Thiết kế nhà máy điện -1- -Ngô Văn Sơn- MỞ ĐẦU Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành điện giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân Trong cuộc sống điện rất cần cho sinh hoạt và phục vụ sản xuất Với sự phát triển của xã hội đòi hỏi phải có thêm nhiều nhà máy điện mới đủ để cung cấp điện năng cho phụ tải Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chương trình của môn Nhà máy điện, em được giao nhiệm vụ thiết kế Nhà máy điện gồm nội dung sau: Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ là 60 MW cấp điện cho phụ tải địa phương 10KV, phụ tải điện áp trung 110KV và phát vào hệ thống 220KV Sau thời gian làm đồ án với sự lỗ lực của bản thân, được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Trương Ngọc Minh và các bạn trong lớp đến nay em đã hoàn thành đồ án.Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý bổ sung của các thầy cô giáo để đồ án của em hoàn thiện hơn Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất! Sinh viên thực hiện Ngô Văn Sơn Thiết kế nhà máy điện -2- -Ngô Văn Sơn- MỞ ĐẦU 1 3 3 CHƯƠNG I .3 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 3 I Chọn máy phát điện 4 II Tính toán phụ tải và cân bằng công suất .4 CHƯƠNG II 11 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN 11 I Lựa chọn các phương án .11 II Chọn phương án .11 III Chọn máy biến áp 16 IV Tính toán chi tiết cho từng phương án .16 V Tính tổng tổn thất công suất và điện năng 24 VI Tính dòng điện làm việc và dòng điện cưỡng bức 26 CHƯƠNG III 30 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 30 CHƯƠNG IV 53 SO SÁNH KINH TẾ - KĨ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU .53 VII Chọn máy cắt điện 53 VIII Chọn sơ đồ thanh ghóp 54 IX Tính toán kinh tế .54 X Phương án I 55 XI Phương án II 57 CHƯƠNG V 58 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ THANH DẪN 58 XII Chọn thanh dẫn .58 I Chọn cáp và kháng điện đường dây 71 76 CHƯƠNG VI 76 SƠ ĐỒ TỰ DÙNG VÀ MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG 76 XIII Sơ đồ nối điện tự dùng 76 XIV Chọn máy biến áp tự dùng 76 Thiết kế nhà máy điện -3- -Ngô Văn Sơn- CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Điện năng có vai trò quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Số lượng hộ dùng điện và tiêu thụ điện năng ngày càng nhiều Do vậy , để đảm bảo cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế người ta sử dụng phương pháp thống kê lập đồ thị phụ tải từ đó lựa chọn phương thức vận hành , sơ đồ nối điện hợp lý Trong nhiệm vụ thiết kế người ta thường cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các cấp điện áp và hệ số công suất của phụ tải tương ứng , cũng có khi cho đồ thị phụ tải hàng ngày của toàn nhà máy Dựa vào đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp mà xây dựng đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy , ngoài phần phụ tải của hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp , phụ tải phát về hệ thống còn có phụ tải tự dùng của nhà máy Công suất tự dùng của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố : dạng nhiên liệu , áp lực hơi ban đầu , loại tua bin và công suất của chúng loại truyền động đối với máy bơm cung cấp chiếm khoảng 5 – 8 % tổng điện năng phát ra Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy thường vẽ theo công suất biểu kiến S ( MVA) để có độ chính xác vì hệ số công suất ở các cấp điện áp thường khác nhau Như vậy dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp tiến hành tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy theo thời gian hàng ngày Thiết kế nhà máy điện I -Ngô Văn Sơn- -4- Chọn máy phát điện Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy công suất của mỗi máy là 60 MW Chọn máy phát điện tua bin hơi đồng bộ có các thông số sau : Loại máy phát TB φ -60-2 Thông số định mức n S P v/ph MVA MW 3000 75 60 U KV 10,5 cos ϕ I KA 4,125 0,8 Điện kháng tương đối X’’d X’d Xd 0,146 0,22 1,691 II Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp : P(t) P(t) P(t)% = 100 , S(t) = Pmax cosϕ Trong đó : S : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t P : Công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t cos ϕ : Hệ số công suất phụ tải 1 Phụ tải điện áp máy phát ( phụ tải dịa phương ) Uđm = 10 KV , Pmax = 12 MW , cosϕ = 0,8 Áp dụng công thức tính ở trên ta có bảng phụ tải : t ( h) Công suất P (%) P(t)( MW) S(t) ( MVA) 0-7 75 9 11,25 Đồ thị phu tải địa phương : 7-12 12-15 100 12 15 85 10,2 12,75 15-20 90 10,8 13,5 20-24 80 9,6 12 Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -5- Sdf(WMA) 15 10 5 7 12 15 t(h) 20 24 2 Phụ tải điện áp trung Uđm = 110 KV , Pmax = 120 MW, cosϕ = 0.87 Gồm 1®êng d©y kÐp x40 MW , 2 ®êng d©y ®¬n x 40 MW Áp dụng công thức tính ở trên ta có bảng phụ tải : t ( h) Công suất P (%) P(t)( MW) S(t) ( MVA) 0-7 Đồ thị phụ tải trung áp 7-12 90 108 124 12-15 100 120 138 15-20 85 102 117 90 108 124 20-24 70 84 97 Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -6S (WMA) df 140 120 100 90 80 60 40 20 15 12 7 20 24 t(h) 3 Phụ tải toàn nhà máy PNM = 300 MW Cos ϕ = 0,8 Áp dụng công thức : P (t) = t ( h) Công suất P (%) P(t)( MW) S(t) ( MVA) P%( t ) Pmax ; 100 0-8 75 270 281,25 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy : S (t) = P( t ) Cosϕ 8-11 95 300 356,25 11-14 85 255 318,75 14-20 100 270 375 20-24 70 210 337,5 Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -7- Std(WMA) 40 35 30 25 20 15 10 5 8 11 14 20 24 t(h) 4 Công suất tự dùng Phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện được xác định theo công thức sau: S td (t) = α S NMmax ( 0,4 + 0,6 S NM ( t ) ) S NM max Trong đó : Std (t) : Phụ tải dùng điện tại thời điểm t SNmmax : công suất của toàn nhà máy SNMmax = 375 MVA SNM(t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t α : Số phần trăm lượng điện tự dùng α =5,5% t ( h) Công suất S(t) ( MVA) Std (t) (MVA) 0-8 8.-11 281,25 17,53 11.-14 356,25 20,00 14-20 318,75 18,77 375 20,63 20-24 337,5 19,39 Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -8- Đồ thị phụ tải tự dùng : Std(WMA) 40 35 30 25 20 15 10 5 8 11 14 20 24 t(h) 5 Cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống Ta xác định công suất của toàn nhà máy theo công thức sau : SNM(t) = Sđf (t) + ST (t) + Std (t) + SHT (t) Công suất phát vào hệ thống là : SHT (t) = SNM (t) – [Sđf (t) + ST (t) + Std (t)] Từ các công thức trên ta có bảng tính cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống t ( h) Công suất SNM(t) Sdf ( t ) ST(t) Std(t) SHT 0-7 7 -8 281,25 11,25 124 17,53 128,47 281,25 15 138 17,53 110,72 Đồ thị phụ tải tổng hợp : 8.-11 356,25 15 138 20,00 183,25 11.-12 318,75 15 138 18,77 146,98 12.-14 138,75 12,75 117 18,77 170,23 14 - 15 375 12,75 117 20,63 224,62 15-20 375 13,5 124 20,63 216,87 20.-24 337,5 12 97 19,39 209,11 Thiết kế nhà máy điện -9- -Ngô Văn Sơn- S (WMA) 400 350 S (t) NM 300 250 SHT (t) 200 150 100 50 78 11 1415 20 12 ST(t) Std(t) Sdf(t) 24 t(h) Nhận xét - Ta thấy nhà máy thiết kế có công suất lớn nhất là SNMmax = 375 MVA So với công suất tổng của hệ thống ( không kể nhà máy thiết kế ) SHT = 3200 MVA thì nhà máy thiết kế chiếm 11,72 % công suất của hệ thống - Công suất phát vào hệ thống là : Max = 224,62MWA tõ 14-15 Min = 110,72 MWA tõ 7 -.8 - Phụ tải trung áp STmax = 138 MWA tõ 8-12h chiÕm 36,8 % c«ng suÊt nhµ m¸y STmin = 97 MVA từ 20- 24 h chiếm 25,87 % công suất