TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Điện năng là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu. Ta thấy rằng nếu mất điện thì hầu hết toàn bộ mọi hoạt động sống cũng như sinh hoạt của con người đều ngừng trệ. Và để đáp ứng được sự phát triển của phụ tải và sự gia tăng về nhu cầu dùng điện của đất nước thì ngày càng nhiều các nhà máy phát điện được xây dựng. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp sẽ giúp chúng em có được những kiến thức cơ bản cũng như góc nhìn sơ bộ về xây dựng một nhà máy điện trong thực tế. Với sự giúp đỡ của bạn bè và các thầy cô trong bộ môn đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hữu Khái em đã hoàn thành đồ án này. Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể các thầy trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất.

Lêi më ®Çu Điện năng là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu. Ta thấy rằng nếu mất điện thì hầu hết toàn bộ mọi hoạt động sống cũng như sinh hoạt của con người đều ngừng trệ. Và để đáp ứng được sự phát triển của phụ tải và sự gia tăng về nhu cầu dùng điện của đất nước thì ngày càng nhiều các nhà máy phát điện được xây dựng. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp sẽ giúp chúng em có được những kiến thức cơ bản cũng như góc nhìn sơ bộ về xây dựng một nhà máy điện trong thực tế. Với sự giúp đỡ của bạn bè và các thầy cô trong bộ môn đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hữu Khái em đã hoàn thành đồ án này. Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể các thầy trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất. Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 1 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Đặc thù của điện năng là sản xuất ra mà không thể dự trữ được. Do đó, tại mỗi thời điểm, điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả tổn thất điện năng do truyền tải điện năng trên lưới điện. Nếu không đảm bảo được điều kiện đó thì chất lượng điện năng sẽ bị giảm sút và nếu nghiêm trọng hơn thì có thể gây tan rã hệ thống. Do lượng điện năng tiêu thụ của các phụ tải luôn thay đổi theo thời gian vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành nhà máy điện. Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy trong nhà máy điện và vận hành tối ưu giữa các nhà máy điện trong hệ thống. 1.1. Chọn máy phát điện Đề bài của em là thiết kế nhà máy điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ là 55MW, với cấp điện áp máy phát là 10kV. Để thuận tiện cho việc xây dựng, sửa chữa và vận hành nhà máy điện, ta chọn các máy phát điên cùng loại. Tra trong sổ tay ta chọn được tổ máy với các số liệu cho trong bảng sau: Bảng1.1 Ký hiệu S (MVA) P (MW) Cosϕ U (kV) I (kA) Điện kháng tương đối X” X’ X 68,75 55 0,8 10,5 3,462 0,123 0,182 1,452 1.2. Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp Phụ tải ở các cấp điện áp được cho bao gồm P max , cosϕ và bảng phần trăm công suất trong các khoảng thời gian so với P max . Từ công suất đã cho tính được công suất biểu kiến của phụ tải trong các khoảng thời gian theo công thức: ϕ = cos P S t t với 100 P%.P P max t = Trong đó : +S t : công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA). +P t : công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t (MW). +cosϕ: hệ số công suất trung bình của phụ tải. +P% : công suất tính theo phần trăm P max của phụ tải tại thời điểm t. Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 2 1.2.1. Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát. Từ số liệu đã cho của phụ tải ở cấp điện áp máy phát P max = 20(MW) cosϕ=0,85 Ta có số liệu tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát cho trong bảng sau: Bảng 1.2 0-8 8-14 14-20 20-24 P(%) 60 80 100 70 P t (MW) 12 16 20 14 S t (MVA) 14,12 18,82 23,53 16,47 Từ số liệu tính toán trong bảng trên ta vẽ được đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát Hình 1.1 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 3 1.2.2 Tính toán đồ thị cấp điện áp trung (110kV) Từ số liệu đã cho của phụ tải cấp điện áp trung P max =90MW và cosϕ = 0,86 Ta có bảng số liệu tính toán phụ tải cấp điện áp trung: Bảng1.3 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 P(%) 70 90 100 75 P t (MW) 63 81 90 67,5 S uT (MVA) 73,26 94,19 104,65 78,49 Từ số liệu trong bảng tính toán ta vẽ được đồ thị phụ tải cấp điện áp trung Hình 1.2 Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 4 1.2.3. Tính toán công suất phát của toàn nhà máy. Nhà máy gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất đặt là 55MW, công suất phát cực đại của toàn nhà máy là : P NM = 4x55 = 220 MW. Máy phát có hệ số công suất cosϕ là 0,8. Từ bảng số liệu phần trăm công suất phát của toàn nhà máy, ta có bảng số liệu công suất phát thực của nhà máy trong các khoảng thời gian : Bảng1.4 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 P NMt (%) 80 90 100 70 P NMt (MW) 176 198 220 154 S NMt (MVA) 220 247,5 275 192,5 Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị phụ tải của toàn nhà máy . Hình 1.3 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 5 1.2.4. Tính công suất tự dùng của nhà máy điện. Ta xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau : ) S S .6,04,0.(S.S NM t NMtdt +α= Trong đó S tdt : phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA). S NM : công suất đặt của toàn nhà máy, S NM = 250MVA. S t : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t (MVA). α : Phần trăm lượng điện tự dùng, α = 6% Từ đồ thị phụ tải toàn nhà máy và dựa vào công thức tính phụ tải tự dùng trên ta tính được công suất tự dùng của nhà máy điện tại các thời điểm, ta được số liệu tính toán như bảng dưới đây : (với cosϕ td = 0,85). Bảng 1.5:Công suất tự dùng của nhà máy 0 - 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 S NMt (MVA) 220 247,5 275 192,5 S tdt (MVA) 17,6 18,92 20,24 16,28 P tdt (MW) 14,96 16,082 17,204 13,838 Hình 1.4 Đồ thị phụ tải tự dùng của toàn nhà máy Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 6 1.2.5. Tính công suất về hệ thống (220kV). Phương trình cân bằng công suất tức thời của toàn nhà máy (bỏ qua tổn thất công suất trong các máy biến áp) : S NM (t) = S UF (t) + S UT (t) + S UC (t) + S HT (t) + S TD (t) (MVA) Trong đó S UC = 0 tại mọi thời điểm. Công suất tải về hệ thống : S HT (t) = S NM (t) - [ S UF (t) + S UT (t) + S TD (t) ] (MVA) Dựa vào các số liệu tính toán ở các cấp điện áp, số liệu phụ tải toàn nhà máy và dựa vào phương trình cân bằng công suất trên ta tính được công suất tải về hệ thống. Dưới đây là bảng cân bằng công suất toàn nhà máy : Bảng 1.6 0 - 7 7 - 8 8 - 14 14 - 20 20- 24 S NMt (MVA) 220 247,5 247,5 275 192,5 S UFt (MVA) 14,12 14,12 18,82 23,53 16,47 S UTt (MVA) 73,26 94,19 94,19 104,65 78,49 S TDt (MVA) 17,6 18,92 18,92 20,24 16,28 S HTt (MVA) 115,02 120,27 115,57 126,58 81,26 Từ số liệu công suất tải về hệ thống ta vẽ được đồ thị phụ tải hệ thống : Hình 1.5 Đồ thị phụ tải hệ thống Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 7 1.2.6. Các nhận xét.  Phụ tải ở các cấp điện áp khá bằng phẳng, công suất lúc phụ tải cực tiểu khoảng 60% công suất cực đại.  Phụ tải ở cấp điện áp máy phát nhỏ, nhà máy chủ yếu cung cấp cho phụ tải cấp điện áp trung và đưa về hệ thống  Tổng công suất hệ thống là 1800 MVA, công suất dự trữ quay của hệ thống là 100MVA.  Tổng công suất của cả nhà máy là 220MVA. Do đó, đối với hệ thống nhà đóng vai trò tương đối quan trọng . Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 8 CHƯƠNG II LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY 2.1. Chọn sơ đồ tối ưu Lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện là một công việc hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy. Lựa chọn được sơ đồ tối ưu về kinh tế kỹ thuật sẽ mang lại những lợi ích kinh tế rất lớn, cũng như độ tin cậy an toàn cung cấp điện. Ta lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện dựa trên những cơ sở sau  Số lượng máy phát.  công suất các máy phát.  công suất phụ tải các cấp điện áp.  công suất hệ thống điện.  Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp cần phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật sau : • Có hay không có thanh góp điện áp máy phát. Cần phải có thanh góp điện áp máy phát nếu phụ tải cấp điện áp máy phát lớn hơn 30% công suất định mức của một máy. • Số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thoả mãn điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất, các máy phát còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải ở cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áp trung ( trừ phần phụ tải do các bộ hoặc các nguồn khác nối vào thanh góp điện áp trung có thể cung cấp được). • Công suất mỗi bộ máy phát điện – máy biện áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. • Chỉ được phép ghép bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này. Có như vậy mới tránh được lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải chuyển hai lần qua máy biến áp, tăng Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 9 tổn hao và gây quá tải cho máy biến áp liên lạc ba cuộn dây. Đối với máy biến áp tự ngẫu liên lạc thì không cần điều kiện này. • Khi phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ, để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp, nhưng công suất lấy rẽ nhánh không vượt qua 15% công suất của bộ. • Máy biến áp ba cuộn dây chỉ nên sử dụng khi công suất truyền tải qua cuộn dây này không nhỏ hơn công suất truyền tải qua cuộn dây kia. Thông thường tỷ số công suất các cuộn dây là 100/100/100, 100/100/66,7 hay 100/66,7/66,7 nghĩa là cuộn dây có công suất thấp nhất cũng bằng 66,7% công suất định mức. Do đó, nếu truyền công suất qua cuộn dây nào đó quá nhỏ sẽ không tận dụng được khả năng tải của nó. • Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc tự ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết bị phân phối sẽ phức tạp hơn. • Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía trung và cao đều là những lưới điện có trung tính trực tiếp nối đất (U ≥ 110kV). • Khi công suất tải lên điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì phải đặt ít nhất hai máy biến áp. • Không nên nối song song máy biến áp hai cuộn dây với máy biến áp ba cuộn dây vì thường không chọn được hai máy biến áp có tham số phù hợp với điều kiện để vận hành song song. Nhà máy gồm 4 tổ máy, công suất định mức của mỗi tổ máy là 55MW cung cấp điện cho các phụ tải : - Phụ tải cấp điện áp máy phát 10kV. - Phụ tải cấp điện áp trung 110kV. - Phát công suất thừa lên hệ thống 220kV. Phụ tải địa phương cấp điện áp 10kV có công suất S UFmax = 23,53MVA Sinh viên thực hiện : Nguyễn Xuân Cường Lớp HTĐ3-K46 GVHướng dẫn : PGS Nguyễn Hữu Khái 10