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.

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 A1

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

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 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

50

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

v/ph

S, MVA

P, MW

U, kV

cosφ Iđm,

kA

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:

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

8 0

6 17 cos

ϕ

UF P

S(t) =cosP(tϕ) , 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 trong ngày

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

ϕ

UT P

MVATính 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

S, (MVA) 85 95.625 85 106.25 79.6875

Hình 1.2 Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung

1.2.3 Tính toán công suất phát của nhà máy điện

Nhà máy gồm 4 máy phát, mỗi máy có công suất định mức PFđm = 50 MW Công suất đặt của toàn nhà máy là:

PNMmax = 4×50= 200 MW

Công suất phát của Nhà máy điện được tính theo công thức:

% )

NM

) ( )

PNMmax = 200 MW;Cosϕ = 0.8 ; SNMmax= 250

8 0

200 cos

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 nhà

• Std(t) : cụng suất tự dựng của nhà mỏy tại thời điểm t, MVA

• 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 bảng biến thiên công suất tự dùng và đồ thị phụ tải tự dùng

Bảng 1.5 Cụng suất tự dựng của nhà mỏy

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 suất toàn 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=106.25 MVA,SUTmin=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 SVHTmax=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

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 : SUFmax = 22 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 cầu trên 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 cầu trên 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 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 UF

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 2 cuộn dây

Từ cỏc nhận xột trờn vạch ra cỏc phương ỏn nối điện cho nhà mỏy thiết kế:

2.1.1 Phương ỏn 1

HTĐ

Hỡnh 2.1 Sơ đồ nối điện phương ỏn1

Trong phương ỏn này dựng 2 bộ mỏy phỏt - mỏy biến ỏp 2 cuộn dõy cấp điện cho thanh gúp điện ỏp trung 110 kV, 2 mỏy phỏt cũn lại được nối với cỏc phõn đoạn của thanh gúp UF Dựng 2 mỏy biến ỏp tự ngẫu để liờn lạc giữa cỏc cấp điện

ỏp và phỏt điện lờn hệ thống Khỏng điện nối giữa cỏc phõn đoạn của thanh gúp điện ỏp mỏy phỏt để hạn chế dũng ngắn mạch khỏ lớn khi xảy ra ngắn mạch trờn phõn đoạn của thanh gúp Điện tự dựng được trớch đều từ đầu cực 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 cung cấp

điện liờn tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp, hai máy biến áp tự ngẫu có dung 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 trung gần bằng phụ tải cấp điện ỏp này nờn cụng suất truyền tải qua cuộn dõy trung ỏp của mỏy biến ỏp liờn lạc rất nhỏ do đú giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phớ vận hành

2.1.2 Phương ỏn 2

HTĐ

Trong phương án này dùng 1 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây cấp điện cho thanh góp 110 kV, 3 máy phát còn lại được nối với thanh góp UF Để hạn chế dòng ngắn mạch lớn sử dụng 2 kháng điện nối các phân đoạn của thanh góp cấp điện áp máy phát Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp và phát điện lên hệ thống

Ưu điểm của phương án này là số lượng máy biến áp và các thiết bị điện cao

áp ít nên giảm giá thành đầu tư Máy biến áp tự ngẫu vừa làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp vừa làm nhiệm vụ tải công suất của các máy phát tương ứng lên các cấp điện áp cao và trung nên giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phí vận hành Máy phát cấp điện cho phụ tải cấp điện áp trung vận hành bằng phẳng, công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp liên lạc khá ít

Nhược điểm của phương án này là khi có ngắn mạch trên thanh góp UF thì dòng ngắn mạch khá lớn, khi hỏng 1 máy biến áp liên lạc thì máy còn lại với khả năng quá tải phải tải công suất tương đối lớn nên phải chọn máy biến áp tự ngẫu có dung lượng lớn

2.1.2 Phương án 3

HTĐ

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 máy phát- máy biến áp ghép bộ bên phía điện áp cao 220 kV, 1 bộ bên phía điện áp trung 110 kV, 2 phân đoạn thanh góp, phụ tải địa phương lấy từ hai phân đoạn thanh 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 công suất giữa các cấp điện áp khá đồng đều

