Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp

ể từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối nói chung là thấp . Vì vậy đề ra , lựa chọn và thực hiện các phương pháp biến đổi năng lượng, từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối để đạt hiệu quả cao nhất là một nhu cầu và cũng là nhiệm vụ của con người. Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng , bao gồm các nhà máy điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ điện . Trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi nguồn năng lượng sơ cấp như than , dầu, khí đốt, thủy năng ... thành điện năng . Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỉ trọng lớn như thập kỷ 80. Tuy nhiên với thế mạnh về nguồn nguyên nhiên liệu ở nước ta , tính chất phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện ... thì việc củng cố và xây dựng mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đanglà một nhu cầu đối với giai đoạn phát triển hiện nay. Trong bối cảnh đó thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành hệ thống điện trước khi ra trường. Với yêu cầu như vậy đồ án tốt nghiệp được hoàn thành gồm bản thuyết minh kèm theo bản vẽ và phần chuyên đề . Bản thuyết minh gồm hai phần : Phần thứ nhất :Với nội dung thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp được chia làm 6 chương . Các chương này trình bày toàn bộ quá trình tính toán phụ tải và cân bằng công suất, tính toán chọn máy biến áp , tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện các phương án, tính toán thiết kế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu, lựa chọn các khí cụ điện và dây dẫn - thanh góp, chọn sơ đồ nối điện chính và thiết bị tự dùng. Phần hai : Chuyên đề. Xác định chế độ làm việc vận hành tối ưu của Nhà máy theo phương pháp quy hoạch động gồm các phần : Phương pháp tính, tính toán cụ thể , thiết lập bảng phân phối tối ưu công suất giữa các tổ máy theo bậc công suất của toàn Nhà máy, xác định chế độ vận hành tối ưu của nhà máy ứng với biểu đồ công suất, so sánh chi phí nhiên liệu . Tính toán thiết kế nhà máy điện Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là một phần rất quan trọng trong nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp. Nó quyết định tính đúng, sai của toàn bộ quá trình tính toán sau. Ta sẽ tiến hành tính toán cân bằng công suất theo công suất biểu khiến S dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp hàng ngày vì hệ số công suất cosj các cấp điện áp không giống nhau. 1.1.Chọn máy phát điện: Nhà máy điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là 60 (MW) ta sẽ chọn các máy phát cùng loại, điện áp định mức bằng 10,5 (KV). Bảng tham số máy phát điện: Bảng 1.1 Loại máy phát Thông số định mức Điện kháng tương đối n (v/ph) S (MVA) P (MW) U (KV) cosj I (KA) X”d X’d Xd TBf-60-2 3000 75 60 10,5 0,8 4,125 0,146 0,22 1,691 1.2.Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.2.1. Tính toán phụ tải địa phương 10,5 (KV) Ta tính toán theo công thức: PĐP(t) = SĐP(t) = Pmax = 9 (MW) ; cosj = 0,84 ; Uđm = 10,5 (KV) Do đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải như sau: Bảng 1.2 t (h) 0 á 6 6 á 10 10 á 14 14 á 18 18 á 24 P(%) 60 80 100 90 70 Pđp(t) 5,4 7,2 9 8,1 6,3 Sđp(MVA) 6,42 8,57 10,71 9,64 7,5 SĐP (MVA) t (h) 0 6 10 14 18 24 7,5 8,75 10,71 9,64 6,42 Đồ thị phụ tải địa phương 1.2.2. Cấp điện áp trung áp (110KV) Phụ tải bên trung gồm 2 đường dây kép và 2 đường dây đơn Pmax = 100 (MW) ; cosj = 0,8 Công thức tính: PT(t) = ST(t) = Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải Bảng 1.3 t (h) 0á4 4á10 10á14 14á18 18á24 P(%) 70 80 100 90 70 PT(t) 70 80 100 90 70 ST(MVA) 87,5 100 125 112,5 87,5 Đồ thị phụ tải trung áp 125 t (h) 87,5 100 112,5 87,5 0 4 10 14 18 24 ST (MVA) 1.2.3. Phụ tải toàn nhà máy Nhà máy có 4 tổ máy có SđmF = 75 (MW). Do đó công suất đặt của nhà máy là: SNM = 4 . 75 = 300 (MVA) SNM(t) = PNM = . PNM max Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải toàn nhà máy Bảng 1.4 t (h) 0 á 8 8 á 12 12 á 14 14 á 20 20 á 24 P(%) 70 80 100 100 80 PNM (MW) 168 192 240 240 192 SNM(MVA) 210 240 300 300 240 Đồ thị phụ tải toàn Nhà máy SNM (MVA) t (h) 210 0 8 12 14 20 24 240 300 240 1.2.4. Tự dùng của nhà máy điện Ta có: STD(t) = Trong đó a = 8% từ đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị điện tự dùng như sau: t (h) 0 á 8 8 á 12 12 á 14 14 á 20 20 á 24 P(%) 70 80 100 100 80 STD(MVA) 19,68 21,12 24 24 21,12 STD (MVA) t (h) 19,68 0 8 12 14 20 24 21,12 24 21,12 1.2.5. Cân bằng công suất toàn nhà máy, công suất phát về hệ thống Bỏ qua tổn thất công suất, từ phương trình cân bằng công suất ta có công suất phát về hệ thống SHT(t) = SNM(t) - SđP(t) - ST(t) - STD(t) Từ đó ta có bảng tính toán phụ tải và cân bằng công toàn nhà máy T S MVA 0 á 4 4 á 6 6 á 8 8 á 10 10 á12 12 á14 14 á16 16 á18 18 á20 20 á22 22 á24 SNM(t) 210 210 210 240 240 300 300 300 300 240 240 SDP(t) 6,42 6,42 8,57 8,57 10,71 10,71 9,64 9,64 7,5 7,5 7,5 ST(t) 87,5 100 100 100 125 125 112,5 112,5 87,5 87,5 87,5 STD 19,68 19,68 19,68 21,12 21,12 24 24 24 24 21,12 21,12 SHT 96,4 83,9 81,75 110,13 83,17 140,29 153,86 153,86 181 123,88 123,88 Đồ thị phụ tải hệ thống SHT 83,17 181 96,4 83,9 81,75 110,13 140,29 153,86 123,88 t (h) 0 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Đồ thị phụ tải tổng hợp 0 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 S (MVA) 210 240 300 240 SNM SNM 113,6 126,1 128,25 129,69 156,88 159,71 146,14 119 116,12 STD + SĐP + ST ST 26,1 28,5 29,69 31,83 34,71 33,64 31,35 28,62 (STD + SĐP) SĐP 19,68 21,12 24 21,12 Stđ STD t(h) Nhận xét chung: - Phụ tải điện áp trung nhỏ nhất là 78,5 (MVA), lớn hơn công suất định mức của 1 máy phát (75 (MVA)) nên ta có thể ghép ít nhất một bộ máy phát và phía thanh góp này và cho vận hành định mức liên tục. - Phụ tải điện áp máy phát = của máy phát (MW) Vậy ta có thể dùng sơ đồ bộ - Cấp điện áp cao áp (220 kV) và trung áp (110 kV) là lưới trung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu sẽ có lợi hơn. Máy biến áp này liên hệ với nhau cả về điện và về từ. Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà máy, địa bàn của phụ tải nhà máy, nguồn nhiên liệu... Riêng về phần nhà máy hoàn toàn có khả năng phát triển thêm phụ tải ở các cấp điện áp có sẵn. 1.3.Chọn các phương án nối dây Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Nó quyết định những đặc tính kinh tế và kỹ thuật của nhà máy thiết kế. Cơ sở để vạch ra các phương án bảng phụ tải tổng hợp, đồng thời tuân theo những yêu cầu kỹ thuật chung. - Với cấp điện áp cao 220 KV và để liên hệ với trung ta dùng hai máy biến áp liên lạc loại từ ngẫu. - Có thể ghép bộ máy biến áp vào thanh góp 110 KV. Vì phụ tải cực tiểu cấp này lớn hơn công suất định mức của một máy phát. - Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các đầu cực của máy phát- máy biến áp từ ngẫu. - Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. Để hạn chế dòng ngắn mạch bình thường, hai máy biến áp này làm việc riêng rẽ ở phía 10,5 KV và mỗi máy cung cấp cho một nửa phụ tải địa phương. Trong trường hợp một máy bị sự cố thì máy biến áp còn lại sẽ cung cấp cho toàn bộ phụ tải địa phương. Như vậy ta có thể đề xuất bốn phương án sau để lựa chọn; Phương án 1 : Phương án