302993

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng, theo cách nhìn tổng quát là rất rộng lớn, là vô tận. Tuy nhiên, nguồn năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay đang ngày càng trở nên khan hiếm và trở thành vấn đề cấp bách của toàn Thế giới. Đó là bởi vì để có năng lượng hữu ích dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lượng sơ cấp cần phải trải qua nhiều công đoạn như khai thác, chế biến, vận chuyển, phân phối,… Các công đoạn này đòi hỏi nhiều chi phí về tài chính, kỹ thuật cũng như các ràng buộc xã hội khác. Hiệu suất biến đổi từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối cùng nói chung là còn thấp.Vì vậy đề ra việc lựa chọn và thực hiện các phương pháp biến đổi từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối cùng để đạt hiệu quả kinh tế cao là một nhu cầu và cũng là nhiệm vụ của con người. Điện năng là một dạng năng lượng không tái tạo. Hệ thống điện là một phần của Hệ thống năng lượng nói chung, bao gồm từ các nhà máy điện, mạng điện, . đến các hộ tiêu thụ điện, trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi các dạng năng lượng sơ cấp như: than, dầu, khí đốt, thủy năng, năng lượng Mặt trời, … thành điện năng. Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỷ trọng lớn như ở những năm 80 của Thế kỷ trước. Tuy nhiên, với thế mạnh về nguồn nhiên liệu như ở nước ta, tính chất phủ phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện… thì việc hiện đại hóa và xây mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu lớn đối với giai đoạn phát triển hiện nay. Vì vậy, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành Hệ thống điện trước khi xâm nhập vào thực tế công việc. Với yêu cầu như vậy, Đồ án môn học Thiết kế Nhà máy điện được hoàn thành gồm bản thuyết minh này kèm theo các bản vẽ phần nhà máy nhiệt điện và phần chuyên đề. Bản thuyết minh gồm 6 chương trình bày toàn bộ quá trình từ chọn máy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy, đề xuất các phương án nối điện, tính toán kinh tế- kỹ thuật, so sánh để chọn phương án tối ưu đến chọn khí cụ điện cho phương án được lựa chọn. Phần này có kèm theo 1 bản vẽ A 1 . Trong quá trình thực hiện đồ án, xin chân thành cảm ơn GS.TS Lã Văn Út, PGS Nguyễn Hữu Khái cùng các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện đã hướng dẫn một cách tận tình để em có thể hoàn thành đồ án này. Hà nội, ngày 19, tháng 9, năm 2005 Sinh viên: Đỗ Hồng Anh. --- 1 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện MỤC LỤC Trang Chương I. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 3 1.1. Chọn máy phát điện 3 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 3 Chương II. Lựa chọn sơ đồ nối điện của nhà máy 9 2.1. Đề xuất các phương án 9 2.2. Chọn máy biến áp cho các phương án 13 2.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp 16 2.4. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp 23 2.5. Tính dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch 26 Chương III. Tính dòng điện ngắn mạch 35 3.1. Chọn các đại lượng cơ bản 35 3.2. Tính các dòng điện ngắn mạch cho phương án 1 35 3.3. Tính các dòng điện ngắn mạch cho phương án 2 50 Chương IV. So sánh kinh tế- kỹ thuật các phương án, lựa chọn phương án tối ưu 65 4.1. Chọn máy cắt điện 65 4.2. Tính toán kinh tế, chọn phương án tối ưu 71 Chương V. Chọn khí cụ điện và dây dẫn 78 5.1. Chọn thanh dẫn, thanh góp 78 5.2. Chọn máy cắt, dao cách ly 86 5.3. Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện 86 5.4. Chọn các thiết bị cho phụ tải địa phương 92 Chương VI. Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng 98 6.1. Chọn máy biến áp tự dùng cấp I 98 6.2. Chọn máy biến áp dự trữ cấp I 99 6.3. Chọn máy biến áp tự dùng cấp II 100 6.4. Chọn máy biến áp dự trữ cấp II 100 6.5. Chọn máy cắt phía mạch tự dùng cấp 10 kV 100 6.6. Chọn máy cắt phía mạch 6.3 kV 100 6.7. Chọn ap-to-mat cho phụ tải tự dùng cấp 0.4 kV 101 --- 2 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Điện năng tiêu thụ tại các hộ tiêu thụ điện luôn luôn thay đổi theo thời gian. Do vậy người ta phải dùng các phương pháp thống kê dự báo lập nên đồ thị phụ tải từ đó lựa chọn phương thức vận hành, chọn sơ đồ nối điện chính hợp lý đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Người thiết kế căn cứ vào đồ thị phụ tải để xác định công suất và dòng điện đi qua các thiết bị để tiến hành lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, sơ đồ nối điện hợp lý. 1.1.CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN Nhà máy điện gồm 4 máy phát, công suất mỗi máy là 50 MW, hệ số công suất cosφ= 0.8. Công suất biểu kiến định mức của mỗi máy là: S đmF = 5.62 8.0 50 cos == ϕ đmF P MVA. Chọn các máy phát điện tua-bin hơi cùng loại, điện áp định mức 10.5 kV.Tra Phụ lục II, trang 99, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”(Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004). Chọn 4 máy phát điện loại TBФ-50- 3600 do CHLB Nga chế tạo, các tham số chính của máy phát được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 1.1. Các tham số chính của máy phát điện Loại máy phát Các thông số ở chế độ định mức Điện kháng tương đối n, v/ph S, MVA P, MW U, kV cosφ I đm , kA X d ” X d ’ X d TBФ-50-3600 3000 62.5 50 10.5 0.8 5.73 0.1336 0.1786 1.4036 1.2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.2.1. Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát (10.5 kV) Phụ tải cấp điện áp máy phát: P UFmax = 17.6 MW; cosφ= 0.8 → S UFmax = 22 8.0 6.17 cos max == ϕ UF P MVA. Áp dụng các công thức: max 100 )%( )( P tP tP = , MW ϕ cos )( )( tP tS = , MVA Trong đó: --- 3 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện P max : công suất tác dụng của phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại, MW P(t) : công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t, MW S(t) : công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t, MVA cosφ : hệ số công suất của phụ tải. Sẽ tính được công suất của phụ tải ở các khoảng thời gian khác nhau trong ngày. Bảng 1.2. Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát Thời gian, (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 Công suất P, (%) 70 80 100 85 65 P, (MW) 12.32 14.08 17.6 14.96 11.44 S, (MVA) 15.4 17.6 22 18.7 14.3 Từ đó vẽ được biểu đồ phụ tải. Hình 1.1. Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 1.2.2. Tính toán phụ tải cấp điện áp trung (110 kV) Phụ tải cấp điện áp trung: P UTmax = 85 MW, cosφ= 0.8 → S UTmax = 25.106 8.0 85 cos max == ϕ UT P MVA Tính toán tương tự như với cấp điện áp máy phát. Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau. Bảng 1.3. Công suất phụ tải cấp điện áp trung Thời gian, (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 Công suất P, (%) 80 90 80 100 75 P, (MW) 68 76.5 68 85 63.75 S, (MVA) 85 95.625 85 106.25 79.6875 --- 4 --- ỏn mụn hc Thit k nh mỏy in Hỡnh 1.2. th ph ti cp in ỏp trung 1.2.3. Tớnh toỏn cụng sut phỏt ca nh mỏy in Nh mỏy gm 4 mỏy phỏt, mi mỏy cú cụng sut nh mc P Fm = 50 MW. Cụng sut t ca ton nh mỏy l: P NMmax = 4 ì 50= 200 MW. Cụng sut phỏt ca Nh mỏy in c tớnh theo cụng thc: max 100 % )( NMNM P P tP = , MW Cos tP tS NM NM )( )( = , MVA P NMmax = 200 MW;Cos = 0.8 ; S NMmax = 250 8.0 200 cos max == NM P MVA Từ bảng số liệu biến thiên phụ tải toàn nhà máy, áp dụng công thức trên tính cho từng khoảng thời gian ta có bảng biến thiên công suất phát của nhà máy. Bng 1.4. Cụng sut phỏt ca nh mỏy Thi gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24 Cụng sut P, (%) 70 85 95 100 75 P, (MW) 140 170 190 200 150 S, (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5 Hỡnh 1.3. th ph ti ton nh mỏy 1.2.4. Tớnh toỏn cụng sut t dựng ca nh mỏy Điện tự dùng nhà máy nhiệt điện thiết kế chiếm 8% công suất định mức của nhà máy. Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm đợc xác định theo công thức sau: S td (t) = ( ) . 0.4 0.6 NM NM NM S t S S ì + ì ữ Trong ú : - s phn trm lng in t dựng , =8% Cos td = 0.8. --- 5 --- ỏn mụn hc Thit k nh mỏy in S td (t) : cụng sut t dựng ca nh mỏy ti thi im t, MVA. S NM (t) : cụng sut nh mỏy phỏt ra ti thi im t, MVA. 0.4 - lợng phụ tải tự dùng không phụ thuộc công suất phát. 0.6 - lợng phụ tải tự dùng phụ thuộc công suất phát. Từ số liệu về công suất phát của nhà máy áp dụng công thức(1.4) ta có bảng biến thiên công suất tự dùng và đồ thị phụ tải tự dùng. Bng 1.5. Cụng sut t dựng ca nh mỏy Thi gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24 Cụng sut S NM (t) , (%) 70 85 95 100 75 S NM (t) , (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5 S td (t) , (MVA) 16.4 18.2 19.4 20 17 Hỡnh 1.4. th ph ti t dựng ca nh mỏy 1.2.5. Cụng sut phỏt v h thng in. Công suất của nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t đợc tính theo công thức: S VHT (t) = S NM (t) [S td (t) + S UF (t) + S UT (t)] Trong ú: S VHT (t) Cụng sut nh mỏy phỏt v h thng ti thi im t, MVA Sau khi tớnh c cụng sut phỏt v h thng, lp c bng cõn bng cụng sut ton nh mỏy. Bng 1.5. Bng cõn bng cụng sut ton nh mỏy Thi gian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 S NM (t), (MVA) 175 175 175 212.5 212.5 237.5 250 250 187.5 S UF (t), (MVA) 15.4 15.4 17.6 17.6 22 22 18.7 14.3 14.3 S UT (t), (MVA) 85 95.625 95.625 95.625 85 85 106.25 79.6875 79.6875 S td (t), (MVA) 16.4 16.4 16.4 18.2 18.2 19.4 20 20 17 S VHT (t), ( MVA) 58.2 47.575 45.375 81.075 87.3 111.1 105.05 136.0125 76.5125 --- 6 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) Hình 1.5. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy NHẬN XÉT: • Phụ tải cấp điện áp maý phát và tự dùng khá nhỏ (S UFmax =22 MVA, S UFmin =14.3 MVA), phụ tải cấp điện áp trung khá lớn (S UTmax =106.25 MVA,S UTmin =79.6875 MVA), tuy nhiên nhà máy vẫn đáp ứng đủ công suất yêu cầu. Phụ tải các cấp điện áp máy phát và điện áp trung đều là các phụ tải loại 1, được cung cấp điện bằng các đường dây kép. • Công suất của hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế) là 2400 MVA, dự trữ công suất của hệ thống là 15% tức là 360 MVA, giá trị này lớn hơn công suất cực đại mà nhà máy có thể phát về hệ thống S VHTmax =136.0125 MVA và phụ tải cấp điện áp trung nên trong trường hợp sự cố hỏng 1 hoặc vài tổ máy phát thì hệ thống vẫn cung cấp đủ --- 7 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện cho phụ tải của nhà máy. Công suất phát của nhà máy vào hệ thống tương đối nhỏ so với tổng công suất của toàn hệ thống ⇒ nhà máy chỉ có thể chạy vận hành nền và không có khả năng điều chỉnh chất lượng điện năng cho hệ thống. • Khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy không cao.Ta tiếp tục duy trì vận hành đúng chỉ tiêu kinh tế – kĩ thuật trong tương lai để đáp ứng một phần nhu cầu điện năng của địa phương và phát lên hệ thống. CHƯƠNG II LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY 2.1. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN Đây là một khâu quan trọng trong thiết kế nhà máy. Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và có hiệu quả kinh tế cao. Theo kết quả tính toán chương I Phụ tải cấp điện áp máy phát : S UFmax = 22 MVA. S UFmin = 14.3 MVA. --- 8 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện Phụ tải trung áp: S UTmax = 106.25 MVA. S UTmin = 79.6875 MVA. Phụ tải phát về hệ thống : S VHTmax = 136.0125 MVA. S VHTmin = 45.375 MVA. Công suất định mức 1 máy phát : S Fđm = 62.5MVA Phụ tải điện tự dùng: S tdmax =20 MVA Dự trữ của hệ thống : S dt HT =360 MVA Nhận thấy:  Phụ tải cấp điện áp máy phát: S UFmax = 22 MVA, 22 11 2 = MVA 11 100% 62.5 × = 17.6% >15% S Fđm . Vì vậy phải có thanh góp cấp điện áp máy phát (TG U F ).  S UFmax = 22 MVA, S td1MF = 55.62 100 8 100 8 == dmF S MVA. Nếu ghép 2 máy phát vào thanh góp U F : Công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát là 10 MVA → công suất yêu cầu trên thanh góp U F là 22+10= 32 MVA. Nếu ghép 3 máy phát vào thanh góp U F : Công suất tự dùng cực đại của 3 máy phát là 15MVA → công suất yêu cầu trên thanh góp U F là 22+15= 37 MVA. Trong cả 2 trường hợp này, khi 1 máy phát bị sự cố thì các máy phát còn lại đều đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải tự dùng. Như vậy về lý thuyết ta có thể ghép 2 hoặc 3 máy phát lên thanh góp U F .  Cấp điện áp cao U C = 220 kV Cấp điện áp trung U T = 110 kV --- 9 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện Trung tính của cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV đều được trực tiếp nối đất, hệ số có lợi: 220 110 0.5 220 C T C U U U α − − = = = . Vậy nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp.  Phụ tải cấp điện áp trung: S UTmax = 106.25 MVA. S UTmin = 79.6875 MVA. Công suất định mức của 1 máy phát : S Fđm = 62.5 MVA → Có thể ghép 1- 2 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây lên thanh góp 110 kV và cho các máy phát này vận hành bằng phẳng.  Công suất phát về hệ thống : S VHTmax = 136.0125 MVA. S VHTmin = 45.375 MVA. → Có thể ghép 2-3 máy phát lên thanh góp cao áp.  Dự trữ công suất hệ thống: S dt HT = 15% × 2400= 360 MVA. Công suất của bộ 2 máy phát là : S bộ = 2 × (62.5-5)= 115 MVA. Như vậy về nguyên tắc có thể ghép chung bộ 2 máy phát với máy biến áp 2 cuộn dây. Từ các nhận xét trên vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế: 2.1.1. Phương án 1 HTĐ Hình 2.1. Sơ đồ nối điện phương án1 --- 10 ---