nhà máy -Thiết Nhà máy điệnmáy thiết điện kế ngoài việc cung cấp điện cho các phụ tải ở-Ngô các cấp điện áp và tự kế nhà Văn Sơn-10dùng còn phát về hệ thống một lượng công suất đáng kể (lớn hơn lượng dự trữ công suất quay của hệ thống = 160 MVA ) nên có ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định động của hệ thống Nhà máy được thiết kế cung cấp cho phụ tải điện trung áp 110 KV và phát công suất lên hệ thống 220 KV do đó sử dụng máy biến áp tự ngẫu ( ở cấp điện áp này có trung tính nối đất trực tiếp ) - Phụ tải địa phương có Sđfmax = 15 MVA Sđfmin = 11,25 MWA Ta có công suất địa phương chỉ chiếm 5,83 % công suất định mức S dfm 15 100% = 100% = 10 % < 15 % nên ta không cần dùng Có : 2.S dmf 2 × 75 thanh góp điện áp máy phát Khả năng phát triển nhà máy điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà máy , địa bàn , nguồn nguyên liệu nhưng về phần điện thì vẫn có khả năng phát triển phụ tải theo các cấp điện áp sẵn có Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -65- Trong đó : BN : là xung lượng nhiệt khi ngắn mạch C : hằng số tuỳ thuộc vào loại vật liệu làm dây dẫn Với dây AC ta có C = 79 Tính xung lượng nhiệt (BN) : BN = BN-CK + BN-KCK Xung lượng nhiệt của thành phần chu kỳ xác định theo phương pháp giải tích đồ thị (giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1 (s) ) Điện kháng tính toán: S 3200 X tt 24 = X 24 × HT = 0,11 = 3,52 Scb 100 5.S 5.75 X tt 27 = X 27 × dm ∑ mf = 0,0673 = 0,2524 Scb 100 Dòng điện tính toán: S HT 3200 → I tt 24 = = = 16,0654 kA 3 ×U tb 3.115 5.S dm ∑ mf 5.75 → I tt 27 = = = 1,883 kA 3 ×U tb 3.115 Dòng điện ngắn mạch ở điểm N1tại thời điển t bất kì được tính theo công thức: IN”(t) = Itt24.I”24(t) + Itt27.I”27(t) t (s) 0 0.1 0.2 0.5 I”24(t) 0,284 0,284 0,284 0,284 I”27(t) 4 3,3 2,9 2,63 IN 12,095 10,776 10,023 9,515 I tb1 = I 02 + I 02,1 I2tb3 = I 02, 2 2 = 131,2056 (KA ) 2 + I 02,5 2 2 = 95,4979 (KA2) ; ; I tb2 = I 02,1 + I 02, 2 I2tb4 = I 02,5 2 2 + I 12 2 1 0,284 2,4 9,082 = 108,2914 (KA2) = 86,509 (KA2) Với ∆t = 0,1; 0,1; 0,3; 0,5 Từ đó ta có : BN-CK=0,1.131,2056 + 0,1.108,2914 + 0,3.95,4979 + 0,5.86,509 = 95,8536 (KA2.s) - Khi đó ta có thể tính gần đúng xung nhiệt lượng của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ: BN-KCK = (I’’N1)2.Ta = 12,12.0,05 = 7,3205 (KA2.s) Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N2 là : Thiết kế nhà máy điện -66- -Ngô Văn Sơn- BN = BN-CK + BN-KCK = 95,8536 + 7,3205 = 103,1741 (KA2.s) Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở cấp điện áp 110 KV : BN 103,1741 3 Smin = 10 = 128,5755 mm2 = C 79 Dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt c, Điều kiện vầng quang Điều kiện :Uvq ≥ Uđm Trong đó Uvq là điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang Nếu như dây dẫn ba pha được bố trí trên ba đỉnh của tam giác thì điện áp vầng quang được tính như sau : D Uvq = 84.m.r.lg (KV) r m : hệ số xét đến độ nhẵn của bề mặt (m = 0,85) r : bán kính ngoài của dây dẫn (cm) D : khoảng cách giữa các pha của dây dẫn Với loại dây đã chọn : r = 1,33 (cm) ; D = 500 (cm), ta có : 500 D Uvq = 84.m.r.lg = 84.0,85.1,33.lg = 244,54 (KV) > Uđm=110 (KV) 1,33 r Dây AC- 400/22 thoả mãn điều kiện vầng quang 5 Chọn dao cách ly Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau: +)Loại dao cách ly : +)Điện áp : Uđmcl ≥ Umang +)Dòng điện : Iđmcl ≥ Ilvcb +)ổn định nhiệt : I2nh tnh ≥ BN +)ổn định động : Ilđđ ≥ Ixk Ta thấy dao cách ly được chọn với dòng định mức trên 1000 A thì không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch Từ dòng cưỡng bức , dòng điện xung kích đã tính ta chọn dao cách ly như sau : Cấp Đại lượng tính toán Đại lượng định mức điện áp Loại dao cách ly Icb