Thiết kế phần Điện của nhà máy điện

Điện năng được sản xuất từ các nhà máy và được truyền tải đến các hộ tiêu dùng nhờ các trạm biến áp.

Trang 1

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

1.Chọn máy phát điện2.Tính toán phụ tải và cân bằng công suất3.Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện

CHƯƠNG 2: Tính toán chọn máy biến áp

1.Chọn MBA cho phương án I2.Chọn MBA cho phương án II

CHƯƠNG 3: Tính toán kinh tế và xác định phương án tối ưu

1 Tính cho phương án I

2 Tính cho phương án II

CHƯƠNG 4:Tính toán ngắn mạch và chọn các thiết bị

1.Tính toán ngắn mạch2.Chọn thiết bị phân phối

Trang 2

lời mở đầu

Điện năng được sản xuất từ các nhà máy và được truyền tải đến các hộ tiêu dùng nhờ các trạm biến áp Nhà máy điện và các trạm biến áp là khâu không thể thiếu trong hệ thống điện Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta hệ thống điện cũng phát triển với nhiều nhà máy và trạm biến áp với công suất lớn Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng

và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại những lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế nói chung và hệ thống điện nói riêng Muốn giải quyết tốt các vấn đề đã nêu cần có những hiểu biết toàn diện, sâu sắc về nhà máy điện

Sau quá trình học tập nghiên cứu ở trường, tôi được thầy cô giáo giao nhiệm vụ thiết kế phần Điện của nhà máy điện Do thời gian ít , trình độ còn nhiều hạn chế mặc

dù đã cố gắng với tất cả khả năng của mình nhưng chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót trong khi thiết kế Vì vậy tôi rất mong được sự giúp đỡ và góp ý của các thầy cô giáo

và các bạn để đồ án của tôi được hoàn chỉnh

Tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo Bộ môn Hệ thống điện

đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản đồ án này

Sinh Viên:Phạm văn Thảo 2

Trang 3

Chương 2

Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

chọn phương án nối dây

Để đảm bảo chất lượng điện năng , tại mỗi thời điểm công suất do các nhà điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với công suất tiêu thụ " kể cả công suất tổn thất Như vậy việc tính toán phụ tải và cân bằng công suất trong hệ thống điện là một điều

vô cùng quan trọng

Trong thực tế , mức tiêu thụ điện năng tại các phụ tải luôn thay đổi theo thời gian, do đó việc nắm được qui luật này , tức là tìm được dạng đồ thị phụ tải là một điều vô cùng quan trọng đối với người thiết kế và vận hành bởi vì nhờ có đồ thị phụ tải mà có thể lựa chọn được phương án, sơ đồ nối điện phù hợp Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ngoài ra đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng dung lượng máy biến áp , phân bố được tối ưu công suất giữa các nhà máy điện hoặc giữa các tổ máy trong một nhà máy điện

I CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN

Thiết bị điện chiếm vị trí quan trọng nhất trong nhà máy điện là máy phát điện ,

nó trực tiếp biến đổi cơ năng thành điện năng.Ngoài điều chỉnh công suất của mình , máy phát điện còn giữ vai trò quan trọng trong công việc đảm bảo chất điện năng Dựa vào nhiệm vụ thiết kế và số liệu ban đầu của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi gồm 4 tổ máy mỗi tổ máy có công suất P = 100 MW, điện áp định mức 10,5kV Theo tài liệu tham khảo chọn máy phát điện có ký hiệu : TBΦ-100-2 (Sách thiết kế mạng và hệ thống điện – Bộ môn Hệ Thống Điện) có các thông số sau:

Bảng 1.1

S

MVA

P MW

U

62,5 50 10,5 0,8 3,437 0,1336 0,1786 1,4036

II TÍNH PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Để chọn dung lượng và tính toán tổn thất trong máy biến áp cần thiết lập đồ thị phụ tải ngày của nhà máy Máy biến áp được chọn theo công suất biểu kiến , mặt khác hệ

Trang 4

số cosϕ các cấp khác nhau nên cân bằng công suất được tính theo công suất biểu kiến Sau đây tiến hành tính công suất các cấp của nhà máy.