này phía 220 kV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp 2 dây quấn. Để làm nhiệm vụ liên lạc giữa phía cao và trung áp ta dùng máy biến áp từ ngẫu. Phía 110 KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn. ~ ~ ~ ~ B2 B3 B4 B1 HT ST STD STD STD Sđp STD F1 F2 F3 F4 220 KV 110 KV Phương án 2: Phương án này hai tổ máy được nối với thanh góp 220 (kV) qua máy biến áp liên lạc. Còn phía 110 (kV) được ghép 2 bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn. ~ ~ ~ B1 B2 B4 HT ST STD STD Sđp STD ~ B3 STD F1 F2 F3 F4 220KV 110KV  Phương án 3: Ghép vào phía 220 (kV) và 110 (kV) mỗi phía 2 bộ máy phát điện máy biến áp hai quộn dây giữa cao và trung áp ta dùng 2 máy biến áp từ ngẫu, phía hạ của máy biến áp liên lạc cung cấp cho phụ tải địa phương. ~ HT ST STD SĐP STD ~ STD ~ ~ F1 F4 STD F4 F3 220 KV 110 KV ²Phương án 4 Phương án này phía 220KV đặt 2 bộ MFĐ - MBA 2 dây quấn và để liên lạc từ cao - trung áp ta đặt 2 bộ MFĐ-MBA từ ngẫu HT ST STD ~ ~ STD ~ ~ STD STD F1 F2 F3 F4 220 KV 110 KV SĐP Ä Nhận xét ² Phương án 1: - Độ tin cậy cung cấp được đảm bảo. - Công suất từ bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây bên 220 (kV) được truyền trực tiếp lên hệ thống, tổn thất không lớn. - Đầu tư cho bộ cấp điện áp cao hơn sẽ đắt tiền hơn. ² Phương án 2 : - Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm được vốn đầu tư do nối bộ ở cấp điện áp thấp hơn thiết bị rẻ tiền hơn. - Phần công suất thừa bên trung được truyền qua MBA từ ngẫu lên hệ thống. Nếu hệ thống yêu cầu hai máy F3, F4 phát hết công suất thì hệ thống nhận công suất phải qua 2 lần MBA - Lần nhất: Qua 2 MBA 2 dây quấn B3, B4 - Lần hai: Qua 2 MBA từ ngẫu B1, B2 . ² Phương án 3: - Số lượng MBA nhiều đòi hỏi vốn đầu tư lớn, đồng thời trong quá trình vận hành phức tạp và xác suất MBA bị sự cố, tổn thất công suất lớn. - Khi sự cố bên trung thì MBA tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó. ² Phương án 4 : - Liên lạc giữa phía cao và phía trung kém Các bộ MFĐ-MBA nối bên phía 220 kV sẽ đắt tiền do tiền đầu tư cho thiết bị ở điện áp cao. Sơ đồ thanh góp phía 220 kV nhiều loại thiết bị dẫn đến tổn thất lớn, vốn đầu tư lớn, vận hành phức tạp. Khi sự cố MFĐ-MBA liên lạc thì bộ còn lại chịu tải quá lớn do yêu cầu phụ tải bên trung lớn. Tóm lại: Qua phân tích ở trên ta chọn phương án 1 và phương án 2 để tính toán tiếp, phân tích kỹ hơn về kỹ thuật và kinh tế nhằm chọn ra sơ đồ nối điện chính cho nhà máy điện được thiết kế. Tính toán chọn máy biến áp Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, công suất của chúng rất lớn, bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của máy phát điện. Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp nhiều nên ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp ít, công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo cung cấp điện cho hộ tiêu thụ. 2.1. Phương án 1 ~ ~ ~ ~ B2 B3 B4 B1 HT ST STD STD STD Sđp STD F1 F2 F3 F4 220 KV 110 KV 2.1.1. Chọn máy biến áp Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây SđmB1,B4 ³ SđmF = 75 (MVA) Máy biến áp tự ngẫu: SđmB2 = SđmB3 ³ (MVA) Với = SđmF = 75 (MVA) a = SđmB2 = SđmB3 ³ (MVA) Từ đó ta có bảng tham số của máy biến áp phương án 1 như sau: Bảng 2.1.1 Cấp điện áp Loại Sđm MVA Điện áp cuộn dây KV Tổn thất KW UN% I0% C T H P0 PN C-T C-H T-H A C-T C-H -TH 220 TДЦ 80 240 - 10,5 80 - 320 - - 11 - 0,6 110 TДЦH 80 115 - 10,5 70 - 310 - - 10,5 - 0,55 220 ATДЦTH 160 230 121 11 85 380 190 190 11 32 20 0,5 2.1.2. Phân bố tải cho các máy biến áp Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B1, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suất năm SB1 = SB4 = SđmF - (MVA) Đồ thị phụ tải các phía của MBA TN B2, B3 theo thời gian t * Phía trung: ST(t) = (MVA) * Phía cao: SC(t) = (MVA) * Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t) (MVA) Ta có bảng phân bố công suất: Bảng 2.1.2 MBA S (MVA) Thời gian (t) 0 á 4 4 á 6 6 á 8 8 á10 10á12 12á14 14á18 18á20 20á24 B1,B4 SC=SH 69 69 69 69 69 69 69 69 69 B2,B3 SC 13,7 7,45 6,38 20,66 7,09 35,64 42,43 56 27,44 ST 9,25 15,5 15,5 15,5 28 28 21,75 9,25 9,25 SH 22,95 22,95 21,88 36,16 35,09 63,64 64,18 65,25 36,69 2.1.3. Kiểm tra khả năng mang tải của máy biến áp Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thường. Kiểm tra sự cố: Sự cố gây nguy hiểm nhất là khi ST = STmax = 125 (MVA) Khi đó ta có: SHT = 140,29 (MVA) SĐP = 10,71 (MVA) * Ta xét các sự cố sau: 62,5 ~ ~ ~ ~ B2 B3 B4 B1 HT ST STD STD Sđp STD 71,29 (MVA) 1,145 (MVA) 62,5 1,145 69 (MVA) 63,645 63,645 (MVA) F1 F2 F3 F4 220 KV 110 KV ² Sự cố B4: - Khi sự cố MBA B4 mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lượng công suất là: S = = (MVA) Bình thường mỗi máy biến áp tự ngẫu tải được một lượng công suất là: SB2(B3) = a.SđmB = 0,5.160 = 80 (MVA) Ta thấy : SB2(B3) = 80 > 62,5 (MVA) Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải. Phân bố công suất khi sự cố cho B4 Phía trung của máy biến áp từ ngẫu phải tải một lượng công suất là: STB2(B3) = STmax = 62,5 (MVA) Lượng công suất từ máy phát F2 (F3) cấp lên phía hạ của B2(B3) SHB2(B3) = SđmF - Sđp - Stđmax = 70 - .10,71 - .24 = 63,645 (MVA) Lượng công suất máy phát lên phía cao của B2(B3) SCB2(B3) = SHB2(B3) - STB2(B3) = 63,645 - 62,5 = 1,145 (MVA) Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là SB1 + (SCB2 + SCB3) = 69 + 2(1,145) = 71,29 (MVA) Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - 71,29 = 140,29 - 71,29 = 69 (MVA) Công suất dự trữ của hệ thống là SdtrHT = 360 (MVA) SdtrHT = (MVA) Ta thấy: SdtrHT ³ Sthiếu ị Thoả mãn điều kiện ~ ~ ~ ~ B2 B3 B4 B1 HT ST F1 STD STD Sđp STD F2 F3 F4 STD 71,29 MVA 56 MVA 69 MVA 64,29 MVA 58,29 MVA 64,29 MVA 69 MVA 2,29 MVA 220 KV 110 KV ² Sự cố B2 (B3) Điều kiện kiểm tra sự cố Khi sự cố MBA B2 (hoặc B3) máy biến áp từ ngẫu còn lại phải tải một lượng công suất là : S = STmax - SB4 = 125 - 69 = 56 (MVA) Bình thường mỗi máy biến áp tự ngẫu tải được một lượng công suất là: SB2(B3) = a.SđmB = 0,5.160 = 80 (MVA) Ta thấy: SB2(B3) = 80 > 56 (MVA) Do vậy MBA không bị quá tải. Phân bố công suất khi sự cố B2 (hoặc B3) * Phía trung của MBA TN phải tải sang thanh góp trung áp một lượng công suất: STB2(B3) = STmax - SB4 = 125 - 69 = 56 (MVA) * Lượng công suất từ MF F2(F3) cấp lên phía hạ của B2(B3) SHB2(B3) = SđmF - Sđp - Stdmax = = 75 - 10,71 - .24 = 58,29 (MVA) * Lượng công suất F2(F3) phát lên phía cao của B2(B3) SCB2(B3) = SHB2(B3) - STB2(B3) = 58,29 - 56 = 2,29 (MVA) * Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là: SB1 + SCB2(B3) = 69 + 2,29 = 71,29 (MVA) * Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - 71,29 = 140,29 - 71,29 = 69 (MVA) Ta thấy: SdtrHT ³ Sthiếu = 360 ³ 69 (MVA) Thỏa mãn điều kiện. Kết luận: Các máy biến áp đã chọn cho phương án 1 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng MBA làm việc bị quá tải. 2.1.4. Tính toán tổn thất điện năng trong các MBA Tổn thất MBA gồm 2 phần - Tổn thất sắt không phụ thuộc phụ tải của MBA và bằng tổn thất không tải của nó. Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc phụ tải của MBA. Công thức tính tổn thất điện năng trong MBA cho 1 năm là : Đối với máy biến áp hai cuộn dây : DA2cd = DP0T + DPN. Đối với MBA tự ngẫu DATN = n.T.DP0 +n.