Thiết kế phần điện nhà máy điện công suất 500W

Thiết kế phần điện nhà máy điện công suất 500W

N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN MụC LụC MụC LụC Lời nói đầu .5 Phần i: thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện công suất 500mw Chơng I. Chọn máy phát điện - tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.1. Chọn máy phát điện 6 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất . 6 1.2.1. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy .6 1.2.2. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy .7 1.2.3. Đồ thị phụ tải địa phơng . 8 1.2.4. Đồ thị phụ tải cấp 110kV 9 1.2.5. Đồ thị phụ tải cấp 220kV 10 1.2.6. Đồ thị công suất phát vào hệ thống .11 Chơng II. Xác định các phơng án - chọn máy biến áp 2.1. Đề xuất các phơng án . 15 2.1.1. Phơng án 1 . 16 2.1.2. Phơng án 2 . 16 2.1.3. Phơng án 3 . 17 2.1.4. Phơng án 4 . 18 2.2. Tính toán chọn máy biến áp .19 2.2.1. Ph ơng án I . 19 a. Chọn máy biến áp (MBA) . 19 b. Phân phối công suất cho các MBA và các cuộn dây MBATN .20 c. Kiểm tra quá tải . 20 2.2.2. Ph ơng án II . 24 a. Chọn máy biến áp 24 b. Phân phối công suất các MBA và các cuộn dây MBATN 24 c. Kiểm tra quá tải 25 2.3. Tính tổn thất điện năng .29 2.3.1. Ph ơng án I . 30 2.3.2. Ph ơng án II 31 2.4. Tính toán dòng cỡng bức 32 HONG TH THU H - LP HT1 - K50 1 N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN 2.4.1. Ph ơng án I 33 2.4.2. Ph ơng án II 34 Chơng III. Tính toán ngắn mạch 3.1. Ph ơng án I 37 3.1.1. Điểm ngắn mạch N 1 . 39 3.1.2. Điểm ngắn mạch N 2 . 41 3.1.3. Điểm ngắn mạch N 3 . 43 3.1.4. Điểm ngắn mạch N 4 . 45 3.1.5. Điểm ngắn mạch N 5 45 3.2. Ph ơng án II . 46 3.2.1. Điểm ngắn mạch N 1 . 47 3.2.2. Điểm ngắn mạch N 2 . 49 3.2.3. Điểm ngắn mạch N 3 51 3.2.4. Điểm ngắn mạch N 4 53 3.2.5. Điểm ngắn mạch N 5 . 53 Chơng IV. Tính toán kinh tế kỹ thuật - chọn phơng án tối u 4.1. Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối .53 4.2. Chọn máy cắt cho các mạch 55 4.3. Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phơng án tối u . 56 4.3.1. Các chỉ tiêu kinh tế của phơng án I . 57 4.3.2. Các chỉ tiêu kinh tế của phơng án II . 59 4.4. So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chọn phơng án tối u 60 Chơng V. Chọn khí cụ điện và dây dẫn 5.1. Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát . 61 5.2. Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng 64 5.3. Chọn thanh góp và thanh dẫn mềm . 65 5.4. Chọn máy cắt trong mạch điện chính 71 5.5. Chọn dao cách ly trong mạch điện chính . 72 5.6. Chọn cáp và kháng đờng dây cho phụ tải địa phơng 72 5.6.1. Chọn cáp cho phụ tải địa phơng 72 5.6.2. Chọn kháng đờng dây cho phụ tải địa phơng . 75 HONG TH THU H - LP HT1 - K50 2 N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN 5.6.3. Chọn máy cắt sau kháng điện . 81 5.6.4. Chọn dao cách ly trên kháng điện (mạch địa phơng) 82 5.7. Chọn chống sét van cho các cấp điện áp 82 5.8. Chọn BU và BI 83 5.8.1. Cấp điện áp 220kV 83 5.8.2. Cấp điện áp 110kV 84 5.8.3. Cấp điện áp 10,5kV 85 Chơng VI. Chọn sơ đồ và các thiết bị tự dùng 6.1. Sơ đồ tự dùng 90 6.2. Chọn các thiết bị điện và khí cụ điện tự dùng 91 6.2.1. Chọn máy biến áp tự dùng 10,5 / 6,3 kV 91 6.2.2. Chọn máy cắt 10,5kV 92 6.2.3. Chọn dao cách ly 10,5kV 92 6.2.4. Chọn máy biến áp tự dùng 6,3/0,4 kV 93 6.2.5. Chọn máy cắt 6,3 kV .93 6.2.6. Chọn Aptômat 95 PHầN II KHảO SáT ổn định động khi ngắn mạch ba pha tại một đầu đ- ờng dây (phía nhà máy) nối với hệ thống 1.Tính toán các thông số và sơ đồ thay thế 98 1.1. Máy phát .99 1.2. Máy biến áp tự ngẫu ba pha 99 1.3. Máy biến áp ba pha hai cuộn dây 100 1.4. Đờng dây nối thanh góp 220kV với hệ thống . 