b. Phân phối công suất các MBA và các cuộn dây MBATN
4.2. Chọn máy cắt cho các mạch
Máy cắt điện là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện, dùng để đóng cắt mạch điện với dòng điện phụ tải khi làm việc bình thờng và dòng ngắn mạch khi sự cố để bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện.
Để thuận tiện cho lắp đặt, vận hành và sửa chữa, ta chọn một loại máy cắt cho các mạch cùng cấp điện áp.
Các máy cắt đợc chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức: Uđm≥ Uđmmạng
- Dòng điện định mức: Idm ≥Icb(Icb: dòng cỡng bức của mạch đặt máy cắt)
- Dòng điện cắt định mức: ICdm ≥I'' (I'': dòng ngắn mạch siêu quá độ) - Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôdd ≥ixk(ixk: dòng ngắn mạch xung kích)
- Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: I .t2nh nh ≥BN (BN: xung lợng nhiệt của dòng ngắn mạch)
Từ kết quả tính toán dòng cỡng bức và dòng ngắn mạch ta tiến hành chọn máy cắt cho các phơng án nh bảng sau:
Bảng 4-1: Thông số máy cắt chọn PA Cấp
điện Thông số tính toán
MC SF6 Thông số máy cắt cb I (kA) '' I (kA) xk i (kA) Uđm (kV) Iđm (kA) ICđm (kA) ôdd i (kA) I 220 0,611 7,659 19,497 3AQ1 245 4 40 100 110 0,735 14,714 37,456 3AQ1-FE 123 3,15 31,5 80 10,5 6,792 45,166 114,974 8BK41 12 12,5 80 225 II 220 0,385 7,955 20,250 3AQ1 245 4 40 100 110 0,649 13,551 34,495 3AQ1-FE 123 3,15 31,5 80 10,5 6,792 43,671 111,168 8BK41 12 12,5 80 225 Các máy cắt chọn đều có dòng điện định mức Iđm > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.
4.3. Tính toán kinh tế - kỹ thuật để chọn phơng án tối u
- Một phơng án về thiết bị điện đợc gọi là kinh tế nhất nếu chi phí tính toán C là nhỏ nhất: Ci = +Pi a .Vdm i +Yi
Trong đó: i - Số thứ tự của phơng án
Vi -Vốn đầu t của phơng án i (USD)
Pi - Chi phí vận hành hàng năm của phơng án i (USD/năm)
adm - Hệ số định mức của hiệu quả kinh tế (1/năm). Đối với tính toán trong năng lợng ađm = 0,15.
Yi - Thiệt hại do mất điện (USD/năm). Do không có đủ số liệu để xác định Y nên ta bỏ qua khi tính toán chi phí tính toán C.
- Vốn đầu t của mỗi phơng án đợc tính nh sau : V = VB + VTBPP + Vốn đầu t máy biến áp: VB = Σ(kBi . vBi)
kBi - hệ số có tính đến tiền chuyên chở và xây lắp máy biến áp i.
Hệ số này phụ thuộc vào điện áp định mức của cuộn cao áp và công suất định mức của máy biến áp (tra trong bảng (4-1) sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”).
vBi - Giá tiền máy biến áp i.
+ Vốn đầu t thiết bị phân phối: VTBPP = n1.vTBPP1 + n2.vTBPP2 +...+ nn.vTBPPn
n1, n2,..., nn - Số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2,..., Un
vTBPP1, vTBPP2,..., vTBPPn - Giá tiền của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2,..., Un - Phí tổn vận hành hàng năm của mỗi phơng án đợc xác định theo công thức:
P = Pk + Pt + Pp Trong đó:
Pt - Chi phí tổn thất điện năng hàng năm (chủ yếu trong máy biến áp) Pt = β. ∆A ( β - giá tiền 1kWh điện năng tổn thất ) Lấy: β = 0,06 USD/kWh
Pk - Khấu hao hàng năm về vốn đầu t và sửa chữa lớn
Pk a.V 100
= ( a - định mức khấu hao, % )
PP - Chi phí lơng công nhân và sửa chữa nhỏ. Chi phí này tạo nên một phần không đáng kể so với tổng chi phí sản xuất và cũng ít thay đổi giữa các phơng án so sánh nên th- ờng bỏ qua.