+DPN-T.) Trong đó: n: Số MBA làm việc song song DP0: Tổn thất không tải trong MBA (kW) T: Thời gian tổn thất trong 1 năm = 8760 (h) DPN: Tổn thất ngắn mạch (KW) SđmB : Công suất định mức của MBA ( MVA) SC, ST, SH: công suất qua cuộn cao, trung, hạ của MBA tự ngẫu trong khoảng thời gian ti Sbộ: Công suất truyền qua MBA DPNC = 0,5.(DPN C-T + ) DPNT = 0,5.(DPN C-T + ) DPNH = 0,5.( -DPN C-T) Dựa vào bảng thông số MBA và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các MBA như sau: Máy biến áp ba pha hai cuộn dây Máy biến áp B1 và B4 luôn làm việc với công suất truyền tải qua nó. SB = 69 (MVA) trong cả năm do đó: Sbộ = SđmF - = 69 (MVA) DAB1 = DP0.T + DPN..t.365 = 80. 8760 + 320. = 2786,118.103 (KWh) DAB4 = 70. 8760 + 310.= 2633,351.103 (KWh) * Máy biến áp tự ngẫu: Cho DPN C-T = 380 đ DPN C-H = DPN T-H = DPNC-T DPN C-H = DPN T-H = 380 = 190 (kW) DPN C = 0,5. = 190 (kW) DPN T = 0,5. = 190 (kW) DPN H = 0,5. = 570 (kW) Từ đó ta có: DAB3, B4 = 2. 85. 8760 + + (190.7,452+190.15,52+570.22,952). 2 + (190.6,382+190.15,52+570.21,882). 2 + (190.20,662+190.15,52+570.36,162). 2 + (190.7,092+190.282+570.35,092). 2 + (190.35,642+190.282+570.63,642). 2 + (190.42,432+190.21,752+570.64,182). 4 + (190.562+190.9,252+570.64,252). 2 + (190.27,442+190.9,252+570.36,692). 4 = 3798,144 .103 (KWh) Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là DAS1 = DAB1 + DAB2 + DAB3 + DAB4 = 2786,118.103 + 3798,144.103 + 2633,351.103 = 9217,583.103 (KWh) 2.2. Phương án 2 : Std ~ ~ HT B1 Std HT B2 B3 SĐP Std ~ B4 ST ~ Std F1 F2 F3 F4 220 KV 110 KV 2.2.1. Chọn máy biến áp - Chọn B1, B2 như B2, B3 ở phương án 1 - Chọn B3, B4 như B4 ở phương án 1 Từ đó ta có bảng tham số MBA cho phương án 2 như sau: Cấp điện áp kV Loại Sđm MVA Điện áp cuộn dây kV Tổn thất kV UN% I0% C T H P0 PN C-T C-H TH A C-T C-H T-H 110 TДЦ H 80 115 - 10,5 70 - 310 - - 10,5 - 0,55 220 ATДЦ TH 160 230 121 11 85 380 190 190 11 32 20 0,5 2.2.2. Phân bố tải cho các MBA Để vận hành thuận tiện và kinh tế cho B3, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm. SB3 = SB4 = SđmF = . Std max = 69 (MVA) Đồ thị phụ tải phía MBA tự ngẫu B1, B2 theo thời gian t : - Phía trung : ST(t) = - Phía cao : SC(t) = - Phía hạ : SH = ST(t) + SC(t) MBA S(MVA) Thời gian (t) 0 á 4 4 á 6 6 á 8 8 á 10 10 á 12 12 á 14 14á 18 18 á 20 20 á 24 B3,B4 SC = SH 69 69 69 69 69 69 69 69 69 B1, B2 SC 48 41,95 40,88 55,07 41,59 70,14 76,93 90,5 61,94 ST -25,25 -19 -19 -19 -6,5 -6,5 -12,75 -25,25 -25,25 SH 22,75 22,95 21,88 36,07 36,09 63,64 64,18 65,25 36,69 2.2.3. Kiểm tra khả năng mang tải của MBA Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện qúa tải bình thường. Kiểm tra sự cố: Sự cố nguy hiểm nhất là khi ST = ST max = 125 (MVA) = 140,29 (MVA) Std = 24 (MVA) Sự cố B3 (hoặc B4) 220 KV 110 KV B3 ~ ~ HT B1 Std B2 Sđp Std ~ B4 ST ~ 69 MVA Std F3 F4 F2 F1 33,45 MVA 63,45MVA 28 MVA 28 MVA 63,45MVA 66,9 MVA 64,29 MVA - Điều kiện kiểm tra sự cố Khi sự cố MBA B3(hoặc B4) mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lượng công suất là : S = (MVA) Bình thường mỗi MBA tự ngẫu tải được một lượng công suất là: SB1(B2) = a . SđmB = 0,5 . 160 = 80 (MVA) Ta thấy: SđmB1(B2) = 80 > 28 (MVA) ị Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải - Phân bố công suất khi sự cố B3(B4) Phía trung MBA TN phải tải sang thanh góp trung áp một lượng công suất: ST B1 (B2) = = 0,5 (125 - 69) = 28 (MVA) Lượng công suất từ máy phát F1(F2) cấp lên phía hạ của B1(B2) SH B1(B2) = SđmF - Std max = 75. = 63,45 (MVA) Lượng công suất toàn bộ nhà máy vào hệ thống là: SCB1 + SCB2 = 66,9 (MVA). Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - (SC B1 + SCB2) = 140,29 - 66,9 = 73,391 (MVA) Ta thấy: Sdtr HT = 360 ³ Sthiếu = 73,391 (MVA) ị Thoả mãn điều kiện. Sự cố B1 (hoặc B2) B3 ~ ~ HT B1 Std B2 Sđp Std ~ B4 ST ~ 69 69 MVA Std F3 F4 F2 F1 71,29MVA 58,29MVA - 13MVA 220 KV 110 KV - Kiểm tra điều kiện sự cố B1 (hoặc B2) Khi sự cố MBA B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lượng công suất là: S = ST max - SB3 - SB4 = 125 - 69 - 69 = -13 (MVA) * Vậy lúc này phía cao áp phải nhận bên trung áp về một lượng công suất là: 13 (MVA) Bình thường mỗi máy biến áp tự ngẫu tải được một lượng công suất là: SB1(B2) = a . Sđm B TN = 0,5 . 160 = 80 (MVA) Ta thấy: Sđm B = 80 > 13 (MVA) Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần khi sự cố. ị Do vậy MBA không bị quá tải. * Phía trung của MBA TN phải nhận một lượng công suất từ trung áp về là: ST B1(B2) = STmax - SB4 - SB3 = 125 - 2 . 69 = -13 (MVA) * Lượng công suất từ máy phát F1 ( F2 ) cấp lên phía hạ B1 ( B2 ) là : SH B1(B2) = SđmF - Sđp = Std max = 75 - 10,71 - = 58,29 (MVA) * Lượng công suất máy phát lên phía cao của B1 (B2) SC B1 (B2) = SHB1 (B2) - ST B1 (B2) = 58,29 - (-13) = 71,29 (MVA) * Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu là: Sthiếu = - SCB1 (B2) = 140,29 - 71,29 = 69 (MVA) Lượng công suất nhà máy phát lên hệ thống chính bằng SCB1(B2) SCB1(B2) = 71,29 (MVA). Ta thấy: Sdtr HT = 360 ³ Sthiếu = 71,29 (MVA) ị Thoả mãn điều kiện. 2.2.4. Tính tổn thất điện năng trong các MBA Tổn thất trong MBA gồm hai phần: - Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của MBA và bằng tổn thất không tải của nó. - Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của MBA Công thức tính tổn thất điện năng trong MBA là: Đối với MBA hai cuộn dây : DA2cd . DP0 . T + DPN . ti . 365 Đối với MBA tự ngẫu : DATN = n . T . DP0 + n (DPN.C . + DPN . H . . ti Trong đó: n: Số MBA làm việc song song. DP0: Tổn thất không tải trong MBA (kW) T: Thời gian tổn thất trong 1 năm = 8760 (h) DPN: Tổn thất công suất ngắn mạch (kW) SđmB : Công suất định mức của MBA ( MVA) Sc , ST , SH , công suất qua cuộn cao, trung, hạ, của MBA từ ngẫu trong khoảng thời gian ti. Sbộ: Công suất truyền qua bộ MBA Sbộ = SđmF - . Std max DPN.C = 0,5 DPN.T = 0,5 DPN.H = 0,5 Dựa vào bảng thông số MBA và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các MBA như sau: * Máy biến áp B3 và B4 luôn làm việc với công suất truyền qua nó Sbộ = 69 (MVA) trong cả năm, do đó: DAB3 = DAB4 = DP0 . T + DPN . . t . 365 = 70 . 8760 + 310 . . 24 . 365 = 2633,351 . 103 (kWh) * Máy biến áp từ ngẫu Cho DUN.C - T = 380 đ DPN.C-H = DPN T- H = DPN.C-T ị DPN C - T = DPN . TH = . 380 = 190 (kW) DPN.C = 0,5 = 190 (kW) DPN.T = 0,5 = 190 (kW) DPN.H = 0,5 = 570 (kW) Từ đó ta có: DAB1 + DAB2 = 2 . 8760 . 85 + . S [(190 . 482 + 190 . (-25,25)2 + 570 . 22,75)2 . 4 + (190 . 41,952 + 190 (-19)2 + 570 . 22,952) . 2 + (190 . 40,882 + 190 (-19)2 + 570 . 21,882) . 2 + (190 . 55,072 + 190 (-19)2 + 570 . 36,072) . 2 + (190 . 41,592 + 190 . (-6,5)2 + 570 . 36,092) . 2 + (190 . 70,142 + 190 . (-6,5)2 + 570 . 63,642) . 2 + (190 . 76,932 + 190 . (- 12,75)2 + 570 . 64,182) . 4 + (190 . 90,52 + 190 . (- 25,25)2 + 570 . 65,252) . 2 + (190 . 61,942 + 190 . (- 25,25)2 + 570 . 36,692) . 4 DAB1 + DAB2 = 2 . 8760 . 85 + . 466 25158, 68 = 2818,745 . 103 (kWh) Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các MBA là DAS2 = DAB1 + DAB2 + DAB3 + DAB4 = 2817,745 . 103 + 2 . 2633,351 . 103 = 8084,447 . 