Thiết kế Nhà máy điện & trạm biến áp

Lêi më ®Çu Điện năng là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu. Ta thấy rằng nếu mất điện thì hầu hết toàn bộ mọi hoạt động sống cũng như sinh hoạt của con người đều ngừng trệ. Và để đáp ứng được sự phát triển của phụ tải và sự gia tăng về nhu cầu dùng điện của đất nước thì ngày càng nhiều các nhà máy phát điện được xây dựng. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp sẽ giúp chúng em có được những kiến thức cơ bản cũng như góc nhìn sơ bộ về xây dựng một nhà máy điện trong thực tế. Với sự giúp đỡ của bạn bè và các thầy cô trong bộ môn đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hữu Khái em đã hoàn thành đồ án này. Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể các thầy trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất. CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Đặc thù của điện năng là sản xuất ra mà không thể dự trữ được. Do đó, tại mỗi thời điểm, điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả tổn thất điện năng do truyền tải điện năng trên lưới điện. Nếu không đảm bảo được điều kiện đó thì chất lượng điện năng sẽ bị giảm sút và nếu nghiêm trọng hơn thì có thể gây tan rã hệ thống. Do lượng điện năng tiêu thụ của các phụ tải luôn thay đổi theo thời gian vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành nhà máy điện. 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, phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy trong nhà máy điện và vận hành tối ưu giữa các nhà máy điện trong hệ thống. 1.1. Chọn máy phát điện Đề bài của em là thiết kế nhà máy điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ là 55MW, với cấp điện áp máy phát là 10kV. Để thuận tiện cho việc xây dựng, sửa chữa và vận hành nhà máy điện, ta chọn các máy phát điên cùng loại. Tra trong sổ tay ta chọn được tổ máy với các số liệu cho trong bảng sau: Bảng1.1 Ký hiệu S (MVA) P (MW) Cosj U (kV) I (kA) Điện kháng tương đối X” X’ X 68,75 55 0,8 10,5 3,462 0,123 0,182 1,452 1.2. Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp Phụ tải ở các cấp điện áp được cho bao gồm Pmax, cosj và bảng phần trăm công suất trong các khoảng thời gian so với Pmax. Từ công suất đã cho tính được công suất biểu kiến của phụ tải trong các khoảng thời gian theo công thức: với Trong đó : +St : công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA). +Pt : công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t (MW). +cosj : hệ số công suất trung bình của phụ tải. +P% : công suất tính theo phần trăm Pmax của phụ tải tại thời điểm t. 1.2.1. Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát. Từ số liệu đã cho của phụ tải ở cấp điện áp máy phát Pmax = 20(MW) cosj=0,85 Ta có số liệu tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát cho trong bảng sau: Bảng 1.2 0-8 8-14 14-20 20-24 P(%) 60 80 100 70 Pt(MW) 12 16 20 14 St(MVA) 14,12 18,82 23,53 16,47 Từ số liệu tính toán trong bảng trên ta vẽ được đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát Hình 1.1 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 1.2.2 Tính toán đồ thị cấp điện áp trung (110kV) Từ số liệu đã cho của phụ tải cấp điện áp trung Pmax=90MW và cosj = 0,86 Ta có bảng số liệu tính toán phụ tải cấp điện áp trung: Bảng1.3 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 P(%) 70 90 100 75 Pt(MW) 63 81 90 67,5 SuT(MVA) 73,26 94,19 104,65 78,49 Từ số liệu trong bảng tính toán ta vẽ được đồ thị phụ tải cấp điện áp trung Hình 1.2 Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 1.2.3. Tính toán công suất phát của toàn nhà máy. Nhà máy gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất đặt là 55MW, công suất phát cực đại của toàn nhà máy là : PNM = 4x55 = 220 MW. Máy phát có hệ số công suất cosj là 0,8. Từ bảng số liệu phần trăm công suất phát của toàn nhà máy, ta có bảng số liệu công suất phát thực của nhà máy trong các khoảng thời gian : Bảng1.4 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 PNMt(%) 80 90 100 70 PNMt (MW) 176 198 220 154 SNMt(MVA) 220 247,5 275 192,5 Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị phụ tải của toàn nhà máy . Hình 1.3 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 1.2.4. Tính công suất tự dùng của nhà máy điện. Ta xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau : Trong đó Stdt : phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA). SNM : công suất đặt của toàn nhà máy, SNM = 250MVA. St : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t (MVA). a : Phần trăm lượng điện tự dùng, a= 6% Từ đồ thị phụ tải toàn nhà máy và dựa vào công thức tính phụ tải tự dùng trên ta tính được công suất tự dùng của nhà máy điện tại các thời điểm, ta được số liệu tính toán như bảng dưới đây : (với cosjtd = 0,85). Bảng 1.5:Công suất tự dùng của nhà máy 0 - 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 SNMt(MVA) 220 247,5 275 192,5 Stdt(MVA) 17,6 18,92 20,24 16,28 Ptdt(MW) 14,96 16,082 17,204 13,838 Hình 1.4 Đồ thị phụ tải tự dùng của toàn nhà máy 1.2.5. Tính công suất về hệ thống (220kV). Phương trình cân bằng công suất tức thời của toàn nhà máy (bỏ qua tổn thất công suất trong các máy biến áp) : SNM(t) = SUF(t) + SUT(t) + SUC(t) + SHT(t) + STD(t) (MVA) Trong đó SUC = 0 tại mọi thời điểm. Công suất tải về hệ thống : SHT(t) = SNM(t) - [ SUF(t) + SUT(t) + STD(t) ] (MVA) Dựa vào các số liệu tính toán ở các cấp điện áp, số liệu phụ tải toàn nhà máy và dựa vào phương trình cân bằng công suất trên ta tính được công suất tải về hệ thống. Dưới đây là bảng cân bằng công suất toàn nhà máy : Bảng 1.6 0 - 7 7 - 8 8 - 14 14 - 20 20- 24 SNMt(MVA) 220 247,5 247,5 275 192,5 SUFt(MVA) 14,12 14,12 18,82 23,53 16,47 SUTt(MVA) 73,26 94,19 94,19 104,65 78,49 STDt(MVA) 17,6 18,92 18,92 20,24 16,28 SHTt(MVA) 115,02 120,27 115,57 126,58 81,26 Từ số liệu công suất tải về hệ thống ta vẽ được đồ thị phụ tải hệ thống : Hình 1.5 Đồ thị phụ tải hệ thống 1.2.6. Các nhận xét. Phụ tải ở các cấp điện áp khá bằng phẳng, công suất lúc phụ tải cực tiểu khoảng 60% công suất cực đại. Phụ tải ở cấp điện áp máy phát nhỏ, nhà máy chủ yếu cung cấp cho phụ tải cấp điện áp trung và đưa về hệ thống Tổng công suất hệ thống là 1800 MVA, công suất dự trữ quay của hệ thống là 100MVA. Tổng công suất của cả nhà máy là 220MVA. Do đó, đối với hệ thống nhà đóng vai trò tương đối quan trọng . CHƯƠNG II LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY 2.1. Chọn sơ đồ tối ưu Lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện là một công việc hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy. Lựa chọn được sơ đồ tối ưu về kinh tế kỹ thuật sẽ mang lại những lợi ích kinh tế rất lớn, cũng như độ tin cậy an toàn cung cấp điện. Ta lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện dựa trên những cơ sở sau Số lượng máy phát. công suất các máy phát. công suất phụ tải các cấp điện áp. công suất hệ thống điện. Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp cần phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật sau : Có hay không có thanh góp điện áp máy phát. Cần phải có thanh góp điện áp máy phát nếu phụ tải cấp điện áp máy phát lớn hơn 30% công suất định mức của một máy. Số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thoả mãn điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất, các máy phát còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải ở cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áp trung ( trừ phần phụ tải do các bộ hoặc các nguồn khác nối vào thanh góp điện áp trung có thể cung cấp được). Công suất mỗi bộ máy phát điện – máy biện áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. Chỉ được