Công thức chung để tính tính toán công suất như sau:

S = 100p.cos% ϕPmax ( 1 - 1)

Trong đó : S - Công suất biểu kiến của phụ tải ở từng cấp

Pmax - công suất cực đạiP% - Công suất tính theo phần trăm công suất cực đại

cosϕ - hệ số công suất phụ tải

1 Đồ thi phụ tải toàn nhà máy:

Bỏ qua tổn thất của các máy biến áp điện lực và các biến áp tự dùng , phụ tải nhà máy theo thời gian xác định là :

S(t) = 100S%.Sđặt với Sđặt = 312,5 MVAKết quả tính theo công thức được ghi bảng sau :

399,5

475 450 425 400 375 350 325 300

470

329

Trang 5

2 Đồ thị phụ tải điện áp máy phát (10.5kV) :

Đồ thị phụ tải máy phát xác định như trên với :

Snm : Công suất đặt toàn nhà máy

S(t) : Công suất phát toàn nhà máy tại thởi điểm t

α : Phần trăm điện tự dùng NM được thiết kế là nhà máy nhiết điện với hệ số tự dùng là 8%

Kết quả tính được ghi trong bảng sau :

Bảng 1.4

Biểu đồ công suất phát toàn nhà máy điện

Biểu đồ phụ tải điện áp máy phát

Trang 6

T(h) 0-7 7-15 15-21 21-24

4 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110kV :

Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110 kV xác định theo công thức (1-1) :

Kết quả tính được ghi trong bảng sau :

Công suất phát về hệ thống được tính theo công thức sau Tính gần đúng trên

cơ sở tương đương về hệ số công suất:

Sht = Snm - ( Std + S110kV + SuF )Trong đó Sht :Công suất phát về hệ thống

34.2231.96

35.34

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

STD(MVA)

t(h)

Trang 7

Snm :Công suất đặt toàn nhà máy

SUF : Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

Tổng hợp các kết quả tính toán trên được ghi ở bảng 1.6

Theo kết quả tính toán được trong bảng (1-6) và qua các đồ thị phụ tải, ta nhận thấy:

- Chọn công suất mỗi tổ máy phát điện là hợp lý

- Nhà máy có đủ công suất cung cấp cho các phụ tải ở các cấp điện áp

- Công suất phát về hệ thống nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (540 MVA), do

đó sự ảnh hưởng của nhà máy điện đối với hệ thống là không đáng kể

Trang 8

Chương 2

Lựa chọn sơ đồ nói điện chính

chọn máy biến áp

III CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế và kết quả tính toán được ở phần trước, ta tiến hành vạch một số phương án nối điện của nhà máy Việc đưa ra các phương án nối điện phải đảm bảo sao cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng là bé nhất đồng thời thuận tiện cho công tác vận hành cũng như sửa chữa sau này có tính tới nhu cầu phát triển trong tương lai

Trước tiên ta có một số nhận xét sau dây:

- Nhà máy được thiết kế có hai cấp điện áp 10.5 kV, 110 kV và nối với hệ thống

ở cấp điện áp 220kV do đó để liên lạc giữa các cấp điện áp ta sử dụng máy biến áp ba pha tự ngẫu có 3 cấp điện áp:10.5, 110 và 220kV

Theo tính toán thì công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

- SuFMAX = 9,195 MVA < 15% SFĐM = 9,375MVA nhưng phụ tải ở cấp điện áp máy phát có số lộ nhiều (3 kép+ 1 đơn) nên trong sơ đồ nối điện ta sử dụng nối bộ máy phát- máy biến áp kết hợp với sơ đồ có hệ thống thanh góp điện áp máy phát

