ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp mà một trong những đề tài quan trọng của sinh viên khối ngành kỹ thuật điện, điện tử. Đồ án thể hiện khá chi tiết và hợp lí nội dung các chương phù hợp với nội dung đề tài.

-NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Ngọc Thạch

I THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

II SỐ LIỆU

1.Nhà máy điện gồm 5 tổ máy x 57 MW

Bảng biến thiên công suất phát hàng ngày theo thời gian

5 đường dây cáp đơn x2 MW

Bảng biến thiên phụ tải hàng ngày theo thời gian

Thời gian cắt của role tC = 0,5 sec

3.Phụ tải trung áp:Uđm=100kV; Pmax=110 MW; cos =0,88

Gồm : 2 đường dây cáp kép x 25 MW

3 đường dây cáp đơn x 20 MW

Biến thiên phụ tải hàng ngày theo thời gian :

4.Hệ thống :Uđm=220kV; Sđm=3500 MVA (Không kể nhà máy thiết kế)

- Công suất ngắn mạch: SN=4300 MVA

- Nhà máy nối với hệ thống bằng đường dây kép dài 125km

III.NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

2 Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy

3 Tính toán ngắn mạch

4 So sánh kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu

5 Tính chọn khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua

6 Tính chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng

IV Ngày giao đồ án tốt nghiệp: 05/10/2017

V Ngày hoàn thành đồ án tốt nghiệp: 02/1/2018

Bình Định, ngày 20 tháng 12 năm 2017

TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ts Huỳnh Đức Hoàn

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 2

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 2

1.1.Chọn máy phát điện 2

1.2.Tính toán cân bằng công suất 3

1.2.1.Phụ tải địa phương 3

1.2.2.Phụ tải trung áp 4

1.2.3.Phụ tải của toàn nhà máy 5

1.2.4.Phụ tải tự dùng 6

1.2.5 Cân bằng công suất toàn nhà máy và xác định công suất phát vào hệ thống 8

1.2.6 Nhận xét chung 10

Chương 2 11

CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY 11

2.1 Chọn phương án nối dây 11

2.1.1 Phương án 1 11

2.1.2 Phương án 2 12

2.1.3 Phương án 3 13

2.2 Kết luận và chọn sơ bộ phương án tối ưu 14

2.3 Chọn máy biến áp cho các phương án và phân phối công suất cho các máy biến áp 14

2.3.1 Chọn công suất máy biến áp 14

2.3.1.1 Phương án 1 15

2.3.1.2 Phương án 2 16

2.3.2 Phân phối công suất cho các máy biến áp và các cuộn dây máy biến áp .17

2.3.2.1 Phương án 1 17

2.3.3.1 Phương án 1 19

2.4 Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp 24

2.4.1 Phương án 1 25

2.4.2 Phương án 2 27

Chương 3 30

XÁC ĐỊNH DÒNG LÀM VIỆC CƯỠNG BỨC 30

VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 30

3.1 Xác định dòng làm việc cưỡng bức 30

3.1.1 Tính dòng cưỡng bức cho phương án 1 30

3.1.2 Tính dòng điện cưỡng bức cho phương án 2 31

3.2 Tính toán dòng điện ngắn mạch 32

3.2.1 Phương án 1 32

3.2.1.1 Chọn các đại lượng cơ bản 32

3.2.1.2 Chọn điểm ngắn mạch tính toán 33

3.2.1.3 Tính điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối 34

3.2.1.4 Lập sơ đồ thay thế và tính toán ngắn mạch 35

3.2.2.Phương án 46

3.2.2.1 Chọn điểm ngắn mạch tính toán 46

3.2.2.2 Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch tính toán 47

Chương 4 58

TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 58

4.1 Chọn máy cắt cho các mạch 58

4.2 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 59

4.2.1 Phương án 1 59

4.2.2 Phương án 2 60

4.3 Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu 61

4.3.1 Vốn đầu tư của các phương án 62

4.3.2 Phí tổn vận hành hằng năm 62

4.3.3 Tính chi tiết từng phương án 63

4.3.3.1 Phương án 1 63

4.3.3.2 Phương án 2 64

CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA 67

5.1 Chọn dao cách ly 67

5.2 Chọn thanh dẫn và thanh góp 68

5.2.1 Chọn dây dẫn, thanh góp mềm 68

5.2.1.1 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch 70

5.2.1.2 Kiểm tra điều kiện vầng quang 73

5.2.2.Thanh dẫn cứng 75

5.2.2.1 Chọn tiết diện thanh dẫn cứng 75

5.2.2.2 Kiểm tra ổn định động 76

5.3 Chọn sứ đỡ cách điện 77

5.3.1 Kiểm tra ổn định động 78

5.4 Chọn biến điện áp và biến dòng điện 79

5.4.1 Cấp điện áp 220KV 80

5.4.2 Cấp điện áp 110kV 80

5.5 Mạch máy phát 81

5.6.Chọn cáp, kháng và máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phương 84

