Thiết kế Nhà máy thuỷ điện

thuỷ điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ là 40 MW, cấp điện cho phụ tải các cấp điện áp 220 kV, 110 kV, 10,5 kV và phát vào hệ thống 220 kV. Được sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn PGS.TS Phạm Văn Hoà cùng các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn cùng lớp, em đã hoàn thành bản đồ án. Do thời gian có hạn, với lượng kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn ! Thiết kế nhà máy thuỷ điện Chương I : Tính toán phụ tải ,cân bằng công suấtCHọN Và CáC PHƯƠNG áN NốI DÂY 1-1. Chọn máy phát điện. Theo yêu cầu thiết kế phần điện cho nhà máy thuỷ điện có tổng công suất 200MW, gồm 5 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất là 40MW, cosj = 0,83. Ta có : Sdm =Pdm/cosj =48,19 (MVA). Chọn máy phát điện có các thông số trong bảng sau : Thông số Kiểu Sdm (MVA) Pđm (MW) Uđm  (kV) cos jđm Iđm (kA) X"d X'd Xd CB-840/130-52 50 40 10,5 0,83 2,76 0,20 0,30 0,89 1-2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất. Căn cứ vào đồ thị phụ tải đã cho, và công suất tác dụng cho dưới dạng % ở các cấp điện áp khác nhau, công suất tác dụng cực đại Pmax và cos j, chúng ta cân bằng công suất tác dụng và công suất biểu kiến theo công thức sau : Trong đó : S(t) là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t. P% là công suất tác dụng của phụ tải cho dưới dạng % cos j là hệ số công suất của phụ tải. 1.2.1. Tính toán phụ tải của toàn nhà máy : a)Đồ thị toàn nhà máy : Pđm = 5.40 = 200 MW cosj =cosjđm = 0,83 Smax = Pmax/ Cosj =200/0,83 = 241 MVA Smaxmưa = Smax = 241 MVA Smaxkhô = 80%. Smax = 0,8.241 = 193 MVA Đồ thị: 1.2.2. Tính toán đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 110kv : Theo nhiệm vụ thiết kế cho : Pmax= 70 MW cosj = 0,87 Smax =Pmax/cosj =70/0,87 = 80,46 MVA áp dụng công thức (1 - 1) ta có kết quả tính toán ghi ở bảng: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 P% 90 90 80 80 90 90 100 90 90 80 80 PT(MW) 63 63 56 56 63 63 70 63 63 56 56 ST(MVA) 72.41 72.41 64.37 64.37 72.41 72.41 80.46 72.41 72.41 64.37 64.37 Dựa vào bảng tính toán ở trên ta vẽ được đồ thị : 1.2.3. Tính toán đồ thị tải tự dùng: Với nhà máy thuỷ điện, tự dùng chiếm rất ít, khoảng 1% và coi như không đổi. Ptdmax = (a%/100 ). Pmax = (1,2/100).200 = 2,4 MW Stdmax = Ptdmax/ cosjtd =2,4/0,83 =2,89 MVA Đồ thị: 1.2.4. Tính toán đồ thị phụ tải cấp điện áp cao 220kV : Theo nhiệm vụ thiết kế cho : Pmax= 50 MW cosj = 0,87 Smax =Pmax/cosj =50/0,87 = 57,47 MVA áp dụng công thức (1 - 1) ta có kết quả tính toán ghi ở bảng : t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 P% 90 90 90 100 100 90 90 80 80 80 80 PC(MW) 45 45 45 50 50 45 45 40 40 40 40 SC(MVA) 51.72 51.72 51.72 57.47 57.47 51.72 51.72 45.98 45.98 45.98 45.98 Dựa vào bảng tính toán ở trên ta vẽ được đồ thị : 1.2.5. Tính toán đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát: Theo nhiệm vụ thiết kế cho : Uđm = 10,5 kV Pmax = 5 MW cosj = 0,85 Smax =Pmax/cosj =5/0,85 = 5,88(MVA) áp dụng công thức (1 - 1) ta có kết quả tính toán ghi ở bảng : t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 P% 80 80 80 70 70 80 90 100 90 90 80 PF(MW) 4.00 4.00 4.00 3.50 3.50 4.00 4.50 5.00 4.50 4.50 4.00 SF(MVA) 4.71 4.71 4.71 4.12 4.12 4.71 5.29 5.88 5.29 5.29 4.71 Dựa vào bảng tính toán ở trên ta vẽ được đồ thị : 1.2.6. Xác định đồ thị phụ tải cung cấp cho hệ thống 220 KV: Công suất phát về hệ thống được xác định theo công thức sau: SFHT(t)=SNM(t)-[Std(t)+ST(t)+SF(t)+SC(t)] (1-3) Trong đó: SNM(t): Tổng phụ tải của nhà máy tại thời điểm t Std(t): Phụ tải tự dùng của nhà máy tại thời điểm t ST(t): Phụ tải ở cấp điện áp trung 110 kV SC(t): Phụ tải ở cấp điện áp cao 220 kV áp dụng công thức trên để tính toán ta có kết quả ghi ở bảng sau: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 Smưa (MVA) 241 241 241 241 241 241 241 241 241 241 241 Skhô(MVA) 193 193 193 193 193 193 193 193 193 193 193 STD(MVA) 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89 ST(MVA) 72,41 72,41 64,37 64,37 72,41 72,41 80,46 72,41 72,41 64,37 64,37 SF(MVA) 4,71 4,71 4,71 4,12 4,12 4,71 5,29 5,88 5,29 5,29 4,71 SC(MVA) 51,72 51,72 51,72 57,47 57,47 51,72 51,72 45,98 45,98 45,98 45,98 SVHT(MVA)mưa 109,27 109,27 117,31 112,15 104,11 109,27 100,64 113,84 114,43 122,47 123,05 SVHT(MVA)khô 61,27 61,27 69,31 64,15 56,11 61,27 52,64 65,84 66,43 74,47 75,05 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy như sau: Nhận xét chung: Nhà máy thiết kế có tổng công suất là: SNMđm = 5.48 = 240 MVA So với công suất của hệ thống SHT = 2500 MVA, thì nhà máy thiết kế chiếm : công suất toàn hệ thống. Do vậy công suất của nhà máy đóng vai trò tương đối quan trọng. 1.3 .các phương án nối dây cho nhà máy điện: Nhận xét: 1- Đây là nhà máy thuỷ điện,phụ tải cấp điện áp máy phát PF max=5 MW lấy điện từ 2 đầu cực máy phát so với công suất máy phát PFđm = 40 MW chiếm nên không dùng thanh góp điện áp máy phát. Phụ tải địa phương và tự dùng lấy từ đầu cực máy phát. 2- Do các cấp điện 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp,mặt khác hệ số có lợi a = 0,5 nên ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống. 3- PTmax/PTmin = 70/50 MW mà PđmF = 40 MW, cho nên ghép 1 đến 2 bộ máy phát điện -máy biến áp hai cuộn dây bên trung áp. Với nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau: Phương án 1 : G1 G2 G3 G4 G5 S220max= 57,47 MVA S220min= 45,98 MVA S110max= 80,46 MVA S110min= 64,37 MVA B1 B2 B3 B4 Nhận xét: Phương án này có 1 bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV và 2 bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 220kV. Hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho 2 phía 110kV và 220kV. Ưu điểm: Phương án này bố trí nguồn và tải cân đối Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục. Nhược điểm: Công suất truyền từ cao sang trung qua máy biến áp liên lạc khá lớn. Có 2 bộ máy phát điện -máy biến áp bên cao nên khá đắt tiền. 2 Phương án 2: G1 G2 G3 G4 G5 S220max= 57,47 MVA S220min= 45,98 MVA S110max= 80,46 MVA S110min= 64,37 MVA B1 B2 B3 B4 B5 Nhận xét: Phương án 2 khác với phương án 1 ở chỗ có 2 bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 110 kV. Như vậy ở phía thanh góp 220 kV bớt đi một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây. Ưu điểm: Công suất truyền tải từ cao sang trung qua máy biến áp tự ngẫu nhỏ nên tổn thất công suất nhỏ. Đảm bảo về mặt kỹ thuật, cung cấp điện liên tục Vận hành đơn giản Nhược điểm: Tổn thất công suất lớn khi STmin. Chỉ có một bộ máy phát điện -máy biến áp bên cao nên rẻ tiền hơn phương án I 3. Phương án 3: Ta ghép hai bộ 2 máy phát - máy biến áp hai dây quấn vào phía thanh góp cao áp. Liên lạc giữa hai cấp điện áp được thực hiện nhờ máy biến áp tự ngẫu. Cuộn hạ áp của các máy biến áp liên lạc chỉ cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát và tự dùng. Ưu điểm : Phương án này có ưu điểm là khi hỏng một máy biến áp liên lạc thì chỉ ảnh hưởng đến việc truyền tải công suất giữa hai cấp điện áp còn các máy phát vẫn làm việc bình thường. Nhược điểm : Tổn thất điện năng và tổn thất công suất trong các máy biến áp lại tăng lên vì không những tổn thất không tải tăng lên do sử dụng nhiều máy biến áp, mà lượng công suất thừa hoặc thiếu của phía trung áp luôn phải qua hai lần biến áp và làm tăng tổn thất đồng trong các máy biến áp. Số lượng máy biến áp phía cao áp lớn nên vốn đầu tư lớn. Kết luận: Qua 3 phương án đã được đưa ra ở trên ta có nhận xét rằng 2 phương án 1 và 2 đơn giản và kinh tế hơn so với phương án 3. Tuy vậy nó vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục; an toàn cho các phụ tải và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật. Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và phương án 2 để tính toán cho các phần sau. CHƯƠNG II: Tính toán chọn máy biến áp A.PHƯƠNG áN I: 2.1. Chọn máy biến áp: Công suất của các máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việc bình thường tương ứng với phụ tải cực đại khi tất cả các máy biến áp đều làm việc. Mặt khác khi có một máy biến áp bất kỳ nào phải nghỉ do sự cố hoặc do sửa chữa thì các máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố phải đảm bảo tải đủ công suất cần thiết G1 G2 G3 G4 G5 S220max= 57,47 MVA S220min= 45,98 MVA S110max= 80,46 MVA S110min= 64,37 MVA B1 B2 B3 B4 B5 I. Chọn công suất cho máy biến áp : 1) Chọn máy biến áp nối bộ B5: Công suất máy biến áp nối bộ 2 cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện : SđmB ³ SđmF SđmF = 48 (MVA) Trong đó : SđmF là công suất định mức máy phát SđmB là công suất định mức của máy biến áp chọn. Máy biến áp đã chọn có mã hiệu và tham số trong bảng sau: Tham số Mã hiệu SđmMVA UckV UhkV PokW PnkW Un% Io% TPДЦH 63 115 10,5 59 245 10,5 0,6 2) Chọn máy biến áp nối bộ B1, B2 : Công suất máy biến áp nối bộ 2 cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện : SđmB ³ SđmF SđmF = 48 (MVA) Trong đó : SđmF là công suất định mức máy phát SđmB là công suất định mức của máy biến áp chọn. Máy biến áp đã chọn có mã hiệu và tham số trong bảng sau: Tham số Mã hiệu SđmMVA UckV UhkV PokW PnkW Un% Io% TPДЦH 63 230 11 67 300 12 0,8 3) Chọn máy biến áp liên lạc B3,B4 : Với nhận xét như ở phần trên ta chọn máy biến áp liên lạc B3 và B4 là máy biến áp tự ngẫu theo điều kiện sau : SđmB ³ Trong đó : a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu a = = 0,5 - SđmB là công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu được chọn: SđmB ³ SđmB ³ 96 (MVA) Ta chọn được máy biến áp tự ngẫu ba pha có tham số ghi ở bảng sau : Tham số Sđm(MVA) U (kV) Po (Kw) Pn (kW) Un% IO% Mã hiệu C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H ATДЦTH 125 230 121 11 75 290 - - 11 31 19 0,6 II. Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường : a) Phân bố công suất cho các máy biến áp nối bộ B1 và B2 : Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là bộ này làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua máy biến áp mỗi bộ được tính : SB1 = SB2 = SđmF - = 47,4 (MVA) Tổng phụ tải của 2 máy biến áp B1 và B2 là : SB1 + SB2 = 2. 47,4= 94,8 (MVA) b) Phân bố công suất cho máy biến áp nối bộ B5 : SB5 = SđmF - = 47,4 (MVA) c) Phân bố công suất cho các cuộn dây của hai máy biến áp tự ngẫu B3 và B4 : Phía điện áp cao 220kV : Công suất của cuộn dây điện áp cao được phân bố theo biểu thức sau : Sc(B3) = Sc(B4) = (S220TG -) Phía điện áp trung 110kV : Công suất của cuộn dây điện áp trung được phân bố theo biểu thức sau : ST(B3) = ST(B4) = Phía điện áp hạ của máy biến áp : Công suất được phân bố theo biểu thức sau: SH(B3) = SH(B4) = SC(B3) + ST(B3) = SC(B4) + ST(B4) Kết quả tính toán phân bổ công suất cho các cuộn dây của B3, B4 được ghi trong bảng: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)mưa 33,20 33,20 37,22 37,51 33,49 33,20 28,88 32,61 32,91 36,93 37,22 ST(MVA)mưa 12,56 12,56 8,54 8,54 12,56 12,56 16,58 12,56 12,56 8,54 8,54 SH(MVA)mưa 45,75 45,75 45,75 46,05 46,05 45,75 45,46 45,17 45,46 45,46 45,75 SC(MVA)khô 9,20 9,20 13,22 13,51 9,49 9,20 4,88 8,61 8,91 12,93 13,22 ST(MVA)khô 12,56 12,56 8,54 8,54 12,56 12,56 16,58 12,56 12,56 8,54 8,54 SH(MVA)khô 21,75 21,75 21,75 22,05 22,05 21,75 21,46 21,17 21,46 21,46 21,75 Từ trên bảng ta thấy S= 46,05 MVA < SH = .STNđm = 0,5.125 = 62,5 MVA Như vậy các máy biến áp đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thường III. Kiểm tra các MBA khi bị sự cố . Coi sự cố nghiêm trọng nhất là sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại. S110max = 80,46 MVA Tương ứng với thời điểm đó ta có : S220 = S220max = 51,72 MVA SUF = SUFmax = 5,29 MVA Đối với máy biến áp 2 cuộn dây B1, B2, và B5 ta không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của nó chọn theo công suất định mức của máy phát. Việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét với máy biến áp B3 và B4. a. Giả thiết sự cố máy biến áp B5 Khi đó máy biến áp B3, B4 phải cung cấp công suất cho phụ tải trung áp lớn nhất là 80,46 MVA Lượng công suất tải qua phía trung mỗi máy là: ST-B3,B4 =.S110max = .80,46 = 40,23 MVA Trong lúc sự cố, các máy phát G3, G4 phát hết công suất nên công suất của cuộn hạ mỗi máy là : SH-B3,B4 = ( 2.SGđm - SF max - .Std max ) = ( 2.48 - 5,29 - .2,89) = 44,97 MVA Công suất tải qua phía cao mỗi máy B3, B4 là : SC-B3,B4 = SH-B3,B4 - ST-B3,B4 = 44,97 - 40,23 = 4,74 MVA Lúc này các MBA B3, B4 làm việc theo chế độ truyền công suất từ hạ lên cao và trung Lượng công suất nhà máy cấp cho cao áp còn thiếu là : Sthiếu = SFHT + S220 - 2.SB1 - 2.SC-B3,B4 = 104,64+51,72-2.47,3-2.4.74 = 52,31 MVA Ta thấy lượng sông suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ của hệ thống 80 MVA Do đó MBA tự ngẫu B3, B4 làm việc hoàn toàn bình thường b. Giả thiết sự cố máy biến áp B4( hoặc B3) . Khi sự cố B4 thì máy phát điện G3 ngừng làm việc ta kiểm tra quá tải B3. Công suất tải qua phía trung của B3 là: ST-B3 = S110max - SB5 = 80,46 - 47,3 = 33,16 MVA Công suất tải qua phía hạ của B3 là. SH-B3= SGđm - SUFmax- .Stdmax = 48,19 - 5,29 - 2,89 = 42,32 MVA Công suất tải qua phía cao của MBA B3 là SC -B3 = SH-B3 - ST-B3 = 42,32 - 33,16 = 9,16 MVA Trong trường hợp này, máy biến áp B3 làm việc theo chế độ truyền công suất từ hạ sang trung và cao. Lúc đó hệ thống thiếu một lượng công suất là . Sthiếu = SFHT + S220 - 2.SB1 - SC -B3 = 104,64 + 51,72 - 2.47,3 - 9,16 = 52,6 MVA Ta thấy lượng công suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống 80 MVA . Vậy các máy biến áp đã chọn cho Phương án I đều thoả mãn điều kiện làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố 2.2. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp : Tính tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu được trong việc đánh giá một phương án về kinh tế và kỹ thuật. Tổn thất trong MBA gồm 2 phần. Tổn thất sắt 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 . Sau dây ta tiến hành tính tổn thất điện năng hàng năm với từng phương án đã nêu. 1. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B5. Tổn thất điện năng hàng năm của MBA B5 được tính như sau: DA = DP0.T + DPn. Trong đó . T = 8760 h thời gian làm việc của máy biến áp Si = 47,40 MVA = cosnt : là phụ tải của máy biến áp trong thời gian ti được lấy theo đồ thị phụ tải ngày. Máy biến áp B5 có ký hiệu : TPДЦH- 115/10,5 có DP0 = 59 kW ; DPn = 245 kW. Từ đó ta tính được tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B5 : DAB5 = 0,059. 