đồ án môn học thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 LỜI NĨI ĐẦU Đồ án mơn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Đồ án môn học Chương Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN TÍNH TỐN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN Theo nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện có tổng cơng suất 400MW gồm tổ máy, công suất tổ máy 100 MW Trong thiết kế, chọn máy phát ta cần lưu ý điểm sau: • Máy phát điện lớn vốn đầu tư, tiêu hao nhiên liệu để sản suất chi phí vận hành hàng năm nhỏ Nhưng mặt cung cấp điện đòi hỏi công suất máy phát lớn không lớn dự trữ quay hệ thống • Để thuận tiện cho việc xây dựng vận hành sau, nên chọn máy phát điện loại • Chọn điện áp định mức máy phát lớn dòng điện định mức, dòng điện ngắn mạch cấp điện áp nhỏ dễ dàng chọn khí cụ điện Từ yêu cầu thiết kế điểm cần lưu ý trên, tra [PL1-trang 221] ta chọn máy có thơng số sau: Loại máy phát TB-100-2 Điện kháng tương Thông số định mức n S P đối U I cosϕ v/ph MVA MW kV 3000 117,5 100 10,5 X’’d X’d Xd kA 0,85 6,475 Bảng 1.1.Thông số máy phát Như ta chọn máy phát loại TB-100-2 cho toàn nhà máy 0,183 0,263 1,79 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 1.2 TÍNH TỐN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Đồ thị phụ tải nhà máy phụ tải cấp điện áp cho dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng Pmax hệ số công suất Cos ϕ tb phụ tải tương ứng Từ ta tính phụ tải cấp điện áp theo công suất biểu kiến : P(t) = S(t)= Trong : S(t) P%( t ) Pmax (1.1) 100 P (t ) Cosϕ tb (1.2) : Công suất biểu kiến phụ tải thời điểm t (MVA) P(t) : Công suất tác dụng thời điểm t phụ tải (MW) P%(t) : Công suất tác dụng thời điểm t phụ tải tính phần trăm Pmax Pmax : Phụ tải cực đại (MW) Cos ϕ tb : Hệ số cơng suất trung bình phụ tải 1.2.1.Phụ tải điện áp máy phát 10kV Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy có tổng cơng suất 100 MW gồm tổ máy phát điện kiểu TBɸ-100-2 có: PđmMF = 100MW ; cosϕ = 0,85 SđmF = PđmMF 100 = = 117,5 MVA cos ϕđm 0,85 Gồm đường dây kép x 30 MW Theo công thức (1.1) (1.2) ta tính biến thiên phụ tải điện áp máy phát theo thời gian thể bảng 1.3: Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện t(h) 0-7 7-14 14-20 20-24 P% 75 90 100 75 PMF(t) (MW) 10.8 12 SMF(t) MVA) 10,344 12,413 13,793 10,344 Bảng 1.2: Bảng biến thiên phụ tải điện áp máy phát Từ bảng ta vẽ đồ thị phụ tải điện áp máy phát biến thiên theo thời gian sau: Hình 1.1 Đồ thị phụ tải điện áp máy phát 1.2.2.Phụ tải trung áp 110 kV Theo nhiệm vụ thiết kế cho phụ tải trung áp có số liệu sau: P max = 180 MW ; cosϕ = 0,85; gồm đường dây kép x 30 MW Theo cơng thức (1.1) (1.2) ta tính biến thiên phụ tải trung áp theo thời gian thể bảng 1.3: T(h) 0-7 7-14 14-20 20-24 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện P% 80 95 100 80 PT(t) (MW) 144 171 180 144 ST(t) (MVA) 169,412 201,176 211,765 169,412 Bảng 1.3: Bảng biến thiên phụ tải trung áp Từ bảng ta vẽ đồ thị phụ tải trung áp biến thiên theo thời gian sau: Hình 1.2 Đồ thị phụ tải trung áp 1.2.3.Phụ tải tồn nhà máy Tổng cơng suất đặt tồn nhà máy là: PđmNM = n×PđmMF = × 100 = 400 MW SđmNM = 4×SđmMF = 4× 117,5 = 470 MVA Dựa vào cơng thức (1.1) (1.2) ta tính công suất nhà máy biến thiên theo thời gian t kết kết cho bảng 1.5 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện t(h) 0-7 7-14 14-20 20-24 P% 75 80 100 75 PNM(t) (MW) 300 320 400 300 SNM(t) (MVA) 352.941 376.471 470.588 352.941 Bảng 1.5: Bảng biến thiên phụ tải toàn nhà máy Từ bảng ta vẽ đồ thị phụ tải nhà máy biến thiên theo thời gian sau: Hình 1.4: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 1.2.4 Phụ tải tự dùng toàn nhà máy Theo nhiệm vụ thiết kế phụ tải tự dùng cực đại nhà máy 5% công suất định mức nhà máy với cosϕđm = 0,85 Công suất tự dùng nhà máy xác định theo công thức: S td ( t ) = S td max (0,4 + 0,6 S NM ( t ) S NM ) (1.3) Đồ án môn học Std max = α S NM = Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 470,588 = 23,5294 MVA 100 Trong đó: Std(t) : cơng suất tự dùng nhà máy thời điểm t (MVA) SNM : tổng công suất đặt nhà máy (MVA) SNM(t) : công suất nhà máy phát thời điểm t α : Hệ số phần trăm lượng điện tự dùng Từ kết tính tốn cơng suất phát nhà máy (bảng 1.5) cơng thức (1.3) ta tính cơng suất tự dùng nhà máy biến thiên theo thời gian t kết cho bảng 1.6 t(h) 0-7 7-14 14-20 20-24 P% 75 80 100 75 SNM(t)(MVA) 352.941 376.471 470.588 352.941 Std(t)(MVA) 14.522 15.074 17.279 14.522 Bảng 1.6: Bảng biến thiên phụ tải tự dùng nhà máy Từ bảng ta vẽ đồ thị phụ tải tự dùng toàn nhà máy biến thiên theo thời gian sau: Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Hình 1.5 Đồ thị phụ tải tự dùng 1.2.5.Cân cơng suất tồn nhà máy xác định công suất phát lên hệ thống Điện nhà máy sản xuất ra, phần cung cấp cho phụ tải địa phương tự dùng, phần cung cấp cho phụ tải trung áp 110 kV, phần lại phát lên hệ thống Ta thiết lập biểu thức cân công suất nhà máy theo công suất biểu kiến: SNM(t) = SHT(t) + ST(t) + SMF(t) + Std(t) + ∆SB(t) (1.4) Trong đó: SNM(t) : cơng suất biểu kiến nhà máy phát ra, MVA SHT(t) : công suất biểu kiến nhà máy phát hệ thống, MVA ST(t) : công suất biểu kiến nhà máy cấp cho phụ tải trung áp, MVA SMF(t) : công suất biểu kiến phụ tải điện áp máy phát, MVA Std(t) : công suất biểu kiến nhà máy cung cấp cho tự dùng, MVA ∆SB(t) : tổn thất công suất biểu kiến máy biến áp, MVA Vì tính tốn sơ MBA ngày chế tạo có hiệu xuất cao nên bỏ qua ∆SB(t) Như cơng suất phát hệ thống nhà máy xác định: 10 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện SHT(t) = SNM(t) - [ ST(t) + SMF(t) + Std(t)] (1.5) Dựa vào công thức (1.4), (1.5), (1.6) kết tính bảng trên, ta tính cơng suất phát vào hệ thống biến thiên theo thời gian kết cho bảng 1.7 t(h) 0-7 7-14 14-20 20-24 SMF(t) 10,344 12,413 13,793 10,344 ST(t) 169,412 201,176 211,765 169,412 STD(t) 14,522 15,074 17,279 14,522 SNM(t) 352,941 376,471 470,588 352,941 SHT(t) 158,663 147,808 227,751 158,663 S(MVA) Bảng 1.7: Bảng biến thiên công suất phát vào hệ thống 250 227.751 200 158.663 158.663 147.808 150 Từ ta có đồ thị : 100 50 0 10 12 14 16 18 20 22 24 74 Đồ án môn học Uvq = 0,96.84.0,85.1,08.lg Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 500 = 197,32 KV < 220KV 1,08 Không thoả mãn điều kiện vầng quang Vì ta cần chọn dây dẫn có tiết diện lớn cho mạch cuộn cao máy biến áp liên lạc Chọn dây dẫn AC-400/32 có r = 1,33 cm Khi đó: Uvq = 0,96.84.0,85.1,33.lg 500 = 235 KV > 220KV 1,33 ⇒ Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang Do dây dẫn AC-400 thoả mãn điều kiện • Đối với cấp điện áp 110KV Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 185 mm2 có r = 1,155cm a = 300cm Ta có điện áp vầng quang tới hạn dây dẫn pha bố trí pha mặt phẳng nằm ngang Uvq = 0,96.84.0,85.1,155.lg 300 = 191,15 KV > 110KV 1,155 ⇒ Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang Do dây dẫn AC-185 thoả mãn điều kiện 75 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 4.5 Chọn máy biến điện áp máy biến dòng 4.5.1 Cấp điện áp 220KV Để kiểm tra cách điện cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKΦ-220-58 pha nối theo sơ đồ Y0/Y0/∆ có thơng số kỹ thuật sau: 3xHKΦ220-58 + Uđm = 220 KV - 100 V - 100 V + Cấp xác: + SđmBU = 600 VA Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle chọn TΦH-220-3T có thơng số kỹ thuật sau: + Dịng định mức: Iđmsc/IđmTC = 1200/5 + Cấp xác 0,5 ứng với phụ tải định mức Ω + Điều kiện ổn định động: ilđđ = 108 KA > ixk = 23,8KA - Các máy biến dịng có dịng điện định mức sơ cấp lớn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt 4.5.2 Cấp điện áp 110KV Tương tự cấp điện áp 220KV, để kiểm tra cách điện cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKΦ-110-57 pha nối theo sơ đồ Y0/Y0/∆ + x HKΦ-110-57 + Uđm = 110 KV - + Cấp chinh xac: 100 V - 100 V 76 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện + SđmBu = 600 VA Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle chọn TΦH-110M + Dòng điện định mức: Iđmsc/IđmTC = 1500/5 A + Cấp xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 0,8Ω + Bộ số ổn định động: Kd = 75 + Điều kiện ổn định động: Kđ.Iscđm = 75.1,5 = 159,1 KA > 51,36KA Các máy biến dịng có dịng định mức sơ cấp lớn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt 4.5.3 Mạch máy phát • Chọn biến điện áp Dụng cụ phía thứ cấp dùng cơng tơ nên ta dùng hai biến điện áp pha nối kiểu V/V: 2xHOM-10 có thơng số kỹ thuật sau: + Uđmsc = 10.000 V + Cấp xác: 0,5 Phụ tải biến điện áp phân bố cho hai theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp bảng sau: Bảng 5.5 Tên đồng hồ Vôn kế Ký hiệu B-2 Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp BC W 7,2 War W War 77 Đồ án môn học Oát kế Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 341 1,8 1,8 342/1 1,8 1,8 Oát kế tự ghi -33 8,3 8,3 Tần số kế -340 Công tơ -670 0,66 1,62 0,66 1,62 WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62 20,42 3,24 19,72 3,24 Oát kế phản kháng Cơng tơ phản kháng Tổng 6,5 • Biến điện áp AB Stc = 20,422 + 3,242 = 20,7 VA cosϕ = 20,42 = 0,99 20,7 • Biến điện áp BC Stc = 19,722 + 3,242 = 19,98 VA cosϕ = 19,72 = 0,99 19,9 Vậy ta chọn hai biến điện áp pha HOM-10 có cơng suất định mức ứng với cấp xác 0,5 75 VA Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp tới đồng hồ đo: + Dòng điện dây dẫn thứ cấp: Ia = Sab 20,7 = = 0,207 A U ab 100 78 Đồ án môn học Ic = Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Sbc 19,98 = = 0,199 A U bc 100 Từ giá trị mơđun góc pha dịng điện dây dẫn thứ cấp pha a pha c ta coi Ia = Ic Do đó: Ib = 3.Ia = 3.0,207 = 0,36 A Trị số điện áp giáng dây dẫn pha a pha b ∆U = (Ia + Ib) ρ.l S Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến đồng hồ l = 60m Mạch điện có cơng tơ nên ∆U% ≤ 0,5% Do đó: S = ( I a + I b ).