Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy điện

Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu của 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 ngàycàng trở nên khan hiếm và trở thành vấn đề cấp bách của toàn Thế giới Đó làbởi vì để có năng lượng hữu ích dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lượng sơ cấp cầnphải 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 cácràng buộc xã hội khác Hiệu suất biến đổi từ nguồn năng lượng sơ cấp đến nănglượng cuối cùng nói chung là còn thấp.Vì vậy đề ra việc lựa chọn và thực hiệncác phương pháp biến đổi từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuốicùng để đạt hiệu quả kinh tế cao là một nhu cầu và cũng là nhiệm vụ của conngười

Điện năng là một dạng năng lượng không tái tạo Hệ thống điện là một phầncủa 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 cácdạng 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 hàngnăm 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 vàxây mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu lớn đối với giai đoạnphát 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 nhậpvào thực tế công việc

Với yêu cầu như vậy, Đồ án môn học Thiết kế Nhà máy điện được hoàn thànhgồm bản thuyết minh này kèm theo các bản vẽ phần nhà máy nhiệt điện và phầnchuyên đề Bản thuyết minh gồm 6 chương trình bày toàn bộ quá trình từ chọnmáy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suấttoàn nhà máy, đề xuất các phương án nối điện, tính toán kinh tế- kỹ thuật, sosánh để chọn phương án tối ưu đến chọn khí cụ điện cho phương án được lựachọn Phần này có kèm theo 1 bản vẽ A1

Trong quá trình thực hiện đồ án, xin chân thành cảm ơn GS.TS Lã Văn Út, PGSNguyễn Hữu Khái cùng các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện đã hướng dẫnmột cách tận tình để em có thể hoàn thành đồ án này

MỤC LỤC

Trang

Chương I Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 3

Chương IV So sánh kinh tế- kỹ thuật các phương án, lựa chọn

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 phụtải từ đó lựa chọn phương thức vận hành, chọn sơ đồ nối điện chính hợp lý đảmbảo 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 đểtiến hành lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, sơ đồ nối điện hợp lý

50

đmF P

MVA

Chọn các máy phát điện tua-bin hơi cùng loại, điện áp định mức 10.5 kV.TraPhụ lục II, trang 99, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”(Nguyễn HữuKhái, 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 hợptrong bảng sau

Bảng 1.1 Các tham số chính của máy phát điện

Loại máy phát n, Các thông số ở chế độ định mức Điện kháng tương đối

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:

PUFmax= 17.6 MW; cosφ= 0.8 → SUFmax= 22

8 0

6 17 cos

max  



UF P

S(t) cosP(t) , MVA

Trong đó:

Pmax : 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 trongngày

Bảng 1.2 Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

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:

PUTmax= 85 MW, cosφ= 0.8 → SUTmax= 106 25

8 0

85 cos

max  



UT P

MVATính toán tương tự như với cấp điện áp máy phát Các số liệu tính toán được chotrong bảng sau

Bảng 1.3 Công suất phụ tải cấp điện áp trung

Hỡnh 1.2 Đồ thị phụ tải cấp điện ỏp trung

1.2.3 Tớnh toỏn cụng suất phỏt của nhà mỏy điện

Nhà mỏy gồm 4 mỏy phỏt, mỗi mỏy cú cụng suất định mức PFđm = 50 MW Cụngsuất đặt của toàn nhà mỏy là:

PNMmax = 450= 200 MW

Cụng suất phỏt của Nhà mỏy điện được tớnh theo cụng thức:

% )

NM

) ( )

PNMmax = 200 MW;Cos = 0.8 ; SNMmax= 250

8 0

200 cos

suất

Hỡnh 1.3 Đồ thị phụ tải toàn nhà mỏy

1.2.4 Tớnh toỏn cụng suất tự dựng của nhà mỏy

Điện tự dùng nhà máy nhiệt điện thiết kế chiếm 8% công suất định mức của

 SNM(t) : cụng suất nhà mỏy phỏt ra tại thời điểm 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 bảngbiến thiên công suất tự dùng và đồ thị phụ tải tự dùng

B ng 1.5 Cụng su t t dựng c a nh mỏy ảng 1.4 Cụng suất phỏt của nhà mỏy ất phỏt của nhà mỏy ự dựng của nhà mỏy ủa nhà mỏy à mỏy

Thời gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24 Cụng

suất

S NM (t) , (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5

Hỡnh 1.4 Đồ thị phụ tải tự dựng của nhà mỏy

1.2.5 Cụng suất phỏt về hệ thống điện.

Công suất của nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t đợc tính theo công thức:

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

Trong đú:

SVHT(t) – Cụng suất nhà mỏy phỏt về hệ thống tại thời điểm t, MVA

Sau khi tớnh được cụng suất phỏt về hệ thống, lập được bảng cõn bằng cụng suấttoàn nhà mỏy

Bảng 1.5 Bảng cõn bằng cụng suất toàn nhà mỏy

 Phụ tải cấp điện áp maý phát và tự dùng khá nhỏ (SUFmax=22 MVA,

SUFmin=14.3 MVA), phụ tải cấp điện áp trung khá lớn (SUTmax=106.25MVA,SUTmin=79.6875 MVA), tuy nhiên nhà máy vẫn đáp ứng đủ côngsuất yêu cầu Phụ tải các cấp điện áp máy phát và điện áp trung đều làcác 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 2400MVA, dự trữ công suất của hệ thống là 15% tức là 360 MVA, giá trịnày lớn hơn công suất cực đại mà nhà máy có thể phát về hệ thống

SVHTmax=136.0125 MVA và phụ tải cấp điện áp trung nên trong trườnghợp sự cố hỏng 1 hoặc vài tổ máy phát thì hệ thống vẫn cung cấp đủ

cho phụ tải của nhà máy Công suất phát của nhà máy vào hệ thốngtương 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 lượngđiện năng cho hệ thống

 Khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy không cao.Ta tiếp tụcduy trì vận hành đúng chỉ tiêu kinh tế – kĩ thuật trong tương lai để đápứng 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 đảmbảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khảthi và có hiệu quả kinh tế cao

Theo kết quả tính toán chương I

Phụ tải cấp điện áp máy phát : SUFmax = 22 MVA

SUFmin = 14.3 MVA

Phụ tải trung áp: SUTmax = 106.25 MVA.

SUTmin = 79.6875 MVA

Phụ tải phát về hệ thống : SVHTmax = 136.0125 MVA

Công suất định mức 1 máy phát : SFđm= 62.5MVA

Phụ tải điện tự dùng: Stdmax=20 MVA

Nếu ghép 2 máy phát vào thanh góp UF:

Công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát là 10 MVA → công suất yêu cầutrên thanh góp UF là 22+10= 32 MVA

Nếu ghép 3 máy phát vào thanh góp UF:

Công suất tự dùng cực đại của 3 máy phát là 15MVA → công suất yêu cầutrên thanh góp UF là 22+15= 37 MVA

Trong cả 2 trường hợp này, khi 1 máy phát bị sự cố thì các máy phát còn lại đềuđảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải tựdùng

Như vậy về lý thuyết ta có thể ghép 2 hoặc 3 máy phát lên thanh góp UF

 Cấp điện áp cao UC= 220 kV

Cấp điện áp trung UT= 110 kV

Trung tính của cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV đều được trực tiếp

220

C T C

U

Vậy nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp

 Phụ tải cấp điện áp trung: SUTmax = 106.25 MVA

SUTmin = 79.6875 MVA

Công suất định mức của 1 máy phát : SFđm= 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 : SVHTmax = 136.0125 MVA

SVHTmin = 45.375 MVA

→ Có thể ghép 2-3 máy phát lên thanh góp cao áp

 Dự trữ công suất hệ thống: SdtHT= 15%2400= 360 MVA

Công suất của bộ 2 máy phát là : Sbộ= 2(62.5-5)= 115 MVA

Như vậy về nguyên tắc có thể ghép chung bộ 2 máy phát với máy biến áp 2cuộn 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

Trong phương ỏn này dựng 2 bộ mỏy phỏt - mỏy biến ỏp 2 cuộn dõy cấpđiện cho thanh gúp điện ỏp trung 110 kV, 2 mỏy phỏt cũn lại được nối với cỏcphõn đoạn của thanh gúp UF Dựng 2 mỏy biến ỏp tự ngẫu để liờn lạc giữa cỏccấp điện ỏp và phỏt điện lờn hệ thống Khỏng điện nối giữa cỏc phõn đoạn củathanh gúp điện ỏp mỏy phỏt để hạn chế dũng ngắn mạch khỏ lớn khi xảy rangắn mạch trờn phõn đoạn của thanh gúp Điện tự dựng được trớch đều từ đầucực mỏy phỏt và trờn thanh gúp cấp điện ỏp mỏy phỏt.

Ưu điểm của phương ỏn này là đơn giản trong vận hành, đảm bảo cungcấp điện liờn tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp, hai máy biến áp tự ngẫu códung lợng nhỏ, số lượng cỏc thiết bị điện cao ỏp ớt nờn giảm giỏ thành đầu tư.Cụng suất của cỏc bộ mỏy phỏt - mỏy biến ỏp hai cuộn dõy ở phớa điện ỏp trunggần bằng phụ tải cấp điện ỏp này nờn cụng suất truyền tải qua cuộn dõy trung ỏpcủa mỏy biến ỏp liờn lạc rất nhỏ do đú giảm được tổn thất điện năng làm giảmchi phớ vận hành

2.1.2 Phương ỏn 2

HTĐ

Trong phương ỏn này dựng 1 bộ mỏy phỏt - mỏy biến ỏp 2 cuộn dõy cấpđiện cho thanh gúp 110 kV, 3 mỏy phỏt cũn lại được nối với thanh gúp UF Đểhạn chế dũng ngắn mạch lớn sử dụng 2 khỏng điện nối cỏc phõn đoạn của thanhgúp cấp điện ỏp mỏy phỏt Dựng 2 mỏy biến ỏp tự ngẫu để liờn lạc giữa cỏc cấpđiện ỏp và phỏt điện lờn hệ thống

Ưu điểm của phương ỏn này là số lượng mỏy biến ỏp và cỏc thiết bị điệncao ỏp ớt nờn giảm giỏ thành đầu tư Mỏy biến ỏp tự ngẫu vừa làm nhiệm vụ liờnlạc giữa cỏc cấp điện ỏp vừa làm nhiệm vụ tải cụng suất của cỏc mỏy phỏt tươngứng lờn cỏc cấp điện ỏp cao và trung nờn giảm được tổn thất điện năng làm giảmchi phớ vận hành Mỏy phỏt cấp điện cho phụ tải cấp điện ỏp trung vận hànhbằng phẳng, cụng suất truyền qua cuộn trung của mỏy biến ỏp liờn lạc khỏ ớt

Nhược điểm của phương ỏn này là khi cú ngắn mạch trờn thanh gúp UF thỡdũng ngắn mạch khỏ lớn, khi hỏng 1 mỏy biến ỏp liờn lạc thỡ mỏy cũn lại vớikhả năng quỏ tải phải tải cụng suất tương đối lớn nờn phải chọn mỏy biến ỏp tựngẫu cú dung lượng lớn

2.1.2 Phương ỏn 3

Hình 2.3 Sơ đồ nối điện phương án 3

Trong phương án này dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc, 1 bộ máyphát- máy biến áp ghép bộ bên phía điện áp cao 220 kV, 1 bộ bên phía điện áptrung 110 kV, 2 phân đoạn thanh góp, phụ tải địa phương lấy từ hai phân đoạnthanh góp, tự dùng lấy trên phân đoạn thanh góp và đầu cực máy phát nối bộ

Ưu điểm là cấp điện liên tục cho phụ tải các cấp điện áp, phân bố côngsuất giữa các cấp điện áp khá đồng đều

Nhược điểm của phương án là phải dùng 3 loại máy biến áp khác nhaugây khó khăn cho việc lựa chọn các thiết bị điện và vận hành sau này, công suấtphát về hệ thống ở chế độ cực tiểu nhỏ hơn nhiều so với công suất của 1 máyphát nên lượng công suất thừa phải truyền tải 2 lần qua các máy biến áp làmtăng tổn hao điện năng Ngoài ra máy biến áp và các thiết bị điện ở cấp điện ápcao có giá thành cao hơn nhiều so với ở cấp điện áp trung nên làm tăng chi phíđầu tư

2.1.4 Phương án 4

Hình 2.4 Sơ đồ nối điện phương án 4

Phương án này ghép bộ 2 máy phát với 1 máy biến áp 2 cuộn dây để cấpđiện cho phụ tải trung áp

Ưu điểm của phương án này là giảm được 1 máy biến áp nhưng nhượcđiểm rất lớn là khi có ngắn mạch thì dòng ngắn mạch lớn, khi máy biến áp 2cuộn dây hỏng thì cả bộ hai máy phát không phát được công suất cho phụ tảitrung áp nên độ tin cậy cung cấp điện không cao bằng các phương án trên

Từ phân tích sơ bộ các ưu nhược điểm của các phương án đã đề xuất, nhậnthấy các phương án 1, 2 có nhiều ưu việt hơn hẳn các phương án còn lại nên sửdụng các phương án 1 và 2 để tính toán cụ thể nhằm lựa chọn phương án tối ưu

2.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

Để tiết kiệm chi phí đầu tư, các máy biến áp nối bộ máy phát -máy biến ápkhông cần phải dùng loại có điều áp dưới tải vì các máy phát này vận hành bằngphẳng, khi cần điều chỉnh điện áp chỉ cần điều chỉnh dòng kích từ của máy phátnối bộ là đủ

Các máy biến áp tự ngẫu dùng làm liên lạc là loại có điều áp dưới tải vì phụ tảicủa chúng thay đổi gồ ghề, trong các chế độ vận hành khác nhau phụ tải thay đổinhiều nên nêú chỉ điều chỉnh dòng kích từ của máy phát thì vẫn không đảm bảođược chất lượng điện năng

2.2.1 Chọn máy biến áp cho phương án 1

1 Chän m¸y biÕn ¸p nèi bé ba pha hai d©y quÊn

Sơ đồ:

Hình 2.5 Các máy biến áp cho phương án 1

§èi víi m¸y biÕn ¸p ghÐp bé th× ®iÒu kiÖn chän m¸y biÕn ¸p lµ:

2 Chän m¸y biÕn ¸p liên lạc

Chọn 2 máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu có các cấp điện áp220/110/10 kV

Điều kiện chọn máy biến áp máy biến áp tự ngẫu

 : là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu,  = 0.5

Sthừa : là công suất thừa trên thanh góp UF

Sthừa= 2.SFđm – (SUFmin + m

td

S2 max)

SFđm: là công suất định mức của máy phát

SUFmin: công suất của phụ tải điện áp máy phát trong chế độ cực tiểu

Hình 2.6 Các máy biến áp cho phương án 2

1 Chän m¸y biÕn ¸p nèi bé ba pha hai d©y quÊn

Máy biến áp bộ hoàn toàn như của phương án 1

2 Chän m¸y biÕn ¸p liên lạc

Chọn 2 máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu có các cấp điện áp220/110/10 kV

Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có công suất STNđm = 160 MVA Các thông số kỹthuật chính của máy biến áp tự ngẫu được tổng hợp trong bảng sau.

Bảng 2.2 Các thông số cơ bản của các máy biến áp cho phương án 2

1 Tính phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp

Quy ước chiều dương của dòng công suất là chiều đi từ máy phát lên thanh góp đốivới máy biến áp hai cuộn dây và đi từ cuộn hạ lên phía cao và trung, từ phía trunglên phía cao đối với máy biến áp liên lạc

a) Với máy biến áp hai dây quấnTrong vận hành luôn cho vận hành bằng phẳng với công suất định mức củachúng

Dòng công suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là:

¸p nh sau

Bảng 2.3 Bảng phõn bố cụng suất qua cỏc phớa của mỗi mỏy biến ỏp tự ngẫu trong chế độ làm việc bỡnh thường (phương ỏn 1)

Trong chế độ này, theo tớnh toỏn ở chương I:

SUTmax =106.25 MVA, SVHT= 105.05 MVA, SUF = 18.7 MVA, Std= 20 MVA

a) Hỏng 1 mỏy biến ỏp hai dõy quấn bờn trung ỏp

Sơ đồ:

HTĐ

Trong trưũng hợp cú sự cố hỏng 1 mỏy biến ỏp, để duy trỡ cụng suất thỡ cho cỏc

tổ mỏy cũn lại được vận hành với cụng suất định mức

Điều kiện kiểm tra quỏ tải mỏy biến ỏp tự ngẫu là:

2KqtSCα.STNđm+ Sbộ ≥ SUTmax

Trong đó:

KqtSC : Hệ số quá tải sự cố cho phép; KqtSC= 1.4

Sbộ: Công suất truyền qua mỏy biến ỏp bộ cũn lại

Phân bố công suất:

 Công suất qua máy biến áp bộ B2:

Shạphát :công suất mà các máy phát có thể phát lên cuộn hạ của máy biến

áp tự ngẫu, được xác định theo biểu thức:

td

S , n- là tổng số máy phát của nhà máy, n1- là

số máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

Shạtải :công suất cực đại mà cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu có thể tảiđược trong chế độ sự cố, được xác định theo biểu thức:

Trong chế độ sự cố này đối với máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ cuộn

hạ lên cuộn cao và cuộn trung→ trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạtải công suất lớn nhất

Shạ = SH = 48.15 MVA<Stt= α.STNđm= 0.5125= 62.5 MVA

Tức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải

 Công suất thiếu:

Sthiếu= SVHT- 2SCC= 105.05- 223.775= 57.5 MVA

Sthiếu= 57.5 MVA< SdtHT = 360 MVA

Như vậy khi một trong hai máy biến áp bộ bị hư hỏng thì các máy biến áp cònlại không bị quá tải Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng Côngsuất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 57.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với

dự trữ quay của hệ thống

b) Hỏng 1 máy biến áp liên lạc

Phân bố công suất:

 Công suất qua mỗi máy biến áp bộ:

Trong chế độ sự cố này , các máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía hạ

và trung lên phía cao của nó, công suất làm việc của máy biến áp bị giới hạn bởiphía hạ áp và phía cao áp tức là bị giới hạn bởi khả năng tải của cuộn hạ và cuộnnối tiếp

