Thiết kế Nhà máy điện & trạm biến áp

cầu phát triển phụ tải còn tăng nhiều nên việc thiết kế nhà máy điện để tăng công suât 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 tận tình của các thầy cô trong bộ môn và các thầy trực tiếp phụ trách môn học 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 1 : Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.1.Chọn máy phát điện. Chất lượng điện năng là một yêu cầu quan trọng của phụ tải . Để đảm bảo chất lượng điện năng tại mỗi thời điểm ,điện năng do các nhà máy phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lượng điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Vì điện năng ít có khả năng tích luỹ nên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện là rất quan trọng . Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi .Việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là việc rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành .Nhờ vào đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn được các phương án nối điện hợp lý,đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật , nâng cao độ tin cậy cung cấp điện . Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy điện với nhau. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy NĐNH có tổng công suất đặt là 400 MW gồm có 4 tổ máy phát điện cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp :Điện áp máy phát ,điện áp 110 kV và hệ thống ở cấp điện áp 220 kV. Ta chọn MF điện loại TB-100-2 (tốc độ 3000 v/ph) Sđm (MVA) PFđm (MW) Cosj UFđm (kV) IFđm (kA) x”d (W) x’d (W) xd (W) 117,647 100 0,85 10,5 6,475 0,183 0,263 1,79 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 Cosj của từng phụ tải tương ứng từ đó ta tính được phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức sau : P(t) = . Pđm S(t) = 1.2.phụ tải của toàn nhà máy . Nhà máy gồm có 4 tổ máy, mỗi tổ có công suất 100 MW với máy phát đã chọn ta có Cosj = 0.85 SFđm = = = 117,647 ( MVA) Tổng công suất đặt của toàn nhà máy : PNMđm = 4.100 = 400 (MW) SNMđm = 4.117,647 = 470,588 (MW) Các máy phát của nhà máy là giống nhau do đó hệ số công suất của toàn nhà máy đúng bằng công suất của tổ máy: CosjNM = Cosjđm = 0,85 Bảng 1-1 t(h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 PNM% 90 100 100 90 90 90 90 80 SNM MVA 423,5 470,6 470,6 423,5 423,5 423,5 423,5 376,5 1.2.1.Phụ tải địa phương. Uđm = 10,5 KV Pmax = 14 MW , Sđp(t) = = =16,28(MVA) Cosjtb = 0,86 áp dụng công thức trên ta có: Pđp(t) = . Pđpm Sđp(t) = Bảng biến thiên công suất của phụ tải địa phương theo thời gian như sau: Bảng 1-2 t(h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 P% 90 90 80 80 80 80 90 90 SUF(t) MVA 14,65 14,65 13,02 13,02 13,02 13,02 14,65 14,65 Từ đó ta có đồ thị biểu diễn quan hệ công suất phụ tải địa phương với thời gian như hình 1-1. 1.2.2.Phụ tải trung áp. Uđm = 110 KV PTmax = 280 MW Cosjtb = 0,83 áp dụng công thức ta được: PT(t) = . PTmax ST(t) = = = 337,75 (MVA) Bảng biến thiên công suất của phụ tải trung theo thời gian áp như sau: Bảng 1-3 t(h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 P% 80 100 90 90 100 80 90 80 ST MVA 269,88 337,35 303,61 303,61 337,35 269,88 303,61 269,88 S(MVA) t(h) 22 20 14 8 300 200 100 269,8 337,4 269,8 0 5 11 17 24 250 150 303,6 Từ đó ta có đồ thị biểu diễn quan hệ công suất phụ tải trung áp với thời gian như Hình 1- 2 1.2.3.Phụ tải tự dùng: Tính gần đúng theo công thức. Std(t) = STDmax . ( 0,4 + 0,6 . ) STDmax = Trong đó: Std(t) là công suất tự dùng tại thời điểm t ( MVA) SNM là công suất đặt của toàn nhà máy( MVA) S(t) là công suất