IN Ixk Uđm Iđm Ilđđ (KV) (KA) (KA) (KA) (KV) (KA) (KA) 220 0,442 6,56 16,7 SGC-245/1250 245 1,25 80 110 0,4137 12,1 30,8 SGCP-123/1250 123 1,25 80 10 4,55 36,38 92,61 PBK-20/7000 20 5 200 Trong đó dao cách ly ở cấp điện áp 220 KV và 110 KV là dao cách ly quay trong mặt phẳng ngang của hãng groupe schneider 6 Chọn máy biến điện áp Chọn BU theo điều kiện : +)Điện áp : UđmBU =Umang +)Cấp chính xác : 0,5 Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -67- +)Công suất định mức : S2đmBU ≥ S2 Chọn BU cho cấp điện áp 10,5 KV : Dụng cụ phía thứ cấp là công tơ nên dùng hai máy biến điện áp nối dây theo Y/Y với Uđm = 10,5 KV có cấp chính xác là 0,5 Phụ tải BU cần phải phân bố cho cả hai biến điện áp như sau : Tên đồng hồ Kiểu Phụ tải pha AB Phụ tải pha BC P(W) Q(VAR) P(W) Q(VAR) Vôn kế B-2 7,2 Oát kế 341 1,8 1,8 Oát kế phản kháng 342/1 1,8 1,8 Oát kế tự ghi - 33 8,3 8,3 Tần số kế - 340 6,5 Công tơ - 670 0,66 1,62 0,66 1,62 Công tơ phản kháng WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62 Tổng 20,4 3,24 19,72 3,24 Biến điện áp pha AB : S2 = 20,4 2 + 3,24 2 = 20,7 VA cos ϕ = 20,4 =0,98 20,7 cos ϕ = 19,72 = 0,99 19,99 Biến điện áp BC : S2 = 19,72 2 + 3,24 2 = 19,99 VA Ta chọn BU có các thông số như sau : Loại BU Cấp điện áp (KV) Điện áp định mức (V) Cuộn sơ cấp HOM-10 10 10000 Cuộn thứ cấp chính 100 Công suất định mức (VA) ứng với cấp chính xác 0,5 Công suất cực đại (VA) 75 640 Chọn dây dẫn nối từ nhà máy biến điện áp đến dụng cụ đo theo hai điều kiện Tổn thất điện áp trên dây dẫn không được lớn hơn 0,5% điện áp định mức thứ cấp ( trường hợp có đồng hồ điện năng ) Theo điều kiện độ bền cơ học : tiết diện nhỏ nhất đối với dây dồng là 1,5 mm2,đối với dây nhôm là 2,5 mm2 Xác định dòng trong dây dẫn a, b, c Ia = Sab 20,7 = =0,207 A U ab 100 Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -68Ic = Sbc 19,9 = =0,199 A U bc 100 Coi Ia = Ic = 0,2 A vµ cos ϕab = cos ϕbc = 1 → Ib = 3 0,2 = 0,34 A Điện áp giáng trên dây a và b : ∆ U =(Ia + Ib ).r = (Ia + Ib ) ρ.l S Giả sử khoảng cách đặt các đồng hồ tới BU là 50 m và dùng dây dẫn đồng có ρ = 0,0175 Ω.mm2/m.Vì có công tơ nên ∆ U = 0,5 Vậy tiết diện của dây dẫn là : S≥ (I a + I b ).ρ.l (0,2 + 0,34).0,0175.50 = = 0,945 mm2 ∆U 0,5 Theo yêu cầu độ bền cơ học ta chọn dây dẫn có tiết diện : 1,5 (mm2) Chọn BU cho cấp điện áp 110 KV và 220 KV Phụ tải thứ cấp của BU phía 110 KV và 220 KV thường là các cuộn dây điện áp của đồng hồ có tổng trở lớn, công suất nhỏ nên không cần tính toán phụ tải Nhiệm vụ chính là kiểm tra cách điện và đo điện áp nên ta chọn đồng hồ có các thông số sau : Loại BU 7 Cấp điện áp (KV) Điện áp định mức (V) Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp chính Cuộn thứ cấp phụ Công suất định mức ( VA ) ứng với cấp chính xác 1 Công suất cực đại (VA) HKΦ-110-57 110 110000/ 3 100/ 3 100 600 2000 HKΦ-220-58 220 220000/ 3 100/ 3 100 600 2000 Chọn máy biến dòng điện BI Máy biến dòng điện được chọn theo điều kiện sau : Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -69- Sơ đồ nối dây tuỳ thuộc vào nhiệm vụ của biến dòng , kiểu biến dòng tuỳ thuộc vào vị trí đặt biến dòng +)Điện áp : UđmBI ≥ Uđm mang +)Dòng điện :IđmBI ≥ Ilvcb +)Cấp chính xác : 0,5 Chọn biến dòng điện cho cấp điện áp máy phát: Từ sơ đồ nối dây các dụng cụ đo lường vào BI ta xác định được phụ tải thứ cấp của BI STT Tên dụng cụ Loại Phụ tải (VA) 1 Ampe mét Э-302 1 1 1 2 Oát kế tác dụng Д-341 5 0 5 3 Oát kế tự ghi Д-342/1 5 0 5 4 Oát kế phản kháng Д-33 10 0 10 5 Công tơ tác dụng Д-670 2,5 0 2,5 6 Công tơ phản kháng ИT-672 2,5 5 2,5 Tổng cộng 26 6 26 Phụ tải các pha : - Pha A : SA = 26 (VA) - Pha B : SB = 6 (VA) - Pha C : Sc = 26 (VA) Phụ tải pha A và pha C là lớn nhất : 