5.6.1 Chọn cáp 84

5.6.2 Chọn máy cắt điện 88

5.6.3 Chọn kháng điện 88

5.7 Chọn chống sét van cho thanh góp 92

5.8 Chọn chống sét van cho máy biến áp 93

5.8.1 Chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu 93

5.8.2 Chống sét van cho máy biến áp hai dây quấn 93

Chương 6 95

CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG 95

6.1 Máy biến áp 95

6.2.Chọn máy cắt 96

6.2.1 Chọn máy cắt cho mạch tự dùng cấp điện áp 10,5kV 96

6.3 Chọn dao cách ly 97

6.4 Chọn aptomat cho tự dùng cho thanh góp 0,4kV 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

Hình 1.1 Đồ thị thời gian phụ tải điện áp máy phát 4

Hình 1.2 Đồ thị thời gian phụ tải trung áp 5

Hình 1.3 Đồ thị thời gian phụ tải toàn nhà máy 6

Hình 1.4 Đồ thị thời gian phụ tải tự dùng 7

Hình 1.5 Đồ thị công suất phát về hệ thống 8

Hình 1.6 Đồ thị phụ tải tổng hợp 9

Hình 2.1 Sơ đồ nối điện phương án 1 12

Hình 2.2 Sơ đồ nối điện phương án 2 13

Hình 2.3 Sơ đồ nối điện phương án 3 14

Hình 2.4 Phương án 1 khi sự cố máy biến áp B5 20

Hình 2.5 Phương án 1 khi sự cố máy biến áp tự ngẫu B2 21

Hình 2.6 Phương án 2 khi sự cố máy biến áp B5 22

Hình 2.7 Phương án 2 khi sự cố máy biến áp tự ngẫu B3 23

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán ngắn mạch phương án 1 33

Hình 3.2 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch phương án 1 34

Hình 3.3 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N1 36

Hình 3.4 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N1 37

Hình 3.5 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N1 37

Hình 3.6 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N2. 39

Hình 3.7 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N2 39

Hình 3.8 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N2 40

Hình 3.9 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N3 41

Hình 3.10 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N3 42

Hình 3.11 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N3 42

Hình 3.12 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N3 43

Hình 3.13 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N3 43

Hình 3.14 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch điểm N3 44

Hình 3.15 Sơ đồ tính toán ngắn mạch phương án 2 46

Hình 3.16 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch phương án 2 47

Hình 3.17 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N1 48

Hình 3.18 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N1 49

Hình 3.21 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N2. 51

Hình 3.22 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N2 52

Hình 3.23 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N3 53

Hình 3.24 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N3. 54

Hình 3.25 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N3 54

Hình 3.26 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N3 55

Hình 3.27 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N3. 55

Hình 3.28 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N3’ 56

Hình 4.1 Sơ đồ nối điện phương án 1 60

Hình 4.2 Sơ đồ nối điện phương án 2 61

Hình 5.1 Thanh dẫn cứng 76

Hình 5.2 Sứ đở cách điện 78

Hình 5.3 Lắp đặt biến dòng 79

Hình 5.4 Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào BU và BI 84

Hình 5.5 Sơ đồ nối kháng điện phụ tải địa phương 89

Hình 5.6 Sơ đồ thay thế 90

Hình 5.7 Chống sét van thanh góp 92

Hình 5.8 Chống sét van máy biến áp tự ngẫu 93

Hình 5.9 Chống sét van máy biến áp hai cuộn dây 220kV 94

Hình 5.10 Chống sét van máy biến áp hai cuộn dây 110kV 94

Hình 6.1 Sơ đồ thay thế ngắn mạch 98

Hình 6.2 Sơ đồ tự dùng của nhà máy 99

Bảng 1.1 Thông số của máy phát điện 3

Bảng 1.2 Bảng tính toán phụ tải điện áp máy phát 4

Bảng 1.3 Bảng tính toán phụ tải trung áp 5

Bảng 1.4 Bảng tính toán phụ tải toàn nhà máy 6

Bảng 1.5 Bảng tính toán phụ tải tự dùng 7

Bảng 1.6 Bảng tính toán công suất phát vào hệ thống 8

Bảng 2.1.Thông số máy biến áp hai cuộn dây 15

Bảng 2.2 Thông số máy biến áp tự ngẫu 15

Bảng 2.3 Thông số máy biến áp hai cuộn dây phía 220kV 16

Bảng 2.4 Thông số máy biến áp hai cuộn dây 16

Bảng 2.5 Thông số máy biến áp tự ngẫu 16

Bảng 2.6 Thông số máy biến áp hai cuộn dây phía 220kV 17

