thiết kế nhà máy thủy điện có tổng công suất đặt là 240 MW gồm có 4 máy phát điện kiểu thủy điện cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp

Theo phần trên: Ta được bảng tổng hợp đồ thị phụ tải các cấp như sau:Dựa theo 7 nguyên tắc sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp” –PGS TS Phạm Văn Hòa ta có : Theo tính

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

THIẾT KẾ MÔN HỌC PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY ĐIỆN

LỜI NÓI ĐẦU

Nghành điện nói riêng và nghành năng lượng nói chung đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Nhà máy điện là một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống điện Cùng với sự phát triển của hệ thống điện, cũng như sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia là sự phát triển của các nhà máy điện Việc giải quyết đúng vấn đề kinh tế

kỹ thuật trong thiết kế nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung cũng như hệ thống điện nói riêng.

Vậy ta chọn máy phát thủy điện: CB-505/190-16TCác thông số của máy phát điện:

1.2 Tính toán cân bằng công suất:

1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy:

 Vì đề bài cho là nhà máy thủy điện, cho mùa mưa phát 1000 , mùa khô phát

800 công suất định mức của toàn nhà máy, khi đó tính toán công suất phát của toàn nhà như sau:

 Mùa mưa: S tnm( )t =n S dmF (1.1a)

 Mùa khô: S tnm( )t =0,8.n S dmF (1.1b)

Như vậy :

 Mùa mưa: S tnm( )t =n S dmF=466,7=266,8(MVA)

 Mùa khô: S tnm( )t =0,8.n S dmF=0,8466,7= 213,44(MVA)

Ta có đồ thị phụ tải 2 mùa như sau:

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

0 100 200 300

S (MVA)

Hình 1.1: Đồ thị phụ tải mùa khô

0 100 200 300

TD

n P S

 - Lượng điện phần trăm tự dùng

CosTD - Hệ số công suất phụ tải tự dùng

n- số tổ máy phát

dmF

P - Công suất tác dụng của một tổ MF

1.2.3 Đồ thị phụ tải các cấp điện áp:

Công suất phụ tải các cấp điện áp được xác định theo công thức sau:

0

ax ( ) ( )

P t - Phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t.

 Đối với cấp điện áp 220kV ta có:

ax

M

P = 50 (MW) C os =0,89Công suất phụ tải tại thời điểm từ 0-4 (h) là:

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

0 20 40 60

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

S(MVA)

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải cấp điện cao áp

 Đối với cấp điện áp 110kV ta có:

 Tiến hành tính toán tương tự:

ax

M

P = 70 (MW) C os =0,88Công suất phụ tải tại thời điểm từ 0-4 (h) là:

0 4

100 0,88

Và tiến hành tính toán cho các thời điểm khác tương tự, thu được bảng biến thiên phụ tải như sau:

Bảng biến thiên phụ tải cấp trung ápGiờ 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24

0 ( )

S(t) 71,6 71,6 63,64 63,64 71,6 71,6 79,55 71,6 71,6 63,64 63,64

0 20 40 60 80 100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

S(MVA)

Hình 1.4: Đồ thị phụ tải phía trung áp.

 Đối với cấp điện áp 10,5kV (phụ tải địa phương)ta có:

 Tiến hành tính toán tương tự :

ax

M

P = 8 (MW) C os =0,83Công suất phụ tải tại thời điểm từ 0-4 (h) là:

S t = Khô ( )

tnm

S t - S DP( )t S UT( )t S UC( )t S TD( )t 

Ta có bảng biến thiên công suất phát về hệ thống mùa khô như sau:

S(Kho) 80.19 80.19 93.76 94.71 81.14 80.19 71.26 78.25 73.59 87.17 93.76

Hình 1.7: Đồ thị công suất phát về hệ thống trong mừa khô

1.3Phụ tải thanh góp phía cao áp.

Ở phía thanh góp phía cao, đồng cấp điện cho phụ tải điện áp phía cao và phátcông suất thừa về hệ thống Vậy công suất tổng tại đây, gọi là phụ tải thanh góp cao

áp S TGC( )t sẽ được tính:

( )

TGC

S t =S VHT( )t +S UC( )t 1.2Mặt khác do nhà máy thủy điện vận hành theo 2 mùa: mùa mưa và mùa khô lên ta có:

Ta có, bảng biến thiên đồ thị phụ tải thanh góp cao áp trong mùa khô như sau:

Biến thiên đồ thị phụ tải thanh góp cao áp trong mùa khôGiờ 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24S(Mua

khô) 130.75 130.75 138.71 139.66 131.70 130.75 121.82 128.81 129.77 137.73 138.711

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

Hình 1.8 :Đồ thị phụ tải thanh góp cao áp trong mùa khô

Đồ thị phụ tải thanh góp cao áp trong mùa mưa:

 Ở mùa khô: Mua( )

TGC

S t = Mua( )

VHT

S t + S UC( )t

Ta có, bảng biến thiên đồ thị phụ tải thanh góp cao áp trong mùa khô như sau:

Biến thiên đồ thị phụ tải thanh góp cao áp trong mùa mưa

S(Mưa

) 184.11 184.11 192.07 193.02 185.06 184.11 175.18 182.17 183.13 191.09 192.07

0 50 100 150 200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

S(MVA)

Hình 1.9: Đồ thị phụ tải thanh góp cao áp trong mùa mưa

1.3 Tính toán cân bằng công suất:

Theo phần trên: Ta được bảng tổng hợp đồ thị phụ tải các cấp như sau:

Dựa theo 7 nguyên tắc sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp” –PGS

TS Phạm Văn Hòa ta có :

Theo tính toán phần trên ta có được:

M DP dmF

M DP dmF

Kết luận: Không cần thanh góp điện áp máy phát

Kết luận: Dùng MBA tự ngẫu, có điều chỉnh dưới tải làm liên lạc

Mà: S dmF=66,7(MVA) và MBA liên lạc là tự ngẫu, nên ta có thể ghép từ 1 tới 2

bộ MF-MBA hai cuộn dây trên thanh góp điện áp phía trung.

Phương án 1:

Phương án 2:

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

1.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA.

1) MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF-MBA hai cuộn dây.

SVHT là công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA

SUC, SUT, SUH là công suất phụ tải điện áp cao, trung, hạ tại thời điểm t,MVA

Khi đó, ta có bảng tính phân bố công suất của MBA liên lạc theo từng thời điểm như sau:

50.56 50.56 44.95 44.95 50.56 50.56 50.56 50.56 56.18 50.56 44.95 71.60 71.60 63.64 63.64 71.60 71.60 79.55 71.60 71.60 63.64 63.64

Nhận xét: công suất của MBA tự ngẫu được truyền từ phía hạ lên cao và lên trung, do

đó cuộn hạ sẽ mang tải nặng nhất

Sthừamax = SCHmax = max{SCH(t)} = 64,68 MVA

3) Chọn loại và công suất định mức của MBA.

Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng Trong hệ thống điện tổng công suất các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 5 lần tổng công suất của các máy phát điện Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều Yêu cầu đặt ra là phải chọn số lượng máy biến áp ít

và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

a) MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây:

Loại máy biến áp này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện ápphía hạ Công suất định mức được chọn theo công thức sau:

SđmB ≥ SđmF = 66.7 MVA

Chọn B1 là MBA 220 kV có thông số kỹ thuật như sau:

ТДЦ 80 MVA 242/10,5 kV: ∆P0 = 80 kW; ∆PN = 320 kW; S đm  125MVA

U %=10,5%; I0% = 0,55%

b) MBA liên lạc :

- Loại MBA: là MBA tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải

- Công suất định mức: Áp dụng công thức:

S  MVA trong khoảng thời gian từ 14 ÷ 16h.

Và tại thời điểm đó, ta có các thông số khác sau:

SUC = 50,56 MVA; SĐP = 8,68 MVA; STD = 3,388 MVA; SVHT =124,627 MVA

Và sơ đồ nối dây lúc đó sẽ có dạng như sau:

Điều kiện kiểm tra quá tải: 2KqtSC α SđmB ≥ SUTmax = 79,55 MVA

Với KqtSC = 1.4, α = 0.5, SđmB = 160 MVA

→ 2 × 1.4× 0.5 × 160 = 224 MVA > 79,55 MVA

→ Thỏa mãn điều kiện

Phân bố công suất khi có sự cố

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

= 66,7 – 3.388

4 –

8, 6752 = 61,39 MVA

Công suất qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu:

Xét sự cố hỏng MBA B 3 tại S UT max  79,55 MVA trong khoảng thời gian từ 14 ÷ 16h.

Và tại thời điểm đó, ta có các thông số khác sau:

SUC = 50,56 MVA; SĐP = 8,675 MVA; STD = 3,388 MVA; SVHT = 124,6268 MVA

Và sơ đồ nối dây lúc đó sẽ có dạng như sau:

Điều kiện kiểm tra quá tải: KqtSC α SđmB + SBo B4 ≥ SUTmax = 79,55 MVA

Với KqtSC = 1.4, α = 0.5, SđmB = 160 MVA, SBo B4 =65,853

→ 1.4× 0.5 × 160 + 65,855 = 177,855 MVA > 79,55 MVA

→ Thỏa mãn điều kiện

Phân bố công suất khi có sự cố:

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

→ SH < kqt × Stt = 70

→ không xảy ra hiện tượng quá tải

Lượng công suất còn thiếu:

SThiếu = SVHT – SVHTSC = 124,627 – 58,778= 65,849MVA

Lượng công suất dự phòng của hệ thống là Sdp = 100 MVA

→ SThiếu < SdpHT

→ Máy biến áp chọn là thỏa mãn

Phân bố công suất khi có sự cố:

Bảng 2.5 – Thông số của máy biến áp theo phương án I:

Loại

MBA

Sđm

MVA

-5) 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 tải phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thấtkhông tải của nó

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

Công thức tính tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA 2 cuộn dây, mang tảibằng phẳng theo từng mùa:

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

∆PN : tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp

Tổn hao ngắn mạch của các cuộn dây trong máy biến áp tự ngẫu :

Từ các công thức trên của máy biến áp ta tính được tổn thất điện năng trong máy biến

áp tự ngẫu khi máy biến áp mang tải đặc trưng theo mùa: trong đó, mùa mưa chiếm 180ngày, mùa khô chiếm 185 ngày

SiCmua, SiTmua, SiHmua : công suất các phía cao, trung, hạ tại từng thời điểmtheo mùa mưa

SiCkhô, SiTkhô, SiHkhô : công suất các phía cao, trung, hạ tại từng thời điểm theomùa khô

α : hệ số có lợi, α = 0.5

6) Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây

Tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây

= 2249803,5 kWh

Với B4 ta có : ∆P0 =70 kW, ∆PN = 310 kW, Sbomưa = 65,885 MVA

Sbokhô = 52.515 MVA, SđmB4 = 80MVA

2.3.2 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu

Theo tính toán phần trên ta có:

1 ΔP-ΔPP -ΔP-ΔPPΔP-ΔPP = × ΔP-ΔPP +

C N

C N

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

24 0

Thay các thông số trên và dựa vào bảng phân phối công suất của MBA tự ngẫu ta

có được kết quả sau :

2.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của MBA.

1 Phân bố công suất trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây

Trong đó SCC là công suất phía cao của máy biến áp tại thời điểm t,MVA

SVHT là công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA

SUC là công suất phụ tải điện áp cao tại thời điểm t, MVA

Khi đó, ta có bảng tính phân bố công suất của MBA liên lạc theo từng thời điểm như sau:

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

50.56 50.56 44.95 44.95 50.56 50.56 50.56 50.56 56.18 50.56 44.95 71.60 71.60 63.64 63.64 71.60 71.60 79.55 71.60 71.60 63.64 63.64

65.855 52.515

Do đó, Sthừamax = SCHmax =124,41MVA

8) Chọn loại và công suất định mức của MBA.

Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng Trong hệ thống điện tổng công suất các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 5 lần tổng công suất của các máy phát điện Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều Yêu cầu đặt ra là phải chọn số lượng máy biến áp ít

và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

a,MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây:

Loại máy biến áp này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh điện ápphía hạ Công suất định mức được chọn theo công thức sau:

- Loại MBA: là MBA tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải

- Công suất định mức: Áp dụng công thức:

S  MVA trong khoảng thời gian từ 14 ÷ 16h.

Và tại thời điểm đó, ta có các thông số khác sau:

SUC = 50,56 MVA; SĐP = 8,675 MVA; STD = 3,388 MVA; SVHT = 124,6268 MVA

Và sơ đồ nối dây lúc đó sẽ có dạng như sau:

Điều kiện kiểm tra quá tải: 2KqtSC α SđmB ≥ SUTmax = 79,55 MVA

Với KqtSC = 1.4, α = 0.5, SđmB = 160 MVA

→ 2 × 1.4× 0.5 × 250 = 350 MVA > 79,55 MVA

→ Thỏa mãn điều kiện

Phân bố công suất khi có sự cố:

= 66,7 – 3.388

4 –

8, 6752 = 61,5155 MVA

Công suất qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu:

→ không xảy ra hiện tượng quá tải

Lượng công suất còn thiếu:

SThiếu = SVHT – SVHTSC = 124,627 – 58,806 = 65,821 MVA

Lượng công suất dự phòng của hệ thống là Sdp = 100 MVA

→ SThiếu < SdpHT

→ Máy biến áp chọn là thỏa mãn

d,Sự cố 3 : Hỏng B3 tại thời điểm SUTmin = 44.95 MVA vào lúc từ 8 – 10h.Ứng với thời điểm đó ta có SUC = 63,64MVA, Sđp = 6,75MVA, SVHT = 148,07 MVA.Xét phân bố công suất:

Công suất phía trung của máy biến áp tự ngẫu:

Công suất phía cao của máy biến áp tự ngẫu:

→ không xảy ra hiện tượng quá tải

Lượng công suất còn thiếu:

SThiếu = SVHT – SVHTSC = 148,07 – 85,598 = 62,472 MVA

Lượng công suất dự phòng của hệ thống là Sdp = 100MVA

→ SThiếu < SdpHT

→ Máy biến áp chọn là thỏa mãn

Vậy ta có bảng thông số của máy biến áp

Bảng 2.5 – Thông số của máy biến áp theo phương án I:

-10) 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 tải phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thấtkhông tải của nó

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

Công thức tính tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA 2 cuộn dây, mang tảibằng phẳng theo từng mùa:

Trong đó ∆P0 : tổn hao công suất không tải trong máy biến áp

∆PN : tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp

Tổn hao ngắn mạch của các cuộn dây trong máy biến áp tự ngẫu :

Từ các công thức trên của máy biến áp ta tính được tổn thất điện năng trong máy biến

áp tự ngẫu khi máy biến áp mang tải đặc trưng theo mùa: trong đó, mùa mưa chiếm 180ngày, mùa khô chiếm 185 ngày

Trong đó: ∆PNC, ∆PNT, ∆PNH : tổn thất công suất ngắn mạch các cuộn cao, trung, hạ ∆PNCT, ∆PNTH, ∆PNCH : tổn thất công suất ngắn mạch cao- trung, cao – hạ,trung – hạ.

SiCmua, SiTmua, SiHmua : công suất các phía cao, trung, hạ tại từng thời điểmtheo mùa mưa

SiCkhô, SiTkhô, SiHkhô : công suất các phía cao, trung, hạ tại từng thời điểm theomùa khô

α : hệ số có lợi, α = 0.5

Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây

Tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MF – MBA hai cuộn dây

Với B3 ta có : ∆P0 =70 kW, ∆PN = 310 kW, Sbomưa = 65,855 MVA

Sbokhô = 52,515 MVA, SđmB4 = 80MVA

2.3.2 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu

Theo tính toán phần trên ta có:

C N

C N

×ΔP-ΔPt





Thay các thông số trên và dựa vào bảng phân phối công suất của MBA tự ngẫu ta

có được kết quả sau :

∆A = 1054080,38kWh

Tổng tổn thất điện năng ở phương án 1 là :

∆ A = 2× ∆ A1 + 2× ∆ A3= 2 × 2113797,142 + 2× 1054080,38

= 6335755.044kWh

Chương III TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối

Trong nhà máy điện, các thiết bị điện và khí cụ điện được nối lại với nhau thành sơ

đồ điện Yêu cầu chung của sơ đồ nối điện là: Làm việc đảm bảo, tin cậy, cấu tạo đơngiản, vận hành linh hoạt, kinh tế và đảm bảo an toàn cho người vận hành

Tính đảm bảo của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng của hộ tiêu thụ điện Tính linh hoạt của sơ đồ được thể hiện bởi khả năng thích ứng với nhiều trạng tháivận hành khác nhau

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

Tính kinh tế của sơ đồ được giải quyết bằng hình thức của các hệ thống thanh góp, sốlượng khí cụ điện dùng cho sơ đồ Ngoài ra cách bố trí thiết bị trong sơ đồ phải đảm bảo

an toàn cho người vận hành

Căn cứ vào nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở cấp điện áp và vai trò của nhà máyđang thiết kế đối với hệ thống, sơ đồ nối điện của các phương án được chọn theo sơ đồsau: (hệ thống 2 thanh góp dùng máy cắt liên lạc)

3.2 Tính toán kinh tế kỹ thuật

3.2.1 Vốn đầu tư

Vốn đầu tư của một phương án được tính như sau : V = VB + VTBPP

 Vốn đầu tư máy biến áp : VB = KB × Vb

Trong đó :

- KB là hệ số xét đến việc vận chuyển và lắp ráp máy biến áp

- vB là giá tiền mua máy biến áp

 Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối : VTBPP = ni vTBPPi

Trong đó :

- ni là số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp Ui

- vTBPPi là giá tiền của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp Ui

Bảng 3.1 Bảng giá tiền cho từng cấp điện áp

Cấp điện áp vTBPi(109đ)

10 – 13kV

3.2.2 Chi phí vận hành hàng năm

Chi phí vận hành hàng năm được xác định theo công thức:

∆A- Tổn thất điện năng, kWh

β- Giá 1 đơn vị tổn thất điện năng, β = 500đ/kWh

GVHD: PGS-TS Phạm Văn Hòa

MBA 2cuộn dây

MBA 2cuộn dây

MBA tựngẫu

B2 B1

F3

B3 B4

F4 F1 F2

MBA tựngẫu

3.3 Chọn phương án tối ưu

Từ các kết quả tính toán ở trên, ta có bảng tổng kết chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cho 2phương án như sau

Bảng 4.4 – Bảng tổng kết 2 phương án

Phương án Vốn đầu tư

(10 9 đ)

Chi phi vận hành hằng năm (10 9 đ)