phát ra của nhà máy tại thời điểm t, MVA % là phần trăm lượng điện tự dùng: 6% Cosj là hệ số công suất của phụ tải tự dùng: 0,85 Bảng biến thiên công suất của phụ tải tự dùng như sau. Bảng 1-4 t(h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 S (t) MVA 423,5 470,6 470,6 423,5 423,5 423,5 423,5 376,5 Std MVA 26,54 28,24 28,236 26,54 26,54 26,54 26,54 24,85 Đồ thị phụ biểu diễn quan hệ giữa công suất của phụ tải tự dùng với thời gian như hình 1- 3. S(MVA) t(h) 24 20 17 8 40 30 20 24,85 28.23 26.54 0 5 11 14 24 26.54 Hình 1- 3 1.2.4.Công suất phát về hệ thống. SHT = SNM - (Sđp + Std + ST + Sc) ; với Sc = 0 Bảng biến thiên công suất phát về hệ thống. Đồ thị biểu diễn quan hệ công suất phát về hệ thống theo thời gian như hình 1-4. Bảng 1-5 t(h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 SNM(MVA) 423.5 470.6 470.6 423.5 423.5 423.5 423.5 376.5 Sđp(MVA) 14.65 14.65 13.02 13.02 13.02 13.02 14.65 14.65 ST(MVA) 269.9 337.3 303.6 303.6 337.3 269.9 303.6 269.9 Std(MVA) 26,54 28,24 28,236 26,54 26,54 26,54 26,54 24,85 SHT(MVA) 112.46 90.41 125.74 80.34 46.64 114 78.71 67.1 Hình1- 4 S(MVA) 470.6 t(h) 22 20 17 8 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 423.5 337.3 303.6 163,14 269.9 43.1 26.5 24.85 28.23 13.04 14.65 114 225 376.5 ST SHT STD SĐP SNM 5 11 14 24 125.7 90.4 112.46 76.8 778.7 67.1 26.5 269.9 337.3 Chương 2 : Xác định các phương án Theo chương 1 ta có kết quả tính toán sau: Phụ tải địa phương : Sđpmax = 14,65MVA Sđpmin = 13,02 MVA Phụ tải trung áp : STmax = 337,3 MVA STmin = 269,9MVA Phụ tải tự dùng : STdmax = 32,08 MVA STdmin = 28,23MVA Phụ tải phát vào hệ thống : SHTmax = 125,8 MVA SHTmin = 43,14 MVA Dự trữ quay của hệ thống bằng 200 MVA, lớn hơn công suất của bộ máy phát điện - máy biến áp (MPĐ - MBA) nên ta dùng sơ đồ bộ MPĐ - MBA. Vì ta có Sđpmax = 14,65 (MVA) và phụ tải địa phương lấy ở đầu cực 2 máy phát có nối với máy biến áp tự ngẫu: p% = = 6,2% < 15% công suất của một máy phát do đó ta không cần sử dụng thanh góp điện áp máy phát. Mặt khác phía cao áp có cấp điện áp là 220KV & phía trung áp có cấp điện áp 110KV đây là lưới có trung tính nối đất trực tiếp do đó ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp. Với hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu là: a = = 0,5 Từ đó ta vạch ra các phương án như sau. 2.1.Phương án 1. Phương án I, phía cao áp thanh góp 220kV bố trí 3 máy biến áp gồm 2 máy biến áp tự ngẫu và 1 máy biến 3 pha 2 dây quấn. Phía trung áp thanh góp 110kV được nối với một bộ máy phát điện - máy biến áp ba pha hai dây quấn là và F4-B4. Để cung cấp điện thêm cho các phụ tải này cũng như để liên lạc giữa ba cấp điện áp dùng hai bộ máy phát điện -máy biến áp tự ngẫu (F1-B1 và F2-B2). Phụ tải địa phương 10.5kV được cung cấp điện từ đầu cực hai máy phát điện F1,F2 thông qua 2 kháng đường dây. HT ~ ST 220KV 110KV F4 Sđp STD ~ B3 F3 STD Sđp ~ B1 STD F1 ~ B2 F2 STD Hình 2-1 B4 Ưu điểm của phương án này là công suất không bị truyền ngược từ phía trung áp sang phía cao áp. 2.2.Phương án 2. Để khắc phục nhược điểm trên, chuyển bộ F3-B3 từ thanh góp 220kV sang phía 110kV. Phần còn lại của phương án II giống như phương án I. Ưu điểm của phương án này là chỉ dùng hai loại máy biến áp,dễ sửa chữa thay thế dự phòng STmin = 269,9 > 2.117,647 Nên 2 máy phát luôn làm việc ở định mức STD HT 220KV ~ B3 STD F3 ~ B1 F1 Sđp ~ ST 110KV B4 F4 STD ~ B2 F2 STD Sđp Hình 2-2 Chương 3 : Chọn máy biến áp 3.1.Phương án 1. 3.1.1.Chọn máy biến áp. 3.1.1.1.Máy biến áp B4 (Phía trung áp có cấp điện áp 110KV). Máy biến áp này là máy biến áp hai dây quấn nên chọn theo điều kiện: ST4đm ≥ SGđm = = = 117,647 (MVA) Chọn máy biến áp kiểu TDц-125/121. 3.1.1.2.Máy biến áp T3 (Phía cao áp có cấp điện áp 220KV). Đây cũng là loại máy biến áp hai dây quấn nhưng lại được đặt bên phía cao áp nên tương tự như chọn máy biến áp T4 ta chọn máy biến áp T3 loại TDц-125/242. 3.1.1.3.Máy biến áp tự ngẫu T1 & T2 . Máy biến áp này được chọn theo điều kiện: ST1đm = ST2đm ≥ SGđm = = 235 (MVA) Trong đó: α = = 0,5 Chọn máy biến áp loại ATDцTH-360 Từ đó ta có bảng tham số của các máy biến cho phương án 1 như sau: Bảng 3-1 Máy biến áp Cấp điện áp (KV) Loại Sđm (MVA) Điện áp cuộn dây (KV) Tổn thất (KW) UN (%) I (%) Giá x103 (USD) C T H Po PN C-T C-H T-H A C-T C-H T-H T4 110 TDц 125 115 - 10,5 115 - 400 - - 10.5 - 0.5 115 T5 220 TDц 125 242 - 10,5 115 - 380 - - 11 - 0.5 162 T1 & T2 220 ATDцTH 360 220 121 11 450 900 500 650 8 28 18 1,4 350 3.1.2.Tính toán điều kiện làm việc của các máy biến áp. 3.1.2.1.Khi làm việc bình thường. SđmT4 = 125(MVA) > (SđmG - .Stdmax) = (117,647 - .32,08) = = 109,72(MVA) SđmB1 = SđmB2 = 360MVA > . = = = 113,836 (MVA) Như vậy trong điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp đã được chọn không bị quá tải. 3.1.2.2.Khi sự cố. Vì công suất định mức của các máy biến áp hai cuộn dây được chọn theo công suất định mức của các máy phát điện nên việc kiểm tra quá tải chỉ cần kiểm tra với sự cố với máy biến áp tự ngẫu: Coi sự cố nặng nề nhất là lúc phụ taỉ bên trung cực đại: = 337,3 (MVA) Khi đó S VHT = 125,8 (MVA) và S Uf = 14,65 (MVA) a. Giả thiết sự cố bộ F4-B4 Kiểm tra điều kiện : 2. kqtsc.α.S đmTN ≥ 2,1,4.0,5.360 = 504 (MVA) > 337,3 (MVA) thoả mãn điều kiện Lúc này công suất tải lên trung áp qua mỗi máy biến áp là: S CT-B1 = S CT-B2 = S T/2 = 168,65 (MVA) Cho máy phát F1 và F1 làm việc định mức,do đó công suất qua cuộn hạ của B1 và B1 là: S CH-B1 = S CH-B2 = S Fđm - S UF/2 - S TD/4 = 117.647 - 14.65/2 - 32.08/4 = 102.31(MVA) Công suất tải lên cao áp của máy biến áp B1 hoặc B2 S CC-B1 = S CH - S CT = 102.31 – 168.65 = - 66.34(MVA) Dấu “ - “ chứng tỏ công suất đi từ thanh góp hệ thống 220 kV sang thanh góp trung áp 110kV bù vào phần công suất thiếu với trị số: 2.66,34 = 132,68(MVA). Khi đó lượng công suất nhà máy cấp cho phía cao áp còn thiếu một lượng : S thiếu = S VHT - (S B4 - 2.S CC-B1,B2 ) = 125,8-(117,647 – 2.66,34) = 140.83< S dtHT = 200(MVA) Qua trên ta thấy rằng khi sự cố bộ F4-B4 hai máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 làm việc không quá tải. b. Sự cố máy biến áp tự ngẫu B1 (hoặc B2) Khi B1sự cố thì F1 ngừng làm việc.Trường hợp này kiểm tra quá tải của B2 : Kiểm tra điều kiện :kqtsc.α.S đmTN ≥ - 1,4.0,5.360 = 252 (MVA) > 337.3 – 117.65 = 219.653 (MVA) Vậy máy biến áp đã chọn thoả mãn . Trong trường hợp sự cố một bộ máy phát - máy biến áp, cho phép làm việc trong tình trạng này. Như vậy các máy biến áp đã chọn cho phương án 1 đều đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy. Các máy biến áp không bị quá tải trong các điều kiện làm việc khác nhau. 3.1.3.Tính dòng công suất phân phối cho các máy biến áp và các cuộn dây của máy biến áp. Quy ước chiều dương của dòng công suất là chiều đi từ máy phát lên thanh góp đối với máy biến áp 2 cuộn dây và đi từ phía hạ lên phía trung và cao đối với máy biến áp liên lạc. SCC-B1(t), SCT-B1(t), SCH-B1(t) ,SCC-B2(t), SCT-B2(t), SCH-B2(t): là công suất biểu kiến qua cuộn cao, trung, hạ của MBA tự ngẫu tại thời điểm t. SbC, SbT : Công suất biểu kiến của 1 bộ bên cao, trung. SVHT(t), ST(t) : Công suất biểu kiến phát về hệ thống, phụ tải bên trung tại thời điểm t. 3.1.3.1.Máy biến áp 2 cuộn dây. Luôn cho vận hành với đồ thị bằng phẳng vì máy biến áp hai cuộn dây không có điều chỉnh dưới tải, do đó: = = SđmG - .Stdmax = 117,65 - .32,08 = 109,72 (MVA) 3.1.3.2.Máy biến áp tự ngẫu. Cuộn cao : SCC-B1 = SCC-B2 = .