Thiết kế nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là 100MW

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải. trong thực tế điện năng tiêu thụ cảu các hộ dùng điện thay đổi liên tục, vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng với việc thiết kế và vận hành. Dựa vào đò thị phụ tải ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suất của mấy biến áp(MBA) và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữ các nhà máy điện với nhau. I.1. chọn mấy phát điện. Theo yêu cầu thiết kế nhà máy điện có bốn tổ mấy mỗi tổ mấy là 100MW( tổng 4 tổ máy là : 400MW). Do đó đã biết số lượng và công suất của từng tôt máy ta chỉ cần chú ý một số điểm sau: + chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòng ngắn mạch ỏa các cấp điện áo sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại khí cujsex giảm thấp. + để thuận tiện việc xây dựng cũng như vận hành nên chọn máy mát cùng loại từ đó ta chọn theo số tay loai máy phát với thông số sau : TB1202 thông số Sđm= 125MVA cos=0,8 Iđm= 6,875kA Uđm= 10,5 kV I.2. tính toán phụ tải ở các cấp điện áp. Để đảm bảo vân hành an toàn, tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Trong thực tế năng lượng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi. việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với thiết kế và vận hành. Nhờ vào công cụ là đồ hị phụ tải mà ta có thể chọn phương án nối dây hợp lý, đảm bảo chỉ tiêu kinh tế ký thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, ngoài ra dựa vào đồ thị ta có thể chọn được máy phát điện hợp lý, máy biến áp và phân bố tối ưu công suất phát giữa các tổ máy và máy.

LỜI NÓI ĐẦUĐất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành điện giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân Trong cuộc sống hiện nay điện rất cần cho sinh hoạt và phục vụ sản suất với sự phát triển của xã hội ngày nay cũng như nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước đòihỏi nước ta phải xây dựng các nhà máy điện để đáp ứng nhu cầu hiện nay.

Xuất phát từ thực tế và sau khi học xong chương trình của nghành hệ thống điện

em được nhà trường và bộ môn hệ thống điện giao nhiệm vụ thiết kế nhà máy nhiệt điện với những yêu cầu sau:

Thiết kế nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là 100MW Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải điện áp trung và phát công suất thừa nên hệ thống 220kV Bốn tổ máy được kết cấu theo

sơ đồ bộ trong đó có 2 tổ máy đấu nối nên tram biến áp 220kV , 2 tổ máy đấu nối nên trạm 110kV Các máy phát có điện áp đầu cực là 10kV

Sau thời gian làm đồ án với sự lỗ lực của bản thân, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa, các bạn cùng lớp, đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS lê xuân Thành đến nay em đã hoàn thành bản đồ

án Vì thời gian có hạn với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý bổ sung củacác thầy giáo và các bạn cùng làm đồ án để em ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể thầy cô trong bộ môn lời cảm

ơn chân thành nhất!

Sinh viên : đàm trọng chính

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải trong thực tế điện năng tiêu thụ cảu các hộ dùng điện thay đổi liên tục, vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng với việc thiết kế và vận hành

Dựa vào đò thị phụ tải ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suất của mấy biến áp(MBA) và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữcác nhà máy điện với nhau

I.1 chọn mấy phát điện

Theo yêu cầu thiết kế nhà máy điện có bốn tổ mấy mỗi tổ mấy là 100MW( tổng

4 tổ máy là : 400MW) Do đó đã biết số lượng và công suất của từng tôt máy ta chỉ cần chú ý một số điểm sau:

+ chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòng ngắn mạch ỏa các cấp điện áo sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại khí cujsex giảm thấp

+ để thuận tiện việc xây dựng cũng như vận hành nên chọn máy mát cùng loại từ

đó ta chọn theo số tay loai máy phát với thông số sau :