26 (VA) +)Điện áp : UđmBI ≥ Uđm mang =10,5 (KV) +)Dòng điện :I®mBI ≥ Ilvcb = 6,79 (KA) +)Cấp chính xác : 0,5 Ta chọn BI cho cấp điện áp máy phát 10,5 KV loại : TШΛ-20-1 có các thông số sau : Loại BI TШΛ-20-1 Dòng điện định mức (A) Uđm (KV) 20 Sơ cấp Thứ cấp 8000 5 Cấp chính xác hay kí hiệu cuộn thứ cấp Phụ tải định mức ứng với cấp chính xác (Ω) 0,5 0,5 1,2 Cấp chính xác 0,5 : Z2đm =1,2 (Ω) Chọn dây dẫn từ BI đến các phụ tải : Lấy l = ltt = 50 m ( BI theo sơ đồ hình sao hoàn toàn ) Tổng trở dụng cụ đo mắc vào pha A hay pha C : Z∑dc = S 2 I dm = 26 =1,04 (Ω) 52 Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu : Z2 = Z∑dc + Zdd ≤ Z2đm ⇒ Z2đm - Z∑dc ≥ Zdd = ρ.l tt S Thiết kế nhà máy điện Tiết diện dây dẫn : S≥ -Ngô Văn Sơn- -70- ρ.l tt 0,0175.50 = = 5,47 mm2 Z 2dm − Z ∑ dc 1,2 − 1,04 Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện 6 mm2 làm dây dẫn rừ BI tới dụng cụ đo Máy biến dòng không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì có dòng điện sơ cấp lớn hơn 1000 (A) Máy biến dòng không cần kiểm tra ổn định động vì nó quyết định bởi điều kiện ổn định động thanh dẫn mạch máy phát Chọn máy biến dòng điện cho cấp điện áp 110 KV và 220 KV Chọn theo điều kiện : +)Điện áp : UđmBI ≥ Uđm mang +)Dòng điện :IđmBI ≥ Ilvcb Với cấp điện áp 110 KV có: Icb = 0,4137 (KA) Với cấp điện áp 220 KV có : Icb = 0,442 (KA) Ta chọn BI có các thông số sau : Uđm KV Dòng điện định mức (A) Sơ cấp Thứ cấp 110 220 1500 1200 Loại BI TΦH-110M TΦH-220-3T 5 1 Cấp chính xác hay kí hiệu cuộn thứ cấp 0,5 0,5 Phụ tải định mức với cấp chính xác (Ω) 0,5 Bội số ổn định động Ilđđ 0,8 50 75 - 108 Máy biến dòng không cần kiểm tra ổn đinh ổn định nhiệt vì có dòng định mức sơ cấp lớn hơn 1000 (A) Kiểm tra ổn định động : 2 Kldd.IđmSC ≥ ixk Loại BI: • TΦH-110M có Kldd =75 ; IđmSC =1,5 KA Ta có : 2 Kldd.IđmSC = 2 75.1,5 = 159,1 > ixk = 30,8(KA) Thoả mãn điều kiện ổn định động Loại BI • TΦH-220-3T có Ilđđ =108 kA > ixk = 16,7(kA) Thoả mãn điều kiện ổn định đông Hai loại máy biến dòng chọn cho cấp điện áp cho cấp điện áp trung và cao áp đều thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt và ổn định động kA Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -71A A A W W VAR Wh VARh a b c 2.HOM-15 A B C V f F SƠ ĐỒ DỤNG CỤ ĐO VÀO BU VA BI I Chọn cáp và kháng điện đường dây 1 Chọn cáp cho phụ tải địa phương Phụ tải địa phương bao gồm 2 đường dây cáp kép x 4MW x 7km, 2 đường dây cáp đơn x 3MW x 5km Tiết diện của cáp được chọn theo điều kiện mật độ kinh tế của dòng điện Jkt được xác định theo biểu thức Skt = I bt mm2 J kt Ibt : dòng điện làm việc bình thường Jkt : mật độ dòng điện kinh tế Ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại : Thiết kế nhà máy điện -72- -Ngô Văn Sơn- ∑ Pi t i 365 = (9,1.7 + 14.5 + 11,9.3 + 12,6.5 + 11,2.4) = 7227 > 5000 h Pm 14 Ta có Jkt= 1,2 A/ mm2 Dòng làm việc bình thường của cáp kép : 4.10 3 Ibt = = 137,46 (A) 2 3.10,5.0,8 Dòng làm việc bình thường của cáp đơn : 3.10 3 = 103,1 (A) Ibt = 2 3.10,5.0,8 Tiết diện kinh tế : I bt 137,46 Đối với đường dây kép: Skt = = = 114,55 mm2 1,2 J kt Tmax =365 Đối với đường dây đơn: Skt = I bt 103,1 = 85,92 mm2 = 1,2 J kt Vậy ta chọn cáp có S = 150 mm2 ; Icp = 275 (A) và S = 120 mm2 ; Icp = 240 (A) Kiểm tra điều kiện phát nóng của cáp Khi làm việc bình thường (phát nóng lâu dài) Cần thoả mãn điều kiện : I’cp ≥ Ibt I’cp = k1.k2.Icp k1 : hệ số điều chỉnh theo môi trường đặt cáp k2 : hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song Với cấp 10 KV : khoảng cách giữa hai cáp đặt song song là 100 (mm) + Nhiệt độ phát nóng cho phép là : ϑ cp = 60 0C + Nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp : ϑ 0 = 25 0C + Nhiệt độ tính toán tiêu