Tài liệu Đồ án môn học - Thiết kế nhà máy điện pdf

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 1 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Điện năng tiêu thụ tại các hộ tiêu thụ điện luôn luôn thay đổi theo thời gian. Do vậy người ta phải dùng các phương pháp thống kê dự báo lập nên đồ thị phụ tải từ đó lựa chọn phương thức vận hành, chọn sơ đồ nối điện chính hợp lý đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Người thi ết kế căn cứ vào đồ thị phụ tải để xác định công suất và dòng điện đi qua các thiết bị để tiến hành lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, sơ đồ nối điện hợp lý. 1.1.CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN Nhà máy điện gồm 4 máy phát, công suất mỗi máy là 50 MW, hệ số công suất cosφ= 0.8. Công suất biểu kiến định mứ c của mỗi máy là: S đmF = 5.62 8.0 50 cos == ϕ đmF P MVA. Chọn các máy phát điện tua-bin hơi cùng loại, điện áp định mức 10.5 kV.Tra Phụ lục II, trang 99, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”(Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004). Chọn 4 máy phát điện loại TBФ-50- 3600 do CHLB Nga chế tạo, các tham số chính của máy phát được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 1.1. Các tham số chính của máy phát điện Loại máy phát Các thông số ở chế độ định mức Điện kháng tương đối n, v/ph S, MVA P, MW U, kV cosφ I đm , kA X d ” X d ’ X d TBФ-50-3600 3000 62.5 50 10.5 0.8 5.73 0.1336 0.1786 1.4036 1.2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.2.1. Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát (10.5 kV) Phụ tải cấp điện áp máy phát: P UFmax = 17.6 MW; cosφ= 0.8 → S UFmax = 22 8.0 6.17 cos max == ϕ UF P MVA. Áp dụng các công thức: max 100 )%( )( P tP tP = , MW Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 2 ϕ cos )( )( tP tS = , MVA Trong đó: P max : công suất tác dụng của phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại, MW P(t) : công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t, MW S(t) : công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t, MVA cosφ : hệ số công suất của phụ tải. Sẽ tính được công suất của phụ tải ở các khoảng thời gian khác nhau trong ngày. B ảng 1.2. Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát Thời gian, (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 Công suất P, (%) 70 80 100 85 65 P, (MW) 12.32 14.08 17.6 14.96 11.44 S, (MVA) 15.4 17.6 22 18.7 14.3 Từ đó vẽ được biểu đồ phụ tải. Hình 1.1. Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 1.2.2. Tính toán phụ tải cấp điện áp trung (110 kV) Phụ tải cấp điện áp trung: P UTmax = 85 MW, cosφ= 0.8 → S UTmax = 25.106 8.0 85 cos max == ϕ UT P MVA Tính toán tương tự như với cấp điện áp máy phát. Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau. Bảng 1.3. Công suất phụ tải cấp điện áp trung Thời gian, (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 Công suất P, (%) 80 90 80 100 75 P, (MW) 68 76.5 68 85 63.75 S, (MVA) 85 95.625 85 106.25 79.6875 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 3 Hình 1.2. Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 1.2.3. Tính toán công suất phát của nhà máy điện Nhà máy gồm 4 máy phát, mỗi máy có công suất định mức P Fđm = 50 MW. Công suất đặt của toàn nhà máy là: P NMmax = 4 × 50= 200 MW. Công suất phát của Nhà máy điện được tính theo công thức: max 100 % )( NMNM P P tP = , MW ϕ Cos tP tS NM NM )( )( = , MVA P NMmax = 200 MW;Cosϕ = 0.8 ; S NMmax = 250 8.0 200 cos max == ϕ NM P MVA Từ bảng số liệu biến thiên phụ tải toàn nhà máy, áp dụng công thức trên tính cho từng khoảng thời gian ta có bảng biến thiên công suất phát của nhà máy. Bảng 1.4. Công suất phát của nhà máy Thời gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24 Công suất P, (%) 70 85 95 100 75 P, (MW) 140 170 190 200 150 S, (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5 Hình 1.3. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 1.2.4. Tính toán công suất tự dùng của nhà máy Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 4 Điện tự dùng nhà máy nhiệt điện thiết kế chiếm 8% công suất định mức của nhà máy. Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm được xác định theo công thức sau: S td (t) = () .0.40.6 NM NM NM St S S α ⎛⎞ ×+× ⎜⎟ ⎝⎠ Trong đó : • α - số phấn trăm lượng điện tự dùng , α =8% Cosϕ td = 0.8. • S td (t) : công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t, MVA. • S NM (t) : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t, MVA. 0.4 - lượng phụ tải tự dùng không phụ thuộc công suất phát. 0.6 - lượng phụ tải tự dùng phụ thuộc công suất phát. Từ số liệu về công suất phát của nhà máy áp dụng công thức(1.4) ta có bảng biến thiên công suất tự dùng và đồ thị phụ tải tự dùng. Bảng 1.5. Công suất tự dùng của nhà máy Thời gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24 Công suất S NM (t) , (%) 70 85 95 100 75 S NM (t) , (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5 S t d (t) , (MVA) 16.4 18.2 19.4 20 17 Hình 1.4. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy 1.2.5. Công suất phát về hệ thống điện. Công suất của nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t được tính theo công thức: S VHT (t) = S NM (t) – [S td (t) + S UF (t) + S UT (t)] Trong đó: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 5 S VHT (t) – Công suất nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA Sau khi tính được công suất phát về hệ thống, lập được bảng cân bằng công suất toàn nhà máy. Bảng 1.5. Bảng cân bằng công suất toàn nhà máy Thời gian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 S NM (t), (MVA) 175 175 175 212.5 212.5 237.5 250 250 187.5 S UF (t), (MVA) 15.4 15.4 17.6 17.6 22 22 18.7 14.3 14.3 S UT (t), (MVA) 85 95.625 95.625 95.625 85 85 106.25 79.6875 79.6875 S td (t), (MVA) 16.4 16.4 16.4 18.2 18.2 19.4 20 20 17 S VHT (t), ( MVA) 58.2 47.575 45.375 81.075 87.3 111.1 105.05 136.0125 76.5125 Hình 1.5. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 6 NHẬN XÉT : • Phụ tải cấp điện áp maý phát và tự dùng khá nhỏ (S UFmax =22 MVA, S UFmin =14.3 MVA), phụ tải cấp điện áp trung khá lớn (S UTmax =106.25 MVA,S UTmin =79.6875 MVA), tuy nhiên nhà máy vẫn đáp ứng đủ công suất yêu cầu. Phụ tải các cấp điện áp máy phát và điện áp trung đều là các phụ tải loại 1, được cung cấp điện bằng các đường dây kép. • Công suất của hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế) là 2400 MVA, dự trữ công suất của hệ thống là 15% tức là 360 MVA, giá trị này lớn hơn công suất cực đại mà nhà máy có thể phát về hệ thống S VHTmax =136.0125 MVA và phụ tải cấp điện áp trung nên trong trường hợp sự cố hỏng 1 hoặc vài tổ máy phát thì hệ thống vẫn cung cấp đủ cho phụ tải của nhà máy. Công suất phát của nhà máy vào hệ thống tương đối nhỏ so với tổng công suất của toàn hệ thống ⇒ nhà máy chỉ có thể chạy vận hành nền và không có khả năng điều chỉnh chất lượng điện n ăng cho hệ thống. • Khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy không cao.Ta tiếp tục duy trì vận hành đúng chỉ tiêu kinh tế – kĩ thuật trong tương lai để đáp ứng một phần nhu cầu điện năng của địa phương và phát lên hệ thống. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 7 CHƯƠNG II LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY 2.1. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN Đây là một khâu quan trọng trong thiết kế nhà máy. Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và có hiệu quả kinh tế cao. Theo kết quả tính toán chương I Phụ tải cấp điện áp máy phát : S UFmax = 22 MVA. S UFmin = 14.3 MVA. Phụ tải trung áp: S UTmax = 106.25 MVA. S UTmin = 79.6875 MVA. Phụ tải phát về hệ thống : S VHTmax = 136.0125 MVA. S VHTmin = 45.375 MVA. Công suất định mức 1 máy phát : S Fđm = 62.5MVA Phụ tải điện tự dùng: S tdmax =20 MVA Dự trữ của hệ thống : S dt HT =360 MVA Nhận thấy:  Phụ tải cấp điện áp máy phát: S UFmax = 22 MVA, 22 11 2 = MVA 11 100% 62.5 × = 17.6% >15% S Fđm . Vì vậy phải có thanh góp cấp điện áp máy phát (TG U F ).  S UFmax = 22 MVA, S td1MF = 55.62 100 8 100 8 == dmF S MVA. Nếu ghép 2 máy phát vào thanh góp U F : Công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát là 10 MVA → công suất yêu cầu trên thanh góp U F là 22+10= 32 MVA. Nếu ghép 3 máy phát vào thanh góp U F : Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 8 Công suất tự dùng cực đại của 3 máy phát là 15MVA → công suất yêu cầu trên thanh góp U F là 22+15= 37 MVA. Trong cả 2 trường hợp này, khi 1 máy phát bị sự cố thì các máy phát còn lại đều đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải tự dùng. Như vậy về lý thuyết ta có thể ghép 2 hoặc 3 máy phát lên thanh góp U F .  Cấp điện áp cao U C = 220 kV Cấp điện áp trung U T = 110 kV Trung tính của cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV đều được trực tiếp nối đất, hệ số có lợi: 220 110 0.5 220 CT C UU U α − − == = . Vậy nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp.  Phụ tải cấp điện áp trung: S UTmax = 106.25 MVA. S UTmin = 79.6875 MVA. Công suất định mức của 1 máy phát : S Fđm = 62.5 MVA → Có thể ghép 1- 2 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây lên thanh góp 110 kV và cho các máy phát này vận hành bằng phẳng.  Công suất phát về hệ thống : S VHTmax = 136.0125 MVA. S VHTmin = 45.375 MVA. → Có thể ghép 2-3 máy phát lên thanh góp cao áp.  Dự trữ công suất hệ thống: S dt HT = 15% × 2400= 360 MVA. Công suất của bộ 2 máy phát là : S bộ = 2 × (62.5-5)= 115 MVA. Như vậy về nguyên tắc có thể ghép chung bộ 2 máy phát với máy biến áp 2 cuộn dây. Từ các nhận xét trên vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 9 2.1.1. Phương án 1 Hình 2.1. Sơ đồ nối điện phương án1 Trong phương án này dùng 2 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây cấp điện cho thanh góp điện áp trung 110 kV, 2 máy phát còn lại được nối với các phân đoạn của thanh góp U F . Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp và phát điện lên hệ thống. Kháng điện nối giữa các phân đoạn của thanh góp điện áp máy phát để hạn chế dòng ngắn mạch khá lớn khi xảy ra ngắn mạch trên phân đoạn của thanh góp. Điện tự dùng được trích đều từ đầu cực máy phát và trên thanh góp cấp điện áp máy phát. Ưu điểm c ủa phương án này là đơn giản trong vận hành, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp, hai máy biến áp tự ngẫu có dung lượng nhỏ, số lượng các thiết bị điện cao áp ít nên giảm giá thành đầu tư. Công suất của các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây ở phía điện áp trung gần bằng phụ tải cấp điện áp này nên công suất truyền tả i qua cuộn dây trung áp của máy biến áp liên lạc rất nhỏ do đó giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phí vận hành. 2.1.2. Phương án 2 Trong phương án này dùng 1 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây cấp điện cho thanh góp 110 kV, 3 máy phát còn lại được nối với thanh góp U F . Để hạn chế dòng ngắn mạch lớn sử dụng 2 kháng điện nối các phân đoạn của thanh góp cấp điện áp máy phát. Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp và phát điện lên hệ thống. HTĐ HTĐ [...]... và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” (Ngô Hồng Quang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -1 0-3 00 0-1 0 Các thông số kỹ thuật của kháng điện này: Uđm =10 kV IKđm = 3 kA XK% = 10% 2.4.2 Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức cho phương án 2 Sơ đồ: - 28 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện HTĐ Phụ tải cấp điện áp máy phát bao... là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ 7 Điểm N6: Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng IN6 = IN4 + IN4’ 3.2.2 Tính điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối cơ bản 1 Điện kháng của hệ thống là: Scb 100 = 0.68 XHT = XHTđm = 0.0283 SHT 2400 2 Điện kháng của đường dây kép nối với hệ thống: - 34 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện Đường dây nối nhà máy. .. sơ đồ nối điện của nhà máy cần phải lựa chọn các điểm cụ thể để tính dòng ngắn mạch phục vụ cho lựa chọn các thiết bị điện - 33 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện mà dòng ngắn mạch đi qua.Trong sơ đồ này phải chọn 7 điểm để tính ngắn mạch HTĐ 1 Điểm N1: Chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống 2 Điểm N2: Chọn khí cụ điện cho mạch 110 kV Nguồn cung cấp là nhà máy. .. biến áp cho phương án 1 1 Chọn máy biến áp nối bộ ba pha hai dây quấn Sơ đồ: - 11 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện HTĐ Hình 2.5 Các máy biến áp cho phương án 1 Đối với máy biến áp ghép bộ thì điều kiện chọn máy biến áp là: SBđm≥ S Fđm = 62.5 MVA Tra phụ lục III.4, trang 154, sách Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” (Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004), chọn hai máy biến áp B1,... (MVA) SH(t), (MVA) 0-4 4-6 6-8 8-1 0 1 0-1 2 1 2-1 4 1 4-1 8 1 8-2 0 2 0-2 4 13.75 19.0625 19.0625 19.0625 13.75 13.75 24.375 11.09375 11.09375 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 42.85 42.85 41.75 59.6 57.4 69.3 76.9 79.1 49.35 - 18 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 2 Xét các trường hợp sự cố Xét 2 tình huống sự cố hỏng máy biến áp nặng nề nhất là khi ở cấp điện áp trung có phụ... kiện sau: - 31 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện UKđm ≥ Umạng = 10 kV IKđm ≥ IcbK = 3.57 kA Tra sổ tay “Lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” (Ngô Hồng Quang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -1 0-4 00 0-1 0 Các thông số kỹ thuật của kháng điện này: Uđm =10 kV IKđm = 4 kA XK% = 10% Từ các tính toán cụ thể ở... ngẫu TN1, TN2 ◊ Điện kháng phía cao: XC = Scb 1 (UN(C-T) + UN(C-H) – UN(T-H) ) 100× STNdm 2 = 1 100 (11 + 32 - 20) = 0.092 100×125 2 ◊ Điện kháng phía hạ: XH = = Scb 1 (UN(C-H) + UN(T-H) - UN(C-T) ) 100× STNdm 2 1 100 (20 + 32 - 11) = 0.164 100×125 2 ◊ Điện kháng phía trung: XT = Scb 1 (UN(C-T) + UN(T-H) - UN(C-H) ) 100× STNdm 2 = 1 100 (11 + 20 - 32) = - 0.004 < 0 100×125 2 Vì XT = - 0,004 < 0 và có... các máy biến áp cho phương án 1 Điện áp cuộn dây, Cấp điện áp, Loại Sđm MVA kV 110 kV C T H Io % PN Po C-T A Тдц 220 ATдцтH UN % Tổn thất công suất, kW C-T C-H C-H T-H Giá, 103R T-H 80 115 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.55 91 125 230 121 11 75 290 145 145 11 32 20 0.5 185 2.2.1 Chọn máy biến áp cho phương án 2 HTĐ Hình 2.6 Các máy biến áp cho phương án 2 1 Chọn máy biến áp nối bộ ba pha hai dây quấn Máy. . .Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện Ưu điểm của phương án này là số lượng máy biến áp và các thiết bị điện cao áp ít nên giảm giá thành đầu tư Máy biến áp tự ngẫu vừa làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp vừa làm nhiệm vụ tải công suất của các máy phát tương ứng lên các cấp điện áp cao và trung nên giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phí vận hành Máy phát cấp điện cho phụ tải cấp điện. .. phía hạ áp máy biến áp liên lạc(10.5 kV) F I cb : dòng cưỡng bức qua máy phát (10.5 kV) quaK I cb : dòng cưỡng bức qua kháng (10.5 kV) - 32 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện CHƯƠNG III TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn ổn định động, ổn định nhiệt khi ngắn mạch Dòng điện ngắn mạch dùng để tính toán, lựa chọn . Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 1 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN. 1.3. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 1.2.4. Tính toán công suất tự dùng của nhà máy Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 4 Điện tự dùng nhà máy nhiệt