TBΦ-120-2 thông số Sđm= 125MVA cosϕ=0,8 Iđm= 6,875kA Uđm= 10,5 kV

I.2 tính toán phụ tải ở các cấp điện áp

Để đảm bảo vân hành an toàn, tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ kể

cả tổn thất điện năng

Trong thực tế năng lượng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với thiết kế và vận hành Nhờ vào công cụ là đồ hị phụ tải mà ta có thểchọn phương án nối dây hợp lý, đảm bảo chỉ tiêu kinh tế ký thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, ngoài ra dựa vào đồ thị ta có thể chọn được máy phát điệnhợp lý, máy biến áp và phân bố tối ưu công suất phát giữa các tổ máy và máy.Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phù tải dưới dạng phần trăm công suất theo thời gian và công suất Pmax , cosϕtb của tùng phụ tải ứng với đó ta tính được tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức sau :

St =

  

t tb

Trong đó : St là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA)

cosϕtb : là hệ số cosphi của từng phụ tải

p% : công suất tác dụng phần trăm tương ứng với mỗi thời điểm

Pmax : công suất cực đại của phụ tải (MW)

I.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy.

Nhà máy gồm bốn tổ máy có Pđm = 400 (MW) ; cosϕ= 0.8

Từ đó ta tính được bảng như sau :

Hình 1-1 : đồ thị phụ tải toàn nhà máy.

I.2.2 công suất và đồ thị phụ tải tự dùng :

Tự dùng max của toàn nhà máy bằng 8% công suất định mức của nhà máy với cosϕ= 0.8 đươc xác định theo công thức sau :

S td (t) = S tdmax (0,4+0,6.

( )t đm

S S )

Với Stdmax = αtd Snm = 0,08.500 = 40 (MVA)

Trong đó :

S td (t) : phụ tải tự dùng nhà máy tại thời điểm t.

S đm : công suất định mức của nhà máy MVA.

S (t) : phụ tải tồn tại thời điểm t theo bảng 1-2

Từ số liệu tính toán ở phần I.2.1 và công thức trên ta tính được tự dùng như sau :

I.2.3 phụ tải địa phương :

Như nhiệm vụ thiết kế đã cho Pmax = 15MW , cosϕ= 0.8 với công thức sau :

St =

t tb

Ta có kết quả cho ở bẳng 1-4 và đồ thị tải địa phương hình 1-3.

Bảng 1-4

đồ thị phụ tải địa phương (hình 1-3) :

Hình 1-3 : công suất tải địa phương

I.2.4 phụ tải trung áp :

Như nhiệm vụ thiết kế đã cho Pmax = 180MW , cosϕ= 0.85 với công thức sau :

St =

  

t tb

đồ thị phụ tải địa phương (hình 1-4) :

Hình 1-4 : công suất tải trung áp

I.3 cân bằng công suất toàn nhà máy và xác định công suất phát vào hệ thống.

Phương trình cân bằng công suất toàn nhà máy :

StoànNM(t) = Sđph(t) + SUT(t) + SUC(t) + Std(t)+ SvềHT(t)

Với : SUC(t) = 0 do nhà máy không có phụ tải phía cao.

Bỏ qua tổn thất trong máy biến áp ta tính được công suất thừa phát nên hệ thống : SvềHT(t) = StoànNM(t) – [ Sđph(t) + SUT(t) + SUC(t) + Std(t)]

Từ đó ta lập được kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhàmáy như bảng 1-6 và đồ thị hình 1-5 :

I.4.1 tình trạng tải ở các cấp điện áp

Công suất thừa của nhà máy luôn lớn hơn công suất của một tổ máy tại mọithời điểm, ta có thể cho một tổ máy luôn vận hành với công suất định mức vàphát công suất về hệ thống

Phụ tải ở cấp điện áp máy phát nhỏ hơn 30% công suất của một tổ máy nênkhông cẩn sử dụng thanh góp hạ áp ở đầu cực máy phát

Ta thấy phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp ở cấp điện áp máy phátphụ tải Pmax =15MW, nhỏ hơn nhiều so với công suất một máy phát P=100MW và toàn nhà máy

ở phụ tải trung áp ta luôn cho mộ máy hoạt động hết công suất do phụ tải trung áp lớn hoặc bằng công suất phát ra cả một máy phát của nhà máy

Cấp trung áp là 110kVCấp hạ áp là 10,5kV.

CHƯƠNG II.

CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MBA.

II.1 nêu các phương án

Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọngtrong thiết kế nhà máy điện sơ đồ nối điện hợp lí không những đem lại nhữnglợi ích kinh tế lớn lao mà còn phải đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật

Cơ sở để xác định các phương án có thể là số lượng và công sutas máy phátđiện, công suất hệ thống điện, sơ đồ lưới và phụ tải tương ứng, trình tự xâydựng nhà máy điện và lưới điện……

Khi xay đựng phương án nối dây sơ bộ ta có một số nguyên tắc chung sau :Nguyên tắc 1 :

Có hay không có thanh góp điện máy phát

Nếu Sufmax nhỏ và không có nhiều dây cấp cho phụ tải địa phương thì khôngcần thanh góp điện áp máy phát Sufmax ≤ 30%SđmF

Nguyên tắc 2 :

Nếu có thanh góp điện áp máy phát thì số lượng máy phát nối vào thanh gópphải đảm bảo sao cho khi một tổ máy lớn nhất bị sự cố thì những máy phátcòn lại phải đảm phát cho phụ tải địa phương và tự dùng cũng như trung áp.Nguyên tắc 3 :

Nếu phía điện áp cao , trung có trung tính nối đất và hệ số có lợi α≤ 0,5 thì nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp

Từ những nguyên tắc trên ta có những đề suất một số phương án như sau :Phương án I

F1 F2 F3 F4

220kV 110kV

ph? t?i d?a phuong

B1 B2 BDF B3 B4

Nhận xét : sơ đồ trên phụ tải địa phương được cấp nguồn từ nguồn về hệthống nên được đảm bảo về mặt cung cấp điện hơn so với phụ tải địa phươngnối vào máy phát trong trường hợp máy phát sự cố hoặc sửa chữa song vềmặt kinh tế phải cần một máy biến áp hạ xuống điện

Phương án III

Hình 2-3:

F1 F2 F3 F4

220kV 110kV

ph? t?i d?a phuong

B1 B2 BDF B3 B4

Nhận xét:

=>Từ những lợi thế kinh tế kỹ thuật và yêu cầu của đồ án ta chọn phương án một làm phương án tính toán cho các bước tiếp theo

II.2.chọn máy biến áp

II.2.1 chọn công suất máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị quan trong trong hệ thống điện tổng công suất cácmáy biến áp gấp từ 4-5 lần tổng công suất các máy phát điện chọn máy biến

áp trong nhà máy điện là loại, số lượng, công suất định mức và hệ số biến áp.MBA được chọn phải đảm bảo hoạt động an toàn trong điều kiện bình thường

và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất

Nguyên tắc chung để chọn máy biến áp là trước tiên chọn SđmB ≥ công suấtcực đại có thể qua máy biến áp trong điều kiện làm việc bình thường, sau đókiểm tra lại điều kiện sự cố có thể kể đến hệ số quá tải của mba Xác địnhcông suất thiếu về hệ thống phải nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống ta lần lượtchọn các máy cho phương án trên với giả thiết các máy biến áp được chế tạophù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trường nơi lắp đặt của nhà máy Do vậykhông cần chỉnh lại công suất định mức của mba

a) Chọn máy biến áp 2 cuộn cho phía trung áp 110kV

Điều kiện : SđmB ≥ SđmF – StdMF ≈ SđmF

Chọn loại không cần điều chỉnh dưới tải vì có thể điều chỉnh điện áp nhờ điều chỉnh kích từ.

α là hệ số có lợi (α=0.5)

Sthừa : công suất thừa phát nên hệ thống sau tải địa phương và tải tự dùng của nhàmáy và được xác định như sau :

Sthừa = ΣSđmF – SUFmax – Std (*)

ΣSđmF : tổng công suất máy phát điện nối vào máy biến áp

ΣSđmF : phụ tải cự đại cấp điện áp máy phát

Stdmax : phụ tải tự dùng cực đại của máy phát

II.2.2.kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp:

a) xét phân bố công suất cho các MBA trong trường hợp làm việc bình thường:-máy biến áp 2 cuộn phía trung áp :

Từ đó ta tổng hợp kết quả tính được bảng như sau :