103 (kWh) Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phương án 3.1.mục đích Tính toán ngắn mạch Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện cần chọn 1 chế độ làm việc nặng nề nhất nhưng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế. Dòng điện tính toán ngắn mạch để chọn khí cụ điện là dòng điện ngắn mạch 3 pha. Chọn các đại lượng cơ bản Scb = 100 MVA ; Icb = Ibt Ucb = Utb 3.2 Phương án 1: 3.2.1. Chọn các điểm ngắn mạch Chọn điểm ngắn mạch N1: Để chọn khí cụ điện phía 220 (kV) có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N2: Để chọn khí cụ điện cho phía 110 (kV) có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N3: Để chọn khí cụ điện mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc coi như F2 nghỉ nguồn cung cấp là các máy phát điện khác phát vào hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N3’: Để chọn khí cụ điện trong máy phát điện. So sánh hai điểm ngắn mạch N3 và N’3 dòng ngắn mạch nào có giá trị lớn hơn thì dùng để chọn khí cụ đIện. Điểm ngắn mạch N4 : để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng và phụ tải địa phương. Thực ra dòng ngắn mạch tại N4 là tổng của hai dòng N3 và N’3 Xác định các đại lượng tính trong hệ tương đối cơ bản - Chọn Ucb1 = 230 (kV) ; Scb = 100 (MVA) Ucb1 = 115 (kV) ; Ucb = Utb đm (kV) Ucb3 = 10,5 (kV) + Điện kháng của hệ thống: XHT = Xht + Điện kháng của đường dây kép : XD = + Điện kháng của máy phát : XF = X”d . + Điện kháng của MBA 2 dây quấn + Điện kháng của MBA tự ngẫu 3 pha B2, B3 XC = = XT = = XH = = 3.2.2 Tính toán ngắn mạch theo đường cong tính toán . Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế F1 F2 F3 F4 ~ Std ~ HT N1 ST 220 kV 110 kV B4 B3 B2 N’3 B1 Std ~ N3 Std Std ~ N4 N2 3.2.2. Tính ngắn mạch tại thời điểm N1 XF XB4 E2 E4 EHT XHT XD XC XC XH XF XF E3 N1 XH XF XB1 E1 Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có X1 = XHT + XD = 0,018 + 0,038 = 0,056 X2 = XF + XB1220 = 0,138 + 0,2 = 0,338 = 0,054 = 0,245 X5 = XF + XB4110= 0,131 + 0,2 = 0,331 Nhập 2 nguồn E2,3 và E4 = 0,14 X7= X3 + X6 = 0,054 + 0,14 = 0,194 Nhập hai nguồn E2,3,4 và E1 E1 E2,3 EHT X1 /0,056 X4 /0,245 X5 /0,331 X3 /0,054 X2 /0,338 N1 E4 = 0,123 Ta có sơ đồ rút gọn N1 X1/0,056 X8/0,123 ETH E1,2,3,4 - Điện kháng tính toán tổng trong hệ tương đối cơ bản quy đổi về hệ tương đương. * Về hệ thống XHT = X1 . = 1,68 < 3. Vì vậy ta sử dụng đường cong tính toán. I”cko* = 0,59; I”ckƠ* = 0,63 ị I”OHT = I”cko* . = 4,44 (kA) I”ƠHT = I”ckƠ* . = 4,74 (kA) Về phía máy phát : Xtt NM = X8 . = 0,369 < 3 Vì vậy t a sử dụng đường cong tính toán I”ckox = 2,8 ; I”ckƠ* = 2,1 ị I”ONM = I”cko* . 4 = 2,1 (kA) I”ƠNM = I”ckƠ* . = 1,58 (kA) * Dòng ngắn mạch tổng tải N1 là: I”ON1 = I”OHT + I”ONM = 4,44 + 2,1 = 6,54 (kA) IƠN1 = I”ƠHT + I”ƠNM = 4,74 + 1,58 = 6,32 (kA) IN1” = 6,54 ( KA) Dòng xung kích tạI N1 là : ixk = ệ2 . kxk . IN1” = ệ2 . 1,8 . 6,54 = 16,65 ( KA) XB4/0,131 E2 E4 EHT XHT / 0,018 XD /0,038 XC /0,109 XH/ 0,29 XF/0,2 E3 N2 XB1 /0,138 E1 XF/0,2 XF/0,2 XH/ 0,29 XF/0,2 XC /0,109 3.2.3. Tính dòng ngắn mạch tại N2 E1 E4 EHT X1 /0,056 X5 /0,331 X2 /0,338 N2 E2,3 X4 /0,245 X3 /0,054 Từ sơ đồ thay thế ta có sơ đồ tương đương X1 = XHT + X0 = 0,056 X2 = XF + = 0,338 X3 = XC / 2 = 0,054 X4 = = 0,245 X5 = XF + = 0,331 * Biến đổi Y (X1, X2, X3) đ D (X6, X7) X6 = X1 + X3 + = 0,119. X7 = X2 + X3 + = 0,338 + 0,054 + = 0,718 X8/ 0,14 X6/ 0,119 ETH E2,3,4 N2 E1 X7/ 0,718 Ghép E2,3 với E4 X8 = X4 // X5 = = 0,14 Ghép E2,3 ,4 với E1 X9 = X7 // X8 = = 0,117 Vậy ta có sơ đồ rút gọn: N2 X6/0,119 X9/0,117 ETH E1,2,3,4 XttHT = X6 . > 3 Nên dòng ngắn mạch phía hệ thống lúc này là: I”0N2 = I”ƠN2 = = 4,219 (kA) Điện kháng tính toán về phía máy phát : Xtt NM = X9 . = 0,176 Vì XttNM = 0,176 < 3 ị Ta sử dụng đường cong tính toán I”ckox = 2,55; I”ckƠ* = 5,4 ị I”ONM = I”cko* . = 8,13 (kA) I”ƠNM = I”ckƠ* . = 3,84 (kA) Dòng ngắn mạch tại N2 là: I”ON2 = I”OHT + I”ONM = 4,219 + 8,13 = 12,349 (kA) IƠN1 = I”ƠHT + I”ƠNM = 4,219 + 3,84 = 8,059 (kA) ị I”N1 = 12,35 (kA) Dòng xung kích tại N2 ixkN2 = . 1,8 . 12,35 = 31,43 (kA) 3.2.5. Tính toán ngắn mạch tại điểm N3: Sơ đồ thay thế và các biến đổi tương đương. XF/ 0,2 XB4/ 0,131 XB1 0,138 N3 E3 E4 EHT XHT/ 0,018 XD/ 0,038 XC/ 0,109 XC/ 0,109 XH/ 0,29 XF/ 0,2 XH2/ 0,29 E1 XF/0,2 X1 = XHT + XD = 0,056 X2 = XF + = 0,338 X3 = X4 = X H = 0,29 X5 = X6 = N3 E3 X4/ 0,29 E1 X2/ 0,338 X6/ 0,49 X5/ 0,331 X3/ 0,054 E4 X1/ 0,056 EHT Ghép E3 với E4. X7 = X5 // X6 = Biến đổi Y (X1, X2, X3) đ D (X8, X9) X8 = X1 + X3 + =0,119. N3 E34 X7/ 0,198 X9/ 0,718 X8/ 0,119 X4/ 0,29 ETH1 E1 X10 = X7 // X9 = X10/ 0,155 X8/ 0,119 ETH X4/ 0,29 E134 N3 Biến đổi Y (X4, X8, X10) đ D (X11, X12) X11 = X4 + X8 + Ta có sơ đồ đơn giản cuối cùng. N3 E134 X12/0,822 X11/0,63 ETH - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: Xtt HT = Dòng ngắn mạch phía hệ thống lúc này là: Điện kháng tính toán phía nhà máy. Ta sử dụng đường cong tính toán ; Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp. Dòng ngắn mạch tại N3 là: Dòng điện xung kích tại N3 là: 3.2.6. Tính ngắn mạch tại điểm N3’ Sơ đồ thay thế N3’ XF/0,2 E2 XF = 0,2. Điện kháng tính toán: XttNM = Ta sử dụng bảng đường cong tính toán. I”CKo* = 6,9 ; I”CKƠ* = 2,7 Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: Dòng ngắn mạch tại N3’ : = 28,46 Dòng điện xung kích tại N3’ là: iXK = 3.2.7. Tính ngắn mạch tại điểm N4 15,28 + 11,13 = 26,41 (kA) Dòng điện xung kích: iXK = iXKN3 + = 38,9 + 76,47 = 115,37 (kA) Ta có bảng tính toán ngắn mạch cho phương án 1: Dòng điện Điểm ngắn mạch I0” (kA) IƠ (kA) iXK (kA) N1 6,54 6,32 16,65 N2 12,349 8,059 31,43 N3 15,02 15,28 38,23 N3’ 28,46 11,13 76,47 N4 43,48 26,41 115,37 3.3. Phương án 2: 3.3.1. Chọn điểm ngắn mạch. Chọn điểm ngắn mạch N1: Để chọn khí cụ điện phía 220 (kV) chọn nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N2: để chọn khí cụ điện cho phía 110 (kV) có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N3: Để chọn khí cụ điện mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc coi như máy F1 nghỉ nguồn cung cấp là các máy phát điện khác phát vào hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N3’: Để chọn khí cụ điện trong máy phát điện. So sánh hai điểm ngắn mạch N3 và N3’ dòng ngắn mạch nào lớn hơn thì dùng để chọn khí cụ điện. Điểm ngắn mạch N4 để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng và phụ tải địa phương thực ra dòng ngắn mạch tại N4 là tổng của hai dòng N3 và N3’ Xác định các đại lượng trong hệ thống tương đối cơ bản. - Chọn : Ucb1 = 230 (kV) ; Scb = 100 (MVA) Ucb2 = 115 (kV) ; Ucb = Utbđm. Ucb3 = 10,5 (kV) + Điện kháng của hệ thống: XHT = 0,018. + Điện kháng của đường dây kép: XD = 0,038 + Điện kháng của máy phát: XF = 0,2. + Điện kháng của MBA 2 dây cuốn: = 0,131. + Điện kháng của MBA TN 3 pha: B1, B2 XC = 0,109 XT = - 0,04 ằ 0 XH = 0,29. 3.3.2 Tính dòng ngắn mạch theo đường cong tính toán. . Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế: ~ N3 ~ N4 N’3 B2 HT ST N2 B4 B3 B1 ~ F3 F4 F2 ~ F1 N1 B3 ._. XF XB4110 N3 E2 E4 EHT XHT XD XC XC XH XF N4 N’3 XF E1 E3 XF XB4110 N1 N2 XH 3.3.3 Tính ngắn mạch tại điểm N1. XB4110/0,131 E2 E4 EHT XHT/0,018 XD/0,038 XC /0,109 E1 E3 N1 XH /0,29 XF /0,2 XC /0,109 XH /0,29 XF /0,2 XB4110/0,131 XF /0,2 XF /0,2 Ngắn mạch tại N1 có tính chất đối xứng nên ta có. X1 = XHT + XD = 0,018 + 0,038 = 0,056 X2 = XCB1 // XCB2 = X3 = (XHB1 + XF1) // (XHB2 + XF2) = X4 = (XB3 + XF3) // (XB4 + XF4) = X1/0,056 E12 E34 N1 ETH X2/0,054 X3/0,245 X4/0,167 Ghép các nguồn E12 với E34 ta có: X5 = X3 // X4 = X6 = X2 + X5 = 0,054 + 0,099 = 0,153. Sơ đồ thay thế đơn giản. N1 X1/0,056 X6/0,153 ETH E1,2,3,4 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống. XttHT = 1,68 < 3. Vì vậy ta sử dụng đường cong tính toán. I”CK0* = 0,59 ; I”CKƠ* = 0,63 Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp. đ I”0HT = I”CK0* . 