Công suất của cuộn nối tiếp là:

Snt= (S HS T) 0.5(87.5 ( 8.75)) 48.125     MVA < Stt= α.STNđm = 62.5 MVACông suất của cuộn hạ là:

Shạ= SH= 87.5 MVA

Trong 3 cuộn dây thì công suất qua cuộn hạ:

Shạ= 87.5 MVA> Stt= α.STNđm= 0.5125= 62.5 MVATức là máy biến áp tự ngẫu làm việc quá tải với hệ số quá tải:

KqtSC= 1.4= KqtSC cp

Như vậy trong chế độ truyền tải này máy biến áp tự ngẫu quá tải trong giới hạncho phép

 Công suất thiếu:

Sthiếu= SVHT- SCC= 105.05- 96.25= 8.8 MVA Kết luận:

Khi một trong các máy biến bộ hư hỏng thì các máy biến áp còn lại không bịquá tải Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng Công suất phát về hệthống bị thiếu một lượng Sthiếu= 57.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của

hệ thống Nếu 1 máy biến áp liên lạc bị sự cố thì máy còn lại bị quá tải với hệ sốquá tải KqtSC= 1.4= KqtSC cp Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu

=8.8 MVA là không đáng kể Như vậy các máy biến áp đã lựa chọn lµm viÖc tèt

trong ®iÒu kiÖn b×nh thêng còng nh sù cè

2.3.2 Phương án 2

1 Tính phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp

a) Với máy biến áp hai dây quấn

Trong vận hành cho vận hành bằng phẳng với công suất định mức của chúng.Dòng công suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là:

Sbộ =SFđm - 1

4S td= 62.5-1 20

4 = 57.5< SBđm= 62.5 MVA

b) Với máy biến áp liên lạc

Dòng công suất qua các phía của máy biến áp liên lạc được xác định theo côngthức:

Bảng 2.4 Bảng phân bố công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu

trong chế độ làm việc bình thường

Xét 2 tình huống sự cố hỏng máy biến áp nặng nề nhất là khi ở cấp điện áp trung

có phụ tải cực đại Trong chế độ này, theo tính toán ở chương I:

SUTmax =106.25 MVA, SVHT= 105.05 MVA, SUF = 18.7 MVA, Std= 20 MVA

a) Hỏng 1 máy biến áp hai dây quấn bên trung áp

Điều kiện kiểm tra quỏ tải mỏy biến ỏp tự ngẫu là:

2KqtSC .αSTNđm≥ SUTmax

Thay số v o:ào:

2KqtSC .αSTNđm= 21.40,5160= 224 MVA > SUTmax =106.25 MVA

Vậy điều kiện trên đợc thoả mãn

Phõn bố cụng suất:

 Cụng suất qua cỏc phớa của mỗi mỏy biến ỏp tự ngẫu:

1 5 62 2

3 4

3 2

Shạ= SH = 69.4 MVA< Stt= α.STNđm= 0.5160= 80 MVATức là mỏy biến ỏp tự ngẫu vẫn làm việc non tải

 Cụng suất thiếu:

Sthiếu= SVHT- 2SCC= 105.05- 216.275= 72.5 MVA

Sthiếu= 72.5 MVA< SdtHT = 360 MVA

Như vậy khi một trong hai mỏy biến ỏp bộ bị hư hỏng thỡ cỏc mỏy biến ỏp liờnlạc vẫn làmviệc non tải Cụng suất phỏt về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu=72.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống

b) Hỏng 1 mỏy biến ỏp liờn lạc

Phân bố công suất:

 Công suất qua máy biến áp bộ:

n Fdm

Trong chế độ sự cố này đối với máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía

hạ lên phía cao và trung→ trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tảicông suất lớn nhất

Sthiếu= 41.8 MVA< SdtHT = 360 MVA.

Kết luận:

Khi mỏy biến bộ hư hỏng thỡ cỏc mỏy biến ỏp liờn lạc khụng bị quỏ tải Phụtải cấp điện ỏp trung vẫn khụng bị ảnh hưởng Cụng suất phỏt về hệ thống bịthiếu một lượng Sthiếu= 72.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệthống Nếu 1 mỏy biến ỏp liờn lạc bị sự cố thỡ mỏy cũn lại bị quỏ tải với hệ sốquỏ tải trong giới hạn ho phộp Cụng suất phỏt về hệ thống bị thiếu một lượng

Sthiếu =41.8 MVA< SdtHT = 360 MVA Như vậy cỏc mỏy biến ỏp đó lựa chọn làmviệc tốt trong điều kiện bình thờng cũng nh sự cố

2.4 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MÁY BIẾN ÁP

Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm hai thành phần:

-Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thấtkhông tải

-Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp

2.4.1.Phương ỏn 1

1 Tổn thất điện năng hàng năm của mỗi mỏy biến ỏp bộ hai cuộn dõy B1, B2

được tớnh theo cụng thức:

P0, PN : Tổn thất khụng tải và tổn thất ngắn mạch của mỏy biến

ỏp, kW

t : Thời gian vận hành của mỏy biến ỏp trong năm, h

SBđm : Cụng suất định mức của mỏy biến ỏp, MVA

Sbộ : Cụng suất tải của mỏy biến ỏp bộ, MVA

Do mỏy biến ỏp B1 và B2 luụn làm việc bằng phẳng với cụng suất truyền tải

Sbộ=57.5 MVA suốt cả năm với t = 8760 h nờn:

Abộ = AB1= AB2 = 70 8760 + 310 22

80

5 57

TNdm

CC S

ti S

TNdm

Ci

2 ) (

Trong đú:

P0: Tổn thất khụng tải của mỗi mỏy, P0= 75 kW

PN(C): Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dõy cao ỏp của mỗi mỏy, kW PN(H): Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dõy hạ ỏp của mỗi mỏy, kW

PN(T): Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dõy trung ỏp của mỗi mỏy, kW

SCC(ti), SCT(ti), SCH(ti): Cụng suất tải qua cỏc phớa cao, trung, hạ của cả

bộ 2 mỏy biến ỏp tự ngẫu ở thời điểm ti đã tính đợc ở phần phân bố công suất,MVA

2(290 + 145-145) = 145 kW PN(H) = 1

2(145+145-290) =0

Từ bảng phõn bố cụng suất qua cỏc cuộn dõy của mỗi mỏy biến ỏp tự ngẫu

(bảng 2.2), thay số liệu vào cụng thức trờn sẽ tớnh được tổn thất điện năng trong

bộ 2 mỏy biến ỏp tự ngẫu trong từng khoảng thời gian cú phụ tải khỏc nhau Vớ

dụ trong khoảng thời gian t1= 4h (từ 0- 4h), SCC(t1)=29.1 MVA, SCT(t1)= 15MVA, SCH(t1)= 14.1 MVA Tổn thất điện năng trong bộ 2 mỏy biến ỏp tựngẫu là:

TNdm

CC S

t S

2753654 +12 365[145 ) 2

125

1 29

125

15 ( 4+0]= 226.261103 ,kWh

Tính toán tương tự như trên, tổn thất điện năng hàng năm trong bộ 2 máy biến

áp tự ngẫu tính theo từng khoảng thời gian trong ngày được cho trong bảng sau

Bảng 2.5 Tổn thất điện năng mỗi năm trong các máy biến áp tự ngẫu theo

từng khoảng thời gian trong ngày

Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp tự ngẫu:

ATN = ATN (t1)+ ATN (t2)+ ATN (t3)+ ATN (t4)+ ATN (t5)+ ATN(t6)

+ ATN (t7)+ ATN (t8)+ ATN (t9)

= 248.043+ 118.438+ 117.745+ 133.036+ 138.363+ 154.357+ 294.278 + 176.385+ 267.106

2(380 + 190-190) = 190 kW PN(H) = 1

2(190+190-380) =0

Từ bảng phân bố công suất qua các cuộn dây của mỗi máy biến áp tự ngẫu

(bảng 2.2), thay số liệu vào công thức trên sẽ tính được tổn thất điện năng trong

bộ 2 máy biến áp tự ngẫu trong từng khoảng thời gian có phụ tải khác nhau.Tính toán hoàn toàn tương tự như phương án 1, số liệu tính toán được cho trongbảng sau

Bảng 2.6 Tổn thất công suất mỗi năm trong các máy biến áp tự ngẫu theo từng khoảng thời gian trong ngày

Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp tự ngẫu:

ATN = ATN (t1)+ ATN (t2)+ ATN (t3)+ ATN (t4)+ ATN (t5)+ ATN(t6)

+ ATN (t7)+ ATN (t8)+ ATN (t9)

= 270.649+ 134.169+ 133.615+ 145.844+ 146.795+ 159.586+ 320.866 + 175.548+ 282.585

2.5 TÍNH DÒNG ĐIỆN LÀM VIỆC CƯỠNG BỨC CỦA CÁC MẠCH

Tình trạng làm việc cưỡng bức của mạng điện là tình trạng mà trong đó có mộtphần tử của mạng không làm việc so với thiết kế ban đầu Một mạng điện gồmnhiều phần tử có thể có rất nhiều tình trạng cưỡng bức Dòng điện lớn nhất vóthể đi qua thiết bị đang xét trong các tình trạng cưỡng bức của mạng được gọi làdòng điện cưỡng bức Icb của phần tử đó.Dòng điện làm việc bình thường vàdòng điện cưỡng bức của 1 phần tử được gọi chung là dòng điện làm việc tínhtoán lâu dài Thường dòng điện cưỡng bức có trị số lớn hơn dòng điện bình

thường vì vậy dựa vào dòng điện này người trung áp có thể tiến hành chọn dâydẫn và các khí cụ điện có dòng điện đi qua Dòng điện cưỡng bức được dùng đểkiểm tra các khí cụ điện và dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài, tức là nó là

cơ sở để xác định dòng định mức của các thiết bị và dòng điện cho phép của dâydẫn Thông thường để đồng bộ trong vận hành ở các cấp UC, UT chỉ chọn cácthiết bị cùng loại

2.4.1 Tính dòng điện cưỡng bức cho phương án 1

1 C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p cao (220 kV)

 §êng d©y kÐp nèi vÒ hÖ thèng:

Phụ tải cực đại phát về hệ thống SVHTmax = 136.0125 MVA

Dòng điện cưỡng bức qua dây dẫn là khi bị hỏng 1 đường dây:

0.357

VHT C dm

S

 Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc TN1 và TN2:

Công suất qua phía cao của máy biến áp liên lạc:

- Chế độ thường: SCmax = 68.00625 MVA

S

96.25

3 220 = 0.253 kA Vậy dòng cưỡng bức phía cao áp là Icb220 = max{Icb1, Icb2} = max{0.357, 0.253}

= 0.353 kA

2 C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p 110 kV

 Đường dây phụ tải trung áp:

Gồm 1 dây kép và 4 dây đơn, trong tính toán coi tương đương 6 dây đơn

Pmax = 85 MW ; cos = 0.8 ; SUTmax= 106.25 MVA

Ibt =

dm T

U

S

3 6

 Phía trung áp các máy biến áp liên lạc B1 và B2:

- Chế độ thường: STmax = 17.65625 MVA

S

24.375

3 110 = 0,128 kAVậy dòng cưỡng bức ở cấp điện áp trung áp lấy là Icb110 = max{Icb3, Icb4, Icb5}

 Mạch qua kháng phân đoạn:

Do phụ tải điện tự dùng và địa phương không lớn, chênh lệch giữa phụ tải cựcđại và cực tiểu không nhiều nên để dơn giản trong tính toán trung áp chỉ xét đốivới trường hợp phụ tải cực đại Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn Icb8 đượcxét theo 2 trường hợp

 Trường hợp 1: Khi sự cố hỏng 1 máy biến áp liên lạc

(TN1 hoặc TN2)

Công suất tải qua máy biến áp tự ngẫu :

SquaTN = KqtSC. STNđm = 1.40.5125 = 87.5 MVA

Công suất qua kháng:

SquaK = SquaTN + 41 Std +6 3.8cos -SFđm=

= 87.5+

4

1

20+9.80.8- 62.5= 42.25 MVA

 Trường hợp 2: Xét sự cố một máy phát (MF1 hoặc MF2)

SquaTN = 21 (SFđm - SUF - 41 Std)

4 Chọn kháng điện phân đoạn

Chọn kháng điện phân đoạn theo điều kiện sau:

UKđm  Umạng = 10 kV

IKđm  IcbK = 2.32 kA

Tra sổ tay “Lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” (Ngô HồngQuang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện

bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -10-3000-10.A -10-3000-10

Các thông số kỹ thuật của kháng điện này:

Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm các đường dây:

2 kép 3.8MW

5 đơn2 MW

Để giảm dòng công suất tải qua các kháng phân đoạn và độ tin cậy cung cấpđiẹn cho phụ tải địa phương, SUF được trích nhiều nhất trên phân đoạn giữa củathanh góp 10 kV

1 C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p 220 kV

 §êng d©y kÐp nèi vÒ hÖ thèng:

Phụ tải cực đại phát về hệ thống SVHTmax = 136.0125 MVA

Dòng điện cưỡng bức qua dây dẫn là khi bị hỏng 1 đường dây:

0.357

VHT C dm

S

 Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc TN1 và TN2:

Công suất qua phía cao của máy biến áp liên lạc:

- Chế độ thường: SCmax = 24.375 MVA

- Chế độ sự cố hỏng máy biến áp bộ: SCcb = 16.275 MVA

- Chế độ sự cố hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu: SCcb = 63.25 MVA

Icb2 =

3

Ccb C dm

S

63.25

3 220 = 0.166 kA Vậy dòng cưỡng bức phía cao áp là Icb220 = max{Icb1, Icb2} = max{0.357, 0.166}

= 0.357 kA

1 C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p 110 kV

 Đường dây phụ tải trung áp:

Gồm 1 dây kép và 4 dây đơn, trong tính toán coi tương đương 6 dây đơn

PUTmax = 85 MW ; cos = 0.8 ; SUTmax= 106.25 MVA

Ibt =

dm T

U

S

3 6

S

 Phía trung áp các máy biến áp liên lạc TN1 và TN2:

- Chế độ thường: STmax = 19.00625 MVA

- Chế độ sự cố hỏng máy biến áp bộ: STcb = 53.125 MVA.

- Chế độ sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc: STcb = 48.75 MVA

Icb4 =

3

Tcb T dm

S

53.125

3 110 = 0.279 kAVậy dòng cưỡng bức ở cấp điện áp trung áp lấy là Icb110 = max{Icb3, Icb4, Icb5}

 Mạch qua các kháng phân đoạn:

Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn Icb8 được xét theo 2 trường hợp

 Trường hợp 1: Khi sự cố hỏng 1 máy biến áp liên lạc

SquaK = SquaTN + 41 Std +4 cos3.8/2-SFđm=

= 112+ 41 20+50..98- 62.5= 61.875 MVA

 Trường hợp 2: Khi sự cố một máy phát (MF1 hoặc MF3)

W W

W W

W

Công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu:

SquaTN = 21 (2SFđm -12 Std - SUF )= 12 (262.5- 21 20-22)= 46.5 MVA

Công suất qua kháng:

SquaK = SquaTN-4 cos3.8/2= 46.5-05..98= 39.125 MVA

Vậy dòng cưỡng bức qua kháng được xét khi sự cố máy biến ápTN1 (hoặc TN2)

Icb8 = 61.875

quaK F dm

S

3 Chọn kháng điện phân đoạn

Chọn kháng điện phân đoạn theo điều kiện sau:

UKđm  Umạng = 10 kV

IKđm  IcbK = 3.57 kA

Tra sổ tay “Lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” (Ngô HồngQuang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện

bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -10-3000-10.A -10-4000-10

Các thông số kỹ thuật của kháng điện này:

, kA

F cb

I

, kA

quaK cb

I

, kA

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện của nhà máyđảm bảo các tiêu chuẩn ổn định động, ổn định nhiệt khi ngắn mạch Dòng điệnngắn mạch dùng để tính toán, lựa chọn các khí cụ điện và dây dẫn là dòng ngắnmạch ba pha

3.1 CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

Để thuận tiện cho việc tính toán ta dùng phương pháp gần đúng với đơn vịtương đối cơ bản

Chọn các đại lượng cơ bản:

Scb = 100 MVA

Ucb = Utb các cấp điện áp

Cụ thể: đối với cấp điện áp máy phát (10 kV) là Ucb = UF

tb= 10.5 kV

đối với cấp điện áp trung (110 kV) là Ucb = UT

tb = 115 kV đối với cấp điện áp cao (220 kV) là Ucb = UC

Như đã đề cập ở trên, việc tính toán các dòng ngắn mạch là để lựa chọn các khí

cụ điện, dây dẫn Vì vậy trong sơ đồ nối điện của nhà máy cần phải lựa chọncác điểm cụ thể để tính dòng ngắn mạch phục vụ cho lựa chọn các thiết bị điện

mà dòng ngắn mạch đi qua.Trong sơ đồ này phải chọn 7 điểm để tính ngắnmạch

HTĐ

1 Điểm N1: Chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV Nguồn cung cấp là nhàmáy điện và hệ thống

2 Điểm N2: Chọn khí cụ điện cho mạch 110 kV Nguồn cung cấp là nhàmáy điện và hệ thống.

3 Điểm N3: Chọn máy cắt điện cho mạch hạ áp máy biến áp tự ngẫu Nguồncung cấp là nhà máy và hệ thống khi máy biến áp tự ngẫu TN1 nghỉ

4 Điểm N4: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát Nguồn cung cấp là máyphát điện F1

5 Điểm N4’: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát, nguồn cung cấp là toàn

2 Điện kháng của đường dây kép nối với hệ thống:

Đường dây nối nhà máy với hệ thống là đường dây quan trọng nhất, điệnkháng của dây dẫn này lấy là x0 ≈ 0.4 Ω/km

dmK

I X

6 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2

 Điện kháng phía cao:

S S



= 12 (11 + 20 - 32) 100

100 125  = - 0.004 < 0

Vì XT = - 0,004 < 0 và có giá trị tuyệt đối không đáng kể so với XC và XH 

để đơn giản trong tính toán có thể bỏ qua điện kháng phía trung

9 

X

= 0.1069

Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy

ixk = Kxk 2I”

N1(0) Trong đó: