Do an NMD 220MW

Đồ án môn mạng điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN Tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu Tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải. Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải. Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với hộ dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. việc thiết kế và vận hành. Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lí, đảm bảo Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lí, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suất của các các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suất của các máy biến áp máy biến áp (MBA) (MBA) và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy điện với nhau. nhà máy điện với nhau. 1.1. CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN: Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế phần điện trong nhà máy điện kiểu: NHIỆT ĐIỆN NGƯNG HƠI, có công suất là 220 MW, gồm 4 tổ máy 55 MW phát điện cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp: Phụ tải địa phương cấp điện áp máy phát (U F ), phụ tải trung áp 35 kV (U T ), phụ tải cao áp 110 kV (U C ) và nối với hệ thống ở cấp điện áp 110 kV. Việc chọn số lượng và công suất máy phát điện cần chú ý các điểm sau đây: - Máy phát có công suất càng lớn thì vốn đầu tư càng lớn, tiêu hao nhiên liệu để sản xuất ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hàng năm càng nhỏ. Nhưng về mặt cung cấp điện thì đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không hơn dự trữ quay về của hệ thống. - Để thuận tiện trong việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọn máy phát cùng loại. Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng định mức và dòng ngắn mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ và do đó dễ dàng chọn khí cụ điện hơn. - Theo nhiệm vụ thiết kế thì nhà máy ta cần thiết kế là nhà máy nhiệt điện ngưng hơi nên chọn máy phát là kiểu tua bin hơi. - Với công suất của mỗi tổ máy đã có nên ta chọn chỉ việc chọn máy phát có công suất tương ứng và chọn máy phát có công suất cùng loại. - Ta chọn cấp điện áp máy phát là 10,5 kV vì cấp điện áp này thông dụng. ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN Tra trong phụ lục 1: MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ. Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp – PGS.TS. Phạm Văn Hòa, NXB Khoa Học Kĩ Thuật 2007. Ta chọn máy phát điện loại TB Φ -55-2 có các thông số sau: Bảng 1.1 Loại MF Thông số định mức Điện Kháng tương đối S đm MVA P đm MW cosϕ U đm kV I đm kA X " d X ' d X d TBФ-55-2 68,75 55 0,8 10,5 3,462 0.123 0.182 1.452 Như vậy công suất đặt toàn nhà máy là: NM S 4 68,75 275 = × = MVA 1.2. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT: Việc tính toán cân bằng công suất trong nhà máy điện giúp ta xây dựng được đồ thị phụ tải tổng cho nhà máy. Xuất phát từ đồ thị phụ tải ngày ở các cấp điện áp theo phần trăm công suất tác dụng cực đại P max và hệ số công suất cosϕ của phụ tải tương ứng, ta xây dựng được đồ thị phụ tải các cấp điện áp và toàn nhà máy theo công suất biểu kiến theo các công thức sau: ( ) max P(pt) P% t .100 P = ( ) max P%(pt) P t .P 100 = (1.1) ( ) ( ) i i i P pt S t cos ϕ = (1.2) Trong đó: P i (pt): công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t. S i (pt): công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t. Cosϕ i : hệ số công suất của phụ tải. 1.2.1. Phụ tải cấp điện áp Máy phát: * Phụ tải địa phương có U đm = 10,5kV * Công suất cực đại P Ufmax = 80MW * Hệ số cosϕ = 0,8 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN Đồ thị phụ tải địa phương: Theo các công thức (1.1) và (1.2) ta có bảng kết quả sau : Bảng 1.2 t(h) 0 – 2 2 – 4 4 – 8 8 – 14 14 – 18 18 – 20 20 – 24 P(%) 60 70 90 100 80 70 60 P UF (t), MW 48 56 72 80 64 56 48 S UF (t), MVA 60 70 90 100 80 70 60 1.2.2. Phụ tải cấp điện áp Trung: * Phụ tải trung áp có U đm = 35kV * Công suất cực đại P UTmax = 70MW * Hệ số cosϕ = 0,85 Đồ thị phụ tải trung áp: ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN Theo các công thức (1.1) và (1.2) ta có bảng kết quả sau : Bảng 1.3 t(h) 0 - 2 2-6 6-10 10-12 12-16 16-20 20-24 P(%) 70 80 100 80 90 80 70 P UT (t), MW 49 56 70 56 63 56 49 S UT (t), MVA 57,647 65,882 82,353 65,882 74,118 65,882 57,647 1.2.3. Phụ tải cấp điện áp cao: * Phụ tải trung áp có U đm = 110kV * Công suất cực đại P UCmax = 30MW * Hệ số cosϕ = 0,85 Đồ thị phụ tải cao áp: ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN Theo các công thức (1.1) và (1.2) ta có bảng kết quả sau : Bảng 1.4 t(h) 0 - 4 4 – 16 16 – 24 P(%) 80 90 100 P UC (t), MW 24 27 30 S UC (t), MVA 28,235 31,765 35,294 1.2.4. Tính toán phụ tải tự dùng trong nhà máy: Tự dùng cực đại của toàn nhà máy bằng 6% công suất định mức của nhà máy với cosϕ = 0,85 được xác định theo công thức sau: t td F F S S S 0,4 0,6 S α   = +  ÷  ÷   ∑ ∑ ∑ (1.3) Trong đó : α – hệ số tự dùng phụ thuộc vào loại nhà máy điện và công suất của các tổ máy ΣS F . ΣS F – tổng công suất đặt của các tổ máy phát ΣS t – tổng suất phát ra tại các thời điểm. Do đó ta có : ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN F t td td F . P S 6%.220 275 S (t) (0,4 0,6 ) (0,4 0,6 ) 16,5(MVA) cos S 0,8 275 α ϕ = + × = + × = ∑ ∑ ∑ 1.2.5. Công suất dự trữ quay của hệ thống nối với phía cao áp: Công suất dự trữ quay của hệ thống được xác định theo công thức sau: S dtHT = S dt % × S HT = 8% × 2000 = 160 MVA  S dttHT = S dtHT + S dtNM 1.2. 6. Cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống : Ta xác định công suất của toàn nhà máy theo biểu thức : S NM (t) = S UF (t) + S UT (t) + S UC (t) + S td (t) + S th (t) (1.4)  Công suất phát vào hệ thống : S ht (t) = S NM (t) – [S UF (t) + S UT (t) + S UC (t) + S td (t)] (1.5) ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN Bảng tính toán cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống. Bảng 1.5 T(h) 0-2 2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 S UF (t) 60 70 90 90 100 100 100 S UT (t) 57,647 65,882 65,882 82,353 82,353 65,882 74,118 S UC (t) 28,235 28,235 31,765 31,765 31,765 31,765 31,765 S td (t) 16,500 16,500 16,500 16,500 16,500 16,500 16,500 ∑S pt (t) 162,382 180,617 204,147 220,618 230,618 214,147 222,383 S NM (t) 275 275 275 275 275 275 275 S ht (t) 112,618 94,383 70,853 54,382 44,382 60,853 72,617 T(h) 14-16 16-18 18-20 20-24 S UF (t) 80 80 70 60 S UT (t) 74,118 65,882 65,882 57,647 S UC (t) 31,765 35,294 35,294 35,294 S td (t) 16,500 16,500 16,500 16,500 ∑S pt (t) 202,383 197,676 187,672 169,444 S NM (t) 275 275 275 275 S ht (t) 72,617 77,324 87,324 105,559 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN Theo các số liệu từ bảng trên, ta có đồ thị phụ tải tổng hợp sau: NHẬN XÉT: • Nhà máy thiết kế có tổng công suất là : S NMđm = ∑ S đm = n.S đmF = 4.68,75 = 275 (MVA) • So với công suất hệ thống S HT = 2000 (MVA) thì nhà máy thiết kế chiếm 13,75 % công suất của hệ thống. • Phụ tải nhà máy phân bố không đều trên các cấp điện áp, giá trị công suất lớn nhất và nhỏ nhất của chúng là: o Phụ tải địa phương: S UFmax = 100 MVA; S UFmin = 60 MVA o Phụ tải trung áp: S UTmax = 82,353 MVA; S UTmin = 57,467 MVA o Phụ tải cao áp : S UCmax = 35,294 MVA; S UCmin = 28,235 MVA o Phụ tải phát về HT: S htmax = 112,681 MVA; S htmin = 44,382 MVA • Vai trò của nhà máy điện thiết kế đối với hệ thống : ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN Nhà máy điện thiết kế ngoài việc cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp và tự dùng còn phát về hệ thống một lượng công suất đáng kể nên có ảnh hưởng đến độ ổn định động của hệ thống. 1.3. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN: Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình tính toán thiết kế nhà máy điện. Vì vậy, cần nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế và nắm vững các số liệu ban đầu. Dựa vào bảng 1.5 và các nhận xét tổng quát, ta tiến hành đề xuất các phương án nối dây có thể. Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải, phải khác nhau về cách ghép nối các máy biến áp với các cấp điện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện, . Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau: - Số máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát phải thỏa mãn điều kiện khi ngừng một máy phát lớn nhất thì các máy phát còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áp trung. - Công suất bộ máy phát máy - biến áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống dtHT S 8% 2000 160 = × = MVA. - Chỉ nối bộ máy phát - 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 trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải chuyển qua hai lần biến áp làm tăng tổn thất và gây quá tải cho máy biến áp 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 có thể lấy rẽ nhánh từ bộ máy phát - máy biến áp nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được vược quá 15% của bộ. - Máy biến áp ba cuộn dây chỉ sử dụng khi công suất truyền tải qua cuộn dây này không nhỏ hơn 15% công suất truyền tải qua cuộn dây kia. Đây không phải là điều qui định mà chỉ là điều cần chú ý khi ứng dụng máy biến áp ba cuộn dây. Như ta đã biết, tỷ số công suất các cuộn dây của máy biến áp này là 100/100/100; 100/66,7/66,7 hay 100/100/66,7; nghĩa là cuộn dây có công suất thấp nhất cũng bằng 66,7% công suất định mức. Do đó nếu công suất truyền tải qua một 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. - Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía điện áp cao và trung áp có trung tính trực tiếp nối đất (U ≥ 110 kV). - 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. ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN - Không nên nối song song hai 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. Thành phần phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát so với công suất của toàn nhà máy: %1,29100 275 80 100. S S %S NM maxUF UF ≈== Ta nhận thấy rằng, phụ tải cấp điện áp máy phát lớn hơn 15% tổng công suất của toàn nhà máy nên để cung cấp cho nó ta phải xây dựng thanh góp cấp điện áp máy phát. Từ yêu cầu kỹ thuật trên, ta đề xuất ra một số phương án nối điện chính cho nhà máy như sau: 1.3.1. Phương án 1: Mô tả phương án: - Sơ đồ gồm 4 máy phát F 1 , F 2 , F 3 , F 4 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát. - Dùng hai máy biến áp 3 cuộn dây B 1 , B 2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống. [...]... mặt bằng lắp đặt ngồi trời nhỏ Nhược điểm: - Vì nhiều tổ máy được nối vào thanh góp nên phải bố trí mạch vòng do đó hệ thống thanh góp cấp điện áp máy phát rất phức tạp - Thanh góp cấp điện áp máy phát nối vòng nên tính tốn bảo vệ Rơle phức tạp 1.3.2 Phương án 2: Mơ tả phương án: - Sơ đồ gồm 3 máy phát F1, F2, F3 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát - Dùng hai máy biến áp 3 cuộn dây B 1, B2 để liên... áp hai cuộn dây B3 nối và thanh góp cấp điện áp trung H: 1.6 ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN Ưu điểm: - Sơ đồ đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống - Máy biến áp nối vào thanh góp cấp điện áp trung nên giá thành máy biến áp và các thiết bị ít tốn kém hơn so với bên cao áp - Số lượng máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát ít nên thanh góp đơn giản Nhược điểm:... vào thanh góp cấp điện áp máy phát - Dùng hai máy biến áp 3 cuộn dây B 1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống - Hai bộ máy phát F4 - B3 nối và thanh góp cấp điện áp cao H:1.8 Ưu điểm: - Sơ đồ đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN - Số lượng máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát ít nên thanh góp... giữa các cấp điện áp với nhau và giữa nhà máy với hệ thống ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN - Máy biến áp tự ngẫu được chọn có cơng suất nhỏ do có thêm bộ máy phát - máy biến áp nối bên cao - Số lượng máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát ít nên thanh góp đơn giản Nhược điểm: - Số lượng máy biến áp nhiều dẫn đến mặt bằng phân bố thiết bị ngồi trời lớn và sẽ khó khăn hơn cho việc bảo dưỡng... phân bố thiết bị ngồi trời lớn 1.3.3 Phương án 3: Mơ tả phương án: - Sơ đồ gồm 2 máy phát F1, F2 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát - Dùng hai máy biến áp 3 cuộn dây B 1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống - Hai bộ máy phát F3 - B3 , F4 - B4 tương ứng nối và thanh góp cấp điện áp trung và cấp điện áp cao H:1.7 Ưu điểm: - Sơ đồ đảm bảo u cầu cung cấp điện, độ tin cậy... các máy biến áp rất lớn Do vậy, khi chọn máy biến áp, cần tìm cách giảm bớt số lượng và cơng suất của chúng đến mức có thể mà vẫn đảm bảo điều kiện cơ bản là cung cấp đủ điện năng theo u cầu của các hộ tiêu thụ, với chất lượng điện năng trong phạm vi cho phép 2.1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP: • Bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây, điều kiện chọn máy biến áp: SB3đmFS = 68,75 (MVA) ≥  Do khơng có khơng có máy... (%) C/T Tổn thất (kW) C/H T/H Δ ΔPN P0 i C/T 10,5 - 10 - 17 10,5 17 10,5 6 C/H T/H - 85 - 170 530 2.2 KIỂM TRA KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP: 2.2.1 Tính phân bố cơng suất cho các cuộn dây của các máy biến áp: Quy ước chiều dương của dòng cơng suất là chiều đi từ máy phát lên thanh góp đối với máy biến áp hai cuộn dây và đi từ cuộn hạ lên phía cao và trung, từ phía trung lên phía cao đối với máy... 2  S  ∆A B3 = ∆P0 T + ∆PN  b ÷ τ  SBđm  trong đó: ΔP0, ΔPN – tổn thất khơng tải, tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW T – thời gian vận hành của máy biến áp trong năm, h SBđm – cơng suất định mức của máy biến áp, MVA Sb – cơng suất tải của máy biến áp bộ, MVA Do máy biến áp B3 ln làm việc bằng phẳng với cơng suất truyền tải S b=64,625 MVA suốt cả năm với T = 8760h nên: 2 2  S   64,625  ∆A... thay số liệu vào cơng thức trên sẽ tính được tổn thất điện năng trong bộ 2 máy biến áp ba cuộn dây trong từng khoảng thời gian có phụ tải khác nhau ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN Bảng 2.3: Tổn thất điện năng mỗi năm trong các máy biến áp ba cuộn dây theo từng khoảng thời gian trong ngày: t (h) SC (MVA) ST (MVA) SH (MVA) ΔA (kWh) 0-2 2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 56,309 47,192 35,427 27,191 22,191 30,427... CỦA CÁC MẠCH: Tình trạng làm việc cưỡng bức của mạng điện là tình trạng mà trong đó có một phần tử của mạng khơng làm việc so với thiết kế ban đầu Một mạng điện gồm nhiều phần tử có thể có rất nhiều tình trạng cưỡng bức Dòng điện lớn nhất có thể đi qua thiết bị đang xét trong các tình trạng cưỡng bức của mạng được gọi là dòng điện cưỡng bức Icb của phần tử đó Dòng điện làm việc bình thường và dòng điện . nhiều tổ máy được nối vào thanh góp nên phải bố trí mạch vòng do đó hệ thống thanh góp cấp điện áp máy phát rất phức tạp. - Thanh góp cấp điện áp máy phát. có công suất nhỏ do có thêm bộ máy phát - máy biến áp nối bên cao. - Số lượng máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát ít nên thanh góp đơn giản.