Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp

Lời nói đầu Ngày với phát triển chung kinh tế quốc dân, nhu cầu sử dụng điện lĩnh vực giao thông, nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt tăng lên đặc biệt phát triển ngày nhiều xí nghiệp công nghiệp với nhu cầu sử dụng điện lớn Do vậy, đẩy nhanh việc xây dựng nhà máy điện cần thiết Thiết kế nhà máy điện nối chung với hệ thống vấn đề quan trọng, nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ chúng hỗ trợ cố nhà máy Đồng thời tăng thêm tính ổn định hệ thống hạn chế số lợng máy phát dự trữ so với vận hành độc lập Quá trình thiết kế môn học củng cố lại kiến thức đợc học mà giúp đỡ em có thêm hiểu biết xác đầy đủ hệ thống điện nói chung nh nhà máy nhiệt điện nói riêng Qua đây, em bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo TS.Đào Quang Thạch trực tiếp hớng dẫn em, thầy cô giáo, cán môn giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế Đồ án môn học thiết kế nhà máy điện đợc chia làm chơng: Chơng I: Tính toán phụ tải cân công suất Chọn Máy Phát Điện Chơng II: Nêu phơng án chọn MBA cho phơng án Chơng III: Tính toán chọn phơng án tối u Chơng IV: Tính toán dòng điện ngắn mạch Chơng V: Chọn khí cụ điện dây dẫn Chơng VI: Chọn sơ đồ tự dùng MBA tự dùng Chơng I Tính toán phụ tải cân công suất Chọn Máy Phát Điện Để thực tốt nhiệm vụ thiết kế, cần phải hiểu rõ công việc thiết kế nh số liệu cho nhà máy để đảm bảo tốt yêu cầu kỹ thuật Công việc tính toán xác định phụ tải cấp điện áp lợng công suất nhà máy cần thiết trao đổi với hệ thống điện quan trọng Nó sở giúp ta xây dựng đợc bảng phân phối cân công suất toàn nhà máy Từ rút điều kiện kinh tế kỹ thuật để chọn phơng án nối điện toàn nhà máy hợp lý với thực tế yêu cầu thiết kế Quá trình tính toán đợc thực nh sau: I Chọn Máy phát điện: Theo yêu cầu thiết kế, nhà máy thiết kế nhà máy nhiệt điện, có tổng cộng suất 240 MW, gồm có tổ máy, tổ 60 MW Phụ tải đầu cực máy phát có U đm= 10 kV nên ta chọn kiểu máy TB-60-2 có thông số sau: Bảng 1.1 Số liệu máy phát điện Loại n v/ph Uđm kV Pđm MW Sđm MVA cos Iđm kA TB-60-2 3000 10,5 60 75 0,8 4,125 Điện kháng tơng đối định mức Xd Xd Xd 0,146 0,22 1,691 II Tính toán phụ tải cấp điện áp cân công suất: 2.1 Tính toán phụ tải cấp điện áp: Theo yêu cầu cần thiết kế nhà máy cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp phát hệ thống1 lợng công suất lại (trừ tự dùng) Công suất tiêu thụ bảng biến thiên phụ tải ngày Sau ta tính toán cho phụ tải nh sau: 2.1.1 Phụ tải địa phơng: Uđm=10 kV; Pmax=35 MW; cos = 0,86 P 35 Smax = max = = 40,7 MVA cos 0,86 Ta tính công suất phụ tải theo thời gian ngày cách áp dụng công thức sau: P%(t) P(t) P(t) = Pmax ; S( t ) = 100 cos Bảng 1.2 Bảng phân bố phụ tải địa phơng t (h) 0-7 7-12 12-20 20-24 CS P%(t) 80 100 85 70 S(t), MVA 32,6 40,7 34,6 28,49 Từ bảng số liệu ta vẽ đợc đồ thị phụ tải địa phơng nh sau: 2.1.2 Phụ tải điện áp phía trung: Uđm=110 kV; Pmax= 100 MW; cos = 0,87 P 100 Smax = max = = 114,9 MVA cos 0,87 Ta tính công suất phụ tải theo thời gian ngày cách áp dụng công thức sau: P%(t) P(t) P(t) = Pmax ; S( t ) = 100 cos Bảng 1.3 Bảng phân bố phụ tải cấp điện áp trung t(h) 0-8 8-14 14-18 18-24 CS P%(t) 70 80 100 75 S(t), MVA 80,46 91,95 114,9 86,2 Từ bảng số liệu ta vẽ đợc đồ thị phụ tải cấp điện áp trung nh sau: 2.1.3 Phụ tải toàn nhà máy: Pmax= 240 MW; cos = 0,8 P 240 Smax = max = = 300 MVA cos 0,8 Ta tính công suất phụ tải theo thời gian ngày cách áp dụng công thức sau: P%(t) P(t) P(t) = Pmax ; S( t ) = 100 cos Bảng 1.4 Bảng phân bố phụ tải toàn nhà máy t(h) 0-6 6-12 12-18 18-24 CS P%(t) 75 85 100 80 S(t), MVA 225 255 300 240 Từ bảng số liệu ta vẽ đợc đồ thị phụ tải toàn nhà máy nh sau: 2.1.4 Tính toán công suất tự dùng: = 6%; cos = 0,85 Công suất tự dùng nhà máy: St S td (t) = S NMmax (0,4 + 0,6 ) S NMmax P St S td (t ) = max (0,4 + 0,6 ) cos td S NMmax Trong đó: Pmax= 240 MW; SNMmax= 300 MVA Bảng 1.5 Bảng phân bố công suất tự dùng ngày t(h) 0-6 6-12 12-18 18-24 CS S(t), MVA 225 255 300 240 Std(t), MVA 14,4 15,4 16,94 14,9 Từ bảng số liệu ta vẽ đợc đồ thị phụ tải tự dùng nh sau: 2.2 Công suất nhà máy phát hệ thống: Công suất nhà máy phát hệ thống đợc tính theo công thức sau: SHT = SNM(t) [SUF(t) + SUT(t) + Std(t)] Trong đó: SHT: Công suất nhà máy phát hệ thống SNM: Công suất phát nhà máy SUF: Công suất tiêu thụ phụ tải điện áp máy phát SUT: Công suất tiêu thụ phụ tải điện áp trung Std: Công suất tự dùng nhà máy Dựa vào số liệu thời điểm ngày ta tính đợc lợng công suất nhà máy phát hệ thống Từ ta có bảng cân công suất toàn nhà máy nh sau: Bảng 1.6 Bảng phân bố công suất toàn nhà máy ngày CS t(h) SNM, MVA SĐP, MVA SUT, MVA Std, MVA SHT, MVA 0-6 6-7 7-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-24 225 32,6 80,46 14,4 97,54 255 32,6 80,46 15,4 126,54 255 40,7 80,46 15,4 118,44 255 40,7 91,95 15,4 106,95 300 34,6 91,95 16,94 156,51 300 34,6 114,9 16,94 133,56 240 34,6 86,2 14,9 104,3 240 28,49 86,2 14,9 110,41 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy 2.3 Các nhận xét: Qua trình tính toán phụ tải cấp điện áp phụ tải toàn nhà máy ta rút số kết luận sau: Cấp điện áp cao 220 kV điện áp trung 110 kV nên ta phải dùng máy biến áp tự ngẫu làm máy biến áp liên lạc cấp điện áp 10,5 kV; 110 kV; 220 kV Nhà máy thiết kế việc cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp khác cho tự dùng, nhà máy thiết kế phát hệ thống lợng công suất SHTmax=156,51 MVA; SHTmin=97,54 MVA, đợc truyền tải đờng dây kép dài 135 km, công suất hệ thống (không kể nhà máy thiết kế) 1900 MVA dự trữ quay hệ thống 8% Từ nhận xét ta thấy nhà máy thiết kế có ý nghĩa quan trọng toàn hệ thống, lợng công suất phát hệ thống lớn nên có ảnh hởng trực tiếp đến độ ổn định hệ thống Vì trình đề xuất phơng án dây phải ý đến tầm quan trọng nhà máy hệ thống Chơng II Nêu Các phơng án nối điện nhà máy điện chọn máy biến áp cho phơng án I Xây dựng phơng án nối dây: Chọn sơ đồ nối điện nhà máy khâu quan trọng trình thiết kế Vì cần nắm vững số liệu ban đầu dựa vào bảng cân công suất để vạch phơng án dây Sơ đồ nối điện cấp điện áp cần thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sau: Số lợng máy phát điện nối vào góp điện áp máy phát phải thoả mãn điều kiện cho ngừng làm việc máy phát lớn nhất, máy lại đảm bảo đủ cung cấp cho phụ tải điện áp máy phát phụ tải điện áp trung (trừ phần phụ tải hộ nguồn khác nối vào góp điện áp trung cung cấp đợc) Công suất máy phát điện- máy biến áp không đợc lớn dự trữ quay hệ thống Chỉ ghép máy phát điện- máy biến áp hai cuộn dây vào góp điện áp mà phụ tải cực tiểu lớn công suất này, nh tránh đợc trờng hợp lúc phụ tải cực tiểu, không phát hết công suất công suất phải chuyển qua lần máy biến áp làm tăng tổn hao gây tải cho máy biến áp ba cuộn dây Đối với máy biến áp tự ngẫu liên lạc không cần điều kiện Vì nhà máy có tầm quan trọng hệ thống nên phơng án đa phải đơn giản, an toàn linh hoạt trình vận