[ SVHT(t) - ] Cuộn trung : SCT-B1 = SCT-B1 = .[ ST(t) - ] Cuộn hạ : SCH-B1 = SCC-B1 + S CT-B1 Dựa vào kết quả công suất phụ tải bên trung áp & công suất phát về hệ thống ta có bảng phân phối công suất cho các máy biến áp như sau : Bảng 3-2 Loại máy biến áp Cấp điện áp Công suất (MVA) Thời gian (h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 Hai cuộn dây Cao & trung SbT 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7 Tự ngẫu Cao SCC(t) -0.35 -9.64 8.05 -16.43 -33.28 0.4 -17.25 -24.92 Trung SCT(t) 80.1 113.8 96.95 96.95 113.8 80.1 96.95 80.1 Hạ SCH(t) 79.75 104.2 105 80.52 80.52 80.5 79.71 55.19 3.1.4.Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần : Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải của nó. Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào tải của máy biến áp. Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm: ΔA2cd = Po . t + PN . . t Với t = 8760 giờ, là thời gian máy biến áp vận hành trong một năm. Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu: ΔATN =Po .t + 365.Σ .ti Trong đó : , , là công suất tải qua cuộn cao, trung và hạ của máy biến áp tự ngẫu trong khoảng thời gian thứ ti. Sđm là công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu. , , là tổn thất công suất khi ngắn mạch trên cuộn cao,trung và hạ của máy biến áp tự ngẫu. Dựa vào thông số máy biến áp và các bảng số liệu ta tính ra được tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở từng phương án như sau : 3.1.4.1.Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai dây quấn. ΔAT3 = .8760 = 3572,12.103 (KW.h) ΔAT4 = .8760 = 3575,7.103 (KW.h) 3.1.4.2.Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu. Trước hết phải tính tổn thất công suất ngắn mạch trong các cuộn cao, trung, hạ : =150 (KW) 750 (KW) 1850 (KW) Ta có : ΔATN =Po .t + 365.Σ .ti = 5.(-0,35)2 +3.(9,64)2 +3.(8,05)2) +3.(-16.43)2 + 3.(-33,28)2 +3.(0,4)2) + 2.(-17,25)2 + 2.(-24,92)2 = = 5.0.123 + 3.1535,4+2.918,57 =6443,95 (MW2.h) = 5.(80,1)2 +3.(113,8)2 +3.(96,95)2 +3.(113,8)2 + 3.(80,1)2 +3.(96,95)2 + 2.(96,95)2 + 2.(80,1)2 = = 5. 6416+ 3. 51115,5+2.15815,3 =217057,13 (MW2.h) = 5.(79,75)2 +3.(104,2)2 +3.(105)2 +3.(80,52)2 + 3.(80,52)2 +3.(80,5)2 + 2.(79,71)2 + 2.(55,19)2 = = 5.6360 + 3.41329,83+2.9399,62 =174588,73 (MW2.h) Do đó : ΔAT1 = ΔAT2 =0,45.8760+.{0,15.6443,95+0,75.217057+1,85. 174588,73} =3942+1370,86=5312,86 (MWh) Vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 1 là: ΔA = 2.ΔAT1 + ΔAT3 + ΔAT4= 2.5312,86+3572,12+3575,7 = 17773,54 (MW.h) 3.2.Phương án 2. 3.2.1.Chọn máy biến áp 3.2.1.1.Máy biến áp B3, B4 (Phía trung áp có cấp điện áp 110KV). Làm tương tự phương án 1, chỉ khác ở chỗ bên trung áp chọn hai máy biến áp 2 cuộn dây loại TDц-125/121. ΔAT3 = ΔAT4 = .8760 = 3575,7.103 (KW.h) 3.2.1.2.Chọn máy biến áp tự ngẫu T1 & T2 (Phía trung áp có cấp điện áp 220KV). Phía cao áp chọn 2 máy biến áp tự ngẫu loại ATDцTH-250. Cụ thể máy biến áp T1 & T2 là máy biến áp tự ngẫu kiểu ATDцTH-250. Máy biến áp T3, T4 là máy 2 dây quấn kiểu TDц-125. Bảng thông số kỹ thuật của các máy biến áp của phương án 2 như sau: Bảng 3-3 Máy biến áp Cấp điện áp (KV) Loại Sđm (MVA) Điện áp cuộn dây (KV) Tổn thất (KW) UN (%) I (%) Giá x103 (USD) C T H Po PN C-T C-H T-H A C-T C-H T-H T3, T4 110 TDц 125 121 - 10,5 100 - 400 - - 10,5 - 0,5 162 T1 & T2 220 ATDцTH 250 242 121 10,5 120 520 260 260 11 32 20 0,5 260 3.2.2Tính toán điều kiện làm việc của các máy biến áp. 3.2.2.1.Khi làm việc bình thường. SđmT3 = SđmT4 = 125MVA > SđmG - . Stdmax = 109.72 (MVA) SđmT1 = SđmT2 = 250MVA > . SHTmax = . 