Thiết kế Nhà máy điện

cầu phát triển phụ tải còn tăng nhiều nên việc thiết kế nhà máy điện để tăng công suất là việc quan trọng. Đồ án môn học Nhà máy điện giúp sinh viên áp dụng lý thuyết đã học để áp dụng vào tính toán thực tế. Đồ án môn học là một phần rất quan trọng của sinh viên ngành hệ thống điện . Đồ án môn học là bước tập dượt của sinh viên, nó làm tiền đề của đồ án tốt nghiệp và là cơ sở cho công việc sau này. Trong quá trình thực hiện nếu không được sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn và các thầy trực tiếp phụ trách bộ môn thì chắc chắn em không thể hoàn thành được đồ án môn học này. Em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Văn Hoà cùng các thầy trong nhóm Nhà máy điện đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. chương I: chọn máy phát điện tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.1. Chọn máy phát điện: Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện gồm 4 tổ máy công suất mỗi máy là 110 MW. Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành ta chọn các máy phát điện cùng loại: Chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi có các thông số sau: P = 110 MW, S = 130 MW, cosj = 0.85, xd’’ = 0.125, Uđm = 13.8 kV, n = 3000 v/ph. 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất: Từ bảng biến thiên phụ tải ngày ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp theo công thức Trong đó: S(t): Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t P(t): Công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t Cosj : Hệ số công suất phụ tải 1.2.1. Phụ tải các cấp điện áp: + Phụ tải địa phương: Uđm = 13.8 (kV); Pmax = 30 (MW); Cosj = 0.85 Từ bảng số liệu tính toán ta có bảng kết quả sau: Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 P% 70 80 70 80 90 100 90 70 P(MW) 21 24 21 24 27 30 27 21 S(MVA) 24.706 28.235 24.706 28.235 31.765 35.294 31.765 24.706 Ta có đồ thị phụ tải như sau: + Phụ tải cấp điện áp trung : Uđm = 110 (kV); Pmax = 320 (MW); Cosj = 0.82 Từ bảng số liệu tính toán ta có bảng kết quả sau: Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 P% 90 90 70 80 80 90 100 90 P(MW) 288 288 224 256 256 288 320 288 S(MVA) 351.22 351.22 273.17 312.2 312.2 351.22 390.24 351.22 Ta có đồ thị phụ tải như sau: 1.2.2. Phụ tải toàn nhà máy: Ta có SồđmF = 4*130 = 520 (MVA) PồđmF =4*110 = 440 (MVA) Từ bảng số liệu ta có bảng tính như sau: : Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 P% 90 90 70 80 90 100 100 90 P(MW) 396 396 308 352 396 440 440 396 S(MVA) 468 468 364 416 468 520 520 468 Từ bảng số liệu ta có đồ thị phụ tải như sau: 1.2.3. Phụ tải tự dùng: Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lượng điện tự dùng chiếm 6% công suất định mức của toàn nhà máy, cosj = 0.85. Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm có thể tính theo biểu thức sau: Trong đó: Std(t): Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t SNM : Công suất đặt của toàn nhà máy S(t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t a : Số phần trăm lượng điện tự dùng Sau khi tính toán ta có bảng kết quả: Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 S(MVA) 468 468 364 416 468 520 520 468 Std (MVA) 29.195 29.195 25.468 27.332 29.195 31.059 31.059 29.195 Ta có đồ thị phụ tải như sau: 1.2.4. Công suất phát về hệ thống: Công suất của nhà máy phát về hệ thống được tính theo công thức SVHT(t) = STNM(t) - (SUF(t) + ST(t) + STD(t)) Sau khi tính toán ta có bảng kết quả: Giờ 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 STNM (MVA) 468 468 364 416 468 520 520 468 SUF (MVA) 24.706 28.235 24.706 28.235 31.765 35.294 31.765 24.706 ST (MVA) 351.22 351.22 273.17 312.2 312.2 351.22 390.24 351.22 Std (MVA) 29.195 29.195 25.468 27.332 29.195 31.059 31.059 29.195 SVHT (MVA) 62.879 59.35 40.655 48.238 94.845 102.43 66.933 62.879 chương 2: chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện 2.1. Đề xuất các phương án: Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và đem lại hiệu quả kinh tế. Dựa vào số liệu tính toán phân bố công suất đồ thị phụ tải các cấp điện áp chúng ta vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy. Theo kết quả tính toán cân cằng công suất ở chương 1 ta có: + Phụ tải địa phương: Smax = 35.294 (MVA) Smin = 24.706 (MVA) + Phụ tải trung áp: STmax = 390.24 (MVA) STmin = 273.17 (MVA) + Công suất phát vào hệ thống: SHTmax = 102.43 (MVA) SHTmin = 40.655 (MVA) Theo đề ra ta nhận thấy: + Dự trữ quay của hệ thống: SDT = 200 (MVA) + Phụ tải địa phương có số đường dây khá lớn(gồm 6 kép và 6 đơn) và công suất khá lớn (30 MW) nên nhà máy sử dụng thanh góp điện áp máy phát. + Công suất một bộ máy phát điện _ máy biến áp không lớn hơn dữ trữ quay của hệ thống nên ta dùng sơ đồ bộ: máy phát điện _ một máy biến áp. + Trung tính của cấp điện áp cao 220 (kV) và trung áp 110 (kV) được trực tiếp nối đất nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp. + Số lượng máy phát ghép vào thanh góp điện áp máy phát sao cho khi một tổ máy nào có sự cố thì tổ máy còn lại phải đủ cung cấp cho tự dùng cực đại và phụ tải địa phương cực đại. + Phụ tải trung áp: Smax = 390.24 (MVA) Smin = 273.17 (MVA) Do vậy có thể ghép một bộ hoặc hai bộ: máy phát điện _ máy biến áp hai dây quốn lên thanh góp trung áp. + Từ các nhận xét trên ta vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế: 2.1.1. Phương án 1: ~ B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220KV 110KV HT ~ ~ ~ Phương án này có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp, công suất hai máy biến áp tự ngẫu có dung lượng nhỏ. 2.1.2. Phương án 2: ~ B3 B2 B1 F4 HT 220 kV 110 kV ~ ~ F3 F1 ~ F2 Phương án này có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp. Nhược điểm của phương án là hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc phải chọn có công suất lớn hơn phương án 1 2.1.3. Phương án 3: ~ B4 B1 F4 F1 220 kV 110 kV HT B3 B2 F3 F2 ~ ~ ~ Nhược điểm của phương án là khi bộ máy phát – máy biến áp 4 bị sự cố thì sẽ không đủ công suất cung cấp cho phụ tải cấp trung vì nếu tự ngẫu có tải hết công suất của F1 và F2 thì cũng không đủ cung cấp cho tải trung phải tải khá nhiều công suất phía cao về. Mặt khác so với phương án 1 thì bộ máy biến áp – máy phát điện có B4 phải chọn với cấp điện áp cao 220 (kV), vì vậy phương án này không chấp nhận được. Nhận xét: Qua phân tích sơ bộ các phương án đưa ra ta nhận thấy phương án 1và phương án 2 có nhiều ưu điểm hơn. Vì vậy ta qĩư lại hai phương án này để tính toán kinh tế kỹ thuật từ đó chọ một phương án tối ưu nhất cho nhà máy thiết kế. 2.2. Tính toán chọn MBA: 2.2.1. Phương án 1: ~ B4 B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220KV 110KV HT ~ ~ ~ 1. Chọn máy biến áp: a. Chọn biến áp bộ B3, B4 Công suất của máy biến áp bộ B3, B4 chọn theo điều kiện SB3 = SB4 ³ SđmF = 130 (MVA) Tra bảng chọn máy biến áp ta thấy có 2 loại với Sđm = 125 MVA và 200 MVA, nếu chọn Sđm = 200 MVA thì sẽ non tải nhiều, ta chọn Sđm = 125 MVA và kiểm tra điều kiện qúa tải bình thường. Theo nguyên tắc 3% ta có Hệ số điền kín phụ tải a% = Trong đó : Pmax là công suất cực đại Pi là công suất trog khoảng thời gian ti t = ồti Thay số ta có: Kqtbt= 1+ 0.06594 = 1.06594 Kiểm tra điều kiện quá tải bình thường : Kqtbt*SđmB³ 130 1.06594*125 = 133.24 ³ 130. Vậy MBA đã chọn thoả mãn.Với bộ MBA-MF không cần kiểm tra điều kiện quá tải sự cố. Vậy ta chọn MBA có thông số như sau: Sđm (MVA) UC (kV) UH (kV) DP0 (kW) DPn (kW) Un% I0% Giá 103 (rup) 125 121 13.8 100 400 10.5 0.5 115 b. Chọn công suất máy biến áp tự ngẫu B1, B2 Công suất của máy biến áp tự ngẫu được chọn theo điều kiện: Trong đó: a: Hệ số có lợi của MBATN n: Tổng số máy phát điện. n1: Số máy phát nối vào thanh góp máy phát. Thay số ta có: ị Tra tài liệu “Thiết kế nhà máy điện” ta chọn máy biến áp tự ngẫu loại ATДЦTH có Sđm = 250 (MVA), với các thông số cơ bản sau: UC UT UH DP0 DPN (kW) UN% I0% Giá 103 (rup) (kV) (kV) (kV) (kW) C-T C-H T-H C-T C-H T-H 230 121 13.8 120 520 11 32 20 0.5 256 2. Phân bố công suất cho các máy biến áp: a, Bộ MBA-MF Để đảm bảo vận hành kinh tế các máy biến áp ta cho hai MBA bộ B3 và B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng cả năm như sau: SB3 = SB4 = SđmF - = 130 - = 122.235 (MVA) Đồ thị phụ tải của B3 và B4 S(MVA) t(h) 0 122.235 24 Ta thấy SB3 = SB4 = 122.235 < SđmB3 = 125 (MVA). Vậy ở điều kiện làm việc bình thường máy biến áp B3 và B4 không bị quá tải b, MBA liên lạc Đối với các máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 công suất truyền tải lên các cấp điện áp được tính theo công thức sau: + Công suất truyền tải lên cao áp mỗi máy là: SCC1 = SCC2 = SVHT + Công suất truyền tải lên trung áp mỗi máy là: + Công suất truyền tải lên cuộn hạ áp mỗi máy: SCH1 = SCH2 = SCC1 + SCT1 = SCC2 +SCT2 Dựa vào bảng phân bố công suất toàn nhà máy ta tính được công suất truyền tải lên các cấp điện áp cho từng thời điểm, theo các công thức trên ta có: t (h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 SB4=SB3 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 Scc(B1,B2) 31.44 29.675 20.328 24.119 47.422 51.214 33.466 31.44 Sct(B1,B2) 53.375 53.375 14.35 33.863 33.863 53.375 72.887 53.375 Sch(B1,B2) 84.814 83.05 34.678 57.981 81.285 104.59 106.35 84.814 Qua bảng phân bố trên ta nhận thấy: SCmax = 51.214 < Sđm B1,B2 = 250 (MVA) STmax = 72.887 < Smax = a*SđmB1 = 250 * 0.5 = 125 (MVA) SHmax = 106.35 < Smax = a*SđmB1 = 125 (MVA) Vậy ở điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp B1, B2 không bị quá tải. 3. Kiểm tra quá tải khi sự cố: * Giả thiết sự cố máy biến áp B3 vào lúc phụ tải trung áp lớn nhất với Ta có sơ đồ như sau: ~ B4 B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220KV 110KV HT ~ ~ ~ STmax = 390.24 (MVA) Điều kiện kiểm tra sự cố như sau: 2.a.Kqtsc.SđmB1 + SB4 ³ STmax Trong đó: a : Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu; a = 0.5. Kqtsc: Hệ số quá tải sự cố; Kqtsc = 1,4. SB4: Công suất MBA B4 làm việc với đồ thị phị tải bằng phẳng cả năm với SB4 = 122.235 (MVA) Thay số ta có: 2*0.5*1.4*250 + 122.235 = 472.235 (MVA) > 390.24 (MVA) Vậy điều kiện trên được thoả mãn + Phân bố công suất khi sự cố B3 (hoặc B4) như sau: MBA B1 và B2 cung cấp cho phụ tải phía trung áp là (MVA) Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp B1, B2 là: (MVA) Công suất cuộn cao của MBA B1,B2 là SCC = SCH – SCT = 104.588 – 134.003 = - 29.415 (MVA) Ta thấy SCH = 104.588 < a*Kqtsc*Sđm(B1,B2) = 0.5*1.4*250 =175 (MVA) SCT = 134.003 < a*Kqtsc*Sđm(B1,B2) = 0.5*1.4*250 =175 (MVA) SCC = 29.415 < Kqtsc*Sđm(B1,B2) = 1.4*250 =350(MVA) Vậy các cuộn dây của MBA tự ngẫu thoả mãn điều kiện quá tải Công suất thiếu của hệ thống : Sthiếu = SVHTmax-SCC = 102.43 – (-29.415) = 131.845 (MVA) Công suất thiếu của hệ thống nhỏ hơn công suất dự phòng quay của hệ thống (200MVA) nên MBA đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố. * Giả thiết sự cố một máy biến áp B1 (hoặcB2), trong trường hợp này chúng ta kiểm tra quá tải của B2 còn B3 và B4 vẫn tải công suất bình thường Điều kiện kiểm tra sự cố như sau: a*Kqtsc*SđmB2 + SB3 + SB4 ³ STmax Trong đó: a : Hệ số có lợi của MBATN; a = 0.5. Kqtsc : Hệ số quá tải sự cố; Kqtsc = 1.4. STmax: Phụ tải max ở cấp điện áp trung áp. SB3, SB4: Công suất MBA bộ làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng cả năm. Thay số ta có: 0.5*1.4*250 + 122.235 + 122.235 = 419.47 (MVA) > 390.24 (MVA) Vậy điều kiện trên được thoả mãn. ~ B4 B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220KV 110KV HT ~ ~ + Phân bố công suất khi sự cố MBATN B1 (hoặc B2) như sau: Trong cuộn trung SCT = SmaxT- SB3- SB4 = 390.24 – 122.235 – 122.235 =145.77 (MVA) Trong cuộn hạ: SCH = min(Sphát, Stải ) Trong đó : Sphát = (MVA) Stải = a*Kqtsc*SđmB2 = 0.5*1.4*250 = 175 (MVA) Vậy ta chọn SCH = 175 (MVA) Trong cuộn cao SCC = SCH – S CT = 175 – 145.77 = 29.23 (MVA) Ta thấy SCC, SCT đều nhỏ hơn 175 (MVA) nên thoả mãn điều kiện quá tải sự cố Công suất thiếu của hệ thống : Sthiếu = SVHTmax-SCC = 102.43 – 29.23 = 73.2 (MVA) Công suất thiếu của hệ thống nhỏ hơn công suất dự phòng quay của hệ thống (200MVA) nên MBA đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố. 2.2.2. Phương án 2: ~ B3 B2 B1 F4 HT 220 kV 110 kV ~ ~ F3 F1 ~ 1. Chọn máy biến áp: a. Chọn biến áp bộ B3, B4 Công suất của máy biến áp bộ B3 chọn như phương án 1 b. Chọn công suất máy biến áp tự ngẫu B1, B2 Công suất của máy biến áp tự ngẫu được chọn theo điều kiện: Trong đó: a: Hệ số có lợi của MBATN n: Tổng số máy phát điện. n1: Số máy phát nối vào thanh góp máy phát. Thay số ta có: Ta chọn 3 MBA tự ngẫu 1 pha loại ATДЦTH có Sđm = 135 (MVA), với các thông số cơ bản sau: UC UT UH DP0 DPN (kW) UN% I0% Giá 103 (rup) (kV) (kV) (kV) (kW) C-T C-H T-H C-T C-H T-H 13.8 205 349 283 304 16 14.5 18.4 1.8 420/3 Nếu ta coi 3 MBA 1 pha là 1 MBA 3 pha thì công suất của MBA 3 pha đó là Sđm3pha = 3*Sđm1pha = 3*135 = 405 (MVA) 2. Phân bố công suất cho các máy biến áp: a, Bộ MBA-MF Để đảm bảo vận hành kinh tế các máy biến áp ta cho MBA bộ B3 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng cả năm như sau: SB3 = SđmF - = 130 - = 122.235 (MVA) S(MVA) t(h) 0 122.235 Đồ thị phụ tải của B3 và B4 b, MBA liên lạc Đối với các máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 công suất truyền tải lên các cấp điện áp được tính theo công thức sau: + Công suất truyền tải lên cao áp mỗi máy là: SCC1 = SCC2 = SVHT + Công suất truyền tải lên trung áp mỗi máy là: + Công suất truyền tải lên cuộn hạ áp mỗi máy: SCH1 = SCH2 = SCC1 + SCT1 = SCC2 +SCT2 Dựa vào bảng phân bố công suất toàn nhà máy ta tính được công suất truyền tải lên các cấp điện áp cho từng thời điểm, theo các công thức trên ta có: t (h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 SB3 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 Scc(B1,B2) 31.44 29.675 20.328 24.119 47.422 51.214 33.466 31.44 Sct(B1,B2) 114.49 114.49 75.468 94.98 94.98 114.49 134 114.49 Sch(B1,B2) 145.93 144.17 95.795 119.1 142.4 165.71 167.47 145.93 Qua bảng phân bố trên ta nhận thấy: SCmax = 51.214 < Sđm B1,B2 = 405 (MVA) STmax = 134 < Smax = a*SđmB1 = 405 * 0.5 = 202.5 (MVA) SHmax = 167.47 < Smax = a*SđmB1 = 202.5 (MVA) Vậy ở điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp B1, B2 không bị quá tải. 3. Kiểm tra quá tải khi sự cố: ~ B3 B2 B1 F4 HT 220 kV 110 kV ~ ~ F3 F1 ~ * Giả thiết sự cố máy biến áp B3 vào lúc phụ tải trung áp lớn nhất với Ta có sơ đồ như sau: Điều kiện kiểm tra sự cố như sau: 2.a.Kqtsc.SđmB1 ³ STmax Trong đó: a : Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu; a = 0.5. Kqtsc: Hệ số quá tải sự cố; Kqtsc = 1.4. Thay số ta có: 2*0.5*1.4*405 = 607.5 (MVA) > 390.24 (MVA) Vậy điều kiện trên được thoả mãn + Phân bố công suất khi sự cố B3 như sau: MBA B1 và B2 cung cấp cho phụ tải phía trung áp là (MVA) Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp B1, B2 là: (MVA) Công suất cuộn cao của MBA B1,B2 là SCC = SCH – SCT = 165.706 – 195.12 = - 29.414 (MVA) Ta thấy SCH = 165.706 < a*Kqtsc*Sđm(B1,B2) = 0.5*1.4*405 =283.5 (MVA) SCT = 195.12 < a*Kqtsc*Sđm(B1,B2) = 0.5*1.4*405 =283.5 (MVA) SCC = 29.414 < Kqtsc*Sđm(B1,B2) = 1.4*405 = 567 (MVA) Vậy các cuộn dây của MBA tự ngẫu thoả mãn điều kiện quá tải Công suất thiếu của hệ thống : Sthiếu = SVHTmax-SCC = 102.43 – (-29.414) = 131.844 (MVA) Công suất thiếu của hệ thống nhỏ hơn công suất dự phòng quay của hệ thống (200MVA) nên MBA đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố. * Giả thiết sự cố một máy biến áp B1 (hoặcB2), trong trường hợp này chúng ta kiểm tra quá tải của B2 còn B3 và B4 vẫn tải công suất bình thường Điều kiện kiểm tra sự cố như sau: a*Kqtsc*SđmB2 + SB3 ³ STmax Trong đó: a : Hệ số có lợi của MBATN; a = 0.5. Kqtsc : Hệ số quá tải sự cố; Kqtsc = 1.4. STmax: Phụ tải max ở cấp điện áp trung áp. SB3: Công suất MBA bộ làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng cả năm. Thay số ta có: 0.5*1.4*405 + 122.235 = 405.735 (MVA) > 390.24 (MVA) Vậy điều kiện trên được thoả mãn. ~ B3 B2 B1 F4 HT 220 kV 110 kV ~ ~ F3 F1 ~ + Phân bố công suất khi sự cố MBATN B1 (hoặc B2) như sau: Trong cuộn trung SCT = SmaxT- SB3 = 390.24 – 122.235 =268.005 (MVA) Trong cuộn hạ: SCH = min(Sphát, Stải ) Trong đó : Sphát = (MVA) Stải = a*Kqtsc*SđmB2 = 0.5*1.4*405 = 283.5 (MVA) Vậy ta chọn SCH = 283.5 (MVA) Trong cuộn cao SCC = SCH – S CT = 283.5 – 268.005 = 15.495 (MVA) Ta thấy SCC, SCT đều nhỏ hơn 283.5 (MVA) nên thoả mãn điều kiện quá tải sự cố Công suất thiếu của hệ thống : Sthiếu = SVHTmax-SCC = 102.43 – 15.495 = 86.935 (MVA) Công suất thiếu của hệ thống nhỏ hơn công suất dự phòng quay của hệ thống (200MVA) nên MBA đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố. 2.3. Tính toán tổn thất: 2.3.1. Phương án 1 1. Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây: Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp hai cuộn dây B3, B4 được tính theo công thức: DAB3 = DAB4 = DP0*T + DPN**T Trong đó: DP0, DPN : Tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến áp (cho trong số liệu củaMBA). T : Thời gian vận hành của máy biến áp rtrong năm. SđmB : Công suất định mức của máy biến áp. Sb : Công suất bộ của máy biến áp. Do máy biến áp B3 và B4 luôn làm việc với công suất truyền tải qua Sb =122.235 (MVA) suốt cả năm với T = 8760 (giờ) do đó ta có: DAB3 = DAB4 = 100*8760 + 400* *8760 = 4226.698 (MWh) 2. Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu B1, B2: DA2= DA1=DP0*T + 365*[DPN-C**ti+ DPN-H*ti+ DPN-T* ti] DA2 = DP0*T + *(DPN-C*SCi2*ti + DPN-T*STi2* ti + DPN-H*SHi2* ti) Trong đó: DP0: Tổn thất không tải. DPN-C: Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao áp. DPN-H: Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây hạ áp. DPN-T: Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây trung áp. SCi, STi, SHi: Công suất tải qua cấp cao, cấp trung, cấp hạ của MBATN. Tính DPN-C, DPN-H, DPN-T: DPN-C = 0.5* (DPN.C-T + ) DPN-T = 0.5* (DPN.C-T + ) DPN-H = 0.5*(- DPN.C-T) Trong đó a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu, a = 0.5 Thay số liệu vào tính toán ta có: DPN-C = 0.5* (520 + ) = 260 (kW) = 0.26 (MW) DPN-T = DPN-C = 260 (kW) = 0.26 (MW) DPN-H = 0.5* (-DPN.C-T) = 0.5* ( - 520) = 780 (kW) = 0.78 (MW) Viết gọn lại ta có : SCi2*ti = 31.442 *5 + 29.6752*3 + 20.3282*3 + 24.1192*3 + 47.4222*3 + 51.2142*3 + 33.4662*2 + 31.442*2 = 29401.1 (MVA2h) STi2 = 53.3752*5 + 53.3752*3 + 14.352*3 + 33.8632*3 + 33.8632*3 + 53.3752*3 + 72.8872*2 + 53.3752*2 = 55158.59 (MVA2h) SHi2 = 84.8142*3 + 83.052*3 + 34.6782*3 + 57.9812*3 + 81.2852*3 + 104.592*3 + 106.352*2 + 84.8142*2 = 159998.5 (MVA2h) DA2 = 0.12*8760 + *(0.26*29401.1 + 0.26*55158.59 + 0.78*159998.5) DA1 = DA2 = 1908.423 (MWh) Ta có tổng tổn thất điện năng trên các MBA là : DAồ = DA1 + DA2 + DA3 + DA4 = 12270.242 (MWh) 2.3.2. Phương án 2 1. Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây: Ta có tổn thất trong MBA B3 giống phương án 1 DAB3 = 4226.698 (MWh) 2. Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu B1, B2: DA2= DA1 DA2=3*DP0*T +*(DPN-C*SCi2*ti + DPN-T*STi2*ti + DPN-H*SHi2*ti) Trong đó: DP0: Tổn thất không tải trong MBA tự ngẫu 1 pha DPN-C: Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao áp MBA tự ngẫu 1 pha DPN-H: Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây hạ áp MBA tự ngẫu 1 pha DPN-T: Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây trung áp MBA tự ngẫu 1 pha SCi, STi, SHi: Công suất tải qua cấp cao, cấp trung, cấp hạ của MBATN. Sđm : Công suất định mức của MBA 3 pha tương đương Tính DPN-C, DPN-H, DPN-T: DPN-C = 0.5* (DPN.C-T + ) DPN-T = 0.5* (DPN.C-T + ) DPN-H = 0.5*(- DPN.C-T) Thay số liệu vào tính toán ta có: DPN-C = 0.5* (349 + ) = 132.5 (kW) = 0.1325 (MW) DPN-T = 0.5* (349 + ) = 216.5 (kW) = 0.2165 (MW) DPN-H = 0.5* (-DPN.C-T) = 0.5* ( - 205) = 1071.5 (kW) = 1.0715 (MW) Viết gọn lại ta có : SCi2*ti = 31.442 *5 + 29.6752*3 + 20.3282*3 + 24.1192*3 + 47.4222*3 + 51.2142*3 + 33.4662*2 + 31.442*2 = 29401.1 (MVA2h) STi2 = 114.492*5 + 114.492*3 + 75.4682*3 + 94.982*3 + 94.982*3 + 114.492*3 + 1342*2 + 114.492*2 = 277538.05 (MVA2h) SHi2 = 145.932*3 +144.172*3 + 95.7952*3 + 119.12*3 + 142.42*3 + 165.712*3 + 167.472*2 + 145.932*2 = 358593.49 (MVA2h) DA2 = 3*0.205*8760 + *(0.1325 *29401.1 + 0.2165 *277538.05 + 1.0715 *358593.49) DA1 = DA2 = 5719.868 (MWh) Ta có tổng tổn thất điện năng trên các MBA là : DAồ = DA1 + DA2 + DA3 = 15666.434 (MWh) Ta có bảng tổng kết tổn thất 2 phương án Tổn thất điện năng DAồ (MWh) Phương án 1 12270.242 Phương án 2 15666.434 2.4. Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức, chọn sơ bộ máy cắt và chọn kháng phân đoạn: ~ B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220KV 110KV HT ~ ~ 2.4.1. Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức cho phương án 1 1. Các mạch cấp điện áp 220 KV + Đường dây kép nối về hệ thống: Với phụ tải cực đại của hệ thống SHTmax = 102.43 (MVA), vì vậy đường dây nối về hệ thống dòng cưỡng bức của mạch đường dây được tính theo điều kiện một đường dây bị đứt, khi đó Icb = = 0.269 (kA) + Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc B1 và B2: - Chế độ thường: SCmax = 51.214 (MVA) - Chế độ sự cố B3 (hoặc B4): SCB1 = SCB2 = 29.415 (MVA) - Chế độ sự cố B1 (hoặc B2): SCB2 = 29.23 (MVA) Icb = = 0.134 (kA) Vậy dòng cưỡng bức phía cao áp để chọn khí cụ điện Icb220 = 0.269 (kA) 2. Các mạch cấp điện áp 110 (kV) + Mạch đường dây: phụ tải trung áp được cấp bởi 1 đường dây kép 80 MW và 5 đường dây đơn 50 MW. Dòng cưỡng bức là : Ilvcb =2*Ilv = ==0.512 (KA) + Bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây: Icb = = 0.716 (kA) + Phía trung áp máy biến áp liên lạc B1 và B2: - Chế độ thường: STmax = 72.887 (MVA) - Chế độ sự cố B3 (hoặc B4): ST = 134.003 (MVA). - Chế độ sự cố B1 (hoặc B2): ST = 145.77 (MVA) Icb = = 0.765 (kA) Vậy dòng cưỡng bức ở cấp điện áp trung áp Icb lấy là 0.765 (kA) 3. Các mạch cấp điện áp 13.8 (kV) + Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc: Icb = Kqtsc*a* = 1.4* 0.5* = 7.321 (kA) + Mạch máy phát: Icb = 1.05* = 1.05* = 5.711 (kA) 4.Mạch kháng phân đoạn Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn được xét theo 2 trường hợp + Trường hợp 1: Khi sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2). ~ ~ SquaB SquaK Std 1/2Sđp Std B1 SquaB = Kqtsc* a * SđmB1 = 1.4* 0.5*250 = 175 (MVA) SquaK = SquaB + Sđp +Std - sđmF = 175 + * 35.294 + *3 1.059 – 130 = 70.412 (MVA) + Trường hợp 2: Khi sự cố một máy phát F1 (hoặc F2) ~ SquaB SquaK Std B1 B2 1/2Sđp SquaB = (SđmF - Sđp - Std) = (130 – 35.294 - *31.059) = 43.471 (MVA) Lúc này SquaK là: SquaK = SquaB + Sđp = 43.471 + * 35.294 = 61.118 (MVA) Vậy dòng qua kháng được xét khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu IcbK = = 2.946 (kA) ~ B3 B2 B1 F4 220 kV 110 kV ~ ~ F3 F1 ~ HT 2.4.2. Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức của phương án 2. 1. Các mạch cấp điện áp 220 (kV) + Đường dây kép nối về hệ thống: Tương tự phương án 1 ta có Icb = 0.269 (kA) + Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc B1 và B2: - Chế độ thường: SCmax = 51.214 (MVA) - Chế độ sự cố B3: SCB1 = SCB2 = 29.414 (MVA) - Chế độ sự cố B1 (hoặc B2):SCB2 = 15.495 (MVA) Icb = = 0.134 (kA ) Vậy dòng cưỡng bức phía cao áp để chọn khí cụ điện Icb220 = 0.269 (kA) 2. Các mạch cấp điện áp 110 (kV) + Mạch đường dây và bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây như phương án 1ta có + Phía trung áp máy biến áp liên lạc B1 và B2: - Chế độ thường: STmax = 134 (MVA) - Chế độ sự cố B3 (hoặc B4): ST = 195.12 (MVA). Chế độ sự cố B1 (hoặc B2): ST = 268.005 (MVA) Icb = = 1.407 (kA) Vậy dòng cưỡng bức ở cấp điện áp trung áp Icb lấy là 1.407 (kA) 3. Các mạch cấp điện áp 13.8 (kV) + Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc: Icb = Kqtsc*a* = 1.4* 0.5* = 11.861 (kA) + Mạch máy phát: Icb = 1.05* = 1.05* = 5.711 (kA) 4.Mạch kháng phân đoạn ~ ~ Std Std ~ Std Sđp Sđp Sđp Sđp Sđp Sđp Phụ tải địa phương được lấy từ 6 đường dây đơn và 6 đường dây kép.Vì sơ đồ có 3 phân đoạn ta sẽ phân bố công suất nhiều hơn ở phân đoạn giữa, ta bố trí công suất như hình Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn được xét theo 2 trường hợp ~ ~ SquaK SquaB Std Std ~ Std + Trường hợp 1: Khi sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2). SquaB = Kqtsc* a * SđmB1 = 1.4* 0.5*405 = 283.5 (MVA) SquaK = SquaB + Sđp1 +Std - sđmF Trong đó Sđp1 được cung cấp bằng 2dây kép + 1 dây đơn Sđp1 = = (MVA) SquaK = 283.5 + 9.412 + *3 1.059 – 130 = 170.677 (MVA) + Trường hợp 2: Khi sự cố một máy phát F1 (hoặc F2) SquaB = (2*SđmF - Sđp - Std) = (2*130 – 35.294 - *31.059) = 104.588 (MVA) Lúc này SquaK là: SquaK = SquaB + Sđp1 = 104.588 + 9.412 = 114 (MVA) ~ ~ SquaK SquaB Std Std Vậy dòng qua kháng được xét khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu IcbK = = 7.141 (kA) 2.4.3. Chọn sơ bộ máy cắt và chọn kháng phân đoạn Kháng điện phân đoạn và máy cắt được chọn theo điều kiện sau: UđmK ³ Umạng IđmK ³ IcbK UđmMC³ Umạng IđmMC ³ Icbmax Từ kết quả tính toán trên, tra tài liệu ‘ Thiết kế nhà máy điện ’ ta có bảng chọn kháng phân đoạn như sau Phương án Loại kháng Uđm (kV) Iđm (kA) XK% Phương án 1 PbA _13.8_3000_12 13.8 3 10 Phương án 2 PbA _13.8_4000_12 13.8 4 10 Với điện áp cấp trung và cao có U ³ 110 kV nên ta chọn máy cắt khí SF6, cấp điện áp 13.8 kV ta chọn máy cắt dầu, không khí hoặc máy cắt chân không. Ta có bảng chọn sơ bộ máy cắt của 2 phương án như sau: Phương án Cấp điện áp (KV) Dòng Ilvcbmax (KA) Loại máy cắt Lại lượng định mức U (KV) I (KA) Icắt (KA) Ilđđ (KA) Phương án 1 220 0.269 3AQ1 245 4 40 100 110 0.765 3AQ1 145 4 40 100 13.8 7.321 8BK41 15 12.5 80 225 Phương án 2 220 0.269 3AQ1 245 4 40 100 110 1.407 3AQ1 145 4 40 100 13.8 11.861 8BK41 15 12.5 80 225 Chương 3: Chọn phương án tối ưu 3.1. Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối 3.1.1. Phương án 1 Phía 220 kV : dùng sơ đồ hệ thống thanh góp có máy cắt liên lạc. Phía 110 kV : dùng sơ đồ hệ thống thanh góp có thanh góp vòng vì số nhánh ra nhiều. Phía 13.8 kV : dùng sơ đồ 1 hệ thống thanh góp phân đoạn bằng máy cắt 3.1.2. Phương án 2 Phía 220 kV : dùng sơ đồ hệ thống thanh góp có máy cắt liên lạc. Phía 110 kV : dùng sơ đồ hệ thống thanh góp có thanh góp vòng vì số nhánh ra nhiều. Phía 13.8 kV : dùng sơ đồ 1 hệ thống thanh góp phân đoạn bằng máy cắt 3.2. So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật các phương án 3.2.1. Phương án 1 a, Vốn đầu tư Vốn đầu tư cho máy biến áp Phương án này dùng 2 MBA tự ngẫu ba pha Sđm = 250 MVA, tra bảng ta có kB = 1.3 với giá 256*103 rup một máy và 2 MBA hai cuộn dây 3 pha Sđm = 125 MVA tra bảng có kB = 1.5 với giá 115*103 rup 1 máy. Vậy ta có : VB = ồkB*vB =2*1.3*256*103 + 2*1.5*115*103 = 1010.6*103 (rup) Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Cấp điện áp 220 kV : ta thấy 2 sơ đồ có hệ thống thanh góp giống nhau và số mạch giống nhau nên ta không tính giá tiền để so sánh, Cấp điện áp 110 kV : gồm 6 mạch máy cắt giá tiền 1 mạch là 31.5*103 rup. Cấp điện áp 13.8 kV : gồm 5 mạch máy cắt giá tiền 1 mạch là 21*103 rup. Vậy ta có : VTBPP = ồvTBPP*ni = 6*31.5*103 + 5*21*103 = 294*103 (rup) Vậy tổng vốn đầu tư của phương án 1 là: V1 = VB + VTBPP = 1010.6*103 + 294*103 = 1304.6*103 (rup) V1 = 1304.6*103*40*103 = 5218.4*107 (đồng) b, Phí tổn vận hành hàng năm Ta có chi phí vận hành hàng năm được tính theo công thức sau : P = Pk.hao + PDA Trong đó : Pk.hao là khấu hao hàng năm, Pk.hao = a%*V, a% = 8.4% PDA là chi phí do tổn thất điện năng, PDA = b*DA, b = 400 đồng là giá tổn thất 1KWh điện Vậy ta có : P1 = 0.084*5218.4*107 + 400*12270.242*103 = 929.15528*107 (đồng) 3.2.2. Phương án 2 a, Vốn đầu tư Vốn đầu tư cho máy biến áp Phương án này dùng 6 MBA tự ngẫu một pha Sđm = 135 MVA, tra bảng ta có kB = 1.3 với giá 140*103 rup một máy và 1 MBA hai cuộn dây 3 pha Sđm = 125 MVA tra bảng có kB = 1.5 với giá 115*103 rup 1 máy. Vậy ta có : VB = ồkB*vB =6*1.3*140*103 + 1.5*115*103 = 1264.5*103 (rup) Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Cấp điện áp 220 kV : ta thấy 2 sơ đồ có hệ thống thanh góp giống nhau và số mạch giống nhau nên ta không tính giá tiền để so sánh, Cấp điện áp 110 kV : gồm 5 mạch máy cắt giá tiền 1 mạch là 31.5*103 rup. Cấp điện áp 13.8 kV : gồm 6 mạch máy cắt giá tiền 1 mạch là 21*103 rup. Vậy ta có : VTBPP = ồvTBPP*ni = 5*31.5*103 + 6*21*103 = 283.5*103 (rup) Vậy tổng vốn đầu tư của phương án 1 là: V2 = VB + VTBPP = 1264.5*103 + 283.5*103 = 1548*103 (rup) V2 = 1548*103*40*103 = 6192*107 (đồng) b, Phí tổn vận hành hàng năm Ta có : P2 = 0.084*6192*107 + 400*15666.434*103 = 1146.78536*107 (đồng) Ta có bảng tổng kết tính toán 2 phương án về mặt kinh tế như sau : Phương án Vốn đầu tư (107 đồng) Phí tổn vận hành (107 đồng) Phương án 1 5218.4 929.15528 Phương án 2 6192 1146.78536 Từ bảng trên ta thấy rõ ràng phương án 1 là tối ưu hơn phương án 2 do V1 < V2 và P1 < P2. Vậy ta chọn phương án 1. Chương 4 tính toán ngắn mạch 4.1. Chọn các đại lượng cơ bản: Để thuận tiện tính toán ta dùng phương pháp gần đúng với đơn vị tương đối ta chọn: Scb = 100 (MVA) Ucb = Utb + Dòng điện cơ bản ở cấp điện áp 13.8 (kV) Icb1 = = 4.184 (kA) + Dòng điện cơ bản cấp điện áp 110 (kV) Icb2 = = 0.502 (kA) Dòng điện cơ bản cấp điện áp 220 (kV) Icb3 = = 0.251 (kA) 4.2. Chọn các điểm tính toán ngắn mạch B2 HT ~ B4 B3 ~ F4 F3 ~ B1 F1 N1 N2 N4 N3 N5 N5, N6 N7 Điểm N1: Chọn khí cụ điện cho mạch 220 (kV). Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Điểm N2: Chọn khí cụ điện cho mạch 110 (kV). Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Điểm N3: Chọn máy cắt điện mạch hạ áp máy biến áp tự ngẫu. Nguồn cung cấp là nhà máy và hệ thống khi máy biến áp tự ngẫu B1 nghỉ. Điểm N4: Chọn khí cụ điện cho mạch phân đoạn điện áp 13.8 (kV). Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tạ ngẫu B1 và máy phát F1 nghỉ. Điểm N5: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát. Nguồn cung cấp là máy phát điện F1. Điểm N5’: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát._.