phép ghép bộ máy phát điện – 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 lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải chuyển hai lần qua máy biến áp, tăng tổn hao và gây quá tải cho máy biến áp liên lạc ba cuộn dây. Đối với máy biến áp tự ngẫu liên lạc thì không cần điều kiện này. Khi phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ, để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp, nhưng công suất lấy rẽ nhánh không vượt qua 15% công suất của bộ. Máy biến áp ba cuộn dây chỉ nên sử dụng khi công suất truyền tải qua cuộn dây này không nhỏ hơn công suất truyền tải qua cuộn dây kia. Thông thường tỷ số công suất các cuộn dây là 100/100/100, 100/100/66,7 hay 100/66,7/66,7 nghĩa là cuộn dây có công suất thấp nhất cũng bằng 66,7% công suất định mức. Do đó, nếu truyền công suất qua cuộn dây nào đó quá nhỏ sẽ không tận dụng được khả năng tải của nó. Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc tự ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết bị phân phối sẽ phức tạp hơn. Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía trung và cao đều là những lưới điện có trung tính trực tiếp nối đất (U 110kV). Khi công suất tải lên điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì phải đặt ít nhất hai máy biến áp. Không nên nối song song máy biến áp hai cuộn dây với máy biến áp ba cuộn dây vì thường không chọn được hai máy biến áp có tham số phù hợp với điều kiện để vận hành song song. Nhà máy gồm 4 tổ máy, công suất định mức của mỗi tổ máy là 55MW cung cấp điện cho các phụ tải : Phụ tải cấp điện áp máy phát 10kV. Phụ tải cấp điện áp trung 110kV. Phát công suất thừa lên hệ thống 220kV. Phụ tải địa phương cấp điện áp 10kV có công suất SUFmax = 23,53MVA Thực tế là ta thấy 17,11% không lớn hơn là nhiều lắm và có thể coi như nhau vì vậy ta không cần dùng thanh góp máy phát. Trong trường hợp này ta có thể tăng thêm tiết diện thanh góp. Các chỗ đấu nối sẽ được gia cố thêm. Các lưới điện cấp trung và cấp cao đều là các lưới điện có trung tính trực tiếp nối đất, do đó ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để làm biến áp liên lạc giữa các phía cao và trung, hệ số sử dụng giữa các cuộn dây là : Dự trữ quay của hệ thống là 100MVA nên không thể ghép hai máy phát chung một máy biến áp vì nếu ghép thì : Sbộ = 2x68,75 = 137,5MVA >100MVA Từ các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau: Hình 2.1 Sơ đồ nối dây  a.Phương án I. Sơ đồ nối dây (Hình 2.1) Sử dụng hai bộ máy phát – máy biến áp để cấp điện cho phụ tải phía trung. Sử dụng hai bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu để liên lạc và truyền tải công suất giữa các phía điện áp Ưu nhược điểm Ưu điểm : các máy biến áp hai cuộn dây chỉ đặt ở phía trung nên giảm được cách điện, giảm giá thành và lắp đặt nhà máy và giá thành các thiết bị phân phối. Nhược điểm : công suất phát của các máy phát phía trung lớn hơn công suất của phụ tải phía trung lúc cực tiểu, do đó trong chế độ phụ tải cực tiểu các máy phát không phát hết được công suất hoặc công suất phải truyền hai lần qua máy biến áp gây tăng tổn hao trong máy biến áp. b.Phương án II Sơ đồ nối dây Hình 2.2 Trong phương án này Sử dụng một bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây để cấp điện cho phía trung, một bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây để cấp điện cho hệ thống. Các phía được liên lạc với nhau nhờ hai máy biến áp tự ngẫu. Ưu nhược điểm của phương án : Ưu điểm : khắc phục được nhược điểm của phương án trên, đó là công suất phát của bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây ở phía trung nhỏ hơn công suất phụ tải ở đó lúc cực tiểu. Vì vậy ngay ở lúc phụ tải phía trung cực tiểu thì bộ này vẫn phát được công suất định mức. Nhược điểm : Một máy biến áp hai cuộn dây mắc phía cao nên giá thành