Thiết kế phần điện của nhà máy điện

ho mạch 22 KV Máy biến áp đo lường chương 6:Sơ đồ nối dây và thiết bị tự dùng lời mở đầu Điện năng được xản xuất từ các nhà máy và được truyền tải đến các hộ tiêu dùng nhờ các trạm biến áp. Nhà máy điện và các trạm biến áp là khâu không tể thiếu trong hệ thống điện . Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta hệ thống điện cũng phát triển với nhiều nhà máy và trạm biến áp với công suất lớn. Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại những lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế nói chung và hệ thống điện nói riêng. Muốn giải quyết tốt các vấn đề đã nêu cần có những hiểu biết toàn diện, sâu sắc về nhà máy điện. Sau quá trình học tập nghiên cứu ở trường, tôi được thầy cô giáo giao nhiệm vụ thiết kế phần Điện của nhà máy điện. Do thời gian ít , trình độ còn nhiều hạn chế mặc dù đã cố gắng với tất cả khả năng của mình nhưng chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót trong khi thiết kế. Vì vậy tôi rất mong được sự giúp đỡ và góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để cuốn đồ án của tôi được hoàn chỉnh. Chương I Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Để đảm bảo chất lượng điện năng , tại mỗi thời điểm công suất do các nhà điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với công suất tiêu thụ kể cả công suất tổn thất . Như vậy việc tính toán phụ tải và cân bằng công suất trong hệ thống điện là một điều vô cùng quan trọng . Trong thực tế , mức tiêu thụ điện năng tại các phụ tải luôn thay đổi theo thời gian, do đó việc nắm được qui luật này , tức là tìm được dạng đồ thị phụ tải là một điều vô cùng quan trọng đối với người thiết kế và vận hành bởi vì nhờ có đồ thị phụ tải mà có thể lựa chọn được phương án, sơ đồ nối điện phù hợp . Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật nâng cao độ tin cậy cung cấp điện . Ngoài ra đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng dung lượng máy biến áp , phân bố được tối ưu công suất giữa giữa các nhà máy điện hoặc giữa các tổ máy trong một nhà máy điện. Để chọn dung lượng và tính toán tổn thất trong máy biến áp cần thiết lập đồ thị phụ tải ngày của nhà máy. Máy biến áp được chọn theo công suất biểu kiến , mặt khác hệ số cosj các cấp khác nhau không nhiều nên cân bằng công suất được tính theo công suất biểu kiến . Sau đây tiến hành tính công suất các cấp của nhà máy. Công thức chung để tính tính toán công suất như sau: S = Pmax ( 1 - 1) Trong đó : S - Công suất biểu kiến của phụ tải ở từng cấp Pmax - công suất cực đại P% - Công suất tính theo phần trăm công suất cực đại. cosj - hệ số công suất phụ tải. 1. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho nhà máy gồm 5 tổ máy phát điện kiểu TBB-150-2 có PGđm = 150 MW, cosjđm = 0,85 SGđm = PGđm / cosjđm = 0,85 =176,5 MVA Tổng công suất đặt của nhà máy là : PNMđm = 5. 