100 1.5. Tính toán phụ tải trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản 102 2. Tính sức điện động đẳng trị E' của nhà máy .103 2.1.Tính sức điện động đẳng trị 1,2 E' .104 2.2.Tính sức điện động đẳng trị 3,4 E' .105 2.3.Tính sức điện động đẳng trị 5 E' 107 3. Ghép đẳng trị các máy phát 108 4. Khảo sát ổn định động của hệ thống khi ngắn mạch ba pha tại HONG TH THU H - LP HT1 - K50 3 N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN đầu đờng dây nối nhà máy với hệ thống .112 4.1. Đặc tính công suất trong chế độ xác lập trớc khi ngắn mạch . 112 4.2. Đặc tính công suất khi ngắn mạch ba pha tại đầu đờng dây nối nhà máy với hệ thống .114 4.3. Đặc tính công suất sau khi ngắn mạch ba pha tại đầu đờng dây nối nhà máy với hệ thống 116 5. Tính góc cắt giới hạn .118 6. Tính thời gian cắt ngắn mạch cho phép 120 TàI LIệU THAM KHảO . 122 HONG TH THU H - LP HT1 - K50 4 N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN Lời nói đầu Lời nói đầu Trong thời kỳ công nghiệp hoá-hiện đại hoá đất nớc, ngành điện giữ một vai trò rất quan trọng đối với việc phát triển kinh tế và nâng cao mọi mặt đời sống xã hội. Trong đời sống, điện năng rất cần cho sinh hoạt và phục vụ sản xuất. Trớc sự phát triển mạnh mẽ của xã hội, đòi hỏi phải có thêm nhiều nhà máy điện để đáp ứng cho nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng, tạo điều kiện cho sự phát triển của đất nớc. Trong hệ thống điện, các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi năng lợng sơ cấp nh than, dầu, khí đốt, thuỷ năngthành điện năng. Hiện nay ở nớc ta lợng điện năng đợc sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỉ trọng lớn nh thập kỷ 80. Tuy nhiên, với thế mạnh nguồn nguyên liệu nh ở nớc ta, tính chất phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điệnthì việc củng cố và xây dựng mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu đối với giai đoạn phát triển hiện nay. Là sinh viên ngành Hệ thống điện, việc thực hành và rèn luyện kỹ năng thiết kế nhà máy điện là rất quan trọng. Đồ án tốt nghiệp thiết kế phần điện nhà máy điện là một cơ hội để mỗi sinh viên ôn luyện, trau dồi kiến thức chuyên ngành, phục vụ hữu ích cho công việc thực tế sau này. Đồ án thiết kế tốt nghiệp gồm có 2 phần: Phần I: Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện công suất 500MW. Phần II: Khảo sát ổn định động khi ngắn mạch ba pha tại một đầu đờng dây (phía nhà máy) nối với hệ thống. Mặc dù đã rất cố gắng song kiến thức và kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên bản đồ án thiết kế tốt nghiệp của em có thể còn nhiều thiết sót, em rất mong nhận đợc sự góp ý của các thầy, cô. Em xin chân thành cảm ơn thầy Đào Quang Thạch cùng các thầy cô giáo khác trong bộ môn Hệ thống điện đã nhiệt tình hớng dẫn để em có thể hoàn thành đồ án này. Hà Nội, ngày 23 tháng 5 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn văn vinh lớp htĐ3 k51 HONG TH THU H - LP HT1 - K50 5 N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN Phần i: thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện CHƯƠNG I Chọn máy phát điện - tính toán phụ tải - cân bằng công suất 1.1. Chọn