Thiết kế Nhà máy nhiệt điện

h: Thiết kế phần điện cho một nhà máy nhiệt điện công suất 220MW có 4 máy phát điện, mỗi máy có công suất 55 MW, cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát 10kV, tải trung áp 110kV và phát vào hệ thống 220kV. Thiết kế trạm biến áp 10/0,4kV. Qua thời gian làm thiết kế tốt nghiệp, với khối lượng kiến thức đã được học tập và được sự giúp đỡ của các thầy, các cô trong khoa, đặc biệt là sự chỉ dẫn trực tiếp và tận tình của thầy Đào Quang Thạch đã giúp đỡ em hoàn thành bản thiết kế này. Tuy nhiên do thời gian và khả năng có hạn, nên bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của các thầy, các cô. Em xin chân thành cám ơn ! phần mở đầu Đã hơn hai thế kỷ, điện năng trở thành dạng năng lượng thiết yếu nhất, phổ biến nhất trong đời sống xã hội cũng như hoạt động lao động sản xuất của con người. Xuất phát từ tầm quan trọng đó, tại mọi quốc gia trên thế giới, công nghiệp điện luôn là ngành công nghiệp cơ bản, mũi nhọn của nền kinh tế quốc gia. Đối với nước ta, công nghiệp điện luôn được Đảng và Nhà nước xác định là ngành công nghiệp mang tính nền tảng nhất, có nhiệm vụ quan trọng là phục vụ và thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Việc xây dựng các nhà máy điện được quan tâm đúng mức, với hàng loạt các công trình thế kỷ: NMTĐ Hoà bình, NMTĐ Yaly, NMNĐ Phả lại 1,2, Ninh bình... Trong chiến lược phát triển công nghiệp điện của nước ta, xuất phát từ điều kiện tự nhiên của đất nước, thuỷ điện chiếm một vị trí hết sức quan trọng, bên cạnh đó phát triển hợp lý các nhà máy nhiệt điện. Việc phát triển các nhà máy nhiệt điện là không thể thiếu, bởi lẽ chúng bổ sung cho thuỷ điện trong mùa khô, cũng như phục vụ các nhu cầu thực tế cục bộ khác của từng địa phương, đơn vị. Là ngành công nghiệp thuộc sở hữu Nhà nước, công nghiệp điện có những thay đổi to lớn cùng với quá trình chuyển đổi cơ chế. Bước sang nền kinh tế thị trường, điện năng là sản phẩm hàng hoá, sản xuất điện được coi như sản xuất hàng hoá. Với sự thay đổi nhận thức như vậy, việc xây dựng các nhà máy điện không còn mang tính bao cấp, mà cũng phải đảm bảo hiệu quả kinh tế, tối thiểu là thu hồi vốn đầu tư, tránh lãng phí hoặc đầu tư không hiệu quả. Với nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp được giao gồm những nội dung chính : phần I:Thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện. Phần II: Thiết kế phần điện trạm biến áp 180-10/0,4 kv. Phần I : Thiết kế nhà máy nhiệt điện Chương I: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Tính toán phụ tải và cân bằng công suất khi thiết kế nhà máy điện là một việc không thể thiếu được để đảm bảo kinh tế trong xây dựng và vận hành. Lượng điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện và điện năng tổn thất. Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi. Do vậy, người ta cần phải biết các đồ thị phụ tải, nhờ đó có thể chọn phương án vận hành hợp lý, chọn sơ đồ nối điện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Từ những vấn đề đó đặt ra nhiệm vụ trước hết cho người thiết kế là phải tiến hành các công việc : chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất một cách hợp lý nhất. I.1. Chọn máy phát điện. Việc chọn máy phát điện là một trong những khâu quan trọng khi thiết kế nhà máy điện. Cần chọn máy có thông số kỹ thuật hợp lý nhất so với nhà máy cần thiết kế, có hiệu quả kinh tế nhất vì nó liên quan đến cấu trúc của nhà máy, liên quan đến vốn đầu tư và hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong tương lai. Căn cứ vào yêu cầu, nhiệm vụ của đề tài: " Thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện 220MW" gồm 4 tổ máy 55 MW. Căn cứ vào yêu cầu nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải địa phương có điện áp định mức 10 kV. Để thuận tiện cho việc vận hành và xây dựng, ta chọn một loại máy phát điện đồng bộ tua bin hơi TB f - 60-2T có các thông số kỹ thuật sau: Loại máy phát Thông số định mức Điện kháng t. đối n V/Ph S MVA P MW U KV Cosj I kA X"d X'd Xd TBf-60 –2T 3000 68,75 55 10,5 0,8 3,78 0,1361 0,202 1,5131 I.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất. Mục đích của việc tính toán là phải xác định lượng công suất tiêu thụ của phụ tải và công suất phát ra của nhà máy sao cho phù hợp. Trong phần này đã có các số liệu về điện áp, công suất cực đại và phụ tải biểu diễn theo phần trăm của phụ tải cực đại theo thời gian hàng ngày. Từ đó tính phụ tải thực ở các cấp điện áp. Trong đề tài thiết kế đã cho phần trăm công suất tác dụng cực đại của nhà máy và phụ tải các cấp điện áp từ đó ta tính được công suất tác dụng P(t) và công suất biểu kiến S(t) ở từng khoảng thời gian khác nhau theo công thức: Trong đó : - P%(t): Là phần trăm phụ tải tại thời điểm t so với Pmax - Pmax : Là công suất tác dụng tiêu thụ lớn nhất của phụ tải. - cos j là hệ số công suất của phụ tải. 1. Tính toán phụ tải của toàn nhà máy : + Công suất lớn nhất của nhà máy phát ra là: Pmax = n. Pđm F = 4.55 = 220MW - Dựa vào bảng biến thiên của phụ tải nhà máy và các công thức tính toán trên ta có bảng số liệu sau: t(h) 0 á 7 7 á 11 11 á 14 14 á 20 20 á 24 C\suất P(%) 80 100 85 100 80 PNM(t) (MW) 176 220 187 220 176 SNM(t) (MVA) 220 275 233.7 275 220 Từ bảng số liệu tính toán ở trên ta xây dụng được đồ thị phụ tải của toàn nhà máy như sau: 7 T(h) 220 275 233,7 275 220 0 11 14 20 24 S(MVA) 2. Phụ tải địa phương: -Theo nhiệm vụ thiết kế cho Pmax = 9 MW; Uđm =10 kV; cosj = 0.88. Dựa vào bảng biến thiên phụ tải địa phương và các công thức đã có mà xác định phụ tải cấp điện áp máy phát: t(h) 0 á 8 8 á 12 12 á 14 14 á 18 18 á 24 C/suất P(%) 70 100 80 90 85 P(t)đp (MW) 6.3 9 7.2 8.1 7.65 S(t)đp (MW) 7.16 10.23 8.18 9.2 8.69 Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị phụ tải địa phương như sau: S(MVA) 0 T(h) 7,16 10,23 8,18 9,2 8,96 3. Phụ tải trung áp 110kV: - Theo nhiệm vụ thiết kế Pmax = 80 MW; cos j =0,87; Uđm = 110 KV. áp dụng công thức trên, dựa vào bảng biến thiên của phụ tải trung áp ta có bảng số liệu sau: t(h) 0 á 7 7 á 11 11 á 14 14 á 20 20 á 24 C/suất P(%) 70 100 80 90 60 P(t)TA (MW) 56 80 64 72 48 S(t)TA (MW) 64.37 91.95 73.56 82.76 55.17 Dựa vào bảng biến thiên vẽ đồ thị phụ tải phía trung áp: 64,37 91,95 73,56 82,76 55,17 S(MVA) 0 T(h) 4. Xác định phụ tải tự dùng của nhà máy: - Công suất tự dùng cực đại của nhà máy khi nhà máy phát hết công suất được xác định bằng biểu thức: Trong đó: a%: Là hệ số tự dùng cực đại của nhà máy (a = 7% ) Pmax: Là công suất lớn nhất của nhà máy có thể phát ra. Cosj td = 0,85. = x = 22,65 (MVA) 7 100 275 0,85 Stdmax Như vậy: Công suất tự dùng tại thời điểm t được xác định: Sđặt = 68,75 x4 = 275 (MVA) Trong đó: Sđặt: Tổng công suất đặt của nhà máy. S(t) NM: Là công suất phát ra của nhà máy trong từng khoảng thời gian t đã xác định ở phần " Xác định phụ tải toàn nhà máy" Từ các tính toán trên ta có bảng số liệu sau: t(h) 0á7 7á11 11á14 14á20 20á24 S(t) (MVA) 220 275 233.7 275 220 Stđ(t)(MVA) 19.93 22.65 20.6 22.65 19.93 Dựa vào kết quả tính toán ở phần trên ta có đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy: S(MVA) 0 19,93 20,06 22,65 22,65 19,93 T(h) 5. Phụ tải cao áp: Theo nhiệm vụ thiết kế Pmax = 70MW; Cos j = 0.86; Uđm = 220kV áp dụng công thức trên, dựa vào bảng biến thiên phụ tải cao áp ta có bảng