4,44 (kA). I”ƠHT = I”CKƠ* . 4,74 (kA) Về phía máy phát: XttNM = X6 . 0,459 < 3 Ta sử dụng đường cong tính toán. I”CKo* = 2,2 ; I”CKƠ* = 1,58 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy cung cấp. I”0NM= I”CK0* . 1,66 (kA). I”ƠNM= I”CKƠ* . 1,19 (kA). Dòng ngắn mạch tổng tại N1 là: I”0N1 = I”0HT + I”0NM = 4,44 + 1,66 = 6,1 (kA) IƠN1 = I”ƠHT + I”ƠNM = 4,74 + 1,19 = 5,93 (kA). ị I”N1 = 6,1 (kA) Dòng xung kích tại N1 là iXK = . KXK . I”N1 = . 1,8 . 6,1 = 15,53 (kA) 3.3.4. Tính dòng ngắn mạch tại N2: XB4110/0,131 E2 E4 EHT XHT /0,018 XD /0,038 XC/0,109 XC /0,109 XH /0,29 XF /0,2 E1 E3 XF /0,2 XB110/0,131 N2 XH /0,29 XF /0,2 XF /0,2 Ngắn mạch tại N2 có tính chất đối xứng, các điện kháng được tính toán như khi ngắn mạch tại điểm N1 ta có: X1 = XHT + XD = 0,056 X2 = XCB1 // XCB2 = 0,054. X3 = (XHB1 + XF1) // (XHB2 + XF2) = 0,245. X4 = (XB3 + XF3) // (XB4 + XF4) = 0,167. X5 = X1 + X2 = 0,056 + 0,054 = 0,11. E12 E34 EHT X1 /0,056 X2 /0,054 N2 X3 /0,245 X4 /0,167 Ghép các nguồn E12 và E34 ta có: X6 = (X3 // X4) = 0,099. Ta có sơ đồ đơn giản: N2 X5/0,11 X6/0,099 ETH E1,2,3,4 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: XttHT = X5 . 3,3 > 3. Dòng ngắn mạch phía hệ thống lúc này là: I”0N2 = I”ƠN2 = 4,57 (kA) Điện kháng tính toán phía nhà máy: XttNM = X6 . 0,297 < 3 Ta sử dụng đường cong tính toán. I”CK0* = 3,2 ; I”CKƠ* = 2,2. Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”oNM = I”CKo* . 4,82 (kA). I”ƠNM = I”CKƠ* . 3,31 (kA). Dòng điện ngắn mạch tổng tại N2: I”0N2 = I”0HT + I”0NM = 4,57 + 4,82 = 9,39 (kA). IƠN2 = I”ƠHT + I”ƠNM = 4,57 + 3,31 = 7,88 (kA). Dòng xung kích tại N2 là: iXK = . 1,8 . 9,39 = 23,9 (kA). 3.3.5. Tính dòng ngắn mạch tại N3: Nhằm chọn khí cụ điện mạch máy phát. Nguồn cung cấp gồm hệ thống và các máy phát của nhà máy thiết kế trừ máy phát F1. Các điện kháng được tính toán như khi ngắn mạch tại điểm N1, N2 ta có: X1 = XHT + XD = 0,056. X2 = XCB1 // XCB2 = 0,054. X3 = XH1 = 0,29. X4 = (XH2 + XF2) = 0,29 + 0,2 = 0,49. X5 = (XB3 + XF3) / 2 = 0,167 Sơ đồ thay thế: E34 E2 EHT X1 /0,056 X4 /0,49 X3 /0,29 N3 X2 /0,054 X5 /0,167 X6 = X1 + X2 = 0,11. Ghép các nguồn E2 và E34 ta có X7 = X4 // X5 = 0,124. X7/ 0,124 X6/ 0,11 ETH X3/ 0,29 E134 N3 Biến đổi Y (X6, X7, X3) đ D (X8, X9) X8 = X3 + X6 + 0,66. X9 = X7 + X3 + Ta có sơ đồ đơn giản: N3 X8/0,66 X9/0,74 ETH E2,3,4 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: XttHT = X8 . 19,8 > 3. Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”0HT = I”ƠHT = 8,33 (kA). Điện kháng tính toán phía nhà máy. XttNM = X9 . (kA). Ta sử dụng đường cong tính toán: I”CK0* = 0,6 ; I”CKƠ* = 0,63. Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp. I”0NM = I”CK0* . 7,42 (kA). I”ƠNM = I”CKƠ* . 7,79 (kA). Dòng ngắn mạch tổng tại N3 là: I”0N3 = I”0HT + I”0NM = 8,33 + 7,42 = 15,75 (kA). IƠN3 = I”ƠHT + IƠNM = 8,33 + 7,99 = 16,12 (kA). IN3” = 15,75 (kA) Dòng điện xung kích tại N3 là: iXK = . KXK . I”N3 = .1,8 . 15,75 = 40,09 (kA). 3.3.6. Tính dòng ngắn mạch tại N3': Nguồn cung cấp chỉ gồm MF, F1. Tính toán hoàn toàn giống điểm ngắn mạch N3' ở phương án 1. N3’ XF /0,2 E1 Dòng ngắn mạch tại N3' I”0N’3 = 28,46 (kA). IƠN3'= 11,13 (kA). Dòng xung kích tại N3' là; IXK = 76,47 (kA). 3.3.7. Tính dòng ngắn mạch tại N4: Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát. Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế. Do đó ta có: I”0N4 = I”0N3 + I”0N3’ = 15,75 + 28,46 = 44,21 (kA). IƠN4 = I”ƠN3 + I”ƠN3’ = 16,12 + 11,13 = 27,25 (kA). Dòng điện xung kích tại N4: iXK = iXKN3 + iXKN’3 = 40,09 + 76,47 = 116,56 (kA). Vậy ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 2: Dòng điện Điểm ngắn mạch I”0 (kA) IƠ (kA) iXK (kA) N1 6,1 5,93 15,53 N2 9,39 7,88 23,9 N3 15,75 16,12 40,09 N’3 28,46 11,13 76,47 N4 44,21 27,25 116,56 ~ ~ ~ ~ HT B2 Std B1 B3 SĐP Std B4 Std 2 đường dây kép 2 đường dây đơn F1 F2 F3 F4 220 KV 110 KV 3.4. Tính toán dòng cưỡng bức phương án 1 : Các khí cụ điện và dây dẫn có 2 trạng thái làm việc bình thường và cưỡng bức. ứng với hai trạng thái làm việc trên có dòng bình thường Ibt và dòng cưỡng bức Icb. Tình trạng làm việc bình thường là tình trạng mà không có phần tử nào của khu vực xét bị cắt. Dòng điện làm việc bình thường Ibt là dòng lớn nhất có thể ở trạng thái này. Dòng điện làm việc bình thường dùng để chọn thiết bị điện của dây dẫn và cáp theo điều kiện kinh tế. Tình trạng làm việc cưỡng bức là tình trạng nếu một phần tử của khu vực xét bị cắt. Dòng cưỡng bức lớn hơn dòng bình thường. Dòng cưỡng bức cực đại Icb max dùng để chọn khí cụ điện và dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài. Các mạch phía 220kV: Hệ thống bằng 2 lộ đường dây Đường dây dài 100 (km) Icb = = 0,4 (kA) Bộ máy phát điện - máy biến áp B1 Icb = = 0,207 (kA) Máy biến áp tự ngẫu: B2 (B3) Khi bình thường : SC max = 56 (MVA) Khi sự cố B4 : Sc = 1,145 (MVA) Khi sự cố B2 : Sc = 2,29 (MVA) Icb = = 0,29 (kA) Vậy dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 220 kV là 0,4 (kA) Các mạch phía 110 kV * Mạch đường dây kép phía 110 kV Icb = = 0,218 (kA) Smax = = = 33,3 (MVA) Trong đó : n là số đường dây. * Đối với đường dây mạch đơn phía 110 (kV) Icb = = 0,09 (kA) (MVA) Icb = = 0,41 (kA) * Trung áp máy biến áp liên lạc B2 (B3) theo bảng phân bổ công suất. Khi bình thường : ST max = 28 (MVA) Khi sự cố B4 : ST = 62,5 (MVA) Khi sự cố B2 : ST = 5,6 (MVA) Icb = = 0,32 (kA) Vậy cấp điện áp 110 (kV) có dòng cưỡng bức là 0,41 (kA) - Cấp điện áp 10,5 kV Icb = = 4,33 (kA) Vậy dòng cưỡng bức của phương án 1 là: U Icb 220 (kV) 110 (kV) 10,5 (kV) Icb (kA) 0,4 0,41 4,33 ~ B2 Std HT B1 B3 ~ SĐP ~ Std B4 Std 2 đường dây kép ~ Std F1 F2 F3 F4 2 đường dây đơn 3.5. Tính toán dòng cưỡng bức phương án 2 : Các khí cụ điện và dây dẫn có 2 trạng thái làm việc bình thường và cưỡng bức. ứng với hai trạng thái làm việc trên có dòng bình thường là tình trạng mà không phần tử nào của khu vực xét bị cắt. Dòng làm việc bình thường Ibt là dòng lớn nhất có thể ở trạng thái này. Dòng điện làm việc bình thường dùng để chọn thiết bị điện của dây dẫn và cáp theo điều kiện kinh tế. Tình trạng làm việc cưỡng bức là tình trạng nếu 1 phần tử của khu vực bị cắt. Dòng cưỡng bức lớn hơn dòng bình thường. Dòng cưỡng bức cực đại Icb max dùng để chọn khí cụ điện và dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài. Các mạch phía 220 KV: Bằng 2 lộ đường dây Đường dây dài 100 km Icb = = 0,4 (kA) Mạch hạ của MBA từ ngẫu B1, B2: Icb = = 0,207 (kA) Máy biến áp tự ngẫu B1 (B2) Khi bình thường : SC max = 90,5 (MVA) Khi sự cố B4 : SC = 33,45 (MVA) Khi sự cố B2 : SC = 71,29 (MVA) Icb = = 0,23 (kA) Vậy dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 220 (kV) là 0,4 (kA) Mạch phía 110 (kV): Mạch đường dây kép phía 110 (kV) Icb = ( KA) Smax = . 