Nhược điểm của phương án là phải dùng 3 loại máy biến áp khác nhau gây khó khăn cho việc lựa chọn các thiết bị điện và vận hành sau này, công suất phát về

hệ thống ở chế độ cực tiểu nhỏ hơn nhiều so với công suất của 1 máy phát nên lượng công suất thừa phải truyền tải 2 lần qua các máy biến áp làm tăng tổn hao điện năng Ngoài ra máy biến áp và các thiết bị điện ở cấp điện áp cao có giá thành cao hơn nhiều so với ở cấp điện áp trung nên làm tăng chi phí đầu tư

2.1.4 Phương án 4

HTĐ

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 cấp điện cho phụ tải trung áp

Ưu điểm của phương án này là giảm được 1 máy biến áp nhưng nhược điểm rất lớn là khi có ngắn mạch thì dòng ngắn mạch lớn, khi máy biến áp 2 cuộn dây hỏng thì cả bộ hai máy phát không phát được công suất cho phụ tải trung 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, nhận thấy các phương án 1, 2 có nhiều ưu việt hơn hẳn các phương án còn lại nên sử dụng 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 áp không cần phải dùng loại có điều áp dưới tải vì các máy phát này vận hành bằng phẳng, khi cần điều chỉnh điện áp chỉ cần điều chỉnh dòng kích từ của máy phát nối bộ là đủ

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

HTĐ

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:

SB®m≥ S F®m = 62.5 MVA

Tra phô lôc III.4, trang 154, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” (Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004), chän hai m¸y biÕn ¸p B1,

B2 cã SB®m=80 MVA C¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p đîc tæng hîp trong b¶ng 2.1

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 áp 220/110/10 kV

Điều kiện chọn máy biến áp máy biến áp tự ngẫu

STNđm ≥ 21αSthừa

Trong đó :

α : là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu, α = 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 áp 220/110/10 kV

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 đối với máy biến áp hai cuộn dây và đi từ cuộn hạ lên phía cao và trung, từ phía trung lên phía cao đối với máy biến áp liên lạc

a) Với máy biến áp hai dây quấn

Trong vận hành luôn 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:

SB1 = SB2 =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 công thức:

ta cã b¶ng kÕt qu¶ ph©n bè dßng c«ng suÊt qua c¸c phía cña c¸c m¸y biÕn ¸p nh sau

Bảng 2.3 Bảng phân bố công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu trong chế độ làm việc bình thường (phương án 1)

Từ bảng tổng hợp số liệu có thể thấy trong chế độ làm việc bình thường tất cả

các máy biến áp đều hoạt động non tải

2 Xét các trường hợp sự cố

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 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

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

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

Sbộ=57.5 MVA

Thay số v o:à

2KqtSCα.STNđm+Sbộ = 2ì1.4ì0,5ì125+ 57.5 = 232.5 MVA

> SUTmax =106.25 MVA

Vậy điều kiện trên đợc thoả mãn

Phõn bố cụng suất:

◊ Cụng suất qua mỏy biến ỏp 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:

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 còn lại không bị quá tải Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng Công suất 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

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

KqtSCα.STNđm+ 2Sbộ ≥ SUTmax

Thay số v o:à

KqtSCα.STNđm+2Sbộ =1.4ì0,5ì125+2ì57.5=202.5MVA >SUTmax=106.25 MVA

Vậy điều kiện trên đợc thoả mãn

Phõn bố cụng suất:

 Cụng suất qua mỗi mỏy biến ỏp bộ:

®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 công thức:

Dùa vµo tÝnh to¸n c©n b»ng c«ng suÊt cña ch¬ng 1, tÝnh theo tõng kho¶ng thêi gian t

ta cã b¶ng kÕt qu¶ ph©n bè dßng c«ng suÊt qua c¸c phía cña c¸c m¸y biÕn ¸p nh sau

Bảng 2.4 Bảng phõn bố cụng suất qua cỏc phớa của mỗi mỏy biến ỏp tự ngẫu trong chế độ làm việc bỡnh thường

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

HTĐ

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

2KqtSC .αSTNđm≥ SUTmax

Thay số v o:à

2KqtSC .αSTNđm= 2ì1.4ì0,5ì160= 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

Như vậy trong chế độ sự cố này, các máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía

hạ lên phía cao và trung của nó → trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tải công suất lớn nhất

