đồ án phần điện trong NMĐ và TBA

Đồ án thiết kế trạm điện trong nhà máy điện 2018. Dành cho sinh viên cần tham khảo để giải quyết những thắc mắc hay bài làm tất cả đều có trong đồ án. Đồ án dài gồm 5 máy biến áp và các cách, phương pháp giải quyết các vấn đề liên quan.

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ SUẤT CẤU TRÚC

1.2 Tính toán cân bằng công suất

a.Phụ tải toàn nhà máy:

0 4 8 12 16 20 24 0

1.3 Phụ tải tự dùng :

- Xác định phụ tải tự dùng của nhà máy thủy điện :

- Công suất điện tự dùng của nhà máy thủy điện phần lớn là công suất tự dùng chung của toàn nhà máy, không phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy Do vậy công suất tự dùng chung cho nhà máy coi như không đổi và xác định theo công thức sau :

α% - Lượng điện phần trăm tự dùng

cosφ td – hệ số công suất phụ tải tự dùng.

1.4 Tính toán phụ tải các cấp điện áp

a Phụ tải cấp điện áp máy phát 10,5 kV

Phụ tải cấp điện áp máy phát(địa phương) có U F = 10,5 kV, P UFm = 8 MW ; cosφ = 0,87

Biến thiên phụ tải hằng ngày: P UF (%) = P P UF (t ) (MW )

UFm(MW ).100

% cos 100

Tính toán cho từng thời điểm ta có kết quả sau:

Bảng 1.3: Công suất của phụ tải cấp máy phát

t(h) 0-7 7-12 12-18 18-24

Suf(MVA) 6.44 9.2 8.47 6.44

Ta có đồ thị phụ tải cấp máy phát:

b Phụ tải trung áp: 110kV

P 110m = 150 MW ; cosφ tb = 0,86 gồm 2 đường dây kép x50MW và 1 đường dây đơn x60MV

Biến thiên phụ tải hằng ngày:

c Phụ tải cao áp: 220 kV

Công suất liên lạc nhà máy phát với hệ thống nhờ 1 đườn dây kép dài 80km Công suất hệ

thống: S dmHT=3000 Dự trữ quay của hệ thống bằng 100MVA Điện kháng định

mức hệ thông bằng 2.

Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm ( công suất phát bằng công suất thu) ,

không xét đến công suất tổn thất trong máy biến áp ta có: S VHT (t) = S tnm (t) – [S đp (t) +

S UT (t) +S TD (t)]

Trong đó: S VHT (t) - công suất phát về hệ thống tại thời điểm t.

Stnm(t) – công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t.

Sđp (t) – công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t.

S UT (t) – công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t.

Từ đó ta lập bảng tính toán và cân bằng công suất toàn nhà máy như sau:

Bảng 1.5:

1.5 Đề xuất phương án nối dây (thiết lập sơ đồ cấu trúc).

Việc lựa chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những khâu quan trọng nhất trong việc tính toán và thiết kế nhà máy điện Chọn sơ đồ nối điện chính phải đảm bảo thỏa mãn được những điều kiện sau:

+ Về kỹ thuật:

- Đảm bảo an toàn cung cấp điện theo yêu cầu.

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

+ Về kinh tế:

- Vốn đầu tư nhỏ

- Dễ vận hành ,thay thế, lắp đặt, sửa chữa.

- Có sự linh hoạt trong vận hành ( vận hành theo nhiều phương pháp)

- Có khả năng phát triển về sau.

Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy có 5 tổ máy phát, công suất định mức mỗi tổ máy là 67

MW có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở 3 cấp điện áp sau:

Phụ tải địa phương ở cấp điện áp U F có:

Có 2 cấp điện áp cao là 110 kV và 220 kV là mạng trung tính nối đất trực tiếp Mặt khác

→Nên dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp điện

áp vừa để phát công suất lên hệ thống.

Công suất của hệ thống là 3500 MVA, công suất dự trữ quay của hệ thống bằng 12% =

420 MVA Một tổ máy phát có công suất định mức là 80 MVA vậy nếu ghép từ 2-5 máy phát chung một MBA vẫn thỏa mãn: ΣS đmF ≤ S HT

Nhược điểm:

suất truyền từ phía cao sang qua cuộn trung của máy biến áp

tự ngẫu gây tổn thất qua 2 lần máy biến áp)

thành sẽ cao hơn

Phương án 2:

- cần 3 chủng loại máy biến áp nên tốn chi phí.

Phương án 3:

**Đề xuất thêm các phương áp dùng máy biến áp 3 cuộn dây.

Nếu dùng máy biến áp 3 cuộn dây cần thỏa mãn các điều kiện:

-số máy biến áp 3 cuộn dây

max 1 1.167

H F

S m

S

Nên cần 2 máy trở lên

-số MBA 2 cuộn dây phía cao áp

min 2.1

vht F

S p

S

Có thể dùng 1 hoặc 2 máy hoặc k dùng

-số MBA 2 cuộn dây phía trung áp

min 2.2

T F

S q

S

Có thể dùng 1 hoặc 2 máy hoặc k dùng

-tổng m+p+q=5

Phương án 5:

Nhận xét: phía cao áp gồm 2 máy biến áp 3 cuộn dây và 2 máy biến áp 2cuộn dây

Phía trung áp chỉ có 1 MBA 2 cuộn dây

-nhược điểm: dùng 2 MBA 2 cuộn dây bên cao áp sẽ rất tốn chi phí

*qua 5 phương án ta thấy phương án 3 và 4 khả thi nhất và nhiều ưu điểm nên chọn 2 phương án này để tính toán

Chương 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

A.Ph ương án ng án th 1 ứ 1 :

1.Phân b công su t cho các máy bi n áp khi làm vi c bình th ố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường ất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường ến áp khi làm việc bình thường ệc bình thường ường ng

a Đối với các máy biến áp nội bộ B3, B4, B5 (110kV)

Với các bộ MF-MBA vận hành với tải bằng phẳng tức là cho phát hết công suất

từ 0-24h lên thanh góp.Khi đó công suất tải qua MBA được tính như sau:

SđmB3 =SđmB4 =SđmB5 ≥ SđmF - 1

n.STD = 51,76 MVA

Phần công suất còn lại do các máy biến áp liên lạc đảm nhận.

b Phân bố công suất cho các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu B1, B2.

Khi phân bố công suất cho các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu ta cần chú ý qui ước:

- Đối với cuộn hạ áp chiều truyền công suất từ máy phát vào cuộn dây là chiều dương

- Đối với cuộn trung và cuộn cao áp, chiều dương là chiều truyền công suất từ máy biến áp đi ra

Trong chế độ bình thường, công suất tải qua các phía cao, trung, hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu được tính như sau:

2 Ch n lo i và công su t đ nh m c c a máy bi n áp ọn loại và công suất định mức của máy biến áp ại và công suất định mức của máy biến áp ất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường ịnh mức của máy biến áp ứ 1 ủa máy biến áp ến áp khi làm việc bình thường

Công suất của các máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việc bình thường ứng với phụ tải cực đại khi tất cả các máy biến

áp đều làm việc Mặt khác khi có bất kỳ máy biến áp nào phải nghỉ do sự cố hoặc do sữa chữa thì các máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố phải đảm bảo đủ công suất cần thiết

Ta chọn 2MBA đều là loại 3pha hai dây quấn, không điều chỉnh dưới tải, có công suất được chọn theo hai điều kiện :

SđmB ≥ SđmF – 1n Std ≈ SđmF

Trong đó : SđmF : công suất định mức máy phát

SđmB : công suất định mức máy biến áp ta chọn

Áp dụng để chọn máy biến áp ta có: SđmF = 63 ( MVA )

→ ta chọn được máy biến áp B1 có mã hiệu và tham số như sau :

b Ch n máy bi n áp liên l c ọn loại và công suất định mức của máy biến áp ến áp khi làm việc bình thường ại và công suất định mức của máy biến áp

Với nhận xét như ở trên ta chọn các máy biến áp liên lạc B1, B2 là các máy biến

áp tự ngẫu Đối với máy biến áp tự ngẫu thì lõi từ cũng như các cuộn dây nối tiếp, trung, hạ đều được thiết kiết theo công suất tính toán :

Stt ≥ α.SđmB

Trong đó : - α : là hệ số có lợi của máy biến áp

- SđmB : công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu

Để chọn được công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu trước hết phải xác định được công suất tải lớn nhất trong suốt 24h của từng cuộn dây Gọi là công suất thừa lớn nhất.

Công thức xác định công suất định mức MBA tự ngẫu như sau :

-3 Ki m tra quá t i c a các máy bi n áp ểm tra quá tải của các máy biến áp ải của các máy biến áp ủa máy biến áp ến áp khi làm việc bình thường

Máy biến áp trong sơ đồ bộ MF-MBA không cần kiểm tra quá tải vì 1 trong haiphần tử gặp sự cố thì cả bộ ngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố

a Quá t i s c ải sự cố ự cố ố: Ta chỉ cần kiểm tra các máy biến áp tự ngẫu trong các trường hợp sự cố nặng nề nhất khi SUTmax và SUTmin , xét các trường hợp sau :

- Giả thiết sự cố MBA bộ B3 hỏng ứng với thời điểm phụ tải điện áp trung cực đại SUTmax =174.42( MVA ) trong thời điểm từ 12h – 18h

- Điều kiện kiểm tra quá tải: 2.Kqtsc.α SđmB1(B2) + 2.SB5(B4) ≥ SmaxUT

Ta thấy công suất truyền tải từ H →T C nên cuộn hạ mang tải nặng nhất

Lượng công suất thiếu của nhà máy phát vào hệ thống được tính theo công thức:

Sthiếu = SVHTmax - 2SCC = 144,7 – 2.14,09 = 116.52 MVA < Sdựtrữ

→ Nhà máy làm việc ổn định với hệ thống

- Trường hợp hỏng 1 máy biến áp liên lạc B2

Điều kiện kiểm tra quá tải:

S CH = SđmF- Sđpmin- 15 Std  SCH = 42,56 MVA

SCC = S CH - S CT SCC = 23,42 MVA

Chiều truyền công suất từ H → T,C nên cuộn hạ mang tải nặng nhất

Lượng công suất thiếu của nhà máy phát vào hệ thống:

Sthiếu = SVHTmax - SCC = 144,7 – 23,42 = 121.28MVA < Sdựtrữ

→ Nhà máy làm việc ổn định với hệ thống

4 Tính toán t n th t trong máy bi n áp ổn thất trong máy biến áp ất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường ến áp khi làm việc bình thường

Để vận hành đơn giản cho bộ máy phát điện – máy biến áp mang tải bằng phẳng

Tổn thất điện năng trong máy biến áp B3, B4, B5:

ΔPA3 = ΔPA4 = ΔPA5 = (67 +300 51,762

Tổng tổn thất điện năng của máy biến áp bộ:

ΔPAbộ =ΔPA3 + ΔPA4 + ΔPA5 =3 2360,8 = 7082,4 MWh

4.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức:

∆A=∆P0.8760+365.∑⦋ ∆ P C N .¿¿∆P N H ¿ ¿⦌.∆t i

Trong đó : ∆A : tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu ( MWh )

∆Po : tổn thất không tải máy biến áp tự ngẫu ( kW )

D P , P , P NC D NT D NH: tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao, trung, hạ.

S , S , S iC iT iH : công suất phụ tải phía cao, trung, hạ của MBA tự ngẫu ở thời điểm t ( MVA ) đã được tính ở phần phân bố công suất

ti : khoảng thời gian tính theo giờ của từng thời điểm trong ngày

∆ P C N=0.5× ¿)=0.5×260130−1300,52 = 130kW

Vậy tổng tổn thất điện năng của các máy biến áp trong 1 năm là :

+ Phía cao áp máy biến áp liên lạc :

- Ở chế độ bình thường : SCmax = 72,35 MVA

- Chế độ sự cố 1 MBA liên lạc : SCmax = 23,42 MVA

3.U

=

72,35 3.220  0,19 kA

 Dòng cưỡng bức cực đại phía 220 kv là Imaxcb = 0,38kA

b Phía 110 kV :

+ Máy biến áp bộ : Icb = 1,05 Idm =

Fdm dm

1,05.S 3.U =

1,05.55 3.110  0,3 kA

+ Cuộn trung áp máy biến áp liên lạc khi có sự cố :

- Khi bình thường : SmaxT = 9,57 MVA

- Khi sự cố 1 Mba bộ : STmax= 35,45 MVA

- Khi sự cố 1 MBA liên lạc : SmaxT = 19,14MVA

3.U

=

35,45 3.110 0,186 kA

c Phía hạ áp 10,5 kV

+ Phía đầu máy phát : Icb =

Fdm dm

1,05.S

1,05.55 3.10,5 3,2 kA

B.Ph ương án ng án th 2 ứ 1

1 Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường

a Đối với máy biến áp nội bộ B4 B5 (110 kV)

Với bộ MF-MBA vận hành với tải bằng phẳng tức là cho phát hết công suất từ 0-24h lên thanh góp.Khi đó công suất tải qua MBA được tính như sau:

SđmB4 ≥ SđmF - 1

n.STD = 51,76 MVA

Phần công suất còn lại do các máy biến áp liên lạc đảm nhận.

b Phân bố công suất cho các cuộn dây của máy biến áp ba cuộn dây B2, B3.

Trong chế độ bình thường, công suất tải qua các phía cao, trung, hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu được tính như sau:

- Phía cao: SC =0,5(S VHT - Sbộ )

Trong đó : SđmF : công suất định mức máy phát

SđmB : công suất định mức máy biến áp ta chọn

Áp dụng để chọn máy biến áp ta có: SđmF = 63 ( MVA )

→ ta chọn được máy biến áp B1 B4 B5 có mã hiệu và tham số như sau :

b Chọn máy biến áp liên lạc

Với nhận xét như ở trên ta chọn các máy biến áp liên lạc B2, B3 là các máy biến

áp 3 cuộn dây

Để chọn được công suất định mức của máy biến áp 3 cuộn dây trước hết phải xác định được công suất tải lớn nhất trong suốt 24h của từng cuộn dây Gọi là công suất thừa lớn nhất

Công thức xác định công suất định mức MBA 3 cuộn dây như sau :

SđmB ≥ Smaxthua= 89,71 MVA

Vậy ta chọn MBA 3 cuộn dây có mã hiệu ATДЦTHTH các thông số cho trong

-3 Kiểm tra quá tải của các máy biến áp.

3.1 Máy biến áp nối bộ

Máy biến áp trong sơ đồ bộ MF-MBA không cần kiểm tra quá tải vì 1 trong hai phần tử gặp sự cố thì cả bộ ngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố

3.2 Các máy biến áp liên lạc B2 và B3.

a Quá tải sự cố : - Giả thiết sự cố MBA bộ B4 hỏng ứng với thời điểm phụ tải điện áp trung cực đại SUTmax =174,42 ( MVA ) trong thời điểm từ 12h – 18h

- Điều kiện kiểm tra quá tải: 2.Kqtsc.SđmB2(B3) +SB5 ≥ SmaxUT

 2.1,4.100 + 63= 343 MVA > 174,42 MVA

→ Thỏa mãn

Sthiếu = SVHTmax - 2SCC – SboB1= 144,7 - 2.15,31 - 51,76 = 62,32 MVA < Sdựtrữ

→ Nhà máy làm việc ổn định với hệ thống

- Trường hợp hỏng 1 máy biến áp liên lạc B2

Điều kiện kiểm tra quá tải:

Kqtsc SđmB + 2Sbộ ≥ SmaxUT ↔ 1,4.100 + 2.63 =266 MVA > 174,42 MVA

SCC = SCH - SCT S CC = 27,4 MVA

công suất truyền tải từ H → C , T nên cuộn hạ áp mang tải nặng nhất

Lượng công suất thiếu của nhà máy phát vào hệ thống

Sthiếu = SVHTmax - SCC - SbộB1= 174,42 – 27,4 – 51,76 = 95,26 MVA < Sdựtrữ

→ Nhà máy làm việc ổn định với hệ thống

4 Tính toán tổn thất trong máy biến áp

Để vận hành đơn giản ta cho bộ máy phát điện – máy biến áp mang tải bằng phẳng

Phương án 2 có tổng tổn thất điện năng của các máy biến áp trong 1 năm là :

+ Phía cao áp máy biến áp liên lạc :

- Ở chế độ bình thường : SCmax = 49,4 MVA

- Chế độ sự cố 1 MBA liên lạc : SCmax = 27,4 MVA

3.U

=

49,4 3.220 0,13 kA

 Dòng cưỡng bức cực đại phía 220 kv là Imaxcb =0,38

b Phía 110 kV :

+ Máy biến áp bộ : Icb = 1,05 Idm =

Fdm dm

1,05.S 3.U =

1,05.63 3.110  0,347 kA

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

Tính toán dòng điện ngăn mạch nhằm phục vụ cho việc lựa chọn các khí cụ điện

và các phần tử có dòng điện chạy qua, như máy cắt , dao cách li, kháng điện, thanh dẫn, thanh góp, cáp…

Để tính dòng điện ngắn mạch trước hết ta chọn điểm ngắn mạch tính toán, rồi lập sơ đồ thay thế, tính điện kháng các phần tử, chọn các đại lượng cơ bản từ

- Để chọn các khí cụ điện cho mạch 220kV ta lấy điểm N1 trên thanh góp

220kV làm điểm ngắn mạch tính toán Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N1 làtất cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống

- Để chọn khí cụ điện cho mạch 110kV ta chọn điểm N2 trên thanh góp 110kV làm điểm ngắn mạch tính toán Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là các máy phát điện và hệ thống

- Chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện: lấy điểm ngắn mạch N3 và N3’.+ Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 là các máy phát điện và hệ thống trừmáy phát F1

+Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3’ chỉ là máy phát F1

- Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng, điểm ngắn mạch là N4 nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống

Icb2 =

2

23.

Icb3 =

3

33.

Áp dụng các công thức ta xác định được trị số các phần tử trên sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối cơ bản

- Hệ thống: XHT =

HT dmHT

S X

S =

100 2.

S x

100 100 = 0

XH =

%

100

100 100 = 0,195

- Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4, B5:

XB3 =XB4 = XB5 =

%

100

N cb Bdm

12 100

= 0,114Tiếp tục thu gọn sơ đồ:

S S

S U



= 2,48

5.55 3.220= 1,79 kA

S U



= 2,02

5.55 3.220 = 1,46 kA

- Nhánh hệ thống :

điện kháng tính toán : XttHT= X3

HT cb

S

3000

100 = 2,79 < 3Tra đường cong tính toán với t=0 và t= ∞ ta được các trị số dòng ngắn mạch như sau :

"

*HT

I = 0,362 →I"HT = I*HT" . 3.

HT cb

S

3000 3.220 = 2,85kA

S

3000 3.220= 2,976kA

biến đổi tương đương ta có:

biến đổi tương tự như điểm ngắn mạch N1 ta có:

38

N2

N2

F345F12

S S



= 0,087

5.55

100 = 0,24 Tra đường cong tính toán với t=0 và t= ∞ ta được các trị số dòng ngắn mạch như sau :

"

*MF

I = 4,2 → IMF" = I*MF" 3.

dmF cb

S U

S U



= 2,4

5.55 3.220 = 1,732 kA

- Nhánh hệ thống

Điện kháng tính toán : : XttHT= X7

HT cb

HT ttHT cb

S

4,5 3.220= 1,75 kA

Khi ngắn mạch tại N3’ nguồn cấp chỉ là máy phát F1

Ta có sơ đồ thay thế như sau:

Vậy điện kháng tính toán là : Xtt = XMF.

dmF cb

S

55 3.10,5= 21,32 kA

S

55 3.10,5 = 8,07 kA

Biến đổi tương đương



= 0,143

Biến đổi Y/∆ đối với các nhánh X6 , XH, X5 ta có:

X11 = X7 + XH +

7 10

. H

X X

0,15.0,195 0,107 = 0,62

X12 = X10+ XH +

10 7

HT ttHT cb

S

18,6 3.10,5= 8,87 kA

- Nhánh máy phát:

điện kháng tính toán:

XttF = X12

dmF cb

S S



= 0,44

4.55

100 = 0,968Tra đường cong tính toán với t=0 và t= ∞ ta được các trị số dòng ngắn mạch như sau :

"

*MF

I = 1,05 → IMF" = I*MF" 3.

dmF cb

S U



= 1,05

4.55 3.10,5= 12,7 kA

N2

5