Thiết kế nhà máy điện

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.

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 10 2.1. Đề xuất các phương án 10 2.2. Chọn máy biến áp cho các phương án 15 2.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp 18 2.4. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp 25 2.5. Tính dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch 29 Chương III. Tính dòng điện ngắn mạch 39 3.1. Chọn các đại lượng cơ bản 39 3.2. Tính các dòng điện ngắn mạch cho phương án 1 39 3.3. Tính các dòng điện ngắn mạch cho phương án 2 55 Chương IV. So sánh kinh tế- kỹ thuật các phương án, lựa chọn phương án tối ưu 71 4.1. Chọn máy cắt điện 71 4.2. Tính toán kinh tế, chọn phương án tối ưu 77 Chương V. Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn 85 5.1. Chọn thanh dẫn, thanh góp 85 5.2. Chọn máy cắt, dao cách ly 93 5.3. Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện 94 5.4. Chọn các thiết bị cho phụ tải địa phương 100 Chương VI. Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng 106 6.1. Chọn máy biến áp tự dùng cấp I 106 6.2. Chọn máy biến áp dự trữ cấp I 107 6.3. Chọn máy biến áp tự dùng cấp II 108 6.4. Chọn máy biến áp dự trữ cấp II 108 6.5. Chọn máy cắt phía mạch tự dùng cấp 10 kV 108 6.6. Chọn máy cắt phía mạch 6.3 kV 109 6.7. Chọn ap-to-mat cho phụ tải tự dùng cấp 0.4 kV 109 --- 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 --- 3 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện ϕ cos )( )( tP tS = , MVA Trong đó: 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 --- 4 --- ỏn mụn hc Thit k nh mỏy in S, (MVA) 85 95.625 85 106.25 79.6875 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 --- 5 --- ỏn mụn hc Thit k nh mỏy in 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. 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 --- 6 --- ỏn mụn hc Thit k nh mỏy in 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 --- 7 --- 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 nên trong trường hợp sự cố hỏng 1 hoặc vàitổ máy phát thì hệ thống vẫn cung cấp đủ cho phụ tải của nhà máy. Công suất phát của nhà --- 8 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 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. --- 9 --- Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 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. 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. --- 10 --- [...]... 1 1 Chọn máy biến áp nối bộ ba pha hai dây quấn S : HT Hỡnh 2.5 Cỏc mỏy bin ỏp cho phng ỏn 1 Đối với máy biến áp ghép bộ thì điều kiện chọn máy biến áp là: SBđm S Fđm = 62.5 MVA Tra phụ lục III.4, trang 154, sỏch Thit k nh mỏy in v trm bin ỏp (Nguyn Hu Khỏi, NXB Khoa hc v K thut, 2004), chọn hai máy biến áp B1, B2 có SBđm=80 MVA Các thông số của máy biến áp ợc tổng hợp trong bảng 2.1 2 Chọn máy biến... ln khi xy ra ngn mch trờn phõn on ca thanh gúp in t dựng c trớch u t u cc mỏy phỏt v trờn thanh gúp cp in ỏp mỏy phỏt u im ca phng ỏn ny l n gin trong vn hnh, đảm bảo cung cấp điện liờn tc cho các phụ tải ở các cấp điện áp, hai máy biến áp tự ngẫu có dung lợng nhỏ, s lng cỏc thit b in cao ỏp ớt nờn gim giỏ thnh u t Cụng sut ca cỏc b mỏy phỏt - mỏy bin ỏp hai cun dõy phớa in ỏp trung gn bng ph ti cp... mỏy bin ỏp cho phng ỏn 1 Điện áp cuộn dây, kV Po Cấp điện Sđm Loại 110 80 áp, MVA 220 ATH 125 kV UN % Tổn thất công suất, kW PN A C-T