Thiết kế nhà máy điện - Thủy điện

CHƯƠNG 1: CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT, VẠCH PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN 1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN: Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế phần điện trong Nhà máy: THUỶ ĐIỆN, Công suất: 600MW, gồm có: 4 tổ máy 150MW. Việc chọn số lượng và công suất máy phát cần chú ý các điểm sau đây: - Máy phát có công suất càng lớn thì vốn đầu tư lớn, tiêu hao nhiên liệu để sản xuất ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hàng năm càng nhỏ. Nhưng về mặt cung cấp điện thì đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không được lớn hơn dự trữ quay về của hệ thống. - Để thuận tiện trong việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọn máy phát cùng loại. - Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng định mức và dòng ngắn mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ, do đó dễ dàng chọn khí cụ điện hơn. Với công suất của các tổ máy đã có nên ta chỉ việc chọn máy phát có công suất tương ứng mỗi tổ là: 150MW. Ta chọn cấp điện áp máy phát là 15,75KV vì cấp điện áp này thông dụng. Tra sách “ Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái, ta chọn được máy phát điện theo bảng 1.1 Bảng 1.1 Loại máy phát Thông số định mức Điện kháng tương đối n v/ph S MVA P MW U KV cosj xd” xd’ xd BGC-1260/200-60 100 176.5 150 15.75 0,85 0,25 0,35 1.03 Như vậy, công suất đặt toàn nhà máy là: SNM = 4 x 176.5= 706 MVA 1.2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT: Để có cơ sở thiết kế chi tiết cho các chương tiếp theo.Trong phần này sẽ tiến hành tính toán phân bố công suất trong nhà máy điện, xây dựng được đồ thị phụ tải tổng cho nhà máy. Định lượng công suất cần tải cho các phụ tải ở các cấp điện áp tại các thời điểm và đề xuất các phương án nối dây hợp lý cho nhà máy. Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp cho các phụ tải sau: 1.2.1. Phụ tải cấp điện áp máy phát (15,75 KV): Công suất cực đại Pmax = 64MW. Hệ số công suất cosj = 0,8. Đồ thị phụ tải hình 1.1 P% 100 80 60 40 20 t(h) 24 20 16 12 8 4 0 Hình 1.1 Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát được tính theo công thức sau: (1.1) Trong đó: SUF(t) là công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t. P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát. PUFmax, cojUF là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp máy phát. Áp dụng công thức (1.1) kết hợp với hình 1.1, ta có bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp máy phát như bảng 1.2: Bảng 1.2 t(h) 04 48 814 1418 1824 P% 70 90 100 80 70 SUF(t) 56 78,75 80 64 56 1.2.2. Phụ tải cấp điện áp trung (110 KV): Công suất cực đại Pmax = 380 MW. Hệ số công suất cosj = 0,85. Đồ thị phụ tải hình 1.2 P% 80 4 8 12 20 24 t(h) 40 100 0 Hình 2 60 Std 16 Công suất phụ tải cấp điện áp trung được tính theo công thức sau: (1.2) Trong đó: SUT(t) là công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t. P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp trung theo thời gian. PUTmax, cojUT là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp trung. Áp dụng công thức (1.2) kết hợp với hình 1.2, ta có bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp trung như bảng 1.3: Bảng 1.3 t(h) 02 26 610 1012 1216 1620 2024 P% 70 80 100 80 90 80 70 SUT(t) 312,94 357,64 447 357,64 402,35 357,64 312,94 1.2.3. Phụ tải cấp điện áp cao (220 KV): Công suất cực đại Pmax = 120 MW. Hệ số công suất cosj = 0,85. Đồ thị phụ tải hình 1.3 100 80 40 20 16 24 t(h) P% 60 20 12 8 4 0 Hình 1.3 Công suất phụ tải cấp điện áp cao được tính theo công thức sau: (1.3) Trong đó: SUC(t) là công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t. P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp cao theo thời gian. PUTmax, cojUT là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp cao. Áp dụng công thức (1.3) kết hợp với hình 3, ta có bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp cao như bảng 1.4: Bảng 1.4 t(h) 04 48 812 1216 1624 P% 80 90 100 90 100 SUC(t) 112,94 127 141,18 127 141,18 1.2.4. Công suất tự dùng của nhà máy: Phụ tải tự dùng của nhà máy được xác định theo công thức sau: (1.4) Trong đó: Std(t) là công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t. là hệ số tự dùng của nhà máy, . SF(t) là công suất phát của nhà máy tại thời điểm t. SNM là công suất đặt của nhà máy, SNM = 706 MVA Vì nhà máy phát luôn phát hết công suất nên ta có: SF(t) = SNM = 706 (MVA) Như vậy: Std(t) = Stdmax = α.SNM = 0,02 x 706 = 14,12 (MVA) (1.5) 1.2.5. Công suất dự trữ của toàn hệ thống: Công cuất dự trữ của toàn hệ thống (kể cả nhà máy đang thiết kế) được xác định theo công thức sau: SdtHT = Sdt%.SHT + SNM - (1.6) Trong đó: 1.2.6. Bảng tổng hợp phân bố công suất trong toàn nhà máy: Qua tính toán ở trên, ta lập được bảng số liệu cân bằng công suất của toàn nhà máy theo thời gian trong một ngày, như bảng 1.6. Bảng 1.5 t(h) 02 24 46 68 810 1012 1214 1416 1618 1820 2022 2224 SUF(t) 56 56 78,75 78,75 80 80 80 64 64 56 56 56 SUT(t) 312,94 357,64 357,64 447 447 357,64 402,35 402,35 357,64 357,64 312,94 312,94 SUC(t) 112,94 112,94 127 127 141,18 141,18 127 127 141,18 141,18 141,18 141,18 Std(t) 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 SSpt(t) 496 496 577,51 666,87 682,3 592,94 623,47 607,47 576,94 568,94 524,24 524,24 SNM 706 706 706 706 706 706 706 706 706 706 706 706 Sth(t) 210 210 128,49 39,13 23,7 113,06 82,53 98,53 129,06 137,06 181,76 181,76 Trong đó, Sth(t) là công suất thừa mà nhà máy có thể phát về hệ thống tại thời điểm t. (1.7) Từ bảng 1.5, ta nhận thấy trong điều kiện làm việc bình thường nhà máy điện phát đủ công suất cho phủ tải ở các cấp điện áp và còn thừa một lượng công suất có thể đưa lên hệ thống trong tất cả các thời điểm trong ngày. Do đó nhà máy có khả năng phát triển phụ tải ở các cấp điện áp. 1.2.7. Đồ thị phân bố công suất của toàn nhà máy: Từ bảng 1.6 ta vẽ đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy theo công suất toàn phần hình H1: 4 Trong đó: S td : Đường đặc tính công suất tự dùng. SUF : Đường đặc tính công suất cấp điện áp máy phát. SUT : Đường đặc tính công suất cấp điện áp trung. SUC : Đường đặc tính công suất cấp điện áp cao. ΣSpt : Đường đặc tính công suất tổng phụ tải. SNM : Đường đặc tính công suất nhà máy . S(MVA) SUT 850 åSpt 20 SUC 800 SNM 750 700 650 600 550 500 ` 450 400 350 300 250 200 150 100 SUF ` Std 50 t (h) 0 16 12 8 4 1.3. VẠCH SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY: Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình tính toán thiết kế nhà máy điện. Vì vậy cần nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắm vững các số liệu ban đầu. Dựa vào bảng 1.6 và các nhận xét tổng quát, ta tiến hành vạch các phương án nối dây. Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ, phải khác nhau về cách ghép nối các máy biến áp với các cấp điện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện… Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp phải đảm bảo các yêu cầu sau kỹ thuật sau: + Số máy phát điện, máy biến áp nối bộ và liên lạc phải thoả mãn điều kiện khi ngừng 1 máy phát hoặc 1 máy biến áp do sự cố thì các máy phát còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áp trung. + Công suất mỗi bộ máy phát - máy biến áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. Dự trữ quay của hệ thống SdtHT = 568,64 (MVA) > S bộ = 176,5 (MVA). + Chỉ nối bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này; có như vậy mới tránh được trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải chuyển qua hai lần máy biến áp làm tăng tổn hao, gây lãng phí công suất của máy phát. + Nếu phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ thì có thể lấy rẽ nhánh từ bộ máy phát máy biến áp nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được vượt quá 15% của bộ. Thành phần phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát so với công suất của toàn nhà máy: (1.8) Ta nhận thấy rằng, phụ tải cấp điện áp máy phát bé hơn 15% tổng công suất của toàn nhà máy nên ta dùng sơ đồ nối bộ. + Không nên dùng quá 2 máy biến áp ba cuộn dây hay máy biến áp tự ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp. + Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía điện áp cao và trung áp có trung tính trực tiếp nối đất. Từ các yêu câu kỹ thuật trên, ta vạch ra một số phương án nối điện chính cho nhà máy như sau: 1.3.1 Phương án I: 1.3.1.1. Mô tả phương án: - 4 máy phát nối bộ bên cao và bên trung. - Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp. F1 B1 F4 B5 F3 TBPP 110 KV B6 HT TBPP 220 KV B4 B3 B2 Hình:1-5 F2 1.3.4.2. Ưu điểm: - Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho phụ tải các cấp điện áp. - Dung lượng máy biến áp nhỏ nên chọn khí cụ điện hạng nhẹ. 1.3.4.3. Nhược điểm: - Số lượng máy biến áp nhiều dẫn đến tổn thất điện năng lớn nên giá thành đầu tư lớn. - Chiếm nhiều diện tích mặt bằng để xây dựng. - Số lượng thiết bị ở cấp trung và cao áp nhiều nên dễ bị sự cố và giá thành xây dựng thanh góp cấp điện áp cao và trung lớn. 1.3.2. Phương án II: 1.3.2.1. Mô tả phương án: - Sơ đồ này cấp điện áp cao không có nối bộ. -Hai bộ máy phát F3, F4 – máy biến áp hai cuộn dây B3, B4 nối vào thanh góp cấp điện áp trung. - Dùng 2 máy biến áp ba cuộn dây để liên lạc giữa các cấp điện áp. TBPP 110 KV F2 B1 B2 HT TBPP 220 KV F1 B3 F4 B4 15,75 KV F3 Hình:1-7 1.3.2.2. Ưu điểm: - Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện, độ tin cậy cũng như sự liên lạc giữa các cấp điện áp với nhau và giữa nhà máy với hệ thống. - Số lượng máy biến áp ít nên đơn giản trong việc lắp đặt cũng như vận hành và giảm được diện tích lắp đặt, vốn đầu tư cho phương án. 1.3.2.3. Nhược điểm: - Khi gặp sự cố 1trong các máy biến áp, gây lãng phí công suất máy phát do phài ngừng làm việc. - Dung lượng máy biến áp lớn,khó khăn cho việc vận chuyển lắp đặt. 1.3.3. Phương án III: 1.3.3.1. Mô tả phương án: - Sơ đồ dùng 2 bộ máy phát – máy biến áp nối bộ F1 - B1 và F4 – B4 nối vào thanh góp220 KV và 110 KV; - Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp. 1.3.3.2. Ưu điểm: - Sơ đồ đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải các cấp điện áp. - Đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống. - Thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát đơn giản, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và nguyên tắc chọn sơ đồ. - Số lượng MBA bằng số lượng nguồn nên vận hành nhà máy linh hoạt, kinh tế. HT TBPP 220 KV TBPP 110 KV PT PT B2 B4 B3 B1 15,75 KV F2 F1 F4 F3 Hình:1-8 1.3.3.3. Nhược điểm: - Lượng máy biến áp nối vào thanh góp trung áp nhiều nên lượng thiết bị phân phối ở cấp trung áp sẽ nhiều - Do dung 2 MBA tự ngẫu lien lạc giữa 2 cấp điện áp cao và trung nên dòng sẽ lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lựa chọn thiết bị. 1.3.4. Phương án IV: 1.3.4.1. Mô tả phương án: B1 B2 HT TBPP 220 KV TBPP 110 KV ` B6 B5 B4 B3 15,75 KV F4 F3 F1 F2 - Sơ đồ dùng 3 bộ máy phát – máy biến áp nối bộ F1 - B1, F2 – B2, F3 – B3 nối vào thanh góp 220 KV; F4 – B6 nối vào thanh góp 110 KV. Hai máy biến áp tự ngẫu để lien lạc giữa 2 cấp điện áp cao và trung. 1.3.4.2. Ưu điểm: - Sơ đồ đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải các cấp điện áp. - Đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống. 1.3.4.3. Nhược điểm: - Có nhiều Máy biến áp, tốn diện tích mặt bằng xây dựng công suất truyền tải qua 2 lần biến áp tăng tổn hao điện năng dẫn đến tăng chi phí đấu tư. 1.3.6. Nhận xét chung: Qua phân tích ưu, nhược điểm của từng phương án, ta nhận thấy phương án 2 đảm bảo về mặt kỹ thuật và có nhiều ưu điểm hơn các phương án khác nên ta chọn phương án 2 để tính toán cho các phần tiếp theo. CHƯƠNG 2: CHỌN MÁY BIẾN ÁP, TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 2.1. CHỌN MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp là một thiết bị chính trong nhà máy điện, vốn đầu tư của nó chiếm 1 phần rất quan trọng tổng số vốn đầu tư của nhà máy. Vì vậy việc chọn số lượng máy biến áp và công suất định mức của chúng là rất quan trọng. Công suất của máy biến áp được chọn phải đảm bảo đủ khả năng cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải không những trong điều kiện làm việc bình thường mà ngay cả lúc sự cố. Chế độ làm việc định mức của máy biến áp phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường nhưng do có thể đặt hàng theo điều kiện khí hậu tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ. 2.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO PHƯƠNG ÁN 2: * Sơ đồ nối điện phương án 2: HT 220 KV B1 B2 B4 B3 F1 F2 F3 F4 Hình 2.1 2.2.1. Chọn máy biến áp nối bộ phía trung áp B3, B4: 02 Máy biến áp này là máy biến áp ba pha 2 cuộn dây nên điều kiện chọn là: SđmB3 = SđmB4 SđmF3 = 176,5 MVA (2.1) Tra sách “Hướng dẫn thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của Nguyễn Hữu Khái, Trường ĐHBK Hà Nội, ta có thông số máy biến áp B3, B4 như bảng 2.1: Bảng 2.1 Loại MBA S (MVA) Điện áp cuộn dây DP (KW) UN% Io% Cao Hạ DP0 DPN TДЦ 200 121 15,75 140 550 10,5 0,5 2.2.2. Chọn máy biến áp liên lạc B1, B2: Máy biến áp này là máy biến áp tự ngẫu ba pha, công suất được chọn theo điều kiện: SđmB1 = SđmB2 SđmF1/Kcl (2.2) Với: Kcl= SđmF1/Kcl = = 353 (MVA) Trong đó: SđmF1 : là công suất định mức của máy phát F1,(F2). Kcl : hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu Như vậy, công suất của máy biến áp liên lạc B1và B2 là: (MVA). Tra sách “Thiết kế Nhà máy điện” của PGS Nguyễn Hữu Khái. Trang 113 ta chọn máy biến áp có các thông số sau: Bảng 2.2 Loại MBA S (MVA) Điện áp cuộn dây DP (KW) UN% Io% C T H DP0 DPNC-T DPNC-H DPNT-H C-T C-H T-H TДЦПA 360 230 121 15,75 145 560 - - 11 32 20 0,5 2.2.3. Kiểm tra quá tải máy biến áp đã chọn của phương án 2 : 2.2.3.1. Kiểm tra quá tải bình thường: Công suất định mức của các máy biến áp B1, B2, B3, B4 được chọn lớn hơn công suất tính toán nên không cần kiểm tra quá tải bình thường. 2.2.3.2. Kiểm tra quá tải sự cố: a. Xét sự cố một trong hai máy biến áp nối bộ: Giả sử sự cố bộ F3-B3: Công suất cần cấp cho phụ tải điện áp trung lúc cực đại của mỗi MBA tự ngẫu B1, B2 là: SUTmax - (SdmF4 – Stdmax/4 – SUF(F4)max) + (SUcMax – SdtHT) (2.3) Chọn Kqt= 1,2 là hệ số quá tải của MBA tự ngẫu SUcMax – SdtHT <0 nên ta bỏ đi (SUcMax – SdtHT) trong biểu thức (2.3) 2 x 1,2 x 0,5 x 360 = 432 (MVA) SUTmax - (SdmF4 – Stdmax /4 - SUF(F4)max) = 447 – (176,5 - = 294.03 (MVA) 432 >294,37 (MVA). Như vậy MBA đã xét không bị quá tải. b. Trường hợp sự cố MBA TN liên lạc: Giả sử sự cố MBA B2: Công suất cần cấp cho phụ tải điện áp trung lúc cực đại của MBA tự ngẫu B2 là: SUTmax - (SdmFi – Std(Fi)max – SUF(Fi)max) + (SUcMax – SdtHT) (2.4) SucMax – SdtHT <0 nên ta bỏ đi (SucMax – SdtHT) trong biểu thức (2.4) 1,2 x 0,5 x 360 ≥ 447 – (2 x 176,16 – 2 x 216 ≥ 141,74 (MVA) Như vậy MBA đã xét không bị quá tải 2.2.3.3. Kết luận: Các máy biến áp đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc bình thường và sự cố. 2.3. TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MÁY BIẾN ÁP : HT 6 MW 10 MW 10 MW 10MW 6 MW 10 MW 220 KV B1 B2 B4 B3 F1 F2 F3 F4 Sơ đồ phân bố phụ tải cấp điện áp máy phát 2.3.1 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp nối bộ B3, B4: Hai MBA B3, B4 hoàn toàn giống nhau và vận hành song song nên ta, Áp dụng công thức: DA = nDPot + DPNti (2.5) Từ đồ thị phụ tải và các kết quả ở chương 1, ta lập bảng số liệu sau: Bảng 2.3 t(h) 02 24 46 68 810 1012 1214 1416 1618 1820 2022 2224 SUF(t)/4 14 14 12,6 12,6 20 20 20 10,8 10,8 14 14 14 Stdmax/4 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 SdmF3 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 SB3(4) 158,97 158,97 160,37 160,37 140,37 140,37 140,37 129,57 129,57 158,97 158,97 158,97 Trong đó: SB3(4) = SdmF3 - Stdmax/4 - SUF(t)/4; SUF(t) = SUFmax x P% SUFmax = Pmax/Cosj = = 20 (MVA) Do đó tổn thất trong một MBA nội bộ B3 (B4) là: DA =140.24 + (140,37)2.2 + (140,37)2.2 + (129,57)2.2 + (129,57)2.2 + (158,97)2.2 + (158,97)2.2 + (158,97)2.2 = 10798 (kWh) Tổn thất điện năng trong một MBA nối bộ B3(4) trong một năm là: ΔA = 10798 x 365 = 3.941.366 (kWh) 2.3.2. Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu 3 pha: Tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp tự ngẫu xác định theo biểu thức: (2.6) Trong đó: SiC, SiT, SiH là công suất tải qua các cuộn cao, trung, hạ của những máy biến áp tự ngẫu liên lạc vận hành song song trong thời gian ti, Đối với máy biến áp tự ngẫu thì tổn thất ngắn mạch của các cuộn cao, trung và hạ được tính như sau: DPNC = 0,5. (2.7) = 0,5.= 280 KW, DPNT = 0,5. = 0,5. = 280 KW, DPNH = 0,5. = 0,5. = 840 KW, Trong đó : Do chỉ có DPNC-T = 560 (KW) nên có thể xem DPNC-H= DPNT-H = 0,5DPNC-T = 280 (KW), Theo bảng: 2.2 + Tính phân bố công suất: SH = SđmF1 - StdMaxF1 - SUF (F1)(t) (2.8) SUF(F1)(t) = SUF(F1)max x P% = (2.9) Công suất qua cuộn trung: ST = 0,5(SUT(t) – 2.SB3(4)) (2.10) Công suất truyền qua cuộn cao: SC = SH - ST (2.11) Ta lập bảng số liệu công suất qua từng cuộn dây MBA TN (công suất S tính theo đơn vị MVA) như bảng sau: Bảng 2.4 t(h) 02 24 46 68 810 1012 1214 1416 1618 1820 2022 2224 SUF(F1)(t) 14 14 12,6 12,6 20 20 20 10,8 10,8 14 14 14 StdmaxF1 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 SđmF1 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 SUT(t) 312,94 357,64 357,64 447 447 357,64 402,35 402,35 357,64 357,64 312,94 312,94 SB3(4) 158,97 158,97 160,37 160,37 152,97 152,97 152,97 162,17 162,17 158,97 158,97 158,97 SH 158,97 158,97 160,37 160,37 152,97 152,97 152,97 162,17 162,17 158,97 158,97 158,97 ST -2,5 19,85 18,45 63,13 70,53 25,85 48,2 39 16,65 19,85 -2,5 -2,5 SC 161,47 178,82 178,82 223,50 223,50 178,82 201,17 201,17 178,82 178,82 161,47 161,47 Từ công thức tính tổn thất điện năng, ta có: DAB1,2 = 170.24 +{[280(161,47)2 + 280(2,5)2 + 840(158,97)2].6 + [280(178,82)2 + 280(19,85)2 + 840(158,97)2].2 + [280(178,82)2 + 280(18,45)2 + 840(160,37)2].2 + [280(223,5)2 + 280(63,13)2 + 840(160,37)2].2 + [280(223,5)2 + 280(70,53)2 + 840(152,97)2].2 + [280(178,8)2 + 280(25,85)2 + 840(152,97)2].2 + [280(201,2)2 + 280(48,2)2 + 840(152,97)2].2 + [280(201,2)2 + 280(39)2 + 840(162,17)2].2 + [280(178,8)2 + 280(16,65)2 + 840(162,17)2].2 + [280(178,8)2 + 280(19,85)2 + 840(158,97)2].2 = 8864 (Kwh) Tổn thất điện năng trong một MBA TN B1(2) trong một năm là: ΔB1(2) = 8864 x 365 = 3.235.434 (KWh) 2.3.3. Tổng tổn thất điện năng trong máy biến áp: Tổng tổn thất điện năng của các MBA trong một năm là: ΔBå = 2 x ΔB1(2) + 2 x ΔB3(4) = 2 x 3.235.434 + 2 x 3.941.366 = 14.353.600 (KWh) CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3.1. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH: 3.1.1. Mở đầu: Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để cho việc chọn các loại khí cụ điện. Phương pháp tính toán ngắn mạch được sử dụng trong chương này là phương pháp đường cong tính toán dựa trên các nguyên tắc sau : - Trị số tương đối của dòng ngắn mạch được tra trên đường cong tính toán, Ick = f(Xxk); (sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội ). - Hệ số xung kích (Xxk) và (q) được tra ở bảng 3-2,trang 28 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội . - Tính xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch (BN) ta dùng phương pháp thời gian tương đương(Ttđ). Trong đó, Ttđ được tra trên đường cong tính toán. - Dạng ngắn mạch tính toán là dạng ngắn mạch có dòng điện chạy qua khí cụ điện lớn nhất. Việc chọn dạng ngắn mạch tính toán là phụ thuộc từng trường hợp cụ thể, nhưng để thuận tiện người ta chọn ngắn mạch 3 pha đối xứng. - Điểm ngắn mạch tính toán là điểm ngắn mạch được chọn trên sơ đồ tương ứng với tình trạng vận hành, phù hợp với điều kiện thực tế nguy hiểm nhất. 3.1.2. Tính toán ngắn mạch cho phương án 2: 3.1.2.1. Sơ đồ nối điện có vị trí điểm ngắn mạch tính toán : HT N2 N1 N3 N6 Hình 3.1 N5 N4 a. Điểm ngắn mạch N1 : - Mục đích : Chọn các khí cụ điện phía cao áp (220 KV). - Tình trạng sơ đồ : Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc. b. Điểm ngắn mạch N2: - Mục đích : Chọn các khí cụ điện phía trung áp (110 KV). - Tình trạng sơ đồ : Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc. c. Điểm ngắn mạch N3: - Mục đích : Chọn các khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp liên lạc. - Tình trạng sơ đồ : Chỉ máy phát F1 làm việc,tất cả các máy phát khác và hệ thống đều nghỉ . d. Điểm ngắn mạch N4: - Mục đích: Chọn các khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp liên lạc. - Tình trạng sơ đồ: Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc, trừ máy phát F1 nghỉ. e. Điểm ngắn mạch N5,N6: - Mục đích: Chọn khí cụ điện cho mạch nối bộ, mạch phụ tải cấp điện áp máy phát và tự dùng. - Tình trạng sơ đồ: + Đối với điểm N5 thì tình trạng sơ đồ là hệ thống và các máy phát đều làm việc bình thường, có thể xác định IN5=IN3+IN4. + Đối với điểm N6 thì tình trạng sơ đồ là hệ thống và các máy phát đều làm việc bình thường. * Kết luận: Sau khi đã xác định được dòng ngắn mạch tính toán của các điểm ta lấy giá trị như sau: Itt = max(IN5,IN6 ) 3.1.2.2. Sơ đồ thay thế tính toán : F1 F3 F4 F2 X12 X10 X6 X11 X5 X4 X2 X3 X1 HT X14 X13 X9 X7 X8 N3 N2 N1 N4 N6 N5 Từ sơ đồ nối điện có điểm ngắn mạch ta thành lập được sơ đồ thay thế tính toán như hình 3.2: Hình 3.2 3.1.2.3. Tính toán các thông số của sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối: 1. Xác định đại lượng tính toán: * Chọn các đại lượng cơ bản (cb): Chọn * Dòng điện cơ bản ở các cấp điện áp: * Điện kháng của các phần tử: - Điện kháng của các máy phát F1, F2, F3, F4: - Điện kháng của máy biến áp B3,B4: - Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2: - Điện kháng của đường dây liên lạc với hệ thống: Đối với đường dây truyền tải ta có: X0 = 0,4 (Ώ/Km) Suy ra: - Điện kháng của hệ thống: 3.1.2.4. Tính dòng ngắn mạch tại các điểm: 1)Điểm ngắn mạch N1: *Sơ đồ thay thế tính toán và biến đổi: X19 E3 E1 E4 E2 HT X8 X7 X9 X10 X16 X15 X18 X17 N1 HT X19 E12 E34 E4 X21 X22 X23 X20 N1 a) b) E12 HT X19 E34 X21 X22 X24 N1 c) d) E1234 X19 X26 N7 HT Hình 3.3 Từ sơ đồ hình trên ta biến đổi: X15 = X1 +X6 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027 X16 = X3 +X11 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966 X17 = X4 +X12 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966 X18 = X2 +X5 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027 X19 = X13 +X14 = 0,0945 + 0,0031 = 0,0976 Tiếp