số liệu sau: t(h) 0 á 8 8 á 12 12 á 18 18 á 22 22 á 24 C/suất P(%) 65 85 80 100 70 P(t)CA (MW) 45.5 59.5 56 70 49 S(t)CA (MW) 52.9 69.19 65.12 81.39 56.98 Dựa vào bảng biến thiên ta có đồ thị phụ tải cao áp: S(MVA) T(h) 19,93 22,56 20,06 22,56 19,93 0 7 11 14 20 24 6. Công suất của nhà máy phát về hệ thống 220 kV: Điện năng do nhà máy sản xuất ra 1 phần được cung cấp cho phụ tải địa phương và tự dùng, một phần cung cấp cho phụ tải trung áp 110 KV, phần còn lại được phát về hệ thống được xác định như sau: SHT(t)= SNM(t)- Std(t)- Sđp(t )– ST(t)- SC(t) Dựa vào công thức trên và căn cứ vào biểu đồ phụ tải ở các cấp điện áp ta có bảng số liệu sau: 0 á7 7 á8 8 á11 11á12 12á14 14á18 18á20 20á22 22á24 Sđp(t)(MVA) 7.16 7.16 10.23 10.23 8.18 9.2 8.69 8.69 8.69 Stđ(t)(MVA) 19.93 22.65 22.65 20.6 20.6 22.65 22.65 19.93 19.93 S110(t)(MVA) 64.37 91.95 91.95 73.56 73.56 82.76 82.76 55.17 55.17 Sc(t)(MVA) 52.9 52.9 69.19 69.19 65.12 65.12 81.39 81.39 56.98 SSpt(MVA) 144.36 174.66 194.02 173.58 167.46 179.73 195.49 165.18 140.77 SNM(MVA) 220 275 275 233.7 233.7 275 275 220 220 SHT(t)(MVA) 75.64 100.34 80.98 60.12 66.24 95.27 79.51 54.82 79.23 SCΣ(t) 128,54 153,24 150,08 129,31 131,36 160,39 160,9 136,21 136,21 SCΣ(t)= SHT(t)+SC(t) 0 T(h) 75,76 100,34 80,98 66,24 60,12 95,27 79,51 79,23 54,82 7 8 11 12 14 18 20 22 24 S(MVA) Đồ thị phụ tải phát vào hệ thống Nhận xét chung: Nhà máy thiết kế với công suất tương đối nhỏ so với hệ thống (Công suất nhà máy so với hệ thống bằng 6.11%) Công suất của nhà máy phát vào hệ thống là: SHTmax = 100.34 MVA < Sdt = 200 MVA. SHTmin = 54.82 MVA CHương II: xác định các phương án và chọn máy biến áp A - xác định các phương án: Xuất phát từ tầm quan trọng của nhà máy đối với hệ thống, căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của các hộ phụ tải và yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật của nhà máy mà đề ra các phương án sao cho đảm bảo các yêu cầu sau: + Khi làm việc bình thường, phải cung cấp điện đầy đủ cho các hộ phụ tải theo yêu cầu khi sự cố một phần tử nào đó phải đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng tránh trường hợp công suất tải qua nhiều lần máy biến áp gây ra tổn thất điện năng. + Phụ tải địa phương có công suất tương nhỏ so với công suất của một máy phát điện (nhỏ hơn 15%) do đó phải xây dựng hệ thống thanh góp ở cấp điện áp máy phát để cung cấp điện cho phụ tải địa phương. Vì cấp điện áp cao áp (220kV) và trung áp (110kV) là lớn có trung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp tự ngẫu để làm máy biến áp liên lạc giữa 3 cấp điện áp vì công suất của một máy phát nhỏ hơn công suất dự trữ của hệ thống nên có thể dùng sơ đồ bộ máy phát điện - máy biến áp trong các phương án. Từ các yêu cầu trên có thể đề ra các phương án sau: 2.1.a.Phương án I: HT B4 ~ B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220kV 110kV ~ ~ ~ TD+ĐP TD TD TD+ĐP - Phương án này có sơ đồ được bố trí như sau: Phía cao áp thanh góp 220kV bố trí 2 máy biến áp tự ngẫu, phía trung áp thanh góp 110kV được nối với hai bộ máy phát điện - máy biến áp 3 pha 2 dây quấn. Sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa hai cấp điện áp cao và trung. Để cung cấp cho phụ tải điện áp máy phát có thể lấy rẽ nhánh từ đầu cực máy phát F1, F2 nối với máy biến áp tự ngẫu. Ưu điểm của phương án này là chỉ dùng 2 loại máy biến áp, sơ đồ và vận hành đơn giản. Tuy nhiên, do phụ tải cực tiểu của phía 110kV nhỏ hơn công suất tổng định mức của 2 máy phát F3 và F4. Do đó, vào những giờ phụ tải phía điện áp trung cực tiểu nếu hệ thống yêu cầu F3 và F4 phải phát công suất định mức thì hệ thống nhận được công suất thừa trên thanh góp 110kV phải qua một lần nữa máy biến áp B1 và B2. Truyền tải như vậy tổn thất qua cuộn nối tiếp của máy biến áp tự ngẫu (B1, B2) tăng lên nhưng tổn thất trong cuộn dây chung của nó lại giảm xuống. 2.2.a.Phương án II: ~ B4 B1 F4 F1 220 kV 110 kV HT B3 B2 F3 F2 ~ ~ ~ TD TD TD+ĐP TD+ĐP - Phương án này có sơ đồ được bố trí như sau: Ghép một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây lên thanh góp trung áp 110kV. Thanh góp 220kV ta cũng ghép một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây và 2 máy biến áp tự ngẫu. Phương án này dùng 2 loại máy biến áp với số lượng là 4 máy biến áp phụ tải cực tiểu của phía 110kV (55,17MVA) nhỏ hơn công suất định mức của máy phát F4 (68,75MVA) nên sẽ truyền công suất thừa sang máy biến áp tự ngẫu truyền dẫn đến làm giảm tổn thất công suất so với phương án I do phải truyền tải qua 2 lần máy biến áp. Nhược điểm của phương án này là có 3 bộ phía 220kV dẫn đến bố trí thiết bị phức tạp, vốn đầu tư cao hơn phương án I. * Nhận xét chung: Qua 2 phương án đã được đưa ra đều đảm bảo về mặt kỹ thuật tuy nhiên mỗi phương án đều có ưu nhược điểm riêng. Do đó cần phải phân tích kỹ sơ bộ để loại trừ phương án bất hợp lý và giữ lại các phương án khả dĩ. Sau đó tính toán cụ thể tìm ra phương án tối ưu. - So sánh giữa hai phương án 1 và 2 ta thấy: Sơ đồ nối dây của 2 phương án 1 và phương án 2 đơn giản tương tự nhau độ tin cậy cung cấp điện cao, đảm bảo về mặt kỹ thuật, nhưng vốn đầu tư của phương án 2 lớn hơn vốn đầu tư của phương án 1 vì có 3 máy biến áp nối vào bên phía cao áp (220kV) do vậy ta đưa cả 2 phương án vào tính toán. Tóm lại: Trong 2 phương án đã nêu, qua phân tích sơ bộ ở trên để chọn phương án tối ưu. Cần tính toán kỹ về mặt kinh tế. B - CHọn máy biến áp: nguyên tắc chung -Máy biến áp là một thiết bị hết sức quan trọng trong hệ thống điện chiếm một tỷ lệ khá cao về vốn đầu tư so với tổng số vốn đầu tư mua sắm thiết bị, do đó cần lựa chọn công suất của máy biến áp một cách phù hợp với phụ tải tránh lãng phí. Trong các phương án đã nêu ra ta sử dụng máy biến áp 2 dây quấn nối với máy phát và dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa 3 cấp điện áp do đó công suất của máy biến áp trên được chọn như sau: - Đối với máy biến áp 2 dây quấn : - Đối với máy biến áp tự ngẫu : 1 a x Sdm SdmB³ Trong đó a: Là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu. Uc-Ut Uc a = 2.1b. Chọn máy biến áp cho phương án 1: Sơ đồ phương án 1 như sau: HT B4 ~ B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220kV 110kV ~ ~ ~ TD+ĐP TD TD TD+ĐP a. Chọn các máy biến áp nối bộ B3 và B4. Các máy biến áp B3 và B4 chọn theo điều kiện sau: SB3 = SB4 ³ SđmF = 68,75 (MVA) Tra bảng chọn loại máy biến áp có các thông số kỹ thuật sau: Loại máy Uc(kV) Uh(kV) Po(kW) Pn(kW) Un% Io% Số lượng TДЦ-80 121 10,5 70 310 10,5 0,55 2 b. Chọn máy biến áp liên lạc B1 và B2: SdmB1=SdmB2 ³ SdmF a Vì B1 và B2 là 2 máy biến áp tự ngẫu vận hành song song nên theo nguyên tắc đã nêu có: Trong đó : a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu a = = 0,5 Ta có: STD1max = STD2max = STDmaxNM = 22,65 = 5,66 (MVA) STD1min = STD2min = STDminNM = 19,93 = 4,98 (MVA) 68,75 0,5 =137,5 MVA Vậy: SdmB1= SdmB2 ≥ Tra tài liệu thiết kế nhà máy điện " ta chọn loại máy biến áp ATДЩTH - 160 có các thông số kỹ thuật sau: Sđm U (kV) DPo (kW) Pn (kW) Un% IO% Số lượng (MVA) C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H 160 230 121 10,5 85 380 - - 11 32 20 0,5 2 2.2.b. Phân bố công suất cho các máy biến áp (phương án 1): - Các máy biến áp đấu bộ B3 và B4 để đảm bảo vận hành kinh tế và ổn định ta cho các máy