125.8 = 62.9 (MVA) Trong điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp đã được chọn không bị quá tải. 3.2.2.2.Khi sự cố. Sự cố bộ máy phát - máy biến áp bên trung. Điều kiện : 2. .α .S đmTN > - 2.1,4.0,5.250 = 350 (MVA) > 337,35 –109,72 = 227,63(MVA) Sự cố bộ máy phát - máy biến áp tự ngẫu. Điều kiện : .α.S đmTN ≥ - 2. 1,4.0,5.250 = 175 (MVA) > 337.3 - 2.109,72 = 117,91 (MVA) Trong trường hợp sự cố một bộ máy phát – máy biến áp, cho phép làm việc trong tình trạng này. Như vậy các máy biến áp đã chọn cho phương án 2 đều đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy. Các máy biến áp không bị quá tải trong các điều kiện làm việc khác nhau. 3.2.3.Tính dòng công suất phân phối cho các máy biến áp và các cuộn dây của máy biến áp. 3.2.3.1.Máy biến áp 2 cuộn dây. Luôn cho vận hành với đồ thị bằng phẳng vì máy biến áp hai cuộn dây không có điều chỉnh dưới tải, do đó: = SđmF - . Stdmax = 117,74 - . 32,08 = 109,72 (MVA) 3.2.3.2.Máy biến áp tự ngẫu. Cuộn cao : SCC = . SC(t) Cuộn trung : SCT = [ ST(t) – 2.] Cuộn hạ : SCH = SCC + S CT Dựa vào kết quả công suất phụ tải bên trung áp & công suất phát về hệ thống. Bảng phân phối công suất như sau : Bảng 3-4 Loại máy biến áp Cấp điện áp Công suất (MVA) Thời gian (h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 Hai cuộn dây Cao & trung SbT 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7 Tự ngẫu Cao SCC(t) 54,5 45,2 62,9 38,42 21,57 55,25 37,61 29,9 Trung SCT(t) 25.25 58.95 42.1 42.1 58.95 25.25 42.1 25.3 Hạ SCH(t) 79.75 104.2 105 80.52 80.52 80.5 79.71 55.2 3.2.4.Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp 3.2.4.1.Tổn thất điện năng trong các máy biến áp hai cuộn dây B3 , B4 ΔAT3 = ΔAT4 = . 8760 = 3575,7.103 (KW.h) 3.2.4.2Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 = 5.(54,5)2 +3.(45,2)2 +3.(62,9)2) +3.(38,42)2 + 3.(21,57)2 +3.(55,25)2) + 2.(37,61)2 + 2.(29,9)2 = = 5.2970,25 + 3.10994,7 +2.2310 =52455,55(MW2.h) = 5.(25,25)2 +3.(58,95)2 +3.(42,1)2 +3.(42,1)2 + 3.(58,59)2 +3.(25,25)2 + 2.(42,1)2 + 2.(25,3)2 = = 5. 637,56+ 3.11131 +2.2409,6 =41400 (MW2.h) = 5.(79,75)2 +3.(104,2)2 +3.(105)2 +3.(80,52)2 + 3.(80,52)2 +3.(80,5)2 + 2.(79,71)2 + 2.(55,19)2 = = 5.6360 + 3.41329,83+2.9398 =174585,5 (MW2.h) Do đó : ΔAT1 = ΔAT2 = 0,45.8760+.{0,15.52455,55+0,75.41400+1,85.174585,5} = 3942+2113,5=6055,5 (MW.h) Vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 1 là: ΔA = 2.ΔAT1 + 2.ΔAT3 + = 2. 6055,5+2.3575,7 = 19262,4 (MW.h) Chương IV Tính toán chỉ tiêu kinh tế kinh tế- kỹ thuật chọn phương án tối ưu Việc quết định bất kỳ một phương án nào cũng đều phải dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế và kỹ thuật ,nói khác đi là dựa trên nguyên tắc đảm bảo cung cấp điện và kinh tế để quết định sơ đồ nối dây chính cho nhà máy điện . Trên thực tế vốn đầu tư vào thiết bị phân phối phụ thuộc vào vốn đầu tư máy biến áp và các mạch thiết bị phân phối .Nhưng vốn đầu tư của các mạch thiết bị phân phối chủ yếu phụ thuộc vào máy cắt ,vì vậy để chọn các mạch thiết bị phân phối cho từng phương án phải chọn máy cắt .Trong tính toán chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật ta chỉ cần chọn sơ bộ máy cắt . 4.1. Xác định dòng cưỡng bức chọn sơ bộmáy cắt của cácphương án. 4.1.1. Phương án I (Hình 4-1) 4.1.1.1.Cấp điện áp 220 kV. (Tải công suất thừa vào hệ thống bằng đường dây kép dài 120 km) Mạch đường dây nối với hệ thống : Phụ tải cực đại của hệ thống là SVHTmax = 125,75 MVA. Vì vậy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính với điều kiện một đường dây bị đứt . Khi đó 0,33KA Mạch máy biến áp ba pha 2 cuộn dây B3: Dòng điện làm việc cưỡng bức được xác định theo dòng điện cưỡng bức của máy phát điện. = 0,324KA Mạch máy biến áp tự ngẫu B1,B2: Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì máy biến áp tự ngẫu còn lại phải đưa vào hệ thống một lượng công suất : SCCmax = -24,92 MVA ,có nghĩa là từ hệ thống phải đưa về phía trung áp một lượng công suất là:-24,92 MVA Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch này là : =0,0654 KA Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220kV của phương án này là: Ilvcb = 0,33 KA 4.1.1.2.Cấp điện áp 110 kV. ( Cấp điện áp 110 kV gồm có 2 đường dây kép 60 kW và 4 đường dây đơn 40 kW nên tình trạng cưỡng bức khi một đường dây kép bị đứt một mạch ). Dòng điện làm việc cưỡng bức của đường dây là : =0,379 KA Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây : = 0,648KA Mạch máy biến áp tự ngẫu : Công suất tải sang trung áp lớn nhất khi bộ bên trung bị sự cố. Smax = = = 168,675MVA Do đó dòng điện cưỡng bức là: =0,885KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là: =1,175 kA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở phía 110 kV được lấy là : Ilvcb = 1,175KA 4.1.1.3Cấp điện áp 10,5kV. Dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch này chính là dòng điện làm việc cưỡng bức của máy phát điện nên ta có : = 6,793KA Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức cuả phương án I là : Bảng 4-1 Cấp điện áp (KV) 220 110 10,5 Icb (kA) 0,33 1,175 6,793 4.1.2.Phương án II (Hình 4-2). 4.1.2.1.Cấp điện áp 220 kV. Mạch đường dây nối với hệ thống : Phụ tải cực đại của hệ thống là SVHTmax = 125,75 MVA. Vì vậy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính với điều kiện một đường dây bị đứt . Khi đó 0,33KA Mạch máy biến áp ba pha 2 cuộn dây B3: Dòng điện làm việc cưỡng bức được xác định theo dòng điện cưỡng bức của máy phát điện. = 0,324KA Mạch máy biến áp tự ngẫu B1,B2: Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì máy biến áp tự ngẫu còn lại phải đưa vào hệ thống một lượng công suất : SCCmax = -24,92 MVA ,có nghĩa là từ hệ thống phải đưa về phía trung áp một lượng công suất là:-24,92 MVA Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch này là : =0,0654 KA Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220kV của phương án này là: Ilvcb = 0,33 KAMạch đường dây cũng như phương án I ta đã có : Ilvcb = 0,33KA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phương án II là : Ilvcb = 0,33 KA 4.1.2.2.Cấp điện áp 110kV. Mạch đường dây tương tự như phương án I ta có : Ilvcb = 1,175KA Mạch máy biến áp tự ngẫu cũng tương tự như phương án I ta có: Ilvcb = 6,793KA Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi một máy biến áp tự ngẫu bị sự cố máy còn lại phải tải được một lượng công suất : Smax = S110max - 2.ST3 = 337,35 - 2.109,72 = 117,91MVA Lúc này dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch này là : 0,6188KA Như vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 110 kV là: Ilvcb = 1,175 KA 4.1.2.3.Cấp điện áp 10,5 kV. Tương tự như phương án I ta đã có : Ilvcb = 6,793KA Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức của phương án II là : Bảng 4-2 Cấp điện áp (KV) 220 110 10,5 kV Icb (kA) 0,33 1,175 6,793 4.2.Tính toán chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật và chọn phương án tối ưu. Mục đích của tính toán kinh tế kỹ thuật là đánh giá các phương án về mặt kinh tế từ đó lựa chọn phương án tối ưu đảm bảo các điều kiện kỹ thuật các chỉ tiêu kinh tế cao. Thực tế vốn đầu tư phụ thuộc vốn đầu tư các mạch của thiết bị phân phối mà vốn vốn đầu tư cho thiết bị phân phối chủ yếu là máy cắt. Vì thế để tính toán vốn đầu tư cho thiết bị phân phối trước hết ta chọn máy cắt cho từng phương án. Vốn đầu tư : V = VB + VTBPP Trong đó : VB là vốn đầu tư cho máy biến áp được xác định theo công thức VB = VBi . KBi Với : VBi là tiền mua máy biến áp thứ i. KBi là tính đến tiền chuyên chở lắp đặt máy biến áp thứ i ( hệ số này phụ thuộc vào công suất và điện áp định mức ). VTBPP là vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối tính theo công thức: VTBPP = .( nc.vc + nt.vt + nh.vh ) Với : nc, nt, nh là số mạch phía cao, trung và hạ áp vc, vt, vh là giá mỗi mạch phía cao, trung và hạ áp. Chi phí vận hành hàng năm : P = PKH + PΔA Trong đó : PKH là chi phí khấu hao vốn đầu tư tính theo biểu thức P = . V PΔA là chi phí tổn thất điện năng tính theo công thức:PΔA = 400 . ΔA Từ đó ta tính cụ thể cho từng phương án như sau: 4.2.1.Phương án 1 T3 220KV 110KV ~ G5 ~ T2 G2 ~ T1 G1 T4 ~ G3 4.2.1.1.Tính vốn đầu tư Hình 4-1 áp dụng công thức tính vốn đầu tư : V = VB + VTBPP VB là tổng số vốn đầu tư cho máy biến áp : VB = S Ki . VBi Ki Hệ số tính đến chuêyn trở và xây lắp VBi Tiền mua máy biến áp thứ i Hai máy biến áp tự ngẫu ATDЦTH-360 giá 350.103 R/máy, với K = 1,35 Một máy biến áp 3 pha 2 dây quấn TDЦ kiểu TDЦ-125/242 giá mỗi máy là 162.103 R/máy, với K = 1,4. Máy biến áp 3 pha 2 dây quấn kiểu TDЦ-125/121 giá mỗi máy là 120.103 R/máy, với k = 1,5. ị VB = 2.1,35. 350.103 + 1,4.162.103 + 1,5.120.103 = 1351,8.103 R Hay VB =1351,8.4.107 =5407,2 107 (VNĐ) =54,07.109 (VNĐ) VTBPP là vốn đầu tư cho thiết bị phân phối tính theo công thức: VTBPP = S( nc . vc + nt . vt + nh . vh ) nc là số mạch phía cao áp : nc = 4 mạch. vc là giá tiền đầu tư cho một mạch phía cao áp : vc = 71,5.103 R nt là số mạch phía trung áp : nt = 5 mạch. vt là giá tiền đầu tư cho một mạch phía trung áp : vt =31.103 R nh là số mạch phía hạ áp : nh = 2 mạch. vh là giá tiền đầu tư cho một mạch phía hạ áp : vh =15.103 R Vậy tổng số tiền đầu tư cho thiết bị phân phố VTBPP = ( 4. 71,5 + 5.31 + 2.15 ).103 = 471.103 R=18,84. 109 (VNĐ) Như vậy tổng vốn đầu tư là : V = 54,04.109 + 18,84.109 = 72,88.109 (VNĐ) 4.2.1.2.Tính chi phí vận hàng hàng năm. áp dụng công thức : P = PKH + P∆A Trong đó : PKH = . V = . 72,88.109 = 6,122.109(VNĐ) P∆A = 400. ∆A = 400.17773,54.103 = 7,11.109 (VNĐ) Vậy : P = 6,122.109 + 7,11.109 = 13,232.109 (VNĐ) T1 220KV 110KV ~ T2 ~ ~ T4 ~ T3 G3 Hình 4-2 G4 G1 G2 4.2.2.Phương án 2 4.2.2.1.Tính vốn đầu tư : Làm tương tự phương án 1 ta được. Vốn đầu tư cho máy biến áp gồm có 2 máy biến áp tự ngẫu ATDЦTH-250 và 2 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn, do đó : VB = 2.1,4. 260.103 + 2.1,5.120.103 = 1088.103 =43,52. 109 (VNĐ) Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối gồm có : Phía cao áp (220KV) có 3 mạch Phía trung áp (110KV) có 6 mạch Phía hạ áp (10,5KV) có 2 mạch Vậy : VTBPP = (3.71,5 + 6.31 + 2.15).4. 107 = 17,22.109 (VNĐ) Như vậy vốn đầu tư cho phương án 2 là: V =43,52.109 + 17,22.109 = 60,74.109 (VNĐ) 4.2.2.2.Tính chi phí vận hành hàng năm : Tính tương tự phương án 1 ta có P∆A = 400. ∆A = 400.19262,4.103 = 7,7.109 (VNĐ) PKH = . V = . 60,74.109 = 5,1.109(VNĐ) Vậy : P = 7,7.109 + 5,1.109 = 12,8.109 (VNĐ) Từ đó ta có bảng so sánh sau : Bảng 4-3 Chi phí Phương án án V ( 109 đồng ) P ( 109 đồng ) 1 72,88 13,232 2 60,74 12,8 Vậy phương án 2 là phương án tối ưu nên ta giữ lại phương án 2 để tính toán ngắn mạch. Chương V : TíNH TOáN DòNG ĐIệN NGắN MạCH Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn, thanh dẫn của nhà máy điện theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch tính toán là dòng điện ngắn mạch ba pha. Để tính toán dòng điện ngắn mạch 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 của mạng. Chọn các lượng cơ bản: Công suất cơ bản: Scb =100MVA; Các điện áp cơ bản: Ucb1 = 230kV; Ucb2 =115kV; Ucb3 =10,5kV 5.1.Tính các điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. 5.1.1.Điện kháng của hệ thống điện. Nhiệm vụ thiết kế đã cho điện kháng tương đối định mức của hệ thống thứ tự thuận của hệ thống là XHT1 = 1,1và công suất định mức của hệ thống SHTđm =2600MVA. Do đó điện kháng của hệ thống qui đổi về lượng cơ bản là: XHT = XHT1. 0,00423 5.1.2.Điện kháng của máy phát điện. Các máy phát điện đã cho là loại TBΦ-100-2 cực ẩn và có điện kháng siêu quá độ dọc trục là Xd’’ = 0,183. Do đó điện kháng qui đổi về lượng cơ bản là: Xd = X’’d. = 0,1554 5.1.3.Điện kháng của đường dây 220kV XD = X0 .L. = 0,0454 5.1.4.Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây. Loại TDЦ 125-242/10,5 : Đã biết UN% = 10,5 ; STđm = 125MVA XB220 = Loại TDЦ 125-121/10,5 : Đã biết UN% = 11 ; STđm = 125MVA XT110 = 5.1.5.Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu. Nhà chế tạo đã cho điện áp ngắn mạch giữa các phía điện áp của máy biến áp tự ngẫu. Từ đó ta có: UNC% = 0,5.( UNC-T + UNC-H - UNT-H ) = 0,5.( 11 + 32 - 20 ) = 11,5 UNT% = 0,5.( UNC-T + UNT-H - UNC-H ) = 0,5.( 11 + 20 - 32 ) = - 0,5 ằ 0 UNH% = 0,5.( UNC-H + UNT-H - UNC-T ) = 0,5.( 32 + 20 - 11 ) = 20,5 Từ đây tính được điện kháng qui đổi của máy biến áp tự ngẫu ba pha về lượng cơ bản: XC = = = 0,046 XT = 0 XH = = = 0,082 5.2.Tính toán dòng điện ngắn mạch. Hệ thống đã cho có công suất tương đối lớn, do đó các tính toán ngắn mạch coi hệ thống như một nguồn đẳng trị. Hơn nữa trong tính toán, biến đổi sơ đồ không nhập hệ thống với các máy phát điện. 5.2.1.Sơ đồ nối điện ( Hình 5-1). T3 220KV ~ HT ~ ~ N1 110KV N3’ N3 N4 N2 G3 G2 G1 ~ G5 T1 T2 T4 Hình 5-1 Để chọn khí cụ điện cho mạch 220kV, ta chọn diểm ngắn mạch N1 với nguồn cung cấp là toàn bộ hệ thống và các máy phát điện. Đối với mạch 110kV, điểm ngắn mạch tính toán là N2 với nguồn cung cấp gồm toàn bộ các máy phát và hệ thống. Tuy nhiên với mạch máy phát điện cần tính toán hai điểm ngắn mạch là N3 và N3’. Điểm ngắn mạch N3 có nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát ( trừ máy phát G2) và hệ thống. Điểm ngắn mạch N3’ có nguồn cung cấp chỉ có máy phát G2. So sánh trị số của dòng điện ngắn mạch tại hai điểm này và chọn khí cụ điện theo dòng điện có trị số lớn hơn. Để chọn thiết bị cho mạch tự dùng ta có điểm ngắn mạch tính toán N4. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 gồm toàn bộ các máy phát và hệ thống điện. Dòng ngắn mạch tại N4 có thể xác định theo dòng ngắnmạch tại N3 và N3’. 5.2.2.Sơ đồ thay thế ( Hình 5-2 ) XHT N1 XC XH XF XB110 XF XB110 XF F1 F3 F4 XD N2 N3’ N3 XC XH XF N4 HT F2 Hình 5-2 5.2.3.Tính toán ngắn mạch 5.2.3.1.Điểm ngắn mạch N1 Từ sơ đồ thay thế hình 5-2 ta có sơ đồ tính toán điểm nhắn mạch N1 như hình 5-3 Đặt các điện kháng như sau: X1 = XHT + XD = 0,0042 + 0,0454 = 0,0496 X2 = X5 = XC = 0,046 X3 = X6 = XH = 0,082 X4 = X7 = X9 = X11 = XF = 0,1554 X8 = X10 = XB110 = 0,088 X10 = XT220 = 0,084 HT X1 N1 X5 X8 X9 X7 X6 X2 X3 X4 F1 F2 F3 F4 X11 X10 Hình 5-3 Dùng ._.