Bảng 2.7 Bảng phân bố công suất qua MBA tự ngẫu 18

Bảng 2.8 Phân phối công suất MBA tự ngẫu 19

Bảng 2.9 Công suất qua MBA tự ngẫu 26

Bảng 2.10 Bảng phân phối công suất qua máy biến áp tự ngẫu 28

Bảng 3.1 Kết quả tính toán ngắn mạch phương án 1 45

Bảng 3.2 Kết quả tính toán ngắn mạch phương án 2 57

Bảng 4.1.Thông số máy cắt các phương án 59

Bảng 4.2 So sánh hai phương án 66

Bảng 5.1.Thông số dao cách ly 67

Bảng 5.2 Thông số của dây nhôm lõi thép 69

Bảng 5.3 Giá trị ngắn mạch tại các thời điểm 72

Bảng 5.4 Thông số của dây dẫn đã chọn 75

Bảng 5.5 Thông số của thanh dẫn 75

Bảng 5.6 Phụ tải của máy biến điện áp 81

Bảng 5.7 Phụ tải của máy biến dòng điện 83

Bảng 5.8 Thông số của máy cắt 88

Bảng 6.1.Thông số máy biến áp tự dùng 96

Bảng 6.2 Thông số máy cắt cấp 10,5kV 96

Bảng 6.3.Thông số của áptômát 97

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với tốc độ phát triển của khoa học kỹ thuật nhằm mục đích đẩymạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Bên cạnh những ngành công nghiệpkhác thì ngành công nghiệp năng lượng của những năm gần đây cũng đạt đượcnhững thành tựu đáng kể, đáp ứng được nhu cầu của đất nước Cùng với sự pháttriển của hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta nhu cầu điện năng trong các lĩnhvực công nghiệp dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Hiện nay nền kinh

tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến phụ tải điện ngày càng phát triển Dovậy việc xây dựng thêm các nhà máy điện là điều cần thiết để đáp ứng nhu cầu củaphụ tải Việc quan tâm quyết định đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong việc thiết

kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệthống kinh tế quốc dân Do đó việc tìm hiểu nắm vững công việc thiết kế nhà máyđiện, để đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện, an toàn và kinh tế

là yêu cầu quan trọng đối với người kỹ sư điện

Nhiệm vụ đồ án thiết kế của em là thiết kế nhà máy thủy điện Với nhữngkiến thức thu nhận được qua các năm học tập và sự hướng dẫn tận tình của thầyTs.Huỳnh Đức Hoàn, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệpcủa mình

Vì thời gian và kiến thức có hạn, nên đồ án của em không tránh khỏi nhữngsai sót Em kính mong các thầy cô giáo góp ý, chỉ bảo để em nắm vững kiến thứctrước khi ra trường

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn cùng tất cả các thầy cô giáo đã truyền thụ kiến thức cho em để cho em có điều kiện hoàn thành nhiệm vụ thiết kế

Bình Định, ngày 20 tháng 12 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Thạch

Chương 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Để thực hiện tốt nhiệm vụ thiết kế, chúng ta cần phải nắm vững số liệu đãcho cũng như xác định các yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi trong quá trình thiết kế Việctính toán, xác định phụ tải ở các cấp điện áp và lượng công suất nhà máy thiết kếtrao đổi với hệ thống điện cực kì quan trọng, là cơ sở giúp chúng ta xây dựng đượcbảng phân phối và cân bằng công suất toàn nhà máy Từ đó rút ra các điều kiện đểchọn các phương án nối điện toàn nhà máy tối ưu với thực tế yêu cầu thiết kế

1.1.Chọn máy phát điện

Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta ngàycàng xây dựng thêm nhiều nhà máy điện và trạm biến áp có công suất lớn, đây làphần không thể thiếu được trong hệ thống năng lượng Thiết bị quan trọng nhấttrong các nhà máy điện là máy phát điện, các máy phát điện biến đổi cơ năng thànhđiện năng tạo thành các nguồn cung cấp cho hệ thống

Ngoài ra, máy phát điện có khả năng điều chỉnh công suất của mình,do đógiữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điện năng (điều chỉnh điện áp

S đmF : là công suất định mức của máy phát điện

S dt : là công suất dự trữ của hệ thống

Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành ta chọn MPĐ cùng loại.Chọn điện áp định mức phát (U đmF ): càng lớn thì dòng điện làm việc vàdòng điện ngắn mạch càng nhỏ nên càng dễ chọn thiết bị Trong nhiệm vụ thiết kế

là nhà máy nhiệt điện với 5 tổ máy,công suất mỗi tổ máy là 57 MW.Ta chọn 5 máyphát thủy điện CB-660/185-32 với các thông số cho ở bảng 1.1 (nguồn: [1])

Bảng 1.1 Thông số của máy phát điện.

(MVA)

P(MW)

U(kV)

I(kA)

1.2.Tính toán cân bằng công suất

Tại mỗi thời điểm điện năng hoặc là công suất sản suất ra đúng bằng côngsuất phụ tải

Đối với người vận hành thì đồ thị phụ tải dùng để sản xuất, sửa chữa và thaythế các thiết bị

Đối với người thiết kế dựa vào phụ tải ở các cấp điện áp để chọn sơ đồ thiết

kế nhà máy điện và trạm biến áp Tiến hành tính toán kinh tế kỹ thuật để chọnphương án tối ưu

Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng:

+ Tiến hành tính toán và chọn thiết bị

+ Hệ số công suất Cosφ của phụ tải không khác nhau nhiều Để đơn giản tatính toán phụ tải, cân bằng công suất theo công suất biểu kiến

+ Mỗi cấp điện áp cho P max , Cos ϕ (là hệ số công suất trung bình củaphụ tải), cho P%(t) là công suất tại thời điểm t



Trong đó: P(t): là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t

S(t): là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t

Cos ϕ : là hệ số công suất phụ tải

1.2.1.Phụ tải địa phương

Bảng 1.2 Bảng tính toán phụ tải điện áp máy phát.

10,59

Hình 1.1 Đồ thị thời gian phụ tải điện áp máy phát.

P (t)

S (t) =

Cosφ

Sau khi tính toán kết quả ghi vào bảng sau:

Bảng 1.3 Bảng tính toán phụ tải trung áp.

Hình 1.2 Đồ thị thời gian phụ tải trung áp.

1.2.3.Phụ tải của toàn nhà máy

S (MVA)

4,56 0,85 = 5,36 MVAPhụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện được xác định theo biểu thức sau:

Std(t) = Stdmax(0,4 + 0,6

Snm (t)Snm )Trong đó : Std(t) : phụ tải tự dùng tại thời điểm t

Snm(t) : công suất của nhà máy phát ra tại thời điểm t

Snm : công suất đặt của toàn nhà máy

α : số phần trăm lượng điện tự dùng

Hình 1.4 Đồ thị thời gian phụ tải tự dùng.

1.2.5 Cân bằng công suất toàn nhà máy và xác định công suất phát vào hệ thống

Điện năng do nhà máy sản xuất ra, một phần tự dùng, một phần cung cấp chophụ tải điện áp máy phát, một phần cung cấp cho phụ tải trung áp 110kV phần cònlại phát về hệ thống

Như vậy công suất phát về hệ thống được xác định như sau:

SVHT(t) = SNM(t) – ( SUF(t) + ST(t) + Std(t)) Bảng biến thiên công suất tổng hợp:

Bảng 1.6 Bảng tính toán công suất phát vào hệ thống.

90,14

STD+SUF

STD

SNM

STD+SUF

+ ST

S (MVA)

5 đường dây cáp đơn x 2 MW

+ Phụ tải phía trung áp : STmax = 125 MVA

STmin = 75 MVA

Gồm : 2 đường dây cáp kép x 25 MW

3 đường dây cáp đơn x 20 MW

+ Công suất phát về hệ thống : SHTmax = 206,04 MVA

Xét tỷ số:

UFmax dmF

Chương 2 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY

2.1 Chọn phương án nối dây

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quátrình thiết kế nhà máy điện.Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của các hộ phụ tải vàyêu cầu về kinh tế, kỹ thuật của nhà máy mà đề ra các phương án sao cho đảm bảocác yêu cầu sau:

Khi làm việc bình thường phải cấp điện đầy đủ cho các hộ phụ tải theo yêucầu, khi sự cố một phần tử nào đó phải đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải quantrọng tránh trường hợp công suất tải qua nhiều lần máy biến áp gây tổn thất điệnnăng

Công suất mỗi bộ máy phát điện - máy biến áp không được lớn hơn dự trữquay của hệ thống

Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ, để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từcác bộ máy phát - máy biến áp,nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được vượt quá15% công suất của bộ

Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc tự ngẫu để liên lạchay 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 điện áp trung và cao đều cótrung tính trực tiếp nối đất

Các phương án nối điện có thể đưa ra như sau:

2.1.1 Phương án 1

Phương án này có hai máy phát điện-máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanhgóp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV và một máy phát 2 cuộndây nối lên thanh góp 220kV.Hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạcgiữa các cấp điện áp,vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống,vừa truyền tảicông suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV

-Ưu điểm :

Số lượng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giá thành

hạ hơn giá máy biến áp 220kV

Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục.

-Nhược điểm:

Tổn thất công suất lớn khi STmin

Hình 2.1 Sơ đồ nối điện phương án 1.