máy biến áp và thiết bị phân phối cao hơn ở phương án trên. c.Phương án III Sơ đồ nối dây Hình 2.3 Trong sơ đồ này sử dụng Một bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây cấp điện cho phía trung Hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp và cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát Ưu nhược điểm Ưu điểm : sử dụng chế độ truyền công suất tốt nhất của máy biến áp tự ngẫu, đó là truyền công suất về phía hạ. Do đó giảm được kích thước của máy biến áp liên lạc. Nhược điểm : trong sơ đồ nối dây của phương án có quá nhiều máy biến áp nên sơ đồ trạm phân phối phức tạp. Từ các phương án đề xuất ở trên ta thấy hai phương án đầu tiên có sơ đồ nối dây đơn giản hơn phương án thứ ba mà vẫn có khả năng đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật nên ta chọn hai phương án 1 và 2 để tính toán kinh tế kỹ thuật. 2.2. Chọn máy biến áp cho các phương án Máy biến áp là một thiết bị điện rất quan trọng trong hệ thống điện. Vì vậy vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất cao. Ta cần chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ trong khi vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ. Máy biến áp lựa chọn phải đảm bảo làm việc an toàn trong điều kiện bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất. Nguyên tắc chung để chọn máy biến áp là : Chọn máy biến áp có công suất định mức SdmB lớn hơn hoặc bằng công suất lớn nhất có thể truyền qua máy biến áp trong điều kiện làm việc bình thường, sau đó kiểm tra điều kiện quá tải sự cố có kể đến hệ số quá tải của máy biến áp, Xác định công suất thiếu về hệ thống không được lớn hơn công suất dự trữ quay của hệ thống. Dựa vào biểu đồ phụ tải ta lần lượt chọn máy biến áp cho từng phương án, Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện môi trường, tức là không cần hiệu chỉnh công suất của các máy biến áp theo nhiệt độ môi trường. 2.2.1.Phương án 1 a.Chọn máy biến áp hai dây quấn B3 và B4 . Các máy biến áp hai dây quấn B3 và B4 là các máy biến áp nối bộ với máy phát điện và mang tải bằng phẳng, điện áp thay đổi không đáng kể, việc điều chỉnh điện áp chỉ cần điều chỉnh kích từ máy phát điện là đủ. Do đó chọn máy biến áp không có điều áp dưới tải. Công suất của máy biến áp hai cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện : SdmB SFdm = 68,75MVA Các máy biến áp B3 và B4 là các máy biến áp tăng áp từ điện áp máy phát 10kV lên cấp điện áp trung 110kV, Tra bảng trang 151 THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ta chọn máy biến áp TдЦ 80 – 121/10,5 có các số liệu cho trong bảng sau : Bảng 2.1 Sdm (MVA) UCdm (kV) UHdm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% Giá 106VNĐ 80 121 10,5 70 310 10,5 0,55 2560 b.Chọn máy biến áp tự ngẫu liên lạc (B1 và B2 ). Máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ truyền tải và liên lạc giữa các phía điện áp nên nó mang tải không bằng phẳng và điện áp thay đổi nhiều. Việc điều chỉnh điện áp nhờ điều chỉnh kích từ máy phát là chưa đủ để đảm bảo điên áp ra của máy biến áp. Vì thế máy biến áp liên lạc chọn máy biến áp có điều áp dưới tải. Do không có thanh góp điện áp máy phát nên các máy biến áp tự ngẫu có công suất được lựa chọn theo điều kiện : SdmB Trong đó là hệ số có lợi = Từ đó ta có SdmB Ta chọn máy biến áp có các thông số sau : Bảng 2.2 Loại Sdm MVA UC kV UT kV UH kV DP0 DPN U U U I0 % SH MVA ATдЦTH 125 230 121 11 75 290 11 31 19 0,6 63 Giá của máy biến áp liên lạc là : 7400.106VNĐ 2.2.2.Phương án II Trong phương án II, máy biến áp B4 chọn giống máy biến áp B3 và B4 trong phương án I, máy biến áp liên lạc B2 và B3 cũng chọn giống như phương án trên, Chỉ có máy biến áp B1 có cấp điện áp cao là 220kV chọn có công suất giống như các máy biến áp bộ phía 110kV, tra phụ lục ta chọn máy biến áp TдЦ 80 – 242/10,5 có thông số trong bảng sau: Bảng 2.3 Sdm (MVA) UCdm (kV) UHdm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% Giá 106VNĐ 80 242 10,5 80 320 11 0,6 3600 2.3. Phân bố công suất cho các máy biến áp 2.3.1.Phương án I a.