8760 + 0,245. = 1731,75 MWh 2. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B1, B2 . Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B1, B2 được tính theo công thức . DAB1 = DAB2 = DP0.T + DPn. Máy biến áp B1, B2 là MBA kiểu TPДЦH- 230/11 Có DP0 = 67 kW ; DPn = 300 kW Do đó ta có DAB1 = DAB2 = 0,067. 8760 + 0,30 . = 2074,57 MWh 3. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B3, B4 . Để tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu ta coi MBA tự ngẫu như máy biến áp 3 cuộn dây. Khi đó cuộn dây nối tiếp, cuộn dây chung và cuộn dây hạ áp của máy biến áp tự ngẫu tương ứng với cuộn cao, trung và hạ của MBA 3 cuộn dây. Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu tính theo công thức sau: DAB3 = DAB4 = DP0 . T + .365 Trong đó : DA : Tổn thất điện năng trong máy biến áp (kWh) DPo : tổn thất không tải máy biến áp (kW) D, D, D : tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu. - công suất cuộn cao, trung, hạ ở thời điểm t đã tính được ở phần phân bố công suất (MVA) - t : là thời gian trong ngày tính theo giờ. D= 290 kW = 0,29 MW D= D= 0,5.0,29 kW = 0,145 MW SđmB = 125 MVA DPo =75 kW a)Mùa mưa: Có 180 ngày hay 180.24 = 4320 h Ta có bảng giá trị sau: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)mưa 33,20 33,20 37,22 37,51 33,49 33,20 28,88 32,61 32,91 36,93 37,22 ST(MVA)mưa 12,56 12,56 8,54 8,54 12,56 12,56 16,58 12,56 12,56 8,54 8,54 SH(MVA)mưa 45,75 45,75 45,75 46,05 46,05 45,75 45,46 45,17 45,46 45,46 45,75 Theo công thức và bảng số liệu trên ta có : DAB3m = DAB4m = = 0,075.4320 +180. =627,49 (MWh). b)Mùa khô: Có 185 ngày hay 185.24= 4440 h Ta có bảng giá trị sau: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)khô 9,2 9,2 13,22 13,51 9,49 9,2 4,88 8,61 8,91 12,93 13,22 ST(MVA)khô 12,56 12,56 8,54 8,54 12,56 12,56 16,58 12,56 12,56 8,54 8,54 SH(MVA)khô 21,75 21,75 21,75 22,05 22,05 21,75 21,46 21,17 21,46 21,46 21,75 Theo công thức và bảng số liệu trên ta có : DAB3k = DAB4k = 0,075.4440 +185. = 401,31 (MWh). Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp của phương án 1 là: DAP1 = DAB3m + DAB4m+ DAB3k + DAB4k+ DAB1 + DAB2 + DAB5 = 2.627,49 + 2.401,31 + 2.2074,57 + 1731,75 = 7938,49 (MWh) 2.3. Tính dòng điện cưỡng bức. I6 I2 S110max= 80,46 MVA S110min= 64,37 MVA S220max= 57,47 MVA S220min= 45,98 MVA I5 I4 I3 I1 B5 B4 B3 B2 B1 G5 G4 G3 G2 G1 1. Mạch 10,5 kV : Tại cực máy phát điện : Ilvcb = 1,05 . IđmF = =1,05 = 2,887 (kA) 2. Mạch 110kV : Icbmax110 =MAX{Icbmax4, Icbmax5, Icbmax6} Ta có: Icbmax4 = = = 0,202 (kA) Icbmax5 = = = 0,238 (kA) Icbmax6 = = = 0,404 (kA) Vậy : Icbmax110 = 0,404 kA 3.Mạch 220 kV : Icbmax220=MAX{Icbmax1, Icbmax2, Icbmax3} Ta có: Icbmax1 = = = 0,119 (kA) Icbmax2 = = = 0,309 (kA) Icbmax3 = = = 0,094 (kA) Vậy : Icbmax230 = 0,309 kA B.PHƯƠNG áN II: 2.1. Chọn máy biến áp: Công suất của các máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việc bình thường tương ứng với phụ tải cực đại khi tất cả các máy biến áp đều làm việc. Mặt khác khi có một máy biến áp bất kỳ nào phải nghỉ do sự cố hoặc do sửa chữa thì các máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố phải đảm bảo tải đủ công suất cần thiết G1 G2 G3 G4 G5 S220max= 57,47 MVA S220min= 45,98 MVA S110max= 80,46 MVA S110min= 64,37 MVA B1 B2 B3 B4 B5 I. Chọn công suất cho máy biến áp : 1) Chọn các máy biến áp nối bộ B4, B5: Công suất máy biến áp nối bộ 2 cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện : SđmB ³ SđmF SđmF = 48 (MVA) Trong đó : SđmF là công suất định mức máy phát SđmB là công suất định mức của máy biến áp chọn. Máy biến áp đã chọn có mã hiệu và tham số trong bảng sau: Tham số Mã hiệu SđmMVA UckV UhkV PokW PnkW Un% Io% TPДЦH 63 115 10,5 59 245 10,5 0,6 2) Chọn máy biến áp nối bộ B1: Công suất máy biến áp nối bộ 2 cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện : SđmB ³ SđmF SđmF = 48 (MVA) Trong đó : SđmF là công suất định mức máy phát SđmB là công suất định mức của máy biến áp chọn. Máy biến áp đã chọn có mã hiệu và tham số trong bảng sau: Tham số Mã hiệu SđmMVA UckV UhkV PokW PnkW Un% Io% TPДЦH 63 230 11 67 300 12 0,8 3) Chọn máy biến áp liên lạc B2, B3 : Với nhận xét như ở phần trên ta chọn máy biến áp liên lạc B2 và B3 là máy biến áp tự ngẫu theo điều kiện sau : SđmB ³ Trong đó : a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu a = = 0,5 - SđmB là công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu được chọn: SđmB ³ SđmB ³ 96 (MVA) Ta chọn được máy biến áp tự ngẫu ba pha có tham số ghi ở bảng sau : Tham số Sđm(MVA) U (kV) Po (Kw) Pn (kW) Un% IO% Mã hiệu C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H ATДЦTH 125 230 121 11 75 290 - - 11 31 19 0,6 II. Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường : a) Phân bố công suất cho các máy biến áp nối bộ B4 và B5 : Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là bộ này làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua máy biến áp mỗi bộ được tính : SB4 = SB5 = SđmF - = 47,4 (MVA) Tổng phụ tải của 2 máy biến áp B4 và B5 là : SB4 + SB5 = 2. 47,4= 94,8 (MVA) b) Phân bố công suất cho máy biến áp nối bộ B1 : SB5 = SđmF - = 47,4 (MVA) c) Phân bố công suất cho các cuộn dây của hai máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 : Phía điện áp cao 220kV : Công suất của cuộn dây điện áp cao được phân bố theo biểu thức sau : Sc(B2) = Sc(B3) = (S220TG -) Phía điện áp trung 110kV : Công suất của cuộn dây điện áp trung được phân bố theo biểu thức sau : ST(B2) = ST(B3) = Phía điện áp hạ của máy biến áp : Công suất được phân bố theo biểu thức sau: SH(B2) = SH(B3) = SC(B2) + ST(B2) = SC(B3) + ST(B3) Kết quả tính toán phân bổ công suất cho các cuộn dây của B2, B3 được ghi trong bảng: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)mưa 56,80 56,80 60,82 61,11 57,09 56,80 52,48 56,21 56,51 60,53 60,82 ST(MVA)mưa -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 -11,20 -11,20 -7,17 -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 SH(MVA)mưa 45,60 45,60 45,60 45,90 45,90 45,60 45,31 45,02 45,31 45,31 45,60 SC(MVA)khô 32,80 32,80 36,82 37,11 33,09 32,80 28,48 32,21 32,51 36,53 36,82 ST(MVA)khô -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 -11,20 -11,20 -7,17 -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 SH(MVA)khô 21,60 21,60 21,60 21,90 21,90 21,60 21,31 21,02 21,31 21,31 21,60 Từ trên bảng ta thấy S= 45,90 MVA < SH = .STNđm = 0,5.125 = 62,5 MVA Như vậy các máy biến áp đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thường III. Kiểm tra các MBA khi bị sự cố . Coi sự cố nghiêm trọng nhất là sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại. S110max = 80,46 MVA Tương ứng với thời điểm đó ta có S220 = S220max = 51,72 MVA SUF = SUFmax = 5,29 MVA Đối với máy biến áp 2 cuộn dây B1, B2, và B5 ta không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của nó chọn theo công suất định mức của máy phát. Việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét với máy biến áp B3 và B4. a. Giả thiết sự cố máy biến áp B5 Khi đó máy biến áp B2, B3 phải cung cấp công suất cho phụ tải trung áp lớn nhất là 80,46 MVA Lượng công suất tải qua phía trung mỗi máy là: ST-B2,B3 =.