Đồ án ngành hệ thống điện TRẦN THẾ XUÂN TÙNG

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC  KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH Giảng viên hướng dẫn:   ThS PHÙNG THỊ THANH MAI  Sinh viên thực hiện: TRẦN THẾ XUÂN TÙNG  Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp: Đ7-H4 Khoá: 2012 - 2017 Hà Nội, tháng 12 năm 2016 GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang hòa nhập với nền kinh tế thế giới, tuy vẫn là  một  nước  nông  nghiệp  song  nền  công  nghiệp  của  ta  vẫn  đang  dần  vươn  tới  những  tầm cao mới Cùng với các ngành khoa học khác, ngành công nghiệp điện  đóng một  vai trò quan trọng trong nền kinh tế, chính trị đất nước với  hơn 70% điện sản xuất  được dùng trong công nghiệp Vấn đề sản xuất, tiêu thụ điện năng, vận hành và bảo  vệ hệ thống điện, đảm bảo an toàn, tin cậy và kinh tế đang là những mục tiêu hướng  tới khi tính toán thiết kế hệ thống điện.  Xuất phát từ thực tế đó em nhận thấy việc thiết kế phần điện nhà máy điện và  trạm biến áp là rất cần thiết để em có thể tìm hiểu và nắm bắt một cách cụ thể hơn,  thực tế hơn về một hệ thống điện hoàn chỉnh. Đồ án tốt nghiệp của em gồm hai nội  dung chính sau:  Phần 1: Thiết kế phần điện trong nhà máy thủy điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có  công suất 56 MW cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải cấp điện áp trung  110kV và phát công suất thừa lên hệ thống 220kV. Gồm 6 chương:  - Chương 1: Tính toán cân bằng công suất và đề xuất các phương án nối dây  - Chương 2: Tính toán chọn máy biến áp  Chương 3: Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu  Chương 4: Tính toán dòng điện ngắn mạch  Chương 5: Chọn các khí cụ điện và dây dẫn  - Chương 6: Tính toán tự dùng  Phần 2: Tính toán ổn định nhà máy nhiệt điện thiết kế - Chương 1: Khái quát chung về ổn định  - Chương 2: Xây dựng đặc tính công suất ở chế độ xác lập  Chương 3: Tính toán ổn định quá độ  GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong khoa  hệ thống điện đã hướng dẫn và giảng dạy tận tình, trang bị cho em những kiến thức  vô cùng quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường.  Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã đọc, phản biện và góp ý kiến để bản  đồ án cũng như kiến thức bản thân em được hoàn thiện hơn.  Đặc  biệt  em xin  gửi  lời  cảm ơn sâu sắc  đến  cô  giáo ThS Phùng Thị Thanh Mai đã trực tiếp hướng dẫn em rất nhiệt tình trong quá trình làm đồ án.   Trong quá  trình  thực hiện,  em  đã  cố  gắng làm  việc  hết  sức  mình  để  tổng  hợp  những  kiến  thức  mình  đã  học  và  tham  khảo  một  số  tài  liệu  chuyên  môn  nhằm  đạt  được  kết  quả  tốt  nhất.  Tuy  nhiên,  do  thời  gian  có  hạn  và  nhất  là  khuôn  khổ  đồ  án  rộng lớn nên những thiếu sót là không thể tránh khỏi. Kính mong quý thầy cô, bạn bè  góp thêm những ý kiến quý báu để đề tài của em được hoàn thiện hơn.  Em xin chân thành cảm ơn!      Hà Nội, ngày 21 tháng 12 năm 2016  Sinh viên thực hiện                          Trần Thế Xuân Tùng   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên giảng viên hướng dẫn: ThS PHÙNG THỊ THANH MAI Họ và tên sinh viên:                      Trần Thế Xuân Tùng Tên đề tài: Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện Tính toán ổn định.  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  Hà Nội, ngày…tháng…năm 2016                                                                            GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN  GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên giảng viên phản biện:    Họ và tên sinh viên:                     Trần Thế Xuân Tùng Tên đề tài: Thiết kế phần điện nhà máy thủy điện Tính toán ổn định …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  …………………………………………………………………………………………  Hà Nội, ngày… tháng… năm 2017 GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN     GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    MỤC LỤC PHẦN I THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN  CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC  PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY  1.1. CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN  . 1 1.2. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT   1 1.2.1. Công suất phát toàn nhà máy  . 1 1.2.2. Công suất tự dùng   2 1.2.3. Công suất phụ tải các cấp điện áp   3 1.2.4. Công suất phát về hệ thống   4 1.3. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY   7 1.3.1. Cơ sở chung để đề xuất phương án nối dây   7 1.3.2. Đề xuất các phương án nối dây   8 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG   12 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP  . 13 A. PHƯƠNG ÁN 1   13 2.1.A. CHỌN MBA  . 13 2.1.1.A. Chọn loại và công suất định mức của MBA   13 2.1.2.A. Kiểm tra quá tải của MBA khi có sự cố   15 2.2.A. PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHO CÁC MBA   20 2.2.1.A. MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây  . 20 2.2.2.A. MBA liên lạc.   20 2.3.A. TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA   21 2.3.1.A. Tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây B3,B4  . 21 2.3.2.A. Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu   22 B. PHƯƠNG ÁN 2   24 2.1.B. CHỌN MBA  . 24 2.1.1.B. Chọn loại và công suất định mức của MBA   24 2.1.2.B. Kiểm tra quá tải của các MBA   25 GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    2.2.B. PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHO CÁC MBA   29 2.2.1.B. MBA 2 cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây  . 29 2.2.2.B. MBA liên lạc.   29 2.3.B. TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA   30 2.3.1.B. Tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây B1, B2,B5   30 2.3.2.B. Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu   31 2.4.  KẾT LUẬN CHƯƠNG  . 32 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU    33 3.1.  CHỌN SƠ ĐỒ THIẾT BỊ PHÂN PHỐI   33 3.1.1. Phương án 1  . 33 3.1.2 Phương án 2   34 3.2.  TÍNH TOÁN KINH TẾ-KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU   34 3.2.1. Vốn đầu tư   34 3.2.2 Chi phí vận hành hàng năm   36 3.2.3 Lựa chọn phương án tối ưu   37 3.3.  KẾT LUẬN CHƯƠNG  . 37 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH   38 4.1. CHỌN ĐIỂM NGẮN MẠCH  . 38 4.2. LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ  . 39 4.2.1. Chọn các lượng cơ bản . 39 4.2.2. Tính điện kháng tương đối của các phần tử   39 4.2.3. Sơ đồ thay thế   40 4.3. TÍNH DÒNG NGẮN MẠCH THEO ĐIỂM   41 4.3.1. Ngắn mạch tại điểm N1  . 41 4.3.2. Ngắn mạch tại điểm N2  . 43 4.3.3. Ngắn mạch tại điểm N3’   45 4.3.4. Ngắn mạch tại điểm N3  . 46 4.3.5. Ngắn mạch tại điểm N4  . 48 GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG   48 CHƯƠNG 5 CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN   49 5.1. DÒNG ĐIỆN LÀM VIỆC VÀ DÒNG ĐIỆN CƯỠNG BỨC  . 49 5.1.1. Dòng điện các mạch phía 220 kV  . 49 5.1.2. Dòng điện các mạch phía 110 kV  . 49 5.1.3. Dòng điện các mạch hạ áp 10,5 kV   50 5.2. CHỌN MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LY   51 5.2.1. Chọn máy cắt điện (MC)   51 5.2.2. Chọn dao cách ly (CL)  . 52 5.3. CHỌN THANH DẪN CỨNG ĐẦU CỰC MÁY PHÁT  . 52 5.3.1. Chọn loại và tiết diện   52 5.3.2. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt   54 5.3.3. Kiểm tra điều kiện ổn định động   54 5.3.4. Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng   55 5.3.5. Chọn sứ đỡ   56 5.4. CHỌN THANH DẪN MỀM   57 5.4.1 . Chọn tiết diện   57 5.4.2. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch   58 5.4.3. Kiểm tra điều kiện vầng quang   62 5.5. CHỌN CÁP VÀ KHÁNG ĐIỆN ĐƯỜNG DÂY   63 5.5.1. Chọn cáp   63 5.5.2. Chọn kháng điện đường dây   65 5.6. CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG   69 5.6.1. Máy biến dòng điện (BI)   69 5.6.2.  Máy biến điện áp (BU)  72 5.7. CHỌN CHỐNG SÉT VAN (CSV)  . 74 5.8.  KẾT LUẬN CHƯƠNG  . 75 PHẦN II TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY ĐIỆN THIẾT KẾ   81 CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH   82 GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    1.1. CÁC CHẾ ĐỘ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN   82 1.1.1. Chế độ xác lập   82 1.1.2. Chế độ quá độ   82 1.2. YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN   82 1.2.1. Đối với chế độ xác lập bình thường  82 1.2.2. Đối với chế độ xác lập sau sự cố   82 1.2.3. Đối với chế độ quá độ   83 1.3. ĐIỀU KIỆN TỒN TẠI CHẾ ĐỘ XÁC LẬP BÌNH THƯỜNG CỦA HỆ  THỐNG ĐIỆN 83 1.4. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI ỔN ĐỊNH   83 1.4.1. Ổn định góc roto với nhiễu loạn nhỏ   84 1.4.2. Ổn định quá độ   84 1.4.3. Ổn định tần số   84 1.4.4. Ổn định điện áp   84 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP   85 2.1. LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ  . 85 2.1.1. Tính toán các thông số  . 85 2.1.2. Sơ đồ thay thế   85 2.1.3. Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản   89 2.2. TÍNH TOÁN SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ LẬP ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CÔNG  SUẤT 96 2.2.1. Xác định suất điện động E’   96 2.2.2.  Xác định tổng trở riêng, tổng trở tương hỗ giữa hệ thống và nhà máy . 96 2.2.3. Phương trình đặc tính công suất.   97 2.2.4. Tính công suất cơ của Tuabin P0   97 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ   98 3.1. LẬP ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT CHO TỪNG CHẾ ĐỘ  . 98 3.1.1. Trước khi xảy ra ngắn mạch.   98 3.1.2. Trong khi xảy ra ngắn mạch.   98 GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    3.1.3. Sau khi xảy ra ngắn mạch.  . 100 3.2. XÁC ĐỊNH GÓC CẮT GIỚI HẠN   102 3.3. TÍNH THỜI GIAN CẮT GIỚI HẠN   104 TÀI LIỆU THAM KHẢO   105   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               91    Biến đổi sơ đồ ta có:  • Z4 j0,072 Z19 = = = j0,036 2                    • • Z6 j0,128 Z20 = = = j0,064                   2   • • Z8 j0, 289 Z21 = = = j0,145   2                     • • Z9 18,740 + j13,014 Z22 = = = 9,37 + j6,507 2                     • • Z13 j0,131 Z23 = = = j0,066 2                      • • Z17 j0,318 Z24 = = = j0,159 2   • • Z15 160 + j120 Z25 = = = 80 + j60 2   • U = 1 Z2 Z1 Z3 Z19 Z12 Z20 Z23 Z22 Z25 Z21 Z24 E' E'   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               92    Tiếp tục biến đổi:  U = 1 U = 1 Z2 Z2 Z1 Z1 Z3 Z3 Z19 Z19 Z12 Z12 Z30 E' Z26 Z26 Z29 Z20 Z23 Z27 Z27 Z28 Z25 Z21 Z31 E' • Z31 Z30 Z22 Z28 Z29 Z24 E' E' • •   • • • Biến đổi  Y( Z20, Z21, Z22 )  (Z26, Z27, Z28 )   • • • • Z26 = Z20 + Z22 + • Z20 Z22 • = j0,064 + 9,37 + j6,507 + Z21 • • • • Z27 = Z20 + Z21 + • Z20 Z21 • = j0,064 + j0,145 + Z22 • • • • Z28 = Z21 + Z22 + j0,064 j0,145 = -0,00067 + j0, 209   9,37 + j6,507 • Z21 Z22 • = j0,145 + 9,37 + j6,507 + Z20 • j0,064.(9,37 + j6,507) = 13,506 + j9, 443 j0,145 • • • • j0,145.(9,37 + j6,507) = 30,599 + j21,394 j0,064 • Biến đổi  Y( Z23, Z24, Z25 )  (Z29, Z30, Z31 ) • • • • Z29 = Z23 + Z25 + • Z23 Z25 •   = j0,066 + 80 + j60 + Z24 • • • • Z30 = Z23 + Z24 + • Z23 Z24 • = 0,066 + j0,159 + Z25 • • • • Z31 = Z24 + Z25 + j0,066.(80 + j60) = 113, 208 + j84,972 j0,159 j0,066 j0,159 = -0,00008 + j0, 225   80 + j60 • Z24 Z25 • = j0,159 + 80 + j60 + Z23 j0,159.(80 + j60) = 272,727 + j204,704 j0,066   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               93    U = 1 U = 1 Z2 Z2 Z1 Z1 Z3 Z3 Z19 Z12 Z19 Z30 E' Z26 Z29 Z27 Z32 Z31 Z33 Z28 Z34 E' • • E' • • Z12 // Z26 // Z29  Z32 = • + 1 • = + •   1 + + 0, 730 + j0, 453 13,506 + j9, 443 113, 208 + j84,972 Z12 Z26 Z29                                                               = 0,689 + j0,43 • • • • Z27 // Z30  Z33 = • Z27 Z30 • • = (-0,00067 + j0, 209).(-0,00008 + j0, 225)  = - 0,00019 + j0,108 (-0,00067 + j0,209) + (-0,00008 + j0,225) = (30,599 + j21,394).(272,727 + j204,704) = 27,516 + j19,375 (30,599 + j21,394) + (272,727 + j204,704) Z27 + Z30 • • • Z28 // Z31  Z34  • Z28 Z31 • • Z28 + Z31 • • • • • • Biến đổi  Y( Z19, Z32, Z33 )  (Z35, Z36, Z37 )   • • • • Z35 = Z19 + Z32 + • Z19 Z32 • = j0,036 + 0,689 + j0,43 + Z33 • • • • Z36 = Z19 + Z33 + • Z19 Z33 • = j0,036 + (-0,00019 + j0,108) + Z32                                       = -0,00426 + j0,147 • • • • Z37 = Z32 + Z33 + j0,036.(0,689 + j0,43) = 0,919 + j0,609 -0,00019 + j 0,108 j0,036.(-0,00019 + j0,108) 0,689 + j0,43 • Z32 Z33 • = 0,689  + j0,43+(-0,00019+j0,108)+ Z19 (0,689 + j0,43).(-0,00019+j0,108) j0,036 = 2,754 + j1,831   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               94    U = 1 U = 1 Z2 Z2 Z1 Z3 Z3 Z35 Z19 Z35 Z36 Z36 Z37 Z32 Z33 Z37 Z34 Z34 E' E'   U = 1 Z2 U = 1 Z2 Z1 Z3 Z1 Z38 Z36 Z35 Z36 Z37 Z39 E' Z34   E'   • • • • Z3 Z35 • Z3 // Z35  Z38 = • • = Z3 + Z35 • • • • Z34 // Z37  Z39 = • Z34 Z37 • ( j6,803).(0,919 + j0,609)  = 1,085 + j0,508   ( j6, 803) + (0,919 + j0,609) • Z34 + Z37 = ( 27,516 + j19,375).(2,754 + j1,831)  = 2,504 + j1,673 ( 27,516 + j19,375) + (2,754 + j1,831)   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               95    Z41 Z1 U  = 1 E' Z36 Z2 Z39 Z38 Z40 E' Z41 U  = 1 Z2 Z40 Z42 Z39 Z42   • • • • • • Biến đổi  Y( Z1, Z36, Z38 )  (Z40, Z41, Z42 ) • • • • Z1 Z38 • Z40 = Z1 + Z38 + = 0,016 + j0,038 +1,085 + j0,508 + • Z36                                     = 1, 437 + j0,549 • • • • Z41 = Z1 + Z36 + • Z1 Z36 = 0,016+j0,038+(-0,00426+j0,147)+ • Z38                                     = 0,00824 + j 0,189 • • • • Z42 = Z36 + Z38 + (0,016 + j0,038).(1,085 + j0,508) -0, 00426 + j 0,147 (0,016+j0,038).(-0,00426+j0,147) 1,085 + j0,508 • Z36 Z38 • Z1        = (0,00426 + j0,147) + 1,085 + j0, 508 + (0,00426 + j0,147).(1,085 + j0,508)   0,016  j0,038        = 3,851 + j3,908 Tiếp tục biến đổi  • • • • Z2 Z40 • Z2 // Z40  Z43 = • = • Z2 + Z40 • • • • Z42 // Z39  Z44 = (- j6,803).(1, 437 + j0,549)  = 1,615 + j0, 226 (- j6,803) + (1,437 + j0,549) • Z42 Z39 • • Z42 + Z39 = ( 3,851+ j3,908).(2,504 + j1,673)  = 1,542 + j1,199 ( 3,851+ j3,908) + (2,504 + j1,673) Ta được sơ đồ như sau:   U  = 1 I0 I01   E' Z41 I1 Z43 Z44   Hình 2.4 Sơ đồ đơn giản sau biến đổi GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               96    2.2 TÍNH TOÁN SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ LẬP ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT Phương trình đặc tính công suất của nhà máy: PI  (E ' ) E ' U sin α11  sin (δ - α12 )   Z11 Z12 Trong đó:  Z11  Tổng trở riêng giữa hệ thống và nhà máy                     Z12  Tổng trở tương hỗ giữa hệ thống và nhà máy                     α11  Góc tổng trở  Z11                      α12  Góc tổng trở  Z12                      U  điện áp thanh góp cao                     E’ suất điện động                     δ  Góc lệch pha giữa E’ và U  2.2.1 Xác định suất điện động E’ * SVHT • Ta có:  I0 = ;  SVHT = PVHT + jQVHT   3.U SVHT 137, 29  0,9 cos φ HT = 0,9 = 1, 236 ; Q VHT = PVHT tan φ HT  1, 236  0,599 Scb 100 0,9 P - jQ VHT 1, 236 - j0,599 = = 0,714 - j0,346   Vậy  I0 = VHT 3U 3.1 PVHT = I1 = U = 0,351- j0,049   3.(1,615 + j0, 226) = • Z43 I 01 = I0 + I1 = (0,714 - j0,346) + (0,351- j0,049) = 1,065  j0,395   •  E ' = U+ I01 Z41 = + 3.(1,065  j0,395).(0,00824 +  j 0,189)  1,145  j0,343    1,19516, 683o  δ o = 16, 683o 2.2.2 Xác định tổng trở riêng, tổng trở tương hỗ hệ thống nhà máy Tổng trở riêng.  • • Z11 = • Z41 Z 44 • • Z 41 + Z44 = (0, 00824 + j0,189).(1,542 + j1,199) = 0, 02 + j0,176  0,17883,531o (0,00824 + j0,189) + (1,542 + j1,199)  α11 = 90o - 83,531o = 6, 469o   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               97    Tổng trở tương hỗ  • • Z12 = Z41 = 0,00824 + j0,189  0,18987,504o    α12 = 90o - 87,504o = 2, 496o 2.2.3 Phương trình đặc tính công suất PI  =  (E ' ) Z11 sinα11  +  E ' U Z12 sin(δ - α12 ) =  1,1952 sin(6, 469o )  0,178 1,195.1 0,189 sin(δ - 2,496o )    PI = 0,904  6,323.sin ( δ  2, 496o )  PImax  0,904  6,323  7, 227   2.2.4 Tính công suất Tuabin P0 o Po (δo =16,683 ) =  (E ' ) Z11 sinα11 +  E ' U Z12 sin(δ o - α12 ) = 1,1952 0,178 sin(6, 469o )  1,195.1 0,189 sin(16,683o - 2,496o )                            = 2,453 P 7,227 2,453 0,904 92,496 0 0 16,683 30 60 90 120 150 180 Hình 2.5 Đặc tính công suất 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương này đã xây dựng được đặc tính công suất ở chế độ xác lập  Đường đăng tính công suất này rất cần thiết để phục vụ cho việc tính toán ổn định  quá độ về sau.  GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng      Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               98    CHƯƠNG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ      Ổn định quá độ là khả năng của hệ thống điện vẫn còn duy trì được sự đồng bộ  sau khi trải qua những kích động lớn. Trong phần này ta tính toán ổn định quá độ sau  khi xảy ra ngắn mạch 3 pha trên 1 lộ đường dây nối nhà máy với hệ thống. Tính toán  được tiến hành qua các bước:    Lập đặc tính công suất cho các chế độ:       + Trước khi xảy ra ngắn mạch.      + Trong khi xảy ra ngắn mạch.      + Sau khi xảy ra ngắn mạch.    Từ việc xác định được đặc tính công suất ta tiến hành tính:      + Xác định góc cắt giới hạn.      + Xác định thời gian cắt giới hạn.  3.1 LẬP ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT CHO TỪNG CHẾ ĐỘ 3.1.1 Trước xảy ngắn mạch   Đặc tính trước khi xảy ra ngắn mạch đã được thành lập:  PI = 0,904  6, 323.sin ( δ  2, 496o ) PImax = 0,904  6,323  7, 227 Po (δ o = 16, 683o ) = 2, 453   3.1.2 Trong xảy ngắn mạch NM (3) HT N Z   Hình 3.1 Sơ đồ tính toán đặc tính công suất nhà máy ngắn mạch pha lộ đường dây nối nhà máy với hệ thống Vì là ngắn mạch 3 pha nên tổng trở ngắn mạch 3 pha  Z∆ = 0, vậy ta có:   • • • • Z34 // Z37  Z39 = • Z34 Z37 • • Z34 + Z37 = ( 27,516 + j19,375).(2,754 + j1,831)  = 2,504 + j1,673   ( 27,516 + j19, 375) + (2,754 + j1, 831) GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               99    U = 1 Z2 Z1 Z3 N N (3) Z35 (3) Z35 Z36 Z36 Z37 Z39 Z34 E' E'     E' Z36 Z39 N (3) Z35   Hình 3.2 Sơ đồ đơn giản sau rút gọn chế độ ngắn mạch Tổng trở riêng nhìn từ E’:  • • Z11 = • Z36 Z39 • • Z36 + Z39 = (-0, 00426 + j0,147).(2,504 + j1, 673) (-0, 00426 + j0,147) + (2,504 + j1, 673)   = 0,00162 + j0,143  0,14389,351o    α11 = 90o - 89,351o = 0,649o   Đường đặc tính công suất trong khi ngắn mạch:  PII = (E ' ) Z11II 1,1952 sin α11 =  sin(0, 649o ) = 0,113 0,143   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               100    3.1.3 Sau xảy ngắn mạch      Sau khi xảy ra ngắn mạch thì 1 lộ đường dây nối nhà máy với hệ thống được cắt  ra chỉ còn vận hành 1 lộ còn lại nên tổng trở đường dây tăng gấp đôi, còn dung dẫn  phản kháng đường dây giảm đi một nửa.  • • Z1 = 2.Zd = 0, 032 + j0, 076 • • •   Z2 = Z3 = 2.Zb = - j13, 606 U = 1 Z2 U = 1 Z2 Z1 Z3 Z1 Z38 Z36 Z35 Z36 Z37 Z39 E' Z34 • • • Z3 // Z35  Z38 = • • = Z3 + Z35 • • • Z34 // Z37  Z39 = • • Z34 + Z37 • • ( j13,606).(0,919 + j0,609)  = 1,002 + j0,567   ( j13,606) + (0,919 + j0,609) • Z34 Z37 •   • Z3 Z35 • E' • = ( 27,516 + j19,375).(2,754 + j1,831)  = 2,504 + j1,673 ( 27,516 + j19,375) + (2,754 + j1,831) • • • Biến đổi  Y( Z1, Z36, Z38 )  (Z40, Z41, Z42 ) • • • • Z40 = Z1 + Z38 + • Z1 Z38 • = 0,032 + j0,076 +1,002 + j0,567 + Z36                                     = 1, 677 + j0,699 (0,032 + j0,076).(1,002 + j0,567) -0, 00426 + j 0,147 GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               101    • • • • Z41 = Z1 + Z36 + • Z1 Z36 • = 0,032+j0,076+(-0,00426+j0,147)+ Z38                                     = 0,021 + j 0, 231 • • • • Z42 = Z36 + Z38 + (0,032+j0,076).(-0,00426+j0,147) 1,002 + j0,567 • Z36 Z38 • Z1        = (0,00426 + j0,147) + 1,002 + j0, 567 + (0,00426 + j0,147).(1,002 + j0,567)    0,032  j0,076        = 2,205 + j2,375 Z41 Z1 U  = 1 E' Z36 Z2 Z39 Z38 Z40 Z2 E' Z41 U  = 1 Z40 Z42 Z39 Z42   Tiếp tục biến đổi  • • • • • Z2 Z40 (- j13,606).(1,677 + j0,699) Z2 // Z40  Z43 = • =  = 1,833 + j0, 499 • (j13,606) + (1,677 + j0,699) Z2 + Z40 • • • • Z42 // Z39  Z44 = • Z42 Z39 • • = Z42 + Z39 ( 2,205 + j2,375).(2,504 + j1,673)  = 1, 201+ j1,014 ( 2,205 + j2,375) + (2,504 + j1,673) Ta được sơ đồ như sau:   U  = 1 I0 I01   E' Z41 I1 Z43 Z44   Hình 3.3 Sơ đồ đơn giản sau rút gọn chế độ sau cắt ngắn mạch Ta co tổng trở riêng.  • • Z11 = • Z 41 Z44 • • Z 41 + Z 44 = (0, 021 + j0, 231).(1, 201+ j1,014) = 0, 038 + j0, 205  0, 20979, 446o (0,021 + j0, 231) + (1, 201+ j1,014)  α11 = 90o - 79, 446o = 10,554o   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               102    Tổng trở tương hỗ.  • • Z12 = Z41 = 0,021 + j0, 231  0,23284,806o    α12 = 90o - 84,806o = 5,194o Vậy phương trình đường đặc tính công suất sau ngắn mạch:  PIII  =  (E ' ) Z11 sinα11  +  E ' U Z12 sin(δ - α12 ) =  1,1952 0, 209 sin(10,554o )  1,195.1 0, 232 sin(δ - 5,194o )    PIII = 1, 251  5,151.sin ( δ - 5,194o )  PIIImax  1, 251  5,151  6, 402 3.2 XÁC ĐỊNH GÓC CẮT GIỚI HẠN   - Miền cắt giới hạn:   Do sự hạn chế vận hành sau sự cố, công suất cân bằng trên trục máy phát là: P0 = PIII  o  2, 453  1, 251  5,151.sin ( δ - 5,194 )  sin ( δ - 5,194 o )  0, 233 ( δ - 5,194 )  13, 474    ( δ - 5,194 )  166,526         δ  13, 474o  5,194  18,668  o δ max  166,526  5,194  171,72 o o o o o o o o      Từ  các  đặc  tính  công  suất  của  chế  độ  làm  việc  ban  đầu  trước  lúc  xảy  ra  ngắn  mạch, trong khi ngắn mạch và sau khi xảy ra ngắn mạch là:  PI = 0,904  6,323.sin ( δ  2, 496o ) PII = 0,113 PIII = 1, 251  5,151.sin ( δ - 5,194o )        Góc cắt  δ cat  chính là góc tương ứng với điều kiện giới hạn ổn định động: diện tích  hãm tốc bằng diên tích gia tốc tức là Fgt = Fht    Đổi các góc về đơn vị radian:  δo  = 16,683o  = 0,291(rad) δ max  = 171,72o  = 2,996(rad)   α12III  = 5,194o  = 0,091(rad) GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               103    P PI 7,227 Fht 6,402 PIII Fgt P0 = 2,453 2,453 1,251 0,904 PII = 0,113 0 30 0 = 16,683 60 90 120 cat = 97,03 150 180 0 gh = 171,72 Hình 3.4 Các đường cong đặc tính chế độ Ta có:  δcat δcat Fgt =  (P0  - PIImax )dδ =  δo 0,291 δ max 2,996 Fht  =  (PIII  - P0 )dδ = δcat  (2,453 - 0,113)dδ =  2,34.δ cat  - 0,681   [(1, 251  5,151.sin ( δ - 0,091) - 2,453]dδ δcat 2,966  -1, 202.δ δ cat 2,996 - 5,151.c os(δ - 0,091) δ cat  -1, 202.(2,996 - δ cat ) - 5,151.[cos(2,996 - 0,091) - cos(δ cat - 0,091)]   = 1,406 + 1,202.δ cat  5,151.cos(δ cat - 0,091) Thay  Fgt = Fht  ta có:  2,34.δ cat  - 0,681   1,406 + 1,202.δ cat  5,151.cos(δcat - 0,091) 1,138.