Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện

LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là nguồn năng lượng cần thiết cho toàn bộ nền kinh tế và đời sống xã hội trong mỗi quốc gia. Do nhu cầu kinh tế và đời sống xã hội ngày một nâng cao, phụ tải ngày càng phát triển, nhất là trong công cuộc công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước, mức độ tiêu thụ năng lượng điện ngày càng tăng cao. Bởi vậy đòi hỏi hệ thống điện phải không ngừng phát triển và lớn mạnh. Để đáp ứng nhu cầu về sử dụng năng lượng điện ngày càng tăng đó thì cần phải xây dụng thêm các nhà máy điện và các đường dây truyền tải điện. Nhà máy điện là một phần tử quan trọng trong hệ thống điện, có vốn đầu tư khá lớn nên việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ đem lại hiệu quả kinh tế to lớn cho nền kinh tế quốc dân. Đồ án tốt nghiệp là một phần quan trọng trong quá trình học tập. Qua bản đồ án tốt nghiệp này sẽ giúp sinh viên ôn lại những kiến thức đã tích luỹ được đồng thời có cái nhìn tổng quan và hiểu biết về thực tế nhiều hơn. Bản đò án tốt nghiệp này của em được giao có nhiệm vụ là thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện. Với những nội dung được giao của bản đồ án em đã hoàn thành đúng khối lượng và thời gian. Trong quá trình thực hiện em cũng có nhiều cố gắng song khó có thế tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Kính mong được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn. LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo, các đơn vị tập thể trong và ngoài trường. Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến thầy giáo PGS. TS Nguyễn Hữu Khái đã trực tiếp hướng dẫn và dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Em xin cảm ơn sự nhiệt tình chỉ bảo, dạy dỗ của các thầy cô giáo trong khoa kỹ thuật công nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình. Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình cùng toàn thể bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn! Nam Định, ngày 13 tháng 12 năm 2008 Sinh viên Phạm thị Ngọc Bích CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.1. Chọn máy phát điện Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện gồm 4 tổ máy công suất mỗi máy là 63 MW. Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành ta chọn các máy phát điện cùng loại: Chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi có các thông số sau: Loại máy S MVA P MW U kV I kA Cosj Xd’’ Xd’ Xd TBf-63-2 78,75 63 10,5 4,33 0,8 0,153 0,224 2,199 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Từ bảng biến thiên phụ tải ngày ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp theo công thức: Trong đó: S(t): Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t P(t): Công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t Cosj : Hệ số công suất phụ tải 1.2.1. Phụ tải cấp điện áp máy phát(địa phương): Uđm = 10,5 (kV); Pmax = 8 (MW); Cosj = 0,85 Sau khi tính toán ta có bảng số liệu: t(h) 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 P% 65 90 80 100 65 Pdp(MW) 5,2 7,2 6,4 8 5,2 Sdp(MVA) 6,117 8,470 7,529 9,411 6,117 Đồ thị phụ tải địa phương: 1.2.2. Phụ tải trung áp: Uđm = 110 (kV); Pmax = 100 (MW); Cosj = 0,85 Kết quả tính toán cân bằng công suất Thời gian 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 P% 70 90 90 100 70 P110(MW) 70 90 90 100 70 S110(MVA) 82,352 105,882 105,882 117,647 82,352 Đồ thị phụ tải trung áp: 1.2.3. Phụ tải toàn nhà máy Pmax=63.4= 252 (MW); cosj = 0,8 Kết quả tính toán cân bằng công suất phụ tải toàn nhà máy Thời gian 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 P% 70 90 80 100 70 PNM(MW) 176,4 226,8 201,6 252 176,4 SNM(MVA) 220,5 283,5 252 315 220,5 Đồ thị phụ tải: 1.2.4. Phụ tải tự dùng của nhà máy Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lượng điện tự dùng chiếm 7% công suất định mức của toàn nhà máy. Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm có thể tính theo biểu thức sau: Trong đó: Std(t): Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t SNMdm : Công suất đặt của toàn nhà máy SNM(t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t a : Số phần trăm lượng điện tự dùng Sau khi tính toán ta có bảng kết quả: Thời gian 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 SNM (t) 220,5 283,5 252 315 220,5 Std (t) 18,081 20,727 19,404 22,05 18,081 Đồ thị phụ tải: 1.2.5. Công suất phát về hệ thống Công suất của nhà máy phát về hệ thống được tính theo công thức SVHT(t) = SNM(t) - {Sđp(t) + S110(t) + Std(t)} Sau khi tính toán ta có bảng kết quả: Thời gian 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 SNM (MVA) 220,5 283,5 252 315 220,5 Sdp (MVA) 6,117 8,470 7,529 9,411 6,117 S110 (MVA) 82,352 105,882 105,882 117,647 82,352 Std (MVA) 18,081 20,727 19,404 22,05 18,081 SVHT (MVA) 113,95 148,421 119,185 165,892 113,95 Đồ thị công suất phát về hệ thống của nhà máy : Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và đem lại hiệu quả kinh tế. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy có 4 tổ máy phát, công suất định mức của mỗi tổ máy là 63 MW có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở ba cấp điện áp sau: + Phụ tải địa phương: Sdpmax= 9,411 (MVA) Sdpmin = 6,117 (MVA) + Phụ tải trung áp: S110max = 117,647 (MVA) S110min = 82,352 (MVA) + Công suất phát về hệ thống: SVHTmax = 165,892 (MVA) SVHTmin = 113,95 (MVA) Theo đề ra ta nhận thấy: Dự trữ quay của hệ thống: SDT = 110 (MVA) Công suất một bộ máy phát điện _ máy biến áp không lớn hơn dữ trữ quay của hệ thống nên ta dùng sơ đồ bộ: máy phát điện _ một máy biến áp. Để hạn chế dòng ngắn mạch, trong chế độ làm việc bình thường hai máy biến áp cung cấp cho phụ tải địa phương làm việc riêng rẽ ở phía 10,5kV và mỗi máy cấp cho một nửa phụ tải địa phương. Khi một máy bị sự cố thì máy còn lại với khả năng quá tải sẽ cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải địa phương. Nhà máy có ba cấp điện áp là 10,5 kV; 110kV; 220kV. Trong đó lưới điện áp cao 220 (kV) và trung áp 110 (kV) đều là trung tính trực tiếp nối đất nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp. Từ các nhận xét trên ta đưa ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế: 2.1. Phương án 1 Phương án này có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp, công suất hai máy biến áp tự ngẫu có dung lượng nhỏ. 2.2. Phương án 2 Phương án này có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp. Tuy nhiên nhược điểm của phương án này là việc lắp đặt bộ MF_MBA ba pha 2 dây quấn lên lưới điện 220Kv sẽ khó khăn và đắt hơn rất nhiều. 2.3. Phương án 3 Phương án này có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp. Nhược điểm của phương án là phụ tải điện áp bên cao và bên trung không chênh nhau nhiều nên việc sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc không có hiệu quả là bao nhiêu, trong khi đó bên cao dùng 2 bộ MF-MBA là tốn kém ,số lượng máy biến áp nhiều. Nhận xét: Qua phân tích sơ bộ các phương án đưa ra ta nhận thấy phương án 1 và phương án 2 có nhiều ưu điểm hơn. Vì vậy ta giữ lại hai phương án này để tính toán kinh tế, kỹ thuật từ đó chọn một phương án tối ưu nhất cho nhà máy thiết kế. CHƯƠNG 3 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trường nơi lắp đặt nhà máy điện. Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất định mức của chúng. 