Sntmax = α.( SPH+ SPT) = 0,5.(110,3 1- 4.43 ) = 52,94 < 0,5.125 (MVA)

Như vậy ở điều kiện vận hành bình thường MBA tự ngẫu không bị quá tải

b) Xét trong trường hợp sự cố

Để kiểm khả năng của máy biến áp trong trường hợp sự cố ta xét khi đó tải trung

áp làm việc ở tải cực đại

*)hỏng một máy biến áp 2 cuộn:

Ta đã có : STmax = 211,8 ( MVA); Sđf =18,8(MVA); Svht = 229,5(MVA).+ điều kiện đối với máy biến áp liên lạc là :

2.Kqt.α.SđmB ≥ STmax

Kqt : hệ số quá tải

α : Tỉ số có lợi các cấp điện áp

SđmB : công suất định mức của máy biến áp

Ta thay vào : 2.1,4.0,5.250 = 350 > 211,8 (MVA)

Vậy điều kiện được thỏa mãn

+ phân bố cồng suất khi đó :

- Công suất truyền tải từ phía trung MBATN lên thanh góp 110kV là :

SPT = ½.[STmax –( Sđmf – ¼.Sđf – ¼.Std )] = 50,72(MVA)

- Công suất truyền tải từ phía hạ nên MBATN là :

SCH = (Sđmf – ¼.Sđf – ¼.Std) = 110,3(MVA)

- Công suất truyền qua phía cao áp của MBATN là :

SPC = SCH - SPT = 59,58(MVA)

- Công suất toàn nhà máy về phía hệ thống còn thiếu so với bình thường là :

Sthiếu = Svht – 2 SPC = 110,3 (MVA) < Sdtruhethong =200(MVA)Bảng phân bố công suất của máy biến áp tự ngẫu như sau :

Lúc này máy biến áp còn lại cần kiểm tra theo điều kiện sau :

Kqtsc.α.SđmTN + ΣSbộ ≥ STmaxVới : Sbộ = SđmF – ¼.Sđf – ¼.Std

Kiểm tra: 1,4.0.5.250+110,3 = 285,3 ≥ 229,5 (MVA)

Điều kiện thỏa mãn

Phân bố công suất khi đó:

-công suất truyền qua cuộn trung :

SPT = STmax – 2.Sbộ =211,8-2.110,3= -8,8(MVA)-công suất truyền của cuộn hạ :

SPH = Sbộ = 110,3(MVA)

-công suất truyền nên cao :

Công suất được chuyền từ phía hạ và trung nên cao

Công suất còn thiếu phát nên hệ thống so với bình thường là :

Sthiếu = Svht - SPC = 110,4 (MVA) < Sdtht = 200(MVA)

 Từ kết quả trên ta thấy rằng MBATN còn lại vẫn làm việc đảm bảo trong trường hợp sự cố

II.2.3) tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp

Tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu được trong đánh giá một

phương án về kỹ thuật – kinh tế tổn thất điện năng chủ yếu do các máy biến

áp gây lên

Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần :

+tổn thất phần từ hóa trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp

+tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp

+công thức tính tổn thất điện năng trong 1 máy biến áp bap ha hai cuộn dây trong một năm Khi làm việc với phụ tải không đổi

.T

Trong đó : ∆P0 : tổn thất không tải máy biến áp 2 cuộn.

∆PN : tổn thất ngắn mạch của máy biến áp 2 cuộn

Sbộ : công suất phát nên máy biến áp khi đã truyền qua tự dùng và tải địa

phương

T : thời gian vận hành máy biến áp

+công thức tính tổn thất điện năng trong 1 năm của máy biến áp tự ngẫu

Thông số máy như sau :

• Máy biến áp hai cuộn.

