Đồ án tốt nghiệp đặng anh tú d5h3

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN, TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ MÔ PHỎNG SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE KHOẢNG CÁCH BẲNG POWERWORLD Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN ĐĂNG TOẢN Sinh viên thực hiện: ĐẶNG ANH TÖ Ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : Đ5H3 Khoá : Đ5 Hà Nội, tháng năm 2015 LỜI NĨI ĐẦU Trong q trình cơng nghiệp hố đại hố ngành lượng ngành công nghiệp quan trọng, nhu cầu sử dụng lượng ngày cao ưu tiên phát triển hàng đầu Năng lượng, theo cách nhìn tổng qt rộng lớn, vơ tận Tuy nhiên, nguồn lượng mà người khai thác phổ biến trở nên khan trở thành vấn đề lớn giới nhà máy điện phần thiếu ngành lượng Cùng với phát triển ngành lượng việc xây dựng nhà máy điện hoà vào hệ thống điện nâng cao tính bảo đảm cung cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ điện chúng hỗ trợ cho có cố nhà máy đó, nâng cao chất lượng điện năng, cơng suất truyền tải, giảm tổn thất điện năng, ổn định cao hệ thống đáp ứng yêu cầu tiêu kinh tế kỹ thuật đề ngành lượng Sau kết thúc bốn năm học ngành hệ thống điện, em giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp gồm phần: Phần 1: Thiết kế phần điện nhà máy Nhiệt Điện Phần 2: Tính tốn ổn định mơ làm việc rơle khoảng cách Powerworld Về sơ lược em hiểu biết sâu kiến thức phần điện nhà máy nhiệt điện hiểu biết phần mềm power world tính tốn ổn định cho nhà máy nhiệt điện Và trang bị kiến thức hữu ích cho cơng việc em sau trường Hà nội, ngày 05 tháng 01 năm 2015 Sinh viên thực Đặng Anh Tú LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa hệ thống điện đặc biệt thầy TS.Nguyễn Đăng Toản hướng dẫn em nhiệt tình trang bị cho em lượng kiến thức sâu rộng môn nhà máy điện ổn định hệ thống điện để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện mảng đề tài lớn đặc trưng nghành điện nói chung khoa hệ thống điện nói riêng đòi hỏi nhiều trình độ chun mơn, q trình thiết kế em có giúp đỡ phối hợp tốt với bạn bè nhóm đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn bầy tỏ lòng biết ơn thầy tận tình giảng dạy giúp đỡ em năm học vừa qua Trường Đại học Điện lực CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN Độc lập –Tự do-Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên: Đặng Anh Tú Lớp: Đ5-H3 Ngành: Hệ thống điện Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Đăng Toản PHẦN I: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Nhà máy điện kiểu: NĐNH gồm tổ máy × 100 MW Nhà máy có nhiệm vụ cấp điện cho phụ tải sau: phụ tải cấp điện áp máy phát: Khơng có phụ tải cấp điện áp máy phát Phụ tải cấp điện áp trung 110kV: Pmax = 160 MW, cosφ = 0,86 Gồm kép × 80 MW đơn × 40 MW Biến thiên phụ tải ghi bảng (tính theo phần trăm Pmax ) Phụ tải cấp điện áp cao 220kV: Pmax = 100 MW, cosφ = 0,86 Gồm đơn × 100 MW ghi bảng ( tính theo phần trăm Pmax ) Nhà máy nối với hệ thống 220kV hai lộ đường dây, chiều dài lộ: 100km Công suất hệ thống ( không kể nhà máy thiết kế): 6000 MVA Cơng suất dự phòng hệ thống 200 MVA; Cơng suất ngắn mạch tính đến góp phía hệ thống SN = 2000 MVA Tự dùng: α = %; cosφ = 0,8 Công suất phát tồn nhà máy: ghi bảng ( tính theo phần trăm công suất đặt ) Bảng biến thiên công suất Giờ 0-6 6-12 12-16 16-20 20-24 PUT(%) 80 90 90 95 90 PUC(%) 80 90 95 100 80 PTNM(%) 85 100 95 100 95 Nhiệm vụ a, Tính tốn cân cơng suất b,Vạch sơ đồ nối điện c,Tính tốn kinh tế, kỹ thuật chọn phương án tơi ưu d, Tính tốn ngắn mạch lựa chọn thiết bị e, Các vẽ: Sơ đồ nối điện chính, sơ đồ mặt bằng, mặt cắt Phần II: Tính tốn ổn định cho nhà máy điện vừa thiết kế với thông số động cho trước/ mô làm việc rơle khoảng cách Powerworld Nhiệm vụ g, Tìm hiểu chương trình phân tích lưới điện mơ hệ thống điện h, Nhập số liệu động, kiểm tra đắn thơng số i, Chạy chương trình nghiên cứu dạng cố cho trước j, Vẽ đường đặc tính góc cơng suất theo thời gian, đặc tính công suất, điện áp nút hệ thống tương ứng với trường hợp k, Đề xuất phương án nâng cao ổn định l, Các vẽ minh họa kèm theo Ngày giao nhiệm vụ thiết kế Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế Hà Nội ,ngày tháng Trưởng khoa năm Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Đăng Toản NHẬN XÉT CỦA GIẢO VIÊN HƢỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng Ký tên năm 2015 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày tháng Ký tên năm 2015 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT CỦA GIẢO VIÊN HƢỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC CHƢƠNG TÍNH TỐN PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY 1.1 LỰA CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN 1.2 TÍNH TỐN PHỤ TẢI 1.2.1 Phụ tải cấp điện áp máy phát 1.2.2 Phụ tải toàn nhà máy 1.2.3 Phụ tải tự dùng 1.2.4 Tính tốn phụ tải cấp điện áp 1.2.5 Công suất phát hệ thống 1.3 ĐỀ XUẤT CÁC PHƢƠNG ÁN NỐI ĐIỆN CHÍNH 1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất phương án nối điện 1.3.2 Đề xuất phương án nối điện 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 10 CHƢƠNG TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP 11 2.1 PHƢƠNG ÁN 11 2.1.1 Tính toán lựa chọn máy biến áp hai cuộn dây 11 2.1.2 MBA liên lạc 12 2.1.3 Kiểm tra máy biến áp 14 2.1.4 Tính tốn tổn thất điện máy biến áp 19 2.2 PHƢƠNG ÁN 21 2.2.1 Tính tốn lựa chọn máy biến áp hai đường dây 21 2.2.2 MBA liên lạc 22 2.2.3 Kiểm tra điều kiện tải 24 2.2.4 Tính tốn tổn thất điện máy biến áp tự ngẫu 28 2.3 NHẬN XÉT CHƢƠNG 30 CHƢƠNG TÍNH TỐN KINH TẾ KỸ THUẬT CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU …………………………………………………………………… 31 3.1 CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ CƠ BẢN 31 3.1.1 Vốn đầu tư thiết bị 31 3.1.2 Chi phí vận hành hàng năm 32 3.2 CHỌN SƠ ĐỒ THIẾT BỊ PHÂN PHỐI 32 3.2.1 Phụ tải cấp điện áp cao áp 220kV 32 3.2.2 Phụ tải cấp điện áp trung áp 110kV 32 3.2.3 Phương án 33 3.2.4 Phương án 33 3.3 TÍNH TỐN KINH TẾ - CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU 34 3.3.1 Phương án 34 3.3.2 Phương án 35 3.4 CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU 36 3.5 NHẬN XÉT CHƢƠNG 36 CHƢƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 38 4.1 CHỌN ĐIỂM NGẮN MẠCH 38 4.2 XÁC ĐỊNH ĐIỆN KHÁNG GIỮA CÁC PHẦN TỬ 39 – Dùng hệ thống bảo vệ hiệu – Các MC đại  Ứng dụng hệ thống đóng lặp lại tốc độ cao – Phần lớn cố thống qua, việc đóng lặp lại có hiệu nhanh chóng khơi phục lại khả truyền tải đường dây – Cần ý đóng lặp lại vào cố trì, lúc máy cắt phải cắt khơng tiếp tục đóng lặp lại, lúc máy cắt ngắt ra, loại trừ hồn tồn cố trì  Ứng dụng hệ thống đóng cắt pha – Phần lớn cố ngắn mạch pha, việc cắt pha cố cho phép tiếp tục truyền tải công suất qua đường dây lại – Các nghiên cứu rằng, phần lớn cố ngắn mạch pha thường tự triệt tiêu, việc đóng cắt, đóng lặp lại pha thường có hiệu lớn việc nâng cao ổn định  Sử dụng MPĐ với số quán tính lớn, điện kháng độ nhỏ – Một MPĐ có số quán tính (H) lớn cho phép giảm khả tăng tốc góc rotor giảm khả dao động góc rotor – Do tăng thời gian tới hạn loại trừ cố – Giảm điện kháng độ, cho phép tăng khả mang tải MPĐ thời gian cố, khoảng sau cố  Sử dụng hệ thống kích từ đáp ứng nhanh độ lợi lớn (Gain lớn) – Hệ thống kích từ đại thiết kế để tác động nhanh với độ lợi lớn cảm nhận giảm nhanh điện áp đầu cực MPĐ có ngắn mạch – Hiệu tăng cơng suất đầu suốt trình cố sau cố Do thời gian tới hạn loại trừ cố tăng lên – Thường trang bị AVR PSS  Ứng dụng hệ thống van điều khiển tốc độ cao – Một số tuabin trang bị hệ thống van điều khiển dòng tốc độ cao, nhanh chóng giảm cơng suất đầu Khi cố xảy gần MPĐ, GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú công suất điện đầu giảm, hệ thống van điều khiển tốc độ cao nhanh chóng tác động để cân công suất công suất điện – Điều giảm tăng tốc rôto tăng thời gian tới hạn loại trừ cố Vậy chứng tỏ có nhiều biện pháp nâng cao ổn định cho nhà máy điện đồ án giao nhiệm vụ khảo sát tính ổn định nhà máy thông qua phần mềm power world với hệ thống kích từ ổn định công suất PSS  Bộ tự động điều chỉnh điện áp điện áp Automatic Voltage Regulator (AVR) có vai trò trì điện áp định mức đầu cực máy phát điện Nguyên tắc điều chỉnh điện áp máy phát điều chỉnh dòng điện kích thích chiều cuộn dây kích thích tạo từ trường máy phát điện – Hệ thống kích từ điều khiển bảo vệ nhằm đáp ứng công suất kháng cho hệ thống thông qua điều khiển điện áp cách điều khiển dòng điện kích từ – Chức điều khiển bao gồm việc điều chỉnh điện áp, phân bố cơng suất nâng cao tính ổn định hệ thống Chức bảo vệ đảm bảo khả máy điện đồng bộ, hệ thống kích từ thiết bị khác không vượt giới hạn  Bộ ổn định công suất power system stabilizers (PSS) thiết bị quan trọng AVR dùng máy phát điện có cơng suất lớn, đường dây truyền tải điện có chiều dài lớn PSS thiết bị hỗ trợ cho AVR để tạo khả kích từ phản ứng nhanh nhanh Khi có hư hỏng hệ thống điện điện áp máy phát dao động, loại AVR phản ứng nhanh trang bị thêm PSS cho phép hãm lại dao động độ hệ thống điện  Để làm việc cách hiệu cần phải trang bị hệ thống kích từ phản ứng nhanh phải có vai trò PSS AVR 8.3 MƠ PHỎNG KHI CHỈ CĨ THƠNG SỐ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN Ta điền đầy đủ thông số động máy phát điện, máy biến áp cuộn dây, máy biến áp tự ngẫu phía hệ thống nhà máy theo nêu mục mơ hình thiết bị GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú 8.3.1 Khi ngắn mạch thoáng qua góp 220 kV Trên sơ đồ mơ case chương trình chọn Runmode >> Add ons >> Transient Stability Analysis >> Insert Apply and Clear Fault hộp thoại hình xuất ta chọn thơng số hình sau: Hình vẽ 8-2: Biểu thị loại ngắn mạch thời gian ngắn mạch TG 220kV Ta chọn save ok để hình dạng đồ thị ngắn mạch pha thoáng qua góp thời gian 0,2 giây ta chọn sau: Plot >> Plot Designer >> Rotor Angle ta Add nút tức ngắn mạch dạng đồ thị góc rotor MPĐ1 (xét MPĐ1 với máy phát tương tự ) GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú Hình vẽ 8-3: Cách chọn dạng đồ thị Nhấn nút Run Transient Stability đồ thị Hình vẽ 8-4: Góc rotor MPĐ1 NM TG 0,2s chƣa có kích từ GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú Qua đồ thị cho thấy ngắn mạch thoáng qua góp 220kV thời gian 0,2s có thơng số động máy phát (chưa có hệ thống điều khiển kích từ), góc Rotor máy phát dao động với giới hạn dao động góc Rotor là: max 1080 310, sau trở trạng thái ổn định vị trí góc 55,60 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 20s  Tương tự ta xét ngắn mạch pha thoáng qua góp220kV thời gian 0,2s ( xét cho MPĐ1 ) hình vẽ sau: Qua đồ thị cho thấy MPĐ có thơng số động máy phát (chưa có hệ thống điều khiển kích từ) ngắn mạch thống qua thời gian 0,3s góp 220kV ta thấy góc Rotor máy phát tăng lên đến vơ khơng trở lại vị trí ổn định ban đầu chứng tỏ góc Rotor máy phát bị ổn định Hình vẽ 8-5: Góc rotor MPĐ1 NM TG 0,3s chƣa có kích từ, PSS GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú 8.3.2 Khi ngắn mạch thoáng qua đường dây  Xét thời gian ngắn mạch 0,2s cho MPĐ mơ tương tự ngắn mạch thống qua góp 220kV Hình vẽ 8-6: Biểu thị loại ngắn mạch thời gian ngắn mạch đƣờng dây GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú  Hình vẽ 8-7: Góc rotor MPĐ1 NM đƣờng dây với thời gian NM 0,2s chƣa có kích từ, PSS Qua đồ thị cho thấy ngắn mạch thoáng qua đường dây nối góp 220kV với hệ thống thời gian 0,2s có thơng số động máy phát (chưa có hệ thống điều khiển kích từ), góc Rotor máy phát dao động với giới hạn dao động góc Rotor là: max 60,70 55,50, sau trở trạng thái ổn định vị trí góc 59,20 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 26s  Xét cho MPĐ1 ngắn mạch thời gian 0,3s trường hợp chưa có kích từ ổn định công suất PSS Qua đồ thị cho thấy MPĐ có thơng số động máy phát (chưa có hệ thống điều khiển kích từ) ngắn mạch thoáng qua thời gian 0,3s đường dây nối hệ thống với góp 220kV ta thấy góc Rotor máy phát tăng lên đến vơ khơng trở lại vị trí ổn định ban đầu chứng tỏ góc Rotor máy phát bị ổn định hoàn toàn GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú Hình vẽ 8-8: Góc rotor MPĐ1 NM đƣờng dây với thời gian NM 0,3s chƣa có kích từ, PSS 8.4 MƠ PHỎNG KHI CĨ KÍCH TỪ 8.4.1 Khi ngắn mạch thống qua góp 220 kV Tương tự ta xét ngắn mạch pha thống qua góp220kV thời gian 0,2s ( xét cho MPĐ1 ) hình vẽ Khi có thơng số động máy phát có hệ thống điều khiển kích từ ngắn mạch thống qua thời gian 0,2s góp 220kV ta thấy góc Rotor máy phát trở lại vị trí ổn định ban đầu góc 60,80 Góc rotor dao động với