Thiết kế phần điện trong nhà máy điện

Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Lời nói đầu Trong thời kỳ công nghiệp hóa - đại hóa đất nước lượng đóng vai trò quan trọng, lượng điện đóng vai trò quan trọng hang đầu hầu hết nghành công nghiệp sử dụng điện để phục vụ cho việc hoạt đông Vì nhu cầu điện ngày tăng cao, để đáp ứng nhu cầu điện cho công công nghiệp hóa – đại hóa đất nước việc sử dụng tiết kiệm điện cần phải xây dựng them nhà máy điện Trong nhà máy điện nhà máy thủy điện loại nhà máy điện có nhiều ưu điểm chi phí vận hành thấp, không gây ôi nhiễm môi trường … chi phí xây dựng ban đầu cao xây dựng nhà máy nhiệt điện Là sinh viên học tập Trường Đại Học Điện Lực em học môn Phần Điện Trong Nhà Máy Điện Và Trạm Biến Áp, em giao đề tài thiết kế phần điện cho nhà máy thủy điện Việc thiết kế nhà máy thủy điện giúp em cố thêm kiến thức học thời gian qua mà giúp em có thêm kiến thức xác đầy đủ hệ thống điện nói chung nhà máy thủy điện nói riêng Mặc dù giúp đỡ, hướng đẫn tận tình giáo viên hướng dẫn thầy Vũ Hoàng Giang nỗ lực thân điều kiện kiến thức nông cạn nên thiết kế chắn nhiều thiết sót Em mong bảo hướng dẫn thêm thầy cô khoa hệ thống điện Qua em xin cám ơn thầy Vũ Hoàng Giang thầy cô khoa hệ thống điện Trường Đại Học Điện Lực hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành thiết kế Em xin chân thành cám ơn! Hà nội ngày 06 tháng 12 năm 2010 Sinh Viên Phạm Văn Điệp SV thực hiện: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN CHO NHÀ MÁY 1.1 Chọn máy phát điện Theo nội dung thiêt kế, nhà máy thủy điện gồm tổ máy, công suất định mức tổ máy PđmF = 50,4 MW, hệ số tự dùng α = 1, 4% Ta chọn máy phát cho tổ máy loại máy phát điiện đồng có kí hiệu CB - 845/140 - 44T, có thông số cho bảng sau: Loại MF Sđm MVA Pđm MW Uđm kV nđm V/ph Cosφ xd'' xd' CB- 56 50,4 11 136,4 0,9 0,1 0,26 0,77 845/140- xd 44T Bảng 1.1 1.2 Tính toán cân công suất Nhiệm vụ: Ta phải tiến hành tính toán cân công suất để biết công suất thời điểm , qua cho ta biết nhà máy phát lượng công suất từ hệ thống để chọn máy biến áp cách hợp lý Theo yêu cầu thiết kế ta có số liệu phụ tải nhà máy cho sau: Phụ tải cấp điện áp máy phát U F = 11kV: PmaxUF = 10 MW; cos ϕ = 0,83 ; gồm kép x MW x km đơn x MW x km Tại địa phương dùng cáp nhôm vỏ PVC với tiết diện nhỏ 70 mm2; máy cắt hợp có dòng điện cắt định mức 21 kA tcắt = 0,7 s Phụ tải cấp điện áp trung áp U T = 110 kV: Pmax110 = 82 MW; cos ϕ 110 = 0,84 ; gồm hộ loại I x 25 MW họ loại III x 16 MW Phụ tải cấp điện áp cao áp UC = 220 kV: Pmax220 = 90 MW ; cos ϕ 220 = 0,85 ; gồm hộ loại I x 36 MW hộ loại III x 18 MW Bảng biến thiên công suất phụ tải cấp điện áp toàn nhà máy Giờ 0÷6 ÷ 10 10 ÷ 14 14 ÷ 20 20 ÷ 24 Công suất UF 80 70 80 100 90 (%) U110 80 90 100 90 80 U220 90 80 100 80 70 Toàn nhà 70 90 100 80 90 máy Bảng 1.1 Dựa vào số liệu cho ta có đồ thị công suất toàn nhà máy, đồ thị phụ tải tự dùng, đồ thị phụ tải cấp điện áp đồ thị công suất phát vào hệ thống Các đồ thị tính toán cụ thể sau: 1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy SV thực hiện: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Vì mùa mưa mùa khô nhà máy phát theo bảng biến thiên công suất theo ngày nên đồ thị phụ tải toàn nhà máy xác định theo công thức sau: Stnm (t ) = P%(t ).S dm ∑ Trong đó: Stnm(t) - công suất phát toàn nhà máy thời điểm t P%(t) - phần trăm công suất phát toàn nhà máy thời điểm t Sdm ∑ - tổng công suất biểu kiến định mức nhà máy Với S dm ∑ = n.PdmF cos ϕ PdmF - công suất định mức tổ máy n - số tổ máy cos ϕ - hệ số công suất phát máy phát Thay số liệu nhà máy vào công thức ta có: 4.50, S dm ∑ = = 224( MVA) 0,9 Công suất phát toàn nhà máy thời điểm tính toán cụ thể sau: Từ ÷ h nhà máy phát với công suất P% = 70% Stnm (0 ÷ 6) = 0,7 224= 156,8 (MVA) Tương tự: Stnm (6 ÷ 10) = 0,9 224= 201,6 (MVA) Stnm (10 ÷ 14) = 224= 224 (MVA) Stnm (14 ÷ 20) = 0,8 224= 179,2 (MVA) Stnm (20 ÷ 24) = 0,9 224= 201,6 (MVA) Ta có bảng tổng kết tính toán phụ tải toàn nhà máy sau: t Ptnm% Stnm(t) 0÷6 70 156,8 ÷ 10 90 201,6 10 ÷ 14 100 224 14 ÷ 20 80 179,2 20 ÷ 24 90 201,6 MVA Bảng 1.2 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy theo ngày sau: SV thực hiện: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Hình 1.