C-H T-H 115 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 230 C 121 T 11 H 75 290 145 145 11 C-T 32 C-H 20 T-H 2.2.1 Chn mỏy bin ỏp cho phng ỏn 2 - 16 - Giá, Io % 91 0.55 3 0.5 10 R 185 ỏn mụn hc Thit k nh mỏy in HT Hỡnh 2.6 Cỏc mỏy bin ỏp cho phng ỏn 2 1 Chọn máy biến áp nối bộ ba pha... 2 Chọn máy biến áp liờn lc Chn 2 mỏy bin ỏp liờn lc l mỏy bin ỏp t ngu cú cỏc cp in ỏp 220/110/10 kV Stha = 3 ì 62.5 (14.3 + 3 ì 20 ) = 158.2 MVA 4 1 1 Sthua = ì158.2 = 158.2 MVA 2 2 ì 0.5 Chn 2 mỏy bin ỏp t ngu cú cụng sut S TNm = 160 MVA Cỏc thụng s k thut chớnh ca mỏy bin ỏp t ngu c tng hp trong bng sau Bng 2.2 Cỏc thụng s c bn ca cỏc mỏy bin ỏp cho phng ỏn 2 Điện áp cuộn dây, kV Po Cấp điện Sđm... việc tốt trong điều kiện bình thờng cũng nh sự cố 2.4 TNH TN THT IN NNG TRONG CC MY BIN P 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 thất không tải -Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp 2.4.1.Phng ỏn 1 1 Tn tht in nng hng nm ca mi mỏy bin ỏp b hai cun dõy B 1, B2 c tớnh theo cụng thc: ... thc: ST(t) = SC(t) = 1 [ SUT (t ) S B ] 2 1 SVHT (t ) 2 SH(t) = SCT(t) + SCC(t) Dựa vào tính toán cân bằng công suất của chơng 1, tính theo từng khoảng thời gian t ta có bảng kết quả phân bố dòng công suất qua các phớa của các máy biến áp nh sau - 22 - ỏn mụn hc Thit k nh mỏy in Bng 2.4 Bng phõn b cụng sut qua cỏc phớa ca mi mỏy bin ỏp t ngu trong ch lm vic bỡnh thng Thigian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10... ti thi im t Cụng sut mu ca mỏy bin ỏp t ngu l: Stt= .STNm= 0.5 ì 125= 62.5 MVA Dựa vào tính toán cân bằng công suất của chơng I, tính theo từng khoảng thời gian t ta có bảng kết quả phân bố dòng công suất qua các phớa của các máy biến áp nh sau Bng 2.3 Bng phõn b cụng sut qua cỏc phớa ca mi mỏy bin ỏp t ngu trong ch lm vic bỡnh thng (phng ỏn 1) Thigian, h 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24... mỏy phỏt bao gm cỏc ng dõy: 2 kộp ì 3.8MW 5 n ì 2 MW gim dũng cụng sut ti qua cỏc khỏng phõn on v tin cy cung cp in cho ph ti a phng, SUF c trớch u trờn cỏc phõn on ca thanh gúp 10 kV 1.Các mạch cấp điện áp cao (220 kV) Đờng dây kép nối về hệ thống: Ph ti cc i phỏt v h thng SVHTmax = 136.0125 MVA Dũng in cng bc qua dõy dn l khi b hng 1 ng dõy: S 136.0125 VHT max Icb1 = 3U C = 3 ì 220 = 0.357 kA dm... in - Ch s c hng 1 mỏy bin ỏp t ngu: SCCcb = 96.25 MVA SCcb 96.25 Icb2 = = = 0.253 kA C 3U dm 3 ì 220 Vy dũng cng bc phớa cao ỏp l Icb220 = max{Icb1, Icb2} = max{0.357, 0.253} = 0.353 kA 2.Các mạch cấp điện áp 110 kV ng dõy ph ti trung ỏp: Gm 1 dõy kộp v 4 dõy n, trong tớnh toỏn coi tng ng 6 dõy n Pmax = 85 MW ; cos = 0.8 ; SUTmax= 106.25 MVA Ibt = 1 106.25 1 S max = = 0.093 kA 6 3U T dm 6 3 ì 110 Icb3... phỏt bao gm cỏc ng dõy: 2 kộp ì 3.8MW 5 n ì 2 MW gim dũng cụng sut ti qua cỏc khỏng phõn on v tin cy cung cp in cho ph ti a phng, SUF c trớch nhiu nht trờn phõn on gia ca thanh gúp 10 kV 1 Các mạch cấp điện áp 220 kV Đờng dây kép nối về hệ thống: Ph ti cc i phỏt v h thng SVHTmax = 136.0125 MVA Dũng in cng bc qua dõy dn l khi b hng 1 ng dõy: S 136.0125 VHT max Icb1 = 3U C = 3 ì 220 = 0.357 kA dm Phớa . các nh m y nhi t i n không c n chi m t trọng l n nh ở nh ng n m 80 của Thế k trước. Tuy nhi n, v i thế m nh về ngu n nhi n liệu nh ở n ớc ta, t nh. n m n học Thi t k Nh m y i n được ho n th nh g m b n thuy t minh n y k m theo các b n vẽ ph n nh m y nhi t i n và ph n chuy n đề. B n thuy t minh