Đồ án Thiết kế môn học Nhà máy điện

ành công nghiệp điện năng trong những năm vừa qua đã đạt được những thành tựu đáng kể với nhiều nhà máy lớn đi vào hoạt động như: Nhà máy thủy điện Sơn La, Nhà máy thủy điện Lai Châu, Nhiệt điện Mông Dương, Nhiệt điện Thái Bình 1, Nhiệt điện Cà Mau, Nhiệt điện Nhơn Trạch Nhà máy thủy điện đem lại những lợi ích to lớn về kinh tế cũng như kỹ thuật. Tuy nhiên để xây dựng được các nhà máy thủy điện cần có vốn đầu tư lớn, thời gian xây dựng lâu dài, bên cạnh đó tiềm năng thủy điện nước ta phần lớn đều đã được khai thác trong khi công nghệ điện hạt nhân và năng lượng tái tạo vẫn còn nhiều rào cản về kinh tế và kỹ thuật. Để đáp ứng nhu cầu điện năng ngày càng lớn nhằm phát triển nền kinh tế xây dựng các nhà máy nhiệt điện với vốn đầu tư ít, thời gian xây dựng nhanh vẫn là một trong những phương án tối ưu. Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế kỹ thuật sẽ đem lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế nước nhà. Với điều kiện đó việc thực hiện đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện, tính toán chế độ vận hành tối ưu của hệ thống điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên. Qua đây em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Hoài Thu cùng các thầy cô trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Tuy nhiên do thời gian có hạn nên bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô. Hà Nội, Ngày tháng năm 2019 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Đối với hệ thống điện thì tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải có kể cả các tổn thất của hệ thống. Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi, vì vậy việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Dựa vào đồ thị phụ tải ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật. Đồ thị phụ tải còn giúp ta chọn đúng công suất của các máy biến áp (MBA) và phân bố tối ưu công suât giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy điện với nhau. Chọn máy phát điện Nhà máy nhiệt điện thiết kế gồm 4 tổ máy có tổng công suất 4×55 MW = 220MW. Ta cần chú ý một số điểm sau khi chọn các máy phát: Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòng ngắn mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ và do đó yêu cầu đối với các khí cụ điện sẽ giảm thấp. Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành nên chọn các máy phát điện cùng loại. Từ đó tra trong sổ tay ta chọn 4 máy phát điện đồng bộ tua bin hơi kiểu TBf-55-2 có các thông số cho trong bảng sau: Loại máy phát Thông số định mức Điện kháng tương đối n, v/ph S, MVA P, MW U, kV cos j I, kA X’’d X’d Xd TBf-55-2 3000 68.75 55 10,5 0,8 3,462 0,123 0,182 1,452 Bảng 11: Thông số máy phát điện Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Để đảm bảo vận hành an toàn, tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi. Việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn được các phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp, các khí cụ điện, dây dẫn và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy hoặc phân bố công suất giữa các nhà máy khác nhau. Để đơn giản ta tính toán gần đúng theo công suất biểu kiến vì hệ số công suất của các phụ tải khác nhau không nhiều. Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải các cấp điện áp được xây dựng dưới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng Pmax và hệ số cosφtb của từng phụ tải tương ứng. Từ đó ta tính được phụ tải các cấp theo công thức sau: St=Ptcosφtb (1.1) Pt=Pt% . Pmax100 (1.2) Trong đó: S(t) : công suất biểu kiến của phụ tải ở thời điểm t Cosφtb : hệ số công suất trung bình của phụ tải P(t)% : Công suất của phụ tải tính theo phần trăm công suất cực đại tại thời điểm t Pmax : Công suất phụ tải cực đạ Đồ thị phụ tải toàn nhà máy Nhà máy điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 55MW nên: Tổng công suất đặt của nhà máy: Pnm = 4 . 55 = 220 MW → SNM = 275 MVA Theo các công thức (1.1) và (1.2) ta có bảng sau: Bảng 12: Biến thiên phụ tải hàng ngày của nhà máy Hình 11: Đồ thị phụ tải nhà máy Đồ thị phụ tải tự dùng toàn nhà máy Tự dùng cực đại của nhà máy bằng 7% công suất định mức của nhà máy với cosφtd = 0,8 Phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện được xác định theo công thức sau: Stdt=α . Snm . 0,4+0,6 . StSnm (1.3) Trong đó: Stdt : Phụ tải tự dùng tại thời điểm t Snm : Công suất đặt của toàn nhà máy St : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t α : Số phần trăm lượng điện tự dùng, α = 7% Theo công thức (1.3) ta được bảng sau: Bảng 13: Biến thiên hàng ngày của phụ tải tự dùng Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy: Hình 12: Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát (phụ tải địa phương) Phụ tải điện áp máy phát có = 10kV; = 12MW; cosj = 0,87 Theo các công thức (1.1) và (1.2) ta có bảng kết quả sau : Bảng 14: Biến thiên hàng ngày của phụ tải cấp điện áp máy phát (phụ tải địa phương) Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát (Phụ tải địa phương): Hình 13: Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát (phụ tải địa phương) Đồ thị phụ tải điện áp trung áp Phụ tải trung áp có = 110 kV; = 110MW; cosj = 0,85 Theo các công thức: 1.1 và 1.2 ta có bảng kết quả sau: Bảng 15: Biến thiên hàng ngày phụ tải cấp điện áp trung Đồ thị phụ tải điện áp trung: Hình 14: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung Đồ thị công suất phát về hệ thống Công suất phát về hệ thống tại mỗi thời điểm được xác định theo công thức sau: SVHT(t) = SNM(t) - [SUF(t) +SUT(t) +STD(t)] Dựa vào các kết quả tính toán trước ta tính được công suất phát về hệ thống của nhà máy tại từng thời điểm trong ngày. Kết quả tính toán cho trong bảng sau: Bảng 16: Biến thiên hàng ngày của phụ tải tổng hợp toàn nhà máy S (MVA) Hình 15: Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy Nhận xét Phụ tải địa phương Xét tỉ số: SUF max2.SđmF . 100%=13,792 . 68,75 . 100%=10,03%<15% Ta thấy phụ tải điện áp máy phát nhỏ ta có thể lấy rẽ nhánh từ sơ đồ bộ máy phát điện – máy biến áp mà không cần thanh góp cấp điện áp máy phát. Hệ thống Tổng công suất của hệ thống không kể nhà máy thiết kế SHT = 3200MVA Dự trữ quay của hệ thống Sdt = 6% . 3200 = 192 MVA Hệ thống có lượng công suất dự trữ là 192 MVA Nhận thấy: SđmF=PđmFcosφF=550,8=68,75 MVA<Sdt Vì vậy nếu một máy phát bị hỏng không ảnh hưởng đến hệ thống. Nhận xét chung Từ đồ thị phụ tải tổng hợp ta thấy nhà máy luôn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải và phát công suất thừa lên lưới. Công suất phát lên hệ thống của nhà máy SVHT max = 155,5 MVA nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên khi có sự cố tách nhà máy ra khỏi hệ thống vẫn đảm bảo ổn định hệ thống. Theo bảng 1.6 ta có kết quả tính toán sau: Phụ tải địa phương: SUFmax = 13,79 MVA SUFmin = 9,66 MVA Phụ tải trung áp: SUTmax = 129,41MVA SUTmin = 90,59MVA Phụ tải tự dùng: Stdmax = 19,25 MVA Stdmin = 14,4375 MVA Phụ tải phát vào hệ thống SVHTmax = 155,5 MVA SVHTmin = 97,5925 MVA Công suất hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế): SHT = 3200MVA Công suất cực đại nhà máy phát lên hệ thống là SVHTmax = 155,5MVA tức là chiếm: 155,5192 . 100=80,99% Công suất dự trữ quay của hệ thống. Và chiếm: 155,53200 . 100=4,86% Công suất toàn hệ thống. XÁC ĐỊNH CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP . Đề xuất phương án Lựa chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một công việc rất quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy, dựa vào sơ đồ nối điện chính ta có cái nhìn tổng quan về phần điện trong nhà máy. Sơ đồ lựa chọn phải thoả mãn được các yêu cầu cơ bản về kinh tế - kĩ thuật cũng như đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Yêu cầu kĩ thuật như đảm bảo độ tin cậy, cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ, vận hành linh hoạt, đơn giản. Trong sơ đồ ghép bộ thì công suất mỗi bộ phải nhỏ hơn lượng dự trữ quay của hệ thống bởi nếu không thoả mãn điều kiện này thì khi xảy ra sự cố bộ đó thì phụ tải không được cấp điện đầy đủ do công suất dự trữ huy động về không đủ. Để liên lạc giữa hai hệ thống 110kV và 220kV ta có thể sử dụng máy biến áp ba cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu nhưng do tính ưu việt của máy biến áp tự ngẫu so với máy biến áp ba dây quấn như tổn thất điện năng bé, kích thước trọng lượng cũng như tiêu hao vật liệu bé, hiệu suất lại cao, linh hoạt trong vận hành nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai hệ thống. Hơn nữa, điện áp ở hệ thống 220kV và phía trung áp 110 kV đều là mạng trung tính nối đất trực tiếp nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai hệ thống là hoàn toàn phù hợp. Phương án 1 Hình 2.1 Trong phương án này ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa 2 hệ thống 110kV và 220kV. Bên phía trung áp 110kV có 2 bộ máy phát - máy biến áp ghép bộ.Phụ tải địa phương lấy ở phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu. Phụ tải tự dùng lấy ở đầu cực của từng máy phát. Ưu điểm: Đảm bảo cung cấp đầy đủ điện năng cho các phụ tải ở các cấp điện áp, vận hành linh hoạt. Nhược điểm: Khi phụ tải trung áp nhỏ hơn so với công suất 2 bộ bên trung áp sẽ tăng tổn thất điện năng do công suất phải truyền qua 2 lần biến áp. Số lượng và chủng loại máy biến áp nhiều nên vốn đầu tư lớn. Do chủng loại khác nhau nên quá trình sửa chữa thay thế gặp khó khăn. Phương án 2 Hình 2.2 Phương án 2 có một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV và 1 bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 220kV. Hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV Ưu điểm: Sơ đồ nối điện đơn giản, vận hành linh hoạt, cung cấp đủ công suất cho phụ tải các cấp điện áp. Do đặc điểm của phụ tải trung áp nên với sơ đồ này trong các chế độ vận hành sẽ rất linh hoạt, lượng công suất phải truyền qua 2 lần biến áp trong chế độ STAmin nhỏ hơn. Nhược điểm: Số lượng máy biến áp 2 cuộn dây phía cao và chủng loại máy biến áp nhiều, vốn đầu tư lớn hơn phương án 1. Do chủng loại khác nhau nên quá trình sửa chữa thay thế gặp khó khăn Phương án 3 Hình 2.3 Phương án 3 dùng 4 bộ máy phát- máy biến áp 2 cuộn dây: hai bộ nối với thanh góp 110kV, ba bộ nối với thanh góp 220kV. Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai cấp điện áp cao và trung, đồng thời để cung cấp điện cho phụ tải địa phương. Ưu điểm: Đảm bảo cung cấp đầy đủ điện năng cho các phụ tải ở các cấp điện áp. Khi hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu chỉ ảnh hưởng đến việc truyền tải công suất giữa các cấp điện áp, các máy phát vẫn làm việc bình thường. Nhược điểm: Do phụ tải trung áp khi ở chế độ STAmin nhỏ hơn so với công suất 2 bộ bên trung áp nên có lượng tổn thất điện năng do công suất phải truyền qua 2 lần biến áp. Số lượng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu tư lớn, đồng thời trong quá trình vận hành xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn. Do chủng loại khác nhau nên quá trình sửa chữa thay thế gặp khó khăn. Kết luận: Qua 3 phương án ta có nhận xét rằng hai phương án 1 và 2 đơn giản và kinh tế hơn so với phương án còn lại. Hơn nữa, nó vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục, an toàn cho các phụ tải và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật.Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và phương án 2 để tính toán kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện. Tính toán phương án 1 Chọn máy biến áp Chọn máy biến áp là một việc làm hết sức quan trọng, nó quyết định nhiều đến việc đánh giá vốn đầu tư, giá thành nhà máy điện (phần điện) được thiết kế. Máy biến áp ngày nay được chế tạo đã có hiệu suất khá cao song tổn thất điện hàng năm do máy biến áp vẫn khá lớn. Đặc điểm của máy biến áp là vận hành kinh tế nhất khi ta tận dụng hết khả năng tải của nó vì tuổi thọ của máy biến áp phụ thuộc chủ yếu vào sự già hóa của cách điện. Chọn máy biến áp cần cố gắng để cho thời gian làm việc tiêu chuẩn gần bằng thời gian già hóa cách điện tiêu chuẩn . Việc chọn máy biến áp ngoài việc tận dụng khả năng tải còn cần chú ý tới giới hạn làm việc của máy biến áp , đặc biệt là khả năng quá tải sự cố nhằm đảm bảo tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng và sự ổn định của hệ thống. Việc lựa chọn máy biến áp cho các phương án dựa vào những điều kiện sau: Đối với máy biến áp hai dây quấn mắc theo sơ đồ bộ: SđmB ≥ SđmF Trong đó: SđmB: Công suất định mức của máy biến áp SđmF: Công suất định mức của máy phát điện MBA 2 cuộn dây phía 110kV B3, B4 Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4 được chọn theo điều kiện: SđmB3= SđmB4≥SđmF = 68,75MVA Do đó ta có thể chọn máy biến áp B3, B4 có các thông số kỹ thuật: Loại MBA Sđm, MVA Điện áp cuộn dây, kV UN% ∆P0 kW ∆PN, kW I0% C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H TДЦ 80 121 - 10,5 - 10,5 - 70 - 310 - 0,55 Bảng 21: Thông số máy biến áp B3, B4 Chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2 Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 được chọn theo điều kiện: SđmB1= SđmB2≥1αSđmF Với a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu: α =UC-UTUC=220-110220 = 0,5 Do đó: SđmB1= SđmB2≥1αSđmF=10,5 . 68,75 = 137,5MVA Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2 có thông số kỹ thuật: Loại MBA Sđm, MVA Điện áp cuộn dây, kV UN% ∆P0, kW ∆PN, kW I0% C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H ATДЦTH 160 230 121 11 11 32 20 85 380 - - 0,5 Bảng 22: Thông số máy biến áp tự ngẫu B1, B2 Phân bố công suất cho các máy biến áp Máy biến áp 2 cuộn dây bên trung áp 110 kV B3, B4 Để vận hành kinh tế và thuận tiện, đối với bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h , tức là làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng : SB3 = SB4 =SđmF-14Stdmax=68,75 - 14 . 19,25 = 63,9375 MVA Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 Công suất phía cao áp: SC B1t=SC B2t=12SVHT Công suất phía trung áp: ST B1t=ST B2t= 12 . [SUT(t)-(SB3t+SB4t] Công suất phía hạ áp: SH B1t=SH B2t=SC B1t+ST B1(t)=SC B2t+ST B2(t) Bảng phân bố công suất: Bảng 23: Bảng phân bố công suất trong chế độ bình thường máy biến áp tự ngẫu Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp Đối với sơ đồ bộ MF-MBA hai dây quấn đã chọn theo điều kiện bộ: SđmB ≥ SđmF nên ta không cần kiểm tra quá tải. Đồi với máy biến áp tự ngẫu, giả thiết sự cố trong hai trường hợp: Sự cố hỏng một bộ máy phát – máy biến áp bên trung Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc Sự cố hỏng một bộ MF-MBA bên trung Giả thiết hỏng bộ F4-B4 Sơ đồ Công suất phía trung áp ST B1=ST B2=0,5 . SUT - SB3 Công suất phía hạ áp: SH B1= SH B2 = Sđm F-12SUF-14Stdmax Công suất phía cao áp: SC B1=SC B2 = SH B1-ST B1 Công suất phát lên hệ thống thiếu là: Sthiếu=SVHT-(SC B1+SC B2) Nhận xét: Nhận thấy trong chế độ sự cố này máy biến áp tự ngẫu luôn làm việc ở chế độ truyền tải công suất từ hạ lên cao và trung. Do đó cuộn hạ chịu tải lớn nhất. Vì vậy ta chỉ cần kiểm tra quá tải cuộn hạ: SH đm=Stt=α . SB đm=0,5 . 160=80MVA SH B1 max=SH B2 max=60,4825 MVA<SH đm Như vậy máy biến áp tự ngẫu B1, B2 không bị quá tải khi sự cố B4-F4. Ta có dự trữ quay của hệ thống: Sdt =180MVA>Sthiếu max= 61,1875MVA Vậy với sự cố này hệ thống có thể làm việc hoàn toàn bình thường. Kết luận: Máy biến áp đã chọn đảm bảo điều kiện kỹ thuật Sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc Giả thiết hỏng máy biến áp B2 Sơ đồ Lượng công suất phải tải sang trung áp B1 là: ST B1= SUT-(SB3+SB4) Công suất phía hạ áp: SH B1 = SF đm-SUF-14Stdmax Công suất phía cao áp: SC B1= SH B1-ST B1 Công suất phát lên hệ thống thiếu là: Sthiếu=SVHT max-SC B1 Nhận xét: Nhận thấy trong chế độ sự cố này máy biến áp tự ngẫu làm việc ở chế độ truyền tải công suất từ hạ và trung áp sang cao áp. Do đó cuộn nối tiếp chịu tải lớn nhất. Vì vậy ta chỉ cần kiểm tra quá tải cuộn nối tiếp: Snt B1 max=α . SC B1 max=0,5 .93,0075=46,50375 MVA<Stt SH B1 max=55,6525 MVA<Stt Như vậy máy biến áp B1 không bị quá tải khi sự cố B2. Kiểm tra điều kiện: Sthiếu max=62,4925 MVA<Sdt=180 MVA Vậy với sự cố này hệ thống có thể làm việc hoàn toàn bình thường. Tính tổn thất điện năng Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây Máy biến áp B3, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng do đó tổn thất điện năng được tính theo công thức: ΔA=ΔP0+ΔPN .SmaxSđm B 2. 8760 Trong đó: Sđm B: Công suất định mức của máy biến áp Smax: Công suất cực đại qua máy biến áp DP0: tổn thất công suất không tải DPN: tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp Tổn thất công suất trong MBA B3, B4 là: ΔAB3,4=70+310 . 63,93752802 . 8760=2347,7911 . 103 kWh Tổn thất điện năng trong máy biến áp liên lạc Do nhà chế tạo cho ΔPNC-T=380 kW nên ta lấy ΔPNC-H=ΔPNT-H=0,5 . 380=190 kW Tổn thất điện năng trong máy biến áp B1, B2 được tính bằng: ∆A=∆P0 . t+ 365Sđm2∑(∆PN C . SC i2 . ti+∆PN T . ST i2 . ti+∆PNH . SH i2 . ti) Trong đó: ΔPNC, ΔPNT, ΔPNH: công suất ngắn mạch các phía cao, trung, hạ ΔPNC=12 . ΔPNCT+ΔPNCH-ΔPNTHα2=12.380=190 kW ΔPNT=12 . ΔPNCT+ΔPNTH-ΔPNCHα2=12.380=190 kW ΔPNH=12 . ΔPNCH+ΔPNTHα2-ΔPNCT=123800,52-380=570 kW SCi: Công suất truyền qua phía cao tại thời điểm t. STi: Công suất truyền qua phía trung tại thời điểm t. SHi: Công suất truyền qua phía hạ tại thời điểm t. ∆AB1=∆AB2=85 . 8760+ 3651602.{190 . 52,1752+190 .-18,6432+570.33,53252.6 +190 . 77,752+190 .-18,6432+570.59,10752.2 +190 . 63,4352+190 .-5,7032+570.57,73252.2 +190 . 74,1752+190 .-15,4082+570.58,76752.2 +190 . 54,99382+190 .-15,4082+570.39,58632.2 +190 . 54,99382+190 .-15,4082+570.39,58632.2 +190 . 49,42+190 .0,7672+570.50,16752.2 +190 . 49,42+190 .0,7672+570.50,16752.2 +190 . 48,79632+190 .-8,9382+570.39,85882.4} = 1006,3098 . 103 kWh Tổng tổn thất điện năng trong MBA ở phương án 1 là ΔAΣ = ΔAB3,4 + ΔAB1,B2=(2 . 2347,7911+2 . 1006,3098) . 103=6708,2018 .103 kWh Tính dòng điện cưỡng bức của các mạch Các mạch phía điện áp cao 220 kV Đường dây nối giữa hệ thống điện và nhà máy điện thiết kế là một đường dây kép, ta tính dòng điện cưỡng bức trong trường hợp công suất phát lên hệ thống là cực đại: Ibt max=SVHT max2 .3 .Uc=155,52 .3 .220=0,204kA Icb=2 .Ibt=2 . 0,204=0,408kA Vậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp cao 220kV là: Icb 220=max{Icb}=0,408 kA Các mạch phía điện áp trung 110 kV Mạch đường dây phụ tải trung áp (2 đường dây kép x 30MW, 2 đường dây đơn x 25MW) Đường dây kép: Ibt=Smax23.Udm=Pmax23 . Udm . cosφ=3023 . 110 . 0,85= 0,0926 kA Icb=2 .Ibt=2 . 0,0926=0,1852 kA Đường dây đơn: Icb= Ibt=Pmax3 .Uđm . cosj=253 . 110 . 0,85=0,1312 kA Mạch máy biến áp nối bộ MF-MBA Icb=Pđm F3.Uđm.cosj=553 . 110 . 0,8=0,36 kA Icb=1,05.Ibt=1,05 . 0,36=0,379 kA Vậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp cao 110kV là: Icb 110=max{Icb}=0,379 kA Các mạch phía điện áp 10,5 kV Dòng làm việc bình thường và cưỡng bức phía máy phát Ibt=Sđm F3 .Uđm F=68,753 . 10,5=3,78 kA Icb=1,05 . Ibt=1,05 . 3,78=3,969 kA Bảng tổng kết dòng cưỡng bức các cấp điện áp: Bảng 24: Tổng hợp dòng cưỡng bức các cấp điện áp Tính toán phương án 2 Chọn máy biến áp MBA 2 cuộn dây B1, B4 Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4 được chọn theo điều kiện: Sđm B1 = Sđm B4≥SF đm = 68,75 MVA Do đó ta có thể chọn máy biến áp B1, B4 có các thông số kỹ thuật: Loại MBA Sđm MVA Điện áp cuộn dây, kV UN% ∆P0, kW ∆PN, kW I0% C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H TДЦ 80 121 - 10,5 - 10,5 - 70 - 310 - 0,55 TДЦ 80 242 - 10,5 - 11 - 80 - 320 - 0,6 Bảng 25: Thông số máy biến áp B1, B4 Chọn máy biến áp tự ngẫu B2, B3 Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 được chọn theo điều kiện: Sđm B1 = Sđm B2≥1αSđm F Với a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu: α = UC-UTUC=220 -110220=0,5 Do đó: Sđm B1= Sđm B2≥1αSđm F=10,5 . 68,75=137,5 MVA Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2 có thông số kỹ thuật: Loại MBA Sđm, MVA Điện áp cuộn dây, kV UN% ∆P0, kW ∆PN, kW I0% C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H ATДЦTH 160 230 121 11 11 32 20 85 380 - - 0,5 Bảng 26: Bảng thông số máy biến áp B2, B3 Phân bố công suất cho các máy biến áp Máy biến áp 2 cuộn dây B1, B4 Để vận hành kinh tế và thuận tiện, đối với bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h , tức là làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua máy biến áp bằng: SB4 =Sđm F-14Stdmax=68,75 -14. 19,25 = 63,9375 MVA Máy biến áp tự ngẫu B2, B3 Công suất phía trung áp: ST B2t=ST B3(t)=12SUT - SB4 Công suất phía cao áp: SC B2t=SC B3(t)=12(SVHT - SB1) Công suất phía hạ áp: SH B2t=SH B3t = SC B2t + ST B2t = SC B3t + ST B3(t) Bảng phân bố công suất trong chế độ bình thường phương án 2 Bảng 27: Phân bố công suất trong chế độ bình thường máy biến áp tự ngẫu Nhận xét: Trong chế độ làm việc bình thường công suất truyền từ phía hạ lên trung và cao áp. Máy biến áp tự ngẫu làm việc hoàn toàn bình thường ở chế độ này. Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp Đối với sơ đồ bộ MF-MBA hai dây quấn đã chọn theo điều kiện bộ: SđmB ≥ SđmF nên ta không cần kiểm tra quá tải. Đồi với máy biến áp tự ngẫu, giả thiết sự cố trong hai trường hợp: Sự cố hỏng một bộ máy phát – máy biến áp bên trung Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc Sự cố hỏng máy biến áp B4 Sơ đồ Công suất phía trung áp: ST B2(t)=ST B3(t)=12 SUT Công suất phía hạ áp: SH B2t=SH B3t = Sđm F(t)-12SUF(t)-14Stdmax Công suất phía cao áp: SC B2t=SC B3t= SH B2t- ST B2(t) = SH B3t- ST B3(t) Công suất hệ thống bị thiếu: Sthiếu=SVHT-(SC B2 + SC B3+SB1) Tùy theo phân bố công suất giữa các cuộn dây của máy biến áp liên lạc mà ta xác định cuộn dây nào chịu tải nặng nề nhất và kiểm tra điều kiện quá tải. Bảng phân bố công suất trong chế độ hỏng máy biến áp B4 Bảng 28: Phân bố công suất máy biến áp tự ngẫu B2, B3 Nhận xét: Nhận thấy trong chế độ sự cố này máy biến áp tự ngẫu luôn làm việc ở chế độ truyền tải công suất từ Hạ lên Cao và Trung. Do đó cuộn hạ chịu tải lớn nhất. Vì vậy ta chỉ cần kiểm tra quá tải cuộn Hạ: Ta thấy SH<SHđm do đó máy biến áp không bị quá tải trong chế độ sự cố máy biến áp B4. Kiểm tra điều kiện: Sthieu < Sdt=180 MVA Vậy với sự cố này hệ thống có thể làm việc hoàn toàn bình thường. Sự cố máy biến áp tự ngẫu