Đối với máy biến áp hai dây quấn SBmax = SFdm – STDmax = 68,75 – 20,24 = 63,69MVA < SdmB = 80MVA Máy biến áp hai cuộn dây do làm việc với tải bằng phẳng nên không có khả năng bị quá tải. b. Đối với máy biến áp tự ngẫu Công suất qua các cuộn dây : phía cao, phía trung, phía hạ được tính như sau Phía cao SC = SHT Phía trung ST = ( SUT -SSBT) Phía hạ SH = SC + ST Trong đó SSBT là tổng công suất truyền qua các máy biến áp phía trung SSBT = 2SdmF - STDmax Từ các công thức trên và các bảng số liệu của các cấp phụ tải ta có bảng số liệu phân bố công suất của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu :Bảng 2.4 0 – 7 7 – 8 8 – 14 14 – 20 20 – 24 SC(MVA) 57,51 60,135 57,785 63,29 40,63 ST(MVA) -27,06 -16,595 -16,595 -11,365 -24,445 SH(MVA) 30,45 43,54 41,19 51,925 16,185 Dấu “- “ thể hiện công suất đi từ phía trung lên phía cao 2.3.2.Phương án II Các máy biến áp hai dây quấn có công suất truyền qua không đổi giống như ở phương án 1. Ta chỉ xét phân bố công suất của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu. Với sơ đồ của phương án này, công suất phân bố ở các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu được tính như sau : Phía cao SC = (SHT – SB1) Trong đó SB1 = SFdm - STDmax Phía trung ST = ( SUT – SB4 ) SB4 = SFdm - STDmax Phía hạ SH = SC + ST Từ các công thức trên và các bảng số liệu của các cấp phụ tải ta có bảng số liệu phân bố công suất của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu : Bảng 2.5 0 – 7 7 – 8 8 – 14 14 – 20 20 – 24 SC(MVA) 25,665 28,29 25,94 31,445 8,785 ST(MVA) 4,785 15,25 15,25 20,48 7,4 SH(MVA) 30,45 43,54 41,19 51,925 16,185 2.4.Kiểm tra khả năng quá tải sự cố Trong đồ án môn học này ta chỉ xét khi phụ tải điện áp trung cực đại 2.4.1.Phương án I + Sự cố hỏng một máy biến áp hai dây quấn phía trung áp (B4) Trong các trường hợp sự cố các máy biến áp còn lại được phép quá tải 40%, Trong sơ đồ này, các máy biến áp tự ngẫu phải thoả mãn điều kiện : 2.ksc.a.SdmTN + SB3 SUTmax (1) ksc là hệ số quá tải sự cố ksc = 1,4 SB3 = Sbộ = SFdm - STDmax = 68,75 - .20,24 = 63,69(MVA) 2ksc.a.SdmTN + SB3 = 2.1,4.0,5.125 + 63,69= 238,69(MVA) SUTmax = 104,65 Như vậy điều kiện (1) được thoả mãn. +Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu : SCT = (SUTmax – SB3) = (104,65– 63,69) = 20,48(MVA) SCH = SdmF - SUF - STDmax = 68,75 - .23,53 - 20,24 =36,745 (MVA) SCC = SCH – SCT = 36,745 – 20,48 = 16,275(MVA) +Công suất thiếu về hệ thống : Sthiếu = SHT – 2SCC = 126,58 – 2.16,275 = 94,04(MVA) Công suất dự phòng của hệ thống Sdp = 100MVA Như vậy Sthiếu < Sdp. Vậy các máy biến áp thoả mãn điều kiện quá tải khi có sự cố hỏng máy biến áp bộ phía trung + Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc (B1) Trong trường hợp này máy biến áp tự ngẫu phải thoả mãn điều kiện : ksc.a.SdmTN + SB3 + SB4 SUTmax (2) Trong đó SB3 = SB4 = Sbộ = 63,69 (MVA) ksc.a.SdmTN + SB3 + SB4 = 1,4.0,5.125 + 2.63,69 = 214,88 (MVA) Như vậy điều kiện (2) được thoả mãn. Phân bố công suât các phía máy biến áp tự ngẫu B2 SCT = SUTmax – 2.Sbộ = 104,65 – 2.63,69 = - 22,73 (MVA) Như vậy công suất phía trung vẫn truyền lên phía cao. SCH= SdmF – SUF - STDmax = 68,75 – 23,53 - .20,24 = 40,16 (MVA) SCC= SCH - SCT = 40,16 – (- 22,73) = 62,89 (MVA) Công suất thiếu về hệ thống Sthiếu = SHT – SCC = 126,58 - 62,89= 63,69 (MVA) Như vậy Sthiếu < Sdp. Vậy các máy biến áp thoả mãn sự cố khi hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc. 2.4.2.Phương án II + Sự cố hỏng máy biến áp hai dây quấn phía trung (B4) Máy biến áp tự ngẫu phải thoả mãn các điều kiện : 2ksc.a.SdmTN SUTmax (3) 2ksc.a.SdmTN = 2.1,4.0,5.125 = 175 (MVA) Như vậy điều kiện (3) được thoả mãn. Phân bố công suất trong các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu. Cũng như trên ta có SB1 = Sbộ = 63,69(MVA) SCT = SUTmax = .104,65 = 52,325(MVA) SCH = SdmF - SUF - STDmax = 68,75 - 23,53 - 20,24 = 40,16(MVA) SCC = SCH – SCT = 40,16– 52,325= -12,165(MVA) +Công suất thiếu về hệ thống : Sthiếu = SHT – (Sbộ + 2SCC) = 126,58 – (63,69 + 2.