì cácmáy biến áp còn lại vẫn phải cung cấp đủ công suất cần thiết cho phụ tải

Để chọn máy biến áp cho các phương án ta dựa vào sơ đồ nối dây

đã thiết kế ở chương 2 để biết được số lượng và cách mắc các máy biến áp, từ đó tiến hành chọn chủng loại , công suất và thông số kĩ thuật khác củamáy biến áp

• Máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây mắc theo sơ đồ bộ MF- MBA thì công

suất được chọn theo công thức sau :

Bdm Fdm

S

Trong đó :

SBdm : Là công suất định mức của máy biến áp

SFdm : Là công suất định mức của máy phát

• Máy biến áp tự ngẫu thì công suất định mức được chọn theo biểu thức :

Fdm Bdm S S

α

1

≥

Với α là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:

5 , 0 220

110 220

U U

α

Ở đây khi chọn máy biến áp cho các phương án ta giả thiết rằngcác máy biến áp đã được chế tạo tại nơi lắp đặt nên không hiệu chỉnh lạicông suất định mức của nó theo nhiệt độ nữa

Sau khi chọn xong công suất định mức của máy biến áp ta cần kiểmtra lại khả năng tải của máy biến áp trong các điều kiện sự cố xem có thoảmãn hay không , nếu không thoả mãn thì phải chọn lại công suất địnhmức của máy biến áp

2.2.1.Phương án 1

a.Chọn máy biến áp

Chọn máy biến áp 2 cuộn dây phía 110kV B3, B4:

Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4được chọn theo điều kiện:

) ( 75

4

S B dm = B dm ≥ Fdm =

Do đó ta chọn B3 , B4 loại : ТДД-80 có các thông số kỹ thuật:

(Tra theo trang 151 sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của PGS Nguyễn Hữu Khái)

Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 được chọn theo điều kiện:

) ( 150 75 5 , 0

1 1

2

S B dm = B dm ≥ Fdm = =

α

Do đó ta chọn B3 , B4 loại : ATдцTH -160 có các thông số kỹ thuật:

(Tra theo trang 156 sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của PGS Nguyễn Hữu Khái)

b.Phân bố công suất cho các máy biến áp

Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4:

Để vận hành kinh tế và thuận tiện, đối với bộ máy phát điện - máy biến áp 2cuộn dây ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là làm việc liên tụcvới phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng :

) ( 3 , 69 4

8 , 22 75

4

1

SB3 =S B4 =S Fdm− S tdmax = − = MVA

Máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 :

- Công suất phía cao áp :

- Công suất phía trung áp:

) 2 (

2

1 ) 2 ( ) 1 (

ST B =S T B = S UT − S B3

- Công suất phía hạ áp:

) 1 ( ) 1 ( ) 2 ( ) 1 (

SH B =S H B =S C B +S T B

Kết quả tính toán phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu B1

và B2 được cho trong bảng sau :

Dấu “ - ” trước công suất của phía trung có nghĩa là chỉ chiều truyền tải công suất

từ phía trung áp sang phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu Như vậy, máy biến áp

tự ngẫu làm việc trong chế độ tải công suất từ hạ và trung áp lên cao áp

c.Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp

Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4:

Vì công suất của máy biến áp B3, B4 đã được chọn lớn hơn công suất định mứccủa máy phát điện Đồng thời từ 0 - 24h luôn cho bộ máy phát điện - máy biến ápnày làm việc với phụ tải bằng phẳng nên đối với máy biến áp B3, B4 ta không cầnphải kiểm tra khả năng quá tải

Máy biến áp liên lạc B1 và B2 :

- Quá tải bình thường:

Từ bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu ta thấy trongđiều kiện làm việc bình thường các máy biến áp tự ngẫu B1, B2 không bị quá tải

- Quá tải sự cố:

Sự cố một máy biến áp 2 cuộn dây bên trung áp :

Xét sự cố xảy ra khi SUT = SUTmax = 90,91 MVA

Khi đó SVHT = 143,54 MVA; SUF = 14,12 MVA; STDmax = 22,8 MVA.

