đồ án tốt nghiệp thiết kế phần điện trong nhà máy điện

LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, đại hoá, ngành điện giữ vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế quốc dân Trong sống điện cần cho sinh hoạt phục vụ sản xuất Với phát triển xã hội đòi hỏi phải có thêm nhiều nhà máy điện đủ để cung cấp điện cho phụ tải Xuất phát từ thực tế sau học xong chương trình ngành hệ thống điện, em nhà trường môn Hệ thống điện giao nhiệm vụ thiết kế gồm nội dung sau: Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện gồm tổ máy, công suất tổ 55 MW cấp điện cho phụ tải địa phương 10,5kV, phụ tải điện áp trung 110kV, phụ tải điện áp cao 220kV phát vào hệ thống 220KV Sau thời gian làm đồ án với lỗ lực thân, giúp đỡ tận tình thầy cô giáo khoa, bạn lớp Đặc biệt giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo ThS Vũ Hoàng Giang đến em hoàn thành đồ án Do thời gian có hạn, kiến thức hạn chế nên đồ án em không tránh thiếu sót Vì em mong nhận góp ý bổ sung thầy cô giáo bạn để đồ án em ngày hoàn thiện Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn toàn thể thầy cô giáo môn lời cảm ơn chân thành nhất! Sinh viên thực Trần Đức Liêm CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY I.1 Chọn máy phát điện Theo yêu cầu đề ta phải thiết kế phần điện nhà máy thủy điện gồm tổ máy x 55 MW Nhà máy điện cung cấp điện cho phụ tải địa phương có Uđm= 22 kV, phụ tải trung áp 110 kV phụ tải cao áp phát hệ thống cấp điện áp 220 kV Do biết số lượng công suất tổ máy ta cần ý số điểm sau: + Chọn điện áp máy phát lớn dòng điện định mức, dòng ngắn mạch cấp điện áp nhỏ yêu cầu với loại khí cụ điện giảm thấp + Để thuận tiện cho việc xây dựng việc vận hành nên chọn máy phát điện loại Từ tra bảng phụ lục loại máy phát sau: Sđm, nđm, Loại MPĐ Pđ, MW Uđm, kV cosφđm X’’d X’d X2 MVA v/ph CB430/21068,75 55 10,5 428,6 0,8 0,18 0,28 1,19 14 I.2 Tính toán cân công suất I.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy Đồ thị phụ tải toàn nhà máy xác định theo công thức sau: P P %(t) Stnm(t ) = tnm(t ) với Ptnm(t ) = tnm Ptnm cosϕdm 100 Trong Stnm(t) – công suất phát toàn nhà máy thời điểm t P%(t) – phần trăm công suất phát toàn nhà máy thời điểm t cosφdm – hệ số công suất định mức máy phát Ptnm(t) – công suất tác dụng toàn nhà máy thời điểm t Và tổng công suất phát toàn nhà máy phải tổng công suất tiêu thụ: Stnm (t) = SDP (t) + SUT (t) + S UC (t) + STD (t) + S VHT (t) Ptnm(t ) Trong đó: Stnm(t ) = SVHT(t) – công suất phát hệ thống thời điểm t cosϕdm Stnm(t) – công suất phát toàn nhà máy thời điểm t SDP(t) – công suất phụ tải địa phương thời điểm t SUT(t) – công suất phụ tải cấp điện áp trung thời điểm t SUC(t) – công suất phụ tải cấp điện áp cao thời điểm t STD(t) – công suất tự dùng nhà máy Ta có: Ptnm=4.55=220 MW Smax=220/0,8=275 MVA Từ bảng biến thiên công suất phụ tải toàn nhà máy ta tính công suất phát nhà máy thời điểm là: P P % Stnm(t ) = tnm(t ) với Ptnm(t ) = tnm Ptnm cosϕdm 100 Kết tính toán cho bảng 1-1 đồ thị vẽ hình 1-1: Bảng 1-1: t(giờ) Ptnm%) Stnm(t)(MVA) 0÷6 70 192,5 ÷ 10 90 247,5 10 ÷ 14 100 275 14 ÷ 20 80 220 20 ÷ 24 90 247,5 Hình 1-1: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 300 275 247,5 250 200 220 247,5 192,5 150 100 50 t(h) I.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng Theo nhiệm vụ thiết kế hệ số phụ tải tự dùng nhà máy αtd=1,1% công suất định mức nhà máy với cosφtdđm=0,8 tức hệ số công suất định mức nhà máy coi số với công thức: Std(t)=α.SmaxNM=0,011.275=3,025 (MVA) I.2.3 Đồ thị phụ tải địa phương cấp điện áp máy phát UF (10,5 kV) Phụ tải địa phương nhà máy có điện áp 10,5 kV, công suất cực đại PmaxUF=14MW, cosφ=0,82; gồm kép x MW x km đơn x MW x km Để xác định đồ thị phụ tải địa phương phải vào biến thiên phụ tải hàng ngày cho nhờ công thức: PUF(t) P % SUF(t) = với PUF(t) = UF PmaxUF cosϕ 100 Kết tính theo thời điểm t cho bảng 1-2 đồ thị phụ tải địa phương cho hình 1-2 Bảng 1-2: t(giờ) PUF(%) SUF(t) (MVA) 0÷6 80 13,66 ÷ 10 70 11,95 10 ÷ 14 80 13,66 Hình 1-2: Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát: 14 ÷ 20 100 17,07 20 ÷ 24 90 15,37 S (MVA) 100 80 60 40 20 13,66 11,95 o 13,66 10 17,07 15,37 20 14 24 t(h) I.2.4 Đồ thị phụ tải trung áp (110 kV) Phụ tải cấp điên áp trung UT=110kV có: Pmax110=74 MW, cosφ110=0,83, gồm: hộ loại I x 25MW hộ loại III x 12MW Để xác định đồ thị phụ tải trung áp ta phải dựa vào biến thiên phụ tải ngày dựa vào công thức: P (t) P% ST(t ) = 110 Pmax với P110( t ) = cosϕ 100 Kết tính theo thời điểm t cho bảng 1-3 đồ thị phụ tải trung áp hình 1-3 Bảng 1-3: t(giờ) P110 (%) ST(t) (MVA) 0÷6 80 71,33 ÷ 10 90 80,24 10 ÷ 14 100 89,16 14 ÷ 20 90 80,24 20 ÷ 24 80 71,33 Hình 1-3: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 100 80 71,33 80,24 89,16 80,24 71,33 60 40 20 o t(h) I.2.5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao UC Phụ tải cấp điện áp cao UC=220kV có: Pmax220=86 MW, cosφ220=0,84, gồm: hộ loại I x 50 MW hộ loại III x 12 MW Để xác định đồ thị phụ tải cao áp ta phải dựa vào biến thiên phụ tải ngày dựa vào công thức: P (t) P% SC(t ) = 220 Pmax với P220( t ) = cosϕ 100 Kết tính theo thời điểm t cho bảng 1-4 đồ thị phụ tải trung áp hình 1-4 Bảng 1-4: t(giờ) P220 (%) SC(t) (MVA) 0÷6 90 92,14 ÷ 10 80 81,9 10 ÷ 14 100 102,38 14 ÷ 20 80 81,9 20 ÷ 24 70 71,67 Hình 1-4: Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao S (MVA) 100 102,38 92,14 81,9 80 81,9 71,67 60 40 20 o 14 10 20 24 t(h) I.2.6 Đồ thị công suất phát hệ thống Theo nguyên tắc cân công suất thời điểm (công suất phát công suất thu), không xét đến công suất tổn thất máy biến áp ta có: Stnm (t) = SDP (t) + SUT (t) + S UC (t) + STD (t) + S VHT (t) Hay: SVHT (t) = Stnm (t) − [ SDP (t) + SUT (t) + SUC (t) + STD (t) ] Trong đó: SVHT(t) – công suất phát hệ thống thời điểm t Stnm(t) – công suất phát toàn nhà máy thời điểm t SDP(t) – công suất phụ tải địa phương thời điểm t (hay SUF(t)) SUT(t) – công suất phụ tải cấp điện áp trung thời điểm t SUC(t) – công suất phụ tải cấp điện áp cao thời điểm t STD(t) – công suất tự dùng nhà máy Áp dụng công thức ta tính toán bảng số liệu sau: Bảng 1-5: t(giờ) 0÷6 ÷ 10 10 ÷ 14 14 ÷ 20 Stnm(t)(MVA) 192,5 247,5 275 220 STD 3,025 3,025 3,025 3,025 SUF(t) (MVA) 13,66 11,95 13,66 17,07 ST(t) (MVA) 71,33 80,24 89,16 80,24 SC(t) (MVA) 92,14 81,9 102,38 81,9 SVHT(t)(MVA) 12,345 70,385 66,775 37,765 20 ÷ 24 247,5 3,025 15,37 71,33 71,67 86,105 Hình 1-5: Đồ thị phụ tải phát hệ thống SVHT(MVA) 150 100 50 86,105 70,385 66,775 37,765 12,345 10 14 20 24 t(h) I.2.7 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy Bảng cân công suất toàn nhà máy: t(giờ) Stnm(t)(MVA) STD SUF(t) (MVA) ST(t) (MVA) SC(t) (MVA) SVHT(t)(MVA) 0÷6 192,5 3,025 13,66 71,33 92,14 12,345 ÷ 10 247,5 3,025 11,95 80,24 81,9 70,385 10 ÷ 14 275 3,025 13,66 89,16 102,38 66,775 14 ÷ 20 220 3,025 17,07 80,24 81,9 37,765 20 ÷ 24 247,5 3,025 15,37 71,33 71,67 86,105 Hình 1-6: Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy S(MVA) SNM 300 247,5 275 SVHT 192,5 200 220 247,5 SC 100 ST STD SÐP 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) I.3 Đề xuất phương án nối điện Phương án nối điện nhà máy điện khâu quan trọng trình thiết kế phần điện nhà máy điện Từ trình tính toán ta có số nhận xét sau: + Ta biết nguyên tắc để sơ đồ nối điện không cần có góp điện áp máy phát là: PmaxUF SMax SMax 14 DP ≤ 15% DP = = = 24,83% > 15% Do sơ đồ nối SdmF SdmF cosϕ.SdmF 0,82.68, 75 điện nhà máy có góp điện áp máy phát + Do cấp điện 220kV 110kV có trung tính nối đất trực tiếp, mặt khác hệ số có lợi α < 0,5 nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc cấp điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống Từ nhận xét ta đề xuất số phương án nối điện sau: 1.Phương án I: HTÐ SC ST B1 B2 B4 B3 F1 TD F2 F3 F4 TD ÐP TD ÐP 2.Phương án II: TD HTÐ SC ST B4 B1 B3 B2 F1 TD ÐP F2 F4 F3 TD TD ÐP TD CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP II.1 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CÁC CẤP ĐIỆN ÁP CỦA MBA II.1.1 Phương án 1: 1) MBA hai cuộn dây sơ đồ MF- MBA hai cuộn dây Phân công suất cho MBA sơ đồ MF- MBA hai cuộn dây phẳng suốt 24 giờ, phần thừa thiếu lại MBA liên lạc đảm nhận sở đảm bảo cân công suất phát công suất thu( phụ tải), không xét đến tổn thất MBA Công suất MBA tính theo công thức sau: max Sbo = SdmF − STD = 68, 75 − 3, 025 = 67,994 (MVA) n 2) MBA liên lạc Sau phân bố công suất cho MBA hai cuộn dây MF-MBA hai cuộn dây, phần công suất lại MBA liên lạc đảm nhận xác định sở cân công suất, không xét đến tổn thất MBA Phân bố công suất cho phía MBA B2, B3 theo thời điểm sau: [ SUT (t) − SboT ] SCC (t) = [ SUC (t) + SVHT (t) − SboC ] SCT (t) = 10 5,5 h b c r 125 55 6,5 10 1370 Wx − x Wy − y Wyo − yo J x−x J y−y J yo − yo 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5.5.2.Kiểm tra ổn định nhiệt Vì dẫn chọn có Icp = 5,5kA > 1kA nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt 5.5.3.Kiểm tra ổn định động Mặt cắt dẫn : Theo tiêu chuẩn độ bền cơ, ứng suất vật liệu dẫn không lớn ứng suất cho phép nó, nghĩa : σtt ≤ σcp Đối với đồng ứng suất cho phép σcp = 1400 kG/cm2 Đối với dẫn ghép ứng suất vật liệu dẫn gồm hai thành phần: ứng suất lực tác động pha gây (σ1) ứng suất lực tương tác dẫn pha gây (σ2) Do ứng suất tính toán : σtt = σ1 + σ2 Xác định ứng suất σ 1: −2 l Lực tính toán : Ftt = 1, 76 10 i xk (kG) a ixk : dòng điện xung kích ; ixk = 94,955 (kA) l : độ dài nhịp ; l = 120 cm a : khoảng cách pha ; a = 60 cm 120 94,9552 = 317,379 ( kG) 60 Do số nhịp lớn nên mômen uốn : F l 317,379 120 M = tt = = 3808,548 (kG.cm) 10 10 ⇒ Ftt = 1, 76 10 −2 Ứng suất tính toán : σ1 = M 3808,548 = = 38, 085 (kG / cm ) Wyo − yo 100 61 So sánh với σcp ta thấy: σ1 = 38,085 (kG/cm2 ) < σcp = 1400 (kG/cm2) Xác định khoảng cách lớn hai miếng đệm l2max: Để xác định khoảng cách lớn hai miếng đệm ta cho σtt= σ1+σ2 = σcp Khoảng cách lớn hai miếng đệm xác định theo công thức sau : l max = (σ cp − σ ) 12W y − y f2 Lực điện động tác dụng lên 1cm chiều dài dẫn pha dòng điện dẫn pha tác dụng lên sinh là: 1 f = 0,51.10−2 i 2xk = 0,51.10−2 .94,9552 = 3, 68 (kG / cm) h 12,5 ⇒ l2 max = (σcp − σ1 ).12Wy − y f2 = (1400 − 38, 085).12.9,5 = 205, (cm) 3, 68 So sánh khoảng cách sứ liền l = 120cm khoảng cách lớn hai miếng đệm l2max = 205,4 (cm) ta thấy hai sứ đỡ không cần đặt thêm miếng đệm 5.5.4.Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng dẫn Tần số dao động riêng dẫn cần phải nằm khu vực cộng hưởng với giới hạn ± 10% tần số hệ thống Đối với tần số hệ thống 50Hz tần số riêng phải nằm giới hạn 45 ÷ 55 Hz 90 ÷ 110 Hz Tần số riêng dẫn xác định theo công thức sau : fR = 3,56 E.J y0-y0 10 l2 S.γ Trong : E môđun đàn hồi vật liệu dẫn, ECu = 1,1.106 kG/cm2 , EAl = 0,65.106 kG/cm2 γ khối lượng riêng vật liệu dẫn, γCu = 8,93 g/cm3, γAl =2,74 g/cm3 l độ dài dẫn hai sứ, l = 120 cm S tiết diện ngang dẫn, S = 13,7x 2=27,4 cm2 Jy0-y0 mômen quán tính dẫn, Jy0-y0 = 625 cm4 ⇒ fR = 3,56 1,1.106.625.106 = 414, (Hz) 1202 27, 4.8,93 Ta thấy tần số dao động riêng dẫn nằm khu vực cộng hưởng nên dẫn chọn thoả mãn điều kiện dao động riêng 5.6.Chọn sứ đỡ dẫn cứng mạch máy phát điện 5.6.1.Điều kiện chọn sứ ( đặt nhà ) Sứ chọn theo điều kiện sau : Uđmsứ ≥ Uđmmạng = 10 kV Ta chọn loại sứ : OφP-10-750-IIYT3 có thông số kỹ thuật sau: 62 Uđmsứ = 10 kV ; Fph = 750 kG ; H = 225 mm 5.6.2.Kiểm tra ổn định động Ftt h/2 F'tt H' H Điều kiện kiểm tra ổn định động : F’tt ≤ Fcp = 0,6.Fph Ta có : h 12,5 H+ 22,5 + H' = 317,379 = 405,54 (kG) F = Ftt = Ftt H H 22,5 ' tt Fcp = 0, 6.Fph = 0, 6.750 = 450 ( kG ) Do F’tt = 405,54 (kG) ≤ Fcp = 450 (kG) nên sứ chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 5.7.Chọn dẫn mềm Thanh dẫn mềm chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép : I’cp ≥ Icb Trong : I’cp dòng cho phép làm việc lâu dài hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt dẫn, I’cp = khc.Icp Icb dòng làm việc cưỡng Các dẫn chọn phải thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt xảy ngắn mạch : BN C Trong : S tiết diện dẫn mềm BN xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch pha C số phụ thuộc vật liệu dẫn, CAl = 79 (A2s), CCu =171 (A2s) S ≥ Smin = Thanh dẫn chọn đồng thời phải thoả mãn điều kiện chống phát sinh vầng quang Với điện áp 100 kV trở lên ta phải kiểm tra theo điều kiện : Uvq ≥ Uđmmạng - Thanh góp: Icb = I bt = B2 dm S 125 = = 0,328 (kA) 3U dm 3.220 63 B2 Sdm 125 = = 0, 656 (kA) - Thanh góp: Icb = I bt = 3U dm 3.110 5.7.1.Chọn dẫn mềm làm góp cấp điện áp 220kV Dòng cưỡng góp cấp điện áp 220 kV : Icb = 0,328 (kA) Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm : I’cp ≥ Icb hay khc Icp ≥ Icb ⇒ Icp ≥ Icb 0,328 = = 0,372 (kA) k hc 0,882 Do ta chọn góp mềm loại dây nhôm lõi thép có thông số kỹ thuật cho bảng sau : Tiết diện Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Icp, A Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép chuẩn 150/19 148 18,8 16,8 5,5 445 a.Kiểm tra ổn định nhiệt ngắn mạch Khi ngắn mạch xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch sinh tính theo công thức : BN = t cat ∫ I t dt Trong : tcắt thời gian cắt máy cắt (thời gian tồn ngắn mạch), giả thiết tcắt = 1s It giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch thời điểm t, xác định sau: It = 2 ICKt + I KCKt t cat t cat t cat 0 ⇒ BN = ∫ I 2t dt = 2 ∫ ICKt dt + ∫ I KCKt dt hay BN = BNCK + BNKCK Trong : BNCK xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ BNKCK xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ Tính BNCK : xác định theo phương pháp giải tích đồ thị: B NCK = ∑ I tbi ∆t i Theo kết tính toán chương 3, ngắn mạch N1 ta có : S 15000 X tt1 = X HT dmHT = 0, 0533 = 7,995 Scb 100 - Điện kháng tính toán phía hệ thống : Xtt1 = 7,995 Ta có ICK (t) = ICK (∞) = 4, 709 (kA) - Điện kháng tính toán phía nhà máy : Xtt2 = 0,341 Tra đường cong tính toán ta : Itt2(0) = 3,3 Itt2(0,2) = 3,05 Itt2(0,5) = 2,9 Vậy dòng ngắn mạch N1 thời điểm là: 64 Itt2(0,1) = 3,1 Itt2(1) = 2,7 I(0) = ICK (t) + I tt (0).I dmΣ = 4, 709 + 3,3.0, 6903 = 6,987 ( kA) I(0,1) = ICK (t) + I tt (0,1).I dmΣ = 4, 709 + 3,1.0, 6903 = 6,849 ( kA) I(0, 2) = ICK (t) + I tt (0, 2).I dmΣ = 4, 709 + 3, 05.0, 6903 = 6,814 ( kA) I(0,5) = ICK (t) + I tt (0,5).I dmΣ = 4, 709 + 2,9.0, 6903 = 6, 711 ( kA) I(1) = ICK (t) + I tt (1).IdmΣ = 4, 709 + 2, 7.0, 6903 = 6,573 ( kA I (0) + I (0,1) 6,987 + 6,8492 = = 47,863 (kA ) 2 I (0,1) + I (0, 2) 6,849 + 6,8142 = = = 46, 67 (kA ) 2 ⇒ I 2tb1 = I 2tb I (0, 2) + I (0,5) 6,814 + 6, 7112 I = = = 45, 734 (kA ) 2 2 I (0,5) + I (1) 6, 711 + 6,5732 I 2tb = = = 44,121 (kA ) 2 tb3 ⇒ BNCK = ∑ I 2tbi ∆t i = 47,863.0,1 + 46, 67.0,1 + 45, 734.0,3 + 44,121.0,5 = 45, 234 (kA 2s) Tính BNKCK : Vì tcắt = 1s (tương đối lớn) nên BNKCK tính theo biểu thức : B NKCK = ICK Ta Trong : Ta số thời gian tương đương lưới điện Với lưới cao áp ta lấy T a = 0,05s ICK0 = I”N1(0) = 4,709 (kA) ⇒ BNKCK = ICK Ta = (4, 709.103 ) 0, 05 = 1,109.106 (A 2s) Vậy xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch góp 220 kV : BN = BNCK + BNKCK =45,234 106 + 1,109 106 =46,343.106 (A2s) Để đảm bảo ổn định nhiệt dây dẫn chọn có tiết diện nhỏ : BN 46,343 106 = = 86,172 (mm ) C 79 Ta thấy Schọn = 150 mm2 > Smin = 81,172 (mm2) Vậy dây dẫn chọn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt b.Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Smin = Điều kiện kiểm tra : Uvq ≥ Uđmmạng Trong : Uvq điện áp tới hạn phát sinh vầng quang Nếu dây dẫn pha bố trí ba đỉnh tam giác ta có : a r Trong đó: m hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn; m = 0,85 r bán kính dây dẫn; r = 0,84 cm a khoảng cách trục dây dẫn; a = m = 500 cm U vq = 84 m r lg 65 Thay vào công thức ta có: U vq = 84 0,85.0,84.lg 500 = 166, 415 (kV) 0,84 Do góp 220 kV bố trí mặt phẳng nằm ngang U vq pha giảm 4% Uvq pha bên tăng lên 6% nên ta cần xét Uvq pha Ta có : Uvq(pha giữa) = 166,415 0,96 = 159,758 (kV) < Uđmmạng = 220 (kV) Như dẫn chọn không thoả mãn điều kiện vầng quang Do ta chọn lại dẫn có tiết diện lớn hơn, có thông số kỹ thuật: Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 394 22 26,6 500 = 234, 757 (kV) > Uđmmạng = 220 kV Khi : U vq = 0,96.84 0,85 1,33.lg 1,33 Tiết diện chuẩn 400/22 Icp, A 835 Vậy dẫn chọn thoả mãn điều kiện vầng quang 5.7.2.Chọn dẫn mềm làm góp cấp điện áp 110kV Dòng cưỡng góp cấp điện áp 110 kV : Icb = 0,328 (kA) Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm : I’cp ≥ Icb hay khc Icp ≥ Icb ⇒ Icp ≥ Icb 0, 656 = = 0, 744 (kA) k hc 0,882 Do ta chọn góp mềm loại dây nhôm lõi thép có thông số kỹ thuật cho bảng sau : Tiết diện Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép chuẩn 500/27 481 26,6 29,4 6,6 a.Kiểm tra ổn định nhiệt ngắn mạch Tính BNCK : - Điện kháng tính toán phía hệ thống : Xtt1 = 75,45 Ta có ICK (t) = ICK (∞) = 0,998 (kA) - Điện kháng tính toán phía nhà máy : Xtt2 = 0,289 Tra đường cong tính toán ta : Itt2(0) = 3,9 Itt2(0,1) = 3,6 Itt2(0,2) = 3,5 Itt2(0,5) = 3,4 Itt2(1) = 3,2 Vậy dòng ngắn mạch N1 thời điểm là: I(0) = ICK (t) + I tt (0).I dmΣ = 0,998 + 3,9.1,381 = 6,384 ( kA) I(0,1) = ICK (t) + I tt (0,1).I dmΣ = 0,998 + 3, 6.1,381 = 5,97 ( kA) I(0, 2) = ICK (t) + I tt (0, 2).I dmΣ = 0,998 + 3,5.1,381 = 5,832 ( kA) I(0,5) = ICK (t) + I tt (0,5).I dmΣ = 0,998 + 3, 4.1,381 = 5, 693 ( kA) I(1) = ICK (t) + I tt (1).IdmΣ = 0,998 + 3, 2.1,381 = 5, 417 ( kA 66 Icp, A 815 I (0) + I (0,1) 6,384 + 5,97 ⇒I = = = 38,198 (kA ) 2 2 I (0,1) + I (0, 2) 5,97 + 5,832 I 2tb = = = 34,827 (kA ) 2 tb1 I (0, 2) + I (0,5) 5,8322 + 5, 6932 = = 33, 211 (kA ) 2 2 I (0,5) + I (1) 5, 693 + 5, 417 = = = 30,877 (kA ) 2 I 2tb3 = I 2tb ⇒ BNCK = ∑ I 2tbi ∆t i = 38,198.0,1 + 34,827.0,1 + 33, 211.0,3 + 30,877.0,5 = 32, 704 (kA 2s) Tính BNKCK : Vì tcắt = 1s (tương đối lớn) nên BNKCK tính theo biểu thức : B NKCK = ICK Ta Trong : Ta số thời gian tương đương lưới điện Với lưới cao áp ta lấy T a = 0,05s ICK0 = I”N1(0) = 0,998 (kA) ⇒ BNKCK = ICK Ta = (0,998.103 ) 0, 05 = 0, 05.106 (A 2s) Vậy xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch góp 220 kV : BN = BNCK + BNKCK =32,704 106 + 0,05 106 =32,754.106 (A2s) Để đảm bảo ổn định nhiệt dây dẫn chọn có tiết diện nhỏ : BN 32, 754 106 = = 72, 44 (mm ) C 79 Ta thấy Schọn = 500 mm > Smin = 72,44 (mm2) Vậy dây dẫn chọn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt b.Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Nếu dây dẫn pha bố trí ba đỉnh tam giác ta có : Smin = a r Trong đó: m hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn; m = 0,85 r bán kính dây dẫn; r = 1,47 cm a khoảng cách trục dây dẫn; a = m = 500 cm Thay vào công thức ta có: U vq = 84 m r lg U vq = 84 0,85.1, 47.lg 500 = 265, 717 (kV) 1, 47 Do góp 220 kV bố trí mặt phẳng nằm ngang U vq pha giảm 4% Uvq pha bên tăng lên 6% nên ta cần xét Uvq pha Ta có : Uvq(pha giữa) = 265,717 0,96 =255,089 (kV) > Uđmmạng = 220 (kV) Như dẫn chọn thoả mãn điều kiện vầng quang 67 Khi : U vq = 0,96.84 0,85 1,33.lg 500 = 234, 757 (kV) > Uđmmạng = 220 kV 1,33 Vậy dẫn chọn thoả mãn điều kiện vầng quang 5.8.Chọn máy biến áp đo lường 5.8.1.