tục biến đổi: X20 =X7 // X8 = . = = 0,0138 X21 =X9 // X10 = = X22 =X15 // X18 = = X23 =X16 // X17 = = X24 = X20 +X23 = 0,0138 + 0,0999 = 0,1134 Tiếp tục biến đổi : X25 = X22 // X24 = X26 =X21 +X25 = 0,0027+0,0535=0,0562 * Tính dòng ngắn mạch: - Qui đổi điện kháng do các máy phát cung cấp: - Đối với máy phát có cuộn cản Xt= Xtt +0,07 = 0,3967 + 0,07 = 0,4667 Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn mạch: I*0 = 2,53 ; I*∞ = 2,58 - Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp: (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp: (KA) - Dòng ngắn mạch tổng: (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch xung kích: -Trong đó: Kxk=1,8 và q=1,52 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội. 2) Điểm ngắn mạch N2: Sơ đồ thay thế tính toán và biến đổi : X19 E3 E1 E4 E2 HT X8 X7 X9 X10 X16 X15 X18 X17 N2 a) b) HT X19 E12 E34 E4 X21 X22 X23 X20 N2 HT X23 E12 E34 X24 X22 X20 N2 c) d) E1234 X19 X26 N7 HT Hình 3.4 Từ sơ đồ hình trên ta biến đổi: X15 = X1 +X6 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027 X16 = X3 +X11 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966 X17 = X4 +X12 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966 X18 = X2 +X5 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027 X19 = X13 +X14 = 0,0945 + 0,0031 = 0,0976 Tiếp tục biến đổi : X20 =X7 // X8 = . = = 0,0138 X21 =X9 // X10 = = X22 =X15 // X18 = = X23 =X16 // X17 = = X24 = X19 +X21 = 0,0976 + 0,0027 = 0,1003 Áp dụng phép biến đổi sao lưới: Biến đổi sao ( X20,X22,X24) thành lưới (X25,X26,X30). Do coi 2 đầu X30 là đẳng áp nên không tính toán và đưa X30 tham gia vào sơ đồ. X25= X26= X27 = X23 // X25 = * Tính dòng ngắn mạch: - Qui đổi điện kháng do các máy phát cung cấp: Đối với máy phát có cuộn cản Xt= Xtt +0,07 = 0,396 + 0,07 = 0,466 Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “thiẾt kẾ nhà máy điỆn và trẠm biẾn áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn mạch:I*0 = 2,54 ; I*∞ = 2,59 - Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp: (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp: (KA) - Dòng ngắn mạch tổng : (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch xung kích : -Trong đó: Kxk=1,8 và q=1,52 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội. 3) Điểm ngắn mạch N3: Sơ đồ tính toán : E1 X1 N3 Hình 3.5 Ta có: X2 = 0,1416 * Tính dòng ngắn mạch : - Qui đổi điện kháng do máy phát cung cấp: Đối với máy phát có cuộn cản Xt= Xtt +0,07 = 0,2419 + 0,07 = 0,32 Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn mạch: I*0 = 3,7 ; I*∞ = 3,1 - Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp: (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch xung kích: -Trong đó: Kxk=1,93 và q =1,65 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội. 4) Điểm ngắn mạch N4: Sơ đồ thay thế tính toán và biến đổi : X18 E34 E34 HT X20 X9 X10 X22 X6 X17 N4 X21 E2 X18 E34 E2 HT X8 X7 X9 X10 X19 X6 X17 N2 a) b) N4 X24 X23 E234 X26 X25 X18 HT E34 X6 X22 N4 X22 X6 X26 X27 X28 HT E234 E34 c) d) N4 X6 X31 X30 HT E234 E234 X32 X33 N4 HT e) g) Hình 3.6 X15 = X3 +X11 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966 X16 = X4 +X12 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966 X17 = X2 +X5 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027 X18 = X13 +X14 = 0,0945 + 0,0031 = 0,0976 Tiếp tục biến đổi : X19 =X15 // X16 = . = = 0,0983 Biến đổi U (X7, X8, X19) thành D (X20, X21, X22). . X23 = X17 // X21 = Biến đổi D (X9, X10, X20) thành U (X24, X25, X26). X27 = X23 +X24 = 0,4486 + 0,0046 = 0,4532 X28 = X18 +X25 = 0,0976 + 0,0004 = 0,098 Biến đổi U ( X15,X18,X23) thành D (X27,X28,X35). Do coi 2 đầu X35 là đẳng áp nên không tính toán và đưa X35 tham gia vào sơ đồ. X29= X30= X31 = X22 // X29 = Tiếp tục biến đổi U ( X25,X28,X29) thành D (X30,X31,X36). Do coi 2 đầu X36 là đẳng áp nên không tính toán và đưa X36 tham gia vào sơ đồ. X30= X31= X32 = X21 // X31 = Tiếp tục biến đổi U ( X6,X30,X31) thành D (X32,X33,X36). Do coi 2 đầu X36 là đẳng áp nên không tính toán và đưa X36 tham gia vào sơ đồ. X32= X33= * Tính dòng ngắn mạch: Đối với máy phát có cuộn cản Xt= Xtt +0,07 = 0,9827 + 0,07 = 1,0527 Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội. Ta được bội số dòng ngắn mạch: I*0 = 0,98 ; I*∞ = 1,25 - Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp: (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp: (KA) - Dòng ngắn mạch tổng: (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch xung kích: -Trong đó: Kxk=1,8 và q=1,52 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội. 5) Điểm ngắn mạch N5: Dòng ngắn mạch tại N5 bằng tổng 2 dòng ngắn mạch tại N3 vàN4 như vậy: * Tính dòng ngắn mạch : (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch xung kích: (KA) (KA) 6) Điểm ngắn mạch N6: Sơ đồ thay thế tính toán và biến đổi : X19 E3 E1 E4 E2 HT X8 X7 X9 X10 X16 X15 X17 X12 N6 X4 HT X18 E12 E3 E4 X20 X21 X16 X19 N6 X4 X12 a) b) E1234 X19 X26 N7 HT HT X23 E12 E34 X24 X22 X20 N2 c) d) HT X16 E12 E3 X22 X21 X19 N6 X12 X4 E4 HT X4 E123 E4 X24 X25 X12 N6 E1234 X26 X28 N6 HT e) Hình 3.7 X15 = X1 +X6 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027 X16 = X3 +X11 = 0,1416 + 0,0583 = 0,1999 X17 = X2 +X5 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027 X18 = X13 +X14 = 0,0945 + 0,0031 = 0,0976 X19 = X7 // X8 = = X20 = X9 // X10 = = = 0,0027 X21 = X15 // X17 = = = 0,1013 X22 = X18 +X20 = 0,0976 + 0,0027 = 0,1003 Tiếp tục biến đổi U ( X19,X21,X22) thành D (X23,X24,X30). Do coi 2 đầu X30 là đẳng áp nên không tính toán và đưa X30 tham gia vào sơ đồ. X23= X24= X25 = X16 // X23 = Tiếp tục biến đổi U ( X12,X24,X25) thành D (X26,X27,X31). Do coi 2 đầu X31 là đẳng áp nên không tính toán và đưa X31 tham gia vào sơ đồ. X26= X27= X28 = X4 // X27 = * Tính dòng ngắn mạch: Đối với máy phát có cuộn cản Xt= Xtt +0,07 = 0,5485+ 0,07 = 0,6185 Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn mạch: I*0 = 1,73 ; I*∞ = 2 - Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp: (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp: (KA) - Dòng ngắn mạch tổng : (KA) (KA) - Dòng ngắn mạch xung kích : -Trong đó: Kxk=1,8 và q =1,52 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội. Bảng 3.1. BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PA Điểm NM Mạch điện Uđm (KV) I” (KA) I∞ (KA) ixk (KA) Ixk (KA) II N1 Cao áp 220 7,02 7,144 17,87 10,67 N2 Trung áp 115 12,969 13,129 33,014 19,713 N3 Hạ áp MBA liên lạc 15,75 23,938 20,057 65,938 39,497 N4 Hạ áp MBA liên lạc 15,75 33,687 38,927 85,753 51,204 N5 Mạch phụ tải SUF, tự dùng 15,75 57,302 58,984 150,198 90,148 N6 Mạch nối bộ phía trung 15,75 57,852 64,839 157,9 95,455 3.2. XÁC ĐỊNH XUNG LƯỢNG NHIỆT CỦA DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 3.2.1. Nguyên tắc chung: Xung lượng nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt toả ra trong khí cụ điện ứng với thời gian tác động của dòng điện ngắn mạch, được xác định theo biểu thức : BN = BNCK + BNKCK (3.1) Trong đó : * BNCK = (I∞N)2.ttd: Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần chu kì. + ttd: Thời gian tương đương thành phần chu kì của dòng ngắn mạch : ;t là thời gian tồn tại ngắn mạch, gần đúng lấy : t = 0,12 (s). + I∞N: Dòng điện ngắn mạch ổn định. + I”N: Dòng ngắn mạch siêu quá độ. * BNKCK = (I”N)2. Ta.(): Xung lương nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần không chu kì. + Ta = : Hằng số thời gian tương đương của lưới điện. Trong lưới điện lớn h._.