Shạ= SH = 69.4 MVA< Stt= α.STNđm= 0.5×160= 80 MVATức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải

 Công 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 máy biến áp bộ bị hư hỏng thì các máy biến áp liên lạc vẫn làmviệc non tải Công suất phát 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 máy biến áp liên lạc

Phân bố công suất:

◊ Công suất qua máy biến áp bộ:

S - SUF- n1 n S tdmax

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 làm việc 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 thất không 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:

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 = 70ì 8760 + 310 22

80

5 57

TNdm

CC S

ti S

TNdm

Ci

2 ) (

∆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.Trước tiờn tớnh ∆PN(C), ∆PN(T), ∆PN(H):

∆PN(C) = 0.5(∆PN(C-T) + ∆PN(C-H) -∆PN(T-H) )

∆PN(T) = 0.5(∆PN(C-T) +∆PN(T-H) -∆PN(C-H) )

∆PN(H) = 0.5(∆PN(C-H) +∆PN(T-H) - ∆PN(C-T) )

Thay số liệu từ bảng thông số của máy biến áp tự ngẫu (bảng 2.3) vào tính toán được: ∆PN(C) = 1

2(290 + 145-145) = 145 kW ∆PN(T) = 1

2(290 + 145-145) = 145 kW ∆PN(H) = 12(145+145-290) =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 Ví 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 máy biến áp tự ngẫu là:

TNdm

CC S

t S

t S TNdm

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

5 57

∆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 trong bảng sau

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

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 một phần tử của mạng không làm việc so với thiết kế ban đầu Một mạng điện gồm nhiều phần tử có thể có rất nhiều tình trạng cưỡng bức Dòng điện lớn nhất vó thể

đi qua thiết bị đang xét trong các tình trạng cưỡng bức của mạng được gọi là dòng điện cưỡng bức Icb của phần tử đó.Dòng điện làm việc bình thường và dòng điện cưỡng bức của 1 phần tử được gọi chung là dòng điện làm việc tính toán 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 dây dẫn và các khí cụ điện

có dòng điện đi qua Dòng điện cưỡng bức được dùng để kiểm 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 dây dẫn Thông thường để đồng bộ trong vận hành ở các cấp UC, UT chỉ chọn các thiết bị cùng loại

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:

 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

- Chế độ sự cố hỏng B1 (hoặc B2): SCCcb = 23.775 MVA

- Chế độ sự cố hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu: SCCcb = 96.25 MVA

Icb2 =

3

Ccb C dm

 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 ; cosϕ = 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

Do phụ tải điện tự dùng và địa phương không lớn, chênh lệch giữa phụ tải cực đại

và cực tiểu không nhiều nên để dơn giản trong tính toán trung áp chỉ xét đối với trường hợp phụ tải cực đại 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 (TN1

hoặc TN2)

Công suất tải qua máy biến áp tự ngẫu :

SquaTN = KqtSC.α STNđm = 1.4×0.5×125 = 87.5 MVA

Công suất qua kháng:

SquaK = SquaTN + 41 Std +6 3.8cosϕ

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 Hồng Quang, 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

Các thông số kỹ thuật của kháng điện này:

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:

 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

= 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 ; cosϕ = 0.8 ; SUTmax= 106.25 MVA

Ibt =

dm T

U

S

3 6

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

- Chế độ thường: SCTmax = 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

 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 (TN1

hoặc TN2)

SquaK = SquaTN +

4

1

Std +4+cos3.8ϕ/2-SFđm= = 112+

4

1 ×20+

8 0

9 5

- 62.5= 61.875 MVA

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

W W

W W

Công suất qua kháng:

SquaK = SquaTN-4+cos3.ϕ8/2= 46.5-05..89= 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

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 Hồng Quang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -10-4000-10

Các thông số kỹ thuật của kháng điện này:

I −

, kA

F cb

I

, kA

quaK cb

CHƯƠNG III TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn ổn định động, ổn định nhiệt khi ngắn mạch Dòng điện

ngắn mạch dùng để tính toán, lựa chọn các khí cụ điện và dây dẫn là dòng ngắn mạch 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 vị tương 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

7 Điểm N6: Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng

=

HT

cb

S S

= 0.0283