Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy công suất của mỗi máy là 50 MW

Tuy nhiên, với thế mạnh về nguồn nhiên liệu như ở nước ta, tính chất phủ phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện… thì việc hiện đại hóa và xây mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu c

LỜI MỞ ĐẦU

Điện năng là một dạng năng lượng không tái tạo Hệ thống điện là một phần của

Hệ thống năng lượng nói chung, bao gồm từ các nhà máy điện, mạng điện, đến các hộ tiêu thụ điện, trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi các dạng năng lượng sơ cấp như: than, dầu, khí đốt, thủy năng, năng lượng Mặt trời,… thành điện năng Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỷ trọng lớn như ở những năm 80 của Thế kỷ trước Tuy nhiên, với thế mạnh về nguồn nhiên liệu như ở nước ta, tính chất phủ phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện… thì việc hiện đại hóa và xây mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu lớn đối với giai đoạn phát triển hiện nay

Vì vậy, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành Hệ thống điện trước khi xâm nhập vào thực tế công việc

Bản thuyết minh gồm 6 chương trình bày toàn bộ quá trình từ chọn máy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy, đề xuất các phương án nối điện, tính toán kinh tế- kỹ thuật, so sánh để chọn phương

án tối ưu đến chọn khí cụ điện cho phương án được lựa chọn Phần này có kèm theo 1 bản vẽ A1

Với sự thay đổi nhận thức như vậy, việc xây dựng các nhà máy điện không còn mang tính bao cấp, mà cũng phải đảm bảo hiệu quả kinh tế, tối thiểu là thu hồi vốn đầu tư, tránh lãng phí hoặc đầu tư không hiệu quả

Sinh viên

Nguyễn Văn Quân

PHẦN I THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Từ những vấn đề đó đặt ra nhiệm vụ trước hết cho người thiết kế là phải tiến hành các công việc : chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất một cách hợp lý nhất

1.1.Chọn máy phát điện

Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy công suất của mỗi máy là 50 MW.

Chọn máy phát điện tua bin hơi đồng bộ có các thông số sau :

Loại

máy phát

nv/ph

SMVA

PMW

đồ thị phụ tải các cấp điện áp và toàn nhà máy theo công suất biểu kiến theo các công thức sau :

max

100

(%) )

P = (1)

cos ϕ

) ( )

Trong đó:

P(t) – công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

S(t) – công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t

cosϕ - hệ số công suất của phụ tải

1.2.1 Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát ( 10,5 KV )

Phụ tải điện áp máy phát có Udm= 10 kV; PUFmax= 10 MW; cosϕ = 0,85

(t P t

Trong đó:

Pmax : công suất tác dụng của phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại, MW

P(t) : công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t, MW

S(t) : công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t, MVA

cosφ : hệ số công suất của phụ tải

Sẽ tính được công suất của phụ tải ở các khoảng thời gian khác nhau trong ngày

Bảng 1.2 Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

Hình 1.1 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát

1.2.2 Tính toán phụ tải cấp điện áp trung (110 kv)

Phụ tải cấp điện áp trung:

PUTmax= 85 MW, cosφ= 0.8 → SUTmax= 106 25

8 0

85 cos

max = = ϕ

UT

P

MVATính toán tương tự như với cấp điện áp máy phát Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau

Bảng 1.3 Công suất phụ tải cấp điện áp trung

1.2.3 Tính toán phụ tải cấp điện áp phía cao (220 kv)

Phụ tải cấp điện áp trung:

PUCmax=70 MW, cosφ= 0.89→ SUTmax= max 70

Hình1.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao

1.2.4 Tính toán công suất phát của nhà máy điện

Nhà máy gồm 4 máy phát, mỗi máy có công suất định mức PFđm = 50 MW Công suất đặt của toàn nhà máy là:

PNMmax = 5×50= 250 MW

Công suất phát của Nhà máy điện được tính theo công thức:

% )

NM

) ( )

Bảng 1.4 Công suất phát của nhà máy

250

296.88

296.88

296.88

296.88

281.25

Hình 1.3 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

1.2.5 Tớnh toỏn cụng suất tự dựng của nhà mỏy

Điện tự dùng nhà máy nhiệt điện thiết kế chiếm 8% công suất định mức của nhà

• Std(t) : cụng suất tự dựng của nhà mỏy tại thời điểm t, MVA

• SNM(t) : cụng suất nhà mỏy phỏt ra tại thời điểm t, MVA

0.4 - lợng phụ tải tự dùng không phụ thuộc công suất phát

0.6 - lợng phụ tải tự dùng phụ thuộc công suất phát

Từ số liệu về công suất phát của nhà máy áp dụng công thức(1.4) ta có bảng biến thiên công suất tự dùng và đồ thị phụ tải tự dùng

Bảng 1.5 Cụng suất tự dựng của nhà mỏy

250

296.88

296.88

296.88

296.88

281.25S(MVA) 16.125 16.125 15 16.68 16.68 16.68 16.68 16.125

Hỡnh 1.4 Đồ thị phụ tải tự dựng của nhà mỏy

1.2.6 Cụng suất phỏt về hệ thống điện.

Công suất của nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t đợc tính theo công thức:

SVHT(t) = SNM(t) – [Std(t) + SUF(t) + SUT(t)]

Trong đú:

SVHT(t) – Cụng suất nhà mỏy phỏt về hệ thống tại thời điểm t, MVA

Sau khi tớnh được cụng suất phỏt về hệ thống, lập được bảng cõn bằng cụng suất toàn nhà mỏy

Bảng 1.6 Bảng cân bằng công suất toàn nhà máy

Hình 1.5 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

NHẬN XÉT:

• Phụ tải cấp điện áp maý phát và tự dùng khá nhỏ (SUFmax=11.76 MVA,

SUFmin=10.59 MVA), phụ tải cấp điện áp trung khá lớn (SUTmax=77.78 MVA,SUTmin=62.2 MVA), tuy nhiên nhà máy vẫn đáp ứng đủ công suất yêu cầu Phụ tải các cấp điện áp máy phát và điện áp trung đều là các phụ tải loại 1, được cung cấp điện bằng các đường dây kép

• Công suất của hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế) là 2500 MVA,

dự trữ công suất của hệ thống là 15% tức là 375 MVA, giá trị này lớn hơn

⇒ nhà máy chỉ có thể chạy vận hành nền và không có khả năng điều chỉnh chất lượng điện năng cho hệ thống.

• Khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy không cao.Ta tiếp tục duy trì vận hành đúng chỉ tiêu kinh tế – kĩ thuật trong tương lai để đáp ứng một phần nhu cầu điện năng của địa phương và phát lên hệ thống

1.3 chọn phương án nối dây

Theo kết quả tính toán trên ta có :

Phụ tải cấp điện áp máy phát : SUFmax = 11,76 MVA

Công suất định mức 1 máy phát : SFđm= 62.5MVA

Phụ tải điện tự dùng: STDmax= 16,68 MVA

Phương án I :

Phương án này có hai bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV va một máy phát hai cuộn dây nối lên thanh góp 220kV Hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV

Phương án II

Nhận xét:

Phương án 2 khác với phương án 1 ở chỗ chỉ có một bộ máy phát điện - máy biến

áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 110 kV Như vậy ở phía thanh góp 220 kV có đấu thêm hai bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây

Ưu điểm:

- Bố trí nguồn và tải cân đối

- Công suất truyền tải từ cao sang trung qua máy biến áp tự ngẫu nhỏ nên tổn thất công suất nhỏ

- Đảm bảo về mặt kỹ thuật, cung cấp điện liên tục

- Vận hành đơn giản

Nhược điểm:

- Có một bộ máy phát điện - máy biến áp bên cao nên đắt tiền hơn

Phương án III

Nhận xét:

Nhà máy dùng năm bộ máy phát- máy biến áp: ba bộ nối với thanh góp 220kV, hai bộ nối với thanh góp 110kV Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giưa thanh góp UC và thanh góp UT đồng thời để cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát UF

- Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn

so với công suất của nó

 Kết luận

Qua 3 phương án đã được đưa ra ở trên ta có nhận xét rằng 2 phương án 1 và 2 đơn giản và kinh tế hơn so với các phương án còn lại Hơn nab, nó vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục; an toàn cho các phụ tải và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật

Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và phương án 2 để tính toán kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

A Phương án I :

2.1a : Chọn máy biến áp.

a,Chọn máy biến áp

- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây :

1

≥ 62,5 = 125 MVABảng thông số của máy biến áp theo phương án I:

Các máy biến áp và cuộn dây

Các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây vận hành với phụ tải bằng phẳng suốt trong năm :

Công suất truyền qua cuộn cao :

S c(t) =

2

1.[S HT(t) - SBT ]Công suất truyền qua cuộn trung

S t(t) =

2

1.[S T(t)– 2.S BT]

Công suất truyền qua cuộn hạ

Dấu âm chỉ công suất được truyền từ cuộn trung sang cuộn cao của máy biến áp

c, Kiểm tra quá tải

* Khi làm việc bình thường :

Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đatị nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải khi làm việc bình thường

* Khi có sự cố :

 Sự cố một bộ máy phát – máy biến áp bên trung

- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung :

T

K2

SS

−

SđmTN = 125 MVA > 58,42 MVA nên thoả mãn điều kiện

- Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố :

+ Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu :

ST =

2

1.(STmax – SBT) =

2

1.(139,5349 –57,749 ) = 40,89 (MVA) + Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu :

- Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (95 MVA) nên máy biến áp được chọn thoả mãn

 Sự cố hỏng máy biến áp liên lạc :

- Điều kiện kiểm tra sự cố :

α.Kqt .SđmTN≥ STmax- 2.SBT ⇒ SđmTN

qt

BT max

T

K

S.2S

- Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA tự ngẫu khi sự cố :

+Công suất truyền trên cuộn trung :

2.2a : Tính toán tổn thất điện năng trong MBA

Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần

Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến ba pha hai cuộn dây trong một năm :

∆A 2cd = 365.(∆Po.t + ∆PN 2

dmB i

2 i

2 Ti NT i

2 Ci NC 2

∆PN.T = 0,5.(∆PN.C-T - PN.2C H PN.2T H)

α

∆+α

∆PN.C = 0,5.(- ∆PN.C-T + PN.2C H PN.2T H)

α

∆+α

Phương án I có tổng tổn thất điện năng là:

∆AI = ∆AB1 + ∆AB2 + ∆AB3 + ∆AB4 + ∆AB5

= 2 934045,8 +2 23322993 +2798536 = 9312614 KWh = 9312,614 MVA

2.4a : Tính toán dòng cưỡng bức

S

KA

Icb = 2.Ibt =2.0,1698= 0,3396 (KA)

Máy biến áp liên lạc :

Cuộn cao của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường :

C dm

S

KA

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

Khi sự cố máy biến áp bên trung :

Icb = 12,3063 0,031( )

C dm

• Mạch đường dây : Gồm 3 đường dây kép công suất 40 MW Dòng điện làm việc bình thường

Ibt = 1 max 1 77,78

T dm

 Máy biến áp liên lạc :

Cuộn trung của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường :

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

+) Khi sự cố máy biến áp bên trung :

Các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây vận hành với phụ tải bằng phẳng suốt trong năm :

Công suất truyền qua cuộn cao :

S c t [S HT(t) 2 S BC]

2

1 )

Công suất truyền qua cuộn hạ

C, Kiểm tra quá tải

* Khi làm việc bình thường :

Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đaị nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải khi làm việc bình thường

* Khi có sự cố :

 Sự cố máy biến áp phía trung áp:

- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung :

SđmTN = 125 MVA > 55,56 MVA nên thoả mãn điều kiện

- Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố :

Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu :

ST =

2

1.STmax =

2

1.77,78 = 38,89 MVA Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu :

Điều kiện kiểm tra sự cố :

α.Kqt .SđmTN≥ STmax- SBT ⇒ SđmTN

qt

BT Tmax

Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA tự ngẫu khi sự cố :

Công suất truyền trên cuộn trung :

2.2b : Tính toán tổn thất điện năng trong MBA

Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần

- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải của nó

- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ tải máy biến áp

Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến ba pha hai cuộn dây trong một năm :

∆A 2cd = 365.(∆Po.t + ∆PN 2

dmB i

2 i

2 Ti NT i

2 Ci NC 2

∆PN.T = 0,5.(∆PN.C-T - PN.2C H PN.2T H)

α

∆+α

∆PN.C = 0,5.(- ∆PN.C-T + PN.2C H PN.2T H)

α

∆+α

Phương án II có tổng tổn thất điện năng là:

∆AI = ∆AB1 + ∆AB2 + ∆AB3 + ∆AB4 + ∆AB5

= 2.957857,5+ 2322993 +2.2798536 = 9835781 KWh = 9835,781 MVA

S

KA

Icb = 2.Ibt =2.0,183 = 0,366 (KA)

 Máy biến áp liên lạc :

Cuộn cao của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường :

Ibt = max 9,509

C dm

S

KA

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

+) Khi sự cố máy biến áp bên trung :

Icb = 9,308 0,0234( )

C dm

• Mạch đường dây : Gồm 3đường dây kép

Dòng điện làm việc bình thường

• Máy biến áp liên lạc :

Cuộn trung của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường :

Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau :

Khi sự cố máy biến áp bên trung :

Icb = 69,77 0,35( ).

T dm

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN KINH TẾ-KĨ THUẬT,CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

3.1 Chọn sơ bộ MCĐ và DCL

Máy cắt điện được chọn sơ bộ theo điều kiện sau

• Loại máy cắt điện

- Điều kiện cắt :IcắtMC ≥I’’

Dựa vào kết quả tính toán dòng cưỡng bức và dòng điện ngắn mạch ta có lựa chọn máy cắt cho các cấp điện áp như bảng sau :

Vốn đầu tư máy biến áp : V B = ∑ k Bi V Bi

KBi : hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp máy biến áp

Vốn đầu tư thiết bị phân phối :

VTB = ∑ ni .VTBi (VTBi = VMCi)

Để so sánh kinh tế các phương án ta so sanh hai chỉ tiêu về vốn và chi phí vân hành hàng năm :

A, Vốn đầu tư cho máy biến áp : V B

Ta lấy - Phía 220 KV : kB =1,3 cho MBA tự ngẫu

- Phía 110 KV : kB =1,5 cho MBA hai cuộn dây

VB = (1,3.(14800+3600)+1,5.4160).106 = 30160.106 (VNĐ)

B, Tính vốn đầu tư cho thiết bị phân phối

VTBPP = n1 VTBPP1 + n2 VTBPP2 + n3 VTBPP3 +

n1, n2, n3 : là số mạch của thiết bị phân phối , ứng với cấp điện áp U1,U2, U3

VTBPP1 , VTBPP2 , VTBPP3 : giá mỗi mạch của thiết bị tương ứng với cấp điện áp U1,

U2 , U3 Bao gồm cả tiền mua , chuyên chở và xây lắp

220 kV : 75.103 USD/1MC

110 kV : 45.103 USD/1MC10,5 kV : 20.103 USD/1MCCấp điện áp 220 KV dùng sơ đồ hệ thống hai thanh ghóp vòng

Cấp điện áp 110 KV dùng sơ đồ hệ thống hai thanh ghóp có máy cắt liên lạc

A, Vốn đầu tư cho máy biến áp : V B

Ta lấy - Phía 220 KV : kB =1,3 cho MBA tự ngẫu

- Phía 110 KV : kB =1,5 cho MBA hai cuộn dây

VB = (1,3.(14800+7200)+1,5.2080).106 = 31720.106 (VNĐ)

B, Tính vốn đầu tư cho thiết bị phân phối

VTBPP = n1 VTBPP1 + n2 VTBPP2 + n3 VTBPP3 +

n1, n2, n3 : là số mạch của thiết bị phân phối , ứng với cấp điện áp U1,U2, U3

VTBPP1 , VTBPP2 , VTBPP3 : giá mỗi mạch của thiết bị tương ứng với cấp điện áp U1,

U2 , U3 Bao gồm cả tiền mua , chuyên chở và xây lắp

220 kV : 75.103 USD/1MC

110 kV : 45.103 USD/1MC

10,5 kV : 20.103 USD/1MC

Cấp điện áp 220 KV dùng sơ đồ hệ thống hai thanh ghóp vòng

Cấp điện áp 110 KV dùng sơ đồ hệ thống hai thanh ghóp có máy cắt liên lạc

Từ kết quả tính toán được ta có bảng so sánh :

Phương án Vốn đầu tư (V)

.106 (VNĐ)

Chi phí vận hành (P).106 (VNĐ)

Chi phí tính toán (C).106 (VNĐ)

Từ bảng trên ta thấy phương án I là phương án tối ưu hơn cả về mọi mặt

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

 Mục đích

Mục đích tính toán dòng điện ngắn mạch là để lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử khi có dòng điện chạy qua , những thiết bị đó phải thoả mãnđiều kiện làm việc bình thường có tính ổn định khi có dòng điện ngằn mạch Vì vây việc tính toán ngắn mạch chính là để lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chay qua ,đường cong tính toán dùng để tính toán dòng điện ngắn mạch tại những thời điểm khác nhau

Để tính toán ngắn mạch ta lập sơ đồ thay thế , lựa chọn các đại lướng cơ bản :

S

S.100

%U

XT =

200

1.(UNC-T% + UNT-H% - UNC-H%)

dmB

cb

SS

=

200

1.(11 + 20 – 32).100

125 ≈ 0.

X6=X9 = XH =

200

1.(UNC-H% + UNT-H% - UNC-T%)

dmB

cb

SS

X4=X7 = X10=X12 = X14= XF = Xd’’ 0,1336.100 0,2138

62,5

cb dmF

S

Phương án I

Ngắn mạch tại N 1

Biến đổi sơ đồ

X13 X14 E5

E1 X2 X1

E4 E3 E2 X7 X6 X12 X11 X10 X9

X8 X5 X3 X4 N1

Do tính chất đối xứng của sơ đồ nên ta có :

→ I tt15 =

3

HT tb

S U

× =

1600

3 230 × = 4,0163 kA → I tt23 = 5.

3

dm mf tb

S U

Sơ đồ tương đương :

Biến đổi sơ đồ