hành Ta thấy: SDPmax 40,7 = = 27,13% > 15% cần có góp điện áp máy phát 2.SdmF 2.75 1.1 Phơng án 1: Trong phơng án ta sử dụng: + Hai máy biến áp tự ngẫu pha liên lạc cấp điện áp + Hai máy biến áp pha hai dây quấn nối với máy phát F F4 để cung cấp điện cho phụ tải 110kV + Các máy phát F1, F2 đợc nối trực tiếp vào vào máy biến áp tự ngẫu * Nhận xét: Phơng án đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp : + Phụ tải địa phơng đợc cung cấp hai máy phát có cố máy phát bị cắt phụ tải đợc cung cấp điện đầy đủ liên tục máy phát lại + Phụ tải 110kV đợc cung cấp máy phát + máy biến áp công suất cuộn trung áp hai máy biến áp liên lạc Cho nên phụ tải cấp điện áp 110kV đợc đảm bảo cung cấp điện có cố máy biến áp liên lạc máy phát + máy biến áp + Phơng án có sơ đồ nối điện đơn giản, công suất máy biến áp tự ngẫu có dung lợng bé *Nhợc điểm: + Số lợng máy biến áp sử dụng trờng hợp nhiều làm tăng vốn đầu t kinh tế tổn thất điện + điều kiện bình thờng STMAX = 114,9 MVA công suất phải truyền từ bên cuộn trung sang cuộn cao máy biến áp liên lạc 1.2 Phơng án 2: Trong phơng án ta sử dụng: - Ghép máy phát + máy biến áp (F1+B1) lên góp điện áp 220 kV - Các máy phát F2, F3 đợc nối lên góp điện áp máy phát - Hai máy biến áp tự ngẫu B2, B3 làm nhiệm vụ liên lạc cấp điện áp - Bộ máy phát + máy biến áp (F4+B4) đợc ghép lên góp điện áp 110 kV *Ưu điểm: - Đảm bảo cung cấp đầy đủ điện cho phụ tải cấp điện áp - Do ghép (F1+B1) lên góp điện áp 220 kV nên điện truyền qua lần biến áp nh phơng án *Nhợc điểm: - Số lợng chủng loại máy biến áp nhiều nên vốn đầu t lớn phơng án - Do chủng loại khác nên trình thay thế, sửa chữa gặp nhiều khó khăn 1.3 Phơng án 3: Trong phơng án ta sử dụng: - Ghép tổ máy F1, F2, F3 vào góp điện áp máy phát - Dùng máy biến áp tự ngẫu B 1, B2 làm máy biến áp liên lạc cấp điện áp - Máy phát F4 đợc ghép với máy biến áp pha hai dây quấn B nối với góp 110 kV * Ưu điểm: - Phơng án đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải chế độ bình thờng nh cố - Số lợng máy biến áp so với phơng án - Sơ đồ nối dây đơn giản * Nhợc điểm: - Các máy biến áp tự ngẫu có công suất định mức lớn phơng án - Thanh góp điện áp 10,5 kV có dòng điện lớn nên kháng điện phân đoạn khó lựa chọn phơng án II Chọn máy biến áp cho phơng án: Một số nguyên tắc: 10 Giả thiết thời gian tồn ngắn mạch t = 0,5 s Tính giá trị hiệu dụng thành phần chu kỳ thời điểm: t = 0s; t = 0,1s; t = 0,2s I(0); I(0,1); I(0,2) 2 Bình phơng giá trị ta có: I (0) ; I (0,1) ; I (0,2) Nếu biểu diễn đồ thị (I 2ck - t) phần diện tích giới hạn đờng cong với trục tọa độ BNCK Một cách gần diện tích đợc xác định theo đờng bậc thang hoá với diện tích bậc là: I 2tbi t = ( I i2-1 + I i2 ).t B NCK = I 2tbi t t khoảng chia thời gian Trong chơng ngắn mạch ta tính đợc giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch pha thành phần chu kỳ điểm ngắn mạch N2 thời điểm: I(0) = 4,61 kA I2(0) = 21,25 kA2 I(0,1) = 4,407 kA I2(0,1) = 19,42 kA2 I(0,2) = 4,309 kA I2(0,2) = 18,57 kA2 I(0,5) = 4,187 kA I2(0,5) = 17,53 kA2 Từ ta tính giá trị trung bình bình phơng dòng ngắn mạch nh sau: 2 I 2tb1 = (I (0) + I (0,1) ) = ( 21,25 + 19,42) = 20,34 kA 2 2 I 2tb2 = (I (0,1) + I (0,2) ) = (19,42 + 18,57) = 18,99 kA 2 2 I 2tb3 = (I (0,2) + I (0,5) ) = (18,57 + 17,53) = 18,05 kA 2 Vậy xung lợng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ đợc tính là: B NCK = I 2tbi t = (20,34 + 18,99).10 6.0,1 + 18,05.10 6.0,3 = 9,348.10 (A s) 3.2.1.2 Tính BNKCK: Ta có tcắt = 0,5 s nên BNKCK đợc tính theo biểu thức sau: BNKCK = I2.Ta Ta số thời gian tơng đơng lới điện Lới điện có điện áp từ 1000 V trở nên lấy Ta = 0,05 s BNKCK = I2.Ta = 4,612.106 0,05 = 1,06 106 A2s Xung lợng nhiệt dòng ngắn mạch 110 kV là: BN = BNCK + BNKCK = (9,348 + 1,06).106 = 10,408 106 A2s Để đảm bảo ổn định nhiệt dây dẫn chọn phải có tiết diện nhỏ là: BN 10,408.10 Smin = = = 36,7 mm C 88 Với dây nhôm lõi thép C = 88 A2s/ mm2 Với dây dẫn chọn AC- 300 ta thấy: Schọn = 300 mm2 > Smin = 36,7 mm2 69 3.2.2 Kiểm tra điều kiện vầng quang: U vq U dm mạng Trong Uvq điện áp tới hạn phát sinh vầng quang Nếu dây dẫn đợc bố trí đỉnh tam giác ta có: a U vq = 84.m.r.lg r Trong đó: m: hệ số xét đến độ xù dây dẫn m = 0,83 ữ 0,87 r: Bán kính dây dẫn (cm) Dây AC- 185 có bán kính r = 0,945 cm a: Khoảng cách pha Với cấp điện áp 110 kV ta lấy a = 400 cm Thay vào công thức ta có: a 400 U vq = 84.m.r.lg = 84.0,87.0,945.lg = 181,4 kV r 0,945 Trên thực tế góp 110 kV đợc bố trí mặt phẳng nằm ngang nên Uvq pha phải giảm 4% Ta có: Uvq = 0,96.181,4 = 174,1 kV > Uđm mạng = 110 kV Nh dây dẫn chọn đảm bảo yêu cầu không phát sinh vầng quang làm việc chế độ bình thờng IV Chọn cáp, máy cắt kháng điện cho phụ tải 10,5 kV: 4.1 Chọn cáp: Theo yêu cầu thiết kế phụ tải cấp điện áp 10,5 kV bao gồm: - đờng dây kép có P = MW; cos = 0,86; S = 4,65 MVA - đờng dây đơn có P = MW; cos = 0,86; S = 3,49 MVA Ta chọn tiết diện cáp theo mật độ dòng điện kinh tế Jkt: I Scáp = lvbt J kt Trong đó: Ilvbt: Dòng điện làm việc bình thờng Jkt: Mật độ làm việc kinh tế Chọn tiết diện cáp kép: Công suất đờng dây cáp kép là: S = 4,65 MVA Dòng điện làm việc bình thờng qua cáp là: S 4,65 I lvbt = = = 0,128 kA 3U dm 3.10,5 Từ đồ thị phụ tải ta tính đợc thời gian sử dụng công suất lớn (T max) theo công thức sau: 24 365. Pi t i 365 (28.7 + 35.5 + 29,75.8 + 24,5.4) = 7373 h PDPmax 35 Tra bảng với Tmax = 7373 h cáp lõi đồng ta có: Jkt = A/mm2 Vậy tiết diện kinh tế cáp là: Tmax = = 70 I lvbt 128 = = 64 mm J kt Tra bảng chọn cáp pha lõi đồng có cách điện giấy tẩm dầu, nhựa thông chất dẻo không cháy, vỏ chì, đặt đất (nhiệt độ đất 15 C) ta đợc: Scáp = 70 mm2; Uđm = 10,5 kV; Iđm = 265 A - Kiểm tra cáp chọn theo điều kiện phát nóng bình thờng: Skt = K K I cp I lvbt Trong đó: K1 = 0,88; K2 = 0,9 K1.K2.Icp = 0,88.0,9.265 = 209,88 A > Ilvbt = 128 A Vậy cáp chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài cho phép - Kiểm tra điều kiện phát nóng làm việc cỡng bức: Điều kiện phát nóng cáp kép hỏng hai đờng dây, đờng dây lại phải tải hết công suất: S 4,65 I cb = = = 0,26 kA 3.U dm 3.10,5 Điều kiện kiểm tra: 1,3.K1.K2.Icp Icb 1,3.0,88.0,9.265 = 272,8 A > Icb = 260 A Vậy cáp chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Chọn tiết diện cáp đơn: Công suất đờng dây cáp đơn là: S = 3,49 MVA Dòng điện làm việc bình thờng qua cáp là: S 3,49 I lvbt = = = 0,19 kA 3U dm 3.10,5 Vậy tiết diện kinh tế cáp là: I 190 Skt = lvbt = = 95 mm J kt Tra bảng chọn cáp pha lõi đồng có cách điện giấy tẩm dầu, nhựa thông chất dẻo không cháy, vỏ chì, đặt đất (nhiệt độ đất 15 C) ta đợc: Scáp = 120 mm2; Uđm = 10,5 kV; Iđm = 380 A - Kiểm tra cáp chọn theo điều kiện phát nóng bình thờng: K K I cp I lvbt Trong đó: K1 = 0,88; K2 = 0,9 K1.K2.Icp = 0,88.0,9.380 = 300,96 A > Ilvbt = 190 A Vậy cáp chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài cho phép - Kiểm tra điều kiện phát nóng làm việc cỡng bức: Icb = 2.Ilvbt = 2.190 = 380 A 71 Điều kiện kiểm tra: 1,3.K1.K2.Icp Icb 1,3.0,88.0,9.380 = 391,25 A > Icb = 380 A Vậy cáp chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 4.2 Chọn máy cắt hợp cho phụ tải địa phơng: Các máy cắt đầu đờng dây đợc chọn loại Dòng điện cỡng (Icb) qua máy cắt đợc tính toán cho đờng dây kép mạch bị cố Smax 4,65 I cb = = = 0,26 kA 3.U dm 3.10,5 Ta tra bảng chọn máy cắt: 8FG-10 có thông số sau: Uđm = 12 kV; Iđm = 12,5 kA; Icđm = 80 kA 4.3 Chọn kháng điện: 4.3.1 Sơ đồ cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát: Đờng dây kép đờng dây đơn đợc cấp điện từ hai phân đoạn góp điện áp máy phát (gồm đờng dây kép đờng dây đơn) 4.3.2 Chọn kháng điện đầu đờng dây phụ tải điện áp máy phát: Kháng điện cuộn dây lõi thép, điện kháng lớn điện trở nhiều Kháng điện dùng để hạn chế dòng điện ngắn mạch hay dòng điện mở máy động điện khởi động Kháng điện đợc chọn theo điều kiện sau: +) Theo điện áp: U dmK U dmmạng +) Theo điều kiện phát nóng lâu dài: I dmK I lvcb Dòng cỡng qua kháng đợc chọn trờng hợp kháng chịu tải lớn nhất: S 40,7 I cb = DPmax = = 2,24 kA 3.10,5 3.10,5 Ta chọn kháng kép có cuộn dây nhôm loại PbAC-10-2x3000-12 có: IđmK = 3000A +) Xác định điện kháng XK% kháng điện EHT XHT N3 XK N1 XC1 N2 XC2 Ta tính đợc dòng ngắn mạch điểm N3 sơ đồ là: I "N3 = 93,22 kA Với SCB = 100 MVA Điện kháng hệ thống tính đến 10,5 kV là: I 100 X HT = CB = = 0,059 kA " I N3 3.10,5.93,22 Điện kháng cáp 1: S 100 X C1 = X L CB2 = 0,081.3 = 0,22 U tb 10,5 72 Cáp có tiết diện SC1 = 70 mm2 lõi đồng nên ta có dòng ổn định nhiệt cáp là: I nhS1 = S1 C1 t1 = 70.141 = 8656,6 A 1,3 Dòng ổn định nhiệt cáp 2: S C 120.141 I nhS2 = 2 = = 16132 A t2 1,1 Ta phải chọn kháng có XK% cho dòng ngắn mạch IN2 phải nhỏ ICđm = 20 kA, đồng thời phải đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện cho: I N1 ( 40kA; 8,6566kA ) I N2 ( 20kA;16,132kA ) Khi ngắn mạch N2: X = I cb I "N2 Cáp ổn định nhiệt với dòng lớn Inh2 = 16,132 kA IN2 = Inh2 = 16,132 kA X = I cb 5,5 = = 0,34 " I N2 16,132 Mặt khác ta có X = X HT + X C1 + X K X K = X X HT X C1 = 0,34 0,059 0,22 = 0,061 I X K % = 100X K dmK = 100.0,061 = 3,33 I cb 5,5 Vậy ta chọn kháng điện kép có cuộn dây nhôm loại PbAC-10-2x3000-12 +) Kiểm tra kháng điện chọn: Điện kháng dạng tơng đối kháng chọn: I 5,5 X K = X K % cb = 0,12 = 0,22 I dmK Dòng ngắn mạch N1: I cb 5,5 I N1 = = = 19,7 kA X HT + X K 0,059 + 0,22 Nh kháng chọn hạn chế dòng ngắn mạch N1 thoả mãn điều kiện: I N1 = 19,7kA I Cdm1 = 40kA I N1 = 19,7kA I nhS1 = 8,6566kA Dòng ngắn mạch N2: I N2 = X HT I cb 5,5 = = 11,02 kA + X K + X C1 0,059 + 0,22 + 0,22 73 Nh kháng chọn hạn chế dòng ngắn mạch N2 thoả mãn điều kiện: I N2 = 11,02kA I Cdm2 = 20kA I N2 = 11,02kA I nhS2 = 16,132kA Vậy kháng chọn đạt yêu cầu kỹ thuật V Chọn máy biến áp đo lờng: 5.1 Chọn máy biến điện áp (BU): 5.1.1 Chọn BU cho cấp điện áp máy phát 10,5 kV: BU đợc chọn theo điều kiện sau: - Sơ đồ nối dây kiểu biến điện áp phải phù hợp với nhiệm vụ Để cấp điện cho công tơ ta cần biến điện áp pha nối V/V - Điều kiện điện áp: UđmBU Uđm mạng - Cấp xác BU: Cấp điện cho công tơ nên chọn BU có cấp xác 0,5 - Công suất định mức: Tổng phụ tải nối vào BU (S 2) phải nhỏ công suất định mức BU với cấp xác chọn: SđmBU S2 S2: Tổng phụ tải dụng cụ đo lờng nối vào BU không tính tổng trở dây dẫn S2 = ( P ) + ( Q ) dc dc Pdc Qdc tổng công suất tác dụng phản kháng dụng cụ đo, xác định dựa sơ đồ nối dây dụng cụ đo vào thứ cấp máy biến điện áp Ta phân