3.1. Phương án 1 3.1.1. Chọn máy biến áp 1. Chọn máy biến áp bộ B3, B4 Công suất của máy biến áp bộ B3, B4 chọn theo điều kiện SB3 = SB4 ³ SđmF = 78,75 (MVA) Tra bảng chọn máy biến áp ta chọn máy biến áp loại: TДЦ có các thông số chính sau: Sđm (MVA) UC (kV) UH (kV) DP0 (kW) DPn (kW) Un% I0% 80 121 10,5 70 310 10,5 0,55 2. Chọn công suất máy biến áp tự ngẫu B1, B2 Công suất của máy biến áp tự ngẫu được chọn theo điều kiện: Trong đó: a: Hệ số có lợi của MBA tự ngẫu Þ Tra tài liệu “Thiết kế nhà máy điện” ta chọn máy biến áp tự ngẫu loại AT ДЦTH có Sđm = 160 (MVA), với các thông số cơ bản sau: UC (kV) UT (kV) UH (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% C-T C-H T-H C-T C-H T-H 230 121 11 85 380 11 32 20 0,5 3.1.2. Phân bố công suất cho các máy biến áp Để đảm bảo vận hành kinh tế các máy biến áp ta cho hai MBA bộ B3 và B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng cả năm như sau: SB3 = SB4 = SMFdm - = 78,75 - = 73,24 (MVA) Đồ thị phụ tải của B3 và B4 Nhận thấy: SB3 = SB4 = 73,24 < SđmB3 = 80 (MVA). Vậy ở điều kiện làm việc bình thường máy biến áp B3 và B4 không bị quá tải. Đối với các máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 công suất truyền tải lên các cấp điện áp được tính theo công thức sau: + Công suất truyền tải lên cao áp mỗi máy là: SCB1 = SCB2 = (SVHT) + Công suất truyền tải lên trung áp mỗi máy là: + Công suất truyền tải lên cuộn hạ áp mỗi máy: SHB1 = SHB2 = SCB1 + STB1 = SCB2 +STB2 Dựa vào bảng phân bố công suất toàn nhà máy ta tính được công suất truyền tải lên các cấp điện áp cho từng thời điểm, theo các công thức trên ta có bảng kết quả: SMVA 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 SB3=SB4 73,24 73,24 73,24 73,24 73,24 SC(B1,B2) 56,975 74,210 59,592 82,946 56,975 ST(B1,B2) -32,064 -20,299 -20,299 -14,416 -32,064 SH(B1,B2) 24,911 53,911 39,293 68,53 24,911 Dấu “_” chứng tỏ công suất được đưa từ thanh góp 110 kV sang thanh góp 220 kV Qua bảng phân bố trên ta nhận thấy: SCmax = 82,946< Sđm B1,B2 = 160 (MVA) STmax = 32,064< SM = a.SđmB1 = 160 . 0,5 = 80 (MVA) SHmax = 68,53 < SM = a.SđmB1 = 80 (MVA) Vậy ở điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp B1, B2 không bị quá tải. 3.1.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp 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 S110 = S110max = 117,647(MVA) Ta xét các sự cố sau: + Sự cố B4 (hoặc B3) Khi sự cố máy biến áp B4 (hoặc B3) mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lượng công suất là: - Phía trung áp: ST(B1;B2) = = 22,20 (MVA) - Phía hạ áp: SH(B1;B2) = SMFdm - Sdp - Std = 78,75 - .9,411 - .22,05 = 68,532 (MVA) - Phía cao áp: SC(B1;B2) = SH(B1;B2) - ST(B1;B2) = 68,532 - 22,20 = 46,332 (MVA) Khi đó công suất phát lên hệ thống của nhà máy thiếu so với lúc bình thường một lượng là: Sth =SVHT - (SC(B1) + SC(B2)) = 165,892 - 2.46,332 = 73,228 (MVA) Ta thấy: SdtHT > Sthiếu Þ hệ thống làm việc bình thường. + Sự cố B1 (hoặc B2) Khi có sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lượng công suất là: Phía trung áp: ST(B2) = S110max - SB3 - SB4 = 117,647 - (73,24.2) = -28,833 (MVA) Phía hạ áp: SH(B2) = SMFdm - Sdp - Stdmax = 78,75 - 9,411 - .22,05 = 63,826 MVA Phía cao áp: SC(B2) = SH(B2) - ST(B2) = 62,826 - (-28,833) = 92,659 MVA Lượng công suất phát về hệ thống của nhà máy còn thiếu so với lúc bình thường một lượng là: Sthiếu = SVHT - SC(B2) = 165,892 - 92,695 = 73,232 MVA Nhận thấy: SdtHT > Sthiếu Þ hệ thống làm việc bình thường 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 máy biến áp làm việc quá tải. 3.1.4. Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần: - Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải của nó. - Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp. Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm: DAB3 = DAB4 = DP0.t + DPN.t Đối với máy biến áp tự ngẫu: DATN = DP0.t + Trong đó: SCi, Sti’ SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của mỗi máy biến áp tự ngẫu trong khoảng thời gian ti. Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti. DPNC = 0,5 = 0,5=190 kW DPNT = 0,5 = 0,5=190 kW DPNH = 0,5 = 0,5= 570 kW Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp như sau: · Máy biến áp ba pha hai cuộn dây: Máy biến áp B3 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó Sb = 73,24 MVA trong cả năm. Do đó DAB3 = DAB4 = 8760 (70+ 310) = 2909,186.103 kWh. · Máy biến áp tự ngẫu: Ta có: DA = DP0.T + Bảng giá trị: MVA.h 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 å SCi2.ti. 25969,204 22028,496 7102,412 41280,233 12984,602 109364,94 STi2.ti 8224,8 1648,197 824,098 1246,926 4112,4 16056,421 SHi2.ti 4964,46 11625,583 3087,879 28178,165 2482,231 50338,318 DA = 85.8760.10-3 + .10-3.(190.109364,94 + 190.16056,421 + 570.50338,318) =744,6 + 748,86 = 1493,46 (MWh) Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là: DAS = DAB1 + DAB2 + DAB3 + DAB4 = 2. DAB1 + 2. DAB3 = 2. 1493,46 + 2.2909,186 = 8805,26 (MWh) 3.2. Phương án 2 3.2.1. Chọn máy biến áp 1. Bộ máy phát - máy biến áp ba pha hai cuộn dây SđmB3, B4 ³ SđmF = 78,75 MVA 2. Máy biến áp tự ngẫu SđmB1 = SđmB2 ³ SMFđm Với a = = = 0,5 là hệ số có lợi SđmB1 = SđmB2 ³ . 78,75 = 157,5 (MVA) Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phương án 2 như sau: Cấp điện áp khu vực (kV) Loại Sđm MVA Điện áp cuộn dây (kV) Tổn thất (kW) UN% I% P0 PN C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H 220 ATдцTH 160 230 121 11 85 380 11 32 20 0,5 110 Tдц 80 121 10,5 70 310 10,5 0,55 220 Tдц 80 242 10,5 80 320 11 0,6 3.2.2. Phân bố công suấi cho các máy biến áp 1. Phân bố công suất cho bộ MF_MBA: F3_B3 và F4_B4 Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B3, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm do đó công suất tải qua mỗi máy là: SB3 = SB4 = SđmF - = 78,75 - = 73,24 (MVA) 2. Phân bố công suất cho MBA B1, B2: Phía trung áp: ST(t) = (S110 - SB3) Phía cao: SC(t) = (SVHT - SB4) Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t) Ta có bảng phân bố công suất: S(MVA) Thời gian(h) 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 SB3 = SB4 73,24 73,24 73,24 73,24 73,24 SC(B1)= SC(B2) 20,355 37,59 22,97 46,326 20,355 ST(B1)= ST(B2) 4,556 16,321 16,321 22,203 4,556 SH(B1)= SH(B2) 24,911 53,911 39,291 68,529 24,911 Cuộn hạ có tải lớn nhất, được xác định theo công thức: SH(B1=B2) = SH®T + SH®C = 22,203 + 46,326 = 68,529 (MVA) SH(B1=B2) = 68,529< SH(B1=B2)đm = a.S(B1=B2)đm = 0,5.160 = 80 (MVA) Vậy MBA đã chọn là thoả mãn. 3.2.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp khi bị sự cố · 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 nguy hiểm nhất là khi S110 = S110 max = 117,647 MVA Ta xét các sự cố sau: + Xét sự cố bộ F3 - B3 Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải một lượng công suất là: STB1(B2) = STB1(B2) = S110max = 0,5.117,647= 58,823 MVA Lượng công suất từ máy phát F1 (F2) cấp lên phía hạ của B1 (B2): SH(B1=B2) = SMFđm - Sđp - Stdmax = 78,75 - 0,5.9,411 - 0,25.22,05 = 63,02 MVA Lượng công suất phát lên phía cao của B1 (B2) SC(B1=B2) = SH(B1=B2) - ST(B1=B2) = 63,02 - 58,823= 4,197 MVA Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = SVHT - SB4 - 2.SC(B1=B2) = 165,892 - 73,24 -2.4,197 = 84,258 MVA - Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 110 MVA Ta thấy SdtHT > Sthiếu Þ hệ thống làm việc bình thường + Xét sự cố B1 (B2) Khi sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lượng công suất là: S =S110max - SB3 = 117,647 - 73,24 = 44,407 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là: SB2(B3) = a.SđmB = 0,5.160 = 80 MVA Þ Vậy nên máy biến áp không bị quá tải. + Phân bố công suất khi sự cố B1: Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp một lượng công suất ST(B2) = S110max - SB3 = 117,647 - 73,24= 44,407 MVA - Lượng công suất từ máy phát F2 cấp lên phía hạ của B2 SH(B2)= SMFđm - Sđp - .Stdmax = 78,75 - 9,411 - .22,05 = 58,316 MVA - Lượng công suất phát lên phía cao của B2: SC(B2) = SH(B2) - ST(B2) = 58,316 - 44,407 = 13,909 MVA - Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = SVHT - 2.SC(B1=B2) = 165,892 - 2.46,332 = 73,228 MVA Ta thấy SdtHT > Sthiếu Þ hệ thống làm việc bình thường. Kết luận: Các máy biến áp đã chọn cho phương án 2 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải. 3.2.4. Tính toán tổn thất điện năng tổng các máy biến áp Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần: - Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải của nó. - Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp. Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm: DAB4 = DAB3 = DP0.T + DPN.t · Đối với máy biến áp tự ngẫu DAtn = DP0.T + .S(DPNC..ti + DPnt..ti + DPntt..ti) Trong đó: SCi, STi. SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu trong tổng thời gian ti. Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti. DPNC = 0,5. DPNT = 0,5. DPNH = 0,5. Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp như sau: · Máy biến áp ba pha hai cuộn dây Máy biến áp B3 và B4 luôn làm việc với công suất truyền tải qua nó: Sb = 73,24 MVA trong cả năm. Ta có: DA = DP0.T + DPN.T DAB3 = 8760 = 2909,186.103 kWh DAB4 = 8760 = 3050,273.103 kWh · Máy biến áp tự ngẫu. Ta có: DPNC = 0,5 = 190 kW DPNT = 0,5 = 190 kW DPNH = 0,5 = 570 kW Từ đó ta có: DA = DP0T + Bảng giá trị: MVA.h Thời gian(h) å 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 SCi2.ti 3314,608 5652,032 1055,24 12876,85 1657,304 24555,764 STi2.ti 166,057 1065,5 532,75 2957,839 83,028 4805,174 SHi2.ti 4964,463 11625,583 3087,56 28177,34 2482,231 50337,177 DATN = 85.8760.10-3+.10-3.(190.24555,764 +190.4805,174 +570.50337,177) = 744,6 + 488,625 = 1233,225 (MWh) Như vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là: DAS = DAB1 + DAB2 + DAB3 + DAB4 = 2´1233,225.103 + 2909,186.103 + 3050,273.103 = 8425,91 .103 ( kWh) = 8425,91 (MWh) CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN 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 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 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 ngắn mạch 3 pha. Chọn các đại lượng cơ bản. Scb = 100 MVA Ucb1 = 230 kV; Ucb2 = 115 kV; Ucb3 = 10,5 kV 4.1. Phương án 1 4.1.1. Chọn điểm ngắn mạch Chọn điểm ngắn mạch tính toán sao cho dòng ngắn mạch lớn nhất có thể có, tất cả các nguồn phát cùng làm việc . Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán. Lập sơ đồ thay thế. 4.1.2. Tính điện kháng các phần tử · Điện kháng của hệ thống XHT = X*HT. = 0,053 .XD = = 0,0264 · Điện kháng máy phát. XF = X”d.= 0,153. = 0,194 · Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây · Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2: Ta có: + Điện kháng cuộn cao áp: XC = = = 0,0718 + Điện kháng cuộn trung áp XT = = = -0,003 » 0 + Điện kháng cuộn hạ áp XH = = = 0,128 4.1.3. Tính toán ngắn mạch theo điểm 1. Tính dòng ngắn mạch tại N1 Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế. Sơ đồ thay thế: Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có: X1 = XHT + .XD = 0,053 + 0,0264 = 0,0794 X2 = XC(B1) // XC(B2) = = 0,036 X3 = (XH(B1) + XF1) // (XH(B2) + XF2)= = 0,161 X4 = Ghép các nguồn E12 và E34 ta có: X5 = X3 // X4 = = 0,08 X6 = X2 + X5 = 0,036 + 0,08 = 0,116 Sơ đồ rút gọn: - Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là: XTTHT = X1. = 0,0794. = 1,191 Tra đường cong tính toán ta có: I*(0) = 0,85 I*(¥) = 0,925 + Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I”HT(0) = I*(0). = 0,85. = 3,2 kA I”HT(¥) = I*(¥). = 0,925. = 3,48 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N1 là: XTTNM = X6. = 0,116. = 0,365 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 2,8 I* (¥) = 2,1 + Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I”NM(0) = I*(0). = 2,8. = 2,214 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,1. = 1,6 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N1: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3,2 + 2,214 = 5,414 kA I”N1(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 3,48 + 1,66 = 5,14 kA + Dòng điện xung kích ixkN1 = .kxk.I”N1(0) = .1,8.5,14 = 13,78 kA 2. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Ở cấp điện áp 110kV, tương tự như cấp điện áp 220kV nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống. Sơ đồ thay thế: Ngắn mạch tại điểm N2 có tính chất đối xứng, các điện kháng được tính toán như khi ngắn mạch tại điểm N1. Sử dụng lại các kết quả tính toán điểm N1 ta có Ghép các nguồn F12 và F34 ta có: X7 = X1 + X2 = 0,0794 + 0,036 = 0,1154 Sơ đồ rút gọn: - Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là: XttHT = X7. = 0,1154. = 1,731 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,56 I* (¥) = 0,62 + Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I”HT(0) = I*(0). = 0,56. = 4,22 kA I”HT(¥) = I*(¥). = 0,62. = 4,67 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N2 là: XTTNM = X5. = 0,08. = 0,252 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 4 I* (¥) = 2,4 + Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I”NM(0) = I*(0). = 4. = 6,325 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,4. = 3,795 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N2: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4,22 + 6,325 = 10,545 kA I”N2(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 4,67 + 3,795 = 8,465 kA + Dòng điện xung kích ixkN2 = .kxk.I”N2 = .1,8.10,545 = 16,84 kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Tính ngắn mạch tại điểm 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 Sơ đồ thay thế Ta có: X8 = X4 // (XH1 nt XF) = Biến đổi Y(X7, X8, XH1) ® (X9, X10) bỏ nhánh cân bằng X9 = X7 + XH1 + = 0,1154 + 0,128 + = 0,381 X10 = X8 + XH1 + = 0,107 + 0,128 + = 0,353 Sơ đồ đơn giản Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X9. = 0,381. = 5,715 > 3 Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”N3(0) = I”N3(¥) = = 14,43 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X10. = 0,353. = 0,83 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 1,21 I* (¥) = 1,32 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 1,21. = 15,72 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 1,32. = 17,14 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N3: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 14,43 + 15,72 = 30,15 kA I”N3(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 14,43 + 17,14 = 31,57 kA + Dòng điện xung kích ixkN3 = .kxk.I”N3 = .1,8.30,15 = 76,75 kA 4. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 ¢ Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F1 Sơ đồ thay thế - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM = XF. = 0,194. = 0,153 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 6,8 I* (¥) = 2,68 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 6,8. = 29,44 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,68. = 11,6 kA + Dòng điện xung kích:ngắn mạch đầu cực máy phát lấy kxk=1,9 ixkN’3 = .kxk.I”N3 = .1,9.29,44 = 79,1 kA 5. Tính dòng ngắn mạch tại điểm 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”N4(0) = I”N3 + I”N3’ = 30,15 + 29,44 = 59,59 kA I”N4(¥) = I”N3 + I”N3’ = 31,57 + 11,6 = 43,17 kA + Dòng điện xung kích ixkN4 = .kxk.I”N4 = .1,9.59,59 = 160,12 kA Vậy ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 1. Cấp đ/a(kV) điểm n.m I0” (kA) I (¥)” (kA) ixk (kA) 220 N1 5,414 5,14 13,78 110 N2 10,545 8,465 26,84 10,5 N3 30,15 31,57 76,75 N3’ 29,44 11,6 79,1 N4 59,59 43,17 160,12 4.2.Phương án 2 4.2.1. 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 N3: để chọn khí cụ điện cho mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc coi như F2 nghỉ, nguồn cung cấp là các máy phát điện khác và hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N3¢: Khi tính toán chỉ kể thành phần do F2 cung cấp. Điểm ngắn mạch N4 để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng, thực ra có thể lấy IN4 = IN3 + IN3’. 4.2.2. Tính điện kháng các phần tử · Điện kháng của hệ thống XHT = X*HT. = 0,053 .XD = = 0,0264 · Điện kháng máy phát. XF = X’d.= 0,153. = 0,194 · Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây = 0,131 = 0,1375 · Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2: + Điện kháng cuộn cao áp: XC = = = 0,0718 + Điện kháng cuộn trung áp XT = = = -0,003 » 0 + Điện kháng cuộn hạ áp XH = = = 0,128 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch. 4.2.3. Tính toán ngắn mạch theo điểm 1. Tính dòng ngắn mạch tại N1 Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có: X1 = XHT +. XD = 0,053 + 0,0264 = 0,0794 X2 = = = 0,036 X3 = (XF1 nt XH1)//(XH2 nt XF2) = = 0,161 X4 = XB4 + XF4 = X5 = XB3 + XF3 = 0,131 + 0,194 = 0,325 Ghép // F1,2; F3 rồi nt X2 ta có sơ đồ rút gọn: X F4 F 1,2 2 X 4 3 1 X X X 5 HT F 3 X6 = (X5 // X3 ) nt X2= + 0,036= 0,143 Ghép // X4 ta được sơ đồ rút gọn: X7 = X6 // X4 = = 0,1 - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: XNHT = X1.= 0,0794 . = 1,191 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,77 I* (¥) = 0,925 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”HT(0) = I*(0). = 0,77. = 2,9 kA I”HT(¥) = I*(¥). = 0,925. = 3,48 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X7. = 0,1. = 0,315 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,25 I* (¥) = 2,25 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,25. = 2,57 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,3 = 1,78 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N1: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 2,57 + 2,9 = 5,47 kA I”N1(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 1,78 + 3,48 = 5,26 kA + Dòng điện xung kích ixkN1 = .kxk.I”N1(0) = .1,8.5,47 = 13,92 kA 2. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ ứng với điểm ngắn mạch N1 ta có sơ đồ rút gọn với điểm N2 như sau: Ghép F1,2 // F3 ta có: X8 = X3 // X5 = = 0,107 Biến đổi Y(X1, X2, X4) ® (X9, X10) bỏ qua điện kháng cân bằng ta được: X9 = X1 + X2 + = 0,0794 + 0,036 + = 0,124 X10 = X2 + X4 + = 0,325 + 0,036 + = 0,508 Ghép F123 // F4: X11 = X10 // X8 = = 0,088 Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: XttHT = X9. = 0,124. = 1,86 Tra đường cong tính toán: I* (0) = 0,525 I* (¥) = 0,578 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 0,525. = 3,95 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 0,578. = 4,35 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X11. = 0,088. = 0,277 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,65 I* (¥) = 2,33 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,65. = 5,77 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,33. = 3,68 