- Công suất phát vào( hệ thống) phía cao áp: SCmax = 138,775 MVA

Dự trữ quay của hệ thống SDT Q = 95 MVA

Phương án một:

ở phương án này dùng 2 bộ MF-MBA ba pha hai cuộn dây nối với thanh góp điện

áp trung và 2 MF nối với thanh góp điện áp máy phát liên hệ với thanh góp điện áp cao và trung qua 2 MBA 3 pha tự ngẫu

Trang 9

Phương án hai :

ở phương án này dùng bộ MF-MBA 2 cuộn dây nối với thanh cái điện áp cao, 1 bộ MF-MBA 2 cuộn dây phát lên thanh cái điện áp trung và sử dụng 2 MF nối với thanh góp điện áp máy phát liên hệ với thanh góp điện áp cao và trung qua 2 MBA 3 pha tự ngẫu

Trang 10

Nhận xét chung : Ta thấy hai phương án đều dễ vận hành và đảm bảo khi mùa khô

cho một tổ máy ngừng làm việc dễ dàng

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 2 Máy

- Máy biến áp ba tự ngẫu : 2 Máy

* Phương án hai phải dùng

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp cao : 1 Máy

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 1 Máy

- Máy biến áp ba tự ngẫu : 2 Máy

Chương:II

TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

I CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO PHƯƠNG ÁN 1

1 Chọn máy biến áp AT 1 , AT 2

Chọn máy biến áp ba pha tự ngẫu theo điều kiện sau:

SAT1 = SAT2 = Sthừa*1/2α=1/2α*(ΣSđmF -Stdmax -SUFmin)

Trang 11

=1/2*0,5*(2*117,5-18,8- 8,7)=207,5 MVAChọn MBA (220kV) có các thông số như sau:ATДЦTH-250 -230 /121/11Kiểm tra lại theo các điều kiện:Khi STmax mà sự cố 1 MBA

a Sự cố 1 bộ MF-MBA bên trung

2*kqt*α*Sđm≥ STmax -(ΣSbộT -ST4)

350 ≥ 275-(2*117,5-117,5)350≥ 157,5 Điều kiện này thoả mãn

Chọn máy biến áp ba pha hai cuộn dây theo điều kiện hợp bộ sau:

phát dự kiến sẽ đấu vào thanh góp điện áp máy phát nên trong công thức trên bỏ qua thành phần SUfmin

II Phân bố công suất Tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp

1 Phân bố công suất trong máy biến áp.

a Phân bố công suất trong máy biến áp T3, T4 :

Đối với hai bộ MF-MBA T 3 , T 4 ưu tiên phát công suất bằng phẳng:

ST3 = ST4 = SDMF – STD = 117,5 – 9,4 = 108,1 MVA

Phần còn lại thay đổi giao cho 02 máy biến áp điều chỉnh dưới tải đảm nhiệm

b Phân bố công suất trong máy biến áp AT1, AT2 :

Trang 12

SAT1= SAT2 = 0,5*(SHT + SU110 – ST3 – ST4) MVATại các thời điểm trong ngày ta có bảng phân bố công suất như sau:

t S P n T P n

+ SđmT là công suất định mức máy biến áp

a Tổn thất điện năng trong MBA ba pha 2 dây quấn T 3 và T 4

Với máy biến áp T3 T4:

SMAX = SĐMF – STD = 117,5 - 9,4 = 108,1 MVA là công suất tải qua máy biến áp bằng phẳng suốt cả năm tính cho T= 8760

108,1

* 400 8760

*

2 4

,

∆A T

Trang 13

b Tổn thất điện năng trong MBA ba pha tự ngẫu AT1, AT2

thay số và tính toán ta được

∆ATi= 4 578 447,54 kWh

Vậy tổng tổn thất điện năng ở phương án một là:

∆A = 2*3.671.758 + 4.578.447 = 11.921.963 kWh

B CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO PHƯƠNG ÁN HAI

I.Chọn máy biến áp:

* 2

365 8760

Trang 14

3 Chọn máy biến áp T 2 , T 3 :

Chọn máy biến áp ba pha hai cuộn dây theo điều kiện hợp bộ sau:

Chọn MBA có các thông số như sau:

Kiểm tra khi :

a Sự cố 1 bộ máy phát – máy biến áp bên trung:

2*Kq*α*Sđm≥ STmax - (ΣSbộT - ST4 )

vì (ΣSbộT – ST4 ) = 0

nên 2*Kq*α*Sđm≥ STmax

Sđm ≥ STmax/(2Kqt α) = STmax/(Kqt) = 196,5

Điều kiện này thoả mãn

b Sự cố 1 máy biến áp liên lạc:

Kq*α*Sđm≥ STmax - ΣSbộT = 275 - 175,5 = 157,5

⇔ 1,4 * 0,5 * 250 = 175 ≥ 157,5

Điều kiện này thoả mãn

III Phân bố công suất,Tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp

1.Phân bố công suất trong máy biến áp.

a Phân bố công suất trong máy biến áp B1:

Đối với hai bộ MF-MBA T1 , T 4 ưu tiên phát công suất bằng phẳng:

ST1 = ST4 = SDMF – STD = 117,5 – 9,4 = 108,1 MVA

Phần còn lại thay đổi giao cho 02 máy biến áp điều chỉnh dưới tải đảm nhiệm

b Phân bố công suất trong máy biến áp T2,T3 :

SAT2 = SAT3 = 0,5x(SHT + SU110 – ST1 – ST4 ) MVATại các thời điểm trong ngày ta có bảng phân bố công suất như sau:

Trang 15

t S P n T P n

+ SđmB là công suất định mức máy biến áp

S P

* 2

365 8760

108,1

* 350 8760

Trang 16

CHỌN THIẾT BỊ PHÂN PHỐI, TÍNH TOÁN KINH TẾ,

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

A CHỌN THIẾT BỊ PHÂN PHỐI

Ta sử dụng sơ đồ HTTC có thanh góp vòng cho cả hai phía cao và trung

Phương án I:

TGV TGII TGI

10,5kV

Phương án II:

Trang 17

220kV

TGI

TGV TGII

Trang 18

B TÍNH DÒNG CƯỠNG BỨC CÁC MẠCH

1.Tính dòng điện cưỡng bức mạch cho phương án I

Các khí cụ điện và dây dẫn có hai trạng thái làm việc bình thường và cưỡng bức.ứng với hai trạng thái làm việc trên có dòng Ibt và Icb Tình trạng làm việc bình thường là tình trạng mà không có phần tử nào của khu vực đang xét bị cắt , Ibt là dòng lớn nhất trong tình trạng này

Dòng làm việc bình thường dùng để chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện kinh tế

Tình trạng làm việc cưỡng bức là tình trạng làm việc nếu 1 phần tử của khu vực xét bị cắt, dòng cưỡng bức cực đại thường để chọn khí cụ điện và đây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài

a Cấp 220kV

- Phía đường dây Theo nhiệm vụ thiết kế thì phụ tải của hệ thống được cung cấp bằng đường dây kép dài 82 km.Vậy dòng bình thường và dòng cưỡng bức của đường dây là:

220 3 2

185.74

3 2

92.87

3 max =

*8,0

117,5

Trang 19

*3

92,87

3 max =

185.74

3 2

- Phía máy biến áp:

+ Máy biến áp 2 dây quấn:

220 3

117,5

3 max =

35,03

3 max =

*8,0

- Phía máy biến áp:

+ Máy biến áp 2 dây quấn:

220 3

117,5

3 max =

78,75

3 max =

Trang 20

Icb= 1,4* Ibt = 0,58 kA

c Cấp 10,5kV:

- Phía máy phát:

5,10

*3

92,87

3 max =

Trang 21

THÔNG SỐ MÁY CẮT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

C TÍNH TOÁN KINH TẾ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Để tính toán chỉ tiêu kinh tế của một phương án cần tính vốn đầu tư ban đầu và phí tổn vận hàng hàng năm do sửa chữa thay thế chỉ cần xét đến những phần tử thiết

bị khác nhau trong các phương án như máy biến áp, máy cắt điện Như vậy vốn đầu

tư các phương án chỉ tính đến tiền mua thiết bị, tiền chuyên chở và tiền xây lắp Còn đối với các thiết bị phân phối thì tiền chi phí thiết bị dựa vào số mạch của thiết bị phân phối ứng với các cấp điện áp tương ứng và chủ yếu là do chủng loại máy cắt quyết định → Vốn đầu tư của một phương án được tính theo biểu thức:

V = ∑KB VB + ∑VTBPP

Trong đó:

- VB: Vốn đầu tư máy biến áp

- KB: Hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp máy biến áp, hệ số này phụ thuộc vào điện áp định mức của cuộn cao áp và công suất định mức của máy biến áp

- VTBPP: Vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối và được tính như sau:

VTBPP = n1 VTBPP1 + n2 VTBPP2 + n3 VTBPP3 + +

Với: n1, n2 số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2 trong

sơ đồ nối điện đã chọn

U2 và bao gồm cả tiền mua, chuyên chở, xây lắp

Trang 22

Với: V - Vốn đầu tư của một phương án

a - Số phần trăm định mức khấu hao

PP: Chi phí phục vụ thiết bị gồm sửa chữa thường xuyên và tiền lương công nhân chi phí này phụ thuộc vào nhiều yếu tố và nhỏ,do đó khi đánh giá hiệu quả kinh

tế của các phương án này có thể bỏ qua chi phí này

Pt: Chi phí tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện

Pt = c ∆A

Trong đó:C là giá thành 1 KWh điện năng

∆A: Tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị chủ yếu trong máy biến áp.Sau đây tính toán chỉ tiêu kinh tế cho từng phương án:

I TÍNH TOÁN CHO PHƯƠNG ÁN I

1 Tính vốn đầu tư của thiết bị V

a Vốn đầu tư các máy biến áp

- Bốn máy biến áp ba pha hai cuộn dây: TДЦ - 125 - 242/13,8

Giá: 162 * 103 * 40 * 103 VND với KB = 1,4Vậy tổng số vốn đầu tư vào máy biến áp là:

VB = (2 * 250 + 2 * 162 ) * 40*106*1,4 = 46.144*106 VNĐ

b Tính vốn đầu tư thiết bị phân phối

Từ sơ đồ nối điện của hai phương án thấy rằng thiết bị phân phối hai phương án giống nhau tức là: Đối với thiết bị phân phối cao áp 220KV dùng hệ thống hai thanh góp có máy cắt nối Do đó đối với hai phương án I và II chúng chỉ khác nhau ở thiết

bị máy cắt vì vậy khi tính toán vốn đầu tư thiết bị phân phối chỉ tính toán giá thành đối với máy cắt điện ở các cấp điện áp:

- Mạch cấp 220KV gồm có 5 mạch với máy cắt điện không khí kiểu

Trang 23

II Tính toán cho phương án II:

1 Tính vốn đầu tư của thiết bị V

a Vốn đầu tư cho các máy biến áp

- Hai máy biến áp ba pha hai cuộn dây: TДЦ - 200 - 242/13,8

Giá: 181 x 103 x 40 x 103 VND với KB = 1,4

- Một máy biến áp ba pha hai cuộn dây: TДЦ - 125 - 242/13,8

Giá: 181 x 103 x 40 x 103 VND với KB = 1,4Vậy tổng số vốn đầu tư vào máy biến áp là:

VB = (1*181 + 2 * 250 + 1 * 162 ) * 40*106*1,4 = 47.208*106 VNĐ

b Tính vốn đầu tư thiết bị phân phối