bố đồng hồ điện phía thứ cấp đồng cho BU tơng ứng nh bảng sau: Bảng 5.4 Bảng phân bố đồng hồ điện phía thứ cấp cho BU Tên đồng hồ Vôn kế Oát kế Oát kế phản kháng Oát kế tự ghi Tần số kế Công tơ Công tơ phản kháng Tổng cộng Ký hiệu Phụ tải BU pha AB W(P) VAR(Q) Phụ tải BU pha BC W(P) VAR(Q) B-2 341 342/1 -33 -340 -670 WT-672 7,2 1,8 1,8 8,3 0,66 0,66 1,62 1,62 1,8 1,8 8,3 6,5 0,66 0,66 1,62 1,62 - 20,4 3,24 19,72 3,24 Biến điện áp AB có: S = 20,4 + 3,24 = 20,7 (VA) 20,4 cos = = 0,98 20,7 Biến điện áp BC có: S = 19,72 + 3,24 = 19,9 (VA) 19,72 cos = = 0,99 19,9 Ta chọn BU cho cấp điện áp 10,5 kV có thông số: Bảng 5.5 Thông số BU chọn cho cấp điện áp 10,5 kV 74 Kiểu BU Cấp điện áp (kV) HOM-10 10 Điện áp định mức (V) Cuộn thứ Cuộn sơ cấp cấp 10000/ 100/ Công suất định mức (VA) Cấp 0,5 Cấp 75 150 - Chọn dây dẫn nối BU dụng cụ đo lờng: tiết diện dây dẫn đợc chọn cho tổn thất điện áp không vợt 0,5% điện áp định mức thứ cấp có công tơ theo điều kiện độ bền tiết diện tối thiểu dây dẫn 1,5 mm2 dây đồng 2,5 mm2 dây nhôm Tính dòng điện dây dẫn: S 20,7 I a = ab = = 0,207 ( A) U ab 100 S 19,9 I c = bc = = 0,199 (A) U bc 100 Để đơn giản ta coi Ia = Ic = 0,2 A cosab = cosbc = I b = 3I a = 3.0,2 = 0,346 A Điện áp giáng pha a pha b: U = ( i a + i b ).r = ( i a + i b ) .l s Giả sử khoảng cách l từ dụng cụ đo đến BU 40 m, bỏ qua góc lệch pha i a ib Vì mạch có công tơ nên U = 0,5%, tiết diện dây dẫn phải chọn là: S= ia + ib 0,2 + 0,34 .l = 0,0175.40 = 0,756 mm U 0,5 Theo tiêu chuẩn độ bền học ta lấy dây dẫn dây đồng có tiết diện S = 1,5 mm2 Ta có sơ đồ bố trí thiết bị đo lờng nh hình vẽ 5.1.2 Chọn BU cho cấp điện áp 220 kV 110 kV: Phụ tải thứ cấp BU phía 220 kV 110 kV thờng cuộn dây điện áp đồng hồ vônmet có tổng trở tơng đối lớn nên công suất thờng nhỏ Do không cần tính toán phụ tải thứ cấp Tiết diện dây dẫn thờng chọn cho đảm bảo độ bền học Nhiệm vụ BU cấp điện áp kiểm tra cách điện đo lờng điện áp ta chọn biến điện áp pha đấu Y/Y/ Ta chọn BU có thông số nh sau: Bảng 5.6 Thông số BU chọn cho cấp điện áp 220 kVvà 110 kV Loại BU Cấp điện áp (kV) KH-110-58 110 220 KH-220-58 Điện áp định mức cuộn dây (V) Sơ cấp Thứ cấp 110 220 100 100 Công suất theo cấp xác (VA) Cấp 0,5 Cấp 400 400 600 600 Công suất max (VA) 2000 2000 75 5.2 Chọn máy biến dòng điện (BI): Máy biến dòng điện đợc chọn theo điều kiện sau: - Sơ đồ nối dây kiểu máy: Sơ đồ nối dây tuỳ thuộc vào nhiệm vụ máy biến dòng điện, kiểu biến dòng điện phụ thuộc vào vị trí đặt - Điện áp định mức: UđmBI Uđm mạng - Dòng điện định mức sơ cấp: IđmBI Ilvcb - ổn định động: k ldd I1dm i xk - ổn định nhiệt: (knh.Ilđđ)2.tnh BN - Cấp xác BI chọn phù hợp với yêu cầu dụng cụ đo Phụ tải thứ cấp BI chọn tơng ứng với cấp xác BI có phụ tải định mức Z đmBI, để đảm bảo độ xác yêu cầu tổng phụ tải thứ cấp (Z2) kể tổng trở dây dẫn không đợc vợt ZđmBI Z2 = Zdc + Zdd ZđmBI Trong đó: Zdc: Tổng phụ tải dụng cụ đo Zdd: Tổng trở dây dẫn nối từ BI đến dụng cụ đo 5.2.1 Chọn máy biến dòng cho cấp điện áp máy phát 10,5 kV: Từ sơ đồ nối dây dụng cụ đo lờng BI ta xác định đợc phụ tải thứ cấp BI pha nh sau: Bảng 5.7 Phụ tải thứ cấp BI Phụ tải thứ cấp (VA) STT Tên dụng cụ đo lờng Kiểu a b C Ampe mét E-302 1 Oát kế tác dụng Đ-341 5 Oát kế tự ghi Đ-33 10 10 Oát kế phản kháng Đ-324/1 5 Công tơ tác dụng Đ-670 2,5 2,5 Công tơ phản kháng UT-672 2,5 2,5 Tổng cộng 26 26 Phụ tải pha: - Pha a: Sa = 26 VA - Pha b: Sb = VA - Pha c: Sc = 26 VA Phụ tải lớn pha a c 26 VA - Điện áp