ρl = ( 0,207+ 0,36).0,0175.60 ∆ 0,5 = 1,19 mm2 Theo tiêu chuẩn độ bền dây dẫn đồng ta chọn dây dẫn có tiết diện S = 1,5 mm2 • Chọn biến dòng điện: Biến dòng điện đặt pha, mắc theo sơ đồ hình sao, ta chọn biến dịng điện kiểu dẫn loại TéÙ10 Có thông số kỹ thuật sau: + UđmBI = 10KV + Iđmsc/Iđmtc = 5000/5A + Cấp xác 0,5 có phụ tải định mức 1,2Ω Công suất tiêu thụ cuộn dây máy biến dòng phân bố sau: 79 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Bảng 5.6 Tên đồng hồ Phụ tải (VA) Ký hiệu Pha A Pha B Pha C Ampe kế ∋-302 1 Oát kế tác dụng Ä-341 5 Ä -342/1 5 Oát kế tự ghi Ä -33 10 10 Công tơ tác dụng ẩ-670 2,5 2,5 Công tơ phản kháng ẩT-672 2,5 2,5 26 26 Oát kế phản kháng Tổng Pha A pha C mang tải nhiều nhất: S = 26 Tổng trở dụng cụ đo mắc vào pha này: ZΣdc = S I dmtc = 26 = 1,04 52 Giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo l = 30m Do ba pha có máy biến dịng nên chiều dài tính tốn ltt = l = 30m Tiết diện dây dẫn đồng: S= ltt ρ 30.0,0175 = = 3,27 mm2 Z dm − Z Σdc 1,2 − 1,04 Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = mm2 Điều kiện ổn định động máy biến dòng kiểu dẫn định ổn định động dẫn Không cần kiểm tra ổn định nhiệt máy biến dịng có dịng điện định mức sơ cấp lớn 1000A Sơ đồ đấu nối dụng cụ đo vào BU BI 80 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 4.6 Chọn cáp, kháng máy cắt hợp cho phụ tải địa phương 4.6.1 Chọn cáp cho phụ tải địa phương Phụ tải cấp điện áp máy phát 10,5KV gồm: đường dây kép P = MW, cosϕ = 0,87 S= P = = 3,45 MVA cos φ 0,87 - Các đường cáp kép có S = 3,6 MVA nên dịng điện làm việc bình thường là: Ilvbt = S 3, 45 = = 94,8A 3.U dm 3.10,5 81 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại 24 Tmax = ∑ S T i Smax i 365 = 365 9, 66.7 + 11, 72.5 + 13, 79.6 + 11, 03.4 13, 79 = 6698,6 Tra bảng 43 sách mạng lưới điện ta chọn cáp bọc giấy cách điện có Tkt = 1,2A/mm2 Tiết diện cáp kép là: Scáp = 94,8 = 80 mm2 1, Tra bảng chọn loại cáp ba pha lõi đồng cách điện giấy tẩm dầu nhựa thơng chất dẻo khơng cháy vỏ chì đặt đất S = 95 mm2; Uđm = 10,5 KV; ICP = 205A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài: I’cp = K1.K2.Icp ≥ Ilvbt Trong đó: K1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ K1 = θ cp − θ'0 θ cp − θ θcp: nhiệt độ phát nóng cho phép θcp = 600C θ’0: nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp θ’cp = 25 0C θ0: nhiệt độ tính tốn tiêu chuẩn θ0 = 15 0C 82 Đồ án môn học K1 = Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 60− 25 = 0,88 60− 15 K2: hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn có K2 = 1, với cáp kép K2 = 0,9 -Với cáp kép: I’cp = 0,88.1.205 = 180,4 A > Ilvbt = 94,8A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng làm việc cưỡng Theo quy trình thiết bị điện cáp có cách điện giấy tẩm dàu điện áp khơng q 10KV điều kiện làm việc bình thường dịng điện qua chúng khơng vượt q 80% dịng điện cho phép hiệu chỉnh cố cho phép tải 30% thời gian không vượt qúa ngày đêm Dòng điện làm việc cưỡng qua cáp đứt sợi: Icb = 2.Ilvbt = 2.94,8 = 189,6A Vậy ta có: I’cp = Kqt.K1.K2.Icp = 1,3.180,4 = 234,5 A > icb = 189,6A Vậy điều kiện phát nóng cố thoả mãn Kết luận: Cáp chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 83 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 4.6.2 Chọn kháng điện K1 = F1 F3 K2 N5 N6 a Chọn kháng điện đường dây Kháng điện đường dây chọn theo tiêu chuẩn sau: + Điện áp : Uđmk = 10,5 KV + Dịng điện : Iđmk > Icb • Xác định dịng điện cưỡng qua kháng: Dòng cưỡng qua kháng giả thiết cố kháng điện Lúc cơng suất qua kháng cịn lại là: 84 Đồ án môn học Icbk = SuF max = 3.U dm Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 13, 79 = 0,76 KA 3.10,5 Ta chọn kháng điện PbA_10_1500 • Xác định Xk% kháng: XHT EHT XK Xc1 N4 Xc2 N5 N6 Trong chương tính ngắn mạch ta tính dòng ngắn mạch điểm N4: I”N4 = 68,07 KA + Điện kháng hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4 là: 100 = 0,08 3.10,5.68, 07 XHT = + Điện kháng cáp là: Xc1 = X0.l Scb U 2tb = 0,08.4 100 = 0,29 10,52 + Dòng ổn định nhiệt cáp là: InhS1 = S1.C1 t1 Trong đó: S1: tiết diện cáp = 95mm2 C1: hệ số cáp đồng , C = 141 A2/s t1: thời gian cắt máy cắt 1: t1 = t2 + 0,3 = 0,6 + 0,3 =0,9 sec 85 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Dòng điện cắt máy cắt hợp Icđm = 20 KA S1 C 95.141 = = 14,12 KA t1 0,9 ⇒ InhS1 = InhS2 = S C t2 = 70.141 = 12,742 KA 0,6 Ta phải chọn kháng có Xk% cho hạn chế dòng ngắn mạch nhỏ hay dòng cắt định mức máy cắt chọn, đồng thời đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện chọn I”N5 ≤ (Icđm1, InhS1) I”N6 ≤ (Icđm2, InhS2) Vậy ta chọn khángc ó Xk% cho ngắn mạch N5 có dịng ngắn mạch I”N5 ≤ 14,12 KA + Khi ngắn mạch N6 điện kháng tính đến điểm ngắn mạch là: XΣ = I cb I nh = 100 = 0,43 3.10,5.12,742 Ta có XΣ = XHT + Xk + Xc1 ⇒ Xk = XΣ - XHT - Xc1 = 0,43 - 0,047 - 0,29 = 0,093 Vậy Xk% = Xk I dmk 0, 093.1,5.100 100 = = 2,53% I cb 5,5 Vậy ta chọn kháng đơn loại: PbA-10-1500 có thơng số kỹ thuật là: Xk% = 10% Iđm = 1500 A 86 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện b Kiểm tra kháng vừa chọn + Điện kháng tương đối điện kháng vừa chọn: XK = XK% I cb 10 100 = = 0,366 I cm 100 3.10,5.1,5 + Dòng ngắn mạchtại N5: I cb 5,5 = = 13,31 KA X HT + X K 0, 047 + 0,366 I”N5 = Thoả mãn điều kiện I”N5 ≤ Icắtđm1 = 20 KA I”N5 ≤ InhS1 = 14,12 KA + Dòng ngắn mạch N6: I”N6 = X HT I cb 5,5 = = 7,82 KA + X K + X c1 0, 047 + 0,366 + 0, 29 Thoả mãn điều kiện: I”N6 < Icắtđm2 = 20 KA I”N6 ≤ InhS2 = 12,742 KA Kết luận: Vậy kháng điện chọn đảm bảo yêu cầu 4.6.3 Kiểm tra máy cắt hợp phụ tải địa phương + Dòng ngắn mạch N5: I”N5 = I cb 5,5 = = 13,31 KA X HT + X K 0, 047 + 0,366 87 Đồ án môn học Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện + Dòng điện xung kích N5 là: IXK = 1,8.13,31 = 33,88 KA Loại máy cắt điện dầu trạm địa phương theo đầu có thơng số sau: Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (KA) Icđm (KA) Ilđđ (KA) BMΠ-10-1250-20 10 5600 20 64 - Dòng điện : IđmMC ≥ Icb - Điều kiện cắt : Icđn ≥ I” = 13,31 KA - Điều kiện ổn định động : ildd > ixk = 33,88 KA Kết luận: Vậy máy cắt chọn thoả mãn điều kiện Đồ án môn học 88 Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện TÀI LIỆU THAM KHẢO Thiết kế nhà máy điện-PGS.TS Nguyễn Hữu Khỏi xuất năm 1990 … …