(-12,165)) = 87,22(MVA) Như vậy Sthiếu < Sdp. Vậy các máy biến áp thoả mãn điều kiện sự cố hỏng máy biến áp hai cuộn dây phía điện áp trung. + Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc (B3) Máy biến áp tự ngẫu còn lại phải thoả mãn điều kiện : ksc.a.SdmTN + Sbộ SUTmax (4) ksc.a.SdmTN + Sbộ = 1,4.0,5.125 + 63,69 = 238,69(MVA) Như vậy điều kiện (4)được thoả mãn Phân bố công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu B2 SCT = SUTmax - Sbộ = 104,65 – 63,69 = 40,96(MVA) SCH = SdmF – SUF - STDmax = 68,75 – 23,53 - .20,24 = 35,1(MVA) SCC = SCH – SCT =- 40,96+35,1= -5,86(MVA) +Công suất thiếu về hệ thống : Sthiếu = SHT – (Sbộ + SCC) = 126,58 – (63,69 + (-5,86)) = 68,75(MVA) Như vậy Sthiếu < Sdp. Vậy các máy biến áp lựa chọn thoả mãn các điều kiện khi quá tải trong trường hợp hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc. Tóm lại tất cả các máy biến áp đã lựa chọn đều thoả mãn các điều kiện kỹ thuật 2.5.Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp. 2.5.1.Phương án I + Tổn thất điện năng trong các máy biến áp hai dây quấn phía trung Trong đó n là số máy biến áp hai cuộn dây phía trung( n=2) DP0 là tổn thất công suất khi không tải DPN là tổn thất công suất khi ngắn mạch T là thời gian tổn thất điện năng, T = 8760h (1năm) SB công suất truyền tải qua n máy biến áp SB = 2.63,69 = 137,28(MVA) SdmB công suất định mức máy biến áp DA2dq = 2.70.8760 + .310..8760 = 5224654kWh + Tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu : n là số máy biến áp tự ngẫu vận hành song song. SiC, SiT, SiH tương ứng là các công suất truyền qua các cuộn dây cao, trung, hạ của n máy biến áp tự ngẫu. ti là khoảng thời gian máy biến áp truyền tải tương ứng các công suất SiC, SiT, SiH trong ngày. DP0 là tổn thất công suất lúc không tải. DPNC, DPNT, DPNH là tổn thất công suất của các cuộn dây cao, trung, hạ lúc ngắn mạch. Trong đó số liệu về máy biến áp có PNCT = 290kW DPNCH = DPNTH =0,5DPNCT = 0,5.290 = 145kW Ta có bảng quan hệ giữa ti, SiC, SiT, SiH và Ai Trong đó Ai = Bảng 2.6 ti(h) 7 1 6 6 4 SiC(MVA) 57,51 60,135 57,785 63,29 40,63 SiT(MVA) -27,06 -16,595 -16,595 -11,365 -24,445 SiH(MVA) 30,45 43,54 41,19 51,925 16,185 Ai(kWh) 80867,3 16222,67 88450,11 124209,3 20555 SAi = 330304(kWh) DATN = 2.75.8760 + 330304 = 1644304(kWh) DAS = DA2dq + DATN = 5224654 + 1644304 = 6868958(kWh) 2.5.2.Phương án II Tổn thất trong máy biến áp hai dây quấn phía 110kV Trong đó SB là công suất truyền qua máy biến áp đó DA2dq110 = 70.8760 + 310..8760 = 1721259 (kWh) Tổn thất trong máy biến áp hai dây quấn phía 220kV DA2dq220 = 80.8760 + 320..8760 = 2477510 (kWh) Tổn thất trong máy biến áp tự ngẫu có công thức hoàn toàn giống như trong phương án I, đồng thời do chọn cùng loại máy biến áp nên có cùng DPNC, DPNT, DPNH, DP0, Chỉ khác phân bố công suất trong các cuộn dây là khác nhau. Tương tự như phương án I ta cũng có bảng quan hệ giữa ti, SiC, SiT, SiH và Ai Bảng 2.7 ti(h) 7 1 6 6 4 SiC(MVA) 25,665 28,29 25,94 31,445 8,785 SiT(MVA) 4,785 15,25 15,25 20,48 7,4 SiH(MVA) 30,45 43,54 41,19 51,925 16,185 Ai(kWh) 1443,963 294,9574 1674,225 2110,564 438,5747 SAi = 5962.285(kWh) DATN = 2x75x8760 + 5962.285 = 1319962(kWh) DAS = DA2dq110 + DA2dq220 + DATN = 1721259 + 2477510 + 1319962 = 5518731(kWh) 2.6. Tính dòng điện cưỡng bức của các mạch. 2.6.1. Phương án I (Hình 2.1) a.Cấp điện áp về hệ thống 220kV + Mạch đường dây nối với hệ thống : Phụ tải cực đại SHTmax = 126,58MVA. Dòng điện sự cố trên mạch đường dây nối về hệ thống được tính trong trường hợp đứt một lộ đường dây, khi đó : + Mạch máy biến áp tự ngẫu Khi làm việc bình thường dòng điện cưỡng bức của mạch này là : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng điện cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố một máy biến áp bộ phía trung, dòng điện cưỡng bức của mạch là : Dòng điện cưỡng bức lớn nhất ứng với cấp điện áp 220kV của phương án I là Icb220 = 0,332kA b.Cấp điện áp trung 110kV + Mạch đường dây : Phụ tải cấp điện áp trung được cấp điện bởi 2 đường dây kép, mỗi đường dây có công suất là 45MW, cosj = 0,86. Dòng điện cưỡng bức được tính khi có sự cố đứt một lộ đường dây của đường dây kép nào đó. Dòng làm việc cưỡng bức là : + Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây : + Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường, dòng cưỡng bức của mạch này là : Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức của mạch là : Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất của mạch cấp điện áp trung là Icb = 0,379(kA) c.Cấp điện áp máy phát 10kV. Dòng điện cưỡng bức của mạch này chính là dòng điện làm việc cưỡng bức của máy phát điện ta có : 2.6.2. Phương án II (Hình 1.2) a.Cấp điện áp 220kV + Mạch đường dây : giống như trong phương án I ta có Icb = 0,332kA. + Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường dòng điên cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố bộ bên trung thì dòng điện cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng điện cưỡng bức là : + Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây : Vậy dòng điện cưỡng bức lớn nhât ở cấp điện áp 220kV trong phương án này là Icb220 = 0,332kA b.Cấp điện áp 110kV. + Mạch đường dây giống như phương án I ta có Icb = 0,275(kA) + Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây cũng như trên Icb = 0,379kA + Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường dòng điên cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố bộ bên trung thì dòng điện cưỡng bức là : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng điện cưỡng bức là : Vậy dòng điện cưỡng bức lớn nhất của cấp điện áp trung trong phương án II là Icb110 = 0,379kA c.Cấp điện áp máy phát. Cũng giống như phương án I dòng cưỡng bức cấp điện áp máy phát là IcbF=3,969(kA) Bảng kết quả tính dòng điện cưỡng bức của các mạch : Bảng 2.8 220kV 110kV 10kV Phương án I 0,332 0,379 3,969 Phương án II 0,332 0,379 3,969 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Tính toán dòng điện ngắn mạch để chọn khí cụ điện và các thiết bị điện theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua. Ở đây ta chỉ tính dòng điện có trị số lớn nhất, đó là dòng ngắn mạch 3 pha. Để đơn giản cho tính toán ta tính ngắn mạch theo đơn vị tương đối cơ bản. Chọn công suất cơ bản Scb = 100MVA Chọn điện áp cơ bản là điện áp trung bình các cấp (10,5kV ; 115kV ; 230kV tương ứng với các cấp điên áp). Theo đề bài ta có SdmHT = 1800MVA ; x*d = 1,9 3.1. Chọn điểm ngắn mạch. Trong các phương án ta tính ngắn mạch tại các điểm N1, N2, N3, N4, N5 Phương án I : hình 3.1 Phương án II : Hình 3.2 3.2. Tính toán ngắn mạch. 3.2.1.Phương án I + Điểm ngắn mạch N1 có Ucb = 230kV Sơ đồ thay thế : X1 = XHT = X*HT. = X2 = Xd = X0.L. = X3 = X4 = XC = = X5 = X6 = XT = = X7 = X8 = XH = = X9 = X10 = X11 = X12 = X13 = X14 = XF = Xd”. Vì sơ đồ đối xứng qua điểm ngắn mạch nên sử dụng phương pháp gập hình để biến đổi sơ đồ thay thế trên về sơ đồ sau: X16 = X1 + X2 = 1.105 + 0.0567 = 1.2537 X17 =X7 + X11 = 0.1789+0.156= 0.3369 X18 =X9 + X13 =0.1789+0.1313=0.3102 Tiếp tục biến đổi sơ đồ ta có sơ đồ đơn giản sau : X19=X16=1.2537 X20 = X18//X17 + X3 = Đưa về đơn vị tương đối định mức : >3 Khi đó với hệ thống ta có Tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 là : +Dòng ngắn mạch siêu quá độ : +Dòng ngắn mạch duy trì : +Dòng điện xung kích : Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích. +Điểm ngắn mạch N2 có Ucb = 115kV Tương tự như điểm ngắn mạch N1 ta có sơ đồ thay thế tính ngắn mạch với các điện kháng ở đơn vị tương đối cơ bản. Tương tự, bằng phương pháp gập hình ta có sơ đồ rút gọn như sau với các điện kháng giống như trên: Sơ đồ thay thế đơn giản nhất : X19 = X16 = 1,2537 X20 = X17//X18 = Đưa về đơn vị tương đối định mức : Từ trên ta có Tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là : +Dòng ngắn mạch siêu quá độ : +Dòng ngắn mạch duy trì : +Dòng điện xung kích : Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích. + Đểm ngắn mạch N4 chỉ được cấp nguồn bởi F1 có Ucb = 10,5kV. Sơ đồ thay thế Đưa điện kháng XF về dạng tương đối định mức : Tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Dòng điện xung kích + Điểm ngắn mạch N3, máy phát F1 không tham gia có Ucb = 10,5kV Với các điện kháng không thay đổi như trên ta có sơ đồ thay thế Biến đổi tương đương sơ đồ ta có : Biến đổi sao X7, X18, X19 thành tam giác thiếu X20, X21 : Đưa về đơn vị tương đối định mức : Vì phía hệ thống có XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : Đối với phía nhà máy, tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N3 là : +Dòng ngắn mạch siêu quá độ : +Dòng ngắn mạch duy trì : +Dòng điện xung kích : Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích. +Mạch tự dùng : Dòng điện xung kích mạch tự dùng : Bảng kết quả tính toán ngắn mạch phương án 1 : Bảng 3.1 N1 N2 N3 N4 N5 I”(kA) 4.3529 6.6521 19.8968 28.35 48.2468 (kA) 11.0806 6.3069 17.6288 17.01 34.6388 Ixk(kA) 5,791 06.9334 50.6489 72.17 122.8163 3.2.2.Phương án II + Điểm ngắn mạch N1 có Ucb = 230kV Sơ đồ thay thế và kết quả tính toán các điện kháng ở đơn vị tương đối cơ bản: Tham khảo các thông số tính toán ở trong phương án I (trong phương án II các giá trị của kháng vẫn không thay đổi ) Biến đổi sơ đồ ta có sơ đồ thay thế đơn giản sau : Cuối cùng ta có sơ đồ đơn giản sau Đưa về đơn vị tương đối định mức : Tra đường cong tính toán ta có : (vì kháng tính toán hệ thống lớn hơn 3) Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 là : +Dòng ngắn mạch siêu quá độ : +Dòng ngắn mạch duy trì : +Dòng điện xung kích : Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích. + Điểm ngắn mạch N2 có Ucb = 115kV. Sơ đồ thay thế và các điện kháng giống với sơ đồ khi tính ngắn mạch tại điểm N1 chỉ khác là điểm ngắn mạch thay đổi : Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản : Các điện kháng thay thế ở sơ đồ trên tính tương tự như trong trường hợp tính ngắn mạch ở điểm N1 Biến đổi sao X15, X16, X19 thành tam giác thiếu X20, X21 và ghép song song X17 và X18 thành X22 ta có : Đưa về đơn vị tương đối định mức : Tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là : Dòng ngắn mạch siêu quá độ Dòng ngắn mạch duy trì Dòng điện xung kích + Điểm ngắn mạch N4 có trị số dòng ngắn mạch giống như trong phương án I Dòng điện xung kích + Điểm ngắn mạch N3 Sơ đồ thay thế : Biến đổi sơ đồ Đưa về đơn vị tương đối định mức : Vì điện kháng tính toán phía hệ thống và các máy phát đều lớn hơn 3 nên áp dụng công thức tính : Đổi sang đơn vị có tên ta có Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N3 là : Dòng ngắn mạch siêu quá độ Dòng ngắn mạch duy trì Dòng điện xung kích Mạch tự dùng : Dòng điện xung kích mạch điện tự dùng : Bảng kết quả tính ngắn mạch phương án II : Bảng 3.2 N1 N2 N3 N4 N5 I”(kA) 3,6674 5,8839 3,795 28,35 32,145 (kA) 2,6319 4,5033 3,795 17,01 20,808 Ixk(kA) 9,3375 14,9778 9,66 72,17 81,827 CHƯƠNG IV SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1. Chọn sơ đồ thiết bị phân phối Phía 220kV chọn sơ đồ hệ thống hai thanh góp Phía 110kV do chỉ có 2 lộ đường dây nối vào thanh g._.