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng Phần công suất tự dùng nhà máy thủy điện gồm phần công suất tự dùng chung (sử dụng cho toàn nhà máy, không phụ thuộc vào công suất phát nhà máy) phần công suất tự dùng riêng cho tổ máy phát, công suất tự dùng chung chiếm đa phần công suất tự dùng toàn nhà máy Do công suất tự dùng cho nhà máy coi không đổi theo thời gian xác định sau: Std = α % n.PdmF 100 cos ϕtd Trong đó: Std - công suất tự dùng nhà máy α % - lượng công suất phần trăm tự dùng nhà máy n - số tổ máy phát nhà máy PdmF - công suất tác dụng tổ máy cos ϕtd - hệ số công suất phụ tải tự dùng, yêu cầu thiết kế không cho hệ số công suất phụ tải tự dùng nên ta lấy hệ số công suất phụ tải tự dùng nhà máy hệ số công suất phụ tải cấp điện áp máy phát cos ϕtd = 0,83 Vậy: SV thực hiện: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA Std = GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang 1, 4.50, = 3, 401( MVA) 100 0,83 Đồ thị phụ tải tự dùng sau: Hình 1.2 Đồ thị phụ tải tự dùng 1.2.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp Công suất phụ tải cấp điện áp thời điểm xác định sau S (t ) = Pmax (U ) Cosϕ pt (U ) P%(t ) Trong đó: S(t) - công suất phụ tải thời điểm t Pmax (U) - công suất lớn phụ tải cấp điện áp U Cosϕ pt (U ) - hệ số công suất phụ tải cấp điện áp U P%(t) - phần trăm công suất phụ tải thời điểm t Tính toán cụ thể cho cấp điện áp sau: 1.2.3.1 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát UF = 11 kV: Phụ tải cấp điện áp máy phát có U F = 11 kV, Pmax UF = 10 MW, cos ϕ = 0,83 , P% (t) cho bảng 1.1 Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát khoảng thời gian từ ÷ h S (0 ÷ 6) = 10 0,8 = 9, 639( MVA) 0,83 Tính toán tương tự với khoảng thời gian lại ta có: SV thực hiện: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang 10 0, = 8, 434( MVA) 0,83 S (6 ÷ 10) = S (10 ÷ 14) = 10 0,8 = 9, 639( MVA) 0,83 S (14 ÷ 20) = 10 = 12, 048( MVA) 0,83 S (20 ÷ 24) = 10 0,9 = 10,843( MVA) 0,83 Ta có bảng tổng kết công suất phụ tải cấp điện áp máy phát khoảng thời gian sau: t Ptnm% SUF(t) 0÷6 80 9,639 ÷ 10 70 8,434 10 ÷ 14 80 9,639 14 ÷ 20 100 12,048 20 ÷ 24 90 10,843 MVA Bảng 1.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát sau: Hình 1.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 1.2.3.2 Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung áp UT= 110 kV Phụ tải cấp điện áp trung áp có U T = 110 kV, Pmax T = 82 MW, cos ϕ = 0,84 , P%(t) cho bảng 1.1 Công suất phụ tải cấp điện áp trung áp khoảng thời gian từ ÷ h S (0 ÷ 6) = 82 0,8 = 78, 095( MVA) 0,84 Tính toán tương tự với khoảng thời gian lại ta có: SV thực hiện: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA S (6 ÷ 10) = GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang 82 0,9 = 87,857( MVA) 0,84 S (10 ÷ 14) = 82 = 97, 619( MVA) 0,84 S (14 ÷ 20) = 82 0,9 = 87,857( MVA) 0,84 S (20 ÷ 24) = 82 0,8 = 78, 095( MVA) 0,84 Ta có bảng tổng kết công suất phụ tải cấp điện áp trung áp khoảng thời gian sau: t Ptnm% ST(t) 0÷6 80 78,095 ÷ 10 90 87,857 10 ÷ 14 100 97,619 14 ÷ 20 90 87,857 20 ÷ 24 80 78,095 MVA Bảng 1.4 Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung áp sau: Hình 1.4 Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung áp 1.2.3.