Phân bố công suất tại các phía của máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố:

- Công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu :

MVA S

S S

4

1 75 ( 91 , 90 (

2

1 )) 4

1 (

S

S Fdm TD U 14 , 12 62 , 24

2

1 8 , 22 4

1 75

2

1

4

1 S

Vì lượng công suất này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệthống không bị mất ổn định

Sự cố một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải trung áp cực đại:

Xét sự cố xảy ra khi SUT = SUTmax = 90.91 MVA

Khi đó SVHT = 143,54 MVA; SUF = 14,12 MVA; STDmax = 22,8 MVA

Phân bố công suất tại các phía của máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố:

- Công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu :

MVA S

S

S T = UTmax − 2 B3 = 90 , 91 − 2 69 , 3 = − 47 , 69

- Công suất phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu :

MVA S

S

S Fdm TD U 22 , 8 14 , 12 55 , 18

4

1 75

4

1 S

Vì lượng công suất này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệthống không bị mất ổn định

Kết luận : Các máy biến áp đã chọn cho phương án 1 hoàn toàn đảm bảo điều

kiện quá tải bình thường và quá tải sự cố

d.Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp

Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây B3, B4 :

Do bộ máy biến áp - máy phát điện làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt

cả năm SB3 = SB4 = 69,3 MVA nên tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộndây là :

)

Wh ( 54 , 2650956

8760 80

3 , 69 310 8760 70

2 2

3

3 0

2

k

T S

S P T P

dm B

B N cd

1

2

1 2

1

P P

T NC

5 , 0

380 5 , 0 380 5 , 0 2

1 2

1

W 190 380 2

1

2

1 2

1

2 2

2

k P

P P

P

k P

P P

P P

T NC H

NC H

NT NH

T NC H

NC H

NT T

NC NT

08 , 50921 570 03 , 22509 190 45 , 141356

190 160

365 8760 85

08 , 50921 4

5004

2 92 , 7 2 76 , 40 2 18 , 42 2 18 , 42 4 96 , 62 2 32 , 34 6 73 , 35

03 , 22509 4

67

,

30

2 85 , 23 2 85 , 23 2 85 , 23 2 93 , 32 4 93 , 32 2 21 , 35 6 21 , 35

45 , 141356 4

71

,

80

2 77 , 71 2 61 , 64 2 03 , 66 2 11 , 75 4 89 , 95 2 53 , 69 6 94 , 70

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2

2 2

2 2

2 2

2 2

2

2 2

2 2

2 2

2 2

i

Ti

i Ci

=

+ +

+ +

+ +

+ +

+

=

= +

+ +

+ +

+ +

+

=

= +

+ +

+ +

+ +

e.Tính dòng điện cưỡng bức của các mạch

Các mạch phía điện áp cao 220kV :

- Đường dây nối giữa hệ thống điện và nhà máy điện thiết kế là một đường dây

kép nên dòng điện cưỡng bức bằng :

kA U

S I

C

VHT

220 3

77 , 191

3

max )

1

- Mạch cao áp của máy biến áp tự ngẫu :

Khi bình thường: SCmax = 95,89MVA

Khi sự cố một máy biến áp : SCmax = 102,87 MVA

Do đó dòng cưỡng bức trong mạch cao áp của máy biến áp tự ngẫu bằng :

kA U

S I

C

C

220 3

87 , 102

3

max )

2

Vậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp cao 220kV là :

I cbC =Max{I cb(1),I cb(2)}= 0 , 5kA

Các mạch phía điện áp trung 110 kV :

- Phụ tải trung áp gồm 2 đường dây kép x 40MW, PTmax= 80MW, cosφ = 0,88

Do đó dòng điện cưỡng bức trên mạch đường dây phụ tải trung áp bằng :

kA U

P I

T

T

88 , 0 110 3

40 cos

3 3

max )

S I

T

Fdm

110 3

75 05 , 1 3 05 , 1

) 4

- Dòng điện cưỡng bức phía trung áp của máy biến áp liên lạc:

T

T cb

U

S I

3

max )

5 ( =

Trong đó : STmax - công suất lớn nhất bên trung của máy biến áp tự ngẫu.