chuẩn : ϑ ođm =15 0C k1 = ϑcp − ϑo ϑcp − ϑodm = 60 − 25 = 0,88 60 − 15 k2 = 0,9 đối với cáp kép Khi cáp làm việc trong tình trang cưỡng bức Theo quy trình thiết bị điện các cáp có cách điện 0giấy tẩm dầu điện áp không quá 10 KV , trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện qua chúng không vượt quá 80% dòng điện cho phép (đã hiệu chỉnh ) Khi sự cố có thể cho phép quá tải 30 % trong thời gian không quá 5 ngày đêm + Điều kiện kiểm tra : 1,3 k1.k2.Icp ≥ Icb Dòng làm việc cưỡng bức qua cáp khi cáp đứt một sợi Icb = 2.Ibt = 2.137,46 = 274,92 (A) Thiết kế nhà máy điện -Ngô Văn Sơn- -73- - Vậy ta có : 1,3 k1.k2.Icp =1,3 0,88 0,9 275 = 283,06 > Icb = 274,92 Cáp đã cho thoả mãn đièu kiện phát nóng 2 Chọn kháng điện a Cấp điện áp định mức của kháng : Uđm K = Ulưới = 10 KV b Xác định dòng cưỡng bức lớn nhất qua kháng Dòng cưỡng bức được chọn theo kháng có phụ tải lớn nhất: P 14 Icb = ⇒ Icb = = 0,96 (kA) 3.10,5.0,8 3.U dm cos ϕ Chọn kháng điện kép Loại kháng Uđm kV Iđm A XKđm Ω ∆P1pha kW Iđđ kA Inh kA PbAC–10 – 2*2000-8 10 2000 0,5 21,8 41,5 33 *)Xác định XK % Điện kháng của đường dây dùng cho phụ tải địa phương được chọn sao cho đảm bảo hạn chế dòng ngắn mạch nhỏ hơn hay dòng cắt định mức của máy cắt và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện đã chọn Để thiết bị phân phhối đỡ cồng kềnh thường dùng một kháng cho một số đường dây Trong điều kiện làm việc bình thường dòng qua kháng chính là dòng qua phụ tải , do đó tổn thất điện áp trên không lớn Vì vậy mà điện kháng phải chọn không quá 8% với kháng đơn và không quá 16% với kháng kép *)Sơ đồ thay thế Chọn Scb = 100 MVA và ngắn mạch tại N4 có IN4 = 63,6 kA Icba = Scb 100 = = 5,5 kA 3.U cb 3.10,5 Điện kháng của hệ thống tính dến điểm ngắn mạch N4 : I cba 5,5 = XHT = = 0,0865 I N 4 63,6 Điện kháng của cáp 1 là : XHT Thiết kế nhà máy điện XC1 = x o l S cb 2 U cb = 0, 08.1,5 -74- -Ngô Văn Sơn- 100 = 0,109 10,52 Dòng ổn định của cáp S1 : S1.C 150.90 = = 16135,58 A = 16,135kA InhS1 = t1 0, 7 N4 XK N5 XC1 XC2 Dòng điện ổn định của cáp S2 : S 2 C 70.90 = InhS2 = = 9961,17A = 9,96 kA t2 0, 4 Điện kháng tổng tính đến điểm N6 : I cba 5,5 = X∑ = = 0,552 I nh min 9,96 - Ta có : X∑ = XHT + XK + XC1 - Điện kháng của kháng điện sẽ là : XK = X∑ – XHT - XC1 = 0,552 – 0,0865 – 0,109 = 0,3565 I dmK 2 ⇒ XK% = Xk .100 = 0,3565 .100 = 12,964 % 5,5 I cba Ta chọn loại kháng : PbA-10-2000-8 : UđmK =10 (KV) : IđmK = 2000 (A) : XK% = 16 % Dòng điện ổn định động 41,5 (KA) Tổn thất định mức 1 pha : 12,6 (KW) Tính toán kiểm tra kháng đã chọn : Tính toán kiểm tra lại kháng đã chọn tại điểm ngắn mạch N5 : I cba = 0,16 5,5 = 0,44 XK = XK% 2 I dmK Dòng điện ngắn mạch tại N5 I cba 5,5 = = 10,45 (KA) I’’N5 = X HT + X K 0,0865 + 0,44 ICđm = 20 (KA) ; Thoả mãn điều kiện InhS1 = 16,135 (KA) I’’N5 ≤ (ICđm ; Inh S1 ) Kiểm tra lại kháng đã chọn tại điểm N6 : I cba = 0,16 5,5 = 0,44 XK = XK% 2 I dmK Dòng điện ngắn mạch ở điểm N6: N6 Thiết kế nhà máy điện I’’N6 = X HT ICđm = 20 (KA) Thoả mãn điều kiện -75- -Ngô Văn Sơn- I cba 5,5 = = 8,655 (KA) + X K + X C1 0,0865 + 0,44 + 0,109 ; InhS2 = 9,96 (KA) I’’N6 ≤ (ICđm ; Inh S2 ) ổn định động của kháng điện: Dòng điện ổn định động 41,5 KA Kiểm tra ổn định động : ixk = kxk 2 IN6 = 1,8 2 9,96 = 25,354 (KA) < 41,5 (KA) ⇒ Thoả mãn 8 Chọn chống sét van Chống sét van là thiết bị được ghép song song với thiết bị điện đẻ bảo vệ chóng quá điện áp khí quyển Khi xuất hiện quá điện áp , nó sẽ phóng điện trước làm giảm trị số quá điện áp đặt trên cách điện của thiết bị và khi hết quá điện áp sẽ tự động dập hồ quang xoay chiều , phục hồi trạng thái làm việc bình thường a Chọn chống sét van cho thanh ghóp Trên các thanh ghóp 220 KV và 110 KV đặt