máy phát điện Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 100MW cung cấp cho phụ tải địa phơng cấp 10kV, phụ tải trung áp 110kV, phụ tải cao áp 220kV và nối với hệ thống ở cấp 220kV, hệ số công suất của phụ tải tự dùng là 0,85. Để thuận tiện cho việc xây dựng và vận hành ta chọn các máy phát điện cùng loại. Căn cứ vào các yêu cầu trên ta chọn 5 máy phát loại TB -100 - 2 với các thông số kỹ thuật đợc ghi trong bảng sau: Bảng 1-1 dm S (MVA) dm P (MW) n (V/p) dm U (kV) cos dmStator I (kA) X d X d ' X d 117,65 100 3000 10,5 0,85 6,475 0,183 0,263 1,79 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Điện năng là một dạng năng lợng đặc biệt, nó ít có khả năng tích lũy với công suất lớn bởi vậy điện năng sản xuất ra đến đâu phải tiêu thụ đến đó. Lợng điện năng do các nhà máy điện phát ra phải cân bằng với lợng điện năng tiêu thụ của phụ tải tại mọi thời điểm. Trong thực tế mức độ tiêu thụ điện năng của phụ tải luôn thay đổi theo thời gian. Do đó việc tìm đợc đồ thị phụ tải là một việc rất quan trọng với ngời thiết kế và ngời vận hành, vì nhờ có đồ thị phụ tải ta có thể lựa chọn đợc phơng án, sơ đồ nối điện phù hợp để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng dung lợng của máy biến áp, phân bố đợc công suất tối u giữa các nhà máy điện hoặc giữa các tổ máy trong một nhà máy điện. Để chọn đúng dung lợng và tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp, cần thiết lập sơ đồ phụ tải ngày của nhà máy. Máy biến áp đợc chọn theo công suất biểu kiến, mặt khác hệ số cos của các cấp điện áp khác nhau không nhiều nên cân bằng công suất có thể tính toán dạng công suất biểu kiến ở các cấp điện áp của nhà máy thiết kế. 1.2.1. Đồ thị phụ tải nhà máy (NM) Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất định mức là 100MW với hệ số công suất định mức cos F = 0,85. Công suất đặt của toàn nhà máy là: HONG TH THU H - LP HT1 - K50 6 N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN dmNM S = = = = dmF dmF P 100 5.S 5. 5. 558,2353 cos 0,85 MVA Công suất phát của nhà máy tại các thời điểm t trong chế độ làm việc bình thờng đợc tính toán theo công thức sau: NM S (t) = NM dmF F P %(t) (5.P ) . 100 cos (MVA) Trong đó: - NM S (t) : Công suất biểu kiến của phụ tải nhà máy tại thời điểm t (MVA) - dmF P : Công suất tác dụng định mức của máy phát (MW) - NM P %(t) : Công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng % công suất cực đại (%) - cos F : Hệ số công suất định mức của máy phát; cos F = 0,85. Phụ tải nhà máy tại các thời điểm t đợc tổng kết trong bảng sau: Bảng 1-2 t (h) 0-8 8-12 12-14 14-18 18-24 NM P %(t) 85 100 85 100 80 NM S (t) (MVA) 500 588,2353 500 588,2353 470,5882 Hình 1: Đồ thị phụ tải nhà máy 1.2.2. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy Theo nhiệm vụ thiết kế, ta có công suất tự dùng cực đại bằng 6,1% công suất định mức của nhà máy với hệ số công suất cos td = 0,85. Công suất tự dùng lớn nhất của nhà máy là: HONG TH THU H - LP HT1 - K50 7 N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN tdmax S = dmNM td P% 6,1 5.100 . . 