Khi bình thường : STmax = 34,66MVA

Khi sự cố một máy biến áp 2 cuộn dây :

MVA S

S S

4

1 75 ( 91 , 90 (

2

1 )) 4

1 (

.(

2

1

max max

Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu :

MVA S

S

S Tmax = 2 B3 − UTmin = 2 69 , 3 − 68 , 18 = 70 , 42

Do đó :

kA U

S I

T

T

110 3

42 , 70 3

max )

S I

Fdm

Fdm

5 , 10 3

75 05 , 1

3 05 , 1

) 6

a.Chọn máy biến áp

Máy biến áp 2 cuộn dây B4được chọn theo điều kiện:

) ( 75

S B dm ≥ Fdm =

Do đó ta chọn B4 loại : ТДД-80 có các thông số kỹ thuật:

(Tra theo trang 151 sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của PGS Nguyễn Hữu Khái)

Chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2 :

Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 được chọn theo điều kiện:

) ( 150 75 5 , 0

1 1

2

S B dm = B dm ≥ Fdm = =

α

Do đó ta chọn B3 , B4 loại : ATдцTH -160 có các thông số kỹ thuật:

(Tra theo trang 156 sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của PGS Nguyễn Hữu Khái)

S B3dm ≥ Fdm = 75

Do đó ta chọn B3loại : ТДД-80 có các thông số kỹ thuật:

(Tra theo trang 155 sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của PGS Nguyễn Hữu Khái)

b.Phân bố công suất cho các máy biến áp

Máy biến áp 2 cuộn dây B4 ,B3 :

Để vận hành kinh tế và thuận tiện, đối với bộ máy phát điện - máy biến áp 2cuộn dây ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là làm việc liên tụcvới phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng :

MVA S

S

4

8 , 22 75

Máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 :

- Công suất phía cao áp :

) (

2

1 ) 2 ( ) 1 (

SC B =S C B = S VHT −S B3

- Công suất phía trung áp:

) 1 (

2

1 ) 2 ( ) 1 (

ST B =S T B = S UT − S B4

- Công suất phía hạ áp:

) 1 ( ) 1 ( ) 2 ( ) 1 (

SH B =S H B =S C B +S T B

Kết quả tính toán phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu B1

và B2 được cho trong bảng sau :

t(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-24

S C (MVA ) 36,29 34,88 61,25 40,47 31,38 29,96 37,12 46,06

S T (MVA) -0,56 -0,56 1,71 1,71 10,8 10,8 10,8 3,98

S H (MVA) 35,73 34,32 62,96 42,18 42,18 40,76 47,92 50,04

Dấu “ - ” trước công suất của phía trung có nghĩa là chỉ chiều truyền tải công suất

từ phía trung áp sang phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu Như vậy, máy biến áp

tự ngẫu làm việc trong chế độ tải công suất từ hạ và trung áp lên cao áp

c.Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp

Máy biến áp 2 cuộn dây B4 ,B3:

Vì công suất của máy biến áp B4 đã được chọn lớn hơn công suất định mức củamáy phát điện Đồng thời từ 0 - 24h luôn cho bộ máy phát điện - máy biến áp nàylàm việc với phụ tải bằng phẳng nên đối với máy biến áp B4 ta không cần phảikiểm tra khả năng quá tải

Máy biến áp liên lạc B1 và B2 :

Quá tải bình thường:

Từ bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu ta thấy côngsuất qua các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu đều nhỏ hơn công suất tính toán :

Stt = αSTNđm = 0,5.160 = 80MVA Vậy trong điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp tự ngẫu B1, B2không bị quá tải

Quá tải sự cố:

Sự cố một máy biến áp 2 cuộn dây bên trung áp :

Xét sự cố xảy ra khi SUT = SUTmax = 90,91 MVA

Khi đó SVHT = 143,54 MVA; SUF = 14,12 MVA; STDmax = 22,8 MVA

Phân bố công suất tại các phía của máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố:

- Công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu :

MVA S

S T UT 90 , 91 45 , 46

2

1

S

S Fdm TD U 14 , 12 62 , 24

2

1 8 , 22 4

1 75

2

1

4

1 S

Sthiếu = SVHT – 2.SC – SB3 = 143,54 – 2.16,78 – 69,3 = 40,68 MVA < SDT = 160MVA

Vì lượng công suất này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệthống không bị mất ổn định