150 = 750 MW hay SNMđm = 882,5 MVA Đồ thị phụ tải nhà máy được xác định bằng công thức : SNM(t) = Với PNM(t) = Kết quả tính được cho trong bảng 1.1 và đồ thị phụ tải cho trên hình 1.1: Bảng 1.1 t(h) 0 á8 8á12 12á16 16á24 P% 80 100 90 80 PNM(t)(MW) 600 750 675 600 S NM(t) (MVA) 706 882,5 794,25 706 706 794,25 882,5 706 0 8 12 16 24 900 800 700 600 500 400 300 200 100 SNM(t)(MVA) Hình 1.1 2. Đồ thị phụ tải địa phương: Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho :Pđpmax = 28 MW, cosj = 0,92 Đồ thị phụ tải nhà máy được xác định bằng công thức : S22 (t) = Với P22 (t) = Kết quả tính được cho trong bảng 1.2 và đồ thị phụ tải cho trên hình 1.2: Bảng 1.2 t(h) 0 á8 8á12 12á16 16á24 P% 70 100 90 70 P22(t) 19,6 28 25,2 19,6 S22(t)(MVA) 21,315 30,435 27,392 21,315 21,315 27,392 0 8 12 16 24 21,315 S22 (t)(MVA) t(h) 30,435 32 28 24 20 18 16 12 8 4 2 Hình 1.2 3 . Đồ thị phụ tải trung áp 110 kV Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho :P110max = 250 MW, cosj = 0,8 Đồ thị phụ tải nhà máy được xác định bằng công thức : S110(t) = Với P110(t) = Kết quả tính được cho trong bảng 1.3 và đồ thị phụ tải cho trên hình 1.3: Bảng 1.3 t(h) 0 á8 8á12 12á16 16á24 P% 70 100 80 70 P110(t)(MVA) 175 250 200 175 S110(t)(MVA) 218,75 312,5 250 218,75 250 0 8 12 16 24 t(h) 320 280 200 120 40 312,5 218,75 S110(t)(MVA) 218,75 Hình 1.3 4 .Đồ thị phụ tải tự dùng: Đồ thị phụ tải tự dùng xác định theo công thức sau : Std(t) = a.SNMđm.(0,4 + 0,6. ) ( 1- 2 ) Trong đó Std(t) : Công suất tự dùng . SNMđm : Công suất đặt toàn nhà máy SNM (t) : Công suất phát toàn nhà máy tại thởi điểm t a : Phần trăm điện tự dùng. Kết quả tính được cho trong bảng 1.4 và đồ thị phụ tải cho trên hình 1.4: Bảng 1.4 t(h) 0 á8 8á12 12á16 16á24 SNM(t)(MVA) 706 882,5 794,25 706 Std (MVA) 51,0 65,30 57,64 51,.0 t(h) 0 8 12 16 24 60 50 40 30 20 10 51 65,3 51 Std(t)(MVA) 57,64 Hình 1.4 5 .Công suất phát về hệ thống . Công suất phát về hệ thống được tính theo công thức sau: S220(t)  = SNM(t) - ( Std(t) + S110(t) + S22(t) ) Kết quả tính được cho trong bảng 1.5 và đồ thị phụ tải cho trên hình 1.5: Bảng 1.5 t(h) 0 á8 8á12 12á16 16á24 Std(t) 51,0 65,3 57,64 51,0 SNM(t) 706 882,5 794,25 706 Sđp(t) 21,315 30,435 27,392 21,315 ST(t) 218,75 312,5 250 218,75 SHT(t) 414,93 474,27 459,22 414,93 8 12 16 24 t(h) 480 420 360 300 240 180 120 60 0 414,93 414,93 459,22 474,27 S220(t) (MVA) Hình 1.5 Nhận xét: Theo kết quả tính toán được trong bảng (1-5) và qua các đồ thị phụ tải, ta nhận thấy: Nhà máy có đủ công suất cung cấp cho các phụ tải ở các cấp điện áp. Công suất phát về hệ thống lớn hơn dự trữ quay của hệ thống(400 MVA), do đó sự ảnh hưởng của nhà máy điện đối với hệ thống là đáng kể. Từ các kết quả tính toán trên ta có đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy cho trên hình 1.6 . 