35,8824 100 cos 100 0,85 = = MVA Công suất tự dùng theo thời gian đợc xác định theo công thức sau: td S (t) = dmNM NM t dmNMd P S (t)% . (0,4 0,6. ) 100 cos S + (MVA) Trong đó: - td S (t) : Công suất biểu kiến của phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA) - dmNM P : Công suất tác dụng định mức của nhà máy; dmNM P = 5.100 = 500MVA - dmNM S : Công suất đặt của nhà máy; dmNM S = 588,2353MVA - NM S (t) : Công suất phát của nhà máy tại thời điểm t (MVA) - %: Phần trăm công suất điện tự dùng cực đại; % = 6,1% Bảng 1-3 t (h) 0-8 8-12 12-14 14-18 18-24 NM P %(t) 85 100 85 100 80 NM S (t) (MVA) 500 588,2353 500 588,2353 470,5882 td S (t) (MVA) 32,6529 35,8824 32,6529 35,8824 31,5765 Hình 2: Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy 1.2.3. Đồ thị phụ tải địa phơng (10kV) Phụ tải địa phơng của nhà máy có: dmdp U = 10kV, max P = 23MW, cos dp = 0,84. HONG TH THU H - LP HT1 - K50 8 N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN Dựa vào bảng biến thiên phụ tải địa phơng hàng ngày ta xác định phụ tải địa phơng tại từng thời điểm theo công thức sau: dp S (t) = dp max dp P %(t) .P 100.cos (MVA) Trong đó: - dp S (t) : công suất biểu kiến của phụ tải địa phơng tại thời điểm t (MVA) - max P : công suất tác dụng của phụ tải địa phơng cực đại (MW) - dp P %(t) : % công suất cực đại của phụ tải địa phơng tại thời điểm t (%). - cos dp : hệ số công suất trung bình của phụ tải địa phơng. Biến thiên phụ tải địa phơng đợc tổng kết trong bảng sau: Bảng 1-4 t (h) 0-7 7-12 12-15 15-20 20-24 Pdp%(t) 70 85 100 90 65 Sdp(t) (MVA) 19,1667 23,2738 27,3809 24,6429 17,7976 Hình 3: Đồ thị phụ tải địa phơng 1.2.4. Đồ thị phụ tải trung áp (110kV) Phụ tải trung áp của nhà máy có: dmT U = 110 kV, max P = 120 MW, cos T = 0,89. Phụ tải trung áp tại các thời điểm t đợc tính toán theo công thức sau: T S (t) = max T T PP %(t) . 100 cos (MVA) HONG TH THU H - LP HT1 - K50 9 N TT NGHIP THIT K PHN IN NH MY NHIT IN Trong đó: - T S (t) : công suất biểu kiến của phụ tải trung áp tại thời điểm t (MVA) - max P : công suất tác dụng của phụ tải trung áp cực đại (MW) - T P %(t) : % công suất cực đại của phụ tải trung áp tại thời điểm t (%) - cos T : hệ số công suất trung bình của phụ tải trung áp. Biến thiên phụ tải trung áp đợc tổng kết trong bảng sau: Bảng 1-5 t (h) 0-8 8-12 12-15 15-20 20-24 T P %(t) 65 100 85 90 60 T S (t) (MVA) 87,6404 134,831 5 114,6067 121,3483 80,8989 Hình 4: Đồ thị phụ tải trung áp 1.2.5. Đồ thị phụ tải cao áp (220kV) Phụ tải cao áp của nhà máy có: dmC U = 220kV, max P = 310MW, cos C = 0,87 Phụ tải tại các thời điểm t đợc tính nh sau: C S (t) = C max C P %(t) P . 100 cos (MVA) Trong đó: - C S (t) : công suất biểu kiến của phụ tải cao áp tại thời điểm t (MVA) - max P : công suất tác dụng của phụ tải cao áp cực đại (MW) HONG TH THU H - LP HT1 - K50 10 [...]... máy biến áp 2.1 Đề xuất các phơng án Chọn sơ đồ nối điện chính là một khâu rất quan trọng trong thiết kế nhà máy điện, các phơng án đa ra phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải đồng thời phải thể hiện tính khả thi và đem lại hiệu quả kinh tế Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy điện có 5 tổ máy với công suất định mức của mỗi tổ máy là 100MW, có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải các cấp điện. .. S(t) Trong đó : SHT(t): công suất phát về hệ thống tại thời điểm t (MVA) SNM(t): công suất phát của nhà máy tại thời điểm t (MVA) Sf (t): công suất phụ tải địa phơng tại thời điểm t (MVA) ST(t): công suất phụ tải trung áp tại thời điểm t (MVA) SC(t): công suất phụ tải cao áp tại thời điểm t (MVA) STD(t): công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t (MVA) S(t) : tổn thất công suất tronghệ thống tại... khoảng thời gian 18-24h Qua kết quả tính toán và các đồ thị phụ tải ta nhận thấy phụ tải nhà máy phân bố không đều trên cả ba cấp điện áp Công suất tổng của hệ thống (không kể nhà máy thiết kế) là 3900MVA, dự trữ quay của hệ thống là 250MVA Giá trị này lớn hơn trị số công suất cực đại mà nhà máy phát về hệ thống SHTmax = 146,7469 MVA và lớn hơn công suất định mức của một máy phát Phụ tải cao áp và trung... - Công suất truyền qua một máy biến áp tự ngẫu: Để đơn giản ta xem hệ số công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu là nh nhau Khi đó công suất các phía của một máy biến áp tự ngẫu đợc tính toán nh sau: Công suất truyền qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu là: S CTN(t) = 1 [ SHT(t) + SC(t) - 2 SBC ] 2 Công suất truyền qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu là: S TTN(t) = 1 [ S T(t) - S BT ] 2 Công suất. .. đầu t nhỏ Nhợc điểm: Công suất của hai bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây lớn hơn công suất phụ tải phía trung cả vào thời điểm phụ tải cực đại nên nguồn công suất thừa đi về phía cao áp 220kV, dòng công suất đi qua hai máy biến áp, do đó tổn thất công suất trong các máy biến áp lớn 2.1.2 Phơng án II ở phơng án II ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu 3 pha để liên lạc giữa các cấp điện áp 10,5 kV, 110kV... xem hệ số công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu là nh nhau Khi đó công suất các phía của một máy biến áp tự ngẫu đợc tính toán nh sau: 1 [ SHT(t) + SC(t) - SBC ] 2 1 Công suất truyền qua phía trung: S TTN(t) = [ S T(t) 2.S BT ] 2 Công suất truyền qua phía cao: S CTN(t) = Công suất truyền qua phía hạ: S HTN(t) = S TTN(t) + SCTN(t) Thực hiện tính toán theo các công thức trên ta có bảng kết quả sau:... quá trình tính toán kiểm tra trên ta nhận thấy các máy biến áp chọn không bị quá tải khi xảy ra sự cố trong nhà máy và hệ thống luôn bù đủ công suất thiếu hụt 2.2.2 Phơng án II a Chọn máy biến áp - Điều kiện chọn công suất máy biến áp hai cuộn dây trong bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây là: SđmB SđmF = 117,65 MVA - Điều kiện chọn công suất của máy biến áp tự ngẫu là: U C U T 220 110 1 = = 0,5... (MBA) Việc phân bố công suất cho các máy biến áp cũng nh cho các cấp điện áp của chúng đợc tiến hành theo nguyên tắc cơ bản là phân công suất cho máy biến áp trong sơ đồ bộ máy phát -máy biến áp hai cuộn dây (MF-MBA hai cuộn dây) bằng phẳng trong suốt 24h, phần thừa thiếu còn lại do máy biến áp liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất, không xét đến tổn thất trong máy biến áp HONG TH... Khi đó tất cả các máy phát đều cho phát với công suất định mức tơng ứng với phụ tải tự dùng của mỗi máy phát là cực đại c.1 Sự cố một bộ máy phát - máy biến áp bên trung Khi một bộ trung bị sự cố thì phụ tải trung áp sẽ đợc cấp điện từ hai máy biến áp tự ngẫu, dòng công suất qua máy biến áp tự ngẫu sẽ đi từ phía hạ lên phía trung và cao, khi đó cuộn hạ sẽ mang tải lớn nhất Công suất máy biến áp tự ngẫu... MVA nên dòng công suất truyền từ phía hạ lên phía trung và cao của máy biến áp tự ngẫu Khi đó cuộn hạ mang tải lớn nhất nên máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải trong trờng hợp này (do công suất máy biến áp tự ngẫu đợc tính toán lựa chọn theo chế độ cuộn hạ mang tải lớn nhất) Để đơn giản ta xem hệ số công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu là nh nhau Khi đó công suất các phía của một máy biến áp