2.1.2 Phương án 2

Phương án 2 khác với phương án 1 ở chỗ chỉ có 1 bộ máy phát điện –máybiến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 110kV.Như vậy ở phía thanh góp 220kV cóđấu thêm 2 bộ máy phát điện–máy biến áp 2 cuộn dây

-Ưu điểm:

Bố trí nguồn và tải cân đối

Công suất truyền tải từ cao sang trung qua máy biến áp tự ngẫu nhỏ nên tổnthất công suất nhỏ

Đảm bảo về mặt kỹ thuật, cung cấp điện liên tục

Hình 2.2 Sơ đồ nối điện phương án 2.

2.1.3 Phương án 3

Nhà máy dùng năm bộ máy phát - máy biến áp:ba bộ nối với thanh góp220kV,hai bộ nối với thanh góp 110kV.Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạcgiữa thanh góp UC và thanh góp UT đồng thời để cung cấp điện cho phụ tải cấp điện

Hình 2.3 Sơ đồ nối điện phương án 3.

2.2 Kết luận và chọn sơ bộ phương án tối ưu

Các phương án đã nêu ra đều đảm bảo về mặt kỹ thuật tuy nhiên mỗi phương

án đều có những ưu nhược điểm riêng Do đó cần phải phân tích kĩ sơ bộ để loại trừphương án ít được sử dụng và giữ lại các phương án thông dụng nhất, sau đó tínhtoán cụ thể tìm ra phương án tối ưu

So sánh giữa phương án 1,2 và 3 ta thấy sơ đồ nối dây của phương án 1 vàphương án 2 đều đơn giản, độ tin cậy cung cấp điện cao, đảm bảo về mặt kỹ thuật

Phương án 3 có số lượng máy biến áp nhiều nhưng khác loại nên không đảmbảo về mằt kinh tế lẫn kỹ thuật.Vì vậy, chọn phương án 1 và phương án 2 để tínhtoán

2.3 Chọn máy biến áp cho các phương án và phân phối công suất cho các máy biến áp

2.3.1 Chọn công suất máy biến áp

Vốn đầu tư máy biến áp chiếm một phần rất quan trọng trong tổng số vốnđầu tư của hệ thống điện, vì vậy chọn số lượng máy biến áp và công suất định mứccủa chúng là việc làm rất quan trọng Vì vậy trong thiết kế nhà máy điện, ta mongmuốn công suất máy biến áp nhỏ, số lượng máy biến áp ít để giảm tổn thất điệnnăng nhưng vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Trong thiết kế này,

giả thiết các máy biến áp được chọn phù hợp với nhiệt độ môi trường tại nơi lắp đặtnên không cần hiệu chỉnh công suất của chúng Nguyên tắc chung để chọn máy biến

áp là chọn công suất định mức của máy biến áp lớn hơn hoặc bằng công suất cựcđại, sau đó kiểm tra lại điều kiện sự cố có kể đến hệ số quá tải

2.3.1.1 Phương án 1

+ Bộ máy phát–máy biến áp hai cuộn dây (phía thanh góp 110kV)

SđmB5 ≥ SđmF = 67,1 MVAVậy ta chọn máy biến áp TДЦ có Sđm = 80 MVA có các thông số sau (Nguồn: [1])

Bảng 2.1.Thông số máy biến áp hai cuộn dây.

Cấp

SđmMVA

Điện áp cuộn dây, kV

Tổn thất , kW



Trong đó:

220 110

0, 5220

SđmB3 = SđmB4 ≥

67,10.5 = 134,2 MVAVậy ta chọn máy biến áp ATДЦTH có thông số sau (Nguồn: [1])

Bảng 2.2 Thông số máy biến áp tự ngẫu.

Loại

SđmMVA

Vậy ta chọn máy biến áp TДЦ có Sđm= 80 MVA có thông số sau (Nguồn: [1])

Bảng 2.3 Thông số máy biến áp hai cuộn dây phía 220kV.

Cấp điện

SđmMVA

Điện áp cuộn dây kV Tổn thất kW

UN

220 TДЦ 80 242 10.5 80 320 11 0.6

2.3.1.2 Phương án 2

+ Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây (phía thanh góp 110kV)

SđmB4 = SđmB5 ≥ SđmF = 67,1 MVAVậy ta chọn máy biến áp TДЦ có Sđm= 80 MVA có thông số sau (Nguồn: [1])

Bảng 2.4 Thông số máy biến áp hai cuộn dây.

Cấp điện

SđmMVA

Điện áp cuộn dây, kV

Tổn thất, kW



Trong đó:

220 110

0, 5220

SđmB2 = SđmB3 ≥

67,10.5 = 134,2 MVAVậy ta chọn máy biến áp ATДЦTH có thông số sau (Nguồn: [1])

Bảng 2.5 Thông số máy biến áp tự ngẫu.

Loại

SđmMVA

Bảng 2.6 Thông số máy biến áp hai cuộn dây phía 220kV.

Cấp điện

SđmMVA

Điện áp cuộn dây

220 TДЦ 80 242 10.5 80 320 11 0.6

2.3.2 Phân phối công suất cho các máy biến áp và các cuộn dây máy biến áp

SC(t), ST(t), SH(t): công suất biểu kiến qua cuộn cao, trung, hạ của một máy biến

áp tự ngẫu ở thời điểm t

SVHT(t), ST(t) : công suất biểu kiến về hệ thống, phụ tải bên trung ở thời điểmt

SbC, SbT: công suât biểu kiến phía cao áp, phía trung áp của máy biến áphai cuôn dây

Chiều đi từ máy phát lên thanh góp đối với máy biến áp hai cuộn dây và đi từcuộn hạ lên phía cao và trung đối với máy biến áp liên lạc

2.3.2.1 Phương án 1

– Máy biến áp hai cuộn dây: phương án này có hai bộ máy biến áp nối vàothanh góp 110kV khi phụ tải trung áp nhỏ nhất nhưng vẫn bé hơn công suất tổngcủa hai bộ máy biến áp nên sẽ có một lượng công suất truyền qua 2 lần máy biến

áp Để thuận tiện vận hành, các bộ máy phát điện - máy biến áp (F4- B4, F5- B5) chomang tải với đồ thị bằng phẳng Do đó tải mỗi máy B4, B5 là:

Ta có bảng phân bố công suất cho ở bảng:

Bảng 2.7 Bảng phân bố công suất qua MBA tự ngẫu.

t(h)

– Máy biến áp hai cuộn dây:

Ở phương án này có ba bộ máy biến áp hai cuộn dây trong đó có 1 bộ trựctiếp nối vào thanh góp 110kV, còn 2 bộ nối trực tiếp vào thanh góp 220kV

Để kinh tế và vận hành thuận tiện cho 3 bộ máy phát - máy biến áp hai cuộndây (F1- B1, F2- B2, F5- B5) làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng Do đó công suấtmỗi máy B1,B2,B5 là:

SbT = SbC = SđmF –

tdmaxS

5 = 67,1 –

5,36

5 = 66,03 MVA–Máy biến áp tự ngẫu:

Ta có bảng phân bố công suất cho ở bảng:

Bảng 2.8 Phân phối công suất MBA tự ngẫu.

t(h)

5 ) = 66,03 MVAMáy biến áp tự ngẫu: Từ 16÷18h các máy biến áp tự ngẫu B2, B3 làm việcvới hạ áp cực đại Khi đó, cuộn nối tiếp có tải lớn nhất và ta có:

SHmax = 58,87 MVA < SHđm = 0,5.160 = 80 MVANên B2, B3 không bị quá tải lúc làm việc bình thường

*Khi làm việc lúc sự cố:

a Giả thiết sự cố máy biến áp ba pha hai cuộn dây B5

Khi hỏng máy biến áp B5 thì bộ máy phát – máy biến áp F4- B4 cung cấp cho phụ tảiđiện áp trung một lượng công suất là:

Sthiếu = STmax – SbT = 125 – 66,03 = 58,97 MVANhư vậy công suất truyền qua cấp trung của một máy biến áp liên lạc là:

Scc = SH – SCT = 57,21 29,48 = 27,73 MVALượng công suất thiếu trên hệ thống khi bị sự cố là:

Sthiếu = SVHT – 2Scc – SbT = 190,83 – 2.27,73 – 66,03 = 69,34 MVA

Ta thấy: Sthiếu = 69,34 MVA < Sdtht = 180 MVA

Vậy khi sự cố máy biến áp bộ bên trung áp 110kV thì không có cuộn dây nàoquá tải Máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

Hình 2.4 Phương án 1 khi sự cố máy biến áp B5.b.Sự cố máy biến áp tự ngẫu B2

Khi sự cố máy biến áp liên lạc B2, máy biến áp còn lại sẽ truyền tải đượclượng công suất với hệ số quá tải k = 1,4 là:

SCH = 1,4.α.SđmB1 = 1,4.0,5.160 = 112 MVACông suất truyền qua cấp trung của máy biến áp liên lạc sang bên trung áp:

SCT = STmax – 2SbT = 125 – 2.66,03 = –7,06 MVA(dấu trừ chỉ công suất truyền theo hướng ngược lại từ thanh góp trung áp 110kVsang cuộn trung của máy biên áp liên lạc B1)

Công suất truyền qua cuộn hạ của một máy biến áp liên lạc là:

Scc = SH – SCT = 48,39 +7,06 = 55,45 MVACông suất phát thiếu về hệ thống:

Sthiếu = SVHT – Scc – SbT = 190,83 – 55,45 –66,03 = 69,35 MVA

Ta thấy Sthiếu = 69,35 MVA < Sdtht = 180 MVA

Khi sư cố máy biến áp liên lạc B2 thì máy biến áp B3 không bị quá tải Do đómáy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

Hình 2.5 Phương án 1 khi sự cố máy biến áp tự ngẫu B2.

* Khi làm việc bình thường:

Máy biến áp bộ:

SđmB1 = SđmB2 = SđmB5 = 80 MVA > ( SđmF –

tdmaxS

5 ) = 66,03MVAMáy biến áp tự ngẫu: Từ 16÷18h các máy biến áp tự ngẫu B3, B4 làm việcvới hạ áp cực đại Khi đó, cuộn nối tiếp có tải lớn nhất và ta có:

SHmax = 58,86 MVA < SHđm = 0,5.160 = 80 MVANên B3, B4 không bị quá tải lúc làm việc bình thường.

* Khi làm việc lúc sự cố:

a Khi sự cố máy biến áp B5:

Hình 2.6 Phương án 2 khi sự cố máy biến áp B5.

Khi hỏng máy biến áp B5 thì lượng công suất bị thiếu bên phụ tải trung áp là:

Sthiếu = STmax = 125 MVANhư vậy công suất truyền qua cấp trung của mỗi máy biến áp liên lạc là

Lượng công suất thiếu trên hệ thống khi sự cố là:

Sthiếu = SVHT – 2.Scc – 2SbC = 190,83 + 2.5,29 – 2.66,03 = 69,35 MVA

Ta thấy

Sthiếu = 69,35 MVA < Sdtht = 180 MVAVậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

b Sự cố máy biến áp tự ngẫu B3 ứng với STmax:

Hình 2.7 Phương án 2 khi sự cố máy biến áp tự ngẫu B3.

Khi sự cố máy biến áp liên lạc B2, máy biến áp còn lại sẽ truyền tải đượclượng công suất với hệ số quá tải k = 1,4 là:

SCH = 1,4.α.SđmB1 = 1,4.0,5.160 = 112 MVACông suất truyền qua cấp trung của máy biến áp liên lạc sang bên trung áp:

SCT = STmax – 2SbT = 125 – 2.66,03 = –7,06 MVA(dấu trừ chỉ công suất truyền theo hướng ngược lại từ thanh góp trung áp 110kVsang cuộn trung của máy biên áp liên lạc B1 )

Công suất truyền qua cuộn hạ của một máy biến áp liên lạc là:

Scc = SH – SCT = 48,39 + 7,06 = 55,45 MVACông suất phát thiếu về hệ thống:

Sthiếu = SVHT – Scc – SbT = 190,83 – 55,45 – 66,03 = 69,35 MVA

Ta thấy:

Sthiếu = 69,35 MVA < Sdtht = 180 MVAKhi sư cố máy biến áp liên lạc B2 thì máy biến áp B3 không bị quá tải Do đómáy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

2.4 Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp

Tổn thất điện năng là một mất đáng kể về mặt kinh tế trong quá trình vậnhành hệ thống điện Trong nhà máy điện tổn thất điện năng gây ra chủ yếu ở cácmáy biến áp tăng áp

Trong máy biến áp tổn thất điện năng sinh ra chủ yếu do các tổn hao tronglõi thép và tổn hao trong các cuộn dây máy biến áp

Tổn thất trong lõi thép không phụ thuộc vào phụ tải và bằng tổn thất khôngtải của máy biến áp

Tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải, khi phụ tải bằng công suất định mứccủa máy biến áp thì tổn thất đồng bằng tổn thất ngắn mạch

Để giảm bớt tổn thất điện năng ta phải đưa ra phương thức vận hành tối ưu,

bố trí công suất qua máy biến áp một cách hợp lý

2.4.1 Phương án 1

a.Tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp hai cuộn dây

A1 = Po.t + PN.(

ax dmB

S S

m

)2.tTrong đó:

t : thời gian vận hành trong năm t = 8760h

Smax : phụ tải cực đại của máy biến áp

Po, PN : tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máybiến áp (nhà chế tạo cho)

Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp B4, B5 là:

A1 = 70.8760 + 310

266,0380

  8760 = 2463,185.103 kWhTổn thất điện năng trong máy biến áp B1(phía 220kV):

A2 = 80.8760 + 320

266,0380

  8760 = 2610,462.103 kWhb.Tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp tự ngẫu B2 và B3

t : thời gian vận hành trong năm, t = 8760h

Po : tổn thất không tải của máy biến áp

SCi, STi , SHi : là công suất tải qua các cuộn cao, trung , hạ áp củamáy biến áp tự ngẫu lấy theo phụ tải ngày trong khoảng thời gian ti