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao áp UC = 220 kV Phụ tải cấp điện áp cao áp có U C = 220 kV, Pmax C = 90 MW, cos ϕ = 0,85 , P%(t) cho bảng 1.1 Công suất phụ tải cấp điện áp cao áp khoảng thời gian từ ÷ h S (0 ÷ 6) = 90 0,9 = 95, 294( MVA) 0,85 Tính toán tương tự với khoảng thời gian lại ta có: SV thực hiện: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang S (6 ÷ 10) = 90 0,8 = 84, 706( MVA) 0,85 S (10 ÷ 14) = 90 = 105,882( MVA) 0,85 S (14 ÷ 20) = 90 0,8 = 84, 706( MVA) 0,85 S (20 ÷ 24) = 90 0,7 = 74,118( MVA) 0,85 Ta có bảng tổng kết công suất phụ tải cấp điện áp cao áp khoảng thời gian sau: t Ptnm% SC(t) 0÷6 90 95,294 ÷ 10 80 84,706 10 ÷ 14 100 105,882 14 ÷ 20 80 84,706 20 ÷ 24 70 74,118 MVA Bảng 1.5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao áp sau: Hình 1.5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao áp 1.2.4 Đồ thị công suất phát hệ thống Theo nguyên tắc cân công suất thời điểm (công suất phát công suất thu vào), không xét đến tổn thất công suất máy biến áp ta có: Stnm (t ) = Std (t ) + SUF (t ) + SUT (t ) + SUC (t ) + SVHT (t ) Hay SVHT (t ) = Stnm (t ) − [ Std (t ) + SUF (t ) + SUT (t ) + SUC (t ) ] SV thực hiện: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Trong đó: SVHT (t ) - công suất phát hệ thống thời điểm t Stnm (t ) - công suất phát toàn nhà máy thời điểm t Std (t ) - công suất phụ tải tự dùng thời điểm t SUF (t ) - công suất phụ tải cấp điện áp máy phát thời điểm t SUT (t ) - công suất phụ tải cấp điện áp trung áp thời điểm t SUC (t ) - công suất phụ tải cấp điện áp cao áp thời điểm t Ta có công suất phát hệ thống khoảng thời gian từ ÷ h S (0 ÷ 6) = 156,8 − (3, 401 + 9, 639 + 78, 059 + 95, 294) = −29, 233( MVA) Tính toán tương tự với khoảng thời gian lại ta có: S (6 ÷ 10) = 201, − (3, 401 + 8, 434 + 87,857 + 84, 706) = 17, 202( MVA) S (10 ÷ 14) = 224 − (3, 401 + 9, 639 + 97, 619 + 105,882) = 7, 459( MVA) S (14 ÷ 20) = 179, − (3, 401 + 12, 048 + 87,857 + 84, 706) = −8,812(MVA) S (20 ÷ 24) = 201, − (3, 401 + 10,843 + 78,095 + 74,118) = 35,143( MVA) Ta có bảng tổng kết công suất phát hệ thống khoảng thời gian sau: t SVHT (t ) 0÷6 - 29.233 ÷ 10 17,202 10 ÷ 14 7,459 14 ÷ 20 - 8,812 20 ÷ 24 35,143 (MVA) Bảng 1.6 Đồ thị phụ tải phát hệ thống sau: SV thực hiện: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Hình 1.6 Đồ thị công suất phát hệ thống 1.3 Một số nhận xét trung Tổng công suất nhà máy điện 224 MVA, nhà máy làm nhiệm vụ cung cấp điện cho loại phụ tải phụ tải cao áp, trung áp phụ tải cấp điện áp máy phát Trong phụ tải cấp điện áp cao áp trung áp có công suất cao nên việc đảm bảo cung cấp điện cho hai loại phụ tải quan trọng Tổng công suất định mức hệ thống SđmHT = 15000 MVA, công suất dự phòng hệ thống SdpHT = 2% tức 300 MVA, giá trị lớn tổng công suất cực đại mà nhà máy phát lên hệ thống nên dùng tối đa lượng công suất mà nhà máy cần gặp cố thời điểm nhà máy phát thiếu công suất lên hệ thống Từ tính toán mục 1.2 ta xây dựng đồ thị phụ tải tổng hợp nhà máy sau: SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 10 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang * Tính xung lượng nhiệt (BN) : BN = BN-CK + BN-KCK - Xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ xác định theo phương pháp giải tích đồ thị : ( giả thiết thời gian tồn ngắn mạch (s) ) + Theo kết tính toán ngắn mạch chương 3: (ngắn mạch điểm N1) - Dòng ngắn mạch phía hệ thống thời điểm nhau: '' I HT = 7,111 (kA) - Nhánh thủy điện: XttTD = 0,493 '' Tại t = tra I CK (0) = 2,15 I’’TD = I CK(0) S NM 4.56 = 2,15 = 1, 209 ( kA) U cb 230 Dòng ngắn mạch N1 là: I’’N1 = 7,111 + 1,209 = 8,32 (kA) Tính toán tương tự cho thời điểm t = 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; t (s) I”HT(t) I”CK(t) I’’NM(t) I’’N1(t) I