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 (S 2) phải nhỏ công suất định mức BU với cấp điện áp chọn : S2 ≤ SđmBU Sơ đồ nối dụng cụ đo vào máy biến điện áp máy biến dòng điện mạch máy phát :  A A A W VAr W Wh VArh TПШ−10 a b c 2xHOM-10 A B C V f F Ta phải phân bố đồng hồ điện phía thứ cấp đồng cho hai BU tương ứng bảng sau : Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải BU pha AB W (P) VAr(Q) 68 Phụ tải BU pha BC W (P) VAr(Q) Vôn kế Oát kế Oát kế phản kháng Oát kế tự ghi Tần số kế Công tơ tác dụng Công tơ phản kháng Tổng cộng Biến điện áp pha AB có : ` S2 = Э2 д 341 д 342/1 д 33 д 340 И 670 И 672 - 7,2 1,8 1,8 8,3 0,66 0,66 20,42 1,62 1,62 3,24 1,8 1,8 8,3 6,5 0,66 0,66 19,72 1,62 1,62 3,24 20, 422 + 3, 242 = 20, 675 (VA) cos ϕ = 20, 42 = 0,988 20, 675 Biến điện áp pha BC có : S2 = 19, 722 + 3, 242 = 19,984 (VA) cos ϕ = 19, 72 = 0,987 19,984 Ta chọn BU cho cấp điện áp 10,5 kV có thông số : Cấp Công suất định mức Điện áp định mức (V) Kiểu BU điện áp (VA) Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp Cấp 0,5 Cấp (kV) 10 10500 100 75 150 HOM − 10 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 (0,5V) có công tơ 3% (3V) 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 mm 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 Ic = Sbc U bc = 19,984 100 = 0, (A) 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 : & = ∆U ( & Ia + & Ib ) r = ( ρ l & Ia + & Ib ) S 69 Giả sử khoảng cách từ dụng cụ đo đến BU l = 50 m, bỏ qua góc lệch pha I a I b Vì mạch có công tơ nên ∆U = 0,5% tiết diện dây dẫn phải chọn : S ≥ Ia + I b 0,34 + 0, ρ l = 0, 0175 50 = 0,945 (mm ) ∆U 0,5 Theo tiêu chuẩn độ bền học ta lấy dây dẫn dây đồng có tiết diện S = 1,5mm dây dẫn không nối với dụng cụ đo điện có tiết diện S = 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 Ta chọn BU có thông số sau : Loại BU HKφ − 110 − 57 HKφ − 220 − 58 Cấp điện áp (kV) Điện áp định mức cuộn dây (V) Sơ cấp Thứ cấp 110 220 110000/ 100/ Công suất theo cấp xác (VA) Cấp Cấp 400 600 400 600 Công suất max (VA) 2000 2000 220000/ 100/ 5.8.2.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 : UđmBI ≥ 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 Z đmBI Để đảm bảo độ xác yêu cầu tổng phụ tải thứ cấp (Z2) 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 : 70 Tên dụng cụ đo lường 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 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  Tổng cộng 26 - Điện áp định mức BI : UđmBI ≥ Uđmmạng = 10,5 kV  - Dòng điện định mức sơ cấp : IđmSC ≥ Icb = 4,811 (kA)  - Cấp xác : 0,5 ( mạch thứ cấp có công tơ ) 26 Vậy từ điều kiện ta chọn BI cho cấp điện áp máy phát loại TПШ−10 có thông số : Uđm = 10,5 (kV) ; IđmSC = 5000 (A) ; IđmTC = (A) 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, − 1, 04 = 0,16 Zdd ≈ R dd = ⇒ S≥ ρl ≤ 0,16 S ρ.l 0, 0175.30 = = 3, 28 (mm ) R dd 0,16 Vậy ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = 4mm2 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 = 5000(A) > 1000(A) 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 = 226 (A) 71 Với cấp điện áp 220kV ta có Icb = 379 (A) Ta chọn BI có thông số bảng sau : Thông số tính toán Uđm Icb (kV) (A) 110 226 220 379 Loại BI TφHД-110M TφH220-3T Uđm kV 110 220 Bội số ổn định động 110 75 Bội số ổn định nhiệt 34,6/3 60/1 Iđm (A) Sơ cấp 400 400 Thứ cấp 5 Cấp xác Phụ tải 0,5 0,5 1,2 (Ω) iđđm (kA) 145 24-48 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG Phụ tải điện tự dùng nhà máy thủy điện nhỏ so với nhiệt điện phân chia thành hai phần: phần tự dùng riêng cho tổ máy phần tự dùng chung cho toàn nhà máy Vì nhà máy thủy điện công suất nhỏ (mỗi tổ máy 55 MW) nên tự dùng chung tự dùng riêng dùng chung MBA, công suất lấy từ máy phát sơ đồ tự dùng nhà máy có đặc điểm sau: - Một máy phát hay nhóm máy phát ghép chung MBA, có MBA tự dùng hạ từ 10/0,4 kV Lưu ý MBA tự dùng tổ máy có MBA liên lạc phải lấy điện sau MBA liên lạc này, phía máy cắt - Dự phòng nóng cho thông qua Aptomat 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 dao cách ly (vì MBA nhà, thường bảo quản tốt nên cố xảy ra) - Phía hạ MBA tự dùng Aptomát dao cách ly phục vụ sửa chữa 380/220V, phải nối đất để an toàn có dây trung tính để lấy điện áp pha 6.1.Chọn máy biến áp tự dùng Các máy biến áp tự dùng chọn theo điều kiện sau: max  SdmB ≥ Std = 3, 025 = 0, 756 (MVA) n  max  K SC  qt (n − 1).SdmB ≥ Std Trong : n số máy phát nhà máy Ta chọn máy biến áp loại TMC − 1000 có thông số sau : Loại máy biến áp TMC − 1000 UđmC (kV) 10,5 UđmH (kV) 0,4 SđmB (kVA) 1000 Khi kiểm tra điều kiện: 72 ∆P0 ∆PN (kW) 7,65 (kW) 46,5 UN% I0% 7,5 0,9 K SC (n − 1).SdmB = 1, 4.3.1000 = 4200(kVA) ≥ Smax = 3, 025 (MVA)=3025 (kVA) qt td Vậy máy biến áp chọn thỏa mãn điều kiện Ta có sơ đồ tự dùng nhà máy sau: B1 B2 F1 F2 B6 B5 B4 B3 F3 F4 B7 B8 6.2.Chọn dao cách ly mạch 10,5 kV Theo kết tính toán chọn khí cụ dây dẫn chương V ta chọn loại dao cách ly: PBK-10/3000 có thông số sau: Loại PBK-10/3000 Uđm, (kV) 10 Iđm, (kA) 73 Iđđm, (kA) 200 Tài liệu tham khảo: [1] PGS-TS Phạm Văn Hòa Thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp [2] Trịnh Hùng Thám-Nguyễn Hữu Khái-Đào Quang Thạch-Lã Văn Út-Phạm Văn Hòa-Đào Kim Hoa Nhà máy điện trạm biến áp [3] TS Đào Quang Thạch, TS Phạm Văn Hòa Phần điện nhà máy điện trạm biến áp [4] PGS-TS Phạm Văn Hòa Ngắn mạch đứt dây hệ thống điện 74 Mục lục Trang Lời nói đầu .1 Chương I: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 1.1 Chọn máy phát điện 1.2 Tính toán cân công suất 1.3 Đề xuất phương án nối điện Chương II: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 2.1 Phân bố công suất cấp điện áp máy biến áp 10 2.2 Chọn loại công suất định mức MBA 11 2.3 Tính toán tổn thất điện MBA 17 Chương III: TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 3.1 Tính điện kháng phần tử sơ đồ thay 20 3.2 Chọn điểm ngắn mạch .23 3.3 Tính toán ngắn mạch cho phương án 24 Tính toán ngắn mạch cho phương án .24 Tính toán ngắn mạch cho phương án 36 Chương IV: TÍNH TOÁN KINH TẾ -KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 46 4.2 Chọn sơ máy cắt cho phương án 48 4.3 Tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu 52 4.4 Lựa chọn phương án tối ưu 54 Chương V: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 5.1 Dòng điện làm việc dòng điện cưỡng 55 5.2 Chọn máy cắt dao cách ly 55 5.3 Chọn kháng điện phân đoạn 56 5.4 Chọn cáp kháng điện đường dây 57 5.5 Chọn dẫn, góp cứng .61 5.6 Chọn sứ đỡ dẫn cứng mạch máy phát điện 63 5.7 Chọn góp, dẫn mềm .64 5.8 Chọn máy biến áp đo lường .69 Chương VI: TÍNH TOÁN TỰ DÙNG 6.1 Chọn máy biến áp tự dùng 73 6.2 Chọn dao cách ly mạch 10,5 kV 74 75