các chống sét van với nhiệm vụ quan trọng là chống điện áp truyền từ đường dây vào trạm Các chống sát van này được chọn theo điện áp định mức của trạm Trên thanh ghóp 110 KV ta chọn chống sét van loại PBC-110 cóUđm =110 KV đặt trên cả ba pha b Chọn chống sét van cho máy biến áp • Chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu Các máy biến áp tự ngẫu do có sự liên hệ về điện giữa cao và trung nên sóng điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp hoặc ngược lai Vì vậy ở các đầu ra cao áp và trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta phải đặt các chống sét van Phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC -220 có Uđm = 220 KV đặt cả ba pha Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-110 có Uđm =110 KV , đặt cả ba pha • Chống sét van cho máy biến áp hai cuộn dây Mặc dù trên thanh ghóp 220 KV có đặt các chống sét van nhưng đôi khi có những đường sắt có biên độ lớn truyền vào trạm , các chống sát van ở đây có phóng điện Điện áp dư còn lại truyền tới cuộn dây của máy biến áp vẫn rất lớn có thể phá hỏng cách điện của cuộn dây , đặc biệt là phần cách điện ơt gần trung tính nếu trung tính cách điện Vì vậy tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây cần bổ trí một chống sét van Tuy nhiên do điện cảm của cuộn dây máy biến áp biên độ đường sét khi tới điểm trung tính sẽ giảm một phần , do đó chống sét van đặt ở trung tính được chọn có điện áp định mức giảm một cấp Ta chọn chống sét van loại PBC-110 có Uđm =110 KV Thiết kế nhà máy điện -76- -Ngô Văn Sơn- CHƯƠNG VI SƠ ĐỒ TỰ DÙNG VÀ MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG XIII Sơ đồ nối điện tự dùng Điện tự dùng là một phần điện năng không lớn nhưng lại giữ một phần quan trọng trong quá trình vận hành nhà máy điện , nó đảm bảo hoạt động của nhà máy : như chuẩn bị nhiên liệu , vận chuyển nhiên liệu , bơm nước tuwnf hoàn , quạt gió , thắp sáng , điều khiển , tín hiệu và liên lạc … Điện tự dùng trong nhà máy nhiệt điện cơ bản có thể chia làm hai phần : Một phần cung cấp cho các máy công tác đảm bảo sự làm việc của lò và tua bin các tổ máy Phần kia cung cấp cho các máy công tác phục vụ chung không liên quan trực tiếp đến lò hơi và tua bin nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy Ta chọn sơ đồ tự dùng theo nguyên tắc kinh tế và đảm bảo cung cấp điện liên tục , đối với nhà máy điện thiết kế dùng hai cấp điện áp tự dùng 6 KV và 0,4 KV XIV Chọn máy biến áp tự dùng 1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp I Các máy này có nhiệm vụ nhận điện từ thanh cái 10,5 kV cung cấp cho phụ tải tự dùng cấp điện áp 6 KV còn lại cung cấp cho phụ tải điện cấp điện áp 380/220KV Công suất của máy biến áp công tác bậc một có thể xác định như sau: SBđm ≥ K ∑ P1 η cos1 ϕ 1 +∑S2.K2 1 - Trong đó : + ∑P1 : Tổng công suất tính toán của các máy công tác tới động cơ 6 KV nối vào phân đoạn xét (KW) + ∑S2 : Tổng công suất định mức của máy biến áp bậc hai nối vào phân đoạn xét + K1 : hệ số đồng thời có tính đến sự không đầy tải của các máy công tác của động cơ 6 KV + η1 vµ cosϕ1 : hiệu suất và hệ số công suất của động cơ 6 KV Tỷ số : K1 thường lấy bằng 0,9 η1 cos ϕ1 Hệ số đồng thời K2 cũng lấy gần đúng bằng 0,9 Thiết kế nhà máy điện Nên ta có : -Ngô Văn Sơn- -77- SBđm ≥ (∑P1 + ∑S2).0,9 Trong phạm vi thiết kế ta chọn công suất của máy biến áp tự dùng cấp I theo công suất tự dùng cực đại của toàn nhà máy : Stdmax = 28,125 MVA Vậy công suất máy biến áp tự dùng cấp I là : SđmB ≥ 1 Stdmax n 1 28,125 = 5,625 MVA 5 Tra bảng chọn loại máy biến áp TMHC-6300/10,5 có các thông số sau : ⇒ SđmB ≥ SđmB (KVA) Điện áp (KV) Tổn thất (KW) Loại UN% Io% Cuộn cao Cuộn hạ ∆ Po ∆ PN TMHC 6300 10,5 6,3 8,0 46,5 8,0 0,9 Máy biến áp dự trữ : được chọn phù hợp với mực đích của chúng : máy biến áp dự trữ chỉ phục vụ thay thế máy biến áp công tác khi sửa chữa Công suất máy biến áp dự trữ : 1 1 Sđmdt ≥ 1,5 .Stdmax = 1,5 .28,125 = 8,4375 MVA 5 n ⇒ Chọn máy biến áp : TДHC-10000/10,5 : 2 Chọn máy biến áp tự dùng cấp II Các máy biến áp tự dùng cấp hai để cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp 380/220 V và chiều sáng Công suất của các loại phụ tải này thường nhỏ nên công suất máy biến áp thường đựơc chọn loại máy có công suất từ 630-1000 KVA Loại lớn hơn thường do giá thành lớn và dòng ngắn mạch phía 380 (V) lớn Công suất của máy biến áp tự dùng cấp hai được lựa chọn như sau : SđmB 2 ≥ ( 10 ÷ 20 )% 1 Stdmax = ( 10 ÷ 20 )%.SđmB1 n SđmB 2 ≥ 10% SđmB1 = 0,1.5,625 = 0,5625 (MVA) = 562,5 KVA Vậy ta chọn loại máy TC3-630/10 có các thông số sau : Loại MBA TC3 -630/10 3 SđmB (KVA) 630 Điện áp (KV) cuộn cao cuộn hạ 6,3 0,4 Tổn thất (KW) UN% Io% ∆ Po 2 5,5 1,5 ∆ PN 7,3 Chọn máy cắt Máy cắt phía cao áp MBA tự dùng Chọn máy cắt tương tự như với máy cắt của cấp điện áp 10 KV đã lựa chọn trong chương trên Chọn loại máy cắt 8BK41-12 Thiết kế nhà máy điện Cấp điện áp (KV) 10 -Ngô Văn Sơn- -78- Đại lượng tính toán Icb IN (KA) (KA) 4,55 36,38 Ixk (KA) Loại máy cắt Đại lượng định mức Uđm Iđm Icắtt m (KV) (KA) (KA) 92,61 8BK41 12 12,5 80 Máy cắt hạ áp tự dùng Để chọn mát cắt điện trong trường hợp này ta tính dòng ngắn mạch tại thanh ghóp phân đoạn 6 ( KV) điểm N7 để chọn máy cắt : Scb =100 MVA ; Ucb = 10,5 kV Điện kháng hệ thống : EHT S cb = 100 = 0,151 3.U cb I N 4 3.10,5.36,38 Điện kháng của máy biến áp tự dùng cấp I : U N % S cb 8 100 = XB! = = 1,27 100 S dmB1 100 6,3 Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch : X∑ = 0,151+ 1,27 =1,421 Dòng điện ngắn mạch tại N7: I cba 100 = I’’N7 = = 6,45 (KA) X∑ 3.6,3.1,421 Dòng điện xung kích tại N7 : ixk = kxk 2 I’’N7 = 1,8 2 6,45 = 16,42 (KA) Dòng điện làm việc cưỡng bức : S dmB 6,3 = Icb = = 0,35 kA 3.U cb 3.10,5 XHT = XHT N4 XB1 N7 Căn cứ vào các điều kiện chọn máy biến áp và các giá trị dòng ngắn mạch , dòng xung kích , dòng cưỡng bức vừa tính được ta chọn máy cắt đặt trong nhà loại máy cắt ít dầu có các thông số sau: Loại MC BM∏-10-1000-20 Uđm (KV) 10 Iđm (A) 1000 Icđm (KA) 20 iIdd (KA) 64 inh/tnh (kA/s) 20/8 4 Lựa chọn aptomat : aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp dùng trong lưới điện áp 380/220V trong phần điện tự dùng của nhà máy Nhiệm vụ của aptomat là đóng cắt dòng điện phụ tải và có khả Ildđ (KA) 225 Thiết kế nhà máy điện -79- -Ngô Văn Sơn- năng đóng cắt được cả dòng ngắn mạch tương tự như máy cẳt điện trong lưới điện cao áp Phần lớn các apyomat có khả năng cắt tự động khi có dòng điện quá tải và dòng ngắn mạch chạy qua aptomat Khả năng đóng tự động chỉ có ở những aptomat có dòng điện định mức lớn IdmA ≥ 1000 A, do kết cấu cồng kềnh vì phải có động cơ điện căng lò xo dự trữ thế năng cho việc đóng Ta chọn loại aptomat tự cắt theo các điều kiện chọn như sau: U dmA ≥ U dm I dmA ≥ I lvm iod ≥ i xk t qd i ≥ I∞ odnhA t odnh I catdmA ≥ I ,, Để chọn aptomat trong trường hợp này ta tính dòng điện ngắn mạch tại dây dẫn 0,4 (Kv) điểm N8 để chọn aptomat Scb = 100 (MVA) ; Ucb = 10,5 (KV) Điện kháng hệ thống: S cb 100 X HT = = = 0,151 3.U cb I N 4 3.10,5.36,38 Điện kháng của MBA tự dùng cấp 1: U S 8.100 X B1 = N % cb = = 1,27 100 S dmB1 100.6,3 Điện kháng tổng tính đến MBA tự dùng cấp 2: U S 5,5.100 X B 2 = N % cb = = 8,73 100 S dmB 2 100.0,63 Điện kháng tổng tính tới điểm ngắn mạch N8: I cba I"N8 = X∑ X ∑ = 8,73 + 1,27 + 0,151 = 10,151 I cba 100 = = 9,03 I"N8 = X∑ 3.0,63.10,151 Dòng xung kích tại N8: i xkN8 = 3 I"N8 Kxk = 3 9,03 1,8 = 28,153