Máy B3,4 luôn làm việc với công suất truyền tải qua máy biến áp với công

suất tải max với Sbộ =110,3 (MVA) trong cả năm Do đó :

.TThay vào ta được : ∆A2cd = 100.8760 + 400.(110,3/125)2.8760

=3604318.7(KWh)

Vậy hai máy : Σ∆A2cd =2 3604318.7=7208,6374(MWh)

• Máy biến áp tự ngẫu

Ta có thông số máy như sau :

Với phụ tải hoạt độngbằng phẳng trong năm ta có công suất đi qua máy biến áp

tự ngẫu như sau :

-Tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu :

ΣΔATN = 2 ATN =3891,7(MWh)

-Tổng tốt thất điện qua tất cả máy biến áp trong một năm như sau :

ΣΔA= ΣΔATN+ Σ∆A2cd =3891,7+7208,6374 =11100,34(MWh)

chọn các đại lượng cơ bản :

Tính toán các điện kháng trong hệ đơn vị tương đối

Chọn hệ cơ bản với các đại lượng như sau:

Scb = 100 MVAUcb = Utb các cấp:

Trong đó:

Cấp 220 kV: Utb220 = 230 kV

Dòng cơ bản: IcbC =

100 3.230

= 0,25 (kA)Cấp 110 kV: Utb110 = 115,5 kV

Dòng cơ bản: IcbT =

100 3.115

= 0,5 (kA)Cấp 10,5 kV: Utb10 = 10,5 kV

Dòng cơ bản: IcbH =

100 3.10,5

= 5,5 (kA)a)Điện kháng hệ thống

Điện kháng hệ thống trong hệ tương đối cơ bản được tính như sau:

100

0,052000

cb HT

N

S X

S

b)Tính điện kháng đường dây 220 kV

Điện kháng đường dây 220 kV trong hệ tương đối cơ bản:

Có thông số Sđm= 125MVA, cosϕ=0,8, Iđm= 6,875kA, Uđm= 10,5 kV

Xd” = 0,192 và SFđm = 125 MVA ta tính được điện kháng tương đối trong hệ cơbản :

154 , 0 125

100 192 , 0

=

Fdm

cb d F

S

S X X

d)Điện kháng máy biến áp 2 cuôn dây

Fdm

cb N

B

S

S 100

% U

100 100

5 , 10 S

S 100

f)Điện kháng máy biến áp tự ngẫu

Trước hết tính điện kháng ngắn mạch từng cuộn dây:

+ điểm N1: ngắn mạch tại thanh cái phía cấp điện áp 220 kV.

+ điểm N2: ngắn mạch tại đầu cực máy phát F1 or F2

+điểm N3 : ngắn mạch tại thanh cái phía cấp điện áp 110kV

+điểm N4: ngắn mạch tại đầu cực máy phát F3 or F4

-Các sơ đồ như sau :

Hình 3.1a: sơ đồ các điểm ngắn mạch

Ta thấy sơ đồ là đối xứng nên có thể giản thể như hình sau:

a)điểm ngắn mạch N1:

x mf /2

x mf /2

Hình 3.2a: điểm ngắn mạch N1Thông số các phần tử như sau:

0,001 0,041 0,042 0,077

Từ hình 3.2a ta có thể cộng dồn các điện kháng cùng phí với nhau Cộng các

điện phí trung lại thành X3= 2

=0,118, cộng điện kháng dường dây và điện

kháng phía cao tự ngẫu ta được X1= 2

F1,2 F3,4

Ta tính dòng ngắn mạch chạy từ hệ thống đến điểm ngắn mạch :

XHTtt = Xht = 0,05 = 1Điện kháng tính toán từ nhà máy nên điểm ngắn mạch:

Trong hệ đơn vị có tên: IHT(0) = IHT*(0) = 1 = 5,02(kA)

INM(0) = INM*(0) = 2,5 = 3,13 (kA)

IHT(∞) = IHT*(∞) = 1,2 = 6,02 (kA)

INM(∞) = INM*(∞) = 2 = 2,51 (kA)Dòng ngắn mạch tại thời điểm t=0 và t = ∞

XHT=0,05 ;Xd=0,0047 ;XC=0,046 ;XT=0,002 XH=0,082;XB=0,084;XF=0,154.hình như sau:

=0,075; gộp điện kháng máy biến áp hai cuộn cộng

đường dây và điện kháng máy phát phía trung vào làm X3 = 2

X1

Xch/2 N2

XHTtt = X5 = 0,11 = 2,3

Từ đó ta tra bảng được dòng ngắn mạch tại các thời điểm:Dòng tại thời điểm t=0(s)