Sự cố một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải trung áp cực đại:

Xét sự cố xảy ra khi SUT = SUTmax = 90,91 MVA

Khi đó SVHT = 143,54 MVA; SUF = 14,12MVA; STDmax = 22,8 MVA

Phân bố công suất tại các phía của máy biến áp tự ngẫu khi xảy ra sự cố:

- Công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu :

MVA S

S

S T = UTmax − 1 B3 = 90 , 91 − 69 , 3 = 21 , 61

- Công suất phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu :

MVA S

S

S Fdm TD U 22 , 8 14 , 12 55 , 18

4

1 75

4

1 S

Sthiếu = SVHT – SC – SB3= 143,54 – 33,57– 69,3 = 40,67 MVA < SDT = 160 MVA

Vì lượng công suất này nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống nên hệthống không bị mất ổn định

Kết luận : Các máy biến áp đã chọn cho phương án 2 hoàn toàn đảm bảo điều

kiện quá tải bình thường và quá tải sự cố

d.Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp

Tổn thất điện năng trong máy biến áp 2 cuộn dây phía trung B4 :

Do bộ máy biến áp - máy phát điện làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt cảnăm SB4= 69,3 MVA nên tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây là :

)

Wh ( 54 , 2650956

8760 80

3 , 69 310 8760 70

2 2

3

4 0

2

k

T S

S P T P

dm B

B N cd

∆

=

∆Α

Tổn thất điện năng trong máy biến áp 2 cuộn dây phía cao B1 :

Do bộ máy biến áp - máy phát điện làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt

cả năm SB3 = 69,3 MVA nên tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dâyphía cao là :

Wh 62 , 2804290

8760 80

3 , 69 320 8760 80

2 2

5

3 0

5

k

T S

S P T P

dm B

B N B

1

2

1 2

1

P P

T NC

W 190 380 2

1

2

1 2

1

P P

T NC

5 , 0

380 5 , 0 380 5 , 0 2

1 2

08 , 50921 570 26 , 783 190 7 , 43686 190 160

365 8760 85

08 , 50921 4

04

,

50

2 92 , 47 2 76 , 40 2 18 , 42 2 18 , 42 4 96 , 62 2 32 , 34 6 73 , 35

26 , 783 4

7 , 43686 4

06

,

46

2 12 , 37 2 96 , 29 2 88 , 31 2 47 , 40 4 25 , 61 2 88 , 34 6 29 , 36

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2

2 2

2 2

2 2

2 2

2

2 2

2 2

2 2

2 2

+ +

+ +

+ +

+

=

= +

+ +

+ +

+ +

− +

−

=

= +

+ +

+ +

+ +

e.Tính dòng điện cưỡng bức của các mạch

Các mạch phía điện áp cao 220kV :

- Đường dây nối giữa hệ thống điện và nhà máy điện thiết kế là một đường dây

kép nên dòng điện cưỡng bức bằng :

kA U

S I

C

VHT

220 3

77 , 191

3

max )

1

- Mạch cao áp của máy biến áp tự ngẫu :

Khi bình thường : SCmax = 61,25 MVA

Khi sự cố một máy biến áp : SCmax = 33,57 MVA

Do đó dòng cưỡng bức trong mạch cao áp của máy biến áp tự ngẫu bằng :

kA U

S I

C

C

220 3

25 , 61

3

max )

S I

C

Fdm

220 3

75 05 , 1 3 05 , 1

) 7

Vậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp cao 220kV là :

I cbC =Max{I cb(1),I cb(2),I cb(7)}= 0 , 5kA

Các mạch phía điện áp trung 110 kV :

- Phụ tải trung áp gồm 2 đường dây cáp kép x 40MW, PTmax= 80MW, cosφ =0,88

Do đó dòng điện cưỡng bức trên mạch đường dây phụ tải trung áp bằng :

kA U

P I

T

T

88 , 0 110 3

40 cos

3 3

max )

S I

T

Fdm

110 3

75 05 , 1 3 05 , 1

) 4

- Dòng cưỡng bức phía trung áp của máy biến áp liên lạc :