định mức BI: UđmBI Uđm mạng = 10,5 kV - Dòng điện định mức sơ cấp: IđmBI Ilvcb = 7,7 kA - Cấp xác: 0,5 (vì mạch thứ cấp có công tơ) Ta chọn BI cho cấp điện áp máy phát loại: T -20-1-6000 có thông số sau: 76 Uđm = 20 kV Iđmsc = 6000 A Iđmtc = A Với cấp xác 0,5 ta có ZđmBI = 1,2 - Chọn dây dẫn nối từ BI đến dụng cụ đo: Giả sử khoảng cách từ BI đến dụng cụ đo 30m Vì biến dòng mắc pha nên chiều dài tính toán là: ltt = l = 30m Tổng trở dụng cụ đo lờng mắc vào pha a (hoặc pha c) là: S 26 Z dc = 2max = = 1,04 I dmtc Để đảm bảo độ xác tổng phụ tải thứ cấp (Z 2) kể tổng trở dây dẫn không đợc vợt ZdmBI Z = Z dc + Z dd Z dmBI = 1,2 Z dd = Z dmBI Z dc rdd = .l = 1,2 1,04 = 0,16 S .l 0,0175.30 = = 3,28 mm rdd 0,16 Vậy ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = mm2 - Máy biến dòng điện chọn kiểm tra điều kiện ổn định động định điều kiện ổn định động dẫn mạch máy phát - Ta có Iđmsc = 6000A >1000A nên BI chọn không cần kiểm tra ổn định nhiệt 5.2.2 Chọn máy biến dòng điện cho cấp điện áp 220 kV 110 kV: BI đợc chọn theo điều kiện: - Điện áp định mức BI: UđmBI Uđm mạng - Dòng điện định mức sơ cấp: IđmBI Ilvcb Với cấp điện áp 220 kV: Icb = 0,41 kA Với cấp điện áp 110 kV: Icb = 0,41 kA Ta chọn BI có thông số sau: Bảng 5.8 Thông số BI chọn S= Thông số tính toán Uđm Icb kV A 220 410 110 410 Loại BI Uđm kV TH-220-3T TH-110M 220 110 Bội số ổn định động 75 Bội số ổn định nhiệt 60/1 Sơ cấp 800 750 Iđm (A) Thứ cấp 5 Cấp xác Phụ tải P1 0,5 0,8 Ildd kA Inh/ tnh 48 - 27,2 - VI Chọn chống sét van: Chống sét van đợc dùng bảo vệ điện áp khí cho thiết bị nhà máy điện trạm biến áp Nó đợc mắc song song với thiết bị bảo vệ nên điện áp định mức chống sét van đợc chọn phù hợp với điện áp định mức thiết bị đợc bảo vệ: UđmCSV Uđmtb Riêng chống sét van đặt trung tính máy biến áp đợc phép chọn bù cấp Để bảo vệ cho máy biến áp máy phát điện chống sét van đợc chế tạo với cấp điện áp đến 35 kV Khi dùng cấp điện áp cao ta ghép 77 nối thêm phần tử chống sét van có điện áp định mức 15 kV; 20 kV; 33 kV; 35kV Căn vào ta chọn chống sét van cho cấp điện áp nh sau: Bảng 5.8 Thông số chống sét van chọn cho cấp điện áp loại chống sét Loại chống sét van Cấp điên áp, kV Sô lợngtrong tổ hợp PBC 110 PBC 220 110 220 ì PBC 35 ì PBC 33 Chơng VI Chọn sơ đồ tự dùng máy biến áp tự dùng I Chọn sơ đồ mạch tự dùng nhà máy điện thiết kế: Để sản xuất điện nhà máy nhiệt điện phải tiêu thụ phần lợng điện cho cấu tự dùng Điện tự dùng tiêu thụ cho việc chuẩn bị nhiên liệu vận chuyển vào lò đốt, đa nớc vào lò, bơm tuần hoàn, quạt gió, quạt khói Phần lớn phụ tải hệ thống điện tự dùng động điện có công suất từ 200 kW trở lên, động làm việc cách kinh tế cấp điện áp 6kV Còn động nhỏ thắp sáng, thông gió, thiết bị tiêu thụ điện khác, chúng đợc nối vào điện áp 380/220 V Do phân bố phụ tải tự dùng nh lới 6kV 380/220 V nên sơ đồ cung cấp điện hợp lý cho phụ tải tự dùng nối tiếp biến áp giảm áp từ cấp điện áp máy phát 10,5 kV đến điện áp lới điện hệ thống tự dùng 6kV, phần công suất nhỏ (15%Std) đợc biến từ điện áp 6kV xuống cấp 380/220 V tức ta sử dụng loại máy biến áp: - Biến áp bậc có tỷ số biến 10,5/6,3 kV - Biến áp bậc có tỷ số biến 6,3/0,4 kV Sơ đồ nối điện tự dùng nhà máy thiết kế nh hình vẽ II Chọn máy biến áp bậc 1: Các máy biến áp B11; B12; B13; sơ đồ máy biến áp bậc 1, công suất định mức cần phù hợp với phụ tải cấp điện áp 6,3 kV công suất máy biến áp bậc nối tiếp với nó: SđmB1 (p1 + S2) Kdt Trong đó: p1: Tổng công suất tính toán máy công tác động 6kV nối với phân đoạn xét S2: Tổng công suất định mức máy biến áp bậc nối vào phân đoạn xét Kdt: Hệ số không đồng thời đầy tải phụ tải tự dùng Vì cha biết cụ thể loại động điện công suất chúng nên ta chọn công suất định mức máy biến áp bậc theo công suất tự dùng cực đại toàn nhà máy: Stdmax = 16,94 MVA Vậy công suất máy biến áp tự dùng bậc đợc chọn là: 78 SđmB1 Stdmax/4 = 16,94/ = 4,235 MVA Ta chọn máy biến áp pha dây quấn có thông số sau: Bảng 6.1 Thông số máy biến áp bậc Uđmc UđmH SđmB P0 PN Loại MBA kV kV kVA kW kW 10000 12,3 85 THC-10000/10,5 10,5 6,3 UN% I0% 14 0,8 III Chọn máy biến áp dự trữ cấp 1: Ta chọn máy biến áp dự phòng cấp loại với máy biến áp bậc chọn IV Chọn máy biến áp bậc 2: Máy biến áp bậc dùng để cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp 380/220V Các phụ tải loại thờng có công suất không lớn nên máy biến áp đợc chọn loại có công suất từ 450kVA đến 1000kVA Loại máy biến áp lớn đợc sử dụng giá thành cao, dòng ngắn mạch phía 380V lớn Công suất máy biến áp bậc đợc chọn nh sau: SdmB2 (15 20 ) %.SdmB1 10.16,94 = 423,5 kVA 100.4 Ta chọn máy biến áp pha dây quấn có thông số sau: Bảng 6.2 Thông số máy biến áp bậc SdmB2 Loại MBA TM-630/6,3 Uđmc kV 6,3 UđmH kV 0,4 SđmB kVA 630 P0 kW PN kW 7,3 UN% I0% 5,5 1,5 Máy biến áp dự trữ cấp đợc chọn loại với máy biến áp bậc V Chọn máy cắt điện cấp điện áp 6,3 kV: Tính dòng ngắn mạch phân đoạn 6,3 kV (điểm N7): Trong chơng ngắn mạch tính đợc dòng ngắn mạch để chọn khí cụ điện mạch tự dùng: IN5 = 93,22 kA Điện kháng hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N5 là: I 5,5 X HT = CB = = 0,059 I N6 93,22 Điện kháng máy biến áp bậc 1: 79 X B1 = U N % SCB 14 100 = = 1,4 100 SdmB1 100 10 X = X HT + X B1 = 0,059 + 1,4 = 1,459 Vậy dòng ngắn mạch điểm N7 là: I SCB 100 I "N7 = CB = = = 6,28 kA X 3.U CB X 3.6,3.1,459 Dòng xung kích điểm ngắn mạch N7 là: i xk = 1,8 6,28 = 15,99 kA Ta chọn loại máy cắt có thông số kỹ thuật nh sau: Bảng 6.3 Thông số máy cắt Loại máy cắt 8BM20 Uđm (kV) 7,2 Iđm (A) 1250 Icđm (kA) 25 ildd (kA) 63 Inh/tnh (kA/s) 20/4 Máy cắt chọn có: Iđm = 1250 A > 1000A Ildd = 63 kA > ixk = 15,99 kA Vì không cần kiểm tra ổn định động ổn định nhiệt VI Chọn áptômát tổng cho cấp điện áp 0,4 kV (điểm N8): Để chọn áptômát tổng cho cấp điện áp 0,4 kV ta cần phải tính dòng ngắn mạch 0,4 kV X B2 = U N % SCB 5,5 100 = = 8,73 100 S dmB2 100 0,63 X = X HT + X B1 + X B2 = 0,059 + 1,4 + 8,73 = 10,189 Vậy dòng ngắn mạch điểm N8 là: I SCB 100 I "N7 = CB = = = 14,166 kA X 3.U CB X 3.0,4.10,189 áptômát đợc chọn theo điều kiện: U dm U mạng = 0,4 kV I dm I lvmax = SdmB2 630 = = 909,3 A 3U dm 3.0,4 I cdm I"N7 = 14,166 kA Vậy ta chọn áptômát loại sau: 1251N có thông số sau: Uđm = 500 kV; Iđm = 1250A; Icđm = 15kA Sơ đồ nối điện mạch tự dùng: 80 Tài liệu tham khảo Nhà máy điện trạm biến áp (Phần điện) Thiết kế nhà máy điện trạm biến áp (Phần điện) Nguyễn Hữu Khái Tối u hoá chế độ Hệ thống điện Trần Bách Mạng lới điện Nguyễn Văn Đạm Thiết kế cấp điện Ngô Hồng Quang Ngắn mạch hệ thống điện Phạm Văn Hòa 81 mục lục Lời nói đầu Chơng I Tính toán phụ tải cân công suất Chọn Máy phát điện Chơng II Nêu phơng án nối điện NMĐ chọn MBA cho phơng án Chơng III Tính toán chọn phơng án tối u Chơng IV Tính toán dòng điện ngắn mạch Chơng V Lựa chọn khí cụ điện dây dẫn Chơng VI Chọn sơ đồ tự dùng máy biến áp tự dùng Tài liệu tham khảo 41 47 66 85 89 82 Hà Nội ngày 10 tháng năm 2006 Sinh viên thực 83