2 = 33,3 (MVA) Trong đó: 2 tính cho đường dây kép n: Số đường dây = 6 ị Icb = (KA) Mạch đường dây đơn phía 110 (kV) Icb = = 0,09 (KA) Smax = = 16,66 (MVA) * Bộ máy phát điện - máy biến áp B3, B4 Icb = = 0,41 (KA) Trung áp MBA liên lạc B1 (B2) theo bảng phân bố công suất. Khi bình thường : ST max = - 6,5 (MVA) Khi sự cố B3 : ST = 28 (MVA) Khi sự cố B2 : ST = -13 (MVA) Icb = = 0,14 (kA) Cấp 10,5 kV Icb = = 4,33 (kA) Vậy dòng cưỡng bức của phương án 2 là U Icb 220 (kV) 110 (kV) 10,5 (kV) Icb (kA) 0,4 0,41 4,33 3.6. Lựa Chọn các thiết bị của sơ đồ nối đIện chính 3.6.1. Chọn máy cắt điện * Chọn máy cắt cho mạng điện: Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức ở những phần trước ta chọn máy cắt theo các điều kiện sau: - Loại máy cắt khí SF6 hoặc máy cắt không khí. Điện áp: U đm MC ³ Uđm mạng Dòng điện: IđmMC ³ Icbức Điều kiện cắt : I c đm ³ I” - Điều kiện ổn định động : ilđđ ³ ixk - Điều kiện ổn định nhiệt : I2nh đm . tnh đm ³ BN Phương án 1 Bảng thông số máy cắt cho phương án 1 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Đại lượng tính toán Loại máy cắt Đại lượng định mức Cấp điện áp (kV) Ilvcb (kA) I” (kA) ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (kA) Icắt đm (kA) ilđđ (kA) N1 Cao 220 0,4 6,54 16,65 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0,41 12,349 31,43 3AQ1 123 4 40 100 N4 Hạ 10,5 4,33 43,48 115,37 8FG10 12 12,5 80 225 Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 (A) nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. Phương án 2 Bảng thông số máy cắt cho phương án 2 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Đại lượng tính toán Loại máy cắt Đại lượng định mức Cấp điện áp (kV) Ilvcb (kA) I” (kA) ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (kA) Icắt đm (kA) ilđđ (kA) N1 Cao 220 0,4 6,1 15,53 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0,41 9,39 23,9 3AQ1 123 4 40 100 N4 Hạ 10,5 4,33 44,21 116,56 8FG10 12 12,5 80 225 Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 (A) nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 3.6.2. Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối. Việc chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện là 1 khâu rất quan trọng nó phải thoả mãn các yêu cầu sau: - Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu của phụ tải . - Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong việc vận hành và xử lý sự cố - An toàn lúc vận hành và lúc sửa chữa. - Hợp lý kinh tế trên yêu cầu đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật. Trong thực tế khi lựa chọn khó đảm bảo toàn bộ các yêu cầu trên do vậy khi có mâu thuẫn ta phải đánh giá một cách toàn diện trên quan điểm lợi ích lâu dài và lợi ích chung của toàn nhà máy. Phương án 1 Phía điện áp 220 kV: Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp được liên lạc với nhau bằng máy cắt liên lạc. - Phía điện áp 110 kV: Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp như phía cao áp. - Phía điện áp 10,5 kV: Không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm nhỏ so với công suất toàn bộ. ~ B3 F2 F4 ~ ~ B1 F1 ~ B4 B2 F3 220 kV 110 kV Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 1Phương án 2 Phía điện áp 220 kV: Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp được liên lạc với nhau bằng máy cắt liên lạc. - Phía điện áp 110 kV: Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp như phía cao áp. - Phía điện áp 10,5 kV: Không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy pháp chiếm nhỏ so với công suất toàn bộ. ~ B2 F1 F3 ~ ~ B3 B1 F2 220 kV 110 kV F4 ~ B4 Sơ đồ thiết bị phân phối phương án 2  tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu Mục đích chương này là so sánh, đánh giá các phương án về mặt kinh tế. Từ đó lựa chọn phương án tối ưu đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế. Về mặt kinh tế khi tính vốn đầu tư của 1 phương án, chúng ta chỉ tính tiền mua thiết bị, tiền chuyên chở và xây lắp các thiết bị chính. Một cách gần đúng ta có thể chỉ tính vốn đầu tư cho MBA và các thiết bị phân phối (bao gồm tiền mua, vận chuyển và xây lắp). Tiền chi phí để xây dựng các thiết bị phân phối dựa vào số mạch của TBPP ở các cấp điện áp tương ứng, chủ yếu do loại máy cắt quyết định. Một phương án được gọi là có hiệu quả kinh tế cao nhất nếu đạt chi phí tính toán thấp nhất và đảm bảo được chỉ tiêu kỹ thuật cao nhất. Ci = Pi + ađm .Vi + Yi Trong đó: Ci : Hàm chi phí tính toán của phương án i (đồng) Pi : Phí tổn vận hành hàng năm của phương án i (đồng/năm) Vi: Vốn đầu tư của phương án i (đồng) Yi: Thiệt hại do mất điện gây ra của phương án i (đồng/năm) ađm: Hệ số định mức của hiệu quả kinh tế = 0,15 (1/năm) ở đây phương án giống nhau về máy phát điện. Do đó vốn đầu tư được tính là tiền mua, vận chuyển và xây lắp MBA và thiết bị phân phối là máy cắt. Vốn đầu tư của một phương án như sau: Vi = VBi + VTBPPi Trong đó: VBi : Vốn đầu tư MBA, được xác định theo biểu thức VBi = KB . VB Trong đó: VB : Tiền mua MBA KB: Là hệ số tính đến chuyên chở và xây lắp MBA thứ i Hệ số này phụ thuộc vào điện áp định mức của cuộn cao áp và công suất định mức của MBA. VTBPPi: Là vốn đầu tư xây dựng TBPP (đồng) được xác định như sau: VTBPPi = n1. VTBPP1 + n2. VTBPP2 + n3. VTBPP3 + ... + ni. VTBPPi n1, n2, n3 , ..., ni là số mạch của thiết bị phân phối, ứng với cấp điện áp U1, U2 , U3 ,... Ui trong sơ đồ đã chọn VTBPP1, VTBPP2, VTBPP3, ..., VTBPPi : Giá tiền mỗi mạch của TBPP Phí tổn vận hành hàng năm của mỗi phương án được xác định theo biểu thức sau đây. Pi = PK + PP + PT Trong đó: PK: Là tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn (đơn vị đồng/năm) PK = ở đây: V: Là vốn đầu tư của một phương án a: Định mức khấu hao tổng 8,4% PP: Chi phí phục vụ thiết bị (Sửa chữa thường xuyên và tiền lương công nhân ( đồng/năm). Có thể bỏ qua vì nó chiếm giá trị không đáng kể so với tổng chi phí sản xuất và cũng ít khác nhau giữa các phương án. PT: Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong thiết bị điện PT = b . DA. b: là giá thành trung bình điện năng hàng năm trong hệ thống điện. (đồng/năm) DA: Là tổn thất điện năng trong thiết bị (kWh) chủ yếu do tổn thất trong MBA quyết định. So sánh hiệu quả kinh tế của 2 phương án thiết bị điện nếu về mức độ tin cậy cung cấp điện như nhau thì các phương án có V1 > V2 > và P1 < P2 thì có thể tính thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch. T = ở đây T: Là thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch (năm) Nếu T < Tđm thì phương án hợp lý về mặt kinh tế là phương án có vốn lớn. Nếu T > Tđm thì phương án hợp lý về mặt kinh tế là phương án có vốn đầu tư thấp hơn. Tđm = là thời gian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn. 4.1. Phương án 1. Chi phí tính toán phương án 1 được tính. C1 = P1 + ađm V1 + Y1 Vì trong phạm vi có hạn, không thể xác định được tổn thất kinh tế do mất điện gây nên, do vậy ta bỏ qua thiệt hại do mất điện gây nên Y1 Cho nên biểu thức còn lại: C1 = P1 + ađm . V1 4.1.1. Vốn đầu tư cho phương án 1: V1 = VB1 + VTBPP1 Máy biến áp tự ngẫu : ATДЦTH - 160 giá mỗi máy là : VB = 8000.106 đ ; kB = 1,4 Máy biến áp 3 pha 2 dây quấn phía 220 (KV) loại TДЦ- 80 Giá 1 máy là : VB220 = 5080.106 đồng ; kB220 = 1,5. Máy biến áp 3 pha 2 dây quấn phía 110 (KV) loại TДЦ H – 80 giá mỗi máy là : VB110 = 4160 . 106 đồng ; kB = 1,5 Vậy tiền đầu tư mua máy biến áp của phương án 1 là: VB1 = 2. 