tb1 = I2tb3 = I 02 + I 02,1 I 0,2 +I 2 0,5 7,111 2,15 1,202 8,32 0.1 7,111 2,05 1,153 8,264 = 68,758 (kA ) = 67,964 (kA2) 0.2 7,111 2,02 1,136 8,247 ; I tb2 = 0,5 7,111 2,01 1,13 8,241 I 02,1 + I 02, 7,111 1,125 8,236 = 68,153 (kA2) I + I12 I2tb4 = = 67,873 (kA2) 2 0,5 ; Với ∆t = 0,1; 0,1; 0,3; 0,5 Từ ta có : BN-CK = 0,1 68,758 + 0,1.68,153 + 0,3.67,964 + 0,5.67,873 = 68,017 (KA2.s) - Khi ta tính gần xung lượng nhiệt thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ : BN-KCK = (I’’N1)2.Ta = 8,32 2.0,05 = 3,461 (kA2.s) * Vậy xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch N1 : BN = BN-CK + BN-KCK = 68,017 + 3,461 = 71,478 (KA2.s) Tiết diện dây dẫn nhỏ đảm bảo ổn định nhiệt cấp điện áp 220 KV : Smin = BN C = 71, 478 103 = 107,019 < 400 mm2 79 Dây dẫn chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt c Kiểm tra điều kiện vầng quang : Uvq ≥ Uđm SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 70 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Trong U vq điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang.Nếu dây dẫn ba pha bố trí ba đỉnh tam giác điện áp vầng quang tính sau : a Uvq = 84.m.r.lg (KV) r m : hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn (m = 0,85) r : bán kính dây dẫn (cm) a : khoảng cách pha dây dẫn Với loại dây dẫn chọn : r = 1,33 (cm) ; a = 500 (cm), ta có : 500 a Uvq = 84.m.r.lg = 84.0,85.1,33.lg = 244,54 (KV) > Uđm= 220 (KV) 1,33 r Thỏa mãn điều kiện vầng quang Vì , dẫn mềm góp mạch cao áp chọn loại dây AC400/22 5.3.2 Chọn góp mềm phía trung áp :(110 KV) a Chọn tiết diện: Tiết diện dẫn góp mềm chọn theo điều kiện dòng điện cho phép chế độ làm việc lâu dài : I’cp = Icp.khc ≥ Icb Theo tính toán từ phần trước ta có :dòng điện cưỡng lớn phía cao áp nhà máy thiết kế :Icb = 0,353 KA ; khc =0,88 Vậy dòng điện cho phép qua dây dẫn chế độ làm việc lâu dài : Icp.Khc ≥ Icb I cb 0, 254 = = 0, 289 (kA) → Icp ≥ khc 0,88 Vậy với dòng cho phép 289 (A) ta chọn loại dây nhôm lõi thép có dòng điện phụ tải cho phép : 835 (A) Đó loại dây AC-400/22 có thông số sau Tiết diện chuẩn nhôm/thép 400/22 tiết diện (mm2) nhôm thép 394 22 đường kính (mm) dây dẫn lõi thép 26,6 Icp (A) 835 b Kiểm tra ổn định nhiệt : Điều kiện đảm bảo ổn định nhiệt : θN ≤ θNcp BN Hay : Schọn ≥ Smin = C -Trong : BN : xung lượng nhiệt ngắn mạch C : số tùy thuộc vào loại vật liệu dây dẫn Với dây AC có C = 79 * Tính xung lượng nhiệt (BN) : BN = BN-CK + BN-KCK SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 71 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang - Xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ xác định theo phương pháp giải tích đồ thị : ( giả thiết thời gian tồn ngắn mạch (s) ) + Theo kết tính toán ngắn mạch chương 3: (ngắn mạch điểm N2) - Dòng ngắn mạch phía hệ thống thời điểm '' ITH = 4, 781 (kA) - Nhánh thủy điện: XttTD = 0,336 Tại t = tra đựơc I’’CK(0) = 3,2 I’’nm = I CK(0) S NM 4.56 = 3, = 3,599 ( kA) 3.U cb 3.115 Dòng ngắn mạch N2 là: I’’N1 = 4,781 + 3,599 = 8,38 (kA) Tính toán tương tự cho thời điểm t = 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; I tb1 = I2tb3 = t (s) 0.1 0.2 0.5 I”HT(t) 4,781 4,781 4,781 4,781 4,781 I”CK(t) 3,2 2,52 2,46 2,41 I’’nm(t) 3,599 3,374 2,834 2,767 2,71 I’’N1(t) 8,38 8,155 7,615 7,548 7,491 I 02 + I 02,1 I 02, 2 = 68,364 (kA ) + I 02,5 = 57,48 (kA2) ; ; I tb2 = I 02,1 + I 02, I2tb4 = I 02,5 2 + I12 = 62,246 (kA2) = 56,544 (kA2) 2 Với ∆t = 0,1; 0,1; 0,3; 0,5 Từ ta có : BN-CK = 0,1.68,364 + 0,1.62,246 + 0,3.57,48 + 0,5.56,544 = 58,577 (kA2.s) - Khi ta tính gần xung lượng nhiệt thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ : BN-KCK = (I’’N2)2.Ta = 8,1552.0,05 = 3,325 (kA2.s) * Vậy xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch N2 : BN = BN-CK + BN-KCK = 58,577 + 3,325 = 61,902 (kA2.s) Tiết diện dây dẫn nhỏ đảm bảo ổn định nhiệt cấp điện áp 110 KV : BN 61,902 10 = 99,592 < 400 mm2 C 79 Dây dẫn chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt c Kiểm tra điều kiện vầng quang : Uvq ≥ Uđm Trong U vq điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang.Nếu dây dẫn ba pha bố trí ba đỉnh tam giác điện áp vầng quang tính a sau : Uvq = 84.m.r.lg (KV) r SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 72 Lớp Đ2-H2 Smin = = Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang m : hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn (m = 0,85) r : bán kính dây dẫn (cm) a : khoảng cách pha dây dẫn Với loại dây dẫn chọn : r = 1,33 (cm) ; a = 300 (cm), ta có : 300 a Uvq = 84.m.r.lg = 84.0,85.1,33.lg = 223,47 (KV) > Uđm= 110 (KV) 1,33 r Thỏa mãn điều kiện vầng quang Vậy dẫn mềm mạch cao trung áp loại dây AC-400/22 5.4.Chọn thiết bị cho phụ tải địa phương 5.4.1.Chọn cáp cho phụ tải địa phương Theo nhiệm vụ thiết kế, phụ tải địa phương cấp điện áp 22kV công suất cực đại PUFmax = 10 MW , cosϕtb = 0,83 : bao gồm kép x MW × Km đơn × 2MW × Km Từ đồ thị phụ tải địa phương tính bảng 1-5, ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại sau : Tmax = ∑S t dpi i S dpmax 365 = 9, 639.6 + 8, 434.4 + 9, 639.4 + 12, 048.6 + 10,843.4 365 12,048 = 7446,2 h Do cáp điện lực cách điện giấy,lõi nhôm mật độ dòng điện kinh tế lấy Jkt = 1,2 A/mm2 + Tiết diện cáp đường dây kép Dòng điện làm việc bình thường đường dây kép là: Pdp 3.103 = Ilvbt = = 99,372 (A) 2.cos ϕ 3.U 2.0,83 3.10,5 Icb = 2.Ilvbt = 2.99,372=198,744 (A) Tiết diện cáp chọn theo mật độ Jkt là: FC = I lvbt 99,372 = = 82,81 mm2 J kt 1, Tra bảng ta chọn cáp đường dây cáp kép có Fkép = 120 mm2, có Icp = 210 (A) + Tiết diện cáp đường dây đơn: Dòng điện làm việc bình thường đường dây đơn là: Pdp 2.103 = Icb = Ilvbt = = 132,496 (A) cos ϕ 3.U 0,83 3.10,5 SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 73 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Tiết diện cáp chọn theo mật độ Jkt là: FC = I lvbt 132, 496 = = 110,413 mm2 J kt 1, Tra bảng ta chọn cáp đường dây cáp đơn có Fđơn = 120 mm2, có Icp = 210 (A) Kiểm tra điều kiện phát nóng lâu dài cáp: - Kiểm tra điều kiện phát nóng làm việc bình thường : I’cp = K1.K2.Icp ≥ Ibt : K1-Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt cáp K2-Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song - Đặt cáp đất có nhiệt độ 15oC, nhiệt độ phát nóng ruột cáp 10,5 kV cho phép 60oC, nhiệt độ tiêu chuẩn 25oC Do đó: K1 = θ cp − θ o θ cp − θ odm = 60 − 25 = 0,88 60 − 15 - Với cáp kép: K2 = 0,9 dòng điện làm việc lâu dài cho phép cáp nhiệt độ đất 250C là: I’cp = K1.K2.Icp = 0,88.0,9.210 = 166,32 A >Ibt = 99,372 (A) - Với cáp đơn: K2 = dòng điện làm việc lâu dài cho phép cáp nhiệt độ đất 250C là: I’cp = K1.K2.Icp = 0,88.210 = 184,8 A >Ibt = 132,496 (A) - Vậy cáp chọn thoả mãn làm việc bình thường Kiểm tra điều kiện phát nóng làm việc cưỡng bức: I’’cp = Kqt.K1.K2.I’cp ≥ Icb - Giả thiết cáp cho phép tải 30% thời gian không ngày đêm, đó: Dây đơn: I’’cp = Kqt.I’cp = 1,3.184,8 = 240,24 (A) > Icb = 132,496 (A) Dây kép: I’’cp = Kqt.I’cp = 1,3.166,32 = 216,216 (A) > Icb = 198,744 (A) Vậy chọn cáp đường dây cáp kép có Fkép = 120 mm2, có Icp = 210 (A), cáp đơn có Fđơn = 120 mm2, có Icp = 210 (A) đảm bảo điều kiện kỹ thuật 5.4.2.Chọn kháng đường dây Kháng điện đầu đường dây phụ tải địa phương chọn theo điều kiện sau: - Điện áp : UdmK ≥ Udm.mạng= 10,5 kV - Dòng điện : IdmK ≥ IcbK SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 74 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Trong : IcbK dòng điện cưỡng qua kháng, tính phụ tải địa phương lớn cố kháng PDP max 10 = = 0,663 (kA) Ta có : IcbK = 3U dm cos ϕ 