biến áp B3 và B4 vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng trong suốt quá trình làm việc với công suất cố định sau: SB3 = SB4 = SđmF –STD = 68,75 – 5,66 = 63,09 (MVA) < SđmB3 = SđmB4 = 80 (MVA) Vậy khi vận hành với công suất trên ở điều kiện bình thường thì các máy biến áp B3 và B4 không quá tải. - Các máy biến áp B1 và B2 là: SM = à.SđmB1 = 0,5.160 = 80 (MVA) Để tính toán kiểm tra quá tải cho máy biến áp ta phải tính công suất tải qua các cuộn dây của máy biến áp. Sau đó so sánh với công suất định mức và công suất mẫu. + Công suất tải qua cuộn trung áp của mỗi máy là: STB1 = STB2 = = (S110 - SB3 - SB4) + Công suất khi tải qua cuộn cao áp của mỗi máy là: SCB1 = SCB2 = = ( SHT+Sc) + Công suất khi tải qua cuộn hạ áp của mỗi máy là: SHB1 = SHB2 = [ STB1 + SCB1] Dựa vào bảng phân bố công suất toàn nhà máy và công thức trên ta tính được phân bố công suất các cuộn dây của máy biến áp liên lạc B1 và B2 tại từng thời điểm trong ngày như bảng (I-1) t(h) 0á 7 7 á8 8á11 11á12 12á14 14á18 18á20 20á22 22á24 SB3=SB4 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 SCB1=SCB2 64,27 76,62 75,08 64,65 65,68 80,19 80,45 68,1 68,1 S110 64,37 91,25 91,25 73,56 73,56 82,76 82,76 55,17 55,17 STB1=STB2 - 30,9 -17,11 -17,11 -26,31 -26,31 -21,71 -21,71 -35,5 -35,5 SHB1=SHB2 33,37 59,51 57,97 38,34 39,37 58,48 58,74 32,6 32,6 Từ kết quả ở bảng trên ta thấy: SCmax = 80,45 MVA < SđmB1; SđmB2 = 160 (MVA) SHmax = 59,51 MVA < SM = 80(MVA) STmax = 35,5 MVA < SM = 80(MVA) Như vậy ở điều kiện vận hành bình thường thì các máy biến áp B1 và B2 không bị quá tải. 2.3.b. Kiểm tra quá tải các máy biến áp khi sự cố xảy ra(phương án 1) : a. Giả thiết sự cố sảy ra khi phụ tải phía trung áp là cực đại. STmax = 91,95 MVA lúc 7h á 8h SHT = 100,34 MVA; SC=52,9 MVA Sđp = 7,16 MVA Giả sử sự cố một trong 2 máy biến áp nối bộ ( giả sử máy B3) HT B4 ~ B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220kV 110kV ~ ~ ~ TD+ĐP TD TD TD+ĐP 45,08 45,08 63,09 59,51 59,51 14,43 14,43 91,95 Khi đó máy biến áp B4 vẫn mang công suất ở chế độ bình thường. (SB4 = 63,09 MVA) Lượng thiếu hụt công suất của STmax được cấp qua cuộn trung áp của các máy biến áp liên lạc B1 và B2. - Phụ tải phía trung áp còn thiếu là: Sthiếu = STmax - SB4 = 91,95- 63,09 = 28,86 (MVA) - Công suất tải qua phía trung là: STB1 = STB2 = x SThiếu = x 28,86 = 14,43(MVA) - Công suất tải qua cuộn hạ: SHB1 = SHB2 = (2 SđmF – Sđp - 2 STDmax) = (2.68,75- 7,16- 2.5,66 ) = 59,51(MVA) - Công suất tải lênphía cao của mỗi máy là: SC1 = SC2=(SH - ST) = 59,51 – 14,43 = 45,08 Khi đó công suất nhà máy phát lên hệ thống: SHT = 2. SC = 2(SH - ST) = 2(59,51 – 14,43) = 90,16 (MVA) So sánh lúc bình thường thì công suất phát lên hệ thống còn thiếu là: (100+52,9)-90,16=63,08 (MVA) Như vậy khi sự cố một bộ máy phát - máy biến áp phía 110 KV ta có công suất tải qua các phía máy biến áp B1 và B2 là: SH = 59,51 MVA < SM = 80 (MVA) ST = 14,43 MVA < SM = 80 (MVA) SThiếu = 63,08 MVA < Sdt = 200 (MVA) ị máy biến áp vẫn làm việc bình thường chưa cần xét đến hệ số quá tải. Giả sử 1 trong 2 máy biến áp liên lạc bị sự cố (B1) HT B4 ~ B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220kV 110kV ~ ~ ~ TD+ĐP TD TD TD+ĐP 90,16 63,09 55,93 34,23 91,95 63,09 Trong trường hợp này ta cũng xét quá tải sự cố của máy biến áp B2,còn máy biến áp B3 và B4 vẫn tải công suất ở chế độ bình thường và cung cấp công suất cho thanh cái 110 KV một lượng là: 2x63,09 = 126,18 (MVA) + Xác định sự phân bố công suất trên các cuộn dây của máy B2. Cuộn hạ áp: SH = SđmF - Sđp - Std = 68,75- 7,16 – 5,66 = 55,93 (MVA) - Phía trung áp: STB2 = STmax - (SB3 + SB4) = 91,95 – (63,09+63,09) = -34,23(MVA) < SM = 80 (MVA) Vậy cuộn trung của máy biến áp B2 không bị quá tải khi sự cố máy biến áp B1. - Phía cao áp: S220 = SHB2 - STB2 = 55,93 – (-34,23) = 90,16 (MVA) - Công suất phát lên hệ thống bị thiếu là: SHT –( S220 -Sc) = 100,34 – (90,16-52,9) = 63,08 MVA< Sdt=200MVA Vậy cuộn cao áp của máy biến áp B2 không bị quá tải khi sự cố máy biến áp B1 b.Giả thiết sự cố sảy ra khi phụ tải phía trung áp là cực tiểu STmin = 55,17 MVA lúc 20h á 22h SHT = 54,82 MVA; SC=81,39 MVA Sđp = 8,69 MVA Giả sử sự cố một trong 2 máy biến áp nối bộ ( giả sử máy B3) Khi đó máy biến áp B4 vẫn mang công suất ở chế độ bình thường. (SB4 = 63,09 MVA) Lượng thiếu hụt công suất của STmax được cấp qua cuộn trung áp của các máy biến áp liên lạc B1 và B2. - Phụ tải phía trung áp còn thiếu là: Sthiếu = STmax - SB4 = 55,17- 63,09 = -7,92 (MVA) - Công suất tải qua phía trung là: STB1 = STB2 = x SThiếu = x (-7,92) = -3,96 (MVA) - Công suất tải qua cuộn hạ: SHB1 = SHB2 = (2 SđmF – Sđp - 2 STDmin) = (2.68,75- 8,69- 2.4,98 ) = 59,42(MVA) Khi đó công suất nhà máy phát lên hệ thống: SHT = 2. SC = 2(SH - ST) = 2[59,42 – (-3,96)] = 126,76 (MVA) So sánh lúc bình thường thì công suất phát lên hệ thống còn thiếu là: 136,21-126,76 = 9,45 (MVA) Như vậy khi sự cố một bộ máy phát - máy biến áp phía 110 KV ta có công suất tải qua các phía máy biến áp B1 và B2 là: SH = 59,42 MVA < SM = 80 (MVA) ST = -3,96 MVA < SM = 80 (MVA) SThiếu = 9,45 MVA < Sdt = 200 (MVA) ị máy biến áp vẫn làm việc bình thường chưa cần xét đến hệ số quá tải. Giả sử 1 trong 2 máy biến áp liên lạc bị sự cố (B1) HT B4 ~ B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220kV 110kV ~ ~ ~ TD+ĐP TD TD TD+ĐP 126,09 63,09 55,08 71,01 55,17 63,09 Trong trường hợp này ta cũng xét quá tải sự cố của máy biến áp B2,còn máy biến áp B3 và B4 vẫn tải công suất ở chế độ bình thường và cung cấp công suất cho thanh cái 110 KV một lượng là: 2x63,09 = 126,18 (MVA) + Xác định sự phân bố công suất trên các cuộn dây của máy B2. - Cuộn hạ áp: SH = SđmF - Sđp - Std = 68,75- 8,69 – 4,98 = 55,08 (MVA) - Phía trung áp: STB2 = STmin - (SB3 + SB4) = 55,17 – (63,09+63,09) = -71,01(MVA) < SM = 80 (MVA) Vậy cuộn trung của máy biến áp B2 không bị quá tải khi sự cố máy biến áp B1. - Phía cao áp: S220 = SHB2 - STB2 = 55,08 – (-71,01) = 126,09 (MVA) - Công suất phát lên hệ thống bị thiếu là: SHT –( S220 -Sc) = 54,82 – (126,09-81,39) = 10,12 MVA< Sdt=200MVA Vậy cuộn cao áp của máy biến áp B2 không bị quá tải khi sự cố máy biến áp B1 Kết luận: Các máy biến áp đã chọn làm việc đảm bảo ở chế độ bình thường cũng như khi sự cố xảy ra. 2.4.b.Chọn máy biến áp cho phương án 2: ~ B4 B1 F4 F1 220 kV 110 kV HT B3 B2 F3 F2 ~ ~ ~ TD TD TD+ĐP TD+ĐP a. Chọn máy biến áp liên lạc B2 và B3: Vì B2 và B3 là 2 máy biến áp tự ngẫu vận hành song song nên theo nguyên tắc đã nêu có: SđmB1 = SđmB2 = Trong đó : a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu a = = 0,5 Ta có: STD2max = STD3max = STDmaxNM = 22,65 = 5,66 (MVA) Sđpmin = 7,16 (MVA) Vậy: SdmB2= SdmB3 ≥ Tra tài liệu thiết kế nhà máy điện " ta chọn loại máy biến áp ATДЩTH - 160 có các thông số kỹ thuật sau: Sđm U (kV) DPo (kW) Pn (kW) Un% IO% Số lượng (MVA) C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H 160 230 121 10,5 85 380 - - 11 32 20 0,5 2 b.Chọn máy biến áp B3: Các máy biến áp B3 và B4 chọn theo điều kiện sau: SB3 = SB4 ³ SđmF = 68,75 (MVA) Tra tài liệu thiết kế nhà máy điện " ta chọn loại máy biến áp TДЦ-80có các thông số kỹ thuật sau: Sđm U (kV) DPo (kW) Pn (kW) Un% IO% Số lượng (MVA) C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H TДЦ-80 242 - 10,5 80 - 320 - - 