Thiết kế hệ thống điện nhà máy điện: Tính toán cân bằng công suất và các phương án nối dây
MỤC LỤC
KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY
Vì máy biến áp (MBA) liên lạc là tự ngẫu, khuyến khích chế độ truyền tải công suất từ trung sang cao (phía cao tải được đến công suất định mức, còn phía trung và hạ chỉ tải được đến công suất tính toán). Và để liên lạc giữa 3 cấp điện áp với nhau ta dùng 2 MBA tự ngẫu B5, B6 liên lạc giữa hệ thống 2 thanh góp trung và cao, phía cuộn hạ thì cung cấp cho phụ tải điện áp máy phát và trích ra một phần cho dự phòng, tự dùng.
TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP
PHƯƠNG ÁN 1
Không cần kiểm tra điều kiện quá tải vì một trong hai phần tử MPĐ hoặc MBA bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc, không thể xảy ra trường hợp làm việc khi bị sự cố.Chỉ cần dùng máy cắt phía cao áp là đủ, phía hạ áp chỉ dùng dao cách ly phụ cho sửa chữa. Đối với MBA liên lạc, khi một trong các MBA trong sơ đồ (MBA bộ hay chính MBA liên lạc) bị sự cố thì MBA liên lạc còn lại phải mang tải nhiều hơn, cùng với sự huy động công suất dự phòng của hệ thống thì mới có thể đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải các cấp cũng như phát về hệ thống như lúc bình thường.
TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
CHỌN SƠ ĐỒ THIẾT BỊ PHÂN PHỐI
TÍNH TOÁN KINH TẾ-KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 1. Vốn đầu tư
Trong chương này ta đã chọn được sơ đồ thiết bị phân phối và tính toán kinh tế - kỹ thuật cho hai phương án. Về điều kiện kỹ thuật, như đã phân tích trong phần tính toán chọn MBA, cả hai phương án đều đảm bảo điều kiện cung cấp điện cho các phụ tải như nhiệm vụ thiết kế đã cho. Đối với phương án 2, việc phải dùng đến ba chủng loại MBA khác nhau làm cho việc vận hành, bảo quản, lắp đặt khó khăn hơn so với phương án 1 chỉ dùng hai chủng loại MBA.
Vậy ta chọn phương án 1 là phương án tối ưu cả về kinh tế, kỹ thuật và tiếp tục dùng để tính toán chọn khí cụ điện, dây dẫn và điện tự dùng ở các chương tiếp theo.
TÍNH TOÁN DềNG ĐIỆN NGẮN MẠCH
- Chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng và phụ tải địa phương, chọn điểm ngắn mạch N4, nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống. Áp dụng các công thức tính toán, ta xác định trị số các phần tử trên sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. Ta thấy, điểm N3 có giá trị dòng ngắn mạch lớn hơn điểm N3’ nên sẽ được dùng để tính toán chọn khí cụ điện hạ áp.
Trong chương này đã chọn được các điểm ngắn mạch phù hợp và tính toán giá trị các dòng ngắn mạch này theo phương pháp đơn giản.
CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN
DềNG ĐIỆN LÀM VIỆC VÀ DềNG ĐIỆN CƯỠNG BỨC
Đối với cấp điện áp cao và trung chọn 1 loại MC với dòng cưỡng bức lớn nhất trong các dòng cưỡng bức các mạch. Chọn MC không khí hay MC dùng khí elega SF6 do hãng SIEMENS sản xuất, để thuận tiện cho điều khiển và cung cấp khí nén. Các MC đã chọn đều có Idm >1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.
Nhiệm vụ: Dao cách ly là thiết bị đóng mở cơ khí, ở vị trí mở tạo nên khoảng cách cách điện trông thấy cần thiết và tin cậy.
CHỌN THANH DẪN CỨNG ĐẦU CỰC MÁY PHÁT
Các CL đã chọn đều có Idm >1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Nên không cần phải đặt thêm miếng đệm trung gian, chỉ cần đặt miếng đệm chính tại sứ. Tần số dao động riêng của sứ và thanh dẫn cần phải nằm ngoài khu vực cộng hưởng với giới hạn ±10% tần số chính của hệ thống.
Giá trị tần số riêng nằm ngoài khu vực cộng hưởng, nên thanh dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định khi xét đến dao động riêng.
CHỌN THANH DẪN MỀM
Ở đây: Ftt - Lực động điện tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch 3 pha, kG. Để xác định xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kì ta sử dụng phương pháp giải tích đồ thị.
CHỌN CÁP VÀ KHÁNG ĐIỆN ĐƯỜNG DÂY 1. Chọn cáp
- Điện khángXK% được chọn theo điều kiện ổn định nhiệt cho cáp khi ngắn mạch và theo điều kiện dòng cắt của máy cắt đặt đầu đường dây. Hai kháng điện đường dây K1, K2 lấy điện từ đầu cực MPĐ có MBA liên lạc (phía trên MC), giữa 2 phân đoạn của 2 kháng có liên hệ với nhau bằng MCLL thường mở và nó chỉ đóng khi có 1 kháng bị sự cố để cấp điện cho địa phương. - Điểm N4: điểm ngắn mạch tại nơi đấu kháng điện (điểm ngắn mạch phục vụ chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng và phụ tải địa phương).
- Điểm N6: điểm ngắn mạch ngay sau MC2 đầu đường dây cáp 2, phục vụ cho chọn MC2 và kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch (nếu có nhu cầu).
CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 1. Máy biến dòng điện (BI)
BI đã chọn không cần kiểm tra điều kiện ổn định động vì nó quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát. - Chọn dây dẫn nối giữa biến điện áp và dụng cụ đo lường: tổn thất điện áp trên dây dẫn không vượt quá 0,5% điện áp định mức thứ cấp khi có công tơ. Ở cấp này phụ tải thứ cấp của biến điện áp thường là các cuộn dây của đồng hồ Voltmet có tổng trở tương đối lớn, nên công suất thường nhỏ.
Tiết diện dây dẫn giữa biến điện áp và dụng cụ đo lường thường được chọn sao cho đảm bảo độ bền cơ học.
CHỌN CHỐNG SÉT VAN (CSV)
Vì vậy, tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây cần bố trí một CSV. Tuy nhiên, do điện cảm của cuộn dây MBA, biên độ đường sét khi tới điểm trung tính sẽ giảm một phần, do đó CSV đặt ở trung tính được chọn có điện áp định mức giảm 1 cấp.
TÍNH TOÁN TỰ DÙNG
Hai máy biến áp tự dùng chung không những dự phòng nóng cho nhau mà còn dự phòng cho các MBA tự dùng riêng thông qua các aptomat thường mở lúc bình thường. Sơ đồ, MBA và khí cụ điện đã chọn thỏa mãn điều kiện làm việc bình thường cũng như khi sự cố, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Trải qua 6 chương tính toán, ta đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện đảm bảo được chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Tuy nhiên, đồ án còn một số sai sót như: chưa sát với thực tế khi lựa chọn một số thiết bị cũ do Liên Xô sản xuất hiện nay ít sử dụng, rút gọn nhiều bước để đơn giản hóa quá trình tính toán.
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
Tuy nhiên đó là loại ngắn mạch nguy hiểm nhất vì nó làm cho mối liên hệ giữa nhà máy và phụ tải, giữa các nhà máy với nhau hoàn toàn bị gián đoạn, độ giảm công suất đạt giá trị cực đại làm cho máy phát điện dao động mạnh. Vậy chứng tỏ có rất nhiều biện pháp nâng cao ổn định quá độ cho nhà máy điện nhưng trong đồ án này, ta tiến hành khảo sát tính ổn định động của nhà máy thông qua phần mềm powerworld khi có thêm hệ thống kích từ và bộ ổn định công suất PSS. - Phần mềm phân tích, tính toán và điều khiển với các bảng kết quả, các đặc tuyến cho phép người sử dụng nắm vững được các đặc điểm của hệ thống, các vấn đề liên quan đến hệ thống, cũng như các tình huống có thể xảy ra khi vận hành và điều khiển hệ thống, trên cơ sở này có thể đề xuất các cách giải quyết sao cho hiệu quả nhất.
Vẽ lần lượt các thiết bị thanh cái (Bus), đường dây (Transmission Line), MBA hai cuộn dây (Transformer), MBA tự ngẫu (Three-Winding Transformer), máy phát (Generator), tải (Load) ta sẽ được một case mô phỏng nhà máy nhiệt điện như đã thiết kế.
KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG BẲNG POWERWORLD
Từ hình vẽ ta thấy khi ngắn mạch thoáng qua 0,17s trên TG 220kV trong trường hợp máy phát điện chưa có bộ kích từ thì góc Roto MPĐ1 tăng vọt lên đến vô cùng và không trở lại vị trí ổn định ban đầu nữa chứng tỏ góc Roto MPĐ1 đã bị mất ổn định. Sau khi nhập thêm thông số động hệ thống kích từ ta tiến hành khảo sát tính ổn định của nhà máy khi ngắn mạch thoáng qua trên thanh góp 220kV trong khoảng thời gian 0,17s. Khi xét ngắn mạch thoáng qua trên thanh góp 220kV trong 3 trường hợp: Chỉ có thông số động của máy phát điện, máy phát điện có thêm bộ kích từ và máy phát điện có thêm bộ kích từ & thiết bị ổn định công suất PSS.
Khi có kích từ và bộ ổn định công suất PSS thì biên độ dao động của góc roto máy phát, đặc tính công suất tác dụng, công suất phản kháng hay đặc tính điện áp các nút đều giảm nên hệ thống sẽ ổn định nhanh hơn, khi ta tăng thời gian sự cố thì hệ thống vẫn ổn định.