3.10,5.0,83 Chọn kháng điện Loại kháng Uđm kV Iđm A XKđm Ω ∆P1pha kW PbA–10 –1000-4 10 1000 0,23 4,6 Iđđ kA Inh kA 53 42 XC N6 MC XC1 N5 MC N4 XHT XK - Điện kháng XK% : Để tính điện kháng XK% ta lập sơ đồ thay sau : Ngắn mạch N4 có IN4 = 23,693 (kA) Scb 100 = Icb = = 5,5 kA 3.U cb 3.10,5 Điện kháng hệ thống tính dến điểm ngắn mạch N4 : Icb 5,5 XHT = '' = = 0,232 I N 23,693 Điện kháng cáp : S cb 100 = 0,367 XC1 = x o l = 0,081.5 10,52 U cb Cáp có tiết diện nhỏ FC1 = 120mm2 lõi nhôm ta có dòng ổn định nhiệt cáp là: F C 120.90 I nhC1 = C1 = =10800A = 10,8kA t1 với C hệ số phụ thuộc vật liệu cáp ( CAl = 90 ) t1 thời gian cắt máy cắt : t1 = t2+∆t = 0,7+0,3 = 1s Dòng ổn định nhiệt cáp hai là: F C 120.90 InhC2 = C2 = =12,908kA t1 0,7 Icb 5,5 = = 0,509 Mặt khác ta có: X Σ = X HT + X K = I nhC1 10,8 ⇒ X K = X Σ − X HT = 0,509 − 0,179 = 0,33 IdmK 100 = 0,33 .100 = 6% Vậy : X K % = X K I cb 5,5 Ta chọn loại kháng : PbA-10-1000-4 : SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 75 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang UđmK =10 (kV) : IđmK = 1000 (A) : XK% = % Dòng điện ổn định động 53 (kA) Tổn thất định mức pha : 4,6 (kW) • Kiểm tra kháng điện chọn : Điện kháng kháng chọn tính hệ đơn vị tương đối là: I 5,5 X K = X K % cb = 0,06 = 0,33 IdmK +Khi ngắn mạch điểm N5 sơ đồ ta có dòng ngắn mạch là: I cb 5,5 I N5 = = = 9,787 (kA) X HT + X K 0,232 + 0,33 Do IN5 = 9,787 ≤ (IcắtMC1 ; InhC1 ) nên kháng điện chọn thoả mãn yêu cầu kỹ thuật +Khi ngắn mạch điểm N6 sơ đồ ta có dòng ngắn mạch là: Icb 5,5 IN6 = = = 5,864 (kA) X HT + X K + X C1 0,232 + 0,33 + 0,376 Do IN6 = 5,864 ≤ (IcắtMC2 ; InhC2 ) nên kháng điện chọn thoả mãn yêu cầu kỹ thuật 5.5 Chọn máy biến áp đo lường A A A W VAr W Wh VArh a b c 2x3HOM-15 A B C V f F 1) Chọn máy biến dòng điện (BI) Máy biến dòng điện 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 : UđmBISC ≥ Uđmmạng - Dòng điện định mức sơ cấp : IđmSC ≥ Icb - Cấp xác BI chọn phù hợp với yêu cầu dụng cụ đo Phụ tải thứ cấp BI chọn tương ứng với cấp xác BI có phụ tải định mức SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 76 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang ZđmBI Để đảm bảo độ xác yêu cầu tổng phụ tải thứ cấp (Z 2) kể tổng trở dây dẫn không vượt ZđmBI Z2 = Zdc + Zdd ≤ ZđmBI Trong : Zdc tổng phụ tải dụng cụ đo Zdd tổng trở dây dẫn nối từ BI đến dụng cụ đo a./ Chọn biến dòng cho cấp điện áp máy phát 10,5kV Từ sơ đồ nối dây dụng cụ đo lường vào BI ta xác định phụ tải thứ cấp BI pha sau : Tên dụng cụ đo Ký hiệu Am pe mét Oát kế tác dụng Oát kế tự ghi Oát kế phản kháng Công tơ tác dụng Công tơ phản kháng Tổng cộng Э 302 д 341 д 33 д 324/1 И 670 И 672 Phụ tải thứ cấp (VA) a b c 1 5 10 10 5 2,5 2,5 2,5 2,5 26 26 - Điện áp định mức BI : UđmBI ≥ Uđmmạng = 10,5 (kV) - Dòng điện định mức sơ cấp : IđmSC ≥ Icb = 3,233 (kA) - Cấp xác : 0,5 ( mạch thứ cấp có công tơ ) Vậy từ điều kiện ta chọn BI cho cấp điện áp máy phát loại TПШ−201 có thông số : Uđm = 20 kV ; IđmSC = 6000A ; IđmTC = 5A Với cấp xác 0,5 ta có ZđmBI = 1,2 Ω • Chọn dây dẫn nối từ BI đến dụng cụ đo: Giả thiết khoảng cách từ BI đến dụng cụ đo l = 30m Vì biến dòng mắc pha nên chiều dài tính toán : ltt = l = 30m Tổng trở dụng cụ đo lường mắc vào pha a ( pha c ) : S 26 ZdcΣ = dcΣ = = 1,04 Ω IdmTC Để đảm bảo độ xác tổng phụ tải thứ cấp (Z 2) kể tổng trở dây dẫn không vượt ZđmBI : Z2 = Zdc + Zdd ≤ ZđmBI = 1,2 Ω ⇒ Zdd ≤ ZdmBI − Zdc = 1,2 − 1,04 = 0,16 ρl ≤ 0,16 F ρ l 0,0175.30 ⇒ F≥ = = 3,28 mm rdd 0,16 Zdd ≈ rdd = Vậy ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện F = 4mm2 SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 77 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Máy biến dòng chọn không cần phải kiểm tra ổn định động định điều kiện