11 - 0,6 1 c. Chọn máy biến áp B4 : Chọn công suất cho máy biến áp B4. Tương tự như phương án 1 ta cũng chọn máy biến áp B4 là loại: TДЦ-80 có các thông số kỹ thuật sau: Loại máy Uc(kV) Uh(kV) Po(kW) Pn(kW) Un% Io% Số lượng TДЦ-80 121 10,5 70 310 10,5 0,55 1 2.5.b. Phân bố công suất cho các máy biến áp(phương án 2): - Các máy biến áp B4 cấp cho phụ tải 110 kV và máy biến áp B1 cấp cho phụ tải 220 kV,để đảm bảo vận hành kinh tế và ổn định ta cho các máy biến áp B1 và B4 vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng trong suốt quá trình làm việc với công suất cố định sau: SB1 = SB4 = SđmF –STD = 68,75 – 5,66 = 63,09 (MVA) < SđmB1 = SđmB4 = 80 (MVA) Vậy khi vận hành với công suất trên ở điều kiện bình thường thì các máy biến áp B1 và B4 không quá tải. - Các máy biến áp B2 và B3 là: SM = à.SđmB2 = 0,5.160 = 80 (MVA) Để tính toán kiểm tra quá tải cho máy biến áp ta phải tính công suất tải qua các cuộn dây của máy biến áp. Sau đó so sánh với công suất định mức và công suất mẫu. + Công suất tải qua cuộn trung áp của mỗi máy là: STB2 = STB3 = = (S110 - SB3 ) + Công suất khi tải qua cuộn cao áp của mỗi máy là: SCB2 = SCB3 = = ( SHT+Sc-SB4) + Công suất khi tải qua cuộn hạ áp của mỗi máy là: SHB2 = SHB3 = [ STB2 + SCB2] Dựa vào bảng phân bố công suất toàn nhà máy và công thức trên ta tính được phân bố công suất các cuộn dây của máy biến áp liên lạc B1 và B2 tại từng thời điểm trong ngày như bảng (II-1) t(h) 0 á7 7á8 8á11 11á12 12á14 14á18 18á20 20á22 22á24 SB1= SB4 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 63,09 SCB2= SCB3 32,72 45,07 43,54 33,11 34,13 48,65 48,9 36,56 36,56 S110 64,37 91,25 91,25 73,56 73,56 82,76 82,76 55,17 55,17 STB2= STB3 0,64 14,43 14,43 5,23 5,23 9,83 9,83 -3,96 -3,96 SHB2=SHB3 33,36 59,5 57,97 38,34 39,37 58,48 58,74 32,6 32,6 Từ kết quả ở bảng trên ta thấy: SCmax = 48,9 MVA < SđmB2; SđmB3 = 160 (MVA) SHmax = 59,5 MVA < SM = 80(MVA) STmax = 14,43 MVA < SM = 80(MVA) Như vậy ở điều kiện vận hành bình thường thì các máy biến áp B1 và B2 không bị quá tải. 2.6.b. Kiểm tra quá tải các máy biến áp khi sự cố xảy ra(phương án 2): Giả thiết sự cố xảy ra khi phụ tải phía trung áp là cực đại. STmax = 91,95 MVA lúc 7h á 8h SHT = 100,34 MVA; SC=52,9 MVA Sđp = 7,16 MVA STmax Giả sử sự cố một trong 2 máy biến áp ( giả sử máy B4) ~ B4 B1 F4 F1 220 kV 110 kV HT B3 B2 F3 F2 ~ ~ ~ TD TD TD+ĐP TD+ĐP 63,09 13,54 13,54 45,97 45,97 59,51 59,51 91,95 (SB4 = 63,09 MVA) Lúc này các máy biến áp B2 và B3 phải cung cấp toàn bộ lượng thiếu hụt công suất cho phụ tải trung áp là: STmax =91,95 MVA Tức là phía trung áp của mỗi máy biến áp B2 và B3 phải truyền một lượng công suất là: ST = 91,95= 45,97 (MVA) Các tổ máy còn lại phát hết công suất do đó công suất tải qua cuộn hạ áp của máy biến áp: SHB2 = SHB3 = (2.SđmF - Sđp – 2. Stdmax) = (2.68,75 – 7,16 – 2.5,66) = 59,51(MVA) Công suất tải qua phía cao: SCB2 = SCB3 = SHB2 - STB2 = 59,51- 45,97 = 13,54 (MVA) So với lúc bình thường còn thiếu 1 lượng công suất tải qua cuộn dây của máy biến áp B2 và B3 là: Sthiếu=(SHt+SC(t) )-SB1 –2.SCB2= (100,34+52,9)-63,09-2.13,54 = 63,07MVA. Như vậy khi sự cố B3 thì công suất qua các cuộn dây của 1 MBA tự ngẫu là : SC = 13,54 MVA < Sđm = 160 (MVA) ST = 45,97 MVA < SM = 80 (MVA) SH = 59,51 MVA < SM = 80 (MVA) SHTthiếu = 63,07 MVA < Sdt = 200(MVA) ị máy biến áp làm việc bình thường. Giả sử 1 trong 2 máy biến áp liên lạc bị sự cố (B3) ~ B4 B1 F4 F1 220 kV 110 kV HT B3 B2 F3 F2 ~ ~ ~ TD TD TD+ĐP TD+ĐP 63,09 27,07 28,86 55,93 91,95 63,09 Trong trường hợp này ta cũng xét quá tải sự cố của máy biến áp B2,còn máy biến áp B4 tải công suất ở chế độ bình thường và cung cấp công suất cho thanh cái 110 KV một lượng là: STB4=63,09 (MVA) + Xác định sự phân bố công suất trên các cuộn dây của máy B2. Cuộn hạ áp: SHB2 = SđmF - Sđp - Std= 68,75- 7,16 – 5,66 = 55,93 (MVA) - Cuộn trung áp: STB2 = STmax - SB3 = 91,95 – 63,09 = 28,86 (MVA) - Phía cao áp: SCB2 = SHB2 - STB2 = 55,93 – 28,86 = 27,07 (MVA) - Công suất phát lên hệ thống bị thiếu là: (SHT +SC(t) )-SB1-SCB2= (100,34 +52,9)-63,09-27,07= 63,08 MVA Khi bị sự cố một máy biến áp liên lạc B1 thì công suất qua máy biến áp B2 là: SC = 27,07 MVA < Sđm = 160 (MVA) ST = 28,86 MVA < SM = 80 (MVA) SH = 55,93 MVA < SM = 80 (MVA) SHTthiếu = 63,08 MVA < Sdt = 200(MVA) Như vậy, các cuộn dây của máy biến áp liên lạc đã chọn không bị quá tải. Kết luận: Các máy biến áp đã chọn cho phương án 2 làm việc đảm bảo ở chế độ bình thường cũng như khi sự cố xảy ra. 2.7.b. Tính tổn thất điện năng cho các phương án. Tổn thất điện năng là một mất mát đáng kể về mặt kinh tế trong quá trình vận hành hệ thống điện, trong nhà máy điện tổn thất điện năng chủ yếu gây ra bởi các máy biến áp tăng áp. Việc tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp là vấn đề không thể thiếu được trong quá trình so sánh, đánh giá các phương án về mặt kinh tế, nhằm tìm ra phương án tối ưu. Trong các máy biến áp tổn thất điện năng sinh ra chủ yếu do các tổn hao trong lõi thép (DPFe) và tổn hao đồng trong các cuộn dây của máy biến áp (DPCu). Tổn thất điện năng trong lõi thép không phụ thuộc vào công suất của phụ tải, nó luôn tồn tại trong quá trình máy biến áp vận hành, còn tổn thất đồng tỷ lệ với bình phương công suất tải qua cuộn dây của máy biến áp. Để giảm tổn thất điện năng ta phải đưa ra phương thức vận hành tối ưu, bố trí công suất tải qua máy biến áp một cách hợp lý. 1.Tính tổn thất điện năng cho phương án 1: Để tính được tổn thất điện năng trong các máy biến áp cần phải xây dựng đồ thị phụ tải ngày cho từng máy. a/ Tổn thất điện năng cho các máy biến áp B3 và B4: Các máy biến áp B3 và B4 được ghép theo sơ đồ bộ, do đó để đảm bảo tính kinh tế ta luôn cho F3 và F4 phát hết công suất (68,75 MVA) như vậy lượng công suất tải qua mỗi máy trong suốt ngày đêm là: 68,75 (MVA) – 5,56 (MVA) = 63,09 (MVA) S (MVA) 63,09 0 24 t (h) Tổn thất điện năng trong 2 máy B3 và B4: SdmB 2 Sb2 DA3-4 = n (DPO + DPN . ). T DA3-4 = 2.(0,07 + 0,310. ). 8760 = 4604(MWh) Trong đó: n: Số máy biến áp làm việc song song Sb: Là công suất tải qua mỗi máy biến áp theo biểu đồ T: Là thời gian vận hành trong năm (T = 8760h) b/ Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu B1; B2. Vì máy biến áp B1 và B2 luôn vận hành song song nên tổn thất điện năng của 2 máy biến áp được tính như sau: (1) DA1-2 = 2.[DPOT + . ồ (DPNC. Sic2 + DPNT . SiT2 + DPNH . SiH2) ti] Trong đó: T: là thời gian vận hành trong năm = 8760h. DPO: Là tổn thất không tải của máy biến áp. SiC; SiT; SiH: Là công suất tải qua các cuộn cao, trung và hạ của 2 máy biến áp lấy theo phụ tải ngày trong khoảng thời gian ti. Căn cứ vào bảng (I-1) ta có lượng công suất tải qua 2 máy B1 và B2 là: t(h) 0 á 7 7 á 8 8 á 11 11á12 12á14 14á18 18 á20 20á20 20 á 24 SCi 64,27 76,62 75,08 64,65 65,68 80,19 80,45 68,1 68,1 STi -30,9 -17,11 -17,11 -26,31 -26,31 -21,71 -21,71 -35,5 -35,5 SHi 33,37 59,51 57,97 38,34 39,37 58,48 58,74 32,6 32,6 DPNC; DPNT; DPNH: Là tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây cao trung và hạ áp của nỗi máy được tính như sau: Theo các nhà thiết kế máy biến áp cho DPNC-T = 380 KW. Nên ta có: DPNC-H = DPNT-H = DPNC-T = 190 KW. DPNC = ( DPNC-T + ) Với à = 0,5 DPNC = ( 380 + ) = 190 (KW) DPNT = ( DPNC-T + ) DPNT = ( 380 + ) = 190 (KW) DPNH = ( + DPNC-T ) = (- 380) = 570 (KW) Thay các kết quả vào công thức ta có: DA1-2 = 2.