giới hạn dao động là: max 1040 150 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 24s GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú Hình vẽ 8-9: Góc rotor MPĐ1 NM TG với thời gian NM 0,2s có kích từ 8.4.1 Khi ngắn mạch thoáng qua đường dây Xét cho MPĐ1 với thời gian ngắn mạch 0,2s tương tự GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú Hình vẽ 8-10: Góc rotor MPĐ1 NM đƣờng dây với thời gian NM 0,2s có kích từ Qua đồ thị cho thấy MPĐ có thơng số động máy phát có hệ thống điều khiển kích từ ngắn mạch thoáng qua thời gian 0,2s đường dây ta thấy góc Rotor máy phát trở lại vị trí ổn định ban đầu góc 60,80 Góc rotor dao động với giới hạn dao động là: max 57,60 53,650 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 45s 8.5 MƠ PHỎNG KHI CĨ KÍCH TỪ VÀ BỘ ỔN ĐỊNH CƠNG SUẤT PSS 8.5.1 Khi ngắn mạch thống qua góp 220 Kv Xét cho MPĐ1 với thời gian ngắn mạch 0,2s tương tự GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú Hình vẽ 8-11: Góc rotor MPĐ1 NM TG 0,2s có kích từ, PSS Qua đồ thị cho thấy ngắn mạch thống qua góp 220kV thời gian 0,2s có kích từ ổn định cơng suất PSS góc Rotor MPĐ dao động với giới hạn dao động góc Rotor là: max 1040 20,50, sau trở trạng thái ổn định vị trí góc 55,5 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 14s 8.5.2 Khi ngắn mạch thoáng qua đường dây Xét cho MPĐ1 với thời gian ngắn mạch 0,2s tương tự GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú Hình vẽ 8-12: Góc rotor MPĐ1 NM đƣờng dây với thời gian NM 0,2s có kích từ, PSS Qua đồ thị cho thấy ngắn mạch thoáng qua đường dây nối góp 220kV với hệ thống thời gian 0,2s có thơng số động máy phát hệ thống điều khiển kích từ,bộ ổn định cơng suất PSS góc Rotor máy phát dao động với giới hạn dao động góc Rotor là: max 57,50 54,30, sau trở trạng thái ổn định vị trí góc 55,70 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 20s 8.6 NHẬN XÉT CHƢƠNG Trong chương khảo sát ổn định động nhà máy nhiệt điện thông qua phần mềm power world Qua nghiên cứu dạng ngắn mạch góp 220kV ngắn mạch đường dây nối góp 220kV với hệ thống Khi xét ngắn mạch góp đường dây nối hệ thống với góp 220kV trường hợp cụ thể: GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú – Khi có thơng số động MPĐ – Khi MPĐ có thêm kích từ – Khi MPĐ có thêm kích từ ổn định cơng suất PSS Qua cho thấy tác dụng rõ rệt hệ thống điều khiển kích từ ổn định công suất PSS với ổn định nhà máy nhiệt điện thiết kế Và chương đề xuất biện pháp nâng cao ổn định cho nhà máy để nhà máy điện vận hành cách tối ưu cho hiệu cao GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PSG.TS Phạm Văn Hòa: Ngắn mạch đứt dây Hệ thống điện, Nhà xuất KH&KT, 2006 PSG.TS Phạm Văn Hòa, Ths Phạm Ngọc Hùng, Thiết kế phần điện nhà máy điện Trạm biến áp, Nhà xuất KH&KT, 2006 TS Nguyễn Đăng Toản, phần mềm tính tốn hệ thống điện, Trường đại học điện lực TS Nguyễn Đăng Toản, ổn định hệ thống điện, Trường đại học điện lực http://www.powerworld.com/downloads/demosoftware.asp http://www.powerworld.com GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú GVHD:TS Nguyễn Đăng Toản SVTH:Đặng Anh Tú