ổn định động dẫn mạch máy phát Ta có IđmSC = 6000A > 1000A BI chọn không cần kiểm tra ổn định nhiệt b.Chọn biến dòng cho cấp điện áp 110kV 220kV BI chọn theo điều kiện : - Điện áp định mức BI : UđmBI ≥ Uđmmạng - Dòng điện định mức sơ cấp : IđmSC ≥ Icb Với cấp điện áp 110kV ta có Icb = 304 (A) Với cấp điện áp 220kV ta có Icb = 156 (A) Ta chọn BI có thông số bảng sau : Thông số tính toán Uđm Icb (kV) (A) 110 304 220 156 Loại BI Uđm kV Bội số ổn định động Bội số ổn định nhiệt TφHPД-110M TφH220-3T 110 220 110 75 34,6/3 60/1 Iđm (A) Sơ cấp 400 500 Thứ cấp 5 Cấp xác Phụ tải (Ω) iđđm (kA) 0,5 0,5 1,2 145 24-48 2)Chọn máy biến điện áp (BU) a.Chọn BU cho cấp điện áp máy phát 10,5kV BU chọn theo điều kiện sau : - Loại biến điện áp chọn dựa vào vị trí đặt, sơ đồ nối dây nhiệm vụ Để cấp điện cho công tơ cần dùng BU pha đấu V/V - Điều kiện điện áp : UđmBU ≥ Uđmmạng = 10,5 kV - 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 (S2) phải nhỏ công suất định mức BU với cấp điện áp chọn : S2 ≤ SđmBU Ta phải phân bố đồng hồ điện phía thứ cấp đồng cho hai BU tương ứng bảng sau : Tên đồng hồ Ký hiệu Vôn kế Э2 Oát kế д 341 Oát kế phản kháng д 342/1 Oát kế tự ghi д 33 Tần số kế д 340 Công tơ tác dụng И 670 Công tơ phản И 672 SV thực hiện: Phạmkháng Văn Điệp Tổng cộng Phụ tải BU pha AB W (P) VAr(Q) 7,2 1,8 1,8 8,3 0,66 1,62 0,66 78 1,62 20,42 3,24 Phụ tải BU pha BC W (P) VAr(Q) 1,8 1,8 8,3 6,5 0,66 1,62 0,66 1,62 Lớp Đ2-H2 19,72 3,24 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Biến điện áp pha AB có : ` S2 = 20,42 + 3,242 = 20,675 VA Biến điện áp pha BC có : S2 = 19,722 + 3,242 = 19,984 VA Ta chọn BU cho cấp điện áp 10,5 kV có thông số : Cấp Công suất định mức Điện áp định mức (V) điện (VA) Kiểu BU áp Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp Cấp 0,5 Cấp (kV) 10500 100 3HOM − 15 15 75 150 • Chọn dây dẫn nối BU dụng cụ đo lường : - Tiết diện dây dẫn chọn cho tổn thất điện áp không vượt 0,5% điện áp định mức thứ cấp có công tơ 3% công tơ - Để đảm bảo độ bền cơ: tiết diện tối thiểu dây dẫn 1,5 mm dây đồng 2,5 mm2 dây nhôm không nối với dụng cụ đo điện Và 2,5 mm2 dây đồng mm2 dây nhôm nối với dụng cụ đo điện Tính dòng điện dây dẫn : Sab 20,675 Ia = = = 0, 207 A U ab 100 Sbc 19,984 Ic = = = 0,2 A U bc 100 Để đơn giản ta coi Ia = Ic = 0,2 A cosϕab = cosϕbc = Như dòng điện Ib = Ia = 0,2 = 0,34 A Điện áp giáng dây a b : ρ l &= ( & ∆U Ia + I&b ) r = ( I&a + & Ib ) F Ia Giả sử khoảng cách từ dụng cụ đo đến BU l = 30 m, bỏ qua góc lệch pha & I b Vì mạch có công tơ nên ∆U = 0,5% tiết diện dây dẫn phải chọn & : I + Ib 0,34 + 0,2 F≥ a ρ l = 0,0175 30 = 0,567 mm ∆U 0,5 Theo tiêu chuẩn độ bền học ta lấy dây dẫn dây đồng có tiết diện F = 1,5mm dây dẫn không nối với dụng cụ đo điện có tiết diện F = 2,5mm dây dẫn nối với dụng cụ đo điện b.Chọn BU cho cấp điện áp 110kV 220kV Phụ tải thứ cấp BU phía 110kV 220kV thường cuộn dây điện áp đồng hồ Vônmét có tổng trở tương đối lớn nên công suất thường nhỏ nên không cần tính phụ tải thứ cấp Nhiệm vụ BU cấp điện áp kiểm tra cách điện đo lường điện áp ta chọn ba biến điện áp pha đấu Y0/Y0 SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 79 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Ta chọn BU có thông số sau : Cấp điện p (kV) Loại BU HKφ − 110 − 57 HKφ − 220 − 58 110 220 Điện áp định mức cuộn dây (V) Sơ cấp Thứ cấp 110000/ 220000/ 100/ 100/ Công suất theo cấp xác (VA) Cấp Cấp 0,5 400 600 400 600 Công suất max (VA) 2000 2000 CHƯƠNG CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG Lượng điện tự dùng nhà máy thuỷ điện nhỏ so với nhà máy nhiệt điện công suất Mặt khác theo đề thiết kế nhà máy thuỷ điện có công suất trung bình ( [ 1000 MVA ) nên sơ đồ tự dùng nhà máy thiết kế có đặc điểm sau: - Một máy phát hay nhóm máy phát ghép chung MBA, có MBA tự dùng hạ từ 10,5/0,4 kV Điện lấy từ cực máy phát - Dự phòng nóng cho thông qua Aptomát phía hạ áp Khi MBA bị cố, máy lại tăng công suất thay MBA bị cố - Phía cao MBA tự dùng không cần dùng máy cắt mà cần dùng cách ly (vì MBA nhà, thường bảo quản tốt nên cố sảy ra) - Phía hạ MBA tự dùng Aptômát dao cách ly phục vụ sửa chữa 380/220V, phải nối đất để an toàn có dây trung tính để lấy điện áp pha Chọn máy biến áp tự dùng Máy biến áp tự dùng chọn theo điều kiện sau: SdmB ≥ Smax 3,401 td = =0,85025 (MVA) n (n-1) SđmB Kqtsc 〈 Smaxtd ta chọn MBA tự dùng TM-1,6 có thông số sau : Loại Sđm (MVA) UCđm (kV) UHđm (kV) ∆P0 (kW) ∆PN (kW) Un% I0% TM 10 0,4 2,1 12,2 5,5 1,4 SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 80 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang Chọn dao cách ly phía hạ áp 0,4kV Dao cách ly dùng để ngắt mạch với dòng không tải Chúng chọn theo điều kiện sau : - Điện áp định mức dao cách ly : UđmCL ≥ Uđm mạng - Dòng điện định mức dao cách ly : IđmCL ≥ Icb - Điều kiện kiểm tra ổn định động : iđđm ≥ ixk ( ixk dòng xung kích ngắn mạch ) - Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt : I2nhđm tnhđm ≥ BN (BN xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch ) Đối với dao cách ly có Iđm ≥ 1000A không cần kiểm tra ổn định nhiệt Dòng cưỡng hỏng máy biến áp tự dùng: I cb = kqtsc td S đmB 3.U td = 1, = 2, 021 (kA) 3.0, Tra bảng 4.1 sách thiết kế phần điện nhà máy điện ta chọn dao cách ly có thông số lỹ thuật sau: Loại DCL Uđm, kV Iđm, kA Idđ, kA Inh, kA tnh, s PBP-20/8000 20 300 12 Ta có sơ đồ tự dùng thuỷ điện sau: SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 81 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA SV thực hiện: Phạm Văn Điệp GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang 82 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang PHỤ LỤC Lời nói đầu…………………………………………………………………………1 Chương : Tính toán cân công suất đề xuất phương án nối điện…….2 1.1 Chọn máy phát điện 1.2 Tính toán cân công suất 1.3 Một số nhận xét trung 1.4 Đề xuất phương án nối điện cho nhà máy Chương 2: tính toán chọn máy biến áp…………………………………………… I Chọn loại, công suất định mức kiểm tra tải máy biến áp II Tính toán tổn thất điện máy biến áp Chương 3: Tính toán dòng điện ngắn mạch……………………………………… 3.1 Chọn điểm ngắn mạch 3.2 Lập sơ đồ thay 3.2.1 Xác định tham số 3.2.2 Tính dòng ngắn mạch theo điểm Chương 4: Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu………………… 4.1 Chọn sơ máy cắt phương án 4.1.1/ Xác định dòng điện làm việc cưỡng mạch 4.1.2/Chọn máy cắt cho phương án 4.2 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 4.3 Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu Chương 5: Chọn khí cụ điện, dây dẫn góp…………………………… 5.1 Chọn MCĐ DCL 1) Chọn máy cắt điện: 2) Chọn dao cách ly 5.2 Chọn góp cứng đầu cực máy phát điện 5.2.1 Chọn góp cứng: 5.2.1.1 Chọn tiết diện góp cứng 5.2.1.2.Kiểm tra ổn định nhiệt ngắn mạch: 5.2.1.3 Kiểm tra ổn định động 5.2.1.4 Chọn sứ đỡ dẫn cứng 5.3 Chọn dây dẫn mềm 5.3.1 Chọn góp mềm phía cao áp : (220 KV) 5.3.2 Chọn góp mềm phía trung áp :(110 KV) 5.4.Chọn thiết bị cho phụ tải địa phương 5.4.1.Chọn cáp cho phụ tải địa phương 5.4.2.Chọn kháng đường dây 5.5 Chọn máy biến áp đo lường 1) Chọn máy biến dòng điện (BI) 2)Chọn máy biến điện áp (BU) Chương 6: Chọn sơ đồ thiết bị tự dung…………………………………………… 6.1.Chọn máy biến áp tự dùng SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 83 Lớp Đ2-H2 Đồ án môn học phần điện NMĐ TBA GVHD: Th.S Vũ Hoàng Giang 6.2.Chọn dao cách ly phía hạ áp 0,4kV Tài liệu tham khảo Thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp – PGS.TS Phạm Văn Hòa Phần điện nhà máy điện trạm biến áp - SV thực hiện: Phạm Văn Điệp 84 Lớp Đ2-H2