{0,085.8760 + . {[(0,19 .64,272 )+ 0,19.(-30,9)2 +(0,57.33,372)].7 + +[(0,19.76,622 )+ 0,19.(-17,11)2 +( 0,57.59,512)].1 + +[(0,19.75,082 )+ 0,19.(-17,11)2 + (0,57.57,9._.72)].3 + + [(0,19.64,652 )+ 0,19.(-26,31)2 + (0,57.38,342)].1+ +[(0,19. 65,682 )+ 0,19.(-26,31)2 +( 0,57.39,372)].2+ +[(0,19.80,192)+0,19.(-21,71)2+(0,57.58,482) ].4+ +[(0,19.80,452)+0,19.(-21,71)2+(0,57.58,742)].2+ +[(0,19.68,12)+0,19.(-35,5)2+(0,57.32,62)].2+ +[(0,19.68,12)+0,19.(-35,5)2+(0,57.32,62)].2}} DA1-2 = 3071,12 MWh. Vậy tổn thất điện năng của phương án 1 là: DAI = DA1-2 + DA3-4 = 3071,12 + 4604,22 = 7675,34 (MWh). 2. Tính tổn thất điện năng của phương án 2: a/ Tính tổn thất điện năng cho máy biến áp B4: Tương tự như phương án 1: DA3 = DPOT + DPN . ()2. T= 0,07.8760 + 0,31. . 8760 = 2302,11 MWh. b/ Tính tổn thất điện năng cho máy biến áp B3: DA4 = DPOT + DPN . ()2. T= 0,08.8760 + 0,32. . 8760 = 2444,19MWh c/ Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp liên lạc B1 và B2. Vì máy biến áp B1 và B2 luôn vận hành song song nên tổn thất điện năng của 2 máy biến áp được tính như sau: (1) DA1-2 = 2.{DPOT + . ồ (DPNC. Sic2 + DPNT . SiT2 + DPNH . SiH2) ti} Trong đó: T: là thời gian vận hành trong năm = 8760h. DPO: Là tổn thất không tải của máy biến áp. SiC; SiT; SiH: Là công suất tải qua các cuộn cao, trung và hạ của 2 máy biến áp lấy theo phụ tải ngày trong khoảng thời gian ti. Căn cứ vào bảng (II-1) ta có lượng công suất tải qua 2 máy B1 và B2 là: t(h) 0 á 7 7 á 8 8 á 11 11á12 12 á14 14á18 18 á20 20á20 20á 24 SCi 32,72 45,07 43,54 33,11 34,13 48,65 48,9 36,56 36,56 STi 0,64 14,43 14,43 5,23 5,23 9,83 9,83 -3,96 -3,96 SHi 33,36 59,5 57,97 38,34 39,36 58,48 58,73 32,6 32,6 DPNC; DPNT; DPNH: Là tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây cao trung và hạ áp của nỗi máy được tính như sau: Theo các nhà thiết kế máy biến áp cho DPNC-T = 380 KW. Nên ta có: DPNC-H = DPNT-H = DPNC-T = 190 KW. DPNC = ( DPNC-T + ) Với à = 0,5 DPNC = ( 380 + ) = 190 (KW) DPNT = ( DPNC-T + ) DPNT = ( 380 + ) = 190 (KW) DPNH = ( + DPNC-T ) = (- 380) = 570 (KW) Thay các kết quả vào công thức ta có : DA1-2 = 2.{0,085.8760 + . {[(0,19 .32,722 )+ (0,19.0.642 )+(0,57.33,362)].7 + +[(0,19.45,072 )+ (0,19.14,432 )+( 0,57.59,52)].1 + +[(0,19.43,542 )+ (0,19.14,432 )+ (0,57.57,972)].3 + + [(0,19.33,112 )+(0,19.5,232 )+ (0,57.38,342)].1+ +[(0,19. 34,122 )+ (0,19.5,232 )+( 0,57.39,362)].2+ +[(0,19.48,652)+(0,19.9,832 )+(0,57.58,482) ].4+ +[(0,19.48,92)+(0,19.9,832)+(0,57.58,732)].2+ +[(0,19.36,562)+0,19.(-3,96)2+(0,57.32,62)].2+ +[(0,19.36,562)+0,19.(-3,96)2+(0,57.32,62)].2}} DA1-2 = 2292,21 MWh. Vậy tổn thất điện năng của phương án 2 là: DA2 = DA1-2 + DA3-4 = 2292,21 +2302,11 +2444,19= 7038,51 (MWh). 2.8.b.Tính dòng cưỡng bức của các phương án. Trong vận hành nhà máy điện nói riêng và vận hành hệ thông điện nói chung, các khí cụ điện và dây dẫn không những làm việc ở chế độ bình thường mà đôi khi còn phải vận hành trong chế độ cưỡng bức (sự cố). Mục đích của việc xác định dòng làm việc cưỡng bức là để phục vụ cho việc lựa chọn thiết bị điện và dây dẫn sao cho đảm bảo cung cấp điện an toàn lúc làm việc bình thường cũng như khi có sự cố. Dòng cưỡng bức của mạch điện được xác định như sau: + Mạch máy phát: Icb = 1,05 IđmF + Mạch máy biến áp và đường dây vận hành song song: Dòng điện cưỡng bức được xác định khi một phần tử bị sự cố phần tử còn lại phải tải hết công suất cực đại. + Mạch kháng điện: Dòng cưỡng bức được xác định khi tính đối xứng của sơ đồ bị phá vỡ cụ thể xét khi 1 máy biến áp liên lạc hỏng và khi 1 máy phát điện bị hỏng. 1. Tính dòng cưỡng bức của phương án I. a. Các mạch cấp điện áp 220kV. + Đường dây kép nối về hệ thống. Với phụ tải cực đại của hệ thống = 100,34 MVA ICb = = 0,23 (kA) + Đường dây kép phụ tải cao áp 220kV: ICb = = 0,21 (kA) + Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc B1 và B2. - Lúc bình thường: = 80,45 MVA - Lúc sự cố 01 máy biến áp nối bộ bên trung áp thì = 45,08 MVA. - Lúc sự cố 01 máy biến áp liên lạc. Khi phụ tải trung áp cực đại: = 90,16 MVA Khi phụ tải trung áp cực tiểu: = 126,09 MVA Ta thấy công suất lớn nhất khi bị sự cố máy biến áp liên lạc là = 126,09 MVA, ta có dòng cưỡng bức cực tại thời điểm này là: ICb = = 0,33 (kA). Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất phía cao áp 220kV là: = 0,33 (kA) b. Các mạch cấp điện áp 110kV. + Phía điện áp trung bao gồm 2 đường dây kép x 30 MW và 1 đường dây đơn x 25MW. - Dòng cưỡng bức đường dây kép phụ tải trung áp: ICb = = 0,18 kA - Dòng cưỡng bức đường dây đơn phụ tải trung áp: ICb = = 0,15 kA + Bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn: ICb = 1,05 . = 0,37 kA + Phía trung áp của bộ máy biến áp liên lạc B1 và B2: - Lúc bình thường: = 30,09 MVA - Lúc sự cố 01 máy biến áp nối bộ bên trung áp thì: = 14,43 MVA. - Lúc sự cố 01 máy biến áp liên lạc. Khi phụ tải điện áp trung áp cực đại: = 34,23 MVA Khi phụ tải điện áp trung áp cực tiểu: = 71,01 MVA Ta thấy công suất lớn nhất khi bị sự cố máy biến áp liên lạc là = 55,53 MVA, ta có dòng cưỡng bức cực tại thời điểm này là: ICb = = 0,37 (kA). Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất phía trung áp 110kV là: = 0,37 (kA) c. Các mạch cấp điện áp 10,5 kV. - Dòng cưỡng bức của máy phát điện được tính như sau: ICb = 1,05 . = 3,97 kA 2. Tính dòng cưỡng bức của phương án II. a. Các mạch cấp điện áp 220kV. + Đường dây kép nối về hệ thống. Với phụ tải cực đại của hệ thống = 100,34 MVA ICb = = 0,23 (kA) + Đường dây kép phụ tải cao áp 220kV: ICb = = 0,21 (kA) + Bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây cuốn B1: ICb = 1,05 . = 0,189 kA + Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc B1 và B2. - Lúc bình thường: = 48,9 MVA - Lúc sự cố 01 máy biến áp nối bộ trung áp thì = 13,54 MVA. - Lúc sự cố 01 máy biến áp liên lạc. Khi phụ tải trung áp cực đại: = 27,7 MVA Ta thấy công suất lớn nhất khi bị sự cố máy biến áp liên lạc là = 48,9 MVA, ta có dòng cưỡng bức cực tại thời điểm này là: ICb = = 0,128 (kA). Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất phía cao áp 220kV là: = 0,23 (kA) b. Các mạch cấp điện áp 110kV. + Phía điện áp trung bao gồm 2 đường dây kép x 30MW và 1 đường dây đơn x 25MW. - Dòng cưỡng bức đường dây kép phụ tải trung áp: ICb = = 0,18 kA - Dòng cưỡng bức đường dây đơn phụ tải trung áp: ICb = = 0,15 kA + Bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn: ICb = = 0,37 kA + Phía trung áp của bộ máy biến áp liên lạc B2 và B3: - Lúc bình thường: = 14,43 MVA - Lúc sự cố 01 máy biến áp nối bộ bên trung áp thì: = 45,97 MVA. - Lúc sự cố 01 máy biến áp liên lạc. Khi phụ tải điện áp trung áp cực đại: = 28,86 MVA Ta thấy công suất lớn nhất khi bị sự cố máy biến áp liên lạc là = 45,97 MVA, ta có dòng cưỡng bức cực tại thời điểm này là: ICb = = 0,24 (kA). Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất phía trung áp 110kV là: = 0,37 (kA) c. Các mạch cấp điện áp 10,5 kV. - Dòng cưỡng bức của máy phát điện được tính như sau: ICb = 1,05 . = 3,97 kA Trên đây xét về điều kiện kỹ thuật hai phương án đã chọn đều thoả mãn. Vậy ta phải xét về mặt vốn đầu tư và chi phí hàng năm để chọn phương án tối ưu. Chương III: tính toán dòng điện ngắn mạch A. Tính ngắn mạch cho phương án I. HT B4 ~ B3 B2 B1 F4 F3 F2 F1 220kV 110kV ~ ~ ~ TD+ĐP TD TD TD+ĐP N1 N2 N3 N'3 N4 3.1.a. Chọn điểm 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 chỉ tiêu ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện cần chọn một 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 ngắn mạch 3 pha. Các đại lượng cơ bản được chọn để tính toán ngắn mạch trong khuôn khổ phạm vi đồ án là: - Công suất cơ bản : SCb = 100MVA. - Điện áp cơ bản : Ta chọn theo từng cấp điện áp chọn như sau: UCb = UTb ứng với mỗi cấp điện áp là 230kV; 115kV; 10,5kV. Từ hai đại lượng cơ bản đã chọn ta xác định được dòng điện cơ bản ở mỗi cấp điện áp theo biểu thức sau: Cấp điện áp 220kV có: ICB = = 0,25 kA. Cấp điện áp 110kV có: ICB = = 0,5 kA. Cấp điện áp 10,5kV có: ICB = = 5,5 kA. Việc xác định các điểm ngắn mạch để tính toán dòng điện tại các điểm ngắn mạch theo sơ đồ và sơ đồ thay thế cần phải phù hợp với các khí cụ điện và các thiết bị khác có dòng điện qua đối với phụ tải yêu cầu. * Chọn các điểm ngắn mạch. - Chọn điểm ngắn mạch N1: Để chọn khí cụ điện phía 220kV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. - Chọn điểm ngắn mạch N2: Để chọn khí cụ điện cho mạch 110kV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. - Chọn điểm ngắn mạch N'3: Chọn khí cụ điện cho mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc có nguồn cung cấp là nhà máy điện (trừ máy phát 2) và hệ thống. - Chọn điểm ngắn mạch N3: Để tính toán và lựa chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện, nguồn cung cấp chỉ là máy phát F2. - Chọn điểm ngắn mạch N4: Để lựa chọn các khí cụ điện cho mạch tự dùng và phụ tải cấp điện áp máy phát, nguồn cung cấp là các máy phát và hệ thống. 3.2.a. Lập sơ đồ thay thế - tính điện kháng các phần tử. Số liệu của các phần tử đã cho như sau: - Hệ thống: Công suất của hệ thống SHT =3600 MVA. Công suất ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệ thống: SN = 4000 MVA. - Đường dây nối với hệ thống. Đường dây kép: Chiều dài: l = 122km Điện kháng x0 = 0,4W/km (đối với ĐDK ta lấy bằng 0,4W/km). - Máy phát. Công suất định mức : Sđm = 68,75 MVA. Điện áp định mức : UFđm = 10,5kV. Điện kháng siêu quá độ dọc trục: X"d = 0,136 - Máy biến áp hai dây quấn phía 110kV. Công suất định mức : SđmB = 80 MVA. Điện áp cuộn dây : UđmC = 115kV. UđmH = 10,5kV. Điện áp ngắn mạch : UN% = 10,5. - Máy biến áp tự ngẫu. Công suất định mức : SđmB = 160 MVA. Điện áp cuộn dây : UđmC = 230kV. UđmT = 121kV. UđmH = 11kV. Điện áp ngắn mạch % : UNC-T = 11. UNC-H = 32. UNT-H = 20. 1. Tính điện kháng của phần tử trung hệ đơn vị tương đối. + Điện kháng của hệ thống. XHT = = 0,025 + Điện kháng đường dây. Xd = = 0,046 đ X1 = XHT + Xd = 0,025 + 0,046 = 0,071 + Điện kháng máy phát. XF = = 0,197 XF = X5 = X6 = X7 = X8 = 0,197. + Điện kháng của máy biến áp hai dây quấn. XB = = 0,13 XB = X9 = X10 = 0,13. + Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu. - Điện kháng cuộn cao. XC = (UNC-T +UNC-H - UNT-H) . = (11 + 32 - 20) . = 0,072 đ XC = X2 = 0,072 + Điện kháng cuộn hạ áp. XH = (UNC-H +UNT-H - UNC-T) . = (32 + 20 - 11) . = 0,128 đ XH = X3 = 0,128 + Điện kháng cuộn trung. XT = (UNC-T +UNT-H - UNC-H) . = (11 + 20 - 32) . = -0,003 2. Lập sơ đồ thay thế. Theo kết quả tính toán điện kháng ở trên, ta có sơ đồ thay thế như sau: X1 = 0,071 ; X2= 0,072 ; X3 = 0,128 X5 = X6 = X7 = X8 = 0,197 ; X9 = X10 = 0,13 EHT E4 E2 E1 E3 N1 N2 X2 X2 X3 X3 X5 X6 X9 X10 X7 X8 X1 N3 3.3.a. Tính toán dòng điện ngắn mạch. 1. Xác định dòng điện ngắn mạch tại điểm N1. Vì (X7 + X9) //= (X8 + X10) nên ta có: X11 = Sơ đồ trên là đối xứng so với điểm ngắn mạch N1 do đó ta có thể tính: X12 = X13 = (X3 + X5) //= (X3 + X6) = = = 0,162 Biển đổi tiếp, ta ghép song song X11 với X13 rồi ghép nối tiếp với X12 được sơ đồ: E1,2 EHT E3,4 N1 X1 X12 X13 X11 X14 = (X11 // X13) + X12 = + X12 = 0,116 Ta có sơ đồ rút gọn cuối cùng là: X14 X1 EHT E1234 0,071 0,116 N1 + Điện kháng tính toán nhánh hệ thống là: XTTHT = X1 . = 0,071 . = 2,55 - Tra đường cong tính toán ta có: = 0,39 ; = 0,41 Theo công thức: IN = Ta tính được trị số tương ứng của dòng điện ngắn mạch do hệ thống cung cấp cho điểm ngắn mạch N1. INHT (0) = 0,39 . = 3,52 kA. INHT (Ơ) = 0,41 . = 3,7 kA. + Điện kháng tính toán nhà máy là. XTTNM = X14 . = 0,116 . = 0,319 - Tra đường cong tính toán ta có: = 3,2 ; = 2,24 Theo công thức: IN = Ta tính được trị số tương ứng của dòng điện ngắn mạch do hệ thống cung cấp cho điểm N1 như sau: INNM (0) = 3,2 . = 2,2 kA. INNM (Ơ) = 2,24 . = 1,54 kA. + Dòng ngắn mạch tổng tại N1 là: ICKN1 (0) = INHT (0) + INNM (0) = 3,52 + 2,2 = 5,72 kA. ICKN1 (Ơ) = INHT (Ơ) + INNM (Ơ) = 3,7 + 1,54 = 5,24 kA. + Dòng xung kích tại N1 là: IXKN1 = KXK . . IN1 = 1,8 . . 5,72 = 14,56 kA 2. Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N2. E1,2 EHT E3,4 X1 X12 N2 X11 X13 Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ ứng với điểm ngắn mạch N1 ta có kết quả sau: X1 = 0,071 X12 = 0,036 X11 = 0,163 X13 = 0,162 đ X14 = X1 + X12 = 0,071 + 0,036 = 0,107 X15 = X11 // X13 = = 0,081 Ta có sơ đồ rút gọn cuối cùng là: E1234 EHT N2 X14 0,081 X15 0,107 + Điện kháng tính toán nhánh hệ thống là: XTTHT = X14 . = 0,107 . = 3,85 Vì XTTHT > 3 nên chúng ta sử dụng biểu thức: INHT = INHT = = 4,96 kA + Điện kháng tính toán nhà máy là: XTTNM = X15 . = 0,081 . = 0,222 - Tra đường cong tính toán ta có: = 4,8 ; = 2,48 INNM (0) = 4,8. = 6,62 kA. INNM (Ơ) = 2,48. = 3,42 kA. + Dòng ngắn mạch tổng tại N2 là: ICKN2 (0) = INHT (0) + INNM (0) = 4,69 + 6,62 = 11,31 kA. ICKN2 (Ơ) = INHT (Ơ) + INNM (Ơ) = 4,69 + 3,42 = 8,11 kA. + Dòng xung kích tại N2 là: IXKN2 = . 1,8 . 11,31 = 28,79 kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3. Để chọn máy cắt điện cho mạch máy phát có nguồn cung cấp là máy phát điện F2. E2 N3 X6 0,197 - Ta có sơ đồ tính toán ngắn mạch. + Điện kháng tính toán nhà máy là: XTTNM = X6 . = 0,197 . = 0,135 - Tra đường cong tính toán ta có: = 7,5 ; = 2,7 + Dòng ngắn mạch tổng tại N3là: ICKN3(0) = 7,5 . = 28,36 kA. ICKN3(Ơ) = 2,7 . = 10,21 kA. + Dòng xung kích tại N3 là: IXKN3 = . 1,91 . 28,36 = 76,6 kA 4. Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N'3. Để chọn máy cắt điện cho mạch máy phát có nguồn cung cấp là hệ thống và các máy phát điện trừ máy phát F2. Ta có sơ đồ tính toán ngắn mạch. EHT E4 E1 E3 X2 X2 X3 X3 X5 X9 X10 X7 X8 X1 N3' Theo kết quả tính toán phần trước ta có: X1 = 0,071 ; X2= 0,072 ; X3 = 0,128 X5 = X6 = X7 = X8 = 0,197 ; X9 = X10 = 0,13 Biến đổi sơ đồ ta có: X12 = = 0,036 X13 = X1 + X12 = 0,071 + 0,036 = 0,107 X14 = X3 + X5 = 0,107 + 0,197 = 0,304 EHT E1 X14 X13 X3 E34 X15 N'3 Vì (X7 + X9) //= (X8 + X10) nên ta có: X15 = = 0,163 Ghép song song X14 và X15 với nhau ta có: X16 = X14 // X15 = = = 0,106 Sau đó biến đổi Y(X13, X16, X3) thành D thiếu (X17, X18). E134 EHT X13 X16 X18 X17 X3 N'3 X17 = X13 + X3 + = 0,107 + 0,128 + = 0,364 X18 = X3 + X16 + = 0,128 + 0,106 + = 0,36 Vậy sơ đồ rút gọn cuối cùng là: E134 EHT N3' X17 0,36 X18 0,364 + Điện kháng tính toán nhánh hệ thống là: XTTHT = X17 . = 0,364 . = 13,1 Vì XTTHT > 3 nên chúng ta sử dụng biểu thức: INHT = INHT = = 15,11 kA + Điện kháng tính toán nhà máy là: XTTNM = X18 . = 0,36 . = 0,742 - Tra đường cong tính toán ta có: = 1,32 ; = 1,42 INNM (0) = 1,32 . = 14,97 kA. INNM (Ơ) = 1,42 . = 16,1 kA. + Dòng ngắn mạch tổng tại N'3 là: ICKN'3 (0) = INHT (0) + INNM (0) = 15,11 + 14,97 = 30,08 kA. ICKN'3 (Ơ) = INHT (Ơ) + INNM (Ơ) = 15,11 + 16,1= 31,27 kA. + Dòng xung kích tại N'3 là: IXKN'3 = . 