D4H2-Hoàng Đình Binh

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN BẰNG PHẦN MỀM POWERWORLD Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN ĐĂNG TOẢN Sinh viên thực hiện: HOÀNG ĐÌNH BINH Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : Đ4H2 Khoá : 2009 - 2014 Hà Nội, tháng 01 năm 2014 LỜI NÓI ĐẦU Nền kinh tế nước ta hòa nhập với kinh tế giới, nước nông nghiệp song công nghiệp ta dần vươn tới tầm cao Cùng với ngành khoa học khác, ngành công nghiệp điện đóng vai trò quan trọng kinh tế trị đất nước với 70% điện sản xuất dùng công nghiệp Vấn đề sản xuất, tiêu thụ điện vận hành bảo vệ Hệ thống điện, đảm bảo an toàn, tin cậy kinh tế mục tiêu hướng tới tính toán thiết kế Hệ thống điện.Trong năm gần đây, khoa học kỹ thuật phát triển, ngành điện áp dụng tiến công nghệ vào sản xuất, vận hành bảo vệ hệ thống điện nhằm đáp ứng yêu cầu thời kì công nghiệp hóa – đại hóa đất nước Xuất phát từ thực tế em nhận thấy việc thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp cần thiết để em tìm hiểu nắm bắt cách cụ thể hơn, thực tế hệ thống điện hoàn chỉnh Nhiệm vụ em gồm hai nội dung sau: Phần I : Thiết kế phần điện nhà máy điện gồm tổ máy, tổ có công suất 100 MW cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải cấp điện áp trung 110kV phát công suất thừa lên hệ thống 220kV Gồm chương:  Chương 1: Tính toán cân công suất đề xuất phương án nối dây  Chương 2: Tính toán chọn máy biến áp  Chương 3: Tính toán kinh tế- kỹ thuật chọn phương án tối ưu  Chương 4: Tính toán ngắn mạch  Chương 5: Chọn khí cụ điện dây dẫn  Chương 6: Tính toán điện tự dùng Phần II: Khảo sát ổn định động nhà máy nhiệt điện phần mềm PowerWorld  Chương 7: Khái quát chung ổn định hệ thống điện  Chương 8: Ổn định độ  Chương 9: Khảo sát ổn định động nhà máy nhiệt điện LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo, cô giáo trường Đại học Điện lực, đặc biệt thầy cô giáo khoa Hệ thống điện, thầy cô dìu dắt, trang bị kiến thức quí báu cho em suốt trình học tập trường Những kiến thức quí báu giúp đỡ thầy cô giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ người kỹ sư tương lai sống Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đăng Toản tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em suốt trình thiết kế đồ án tốt nghiệp Em xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 06 tháng 01 năm 2014 Sinh viên thực Hoàng Đình Binh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ PHẦN 1: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHƯƠNG TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN 1.2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng 1.2.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 110 kV .4 1.2.4 Cân công suất toàn nhà máy .5 1.3 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 1.3.1 Phương án .9 1.3.2 Phương án .9 1.3.3 Phương án .10 1.3.4 Phương án .11 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 12 CHƯƠNG TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 13 2.1 PHƯƠNG ÁN 13 2.1.1 Tính phân bố công suất cho máy biến áp làm việc bình thường 13 2.1.2 Chọn loại công suất định mức máy biến áp 15 2.1.3 Kiểm tra tải máy biến áp có cố 16 2.1.4 Tính toán tổn thất điện máy biến áp .21 2.1.5 Tính toán dòng điện cưỡng 22 2.2 PHƯƠNG ÁN 25 2.2.1 Tính phân bố công suất cho máy biến áp làm việc bình thường 25 2.2.2 Chọn loại công suất định mức máy biến áp 26 2.2.3 Kiểm tra tải máy biến áp có cố 27 2.2.4 Tính toán tổn thất điện máy biến áp .31 2.2.5 Tính toán dòng điện cưỡng 32 112 9.2 KHẢO SÁT KHI CÓ MÔ HÌNH KÍCH TỪ Khảo sát tính ổn định nhà máy ngắn mạch thoáng qua góp 220kV có mô hình kích từ khoảng thời gian 0,18s 9.2.1 Đặc tính góc công suất theo thời gian Sau nhập thông số khảo sát ổn định độ ta có đồ thị khảo sát ổn định độ góc roto máy phát xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g Rotor Angle_Gen Nut #1 Hình 9-10: Đặc tính góc roto MPĐ1 ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ góc Roto máy phát điện dao động khoảng giới hạn: Biên độ góc max 135,5940 6,0210 dao động quanh vị trí ổn định 62,380 Sau