liên lạc B3 Sơ đồ - Công suất phía trung áp: ST B2t = SUT - SB4 - Công suất phía hạ áp: SH B2t= Sđm Ft- SUF(t)-14Stdmax - Công suất phía cao áp: SC B2t= SH B2t - ST B2(t) Tùy theo phân bố công suất giữa các cuộn dây của máy biến áp liên lạc mà ta xác định cuộn dây nào chịu tải nặng nề nhất và kiểm tra điều kiện quá tải. Bảng phân bố công suất trong chế độ hỏng máy biến áp B3 Bảng 29: Phân bố công suất máy biến áp tự ngẫu B2 Nhận xét: Nhận thấy trong chế độ sự cố này máy biến áp tự ngẫu làm việc ở chế độ truyền tải công suất từ hạ áp sang trung áp và cao áp nên cuộn hạ chịu tải nặng nhất. Ta thấy SH max=60,4825 MVA < SHđm=80MVA do đó máy biến áp không bị quá tải trong chế độ sự cố máy biến áp B3. Kiểm tra điều kiện: Sthieu < Sdt=180 MVA Vậy với sự cố này hệ thống có thể làm việc hoàn toàn bình thường. Tính tổn thất điện năng Tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ máy phát - máy biến áp Máy biến áp B1, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng do đó tổn thất điện năng được tính theo công thức: ΔA=[ΔP0+ΔPN .SmaxSđmB 2].8760 Trong đó: DP0: tổn thất công suất không tải DPN: tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp Vậy: Tổn thất công suất trong MBA B1, B4 là: ΔAB1=70+310.63,93752802.8760= 2347,791 . 103 kWh ΔAB4=80+320.63,93752802.8760= 2491,345 . 103 kWh Tổn thất điện năng trong máy biến áp liên lạc Do nhà chế tạo cho ΔPNC-T=380 kW nên ta lấy ΔPNC-H=ΔPNT-H=0,5 . 380=190 kW Tổn thất điện năng trong máy biến áp B1, B2 được tính bằng: ∆A=∆P0 . t+ 365Sđm2∑(∆PN C . SC i2 . ti+∆PN T . ST i2 . ti+∆PNH . SH i2 . ti) Trong đó: ΔPNC, ΔPNT, ΔPNH: công suất ngắn mạch các phía cao, trung, hạ ΔPNC=12ΔPNCT+ΔPNCH-ΔPNTHα2=12 . 380=190 kW ΔPNT=12ΔPNCT+ΔPNTH-ΔPNCHα2=12 . 380=190 kW ΔPNH=12ΔPNCH+ΔPNTHα2-ΔPNCT=12 . 3800,52-380=570 kW ∆AB2=85 .8760+ 3651602.{190 . 13,32632+190 .20,2062+570.33,5332.6 +190 . 13,32632+190 .45,7812+570.59,1082.2 +190 . 26,26632+190 .31,4662+570.57,7332.2 +190 . 16,56132+190 .42,2062+570.58,7682.2 +190 . 16,56132+190 .23,0252+570.39,5862.2 +190 . 16,56132+190 .23,0252+570.39,5862.2 +190 . 32,72632+190 .17,4312+570.50,1682.2 +190 . 32,73632+190 .17,4312+570.50,1682.2 +190 . 23,03132+190 .16,8282+570.39,8592.4} = 948,4569 . 103 kWh Tổng tổn thất điện năng trong MBA ở phương án 4 là: ∆A∑=∆AB2+∆AB1+∆AB4=948,4569 . 103+2347,791 . 103+2491,345 . 103=5787,5929 . 103 kWh Tính dòng điện cưỡng bức của các mạch Các mạch phía điện áp cao 220 kV Đường dây nối giữa hệ thống điện và nhà máy điện thiết kế là một đường dây kép nên dòng điện cưỡng bức bằng: Ibt max=SVHT max2 .3 .Uc=155,52 .3 .220=0,204kA Icb=2 .Ibt=2 . 0,204=0,408kA Vậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp cao 220kV là: Icb 220=max{Icb}=0,408 kA Các mạch phía điện áp trung 110 kV Mạch đường dây phụ tải trung áp (2 đường dây kép x 30MW, 2 đường dây đơn x 25MW) Đường dây kép: Ibt=Smax23.Udm=Pmax23 . Udm . cosφ=3023 . 110 . 0,85= 0,0926 kA Icb=2 .Ibt=2 . 0,0926=0,1852 kA Đường dây đơn: Icb= Ibt=Pmax3 .Uđm . cosj=253 . 110 . 0,85=0,154 kA Mạch máy biến áp nối bộ MF-MBA Icb=Pđm F3.Uđm.cosj=553 . 110 . 0,8=0,36 kA Icb=1,05.Ibt=1,05 . 0,36=0,379 kA Vậy dòng điện cưỡng bức phía điện áp cao 110kV là: Icb 110=max{Icb}=0,379 kA Các mạch phía điện áp 10,5 kV Dòng làm việc bình thường và cưỡng bức phía máy phát Ibt=Sđm F3 .Uđm F=68,753 . 10,5=3,78 kA Icb=1,05 . Ibt=1,05 . 