δ cat - 2,087  5,151.cos(δcat -  0,091) δcat -1,834  4,526.cos(δ cat -  0,091)    δ cat  1,693(rad) Vậy góc cắt giới hạn là  δcat = 1,693(rad)  97,03o   GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               104    3.3 TÍNH THỜI GIAN CẮT GIỚI HẠN   Để  xác  định  thời  gian  cắt  giới  hạn  ta  cần  phải  giải  phương  trình  mô  tả  sự  chuyển động của roto máy phát trong quá trình quá độ:  H d 2δ  P0 - PII       π.f dt   Trong đó:    H - Hằng số, phụ thuộc vào loại và công suất máy phát điện, H=4,5   δ(t) - Góc lệch giữa sức điện động của máy phát với một trục chuyển  động với tốc độ đồng bộ.   P0 -  Công suất cơ của tuabin máy phát điện.   PII -  Công suất điện của máy phát điện.  Ta giải phương trình trên, ta được kết quả sau:   δ π.f  P0 - PII  t  δ   2.H      t  2.H  δ - δ    π.f  P0 - PII  Vậy thời gian cắt được tính như sau:   t cat  2.H  δ cat - δ   π.f  P0 - PII  2.4,5 1,693 - 0, 291  0,185 (s)   π.50  2, 453 - 0,113  Nhận xét: Khi ngắn mạch 3 pha đầu 1 lộ đường dây, muốn nhà máy ổn định quá độ  phải cắt nhanh ngắn mạch trước tcat=0,185(s) với góc cắt của máy phát là : δcat = 97, 03o  1,693(rad)     3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Sau khi hoàn thành việc tính toán ổn định cho nhà máy điện ở sự cố ngắn mạch  3 pha đầu đường dây nối với hệ thống ta thấy kết quả tính toán chấp nhận được. Thực  tế, nếu số nút ở trong hệ thống điện lớn thì phải sử dụng một số phần mềm tính toán  và thiết bị mô phỏng để kết quả chính xác hơn GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    Đồ Án Tốt Nghiệp                                                                                                                               105    TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS-TS. Phạm Văn Hòa, ThS. Phạm Ngọc Hùng - Thiết kế phần điện trong nhà  máy điện và Trạm biến áp - Nhà xuất bản KH&KT, 2007.  [2]. TS. Đào Quang Thạch, TS. Phạm Văn Hòa - Phần điện trong nhà máy điện và  Trạm biến áp - Nhà xuất bản KH&KT, 2008.  [3]. PGS-TS. Phạm Văn Hòa - Ngắn mạch và đứt dây trong Hệ thống điện - Nhà xuất  bản KH&KT, 2011.  [4]. Ngô Hồng Quang - Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 – 500 kV - Nhà  xuất bản KH&KT, 2007.  [5]. PGS-TS. Trần Bách – Giáo trình lưới điện - Nhà xuất bản KH&KT, 2007.  [6]. GS-TS. Lã Văn Út - Phân tích và điều khiển ổn định Hệ thống điện - Nhà xuất  bản KH&KT, 2011.  [7]. TS. Nguyễn Đăng Toản - Ổn định Hệ thống điện - Trường Đại Học Điện Lực.      GVHD: ThS. Phùng Thị Thanh Mai                                                           SVTH: Trần Thế Xuân Tùng    ... HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp NHÀ MÁY ĐIỆN Họ tên sinh viên: Trần Thế Xuân Tùng Lớp: Đ7-H4 Cán hướng dẫn: ThS Phùng Thị Thanh Mai I Phần 1: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN ... Máy biến áp điện lực cũng như máy phát điện là thiết bị chính trong hệ thống điện,  dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác phục vụ  cho việc truyền tải và phân phối điện năng. ... Tính cân bằng công suất, chọn phương án nối dây  Tính toán chọn máy biến áp  Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu  Tính toán ngắn mạch  Chọn các khí cụ điện và dây dẫn  Tính toán tự dùng  II Phần Tính toán ổn định nhà máy điện thiết kế