1,8 . 30,08 = 76,57 kA 5. Xác định dòng điện ngắn mạch tại điểm N4. Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N4 bằng tổng dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N3 và N'3 (theo nguyên lý xếp chồng). Ta có: ICKN4 (0) = ICKN3 (0) + ICKN'3(0) = 28,36 + 30,08 = 58,44kA. ICKN4 (Ơ) = ICKN3 (Ơ) + ICKN'3(Ơ) = 10,21 + 31,27 = 41,48 kA. + Dòng xung kích tại N4 là: IXKN4 = . 1,8 . 58,44 = 148,76 kA B. Tính ngắn mạch cho phương án II. ~ B4 B1 F4 F1 220 kV 110 kV HT B3 B2 F3 F2 ~ ~ ~ TD TD TD+ĐP TD+ĐP N1 N2 N3 N'3 N4 3.1.b. Chọn điểm 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 chỉ tiêu ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện cần chọn một 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 ngắn mạch 3 pha. Các đại lượng cơ bản được chọn để tính toán ngắn mạch trong khuôn khổ phạm vi đồ án là: - Công suất cơ bản : SCb = 100MVA. - Điện áp cơ bản : Ta chọn theo từng cấp điện áp và chọn như sau: UCb = UTb ứng với mỗi cấp điện áp là 230kV; 115kV; 10,5kV. + Từ hai đại lượng cơ bản đã chọn ta xác định được dòng điện cơ bản ở mỗi cấp điện áp theo biểu thức sau: Cấp điện áp 220kV có: ICB = = 0,25 kA. Cấp điện áp 110kV có: ICB = = 0,5 kA. Cấp điện áp 10,5kV có: ICB = = 5,5 kA. Việc xác định các điểm ngắn mạch để tính toán dòng điện tại các điểm ngắn mạch theo sơ đồ và sơ đồ thay thế cần phải phù hợp với các khí cụ điện và các thiết bị khác có dòng điện qua đối với phụ tải yêu cầu. * Chọn các điểm ngắn mạch. - Chọn điểm ngắn mạch N1: Để chọn khí cụ điện phía 220kV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. - Chọn điểm ngắn mạch N2: Để chọn khí cụ điện cho mạch 110kV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. - Chọn điểm ngắn mạch N'3: Chọn khí cụ điện cho mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc có nguồn cung cấp là nhà máy điện (trừ máy phát 2) và hệ thống. - Chọn điểm ngắn mạch N3: Để tính toán và lựa chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện, nguồn cung cấp chỉ là máy phát F2. - Chọn điểm ngắn mạch N4: Để lựa chọn các khí cụ điện cho mạch tự dùng và phụ tải cấp điện áp máy phát, nguồn cung cấp là các máy phát và hệ thống. 3.2.b. Lập sơ đồ thay thế - tính điện kháng các phần tử. Số liệu của các phần tử đã cho như sau: - Hệ thống: Công suất của hệ thống SHT = 3600 MVA. Công suất ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệ thống: SN = 4000 MVA. - Đường dây nối với hệ thống. Đường dây kép: Chiều dài: l = 122km Điện kháng x0 = 0,4W/km (đối với ĐDK ta lấy bằng 0,4W/km). - Máy phát. Công suất định mức : Sđm = 68,75 MVA. Điện áp định mức : UFđm = 10,5kV. Điện kháng siêu quá độ dọc trục: X"d = 0,136 - Máy biến áp hai dây quấn phía 110kV. Công suất định mức : SđmB = 80 MVA. Điện áp cuộn dây : UđmC = 115kV. UđmH = 10,5kV. Điện áp ngắn mạch : UN% = 10,5. - Máy biến áp hai dây quấn phía 220kV. Công suất định mức : SđmB = 80 MVA. Điện áp cuộn dây : UđmC = 242kV. UđmH = 10,5kV. Điện áp ngắn mạch : UN% = 11 - Máy biến áp tự ngẫu. Công suất định mức : SđmB = 160 MVA. Điện áp cuộn dây : UđmC = 230kV. UđmT = 121kV. UđmH = 11kV. Điện áp ngắn mạch % : UNC-T = 11. UNC-H = 32. UNT-H = 20. 1. Tính điện kháng của phần tử trung hệ đơn vị tương đối. + Điện kháng của hệ thống. XHT = = 0,025 + Điện kháng đường dây. Xd = = 0,046 đ X1 = XHT + Xd = 0,025 + 0,046 = 0,071 + Điện kháng máy phát. XF = = 0,197 XF = X5 = X6 = X7 = X8 = 0,197. + Điện kháng của máy biến áp hai dây quấn phía 110kV. XB = = 0,13 = X9 = 0,13. + Điện kháng của máy biến áp hai dây quấn phía 220kV. XB = = 0,137 = X10 = 0,137. + Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu. - Điện kháng cuộn cao. XC = (UNC-T +UNC-H - UNT-H) . = (11 + 32 - 20) . = 0,072 đ XC = X2 = 0,072 + Điện kháng cuộn hạ áp. XH = (UNC-H +UNT-H - UNC-T) . = (32 + 20 - 11) . = 0,128 đ XH = X3 = 0,128 + Điện kháng cuộn trung. XT = (UNC-T +UNT-H - UNC-H) . = (11 + 20 - 32) . = 0 2. Lập sơ đồ thay thế. Theo kết quả tính toán điện kháng ở trên, ta có sơ đồ thay thế như sau: X1 = 0,071 ; X2= 0,072 ; X3 = 0,128 X5 = X6 = X7 = X8 = 0,197 ; X9 =0,13 ; X10 = 0,137 EHT E4 E1 X10 X5 X9 X8 X1 E3 X2 X3 X7 E2 X2 X3 X6 N1 N2 N3 3.3.b. Tính toán dòng điện ngắn mạch. 1. Xác định dòng điện ngắn mạch tại điểm N1. - Lợi dụng tính chất đối xứng của sơ đồ so với điểm ngắn mạch ta có thể gập sơ đồ trên nên ta có: X11 = X8 + X9 = 0,197 + 0,13 = 0,327 X12 = X13 = (X3 + X6) //= (X3 + X7) = = = 0,162 X14 = X10 + X5 = 0,137 + 0,197 = 0,334 E23 EHT E4 X1 X12 X13 X11 N1 X14 E1 Biến đổi tiếp, ta ghép song song X11 với X13 rồi ghép nối tiếp với X12 được sơ đồ: X15 = X13 // X11 = = = 0,109 X16 = X12 + X15 = 0,036 + 0,109 = 0,145 Ghép song song X16 với X14 ta có: X17 = E234 EHT E1 X1 X16 X14 N1 đ X17 = 0,1 E1234 EHT N1 X1 0,1 X17 0,071 Vậy sơ đồ rút gọn cuối cùng là: + Điện kháng tính toán nhánh hệ thống là: XTTHT = X1 . = 0,071 . = 2,55 - Tra đường cong tính toán ta có: = 0,39 ; = 0,41 Theo công thức: IN = Ta tính được trị số tương ứng của dòng điện ngắn mạch do hệ thống cung cấp cho điểm ngắn mạch N1. INHT (0) = 0,39 . = 3,52 kA. INHT (Ơ) = 0,41 . = 3,7 kA. + Điện kháng tính toán nhà máy là. XTTNM = X17 . = 0,1 . = 0,275 - Tra đường cong tính toán ta có: = 3,8 ; = 2,35 Theo công thức: IN = Ta tính được trị số tương ứng của dòng điện ngắn mạch do các máy phát điện cung cấp cho điểm N1 như sau: INNM (0) = 3,8 . = 2,62 kA. INNM (Ơ) = 2,35 . = 1,62 kA. + Dòng ngắn mạch tổng tại N1 là: ICKN1 (0) = INHT (0) + INNM (0) = 3,52 + 2,62 = 6,14 kA. ICKN1 (Ơ) = INHT (Ơ) + INNM (Ơ) = 3,7 + 1,62 = 5,32 kA. + Dòng xung kích tại N1 là: IXKN1 = 1,8 . . 6,14 = 15,62 kA 2. Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N2. E23 EHT E4 X1 X12 X13 X11 N2 X14 E1 Tương tự như trên ta có sơ đồ sau: Biến đổi Y(X1, X12, X14) đ D thiếu (X18, X19). X18 = X1 + X12 + = 0,071 + 0,036 + X18 = 0,114 X18 = X1 + X14 + = 0,071 + 0,334 + đ X19 = 1,06 EHT X18 N2 X13 X19 E1 E4 X11 E23 Ta có sơ đồ sau: Biến đổi tiếp ta có: X20 = X13 // X19 = = 0,14 X21 = X20 // X11 = = 0,098 + Sơ đồ rút gọn cuối cùng. E1234 EHT N2 X18 0,098 X21 0,114 + Điện kháng tính toán nhánh hệ thống là: XTTHT = X18 . = 0,114 . = 4,1 Vì XTTHT > 3 nên ta có biểu thức: INHT = đ INHT = = 4,4 kA + Điện kháng tính toán nhà máy là: XTTNM = X21 . = 0,098 . = 0,269 - Tra đường cong tính toán ta có: = 3,42 ; = 2,36 đ INNM (0) = 3,42 . = 4,72 kA. INNM (Ơ) = 2,69 . = 3,25 kA. + Dòng ngắn mạch tổng tại N2 là: ICKN2 (0) = INHT (0) + INNM (0) = 4,4 + 4,72 = 9,12 kA. ICKN2 (Ơ) = INHT (Ơ) + INNM (Ơ) = 4,4 + 3,52 = 7,65 kA. + Dòng xung kích tại N2 là: IXKN2 = . 1,8 . 9,12 = 23,21 kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3. Để tính toán và lựa chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện, nguồn cung cấp chỉ là máy phát F3. - Ta có sơ đồ tính toán ngắn mạch. E3 N3 X7 0,197 + Điện kháng tính toán nhà máy là: XTTNM = X7 . = 0,197 . = 0,135 - Tra đường cong tính toán ta có: = 7,5 ; = 2,7 + Dòng ngắn mạch tổng tại N3 là: ICKN3(0) = 7,5 . = 28,36 kA. ICKN3(Ơ) = 2,7 . = 10,21 kA.\ + Dòng xung kích tại N3 là: IXKN3 = . 1,91 . 28,36 = 76,6 kA 4. Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N'3. Đối với điểm ngắn mạch N'3 thì nguồn cung cấp gồm hệ thống và các máy phát F1, F2, F4. Tương tự như trên ta có sơ đồ thay thế sau: X1 = 0,071 ; X2= 0,072 ; X3 = 0,128 X5 = X6 = X7 = X8 = 0,197 ; X9 =0,13 ; X10 = 0,137 EHT E4 E1 X10 X5 X9 X8 X1 X2 X3 E2 X2 X3 X6 N'3 Biến đổi sơ đồ ta có: X12 = = 0,036 X13 = X3 + X6 = 0,128 + 0,197 = 0,325 X14 = X8 + X9 = 0,197 + 0,13 = 0,327 X15 = X5 + X10 = 0,197 + 0,137 = 0,334 EHT E2 X13 X1 X3 E4 X14 N'3 X12 X15 E1 Biến đổi Y(X1, X12, X15) thành D thiếu (X16, X17). X16 = X1 + X12 + = 0,071 + 0,036 + X16 = 0,144 X17 = X15 + X12 + = 0,334 + 0,036 + X17 = 0,539 Ghép song song X17 với X13 ta có: X18 = X17 // X13 = = 0,202 Ghép song song X18 với X14 ta có: X19 = X18 // X14 = = 0,124 Ta có sơ đồ. EHT X16 N'3 X19 X3 E124 Tiếp tục biến đổi Y (X16, X3, X19) thành D thiếu (X20, X21). X20 = X16 + X3 + =0,114 + 0,128 + X20 = 0,359 X21 = X19 + X3 + =0,124 + 0,128 + đ X21 = 0,391 Ta được sơ đồ rút gọn cuối cùng là: E124 EHT N'3 X20 0,391 X21 0,359 + Điện kháng tính toán nhánh hệ thống là: XTTHT = X20 . = 0,359 . = 12,92 Vì XTTHT > 3 nên chúng ta sử dụng biểu thức: INHT = INHT = = 15,32 kA + Điện kháng tính toán nhà máy là: XTTNM = X21 . = 0,391 . = 0,806 - Tra đường cong tính toán ta có: = 1,24 ; = 1,34 INNM (0) = 1,24 . = 14,06kA. INNM (Ơ) = 1,34 . = 15,2 kA. + Dòng ngắn mạch tổng tại N'3 là: ICKN'3 (0) = INHT (0) + INNM (0) = 15,32 + 14,06 = 29,38 kA. ICKN'3 (Ơ) = INHT (Ơ) + INNM (Ơ) = 15,32 + 15,2 = 30,52 kA. + Dòng xung kích tại N'3 là: IXKN'3 = . 1,8 . 29,38 = 74,78 kA 5. Xác định dòng điện ngắn mạch tại điểm N4. Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N4 bằng tổng dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N3 và N'3 (theo nguyên lý xếp chồng). Ta có: ICKN4 (0) = ICKN3 (0) + ICKN'3(0) = 28,36 + 29,38 = 57,74 kA. ICKN4 (Ơ) = ICKN3 (0) + ICKN'3(0) = 10,21 + 30,52 = 40,73 kA. + Dòng xung kích tại N4 là: IXKN4 = . 1,8 . 57,74 = 146,98 kA Bảng kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch của cả hai phương án. Cấp điện áp kV Điểm ngắn mạch Phương án I Phương án II I" (kA) iXK (kA) I" (kA) iXK (kA) 220 N1 5,72 14,56 6,14 15,62 110 N2 11,31 28,79 9,12 23,21 10,5 N3 28,36 76,6 28,36 76,6 10,5 N'3 30,08 76,57 29,38 74,78 10,5 N4 58,44 148,76 57,74 146,98 Chương IV:tính toán kinh tế - kỹ thuật so sánh lựa chọn phương án tối ưu Trong chương này ta tính toán cac chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa hai phương án đã xét ở hai chương đầu. Vì các thiết bị khác như máy biến dòng, máy biến điện áp, bảo vệ rơ le... có giá trị nhỏ và đồng thời bố trí các thiết bị coi là tương đương giữa hai phương án nên việc tính toán vốn đầu tư cho hai phương án dựa trên cơ sở đầu tư các thiết bị chính là máy biến áp, máy cắt và dao cách ly. Các phương pháp tính toán kinh tế thường dùng là phương pháp thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch so với phí tổn vận hành hàng năm. Các chỉ tiêu kinh tế của các phương án được viết dưới dạng sau: + Một là: Vốn đầu tư: V = VB + VTBPP VB: Là vốn đầu tư về máy biến áp. VTBPP: Là vốn đầu tư về thiết bị phân phối. + Hai là: Chi phí vận hành hàng năm P gồm: - Pt : Là phí tổn vận hành hàng năm do tổn thát điện năng trong các máy biến áp. - PK : Là số tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư. Khi so sánh ta thấy phương án nào có vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm nhỏ hơn là phương án tối ưu. 4.1. Chọn máy CắT và dao cách ly. A. Phương án I. 1a. Chọn máy cắt điện phía 220kV. Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau: UđmMC ³ Umạng UđmMC ³ UIbcmax tnh ³ BN (Nếu IđmMC > 1000A không cần kiểm tra điều kiện này). Iôđđ ³ ixk Icắt MC ³ I" Để đơn giản và công tác vận hành được thuận lợi sau này, ta chọn loại máy cắt giống nhau. Ta đã có: Umạng = 220kV. IcbCmax = 330A Từ số liệu đã cho tra bảng chọn máy cắt SF6 : 3AQ2 có các thông số sau: Loại máy cắt Uđm (kV) Iđm (A) Umaxf50 (kV) Điện áp xung (kA) Icắtđm (kA) Iôđđ (kA) Đơn giá 109đ 3AQ2 245 4000 460 1050 50 125 2,86 + Kiểm tra máy cắt: - Điện áp: UđmMC = 245 kV > Umạng = 220kV. - Dòng điện làm việc định mức: IđmMC = 4000 A > ICbCmax = 330A. - Kiểm tra ổn định nhiệt: Do IđmMC = 4000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: IôđđMC = 125kA > ixkN1 = 14,56 kA - Kiểm tra điều kiện cắt: IcắtđmMC = 50 kA > I"N1 = 5,72 kA + Kết luận: Máy cắt đã chọn đạt yêu cầu. 1b. Chọn dao cách ly phía 220kV. Tương tự như chọn máy cắt điện ta chọn dao cách ly theo các điều kiện sau: UđmDCL ³ Umạng UđmDCL ³ UIbmax tnh ³ BN Iôđđ ³ ixk Đối với dao cách ly có dòng điện định mức IđmDCL > 1000A thì không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Và để đơn giản và công tác vận hành được thuận lợi sau này, ta chọn dao cách ly giống nhau. Loại dao cách ly Uđm (kV) Iđm (A) Iođđ (kA) Inh (kA) tnh (s) Đơn giá 109đ PKHE-2-220p/1000 220 1000 80 15 10 0,3 + Kiểm tra dao cách ly. - Điện áp: UđmDCL = 220 kV = Umạng = 220kV. - Dòng điện làm việc định mức: IđmDCL = 1000 A > ICbCmax = 330A. - Kiểm tra ổn định nhiệt: Do IđmDCL = 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: IôđđDCL = 80kA > ixkN1 = 14,56 kA + Kết luận: Dao cách ly đã chọn đạt yêu cầu. 2a. Chọn máy cắt điện phía 110kV. Tương tự việc lựa chọn máy cắt điện phía 220kV ta có: Umạng = 110kV. IcbCmax = 370A Từ số liệu đã cho tra bảng chọn máy cắt SF6 : 3AQ1 có các thông số sau: Loại máy cắt Uđm (kV) Iđm (A) Umaxf50 (kV) Điện áp xung (kA) Icắtđm (kA) Iôđđ (kA) Đơn giá 109đ 3AQ1 123 4000 230 550 40 100 1,24 + Kiểm tra máy cắt: - Điện áp: UđmMC = 123 kV > Umạng = 110kV. - Dòng điện làm việc định mức: IđmMC = 4000 A > ICbTmax = 370A. - Kiểm tra ổn định nhiệt: Do IđmMC = 4000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: IôđđMC = 100kA > ixkN2 = 28,79 kA - Kiểm tra điều kiện cắt: IcắtđmMC = 40 kA > I"N2 = 11,31 kA + Kết luận: Máy cắt đã chọn đạt yêu cầu. 2b. Chọn dao cách ly phía 110kV. Dao cách ly phía 110kV được chọn tương tự như chọn dao cách ly phía 220kV. Từ số liệu đã cho tra bảng chọn dao cách ly PHEH-2-110-1000 có các thông số sau: Loại dao cách ly Uđm (kV) Iđm (A) Iođđ (kA) Inh (kA) tnh (s) Đơn giá 109đ PHEH-2-110-1000 110 1000 80 31 3 0,2 + Kiểm tra dao cách ly. - Điện áp: UđmDCL = 110 kV = Umạng = 110kV. - Dòng điện làm việc định mức: IđmDCL = 1000 A > ICbCmax = 370A. - Kiểm tra ổn định nhiệt: Do IđmDCL = 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: IôđđDCL = 80kA > ixkN1 = 28,79 kA + Kết luận: Dao cách ly đã chọn đạt yêu cầu. 3. Chọn máy cắt điện phía 10,5kV cho mạch máy phát và máy biến áp tự ngẫu. Tương tự như chọn máy cắt phía 220kV và 110kV ta có: Umạng = 10,5kV. IcbCmax = 3970A Từ số liệu đã cho tra bảng chọn máy cắt không khí có các thông số sau: Loại máy cắt Uđm (kV) Iđm (A) Điện áp xung (kA) Icắtđm (kA) Iôđđ (kA) Đơn giá 109đ 8FG10-12-12500 12 12500 75 80 225 0,6 + Kiểm tra máy cắt: - Điện áp: UđmMC = 12 kV > Umạng = 10,5kV. - Dòng điện làm việc định mức: IđmMC = 12500 A > ICbBmax = 3970A. - Kiểm tra ổn định nhiệt: Do IđmMC = 12500A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: IôđđMC = 225kA > ixkN'3 = 76,57 kA - Kiểm tra điều kiện cắt: IcắtđmMC = 80 kA > I"N'3 = 30,08 kA + Kết luận: Máy cắt đã chọn đạt yêu cầu. B. Phương án II. Tương tự như việc chọn máy cắt ._.