4.3.1. Các chỉ tiêu kinh tế của phơng án I a. Vốn đầu t cho máy biến áp a. Vốn đầu t cho máy biến áp
Vốn đầu t cho các máy biến áp đợc ghi trong bảng sau :
Bảng 4-2: Giá máy biến áp của phơng án I
Tổng vốn đầu t cho máy biến áp của phơng án I là: VT I = ( 4420 + 2550 + 1260 ). 103 = 8230.103 USD
b. Vốn đầu t cho thiết bị phân phối
Vốn đầu t cho thiết bị phân phối theo từng cấp đợc tính ở bảng 4-3 sau: Bảng 4-3: Giá máy cắt của phơng án I
Udm (kV) Kiểu MC lợngSố Đơn giá (x103USD) Thành tiền (x103USD) 220 3AQ1 20 80 1600 110 3AQ1-FE 12 50 600 10,5 8BK41 2 30 60 Loại MBA Số l- ợng Đơn giá (x103 USD) kB Thành tiền (x103 USD) ATДЦTΗ -250 2 1700 1,3 4420 TДЦ – 125/121 2 850 1,5 2550 TДЦ – 125/242 1 900 1,4 1260
- Vốn đầu t cho máy cắt: VTBPP = Σ(nC.vC + nT.vT + nH.vH) Trong đó: nC, nT, nH : số mạch phân phối phía cao, trung, hạ.
vC,vT,vH : giá tiền mạch phân phối phía cao, trung, hạ. - Tổng vốn đầu t cho thiết bị phân phối:
VTBPP(1) = ( 1600 + 600 + 60 ).103 = 2260.103 USD. - Vậy tổng vốn đầu t cho phơng án I là:
VI = VT(I) + VTBPP(I) = ( 8230 + 2260 ).103 = 10490.103 USD
c. Tính chi phí vận hành hàng năm của phơng án I
Phí tổn vận hành hàng năm của mỗi phơng án đợc xác định theo công thức: P = Pk + Pt + Pp
- Chi phí tổn thất điện năng hàng năm:
Tổn thất điện năng hàng năm của phơng án I là: ∆AI = 15.469.985,56 kWh Ta có: Pt = β. ∆AI= 0,06. 15469985,56 = 928,199.103 USD
- Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk) tính theo công thức sau:
( ) k 150kV 150kV 220kV 220kV 1 P a %.V a %.V 100 < < = + Trong đó:
+ a<150kV%- định mức khấu hao về vốn đấu t các thiết bị điện lực và phân phối
cấp điện áp ≤150 kV.
+ a220kV%- định mức khấu hao vè vốn đấu t các thiết bị điện lực và phân phối
cấp điện áp ≥220 kV.
Tra bảng 4.2 trang 52-“Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta có: + a<150kV% = 9,4 % + a220kV% = 8,4 %
Tổng vốn đầu t cho máy biến áp và TBPP cấp điện áp 10,5 kV và 110 kV: VT+H (I) = VBA(T+H) +VTBPP(T+H) = 2550.103 + ( 600 + 60 ).103 = 3210.103 USD Tổng vốn đầu t cho máy biến áp và TBPP cấp điện áp 220 kV:
VC (I) = VBAC +VTBPPC = (4420 + 1260 ).103 + 1600.103 = 7280.103 USD
Ta có: 3 3 3 k 9,4.3210.10 8, 4.7280.10 P 913, 26.10 100 + = = USD
- Vậy chi phí vận hành phơng án I là:
PI = Pt + Pk = ( 928,199 + 913,26 ).103 = 1841,459. 103 USD
3 3 I I dm I
C = +P a .V =(1841, 459 0,15.10490).10+ =3414,959.10 USD
4.3.2. Các chỉ tiêu kinh tế của phơng án II a. Vốn đầu t cho các máy biến áp a. Vốn đầu t cho các máy biến áp
Vốn đầu t cho các máy biến áp đợc tính trong bảng 4 - 4:
Bảng 4-4: Giá máy biến áp của phơng án II
- Tổng vốn đầu t cho máy biến áp:
VT II = (4420 + 1275 + 2520 ). 103 = 8215.103 USD
b. Vốn đầu t cho thiết bị phân phối
Vốn đầu t cho thiết bị phân phối theo từng cấp đợc tính ở bảng 4-3 sau: Bảng 4-3: Giá máy cắt của phơng án II
Udm
(kV) Kiểu MC lợngSố (x10Đơn giá3 USD) (x10Thành tiền3 USD)
220 3AQ1 21 80 1680
110 3AQ1-FE 11 50 550
10,5 8BK41 2 30 60
- Tổng vốn đầu t cho thiết bị phân phối:
VTBPP(II) = (1680 + 550 + 60 ).103 = 2290.103 USD - Vậy tổng vốn đầu t cho phơng án II là:
VII = VT(II) + VTBPP(II) = ( 8215 + 2290 ).103 = 10505.103USD
c. Tính chi phí vận hành hàng năm của phơng án II
- Chi phí do tổn thất điện năng:
Tổn thất điện năng hàng năm của phơng án II là: ∆AII = 14.429.552,91 kWh
Ta có: Pt = β.∆AII= 0,06. 14429552,91 ≈ 865,773. 103USD - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk):
Loại MBA Số l-ợng lợngSố Đơn giá (x103 USD) Thành tiền (x103 USD) ATДЦTΗ -250 2 1700 1,3 4420 TДЦ - 125/121 1 850 1,5 1275 TДЦ - 125/242 2 900 1,4 2520
( ) k 150kV 150kV 220kV 220kV 1 P a %.V a %.V 100 < < = +
Tra bảng 4.2 trang 52 - “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta có: + a<150kV% = 9,4 % + a220kV% = 8,4 %
Tổng vốn đầu t cho máy biến áp và TBPP cấp điện áp 10,5kV và 110kV:
( )
3 3 3
T H (II) BA(T H) TBPP(T H)
V + V= + +V + 1275.10 550 + 60 .10= + = 1885.10 USD Tổng vốn đầu t cho máy biến áp và TBPP cấp điện áp 220kV:
VC (II) = VBAC +VTBPPC = ( 4420 + 2520 ).103 + 1680.103 = 8620.103 USD
Ta có: Pk 9, 4.1885.103 8,4.8620.103 901, 27.103 100
+
= = USD
- Vậy chi phí vận hành phơng án II là:
PII = Pt + Pk = ( 865,773 + 901,27 ).103 = 1767,043.103 USD
d. Tính chi phí tính toán của phơng án II
= + = + 3 = 3
II II dm II
C P a .V (1767,043 0,15.10505).10 3340,793.10 USD
4.4. So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chọn phơng án tối u.
Từ các kết quả tính toán các chỉ tiêu kinh tế cho 2 phơng án, ta có bảng so sánh về mặt kinh tế giữa 2 phơng án:
Bảng 4-6: Bảng so sánh kinh tế hai phơng án
PA Vốn đầu t V(x103 USD) Chi phí vận hành hàng năm P (x103 USD) Chi phí tính toán hàng năm C (x103 USD)
I 10490 1841,459 3414,959
II 10505 1767,043 3340,793
Do chi phí tính toán hàng năm của phơng án II nhỏ hơn phơng án I (CII < CI ) nên ph- ơng án II có lợi hơn về mặt kinh tế so với phơng án I.
Hơn nữa, về mặt kỹ thuật phơng án II có tính linh hoạt cao trong quá trình vận hành và đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện khi làm việc bình thờng cũng nh khi sự cố. Hai bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây nối trực tiếp vào thanh góp 220kV nên có thể cấp công suất trực tiếp cho phụ tải cao áp và hệ thống mà không qua máy biến áp liên lạc gây tổn thất.
Vì những u điểm trên về kinh tế cũng nh kỹ thuật nên ta chọn phơng án II là phơng án tối u.
Ch
ơng V
5.1. Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát
Thanh dẫn cứng đợc dùng ở cấp điện áp máy phát 10,5kV dùng để nối từ máy phát đến cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai cuộn dây. Do chiều dài các thanh dẫn này thờng không lớn cho nên đợc chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép:
I’cp = khc . Icp≥ I lvcb Icp ≥ lvcb hc I
k
Ilvcb: Dòng điện làm việc cỡng bức tính toán cấp 10,5 kV; Ilvcb = 6,792 kA Icp: Dòng làm việc cho phép của thanh dẫn.
I’cp : Dòng làm việc cho phép của thanh dẫn khi đã hiệu chỉnh. khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trờng xung quanh (θ0)
hc CP 0 cp 0dm
K = θ − θ θ − θ
θcp : Nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn. θ0đm: Nhiệt độ môi trờng quy chuẩn.
θ0: Nhiệt độ môi trờng thực tế.
5.1.1. Chọn loại và tiết diện thanh dẫn
Dòng làm việc của thanh dẫn lớn nên ta chọn thanh dẫn bằng đồng hình máng có: θ0đm = 250C; θcp = 700C; giả thiết θ0 = 350C.
Hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện môi trờng xung quanh: khc = cp 0 cp 0dm θ − θ θ − θ = 70 35 70 25 − − = 0,882 Vậy ta có điều kiện chọn thanh dẫn là:
Icp≥ lvcb hc
I 6,792
7,701
k = 0,882 = kA
Từ điều kiện trên ta chọn thanh dẫn bằng đồng có tiết diện hình máng quét sơn nh hình 5-1 để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần đồng thời tăng khả năng làm mát. Thanh dẫn chọn có các thông số kỹ thuật nh sau:
Kích thớc (cm) Tiết diện 1cực mm2
Mô men chống uốn (cm3)
Mô men quán tính (cm4) Icp cả 2 thanh (A) h b c r 1 thanh 2 thanh 1 thanh 2 thanh Wxx Wyy Wyoyo Jxx Jyy Jyoyo 17,5 8 0,8 1,2 2440 122 25 250 1070 114 2190 8550 h c b r yo y h yo y
5.1.2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch
Thanh dẫn đã chọn có dòng điện cho phép Icp= 8550A >1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch.
5.1.3. Kiểm tra ổn định động
Theo tiêu chuẩn độ bền cơ, ứng suất của vật liệu thanh dẫn không đợc lớn hơn ứng suất cho phép của nó: σtt ≤ σcp
ứng suất cho phép của thanh dẫn đồng là: σcpCu = 1400 kG/cm2
Đối với thanh dẫn ghép, ứng suất trong vật liệu thanh dẫn gồm hai thành phần: - ứng suất do lực tác động giữa các pha gây ra: σ1
- ứng suất do lực tơng tác giữa các thanh dẫn trong cùng một pha gây ra: σ2 Do đó ứng suất tính toán đợc xác định nh sau: σtt = σ1 + σ2
Lấy khoảng cách giữa các pha là a = 20cm, khoảng cách giữa hai sứ đỡ là l1 =200cm ( Cấp điện áp 6-22 kV thờng lấy: a = 20-120cm; l1= 80-200cm ). Các thanh dẫn đợc đặt đứng trên mặt phẳng nằm ngang và trong cùng một pha các thanh dẫn đợc hàn chặt với nhau. Theo chơng III ta có bảng kết quả dòng ngắn mạch tại các điểm N3, N4 nh sau:
Điểm NM I''N(kA) ixk(kA)
N3 43,671 111,168
N4 34,286 92,612
- Tính ứng suất giữa các pha:
Lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài nhịp là: F1 = 1,76.10-2.l1 a .ixk 2.khd = 1,76.10-2.200 20 .111,168 2.1 = 2175,065 kG Mô men uốn tác dụng lên chiều dài nhịp (giả sử số nhịp n≥3):
M1 = F .l1 1
10 =
2175,065.200
43501,3
10 = kG.cm
Do các thanh dẫn đợc đặt đứng trên mặt phẳng nằm ngang và trong cùng một pha các thanh dẫn đợc hàn chặt với nhau nên ta tính đợc ứng suất do lực động điện giữa các pha tác động với nhau sinh ra là:
σ1 = 1 yoyo M W = 43501,3 174,005 250 = kG/cm2 < σcpCu = 1400 kG/cm2
- Xác định khoảng cách giữa 2 miếng đệm:
Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra (gần đúng lấy k = 1 và b h 2 = ): f2 = 0,51.10-2. 1 h.ixk 2 = 0,51.10-2. 1 17,5. 111,168 2 = 3,602 kG/cm ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra:
σ2 = 2 yy M W = 2 2 2 yy f .l 12.W kG/cm2
Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là :
σtt = σ1 + σ2 ≤ σcp Cu σ2σcp Cu - σ1 l2 yy cpCu 1 2 12.W .( ) f σ − σ
Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = 12.22.(1400 -174,005) 299,761
3,602 = cm
Để đảm bảo ổn định động của các thanh dẫn, chiều dài thực giữa hai miếng đệm liên tiếp l2 phải thỏa mãn điều kiện: l2 < l2max
Do l1 = 200 (cm) < l2max = 299,761 (cm) nên chỉ cần sử dụng một miếng đệm đặt tại đầu sứ là đảm bảo ổn định động cho thanh dẫn.
- Xét sự dao động tiêng của thanh dẫn:
Tần số riêng của thanh dẫn xác định theo công thức: fr = 6 Yo Yo 2 E.J .10 . S. L − α γ
Trong đó:
- α: Hệ số phụ thuộc cách cố định thanh dẫn. - L: Độ dài thanh dẫn giữa 2 sứ, L = l1= 200 cm.
- E : Mômen đàn hồi của vật liệu thanh dẫn, ECu = 1,1.106 kG/cm2. - Jyo - yo : Momen quán tính đối với trục y0 - y0, Jyo - yo = 2190 cm 4. - S : Tiết kiệm ngang của thanh dẫn.
S = 2. S1cực = 2. 2440 = 4880 mm2 = 48,8 cm2
- γ: Khối lợng riêng của vật liệu thanh dẫn. γCu = 8,93 g/cm3
Do giả thiết số nhịp n > 3, thanh dẫn đợc đặt đứng cùng trên mặt phẳng nằm ngang, tra bảng 4-6 - Sách “Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp” - trang 138 ta đợc: α = 3,56 Thay các thông số vào công thức ta có:
fr = 3,56 1,1.10 .2190.102 6 6 209, 254 48,8.8,93
200 = Hz
fr nằm ngoài khoảng tần số cộng hởng ω = (45 ữ 55) Hz và 2ω = (90 ữ 110) Hz. Nh vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động thanh dẫn.
5.2. Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng