Thiết kế điện cho nhà máy nhiệt điện

: Pmax = 14MW, cos j = 0,86. Gồm 4 đường dây kép x 2,5 MW x 2km Và 2 đường dây đơn x 2MW x 2km. Biến thiên phụ tải theo thời gian: t(giờ) 0 – 6 6 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 P (%) 65 100 80 100 70 Tại trạm địa phương đặt máy cắt hợp bộ có dòng cắt là 25kA, thời gian cắt là 0,3sec, dùng cáp nhôm tiết diện bé nhất là 50mm2. Điện tự dùng của nhà máy là 6%. 2. Phụ tải điện áp trung 110kV: Pmax = 200 MW, cos j = 0,85 Gồm 3 đường dây kép và không có đường dây đơn. Biến thiên phụ tải theo thời gian: t(giờ) 0 – 7 7 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 P (%) 75 90 90 100 70 3. Phụ tải toàn nhà máy: t(giờ) 0 – 7 7 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 P (%) 70 90 80 100 70 4. Tổng công suất hệ thống không kể nhà máy thiết kế là 1500 MVA, dự trữ quay của hệ thống là 140 MVA. Nhà máy nối với hệ thống bằng một đường dây kép dài 90km. Điện kháng tính đến thanh cái hệ thống là X*đm = 0,25. II. Phần chuyên đề: Chọn kháng điện cho phụ tải điện áp máy phát. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : Ngày ….. tháng ……. năm 2005 Ngày hoàn thành : Ngày ….. tháng ……. năm 2005 Hà Nội, Ngày ….. tháng ……. năm 2005 Cán bộ hướng dẫn thiết kế PGS.TS. Nguyễn Hữu Khái Lời nói đầu Ngày nay, nền kinh tế nuớc ta đang phát triển mạnh mẽ. Cùng với quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nuớc thì nhu cầu sử dụng điện năng cho sản xuất và sinh hoạt ngày càng tăng. Trong đó nhà máy điện là khâu không thể thiếu trong hệ thống điện. Cùng với sự phát triển của hệ thống điện cũng như sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia là sự phát triển của nhà máy điện. Do đó việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế – kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành chúng sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung và hệ thống điện nói riêng. Là sinh viên theo học ngành hệ thống điện tại Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, sau 5 năm theo học tại trường, nay được bộ môn hệ thống điện giao cho đề tài thiết kế tốt nghiệp với 2 nội dung chính: 1. Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có công suất 400 MW, bao gồm 4 tổ máy phát điện có công suất mỗi tổ máy là 100 MW. Cung cấp điện cho phụ tải địa phương 10kV, phụ tải trung áp 110kV, phụ tải cao áp 220kV. 2. Chọn kháng điện cho phụ tải điện áp máy phát. Trong thời gian hơn 3 tháng với lượng kiến thức đã được học cùng với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô trong bộ môn Hệ thống điện, đặc biệt là sự chỉ dẫn trực tiếp và tận tình của Thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hữu Khái đã giúp em hoàn thành bản thiết kế này. Tuy nhiên do thời gian và khả năng có hạn nên bản thiết kế không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo của các Thầy, các Cô. Hà Nội, ngày ….. tháng ….. năm 2005 Sinh viên thực hiện Lê Nam Tiến Phần I Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Chương I Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất điện năng. Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm được dạng 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 kỹ thuật. Đồ thị phụ tải còn cho ta chọn đúng công suất của các máy biến áp và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy điện với nhau. 1.1. Chọn máy phát điện. Theo yêu cầu thiết kế nhà máy có tổng công suất 4 x 100 = 400 MW. Do đã biết số lượng và công suất của từng tổ máy ta chỉ cần chú ý một số điểm sau: + Chọn Uđm của máy phát điện lớn thì dòng điện định mức, dòng điện ngắn mạch ở các cấp điện áp sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại 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. Tra sổ tay ta có loại máy phát cho trong bảng 1-1: Bảng 1-1 Ký hiệu S MVA P MW cos j U, KV Điện kháng tương đối X”d X’d Xd TB F 100-2 117,5 100 0,85 10,5 0,183 0,263 1,79 1.2. Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp: Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi. Việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đò thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào công cụ là 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 và kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải của các cấp điện áp dưới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng Pmax và hệ số công suất cosj của từng phụ tải tương ứng từ đó tính được phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức sau: và Trong đó: S(t) là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA). P% là công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất cực đại. cosjTB là hệ số công suất trung bình của từng phụ tải. Pmax là công suất của phụ tải cực đại, MW. 1.2.1. Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát. Từ các số liệu thiết kế đã cho Pmax = 12 MW, cosj = 0,85 ta có thể tính được phụ tải địa phương theo công thức sau: và Ta có kết quả cho ở bảng 1-2 và đồ thị phụ tải hình h.1.1. t Công suất 0 – 7 7 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 Pđp % 65 100 80 100 70 Pđp (t), MW 7,8 12 9,6 12 8,4 Sđp, MVA 9,2 14,1 11,3 14,1 9,9 Hình 1.1. Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 1.2.2. Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung: Từ các số liệu thiết kế đã cho Pmax = 220 MW, cosj = 0,85 ta có thể tính được phụ tải trung áp theo công thức sau: và Ta có kết quả cho ở bảng 1-3 và đồ thị phụ tải hình h.1.2. Bảng 1-3 t Công suất 0 – 8 8 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 Pđp % 70 90 80 100 70 P, MW 154 198 176 220 154 ST, MVA 181,2 232,9 207 258,8 181,2 Hình. 1.2. Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 1.2.3. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy: Nhà máy gồm 4 tổ máy SFđm = 117,5 MVA do đó tổng công suất đặt của toàn nhà máy là: SNMđm = 4.SFđm = 4.117,5 = 470 MVA Từ bảng biến thiên công suất phát hàng ngày ta tính được đồ thị phụ tải của nhà máy theo thời gian. Kết quả ghi trong bảng 1- 4 và đồ thị phụ tải nhà máy hình h1.3. Bảng 1-4 t Công suất 0 – 8 8 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 Pđp % 70 90 80 100 70 P, MW 280 360 320 400 280 SNM, MVA 329 423 376 470 329 Hình. 1.3. Đồ thị công suất phát của nhà máy. 1.2.4. Phụ tải tự dùng toàn nhà máy. Tự dùng lớn nhất của toàn nhá máy là 5% công suất định mức của nha fmáy với cosj = 0,85. Ta xác định được phụ tải tự dùng của nhà máy tại thời điểm t theo công thức: Với SNM = = 470 MVA là công suất đặt của toàn nhà máy. a = 0,06 là phần trăm lượng điện tự dùng S(t) là phụ tải tại thời điểm t theo bảng 1-4 Từ đồ thị phụ tải nhà máy và công thức trên ta có phụ tải tự dùng của nhà máy theo thời gian như bảng 1-5 và đồ thị như hình h.1.4. Bảng 1-5 t Công suất 0 – 8 8 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 S(t) 329 423 376 470 329 Stđ(t) 16,45 21,15 18,8 23,5 16,45 Hình 1.4. Đồ thị phụ tải tự dùng toàn nhà máy. 1.2.5. Cân bằng công suất toàn nhà máy và xác định công suất phát về hệ thống: Phương trình cân bằng công suất toàn nhà máy: SNM(t) = Std(t) + ST(t) + SHT(t) + Sđp(t) (Bỏ qua tổn thất DS(t) trong máy biến áp) Do đó ta có công suất phát về hệ thống được tính theo công thức sau: SHT(t) = SNM(t) – [Std(t) + Sđp(t) + ST(t)] Từ đó ta lập được kết quả tính toán phụ tải ở các cấp điện áp và cân bằng công suất toàn nhà máy như bảng 1-6 và đồ thị phụ tải hình h.1.5. Bảng 1-6 t Công suất 0-7 7 – 8 8 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 SNM(t) MVA 329 329 423 376 470 329 Std(t) MVA 16,45 16,45 21,15 18,8 23,5 16,5 Sđp(t) MVA 9,2 14,1 14,1 11,3 14,1 9,9 ST(t) MVA 181,2 181,2 232,9 207 258,8 181,2 SHT(t) MVA 122,15 117,85 154,88 138,9 173,6 123,45 Hình 1.5. Đồ thị công suất phát về hệ thống. 1.3. Nhận xét: - Nhà máy đủ khả năng cung cấp cho phụ tải yêu cầu ở cấp điện áp máy phát và phụ tải ở cấp điện áp trung, ngoài ra còn phát công suất về hệ thống. - Tình trạng phụ tải ở các cấp điện áp: + Công suất thừa của nhà máy luôn lớn hơn công suất của một tổ máy tại mọi thời điểm, do đó ta có thể cho một tổ máy luôn vận hành với công suất định mức và phát công suất về hệ thống. + Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí của nhà máy, địa bàn phụ tải, nguồn nguyên nhiên liệu. Phần điện của nhà máy hoàn toàn có khả năng phát triển thêm phụ tải ở các cấp điện áp sẵn có. + Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy có 4 tổ máy phát với công suất định mức của mỗi tổ máy là 100 MW có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở ba cấp điện áp sau: Phụ tải địa phương ở cấp điện áp 10kV có: S10max = 14,1 MVA S10min = 9,2 MVA Phụ tải trung áp ở cấp điện áp 110kV có: S110max = 258,8 MVA S110min = 181,2 MVA Phụ tải cao áp ở cấp điện áp 220kV có: S220max = 173,6 MVA S220min = 117,25 MVA Dựa vào bảng tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy ta vẽ được đồ thị phụ tải toàn nhà máy như hình h.1.6. Hình 1.6. Đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp Chương II Nêu các phương án và chọn máy biến áp 2.1. Đề xuất các phương án thiết kế nhà máy điện. Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Sơ đồ nối điện hợp lý không những đem lại những lợi ích kinh tế lớn lao mà còn phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật như làm việc tin cậy, cấu tạo đơn giản, vận hành linh hoạt, kinh tế và an toàn cho người. Tính đảm bảo làm việc tin cậy của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng của hộ tiêu thụ điện. Trong nhiệm vụ thiết kế phần lớn là các hộ tiêu thụ loại 1 nên phải được cung cấp bằng 2 đường dây từ 2 nguồn độc lập, mỗi nguồn phải đủ công suất khi nguồn kia dừng làm việc. Tính linh hoạt của sơ đồ thể hiện ở khả năng thích ứng với nhiều trạng thái vận hành khác nhau. Do đó sơ đồ phải có nhiều thiết bị, điều này dẫn đến xác suất sự cố tăng lên. Vì vậy tuỳ từng trường hợp cụ thể mà chọn sơ đồ có tính đảm bảo độ tin cậy nhất định. Tính kinh tế của sơ đồ nối điện chính quyết định bởi hình thức thanh góp, số lượng và chủng loại khí cụ dùng trong sơ đồ. Tính an toàn cho người thể hiện ở cách bố trí thiết bị trong sơ đồ. Cơ sở vạch ra các phương án là bảng phụ tải tổng hợp (bảng 1-6) và những nhận xét chung ở chương 1. Nhà máy có 4 nhà máy phát điện nên ta cần đạt 2 máy biến áp liên lạc giữa hai cấp điện áp trung và cao, cấp điện áp trung là 110kV nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu để làm máy biến áp liên lạc. Có thể ghép bộ máy phát – máy biến áp vào thanh góp 110kV. Công suất cấp điện áp máy phát Pđp = 12 MW, cosj = 0,85. Phụ tải điện áp máy phát không lớn nên không dùng sơ đồ có thanh góp điện áp máy phát mà nối theo sơ đồ bộ. Phụ tải địa phương lấy rẽ nhánh ở các máy biến áp tự ngẫu vì các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây luôn cho vận hành phát với công suất bằng phẳng để dễ vận hành và chỉ chọn máy biến áp hai cuộn dây không điều áp dưới tải. Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. Ta có thể đề xuất một số phương án như sau: 2.1.1. Phương án 1. Sơ đồ nối điện như hình h.2.1. Hình 2.1. - Đặc điểm: Bên phía trung áp ta dùng một bộ MFĐ-MBA hai dây quấn. Bên phía cao áp ta dùng hai bộ MFĐ-MBA tự ngẫu và một bộ MFĐ-MBA hai dây quấn. Sự liên lạc giữa bên cao và bên trung được thông qua MBA tự ngẫu. Phụ tải địa phương lấy ở hạ áp của máy biến áp liên lạc. Phụ tải tự dùng lấy ở đầu cực của từng máy phát. - Ưu điểm: + Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp. + Nguồn và tải cân đối. + Vì STmin > SF4đm nên máy phát 4 có thể luôn vận hành với công suất định mức và phát thẳng lên trung áp chứ không qua 2 lần máy biến áp. - Nhược điểm: Phải dùng 3 chủng loại máy biến áp do đó việc vận hành, lắp ráp không thuận tiện. Đồng thời có tới 3 máy biến áp ở cấp điện áp 220kV nên chi phí đầu tư cao. 2.1.2. Phương án 2: Sơ đồ nối điện như hình h.2.2. Hình 2.2. - Đặc điểm: Bên phía trung áp ta dùng hai bộ MFĐ-MBA hai dây quấn. - Đặc điểm: Bên phía trung áp ta dùng một bộ MFĐ-MBA hai dây quấn. Bên phía cao áp ta dùng hai bộ MFĐ-MBA tự ngẫu và một bộ MFĐ-MBA hai dây quấn. Sự liên lạc giữa bên cao và bên trung được thông qua MBA tự ngẫu. Phụ tải địa phương lấy ở hạ áp của máy biến áp liên lạc. Phụ tải tự dùng lấy ở đầu cực của từng máy phát. - Ưu điểm: + Đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp. + Chỉ sử dụng 2 loại máy biến áp nên lắp ráp, vận hành và sửa chữa thuận tiện. + Do số lượng mạch nối vào thanh góp điện áp cao 220kV ít nên vốn đầu tư cũng rẻ hơn phương án 1. - Nhược điểm: Do STmin < SF3đm + SF4đm nên một phần công suất thừa bên trung được truyền qua máy biến áp tự ngẫu đưa lên hệ thống do đó có thể tổn thất lớn. 2.1.3. Phương án 3: Sơ đồ nối điện như hình h.2.3. Hình 2.3. - Đặc điểm: Bên phía trung áp ta dùng một bộ MFĐ-MBA hai dây quấn. Bên phía cao áp ta dùng hai bộ MFĐ-MBA hai dây quấn và hai máy biến áp tự ngẫu để liên giữa bên cao và bên trung. Phụ tải địa phương lấy ở hạ áp của máy biến áp liên lạc. Phụ tải tự dùng lấy ở đầu cực của từng máy phát. - Ưu điểm: Phương án này đảm bảo cung cấp điện. - Nhược điểm: 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. Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó. Tóm lại: Phương án 3 có nhược điểm rất quan trọng là vốn đầu tư lớn và độ tin cậy cung cấp điện không cao nên ta loại bỏ phương án này. Phương án 1 và phương án 2 đảm bảo các điều kiện kỹ thuật nên ta chọn hai phương án này để tính toán tiếp, phân tích kỹ và kỹ thuật và kinh tế nhằm chọn ra sơ đồ nối điện chính cho nhà máy điện được thiết kế. 2.2. Chọn máy biến áp, phân bố công suất, tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp, dòng điện cưỡng bức cho phương án 1: 2.2.1. Chọn máy biến áp. Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, vốn đầu tư máy biến áp cũng chiếm một phần rất lớn trong tổng vốn đầu tư của nhà máy điện. Mặc dù hiệu suất của máy biến áp tương đối cao nhưng tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp rất lớn. Vì vậy khi thiết kế nhà máy điện ta mong muốn công suất máy biến áp nhỏ, số lượng máy biến áp ít (để giảm tổn thất điện năng) nhưng vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho hộ tiêu thụ điện trong các tình huống vận hành. Công suất định mức của máy biến áp phải tương ứng với nhiệt độ môi trường nhất định do nhà chế tạo quy định. Vì vậy khinhiệt độ môi trường tại nơi lắp đặt máy biến áp khác với nhiệt độ đó thì công suất định mức của máy biến áp lại khác. Trong thiết kế này, giả thiết các máy biến áp được chọn phù hợp với nhiệt độ môi trường tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh công suất của chúng. Chọn máy biến áp trong nhà máy điện sao cho chủng loại, số lượng, công suất định mức và hệ số biến áp MBA được chọn phải đảm boả hoạt động an toàn trong điều kiện bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất. Nguyên tắc chung để chọn MBA là trước tiên chọn SđmB ³ công suất cực đại chạy qua máy biến áp trong điều kiện làm việc bình thường, sau đó kiểm tra lại điều kiện sự cố có kể đến hệ số quá tải của máy biến áp. Xác định công suất thiếu về hệ thống phải nhỏ hơn dữ trữ quay của hệ thống. + Bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây. SđmB1 = SđmB4 ³ SđmF = 117,5 MVA Do đó chọn công suất của máy biến áp hai cuộn dây là 125 MVA + Bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu: SđmB2 = SđmB4 ³ SđmF = Trong đó a là hệ số có lợi, Do đó: SđmB2 = SđmB4 ³ SđmF = MVA Do đó chọn máy biến áp tự ngẫu có công suất định mức là 250 MVA Từ đó ta có tham số máy biến áp của phương án 1 cho ở bảng 2-1: Bảng 2-1 Cấp điện áp kV Loại MBA Sđm MVA Điện áp cuộn dây kV Tổn thất, kW UN% I0% DP0 DPN C T H A C-T C-H T-H C-T C-H T-H 220 TдЦ 125 242 - 10,5 115 - 380 - 11 - 0,5 100 TдЦ 125 121 - 10,5 100 - 400 - - 10,5 - 0,5 220 ATдЦTH 250 242 121 11 120 520 - - 11 32 20 0,5 2.2.2. Phân phối công suất cho các máy biến áp và các cuộn dây máy biến áp: Với quy ước chiều dương của dòng công suất là chiều đi từ máy phát lên thanh góp đối với máy biến áp hai cuộn dây và đi từ cuộn hạ lên phía cao và trung đối với máy biến áp liên lạc. SCt, STt, SHt: Công suất biểu kiến qua cuộn cao, trung, hạ của một máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm t. SbC, SbT: Công suất biểu kiến của một bộ bên cao, trung. SC(t), ST(t): Công suất biểu kiến phát về hệ thống, phụ tải bên trung tại thời điểm t. + Với máy biến áp hai cuộn dây: Phương án này có 2 bộ máy biến áp hai cuộn dây nối trực tiếp vào thanh góp 220kV và 110kV. Các bộ máy phát điện – máy biến áp F1-B1 và F4-B4 cho mang tải với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm. Do đó công suất tải mỗi máy biến áp B1 và B4 là: SbC = SbT = SđmF - Stdmax = 117,5 - MVA + Với máy biến áp tự ngẫu: Cuộn trung: Cuộn cao: Cuộn hạ: SHt = SCt + STt. Dựa vào kết quả công suất phụ tải bên trung và công suất phát về hệ thống ở bảng 1-6 và tính theo các công thức trên ta có bảng phân phối công suất 2-2: Bảng 2-2 T(h) Công suất 0-7 6 – 8 7 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 SCt, MVA 5,27 2,82 21,62 13,64 30,99 4,92 STt, MVA 34,79 34,79 60,64 47,69 73,59 34,79 SHt, MVA 40,06 37,61 82,6 61,33 104,58 69,71 2.2.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp: 2.2.3.1. Khi làm việc bình thường: + Với MBA bộ: SđmB1 = SđmB4 = 125 MVA > SđmF - Stdmax = 111,62 MVA Do đó không bị quá tải trong điều kiện làm việc bình thường. + Với MBA tự ngẫu: Từ bảng 2-2 ta thấy bình thường trong MBA tự ngẫu làm việc theo chế độ tải từ hạ áp lên cao áp và trung áp nên cuộn hạ áp có tải lớn nhất nên ta chỉ cần kiểm tra quá tải ở cuộn hạ áp: SH-B2,B3max = 104,58 MVA SH-B2,B3đm =a. SB2,B3đm = 0,5 . 250 = 125 MVA Ta thấy SH-B2,B3max < SH-B2,B3đm nên B2 và B3 không bị quá tải trong chế độ làm việc bình thường. 2.2.3.2. Khi làm việc sự cố lúc phụ tải trung áp cực đại. Phụ tải trung áp cực đại tại thời điểm từ 15h đến 21h. Tại thời điểm này có: STmax = 258,8 MVA tương ứng với thời điểm đó ta có SHT = 173,6 MVA và Sđp = 14,1 MVA. Đối với máy biến áp hai dây quấn B1 và B4 ta không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của nó đã được chọn theo công suất định mức của máy phát điện (SB1,B4đm ³ SFđm). Vì vậy việc kiểm tra quá tải chỉ xét với các máy biến áp tự ngẫu. Ta xét các tình huống sự cố sau: Sự cố máy biến áp hai dây quấn B4 hình (h.2.4): Hình 2.4 Khi đó các máy biến áp B2 và B3 phải cung cấp công suất cho phụ tải trung áp cực đại. Công suất tải sang phía trung áp ở mỗi máy: ST-B3 = ST-B2 = MVA Trong lúc sự cố các máy phát được điều chỉnh để phát hết công suất định mức nên công suất ở cuộn hạ áp của mỗi máy lúc này là: ST-B3 = ST-B2 = MVA Công suất tải qua phía cao áp của mỗi máy biến áp B2 và B3 là: SC-B2 = SC-B3 = ST-B2 – SH-B2 = 129,4 – 104,575 = 24,825 MVA. Như vậy khi B4 bị sự cố, để đảm bảo phụ tải trung áp lớn nhất phải có một lượng công suất bằng 15,336 MVA truyền từ phía cao áp sang phía trung áp qua B2 và B3. Trong chế độ sự cố này, máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp và cao áp sang trung áp. Như vậy lượng công suất nhà máy phát về hệ thống là: Sphát về HT = SC-B1 – 2.SC-B3 = 111,62 – 24,825 = 61,97 MVA Do đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất là: Sthiếu = SHtmax – Sphát về HT = 173,6 – 61,97 = 111,63 MVA Như vậy công suất thiếu hụt về hệ thống ( = 111,63 MVA) nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống (=140 MVA). Để kiểm tra quá tải của B2 và B3 ta chỉ cần kiểm tra quá tải ở cuộn trung của các máy biến áp: Sch = SHđT + a.SCđT = 104,575 + 0,5 . 24,825 = 92,163 MVA Công suất định mức của cuộn chung: Schđm = a.SB2đm = a.SB3đm = 0,5 . 250 = 125 MVA Ta thấy Sch Ê Schđm nên cuộn chung không bị quá tải hay các máy biến áp B2 và B3 không bị quá tải trong trường hợp sự cố này. b. Sự cố máy biến áp tự ngẫu B2 hoặc B3 hình (h.2-5): Hình 2.5 Trường hợp sự cố này máy phát F2 ngừng làm việc. Công suất tải qua phía trung áp của B3 là: ST-B3 = STmax – SB4 = 258,8 – 111,62 = 147,18 MVA Công suất từ hạ áp đưa lên B3 là: MVA Ta thấy ST-B3 ³ SH-B3 nên để đảm bảo cho phụ tải trung áp cực đại thì phải tải từ thanh góp cao áp sang thanh góp trung áp một lượng công suất là: SC-B3 = ST-B3 – SH-B3 = 147,18 – 97,52 = 49,66 MVA Như vậy khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì máy biến áp còn lại làm việc theo chế độ tải từ cao áp và hạ áp sang trung áp. Như vậy lượng công suất nhà máy phát về hệ thống là: Sphát về HT = SC-B1 – 2.SC-B3 = 111,62 – 49,66 = 61,976 MVA Do đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất là: Sthiếu = SHtmax – Sphát về HT = 173,6 – 61,96 = 111,64 MVA Như vậy công suất thiếu hụt về hệ thống ( = 111,64 MVA) nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống (=140 MVA). Để kiểm tra quá tải của B2 và B3 ta chỉ cần kiểm tra quá tải ở cuộn trung của các máy biến áp: Sch = SHđT + a.SCđT = 97,52 + 0,5 . 49,66 = 122,35 MVA Công suất định mức của cuộn chung: Ta thấy Sch Ê Schđm = 125 MVA nên cuộn chung không bị quá tải hay các máy biến áp B2 và B3 không bị quá tải trong trường hợp sự cố này. Kết luận: Các máy biến áp đã chọn đều thoả mãn trong các trường hợp sự cố (ta không xét các sự cố xếp chồng). 2.2.3.3. Khi làm việc sự cố lúc phụ tải trung áp cực tiểu: Phụ tải trung áp cực tiểu tại thời điểm từ 21h đén 24h. Tại thời điểm này có: STmin = 181,2 MVA tương ứng với thời điểm đó ta có SHT = 12145 MVA và Sđp = 9,9 MVA. Đối với máy biến áp hai dây quấn B1 và B4 ta không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của nó đã được chọn theo công suất định mức của máy phát điện (SB1,B4đm ³ SFđm). Vì vậy việc kiểm tra quá tải chỉ xét với các máy biến áp tự ngẫu. Ta xét các tình huống sự cố sau: a. Sự cố máy biến áp hai dây quấn B4 (hình h.2-6): Hình 2.6 Khi đó các máy biến áp B2 và B3 phải cung cấp công suất cho phụ tải trung áp cực đại. Công suất tải sang phía trung áp ở mỗi máy: ST-B3 = ST-B2 = MVA Trong lúc sự cố các máy phát được điều chỉnh để phát hết công suất định mức nên công suất ở cuộn hạ áp của mỗi máy lúc này là: SH-B3 = SH-B2 = MVA Công suất tải qua phía cao áp của mỗi máy biến áp B2 và B3 là: SC-B2 = SC-B3 = ST-B2 – SH-B2 = 90,6 – 106,675 = - 16,08 MVA. Như vậy khi B4 bị sự cố, để đảm bảo phụ tải trung áp lớn nhất phải có một lượng công suất bằng 16,08 = 44,8 MVA truyền qua cuộn cao áp của các máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 truyền về hệ thống. Trong chế độ sự cố này, máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp lên cao áp và trung áp. Do đó công suất nhà máy phát về hệ thống là: Sphát về HT = SC-B1 + 2.|SC-B3| = 111,62 + 2 . 16,08 = 143,77 MVA > SHTmin = 129,755 MVA. Do đó không phải huy động công suất dự trữ quay của hệ thống. Ta không cần kiểm tra quá tải ở cuộn hạ các máy biến áp tự ngẫu vì: SHTN = 106,675 MVA < SHđm = 125 MVA. b. Sự cố máy biến áp tự ngẫu B2 hoặc B3 (hình h.2-7): Hình 2.7 Trường hợp sự cố này máy phát F2 ngừng làm việc. Công suất tải qua phía trung áp của B3 là: ST-B3 = STmin – SB4 = 164,706 – 110,45 = 54,256 MVA. Công suất từ hạ áp đưa lên B3 là: MVA Ta thấy ST-B3 < SH-B3 nên phải tải từ thanh góp cao áp sang thanh góp trung áp một lượng công suất là: SC-B3 = ST-B3 – SH-B3 = 54,256 – 99,055 = -44,799 MVA Như vậy khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì máy biến áp còn lại làm việc theo chế độ tải từ hạ áp của MBA tự ngẫu lên cao áp và trung áp. Như vậy lượng công suất nhà máy phát về hệ thống là: Sphát về HT = SC-B1 +|SC-B3| = 110,45 + 44,799 = 155,249 MVA > SHtmin = 129,775 MVA Do đó không phải huy động công suất dự trữ quay của hệ thống. Ta không cần kiểm tra quá tải ở cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu vì: SHTN = 99,055 MVA < SHđm = 125 MVA Kết luận: Các máy biến áp đã chọn đều thoả mãn trong các trường hợp sự cố (ta không xét các sự cố xếp chồng). 2.2.4. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp: Tổn thất trong các máy biến áp gồm hai phần: - Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải và bằng tổn thất không tải của máy biến áp. - Tổn thất đồng trong cuộn dây phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp. Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm được tính theo công thức: ) Đối với máy biến áp tự ngẫu: Trong đó: SCi, STi, SHi là công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của n máy biến áp tự ngẫu trong khoảng thời gian ti. Si là công suất tải qua n máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti với n là số máy biến áp làm việc song song. Dựa vào bảng thông số máy biến áp 2-1 và bảng phân phối công suất 2-2 ta tính được tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở phương án 1: + Máy biến áp ba pha hai cuộn dây: Máy biến áp B1 và B4 luôn cho làm việc với công suất Sb = 110,45 MVA trong cả năm, do đó: kWh. kWh. + Máy biến áp tự ngẫu: kW kW kW = 4,1872 . 6 + 1,3382 . 1 + 28,9992 . 5 + 7,9732. 3 + 39,8892 . 6 + 9,6632 . 3 = 14329,307 MVA2. h = 33,0112 . 6 + 33,0112 . 1 + 50,6582 . 5 + 50,6582 . 3 + 62,4222.6 + 27,1282 . 3 = 53744,768 MVA2. h = 37,1982 . 6 + 34,3492 . 1 + 79,6572 . 5 + 58,6312 . 3 + 102,3112.6 + 36,7912 . 3 = 118386,949 MVA2. h Do đó ta có: Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp của phương án 1 là: DA1 = DAB1 + DAB4 + DAB2 + DAB3 = 3606,357 . 103 + 3611,744 . 103 + 2 . 1693,84 .103 kWh = 10605,781 . 103 kWh. 2.2.5. Tính dòng điện cưỡng bức của các mạch. Tình trạng làm việc cưỡng bức là tình trạng làm việc nếu một phần tử của khu vực xét bị cắt. Mục đích của việc tính dòng điện cưỡng bức của các mạch là để chọn khí cụ điện trên các mạch đó như máy cắt, dao cách ly … Đối với các khí cụ điện có giá thành không cao như dây dẫn, dao cách ly để thuận lợi cho việc thi công, lắp đặt và vận hành ở mỗi cấp điện áp ta sẽ chọn một loại khí cụ điện do đó ta phải tìm dòng điện cưỡng bức lớn nhất ở mỗi cấp điện áp. Tìm dòng điện cưỡng bức của các phương án: * Các mạch phía 220 kV: Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch 220kV là dòng làm việc cưỡng bức lớn nhất trong các dòng cưỡng bức của mạch đường dây, mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây B1, mạch máy biến áp tự ngẫu. - Dòng điện làm việc cưỡng bức của đường dây 220kV là dòng điện chạy trên đường dây còn lại khi một đường dây bị đứt trong điều kiện phụ tải của hệ thống cực đại. Do đó ta có: kA - Dòng điện làm việc cưỡng bức của máy biến áp ba pha hai cuộn dây (máy biến áp B1) được xác định theo dòng điện cưỡng bức của máy phát điện: kA - Dòng điện làm việc cưỡng bức ở phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu được xác định khi xét các tình huống sự cố sau: + Khi một máy biến áp tự ngẫu bị sự cố: Theo tính toán ở mục 2.2.3 ta có: * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại ta có dòng công suất phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là: SC-TN = 30,673 MVA. * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực tiểu thì dòng công suất phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là: SC-TN = 44,799 MVA. + Khi máy biến áp hai dây quấn B4 bị sự cố: Theo tính toán ở mục 2.2.3 ta có: * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại ta có dòng công suất phía cao áp của một máy biến áp tự ngẫu là SC-TN = 15,336 MVA. * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực tiểu ta có dòng công suất phía cao áp của một máy biến áp tự ngẫu là SC-TN = 22,4 MVA. Từ các tình huống sự cố trên ta thấy công suất cưỡng bức lớn nhất truyền tải qua phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu là SC-Tnmax = 44,799 MVA ứng với sự cố một máy biến áp tự ngẫu lúc phụ tải trung áp cực tiểu. Do đó, dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch cao áp của máy biến áp tự ngẫu là: kA So sánh dòng điện làm việc cưỡng bức trên ta thấy dòng điện làm việc cưỡng bức của đường dây là lớn nhất và do đó chính là dòng điện làm việc cưỡng bức của cấp điện áp 220 kV và bằng 0,499 kA. * Các mạch phía 110 kV. Dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch cấp điện áp 110 kV là dòng làm việc cưỡng bức lớn nhất trong các dòng cưỡng bức của mạch đường dây, mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây B4, mạch trung áp của các máy biến áp tự ngẫu. - Mạch đường dây: Thanh góp trung cấp cho phụ tải gồm 3 đường dây kép, công suất mỗi đường như nhau nên dòng điện cưỡng bức: kA - Dòng điện làm việc cưỡng bức của máy biến áp ba pha hai cuộn dây (máy biến áp B4) được xác định theo dòng cưỡng bức của máy phát điện: kA - Dòng điện làm việc cưỡng bức ở phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu được xác định khi xét các tình huống sự cố sau: + Khi một máy biến áp tự ngẫu bị sự cố, ứng với lúc phụ tải trung áp cực đại thì công suất truyền tải qua phía trung áp sẽ lớn nhất, do đó: ST-TN = STmax – SB4 = 235,294 – 110,45 = 124,844 MVA. + Khi máy biến áp hai dây quấn B4 bị sự cố, ứng với lúc phụ tải trung áp cực đại thì dòng công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu là: ST-TN = MVA Khi phụ tải trung áp cực tiểu thì dòng công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu đều bé hơn. Từ các tình huống sự cố trên ta thấy công suất cưỡng bức lớn nhất truyền tải qua phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu là ST-Tnmax = 124,844 MVA ứng với sự cố một máy biến áp tự ngẫu lúc phụ tải trung áp cực đại. Do đó dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch trung áp của máy biến áp tự ngẫu là: kA So sánh dòng điện làm việc cưỡng bức trên ta thấy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch trung áp của máy biến áp tự ngẫu là lớn nhất và đó chính là dòng điện làm việc cưỡng bức của cấp điện áp 110 kV và bằng 0,655 kA. * Cấp điện áp 10 kV: Dòng điện làm việc cưỡng bức của cấp điện áp 10 kV được tính theo dòng làm việc cưỡng bức của máy phát và bằng: kA Bảng tổng kết dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch ở phương án 1: Cấp điện áp Dòng điện 220 kV 110 kV 10 kV Icb, kA 0,499 0,655 7,123 2.3. Chọn máy biến áp, phân bố công suất, tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp, dòng điện cưỡng bức cho phương án 2. 2.3.1. Chọn máy biến áp. Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, vốn đầu tư máy biến áp cũng chiếm một phần rất lớn trong tổng vốn đầu tư của nhà máy điện. Mặc dù hiệu suất của máy biến áp tương đối cao nhưng tổn thất._. điện năng hàng năm trong máy biến áp rất lớn. Vì vậy khi thiết kế nhà máy điện ta mong muốn công suất máy biến áp nhỏ, số lượng máy biến áp ít (để giảm tổn thất điện năng) nhưng vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho hộ tiêu thụ điện trong các tình huống vận hành. Công suất định mức của máy biến áp phải tương ứng với nhiệt độ môi trường nhất định do nhà chế tạo quy định. Vì vậy khi nhiệt độ môi trường tại nơi lắp đặt máy biến áp khác với nhiệt độ đó thì công suất định mức của máy biến áp lại khác. Trong thiết kế này, giả thiết các máy biến áp được chọn phù hợp với nhiệt độ môi trường tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh công suất của chúng. Chọn máy biến áp trong nhà máy điện sao cho chủng loại, số lượng, công suất định mức và hệ số biến áp MBA được chọn phải đảm bảo hoạt động an toàn trong điều kiện bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất. Nguyên tắc chung để chọn MBA là trước tiên chọn SđmB ³ công suất cực đại chạy qua máy biến áp trong điều kiện làm việc bình thường, sau đó kiểm tra lại điều kiện sự cố có kể đến hệ số quá tải của máy biến áp. Xác định công suất thiếu về hệ thống phải nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. + Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây: SđmB3 = SđmB4 ³ SđmF = 117,5 MVA Do đó chọn máy biến áp hai dây quấn có công suất là 125 MVA. + Bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu: Trong đó a là hệ số có lợi, Do đó: SđmB1 = SđmB4 ³ SđmF = MVA Do đó chọn máy biến áp tự ngẫu có công suất định mức là 250 MVA Từ đó ta có tham số máy biến áp của phương án 1 cho ở bảng 2-3: Bảng 2-3 Cấp điện áp kV Loại MBA Sđm MVA Điện áp cuộn dây kV Tổn thất, kW UN% I0% DP0 DPN C T H A C-T C-H T-H C-T C-H T-H 110 TдЦ 125 121 - 10,5 100 - 400 - 10,5 - 0,5 220 ATдЦTH 250 242 121 11 120 520 - - 11 32 20 0,5 2.3.2. Phân phối công suất cho các máy biến áp và các cuộn dây máy biến áp: Với quy ước chiều dương của dòng công suất là chiều đi từ máy phát lên thanh góp đối với máy biến áp hai cuộn dây và đi từ cuộn hạ lên phía cao và trung đối với máy biến áp liên lạc. SCt, STt, SHt: Công suất biểu kiến qua cuộn cao, trung, hạ của một máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm t. SbT: Công suất biểu kiến của một bộ bên trung. SC(t), ST(t): Công suất biểu kiến phát về hệ thống, phụ tải bên trung tại thời điểm t. + Với máy biến áp hai cuộn dây: Phương án này có 2 bộ máy biến áp hai cuộn dây nối với thanh góp 110kV. Các bộ máy phát điện – máy biến áp F3-B4 và F4-B4 cho mang tải với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm. Do đó công suất tải mỗi máy B3 và B4 là: SbT = SđmF - Stdmax = 117,5 - MVA + Với máy biến áp tự ngẫu: Cuộn cao: Cuộn trung: Cuộn hạ: SHt = SCt + STt. Dựa vào kết quả công suất phụ tải bên trung và công suất phát về hệ thống ở bảng 1-6 và tính theo các công thức trên ta có bảng phân phối công suất 2-4 sau: Bảng 2-4 T(h) Công suất 0 – 6 6-7 7 – 12 12 – 15 15 – 21 21 – 24 SCt, MVA 59,412 56,563 84,224 63,198 95,114 64,888 STt, MVA -22,215 -22,215 -4,568 -4,568 7,197 -28,097 SHt, MVA 37,197 34,348 79,656 58,63 102,311 36,791 2.3.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp: 2.3.3.1. Khi làm việc bình thường: + Với MBA bộ: SđmB3 = SđmB4 = 125 MVA > SđmF - Stdmax = 110,45 MVA Do đó không bị quá tải trong điều kiện làm việc bình thường. + Với MBA tự ngẫu: Từ bảng 2-4 ta thấy bình thường trong MBA tự ngẫu làm việc theo hai chế độ: * Từ 0h á 15h và 21h á 24h các máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 làm việc thoe chế độ tải từ trung áp và hạ áp lên cao áp. Trong chế độ này công suất cuộn nối tiếp lớn nhất. Sntmax = max {a.(SH-B1,B2(t) + |ST-B1,kB2(t)| )} = 0,5.(79,565 + 4,568) = 42,112 MVA. Mặt khác Sntđm = a. SB1,B2(t) = 0,5 . 250 = 125 MVA. Do đó Sntmax < Sntđm nên B1 và B2 không bị quá tải khi làm việc bình thường trong khoảng thời gian đang xét. * Từ 15h á 21h các máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 làm việ theo chế độ tải từ hạ áp lên trung áp và cao áp. Trong chế độ này công suất cuộn hạ có tải lớn nhất. SH-B2,B3max = 102,311 MVA Ê SH-B2,B3đm = a. SH-B2,B3đm = 0,5 . 250 = 125 MVA. Nên B1 và B2 không bị quá tải trong chế độ làm việc bình thường. 2.3.3.2. Khi làm việc sự cố lcú phụ tải trung áp cực đại. Phụ tải trung áp cực đại từ 15h đến 21h, tại thời điểm này ta có STmax = 235,294 MVA tương ứng với thời điểm đó ta có SC = 190,227 MVA và Sđp = 16,279 MVA. Đối với máy biến áp hai dây quấn B3 và B4 ta không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của nó đã được chọn theo công suất định mức của máy phát điện (SH-B2,B3đm ³ SFđm). Vì vậy việc kiểm tra quá tải chỉ xét với các máy biến áp tự ngẫu. Ta xét các tình huống sự cố sau: a. Sự cố máy biến áp hai dây quấn B3 hoặc B4 (hình 2-8): Hình 2.8 Khi đó các máy phát F1 và F2phát công suất định mức. Công suất tải sang phía trung áp ở mỗi máy biến áp tự ngẫu là: ST-B1 = ST-B2 = MVA Công suất qua cuộn hạ của mỗi mãy biến áp tự ngẫu: SH-B1 = SH-B2 = MVA Công suất tải qua phía cao áp của mỗi máy biến áp B1 và B2 là: SC-B1 = SC-B2 = ST-B1 – ST-B1= SH-B2- ST-B2 = 102,311 – 62,422 = 40,889 MVA. Như vậy khi B4 bị sự cố, thì máy biến tự ngẫu lam việc theo chế độ tải từ hạ áp lên cao áp và trung áp. Khi B4 bị sự cố, để đảm bảo phụ tải trung áp lớn nhất phải có một lượng công suất bằng 40,889 MVA truyền từ hạ áp lên cao áp của máy biến áp B2 và B3. Như vậy lượng công suất nhà máy phát về hệ thống là: Sphát về HT = 2.SC-B1 = 2 . 40,889 = 81,778 MVA Do đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất là: Sthiếu = SHTmax – Sphát về HT = 190,227 – 81,778 = 108,449 MVA Như vậy công suất thiếu hụt về hệ thống ( = 108,449 MVA) nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống (=140 MVA). Trong chế độ này cuộn hạ có tải lớn nhất: SH-B1 = SH-B2 = 102,311 MVA < SH-B1đm = SH-B2đm = 125 MVA b. Sự cố máy biến áp tự ngẫu B1 hoặc B2 hình (hình2-9): Hình 2.9 Trường hợp sự cố này máy phát F1 ngừng làm việc. Ta kiểm tra quá tải máy biến áp B2 còn B3 và B4 mang tải bình thường. Công suất tải qua phía trung áp của B2 là: ST-B2 = STmax – (SB3 + SB4) = 235,294 – 2 . 110,45 = 14,394 MVA Công suất từ hạ áp đưa lên B2 là: MVA Công suất qua phía cao áp máy biến áp B2: SC-B2 = SH-B2 – ST-B2 = 94,171 – 14,394 = 79,777 MVA Như vậy trong chế độ sự cố này, máy biến áp tự ngẫu B2 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp lên cao áp và trung áp. Khi B1 bị sự cố, để đảm bảo phụ tải trung áp lớn nhất phải có một lượng công suất bằng 79,777 MVA truyền từ hạ áp qua máy biến áp B2 lên phía cao áp. Như vậy lượng công suất nhà máy phát về hệ thống là: Sphát về HT = SC-B2 = 79,777 MVA Do đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất là: Sthiếu = SHtmax – Sphát về HT = 190,227 – 79,777 = 110,45 MVA Như vậy công suất thiếu hụt về hệ thống ( = 110,45MVA) nhỏ hơn công suất dự trữ quay của hệ thống (=140 MVA). Khi đó cuộn hạ có tải lớn nhất: SH-B2 = 94,309 MVA < SH-B2đm = 125 MVA nên cuộn hạ áp của B2 không bị quá tải. 2.3.3.3. Khi làm việc sự cố lúc phụ tải trung áp cực tiểu: Phụ tải trung áp cực tiểu từ 21h đén 24h. Tại thời điểm này ta có: STmin = 164,706 MVA tương ứng với thời điểm đó ta có SC = 129,775 MVA và Sđp = 11,359 MVA. Đối với máy biến áp hai dây quấn B3 và B4 ta không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của nó đã được chọn theo công suất định mức của máy phát điện (SB1,B4đm ³ SFđm). Vì vậy việc kiểm tra quá tải chỉ xét với các máy biến áp tự ngẫu. Ta xét các tình huống sự cố sau: a. Sự cố máy biến áp hai dây quấn B4 (hình hình.2-10): Hình 2.10 Khi đó các máy phát F1 và F2 phát công suất định mức. Công suất tải sang phía trung áp ở mỗi máy biến áp tự ngẫu là: ST-B1 = ST-B2 = MVA Công suất qua cuộn hạ của mỗi máy biến áp tự ngẫu: SH-B1 = SH-B2 = MVA Công suất tải qua phía cao áp của máy biến áp B1 và B2 là: SC-B1 = SC-B2 = SH-B1 – ST-B1 = SH-B2 – ST-B2 = 104,753 – 27,128 = 77,625 MVA. Như vậy B4 bị sự cố thì máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ tải từ hạ áp lên cao áp và trung áp. Khi B4 bị sự cố, để đảm bảo phụ tải trung áp cực tiệu thì có một lượng công suất bằng 77,625 MVA truyền từ hạ áp lên cao áp của máy biến áp B2 và B3. Như vậy lượng công suất nhà máy phát về hệ thống là: Sphát về HT = 2.SC-B1 = 2 . 77,625 = 155,25MVA. Ta thấy nhà máy phát về hệ thống lượng công suất lớn hơn phụ tải của hệ thống lúc cực tiểu 9129,775 MVA) nên không cần phải sử dụng công suất dự trữ quay của hệ thống. Trong chế độ này cuộn hạ có tải lớn nhất: SH-B1 = SH-B2 = 104,753 MVA Ê SH-B1đm = SH-B2đm = 125 MVA b. Sự cố máy biến áp tự ngẫu B1 hoặc B2 (hình 2-11): Hình 11 Trường hợp sự cố này máy phát F1 ngừng làm việc. Ta kiểm tra quá tải máy biến áp B2 còn B3 và B4 mang tải bình thường. Công suất tải qua phía trung áp của B2 là: ST-B2 = STmin – (SB3 + SB4) = 164,706 – 2. 110,45 = 56,194 MVA. Công suất từ hạ áp đưa lên B2 là: MVA Công suất qua phía cao áp máy biến áp B2: SC-B2 = SH-B2 – ST-B2 = 92,005 + 56,194 = 148,199 MVA Như vậy trong chế độ sự cố này, máy biến áp tự ngẫu B2 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp và trung áp lên cao. Như vậy lượng công suất nhà máy phát về hệ thống là: Sphát về HT = SC-B2 = 148,199 MVA và hệ thống không bị thiếu công suất. Khi đó cuộn nối tiếp mang tải lớn nhất: Snt = a [SH-B2 + |ST-B2|] = 0,5.(92,005 + 56,194) = 74,1 MVA < Sntđm = 125 MVA. Nên cuộn nối tiếp của B2 không bị quá tải. Kết luận: Các máy biến áp đã chọn đều thoả mãn trong các trường hợp sự cố (ta không xét các sự cố xếp chồng) và không cần huy động công suất dự trữ quay của hệ thống. 2.3.4 Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp: Tổn thất trong các máy biến áp gồm hai phần: - Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải và bằng tổn thất không tải của máy biến áp. - Tổn thất đồng trong cuộn dây phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp. Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm được tính theo công thức: ) Đối với máy biến áp tự ngẫu: Trong đó: SCi, STi, SHi là công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của n máy biến áp tự ngẫu trong khoảng thời gian ti. Si là công suất tải qua n máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti n là số máy biến áp làm việc song song. Dựa vào bảng thông số máy biến áp 2-3 và bảng phân phối công suất 2-4 ta tính được tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở phương án 2 như sau: + Máy biến áp ba pha hai cuộn dây: Máy biến áp B3 và B4 luôn cho làm việc với công suất Sb = 110,45 MVA trong cả năm, do đó: kWh. + Máy biến áp tự ngẫu: kW kW kW = 59,4122 . 6 + 56,5632 . 1 + 84,2242 . 5 + 63,1982. 3 + 95,1142 . 6 + 64,8882 . 3 = 138739,856 MVA2. h = 22,2152 . 6 + 22,2152 . 1 + 4,5682 . 5 + 4,5682 . 3 + 7,1972.6 + 28,0972 . 3 = 6300,582 MVA2. h = 37,1972 . 6 + 34,3482 . 1 + 79,6562 . 5 + 58,632 . 3 + 102,3112.6 + 36,7912 . 3 = 118385,286 MVA2. h Do đó ta có: = Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp của phương án 2 là: DA2 = DAB1 + DAB4 + DAB2 + DAB3 = 2.3611,744 . 103 + 2 . 1810,698 .103 kWh = 10844,884 . 103 kWh. 2.3.5. Tính dòng điện cưỡng bức của các mạch. Tình trạng làm việc cưỡng bức là tình trạng làm việc nếu một phần tử của khu vực xét bị cắt. Mục đích của việc tính dòng điện cưỡng bức của các mạch là để chọn khí cụ điện trên các mạch đó như máy cắt, dao cách ly … Đối với các khí cụ điện có giá thành không cao như dây dẫn, dao cách ly để thuận lợi cho việc thi công, lắp đặt và vận hành ở mỗi cấp điện áp ta sẽ chọn một loại khí cụ điện do đó ta phải tìm dòng điện cưỡng bức lớn nhất ở mỗi cấp điện áp. Tìm dòng điện cưỡng bức của các phương án: * Các mạch phía 220 kV: Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch 220kV là dòng làm việc cưỡng bức lớn nhất trong các dòng cưỡng bức của mạch đường dây, mạch máy biến áp tự ngẫu. - Dòng điện làm việc cưỡng bức của đường dây 220kV là dòng điện chạy trên đường dây còn lại khi một đường dây bị đứt trong điều kiện phụ tải của hệ thống cực đại. Do đó ta có: kA - Dòng điện làm việc cưỡng bức ở phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu được xác định khi xét các tình huống sự cố sau: + Khi một máy biến áp tự ngẫu bị sự cố: Theo tính toán ở mục 2.3.3 ta có: * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại ta có dòng công suất phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là: SC-TN = 79,777 MVA. * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực tiểu thì dòng công suất phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là: SC-TN = 148,199 MVA. + Khi máy biến áp hai dây quấn B4 bị sự cố: Theo tính toán ở mục 2.3.3 ta có: * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại ta có dòng công suất phía cao áp của một máy biến áp tự ngẫu là SC-TN = 40,889 MVA. * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực tiểu thì dòng công suất phía cao áp của một máy biến áp tự ngẫu là SC-TN = 77,625 MVA. Từ các tình huống sự cố trên ta thấy công suất cưỡng bức lớn nhất truyền tải qua phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu là SC-Tnmax = 148,199 MVA ứng với sự cố một máy biến áp tự ngẫu lúc phụ tải trung áp cực tiểu. Do đó dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch cao áp của máy biến áp tự ngẫu là: kA So sánh dòng điện làm việc cưỡng bức trên ta thấy dòng điện làm việc cưỡng bức của đường dây là lớn nhất và do đó chính là dòng điện làm việc cưỡng bức của cấp điện áp 220 kV và bằng 0,499 kA. * Các mạch phía 110 kV. Dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch cấp điện áp 110 kV là dòng làm việc cưỡng bức lớn nhất trong các dòng cưỡng bức của mạch đường dây, mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây B4, mạch trung áp của các máy biến áp tự ngẫu. - Mạch đường dây: Thanh góp trung cấp cho phụ tải gồm 3 đường dây kép, công suất mỗi đường như nhau nên dòng điện cưỡng bức: kA - Dòng điện làm việc cưỡng bức của máy biến áp ba pha hai cuộn dây (máy biến áp B3 hoặc B4) được xác định theo dòng cưỡng bức của máy phát điện: kA - Dòng điện làm việc cưỡng bức ở phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu được xác định khi xét các tình huống sự cố sau: + Khi một máy biến áp tự ngẫu bị sự cố: * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại thì dòng công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là: ST-TN = STmin – (SB3 + SB4) = 235,294 –2. 110,45 = 14,394 MVA. * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại thì dòng công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là: ST-TN = STmin – (SB3 + SB4) = 235,294 –2. 110,45 = 14,394 MVA. + Khi máy biến áp hai dây quấn B4 bị sự cố * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại thì dòng công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là: ST-TN = MVA * Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực tiểu thì dòng công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là: ST-TN = MVA Từ các tình huống sự cố trên ta thấy công suất cưỡng bức lớn nhất truyền tải qua phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu là ST-Tnmax = 62,442 MVA ứng với sự cố một máy biến áp dây quấn lúc phụ tải trung áp cực đại. Do đó dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch trung áp của máy biến áp tự ngẫu là: kA So sánh dòng điện làm việc cưỡng bức trên ta thấy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch trung áp 0,648 kA. * Cấp điện áp 10 kV: Dòng điện làm việc cưỡng bức của cấp điện áp 10 kV được tính theo dòng làm việc cưỡng bức của máy phát và bằng: kA Bảng tổng kết dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch ở phương án 2: Cấp điện áp Dòng điện 220 kV 110 kV 10 kV Icb, kA 0,499 0,655 7,123 Chương III Tính toán dòng điện ngắn mạch Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệ thống điện. Trong thời gian xảy ra ngắn mạch, kể từ thời điểm xuất hiện ngắn mạch cho tới khi cắt được phần từ hư hỏng ra khỏi mạch điện, xảy ra một quá trình quá độ phức tạp, gây ra các lực động điện và phát nhiệt mạnh. Vì vậy khi thiết kế nhà máy điện cần chọn các thiết bị có khả năng chịu được các lực động điện và phát nhiệt trong giới hạn cho phép khi có sự cố ngắn mạch. Mục đích của việc tính toán dòng điện ngắn mạch là để chọn khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua theo điều kiện đảm bảo các yêu cầu về ổn định động và ổn định nhiệt khi có dòng ngắn mạch (dòng tính toán là dòng ngắn mạch ba pha vì ngắn mạch ba pha thường nặng nề nhất, ảnh hưởng nhiều đến chế độ hệ thống). Khi tính toán ngắn mạch cần xác định các đại lượng sau: I” là giá trị ban đầu của thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch siêu quá độ. ixk là dòng điện ngắn mạch xung kích, để kiểm tra lực động điện. Khi tính toán ngắn mạch ta dùng hệ đơn vị tương đối. Chọn các đại lượng cơ bản như công suất cơ bản và điện áp cơ bản. Ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình (Ucb = Utb), công suất cơ bản chọn là Scb = 1000 MVA. 3.1. Xác định các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản: + Điện kháng của hệ thống điện: + Điện kháng của đường dây kép: Theo tính toán ở Chương 2 ta có dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 220kV là Icb = 0,499 kA nên ta chọn dây dẫn ở cấp điện áp 220 kV là dây nhôm lõi thép AC-240 có dòng điện cho phép khi đặt ngoài trời với khoảng cách các pha 5m là 590A. Tra bảng ta có điện kháng đơn vị x0 = 0,4W/km, do đó điện kháng của đường dây kép: + Điện kháng của máy phát điện: + Điện kháng của máy biến áp ba pha hai cuộn dây: + Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu ba pha: 3.2. Tính giá trị dòng điện ngắn mạch tại từng thời điểm theo phương pháp đường cong tính toán: Nhằm chọn khí cụ điện cho các mạch, khi lập sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch ta cần chọn chế độ làm việc nặng nề nhất phù hợp với thực tế. Điểm ngắn mạch tính toán được xác định là điểm mà khi ngắn mạch xảy ra tại thời điểm đó thì dòng điện ngắn mạch qua khí cụ điện là lớn nhất. 3.2.1. Phương án 1: a. Chọn điểm ngắn mạch tính toán: + Cấp điện áp 220 kV: ở cấp điện áp này thường chỉ chọn một loại máy cắt điện và dao cách ly nên ta chọn N1 là điểm ngắn mạch trên thanh góp 220 kV vì ngắn mạch trên thanh góp thì dòng điện ngắn mạch đi qua khí cụ điện là lớn nhất. Nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy. + Cấp điện áp 110 kV: Tương tự ta chọn điểm ngắn mạch N2 trên thanh góp 110 kV. Nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy. + Cấp điện áp 10 kV: Nhằm chọn khí cụ điện mạch máy phát cần tính 2 điểm ngắn mạch N3 và N’3. Sau đó so sánh hai giá trị dòng điện ngắn mạch trên, lấy trị số lớn hơn để chọn khí cụ điện. Điểm N-3 có nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy trừ máy phát F2. Điểm N’-3 có nguồn cung cấp chỉ có máy phát F2. Tính ngắn mạch tại điểm N-4 để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng và phụ tải địa phương. Nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy điện. b. Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế: Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán vẽ trên hình h.3.1. Hình 3.1 Sơ đồ thay thế vẽ trên hình h3.2. Hình 3.2 c. Tính toán ngắn mạch tại các điểm: * Xét khi ngắn mạch tại N1: Nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống. Sơ đồ thay thế cho trên hình h3.3. Hình 3.3 X1 = XHT + XD = 0,1667 + 0,3403 = 0,507 X2 = XF + XB220 = 1,5574 + 0,88 = 2,4374 X3 = X4 = XC = 0,46 X5 = X6 = XF + XH = 1,5574 + 0,82 = 2,3774 X7 = XF + XB110 = 1,5574 + 0,84 = 2,3974 Hình.3.4 Điểm ngắn mạch N1 có tính chất đối xứng nên ta có: X8 = X3/2 = 0,46/2 = 0,23 X9 = X5/2 = 2,3774/2 = 1,1887 Ghép các nguồn phía nhà máy ta có: X10 = [(X7//X9) + X8] // X2 = [(2,3974//1,1887)+0,23] //2,4374 = 0,7214 Hình.3.5 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: kA kA Điện kháng tính toán nhánh nhà máy: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: kA kA Do đó dòng ngắn mạch tổng tại N1: kA kA Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N1: kA * Xét khi ngắn mạch tại N2: Nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống. Sơ đồ thay thế cho trên hình h.3.6. Hình 3.6 X1 = XHT + XD = 0,1667 + 0,3403 = 0,507 X2 = XF + XB220 = 1,5574 + 0,88 = 2,4374 X3 = X4 = XC = 0,46 X5 = X6 = XF + XH = 1,5574 + 0,82 = 2,3774 X7 = XF + XB110 = 1,5574 + 0,84 = 2,3974 Hình 3.7 Điểm ngắn mạch N2 có tính chất đối xứng nên ta có: X8 = X3/2 = 0,46/2 = 0,23 X9 = X5/2 = 2,3774/2 = 1,1887 Ghép các nguồn phía nhà máy ta có: Biến đổi Y (X1, X2, X8) thành D (X10, X11) ở đây ta không xét nhánh nối giữa các nguồn: Hình.3.8 Ghép các nguồn E1, E4, E23 ta có: Hình.3.9 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: kA kA Điện kháng tính toán nhánh nhà máy: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy cung cấp: kA kA Do đó dòng ngắn mạch tổng tại N2: kA kA Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N2: kA * Xét khi ngắn mạch tại N3: Nguồn cung cấp gồm hệ thống tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế trừ máy phát F2. Sơ đồ thay thế cho trên hình h.3.9 Hình 3.10 X1 = XHT + XD = 0,1667 + 0,3403 = 0,507 X2 = XF + XB220 = 1,5574 + 0,88 = 2,4374 X3 = X4 = XC = 0,46 X5 = XH = 0,82 X6 = XF + XH = 1,5574 + 0,82 = 2,3774 X7 = XF + XB110 = 1,5574 + 0,84 = 2,3974 X8 = X3/2 = 0,46/2 = 0,23 Hình 3.11 Sơ đồ hình h3.10 được vẽ lại trên hình h3.11. Hình 3.12 Biến đổi Y (X1, X2, X8) thành D (X9, X10) ở đây ta không xét nhánh nối giữa các nguồn: Hình.3.13 Ghép các nguồn E1, E34 ta có: Hình.3.14 Biến đổi Y (X5, X9, X12) thành D (X13, X14) ở đây ta không xét nhánh nối giữa các nguồn: Hình.3.15 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: kA Điện kháng tính toán nhánh nhà máy: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy cung cấp: kA kA Do đó dòng ngắn mạch tổng tại N3: kA kA Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N3: kA * Xét khi ngắn mạch tại N’3: Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F2. Sơ đồ thay thế cho trên hình h.3.14 Hình.3.16 Điện kháng tính toán: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch tại N’3: kA kA Do ta đang xét ngắn mạch tại đầu cực máy phát nhiệt điện nên ta lấy kxk = 1,91 dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tạiN’3. kA * Xét khi ngắn mạch tại N4: Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát. nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế. Do đó ta có: kA kA Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N4: kA Do đó kết quả tính toán ngắn mạch phương án 1 cho ở bảng 3-1: Bảng 3-1. Dòng điện Điểm ngắn mạch I”, kA IƠ, kA ixk, kA N1 8,316 7,844 21,169 N2 14,407 12,562 36,674 N3 44,467 47,374 113,195 N’3 34,242 16,669 92,493 N4 78,709 64,043 200,36 d. Chọn máy cắt cho phương án 1: Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch đã xác định ở chương II, kết hợp với các giá trị dòng ngắn mạch đã tính ở trên ta chọn được máy cắt cho máy phát điện và các mạch ở cấp điện áp 110 kV, 220 kV nên chú ý một số điểm sau: - Nên chọn cùng một loại máy cắt trên cùng một cấp điện áp, để thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành và sửa chữa. - Trên các đường dây phụ tải cấp điện áp máy phát nên dùng máy cắt hợp bộ. * Máy cắt được cọn theo các điều kiện sau: + Loại máy cắt khí SF6. + Điện áp :UđmMC ³ Uđm. + Dòng điện : IđmMC ³ Icb. + Điều kiện cắt : ICđm ³ I” + Điều kiện ổn định động : iôđđ ³ ixk. + Điều kiện ổn định nhiệt : .tnh ³ BN. Điều kiện này chỉ xét khi Iđm < 1000A * Bảng thông số máy cắt cho các mạch điện của phương án 1 như bảng 3-2. Bảng 3-2 Thông số tính toán Thông số định mức Uđm, kV Icb, kA I”N, kA ixk, kA Loại MCĐ Uđm, kV Iđm, kA Icắtđm, kA Ilđđ, kA Mạch 220 kV 220 0,499 8,316 21,169 3AQ2 245 4 50 125 Mạch 110 kV 110 0,665 14,407 36,674 3AQ1 123 4 40 100 Mạch 10 kV 10 7,123 44,467 113,195 8FG10 12 12,5 80 225 Trong phương án này các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 3.2.2. Phương án 2: a. Chọn điểm ngắn mạch tính toán: + Cấp điện áp 220 kV: ở cấp điện áp này thường chỉ chọn một loại máy cắt điện và dao cách ly nên ta chọn N1 là điểm ngắn mạch trên thanh góp 220 kV vì ngắn mạch trên thanh góp thì dòng điện ngắn mạch đi qua khí cụ điện là lớn nhất. Nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy. + Cấp điện áp 110 kV: Tương tự ta chọn điểm ngắn mạch N2 trên thanh góp 110 kV. Nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy. + Cấp điện áp 10 kV: Nhằm chọn khí cụ điện mạch máy phát cần tính 2 điểm ngắn mạch N3 và N’3. Sau đó so sánh hai giá trị dòng điện ngắn mạch trên, lấy trị số lớn hơn để chọn khí cụ điện. Điểm N-3 có nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy trừ máy phát F2. Điểm N’-3 có nguồn cung cấp chỉ có máy phát F2. Tính ngắn mạch tại điểm N-4 để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng và phụ tải địa phương. Nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy điện. b. Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế: Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán vẽ trên hình h.3.17. Hình.3.17 Sơ đồ thay thế vẽ trên hình h3.18. Hình.3.18 c. Tính toán ngắn mạch tại các điểm: * Xét khi ngắn mạch tại N1: Nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống. Sơ đồ thay thế cho trên hình h3.19. Hình.3.19 X1 = XHT + XD = 0,1667 + 0,3403 = 0,507 X3 = X3 = XC = 0,46 X4 = X5 = XF + XH = 1,5574 + 0,82 = 2,3774 X6 = XF + XB110 = 1,5574 + 0,84 = 2,3974 Hình 3.20 Điểm ngắn mạch N1 có tính chất đối xứng nên ta có: X7 = X2/2 = 0,46/2 = 0,23 X8 = X4/2 = 2,3774/2 = 1,1887 X9 = X6/2 = 2,3974/2= 1,1987 Ghép các nguồn phía nhà máy ta có: X10 = [(X8//X9) = X11 = X10 + X7 = 0,5968 + 0,23 = 0,8268 Hình.3.21 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: kA kA Điện kháng tính toán nhánh nhà máy: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: kA kA Do đó dòng ngắn mạch tổng tại N1: kA kA Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N1: kA * Xét khi ngắn mạch tại N2: Nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống. Sơ đồ thay thế cho trên hình h.3.22. Hình 3.22 X1 = XHT + XD = 0,1667 + 0,3403 = 0,507 X2 = X3 = XC = 0,46 X4 = X5 = XF + XH = 1,5574 + 0,82 = 2,3774 X6 = XF + XB110 = 1,5574 + 0,84 = 2,3974 Hình.3.23. Điểm ngắn mạch N2 có tính chất đối xứng nên ta có: X7 = X2/2 = 0,46/2 = 0,23 X8 = X4/2 = 2,3774/2 = 1,1887 X9 = X6/2 = 2,3774/2 = 1,1887 X10 = X1 + X7 = 0,507 + 0,23 = 0,737 Hình.3.24. Ghép các nguồn E12 và E34 ta có: Hình.3.24 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: kA kA Điện kháng tính toán nhánh nhà máy: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy cung cấp: kA kA Do đó dòng ngắn mạch tổng tại N2: kA kA Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N2: kA * Xét khi ngắn mạch tại N3: Nguồn cung cấp gồm hệ thống tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế trừ máy phát F2. Sơ đồ thay thế cho trên hình h.3.25. Hình.3.25. X1 = XHT + XD = 0,1667 + 0,3403 = 0,507 X2 = X3 = XC = 0,46 X4 = XH = 1,5574 + 0,82 = 2,3774 X6 = X7 = XF + XB110 = 1,5574 + 0,84 = 2,3974 Hình.3.26. Ghép các nguồn E1, E2 và E4 ta có: X8 = X1 + X2/2 = 0,507 + 0,46/2 = 0,737 X9 = (X6/2) // X5 = (2,3974/2) // 2,3774 = 0,7969 Hình.3.27 Biến đổi Y (X8, X9, X4) thành D (X10, X11) ở đây ta không xét nhánh nối giữa các nguồn: Hình.3.28 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: kA Điện kháng tính toán nhánh nhà máy: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy cung cấp: kA kA Do đó dòng ngắn mạch tổng tại N3: kA kA Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N3: kA * Xét khi ngắn mạch tại N’3: Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F1. Sơ đồ thay thế cho trên hình h.3.29 Hình.3.29 Điện kháng tính toán: Tra đường cong tính toán ta có: và Dòng ngắn mạch tại N’3: kA kA Do ta đang xét ngắn mạch tại đầu cực máy phát nhiệt điện nên ta lấy kxk = 1,91 dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N’3. kA * Xét khi ngắn mạch tại N4: Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát. nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế. Do đó ta có: kA kA Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N4: kA Do đó kết quả tính toán ngắn mạch phương án 2 cho ở bảng 3-3: Bảng 3-3. Dòng điện Điểm ngắn mạch I”, kA IƠ, kA ixk, kA N1 7,845 7,69 19,97 N2 15,122 13,108 38,494 N3 45,65 47,976 116,206 N’3 34,242 16,669 92,493 N4 79,892 64,645 203,372 d. Chọn máy cắt cho phương án 2: Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch đã xác định ở chương II, kết hợp với các giá trị dòng ngắn mạch đã tính ở trên ta chọn được máy cắt cho máy phát điện và các mạch ở cấp điện áp 110 kV, 220 kV nên chú ý một số điểm sau: - Nên chọn cùng một loại máy cắt trên cùng một cấp điện áp, để thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành và sửa chữa. - Trên các đường dây phụ tải cấp điện áp máy phát nên dùng máy cắt hợp bộ. * Máy cắt được chọn theo các điều kiện sau: + Loại máy cắt khí SF6. + Điện áp :UđmMC ³ Uđm. + Dòng điện : IđmMC ³ Icb. + Điều kiện cắt : ICđm ³ I” + Điều kiện ổn định động : iôđđ ³ ixk. + Điều kiện ổn định nhiệt : .tnh ³ BN. Điều kiện này chỉ xét khi Iđm < 1000A * Bảng thông số máy cắt cho các mạch điện của phương án 2 như bảng 3-4. Bảng 3-4. Thông số tính toán Thông số định mức Uđm, kV Icb, kA I”N, kA ixk, kA Loại MCĐ Uđm, kV Iđm, kA Icắtđm, kA Ilđđ, kA Mạch 220 kV 220 0,499 7,845 19,97 3AQ2 245 4 50 125 Mạch 110 kV 110 0,648 15,122 38,494 3AQ1 123 4 50 100 Mạch 10 kV 10 7,123 45,65 116,206 8FG10 12 12,5 80 225 Trong phương án này các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. Chương IV So sánh kinh tế – kỹ thuật các phương án Chọn phương án tối ưu Việc quyết định chọn một phương án nào cũng đều phải dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế và kỹ thuật. Về mặt kinh tế đó chính là tổng vốn đầu tư cho phương án, phí tổn vận hành hàng năm, thiệt hại hàng năm do mất điện. Nếu việc tính toán thiệt hại hàng năm do mất điện khó khăn thì ta có thể so sánh các ._.