3,78=3,969 kA Bảng tổng kết dòng cưỡng bức các cấp điện áp: Bảng 24: Tổng hợp dòng cưỡng bức các cấp điện áp TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Mục đích Trong hệ thống điện nói chung và các nhà máy điện nói riêng, các khí cụ điện và dây dẫn cần làm việc đảm bảo an toàn kinh tế ở chế độ bình thường, đồng thời chịu được những tác động cơ, nhiệt lớn khi có sự cố, đặc biệt trong sự cố ngắn mạch. Việc tính toán dòng điện ngắn mạch nhằm giúp cho việc chọn đúng các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch xảy ra. Trong chương này ta tính toán ngắn mạch cho từng phương án với dạng ngắn mạch để chọn khí cụ điện là ngắn mạch ba pha. Sử dụng phương pháp đường cong tính toán để tính dòng ngắn mạch. Chọn đại lượng cơ bản : Scb = 100 MVA Ucb = Utb Dòng cơ bản ở cấp điện áp máy phát : Ucb1 = 10,5 kV Icb10=Scb3.Ucb1=1003.10,5=5,498kA Dòng cơ bản ở cấp điện áp trung: Ucb2 = 115 kV Icb110=Scb3.Ucb2=1003.115=0,502kA Dòng cơ bản ở cấp điện áp cao: Ucb3 = 230 kV Icb220=Scb3.Ucb3=1003.230=0,251kA Tính toán ngắn mạch Nhà máy thiết kế được nối với Hệ thống bằng một đường dây kép dài 125km. Điện kháng ngắn mạch tính tới thanh cái hệ thống XHT*đm= 0,78. Từ đó ta có: - Hệ thống: XHT=XHT*dm.ScbSHT​=​0,78.1003200=0,0244 - Đường dây: Nhà máy thiết kế nối với hệ thống bằng một đường dây kép có chiều dài 125km ta lấy giá trị gần đúng của điện kháng là x0 » 0.4 Ω/km. XD=x0.L2.ScbUcb32=0,4. 1252.1002302=0,047 - Máy biến áp tự ngẫu : Tính điện áp ngắn mạch các cấp : UNC%=12.UNC-T%+UNC-H%-UNT-H%=12.11+32-20=11,5 UNT%=12.UNC-T%+UNT-H%-UNC-H%=12.11+20-32=-0,5≈0 UNH%=12.UNC-H%+UNT-H%-UNC-T%=12.32+20-11=20,5 Điện kháng thay thế: XC=UNC%100.ScbSTNdm=11,5100.100160=0,072 XT=UNT%100.ScbSTNdm=0100.100160=0 XH=UNH%100.ScbSTNdm=20,5100.100160=0,128 - Máy biến áp hai dây quấn bên trung : XB110=​UN%100​​.ScbSdm=10,5100.10080=0,131 - Máy biến áp hai dây quấn bên cao: XB220=UN%100​​.ScbSdm=11100.10080=0,138 - Máy phát điện: XF=Xd''.ScbSđm=0,123.10068,75=0,179 Phương án 1 Chọn điểm ngắn mạch Phía 220kV: Ở cấp điện áp 220kV, thường chỉ chọn loại máy cắt điện và dao cách ly, vì vậy chỉ cần tính điểm ngắn mạch N-1 ngay trên thanh góp 220kV. Nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống Phía 110kV: Tương tự như phía 220kV, chỉ tính điểm ngắn mạch N-2 trên thanh góp 110kV. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là các máy phát điện và hệ thống. Cả hai điểm ngắn mạch N-1 và N-2 đều là điểm ngắn mạch đối xứng nên ta có thể đơn giản sơ đồ bằng cách gập đôi sơ đồ. Phía hạ của MBA liên lạc: Chọn điểm ngắn mạch là N-3. Nguồn cung cấp là máy phát F1 Mạch máy phát điện: Tính điểm ngắn mạch N-4, nguồn cung cấp cho điểm N-4 bao gồm các MFĐ và hệ thống trừ máy phát điện F1 Mạch tự dùng: Tính điểm ngắn mạch N-5 với nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống. Cũng có thể tính ngay dòng điện ngắn mạch như sau: IN-5''=IN-3''+IN-4'' Hình 31: Lựa chọn điểm ngắn mạch tính toán Sơ đồ thay thế: Hình 32: Sơ đồ thay thế Trong đó: X1 = XHT = 0,02 X2 = XD = 0,047 X3 = X4 = XC = 0,072 X5 = X6 = XH = 0,128 X7 = X8 = XB110 = 0,131 X9 = X10 = X11 = X12 = 0,179 Điểm ngắn mạch N-1 N – 1 là điểm ngắn mạch đối xứng nên ta có thể thu gọn sơ đồ như sau: X13 = X1 + X2 = 0,024 + 0,047 = 0,071 X14=X32=0,0722=0,036 X15 = X5 + X102 = 0,128 + 0,1792 = 0,153 X16 = X8 + X92=0,131 + 0,1792 = 0,155 Tiếp tục biến đổi sơ đồ ta có X17 = X15//X16 nt X14 X17=0,153 . 0,1550,153+0,155 + 0,036=0,113 X17tt=X17 .Sđm ∑FScb=0,113 .275100=0,311 Tra đường cong tính toán ta có I17tt0=3,25 I17tt∞= 2,22 Dòng định mức phía nhà máy Iđm ∑=Sđm ∑3.Ucb=2753.230=0,69 Dòng điện ngắn mạch trong hệ có tên IN-1''0=Icb220X13+Iđm∑ .I17tt0= 0,2510,071+0,69 . 3,25=5,778 kA IN-1''∞=Icb220X13+Iđm∑ .I17tt∞= 0,2510,071+0,69 . 2,22=5,067 kA Dòng điện xung kích tại N1 ixk N-1 = 2 .kxk . IN'' 0= 2 . 1,8 . 5,778=14,708 kA Điểm ngắn mạch N-2 N-2 là điểm ngắn mạch đối xứng nên ta thu gọn sơ đồ như sau X13 = X1 + X2 = 0,024 + 0,047 = 0,071; X14=X32=0,0722=0,036 X15 = X5 + X102=0,128+0,1792=0,153