Căn cứ vào bảng phân phối công suất ta có lượng công suất qua máy biến áp

tự ngẫu như sau:

Bảng 2.9 Công suất qua MBA tự ngẫu.

t(h)

SC(t)

Với α là hệ số lợi dụng của máy biến áp tự ngẫu α = 0,5

Thay số vào công thức ta có:

+ [190.(47,65)2 + 190.(–28,53)2 +570.(19,12)2].4}

a.Tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp 2 cuộn dây:

Tương tự phương án 1 ta có công thức:

A1 = Po.t + PN.(

ax dmB

S S

m

)2 tTrong đó : t : thời gian vận hành trong năm t = 8760 h

Smax : phụ tải cực đại của máy biến áp

Po, PN : tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến áp (nhà chế tạo cho)

-Tổn thất điện năng trong máy biến áp B5 là:

A1 = 70.8760 + 310

2

66,0380

  8760 = 2610,462.103kWhb.Tổn thất điện năng của máy biến áp tự ngẫu B3, B4

- t : thời gian vận hành trong năm,t = 8760 h

- Po : tổn thất không tải của máy biến áp

- SCi, STi , SHi : là công suất tải qua các cuộn cao, trung , hạ ápcủa máy biến áp tự ngẫu lấy theo phụ tải ngày trong khoảng thời gian ti

Căn cứ vào bảng phân phối công suất ta có lượng công suất qua máy biến áp

tự ngẫu như sau:

Bảng 2.10 Bảng phân phối công suất qua máy biến áp tự ngẫu.

ΔP.S+ ΔP.S+ ΔP.SP ; ΔP.S+ ΔP.S+ ΔP.SP ; ΔP.S+ ΔP.S+ ΔP.SP : tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây cao, trung, hạ áp

của máy biến áp tự ngẫu và được tính như sau:

2

Với α là hệ số lợi dụng của máy biến áp tự ngẫu α = 0,5

Thay số vào công thức ta có:

+ [190.(26,89)2 + 190.(23,23)2 +570.(50,12)2].4+ [190.(37)2 + 190.(20,11)2 +570.(57,11)2].2+ [190.(12,97)2 + 190.(20,11)2 +570.(33,08)2].2+ [190.(29,38)2 + 190.(29,48)2 +570.(58,86)2].2+ [190.( 24,11)2 + 190.(10,73)2 +570.(34,84)2].2+ [190.(14,63)2 + 190.(4,48)2 +570.(19,11)2].4}

= 1084,918.103 kWhVậy tổng tổn thất điện năng trong phương án 2 là:

A = A1 + 2A2 + 2A3

= (2463,185 + 2.2610,462+2.1084,918).103 = 9853,94MWh

Chương 3 XÁC ĐỊNH DÒNG LÀM VIỆC CƯỠNG BỨC

VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

đó liên quan trong mạch điện

Dòng cưỡng bức của mạch điện được xác định như sau:

- Mạch máy phát:

Icb = 1,05.IFđm

- Mạch máy biến áp và đường dây vận hành song song Dòng điện cưỡngbức được xác định khi một phần tử bị sự cố phần tử còn lại phải tải hết công suấtcực đại

3.1.1 Tính dòng cưỡng bức cho phương án 1

Cấp cao áp 220kV:

VHTmax lvcb

+ Mạch đường dây: Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dâyđược tính với điều kiện khi đường dây kép bị đứt một lộ ,ta có:

Tmax lvcb

= 125 66, 03 66, 03   1

3.110

= – 0,037 kADấu (–) chỉ dòng điện đi theo chiều ngược lại tức là dòng điện đi theo chiều

từ thanh góp trung áp sang cuộn trung của máy biến áp liên lạc

Như vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất cấp điện áp 110kV là:

Icb = 0,37 kACấp hạ áp 10,5kV:

Ta có:

Fdm lvcb

+ Mạch đường dây: Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dâyđược tính với điều kiện khi đường dây kép bị đứt một lộ, ta có:

Tmax lvcb

dm

3U 110 3 = 0,37 kA

+ Mạch máy biến áp liên lạc:

Smax = STmax – SB5 = 125 – 66,03 = 58,97 MVA

max lvcb

Cấp hạ áp 10,5kV:

Ta có:

Fdm lvcb

3.2.1 Phương án 1

3.2.1.1 Chọn các đại lượng cơ bản

Công suất cơ bản: Scb = 1000 MVA

Điện áp cơ bản: Lấy theo từng cấp và chọn bằng điện áp trung bình định mứccủa cấp ấy

+ Dòng điện cơ bản cấp 220kV:

cb

1000

I =3.230 = 2,51kA