đó, biên độ góc giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 113 9.2.2 Đặc tính công suất Công suất tác dụng Đồ thị khảo sát đặc tính công suất tác dụng xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 -10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g MW Terminal_Gen Nut #1 Hình 9-11: Đặc tính công suất tác dụng MPĐ1 ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ biên độ công suất tác dụng dao động khoảng giới hạn: Biên độ max 181,745 MW -10,477 MW dao động quanh vị trí ổn định 100 MW Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 114 Công suất phản kháng Đồ thị khảo sát đặc tính công suất phản kháng xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g Mvar Terminal_Gen Nut #1 Hình 9-12: Đặc tính công suất phản kháng MPĐ1 ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ biên độ công suất phản kháng dao động giới hạn: Biên độ max 119,251 MVAr 17,641 MVAr dao động quanh vị trí ổn định 32,461 MVAr Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 115 9.2.3 Đặc tính điện áp nút Nút máy phát điện Đồ thị khảo sát đặc tính điện áp nút máy phát điện xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 1.05 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g V (pu)_Bus Nut Hình 9-13: Đặc tính điện áp nút MPĐ1 ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ điện áp nút MPĐ dao động khoảng giới hạn: Biên độ max 1,055(pu) 0,376(pu) dao động quanh vị trí ổn định 1(pu) Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 116 Nút góp 220kV Đồ thị khảo sát đặc tính điện áp nút góp 220kV xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g V (pu)_Bus Nut Hình 9-14: Đặc tính điện áp nút góp 220kV phát điện ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ điện áp góp 220kV dao động khoảng giới hạn: Biên độ max 1,018(pu) 0(pu) dao động quanh vị trí ổn định 0.982(pu) Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 117 Nút góp 110kV Đồ thị khảo sát đặc tính điện áp nút góp 110kV xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g V (pu)_Bus Nut Hình 9-15: Đặc tính điện áp nút góp 110kV phát điện ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ điện áp góp 110kV dao động khoảng giới hạn: Biên độ max 1,026(pu) 0,192(pu) dao động quanh vị trí ổn định 0,979(pu) Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 118 9.3 KHẢO SÁT KHI CÓ THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT PSS Sau nhập thông số động mô hình máy phát, kích từ thiết bị ổn định công suất PSS Ta bắt đầu khảo sát tính ổn định ngắn mạch thoáng qua góp 220kV 9.3.1 Đặc tính góc công suất theo thời gian Sau nhập thông số khảo sát ổn định độ ta có đồ thị khảo sát ổn định độ góc roto máy phát xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 135 130 125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g Rotor Angle_Gen Nut #1 Hình 9-16: Đặc tính góc roto MPĐ1 ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ PSS Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ PSS góc Roto máy phát điện dao động khoảng giới hạn: Biên độ góc max 135,5940 10,1320 dao động quanh vị trí ổn định 62,380 Sau đó, biên độ góc giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu sau 12s GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 119 9.3.2 Đặc tính công suất Công suất tác dụng Đồ thị khảo sát đặc tính công suất tác dụng xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g MW Terminal_Gen Nut #1 Hình 9-17: Đặc tính công suất tác dụng ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ PSS Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ PSS biên độ công suất tác dụng dao động khoảng giới hạn: Biên độ max 182,451MW -8,848 MW dao động quanh vị trí ổn định 100 MW Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu sau 12s GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 120 Công suất phản kháng Đồ thị khảo sát đặc tính công suất phản kháng xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g Mvar Terminal_Gen Nut #1 Hình 9-18: Đặc tính công suất phản kháng ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ PSS Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ PSS biên độ công suất phản kháng dao động giới hạn: Biên độ max 119,251 MVAr 8,739 MVAr dao động quanh vị trí ổn định 32,461 MVAr Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu sau 12s GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 121 9.3.3 Đặc tính điện áp nút Nút máy phát điện Đồ thị khảo sát đặc tính điện áp nút máy phát điện xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g V (pu)_Bus Nut Hình 9-19: Đặc tính điện áp nút MPĐ ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ PSS Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ PSS điện áp nút MPĐ dao động khoảng giới hạn: Biên độ max 1,042(pu) 0,376(pu) dao động quanh vị trí ổn định 1(pu) Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu sau 10s GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 122 Nút góp 220kV Đồ thị khảo sát đặc tính điện áp nút góp 220kV xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g V (pu)_Bus Nut Hình 9-20: Đặc tính điện áp nút góp 220kV phát điện ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ PSS Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ điện áp góp 220kV dao động khoảng giới hạn: Biên độ max 1,01(pu) 0(pu) dao động quanh vị trí ổn định 0,982(pu) Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu sau 6,5s GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 123 Nút góp 110kV Đồ thị khảo sát đặc tính điện áp nút góp 110kV xảy ngắn mạch ba pha góp 220kV khoảng thời gian 0,18s hình vẽ: 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 b c d e f g V (pu)_Bus Nut Hình 9-21: Đặc tính điện áp nút góp 110kV phát điện ngắn mạch TG 220kV thời gian 0,18s có kích từ PSS Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ngắn mạch thoáng qua 0,18s TG 220kV trường hợp máy phát điện có kích từ PSS điện áp góp 110kV dao động khoảng giới hạn: Biên độ max 1,015(pu) 0,192(pu) dao động quanh vị trí ổn định 0,979(pu) Sau đó, biên độ giảm dần trở vị trí ổn định ban đầu sau 6,5s 9.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG Trong chương khảo sát ổn định động nhà máy nhiệt điện thiết kế chương trình PowerWorld Khi xét ngắn mạch thoáng qua góp 220kV trường hợp: Chỉ có thông số động máy phát điện, máy phát điện có thêm kích từ máy phát điện có thêm kích từ & thiết bị PSS Qua đó, ta thấy ưu điểm thiết bị GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh 124 điều khiển kích từ ổn định công suất PSS ổn định nhà máy nhiệt điện thiết kế GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Phạm Văn Hòa, Th.S Phạm Ngọc Hùng Thiết kế phần điện nhà máy điện Trạm biến áp Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 [2] TS Đào Quang Thạch, TS Phạm Văn Hòa Phần điện nhà máy điện Trạm biến áp Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 [3] PGS.TS Phạm Văn Hòa Ngắn mạch đứt dây Hệ thống điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2011 [4] Ngô Hồng Quang Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện từ 0,4 – 500 kV Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 [5] GS.TS Lã Văn Út Phân tích điều khiển ổn định Hệ thống điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2011 [6] TS Nguyễn Đăng Toản Ổn định Hệ thống điện Trường Đại Học Điện Lực [7] TS Nguyễn Đăng Toản Phần mềm tính toán Hệ thống điện Trường Đại Học Điện Lực [8] http://www.powerworld.com/downloads/demosoftware.asp [9] http://www.powerworld.com/ GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hoàng Đình Binh ... án tốt nghiệp Em xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 06 tháng 01 năm 2014 Sinh viên thực Hồng Đình Binh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ... (MVA)  P(t): cơng suất tác dụng phụ tải thời điểm t, (MW) GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh  cos : hệ số cơng suất  P%(t): cơng suất phụ tải tính theo phần trăm cơng suất cực đại... số liệu ta xây dựng đồ thị phụ tải tồn nhà máy hình vẽ: GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh Stnm(t), MVA , 600 470,765 423,529 400 400 376,471 200 12 16 24 t (h) Hình 1-1 : Đồ thị