1,4. 8000 .106 + 1,4. 5080.106 + 1,5 . 4160.106 = 35752.106 đ. Theo sơ đồ nối điện phương án 1 - Bên phía 220 kV gồm 4 máy cắt loại, giá mỗi máy là: 2860.106 đồng. - Bên phía 110 kV gồm 4 máy cắt, giá mỗi máy là: 1240.106 đồng. - Bên phía 10,5 kV gồm 2 máy cắt, giá mỗi máy là: 540.106 đồng. Do đó vốn mua thiết bị phân phối của phương án 1 là: VTBPP1 = (4.286 0+ 4.1240 + 2.54 0).106 = 174800.106 đồng. - Vốn đầu tư của phương án 1 là : V1 = VB1 + VTBPP1 = 35752.106 + 17480.106 =53232.106 đồng. 4.1.2.Tính phí tổn vận hành hàng năm : P1 = P1K + P1T Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao: a = 8,4% P1K = == 4471,488.106 (đồng) Tính P1T : Chi phí tổn thất điện năng hàng năm P1T = A = 700 ( đồng / 1 KWh) P1T = 700 .9217,583 .103 = 6452,308 . 106 (đồng). Vậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1 là: P = P1K + P1T = 4471,488.106 + 6452,308.106 = 10923,691.106 (đồng). 4.1.3. Chi phí tính toán hàng năm sẽ là: C1 = P1 + ađm . V1 C1 = 10923,696.106 + 0,15.53232.106 = 18908,496.106 (đồng) ađm = 0,15: hệ số định mức của hiệu quả kinh tế (1/năm) 4.2. Phương án II : 4.2.1. Tính vốn đầu tư của phương án : V2 = VB2 + VTBPP2 Giá máy biến áp như phương án 1 ta có; Máy biến áp giá mỗi máy là 8000.106 đồng. Máy biến áp 3 pha 2 dây quấn, giá 1 máy là : 4160.106 đồng Vậy tiền đầu tư mua máy biến áp của phương án 2 là: VB2 = 2. 1,4. 8000 .106 + 2.1,5. 4160.106 = 34880.106 (đồng). Theo sơ đồ nối điện phương án 2 - Bên phía 220 (kV) gồm 3 máy cắt loại, giá mỗi máy là: 2860.106 đồng. - Bên phía 110 (kV) gồm 5 máy cắt, giá mỗi máy là: 1240.106 đồng. - Bên phía 110 (kV) gồm 4 máy cắt, giá mỗi máy là: 1240.106đồng. - Bên phía 10,5 (kV) gồm 2 máy cắt, giá mỗi máy là: 540.106 đồng. Do đó vốn mua thiết bị phân phối của phương án 1 là: VTBPP2 = (3.2860 + 5.1240 + 2.54 0).106 = 15680.106 (đồng). Vốn đầu tư của phương án 2 là : V2 = VB2 + VTBPP2 = 34880.106 + 15680.106 = 50560.106 (đồng). 4.2.2. Tính phí tổn vận hành hàng năm : P2 = P2K + P2T Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao: a = 8,4% P2K = == 4247,04.106 (đồng) Tính P2T : Chi phí tổn thất điện năng hàng năm b = 700 ( đồng / 1 KWh) P2T = b . A2 = 700 .8084,447.103 = 5659,112 . 106 (đồng). Vậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2 là: P2 = P2K + P2T = 4247,04.106 + 5659,112.106 = 9906,152.106 (đồng). 4.2.3. Chi phí tính toán hàng năm sẽ là: C2 = P2 + ađm . V2 C2 = 9906,152.106 + 0,15.50560.106 = 17490,152.106 (đồng) ađm = 0,15: hệ số định mức của hiệu quả kinh tế (1/năm) So sánh các phương án để chọn phương án tối ưu: + Về mặt kinh tế : Ta so sánh qua bảng số liệu sau : Phương án Vốn đầu tư 106 (VNĐ) Phí tổn vận hành 106 (VNĐ) Chi phí hàng năm 106 (VNĐ) 1 53232 10923,696 18908,496 2 50560 9906,152 17490,152 Qua bảng trên ta nhận thấy: Chi phí tính toán của phương án 1 cao hơn phương án 2 . Về mặt kinh tế ta chọn phương án 2. + Xét về mặt kỹ thuật: Độ an toàn kỹ thuật của hai phương án là như nhau. - Tại phương án 1 vì do cả MFĐ - MBA 3 pha hai dây quấn nằm ở hai cấp điện áp khác nhau do đó phía cao 220 kV hai loại MBA vậy trong khi vận hành phức tạp hơn phương án 2, sự an toàn của người và thiết bị thấp hơn phương án 2 và tốn kém hơn. - Tại phương án 2 do cả hai MFĐ - MBATN giống nhau, cùng một thông số, nằm một phía và cả hai MFĐ - MBA hai cuộn dây giống nhau cùng thông số kỹ thuật nằm một phía 110 kV. Do đó trong xây dựng, sửa chữa, vận hành dễ dàng hơn phương án 1 có vốn đầu tư thấp hơn. Tóm lại: Qua phân tích ta chọn phương án 2 dùng làm thiết kế cho nhà máy nhiệt điện. Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn, thanh góp Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện như máy phát, MBA, máy bù cùng các khí cụ điện như máy cắt điện, dao cách ly, kháng điện được nối với nhau bằng thanh dẫn, thanh góp và cáp điện lực. Để nối từ đầu cực máy phát đến gian máy ta dùng thành dẫn cứng. Thanh dẫn cứng khi dòng điện nhỏ thường dùng thanh hình chữ nhất. Còn khi có dòng điện lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ 2 hay 3 thành hình chữ nhật đơn. Còn khi dòng >3000 (A) thì dùng thanh dẫn hình máng (để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát chúng). Tất cả các dây dẫn từ MBA lên thanh góp 220kV và 110kV ta dùng dây dẫn mềm. Nó là dây xoắn đồng hay nhôm lõi thép. Khi dùng một sợi dây không đủ tải dòng cần thiết phải dùng chùm các dây dẫn mềm. Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác có thể ở một trong ba trạng thái cơ bản sau: - Chế độ làm việc lâu dài. - Chế độ quá tải. - Chế độ ngắn mạch. Ta phải lựa chọn các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sao cho thoả mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật sau đồng thời đạt hiệu quả kinh tế hợp lý nhất. Chọn máy cắt điện và dao cách ly * Chọn máy cắt cho các mạch điện: Máy cắt điện là một thiết bị dùng trong mạng điện cao áp để đóng, cắt dòng điện phụ tải và cắt dòng ngắn mạch, Đó là loại thiết bị đóng, cắt làm việc tin cậy, song giá thành cao nên chỉ dùng ở những nơi quan trọng. Máy cắt được chọn theo các điều kiện sau: - Loại máy cắt khi SF6 hoặc máy cắt không khí - Điện áp: Uđnmc ³ Uđmmạng - Dòng điện: Iđmmc ³ Icbức - Điều kiện cắt: Icđm ³ I” - Điều kiện ổn định động: ilđđ ³ ixk - Điều kiện ổn định nhiệt: Inh2.tnh ³ BN BN: Xung lượng nhiệt Dựa và kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức ở những phần trước ta chọn được máy cắt có các thông số sau.Loại máy cắt khí SF6 . Bảng thông số máy cắt cho phương án 2: Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số định mức Uđm (kV) Icb (kA) I” (kA) ixk (kA) Uđmmc (kV) Iđmmc (kA) Icđm (kA) ilđđ (kA) N1 Cao 220 0,4 6,1 15,53 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0,41 9,39 23,9 3AQ1 123 4 40 100 N4 Hạ 10,5 4,33 44,21 116,56 8FG10 12 12,5 80 225 Dựa vào kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức và kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch ta chọn được dao cách ly cho các cấp điện áp như sau: Bảng thông số dao cách ly Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số định mức Uđm (kV) Icb (kA) I” (kA) ixk (kA) Uđmcl (kV) Iđmcl (A) Ilđđ (kA) itnh (kA) N1 Cao 220 0,4 6,1 15,53 SGC-245/1250 245 1250 80 125 N2 Trung 110 0,41 9,39 23,9 SGC-145/1600 145 1600 100 100 N4 Hạ 10,5 4,33 44,21 116,56 PBK-20/6000 20 6000 250 75/10 Không cần kiểm tra ổn định nhiệt với dao cách ly có dòng điện định mức lớn hơn 1000 (A). Chọn thanh dẫn cứng Thanh dẫn cứng dùng nối từ máy phát điện tới cuộn hạ MBA tự ngẫu và MBA hai cuộn dây. Tiết diện thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài như đối với thanh dẫn mềm. Để tận dụng diện tích mặt bằng ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thước và khoảng cách giữa các pha. 5.2.1. Chọn tiết diện: Điều kiện : I’cp ³ Ilvcb Ta có : Ilvcb = 4,33 (kA) Hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trường qMT = 250C, nhiệt độ xung quanh nơi đặt thanh dẫn là qxq = 350C, nhiệt độ xung quanh cho phép vận hành lâu dài của thanh dẫn qcf = 700C. Khc = = = 0,88 Do đó: I”cf ³ 4,33 (kA) hay Icf ³ = 4,92 (kA) Ta chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có các thông số sau: Kích thước (mm) Tiết diện 1 cực mm2 Mô men trở kháng cm3 Mô men quán tính cm4 Dòng điện cho phép (A) h b c r 1 thanh 2 thanh 1 thanh 2 thanh WXX WYY WY0Y0 JXX JY-\Y JY0Y0 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 Y H = 125 b=55 H = 125 Y Y Y0 r = 10mm X X c = 6,5 Y0 Thanh dẫn đã chọn có: Icfg > 1000 (A) nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 5.2.2. Kiểm tra ổn định động Ta lập khoảng cách giữa các pha và khoảng cách giữa hai sứ liền nhau của một pha ứng với: U = 10,5 (kV) a = 90 cm l1 = 180 cm * Khi đó lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là: Ftt = 1,75.10-8. (kg) Ftt = 1,76.10-8. = 1,76 . 10-2 . 180 . 116,562 = 478,23 ( kg) 90 * Mômen chống vốn: M = (kg/cm) * ứng suất do ngắn mạch giữa các pha: d1 = (kg/cm2) * Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm - Lực tác dụng lên 1 (cm) chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra. f2 = 0,51.10-8. (kg/cm) f2 = 0,51.10-8. . 116,562.106 (kg/cm) f2 = 0,51.10-2.. 116,562 = 5,54 (kg/cm) * ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra d2 = (kg/cm2) Điều kiện ổn định của thanh dẫn khi không xét đến dao động là: dcf ³ d1 + d2 Hay d2 Ê dcf - d1 l2 Ê Với thanh dẫn đồng dcf = 1400 kg/cm2. Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: l2max Ê = 164,4 (cm) l2max < l = 180 cm Do đó cần đặt số miếng đệm trên khoảng cách vượt giữa hai sứ là: n = Vậy cần đặt thêm 1 miếng đệm trên khoảng vượt giữa 2 sứ. Khi xét đến dao động, tần số riêng của dao động thanh dẫn được xác định theo công thức sau: wr = Trong đó: E: môđun đàn hồi của vật liệu Ecu = 1,1.106 (kg/cm2) Jy0y0: mômen quán tính Jy0y0 = 625 (cm4) S: tiết diện thanh dẫn S = 2.13,70 = 27,4 (cm2) g: khối lượng riêng của vật liệu gcu = 8,93 (g/cm3 ) wr = = 188,8 (Hz) Vậy wr nằm ngoài khoảng 45 á 50 Hz và 90 á 110Hz. Vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến dao động. Chọn sứ cách điện Ta chọn loại sứ đặt trong nhà 0f - 20 - 3000Y3 Cấp điện áp : Uđms = 20 (kV) Lực phá hoại : Fph = 3000 (kg) Chiều cao : H = 206 (mm) Ta có: Ftt’ = Ftt = = 478,23. = 623,3 (kg) 0,6.Fph = 0,6 . 3000 = 1800 (kg) H’ = 271,5 H = 206 Ftt F'tt = 623,3 Sứ Chọn dây dẫn và thanh góp mềm Dây dẫn được dùng nối từ cuộn cao, cuộn trung MBA liên lạc và cuộn cao MBA 2 cuộn dây đến thanh góp 220 (kV) và 110 (kV) tương ứng. Thanh góp ở các cấp điện áp này cũng được chọn là thanh dẫn mềm. Tiết diện dây dẫn mềm được chọn theo điều kiện nhiệt độ cho phép trong chế độ làm việc lâu dài. ở đây ta dùng dây dẫn trần có nhiệt độ cho phép lâu dài Vcf = 700C Nhiệt độ định mức của môi trường V0đm = 250C Ta coi nhiệt độ của môi trường xung quanh V0 = 350C khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ. I’cf = Khc.Icf Với Khc = = 0,88 5.4.1. Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm Điều kiện chọn là: Icf’ ³ Icb với Icb là dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch được chọn, hay Icf’ ³ .Icb * Mạch điện áp 220 kV Dòng điện cưỡng bức là Icb = 0,4 (kA) Icb’ = (kA) = 45 (A) * Mạch điện áp 110 kV Dòng điện cưỡng bức: Icb = 0,41 (kA) Icf’ = (kA) = 460 (A) Ta có bảng thông số dây dẫn loại AC như sau: Bảng 5. 2 Điện áp Mạch điện Tiết diện chuẩn nhôm/thép Tiết diện mm2 Đường kính mm Icf (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 220 kV Phía cao MBA và thanh góp 300/204 298,0 204 29,2 18,6 585 110 kV Phía trung MBA và thanh góp 240/32 224 31,7 21,6 7,2 610 5.4.2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là Smin = BN: xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch (A2.s) C: hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn () với dây dẫn AC có C = 70. . * Tính xung lượng nhiệt BN = BNCK + BNCK Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1 giây. Khi đó có thể có tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ: BNKCK1 = .Ta = (6,1.103)2.0,05 = 1,86.106.A2.S BNKCK2 = . Ta = (9,39.103)2.0,05 = 4,4.106.A2.S Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị. BNCK * Điểm N1 ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N1 ta có EHT X1/0,056 X6/0,153 E1234 N1 XttHT = X1.; XttNM = X6. Sử dụng đường cong tính toán ta có là: I”CK0,1* = 0,56; I”CK0,2* = 0,54 ICK0,5* = 0,54; I”CK1* = 0,58 ị Dòng ngắn mạch của hệ thống tại thời điểm 0,1 Sec là: I”Na0,1HT = I”CK0,1*.=4,21 (kA) Tương tự ta có tại các thời điểm 0,2; 0,5 ; 1 (Sec) I”N10,2HT = 4,07 (kA); I”N10,5HT = 4,07 (kA) I”N1.1HT = 4,37 (kA) - Phía các máy phát XttMH = 0,459 < 3 ị Ta sử dụng đường cong tính toán I”CK0,1* = 1,88; I”CK0,2* = 1,78 ICK0,5* = 1,7; I”CK1* = 1,68 ị Dòng ngắn mạch của nhà máy tại thời điểm 0,1 Sec là: I”N1.0,1NM = I”CK0,1*. (kA) Tương tự ta có dòng ngắn mạch tại các thời điểm 0,2; 0,5; 1 Sec I”N1 0,2NM = 1,34 (kA); I”N10,5NM = 1,28 (kA) I”N1 1NM = 1,27 (kA) Vậy ta có dòng ngắn mạch tổng tại các thời điểm là I”N1 0,1 = I”N10,1HT + I”N10,1NM = 4,21 + 1,416 = 5,625 (kA) I”N1 0,2 = 4,07 + 1,34 = 5,41 (kA) I”N1 0,5 = 4,07 + 1,28 = 5,35 (kA) I”N1 1 = 4,37 + 1,27 = 5,64 (kA) Tìm các trị số trung bình bình phương I2tb1 = (kA2) I2tb2 = (kA2) I2tb3 = (kA2) I2tb4 = (kA2) Vậy xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ BNCK1 = Dt = 34,43.0,1 + 30,46.0,1 + 28,94.0,3 + 30,2.0,5 = 30,271.106 A2S Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N1 là BN1 = BNCK1 + BNKCK1 = 1,86.106 + 30,271.106 = 32,131.106.A2S * Điểm N2 Theo phần tính toán ngắn mạch EHT X5/0,11 X6/0,099 E1234 N2 XttHT = X5. = 3,3 > 3 XttNM = X6. = 0,297 < 3 Dòng ngắn mạch phía hệ thống lúc này là I”ON2 = I”0,1N2 = I”0,2N2 = I”0,5 = I”1N2 = = 4,57 (kA) * Phía các máy phát XttNM = 0,297 < 3 I”CK0,1X = 2,75; I”CK0,2* = 2,5 I”CK0,5* = 2,3; I”CK1 = 2,2 Dòng ngắn mạch của nhà máy tại thời điểm 0,1 Sec là: I”N20,1NM = I”CK0,1* . (kA) Tương tự ta có dòng ngắn mạch tại các thời điểm 0,2; 0,5; 1 Sec I”N20,2NM = 3,77 (kA); I”N20,5NM = 3,46 (kA) I”N21NM = 3,31 (kA) Vậy ta có dòng ngắn mạch tổng tại các thời điểm là: I”N2 0,1 = I”N20,1HT + I”N20,1NM = 4,57 + 4,14 = 8,71 (kA) I”N2 0,2 = 4,57 + 3,77 = 8,34 (kA) I”N2 0,5 = 4,57 + 3,46 = 8,03 (kA) I”N2.1 = 4,57 + 3,31 = 7,88 (kA) Tính các trị số trung bình bình phương = 164 (kA2) = 72,7 (kA2) = 67,01 (kA2) = 63,29 (kA2) Vậy xung lượng nhiệt thành chu kỳ BNCK2 .Dt = 164.0,1 + 72,7.0,1+67,01.0,3 + 63,29.0,5 = 75,418.106 (A2S) Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N2 là: BN2 = BNCK2 + BNKCK2 = 75,418.106 + 4,4.106 = 79,818.106 A2S Tiết diện dây nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220 (kV) và 110 (kV) là: Smin1 = = 80,9 (mm2) Smin2 = = 127,7 (mm) Vậy các dây dẫn và thanh góp mềm đã chọn ở bảng 5.2 đều đảm bảo ổn định nhiệt. 5.4.3. Kiểm tra điều kiện vầng quang Điều kiện vầng quang Điều kiện chọn: Uvq = 84.m.r.lg.³ Uđm Trong đó: m: Hệ số xù xì bề mặt dây dẫn, với dây AC m = 0,85 r: Bán kính ngoài của dây dẫn (cm) a: Khoảng cách giữa các pha của dây dẫn (cm) Uvq: Điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang (kV). Khi ba pha bố trí trên mặt phẳng nằm ngang thì giá trị này cần giảm đi 4%. * Điện áp 220kV Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 185mm2 r = 1,46 cm a = 500 cm Ta có điện áp vừng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí ba pha trên mặt phẳng nằm ngang. Uvq = 74.0,96.0,85.1,46.lg = 263,7 kV ị Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang * Điện áp 110 kV. Kiểm tra với dây dẫn AC -._.