T

T cb

U

S I

3

max )

5 ( =

Trong đó : STmax - công suất lớn nhất bên trung của máy biến áp tự ngẫu

Khi bình thường : S = 13,93 MVA

Khi sự cố một máy biến áp 2 cuộn dây :

MVA S

S T UT 90 , 91 45 , 46

2

1

S

S Tmax = UTmax − 2 B3 = 90 , 91 − 2 69 , 3 = − 47 , 69

Do đó :

kA U

S I

T

T

110 3

69 , 47 3

max )

75 05 , 1

3 05 , 1

) 6

U

S I

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Trong hệ thống điện nói chung và các nhà máy điện nói riêng, các khí cụ điện và dây dẫn cần làm việc đảm bảo an toàn kinh tế ở chế độ bình thường, đồng thời chịu được những tác động cơ, nhiệt lớn khi có sự cố, đặc biệt trong sự cố ngắnmạch Việc tính toán dòng điện ngắn mạch nhằm giúp cho việc chọn đúng các khí

cụ điện và dây dẫn của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch xảy ra

Do đây là quá trình thiết kế sơ bộ cho nên ta có thể dùng phương phápgần đúng để tính toán ngắn mạch đó là phương pháp đường cong tính toán

Ta cần phải xác định rõ điểm ngắn mạch nặng nề nhất cho các mạch ởcác cấp điện áp , đấy là điểm mà khi ngắn mạch dòng ngắn mạch qua nó

là lớn nhất

3.1 Tính điện kháng các phần tử trong sơ đồ thay thế

Chọn đại lượng cơ bản : Scb = 100 MVA

Ucb = Utbđm

Dòng cơ bản ở cấp điện áp máy phát : Ucb1 = 10,5 kV

Dòng cơ bản ở cấp điện áp trung : Ucb2 = 110 kV

Dòng cơ bản ở cấp điện áp cao : Ucb3 = 230 kV

- §iÖn kh¸ng cña hÖ thèng :

054 , 0 3500

100 9 , 1

=

ht

cb dm ht

S

S X X

- Điện kháng của đường dây kép:

nhà máy thiết kế nối với hệ thống bằng một đường dây kép có chiều dài

Dòng điện làm việc bình thường là :

kA U

S c

220 3 2

77 , 191

3 2

h S

t S VTHm

i VHTi i

27 , 6951 )

4 42 , 161 2 54 , 143 2 22 ,

129

2 05 , 132 2 23 , 150 4 77 , 191 2 06 , 139 6 87 , 141 ( 51 , 194 365

T

24

0 m

= +

+ +

+ +

+ +

10 255 , 0

mm J

I F

I

Trong đó :

cp ,

I cb = 2 lvbt = 2 255 = 510

969 , 537 610 25 70

35 70

I

0

0 cp

cp cp

k

θ θ

θ θ

3 2

230

100 2

90 413 , 0

2

.

mm U

S L X X

cb

cb

X1 = Xht + Xd = 0,054 + 0,035 = 0,089

- Máy biến áp tự ngẫu :

1

%

0 32 20 11 2

1

%

%

% 2

1

%

5 , 11 20 32 11 2

1

%

%

% 2

1

%

=

− +

×

=

− +

×

=

≈

− +

×

=

− +

×

=

=

− +

×

=

− +

NT H

NC NH

H NC H

NT T

NC NT

H NT H

NC T

NC NC

U U

U U

U U

U U

U U

U U

Điện kháng thay thế:

128 , 0 160

100 100

5 , 20 100

%

0 160

100 100

0 100

%

072 , 0 160

100 100

5 , 11 100

H

TNdm

cb NT

T

TNdm

cb NC

C

S

S U

X

S

S U

X

S

S U

100 100

5 , 10 100

S

S U

X X

- Máy biến áp hai dây quấn bên cao :

138 , 0 80

100 100

11 100

%

dm

cb N

S

S U

X

- Máy phát điện :

195 , 0 75

100 0,146

"

12 11 10

Fdm

cb d S

S X X X X X

3.2 Chọn các điểm để tính toán ngắn mạch