(S110max - SB4)= .(80,46 - 47,40)= 16,53 MVA Trong lúc sự cố, các máy phát G2, G3 phát hết công suất nên công suất của cuộn hạ mỗi máy là : SH-B2,B3 = ( 2.SGđm - SF max - .Std max ) = ( 2.48 - 5,29 - .2,89) = 44,97 MVA Công suất tải qua phía cao mỗi máy B2, B3 là : SC-B2,B3 = SH-B2,B3 - ST-B2,B3 = 44,97 - 16,53 = 28,44 MVA Lúc này các MBA B2, B3 làm việc theo chế độ truyền công suất từ hạ lên cao và trung Lượng công suất nhà máy cấp cho cao áp còn thiếu là : Sthiếu = SFHT + S220 - SB1 - 2.SC-B3,B4 = 104,64+51,72 - 47,4 - 2.28,44 = 52,08 MVA Ta thấy lượng sông suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ của hệ thống 80 MVA Do đó MBA tự ngẫu B2, B3 làm việc hoàn toàn bình thường b. Giả thiết sự cố máy biến áp B2( hoặc B3) . Khi sự cố B2 thì máy phát điện G2 ngừng làm việc ta kiểm tra quá tải B3. Công suất tải qua phía trung của B3 là: ST-B3 = S110max - SB4 - SB5= 80,46 - 47,4 - 47,4 = - 14,34 MVA Công suất tải qua phía hạ của B3 là. SH-B3= SGđm - SUFmax- .Stdmax = 48,19 - 5,29 - 2,89 = 42,32 MVA Công suất tải qua phía cao của MBA B3 là SC -B3 = SH-B3 - ST-B3 = 42,32 - (- 14,34) = 56,66 MVA Trong trường hợp này có thể coi máy biến áp B3 làm việc theo chế độ truyền công suất từ hạ và trung sang cao. Ta có : Snt-B3 = αSC-B3 = 0,5.56,66 = 28,33 MVA < Snt-B3đm = 125 MVA Vậy máy biến áp B3 không bị quá tải. Lúc đó hệ thống thiếu một lượng công suất là . Sthiếu = SFHT + S220 - SB1 - SC -B3 = 104,64 + 51,72 - 47,4 - 56,66 = 52,3 MVA Ta thấy lượng công suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống 80 MVA . Vậy các máy biến áp đã chọn cho Phương án II đều thoả mãn điều kiện làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố 2.2. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp : Tính tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu được trong việc đánh giá một phương án về kinh tế và kỹ thuật. Tổn thất trong MBA gồm 2 phần. Tổn thất sắt 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 . Sau dây ta tiến hành tính tổn thất điện năng hàng năm với từng phương án đã nêu. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B4, B5 áp dụng công thức. Máy biến áp B4, B5 kiểu TPДЦH- 115/10,5 có ; Do đó tổn thất điện năng của B4, B5 cũng giống như tổn thất của B5 đã tính ở phương án I. 2. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp T5 . áp dụng công thức Máy biến áp B1 kiểu TPДЦH- 230/11 có ; Do đó tổn thất điện năng của B1 cũng giống như đã tính ở phương án I. 3. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B2, B3 . Để tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu ta coi MBA tự ngẫu như máy biến áp 3 cuộn dây. Khi đó cuộn dây nối tiếp, cuộn dây chung và cuộn dây hạ áp của máy biến áp tự ngẫu tương ứng với cuộn cao, trung và hạ của MBA 3 cuộn dây. Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu tính theo công thức sau: DAB2 = DAB3 = DP0 . T + .365 Trong đó : DA : Tổn thất điện năng trong máy biến áp (kWh) DPo : tổn thất không tải máy biến áp (kW) D, D, D : tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu. - công suất cuộn cao, trung, hạ ở thời điểm t đã tính được ở phần phân bố công suất (MVA) - t : là thời gian trong ngày tính theo giờ. D= 290 kW = 0,29 MW D= D= 0,5.0,29 kW = 0,145 MW SđmB = 125 MVA DPo =75 kW a)Mùa mưa: Có 180 ngày hay 180.24 = 4320 h Ta có bảng giá trị sau: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)mưa 56,80 56,80 60,82 61,11 57,09 56,80 52,48 56,21 56,51 60,53 60,82 ST(MVA)mưa -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 -11,20 -11,20 -7,17 -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 SH(MVA)mưa 45,60 45,60 45,60 45,90 45,90 45,60 45,31 45,02 45,31 45,31 45,60 Theo công thức và bảng số liệu trên ta có : DAB3m = DAB4m = = 0,075.4320 +180. =713,37 (MWh). b)Mùa khô: Có 185 ngày hay 185.24= 4440 h Ta có bảng giá trị sau: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)khô 32,80 32,80 36,82 37,11 33,09 32,80 28,48 32,21 32,51 36,53 36,82 ST(MVA)khô -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 -11,20 -11,20 -7,17 -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 SH(MVA)khô 21,60 21,60 21,60 21,90 21,90 21,60 21,31 21,02 21,31 21,31 21,60 Theo công thức và bảng số liệu trên ta có : DAB3k = DAB4k = 0,075.4440 +185. = 441,28 (MWh). Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp của phương án 1 là: DAP1 = DAB2m + DAB3m+ DAB2k + DAB3k+ DAB1 + DAB4 + DAB5 = 2.713,37 + 2.441,28 + 2074,57 + 2.1731,75 = 7847,37 (MWh) 2.3. Tính dòng điện cưỡng bức. G1 G2 G3 G4 G5 S220max= 57,47 MVA S220min= 45,98 MVA S110max= 80,46 MVA S110min= 64,37 MVA B1 B2 B3 B4 B5 I6 I2 I5 I4 I1 I3 1. Mạch 10,5 kV : Tại cực máy phát điện : Ilvcb = 1,05 . IđmF = =1,05 = 2,887 (kA) 2. Mạch 110kV : Icbmax110 =MAX{Icbmax4, Icbmax5, Icbmax6} Ta có: Icbmax4 = = = 0,083 (kA) Icbmax5 = = = 0,238 (kA) Icbmax6 = = = 0,404 (kA) Vậy : Icbmax110 = 0,404 kA 3.Mạch 220 kV : Icbmax220=MAX{Icbmax1, Icbmax2, Icbmax3} Ta có: Icbmax1 = = = 0,119 (kA) Icbmax2 = = = 0,309 (kA) Icbmax3 = = = 0,153 (kA) Vậy : Icbmax230 = 0,309 kA Chương III Tính dòng điện ngắn mạch Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi xảy ra ngắn mạch . Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện và dây dẫn là dòng ngắn mạch 3 pha . Để tính toán dòng ngắn mạch trong đồ án thiết kế này ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình ( Ucb = Utb ) . Công suất cơ bản được chọn là: Scb = 100 MVA. I. Phương án I. 1. Chọn điểm ngắn mạch : G4 G1 G2 G3 G5 N1 HT N3’ N3 N4 N2 Để chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV điểm ngắn mạch tính toán là N1. Nguồn cung cấp là toàn bộ máy phát điện và hệ thống. Đối với mạch 110 kV điểm ngắn mạch tính toán là N2. Nguồn cung cấp là máy phát và hệ thống . Đối với mạch tự dùng điểm ngắn mạch tính toán là N4. Nguồn cung cấp là toàn bộ máy phát và hệ thống. Đối với mạch máy phát cần so sánh dòng điện ngắn mạch tại N3 và N’3 Ngắn mạch tại N3. Nguồn cung cấp là toàn bộ hệ thống và nhà máy trừ máy phát G4. Ngắn mạch tại N’3 nguồn cung cấp là máy phát G4. 2. Xác định điện kháng. Điện kháng hệ thống Điện kháng đường dây. Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây B5 - Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây B1, B2. Ta lại có : Do đó điện kháng của MBA tự ngẫu Điện kháng máy phát điện Sơ đồ thay thế tính toán : 3. Tính toán cụ thể cho từng điểm ngắn mạch a. Điểm ngắn mạch N1 Từ sơ đồ thay thế, ta biến đổi nối tiếp ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N1 : Trong đó : Dùng biến đổi song song ta được : Với : Ghép song song X6 với X9 rồi nối tiếp với X8 ta được : Ta có : Ghép song song X7 với X10 ta được : Với : Ta có điện kháng tính toán về phía hệ thống : Tra đường cong tính toán của máy phát điện tua bin hơi, ta có : I0 = 0,51 IƠ =0,52 Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống : IHT(0) = IHT() = Điện kháng tính toán về phía nhà máy : Tra đường cong tính toán ta được : I0 = 3,5 I = 3,05 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy : INM(0) = INM() = Dòng điện ng._.