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N2: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3,95 + 5,77 = 9,72 kA I”N2(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 4,35 + 3,68 = 8,03 kA + Dòng điện xung kích ixkN2 = .kxk.I”N2 = .1,8.9,72 = 24,74 kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Lúc này nhà máy chỉ còn 3 máy phát. Vậy công suất tổng là: åSMFdm = 3.SMFdm = 3.78,75= 236,25 (MVA) Sử dụng các giá trị điện kháng đã tính ở trên với các phép biến đổi nối tiếp và song song ta có sơ đồ rút gọn mới như hình vẽ: trong đó X12=(XH1 nt XF1) // (XB3 nt XF3) = =0,162 biến đổi sơ đồ tam giác X4; X2; X12 thành sơ đồ sao X13; X14; X15 ta được sơ đồ rút gọn mới: Biến đổi (X4; X2; X12) ® Y(X13; X14; X15) X14 = = 0,011 X13 = = 0,022 X15 = =0,1 Sơ đồ rút gọn: Ghép nt các điện kháng ta có: X16 = X1 + X13 = 0,0794 + 0,022 = 0,1014 X17 = X14 + XH2 = 0,011 + 0,128 = 0,139 Biến đổi Y(X16, X17, X15) ® (X18, X19) bỏ qua điện kháng cân bằng ta có: X18 = X16 + X17 + =0,1014 + 0,139 + = 0,38 X19 = X15 + X17 + = 0,1 + 0,139 + = 0,37 Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X18. = 0,38. = 5,7 > 3 nên + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”N3(0) = I”N3(¥) = = 14,43 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X19. = 0,37. = 0,874 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 1,13 I* (¥) = 1,28 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 1,13. = 14,68 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 1,28. = 16,63 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N3: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 14,68 + 14,43 = 29,11 kA I”N3(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 16,63 + 14,43 = 31,06 kA + Dòng điện xung kích ixkN3 = .kxk.I”N3 = .1,8.29,11 = 74,10 kA 4. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3¢ Chính là dòng ngắn mạch đầu cực máy phát Sơ đồ thay thế Tính toán tương tự phương án 1 ta có: I”N3’(0) = 29,44 kA I”N3’(¥) = 11,6 kA + Dòng điện xung kích ixkN’3 = 79,1 kA 5. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4 I”N4(0) = I”N3 + I”N3’ = 29,11 + 29,44 = 58,55 kA I”N4(¥) = I”N3 + I”N3’ = 31,06 + 11,6 = 42,66 kA + Dòng điện xung kích ixkN4 = ixkN3 +ixkN’3 = 74,10 + 79,1 = 153,2 kA Ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 2. Cấp Đ/A (kV) Điểm n.m I”(0) (kA) I” (¥) (kA) ixk (kA) 220 N1 5,47 5,26 13,92 110 N2 9,72 8,03 24,74 10,5 N3 29,11 31,06 74,10 N3’ 29,44 11,6 79,10 N4 58,55 42,66 153,2 CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN KINH TẾ – KỸ THUẬT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Khi thiết kế bất kỳ nhà máy nào cũng phải tiến hành so sánh để chọn một phương án hợp lý nhất. Khi chọn phương án tối ưu phải dựa trên các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Các chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm độ tin cậy cung cấp điện, sự thuận tiện trong vận hành, độ bền vũng của công trình, khối lượng sửa chữa định kỳ và đại tu, mức độ tự động hoá, chất lượng điện năng. Các chỉ tiêu về kinh tế cơ bản là vốn đầu tư và phí tổn vận hành hàng năm. So sánh và phân tích các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đặc trưng của từng phương án cho phép ta tìm được phương án hợp lý nhất. Khi tính vốn đầu tư chỉ kể đến phần khác nhau của các phương án. Trên thực tế vốn đầu tư vào thiết bị chủ yếu phụ thuộc vào vốn đầu tư máy biến áp và các mạch thiết bị phân phối. Vốn đầu tư vào các mạch thiết bị phân phối chủ yếu phụ thuộc vào máy cắt, vì vậy để chọn các mạch thiết bị phân phối cho từng phương án phải chọn các máy cắt. 5.1. Chọn máy cắt điện Máy cắt điện là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện ._.