414,93 21,315 30,435 27,392 21,315 51 65,3 57,64 51 312,5 218,75 250 218,75 706 794,25 882,5 706 0 8 12 16 24 900 800 700 600 500 400 300 200 100 SNM(t)(MVA) t(h) S22(t) Std(t) S110(t) SNM(t) 474,27 459,22 414,93 S220(t) Hình 1.6 Chương:II đề xuất sơ đồ nối điện chính Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế và kết quả tính toán được ở phần trước, ta tiến hành vạch một số phương án nối điện của nhà máy. Việc đưa ra các phương án nối điện phải đảm bảo các yêu cầu kimh tế kỹ thuật đồng thời thuận tiện cho công tác vận hành cũng như sửa chữa sau này có tính tới nhu cầu phát triển trong tương lai. Trước tiên ta có một số nhận xét sau dây: Do phụ tải địa phương được cung cấp với điện áp 22 kV , mà điện áp định mức máy phát bằng 18 kV nên phụ tải địa phương được cung cấp qua 2 MBA tăng áp 18/22 kV. Trong các phương án nêu sau đây phần cung cấp điện cho phụ tải địa phương được thực hiện giống nhau . Như vậy sơ đồ nối điện chính của nhà máy sẽ có 3 cấp điện áp chính là 18;110;220 kV. Trên cơ sở phân tích trên có thể đưa ra một số phương án nối dây như sau : Phương án một: (hình 2.1)do phụ tải cực tiểu trung áp (S110nim = 218,25 ) lớn hơn công suất định mức của một máy phát điện nên ghép một bộ máy phát điện máy biến áp lên thanh góp trung áp ( bộ G3-T3 ) . Do phụ tải cao áp cũng lớn hơn công suất định mức của hai máy phát điện nên ghép hai bộ máy phát điện máy biến áp lên thanh góp cao áp ( G4-T4 và G5-T5). Để cumg cấp điện thêm cho phụ tải cao và trung áp dùng hai bộ ( G1-T1 và G2-T2). Phụ tải địa phương được cung cấp qua 2 máy biến áp 18/22 kV như đã nói trên . T4 T2 G3 T3 220 kV 110 kV T1 G4 G1 G2 G5 T5 18/22 kV Phụ tải địa phương 22 kV S220max = 474,2 MVA S220min = 414,43 MVA S110max = 312,5 MVA S110min = 218,75 MVA Hình 2.1 Phương án hai : (hình 2.2 ) Để giảm vốn đầu tư của phương án 1, chuyển bộ G4- T4 từ thanh góp 220 kV sang thanh góp 110 kV. Phần còn lại của sơ đồ giống như PA 1. Tuy nhiên do phụ tải cực tiểu trung áp nhỏ hơn công suất định mức của hai máy phát điện, do đó trong những giờ phụ tải trung áp cực tiểu , nếu hệ thống đòi hỏi G3 ,G4 phát công suất định mức thì hệ thống nhận được công suất thừa trên thanh góp 110 kV phải qua một lần biến áp nữa (qua hai máy biến áp tự ngẫu T1 , T2 ).Truyền tải như vậy làm cho tổn thất trong cuộn dây nối tiếp của nó tăng lên nhưng tổn thất trong cuộn dây chung lại giảm xuống . 110 kV 18/22 kV Phụ tải địa phương T2 G3 T3 220 kV T5 T1 G5 G1 G2 G4 T4 22 kV S220max =474,27 MVA S220min =414,43 MVA S110max =312,5 MVA S110min =218,75 MVA Nhận xét chung : Nhận xét sơ bộ ưu điểm của từng phương án . Phương án một . phải dùng - Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 1 Máy - Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp cao : 2 Máy - Máy biến áp tự ngẫu ba pha (18,110,220kV) : 2 máy * Phương án hai phải dùng - Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 2 Máy - Máy biến áp tự ngẫu ba pha (18,110,220kV) : 2 máy - Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp cao : 1 Máy Chương III Chọn máy biến áp - Tính tổn thất điện năng I. Phương án 1 1.Máy biến áp ba pha hai cuộn dây:T3 , T4 , T5 Theo điều kiện hợp bộ sau: ST3đm = ST4đm = ST5đm ³ SGđm = 176,5 MVA Từ đó chọn MBA T4,T5 (220 kV) có các thông số như bảng 2.1: Bảng 2.1 Loại máy Sđm (MVA) Ucđm (kV) Uhđm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% IN% Giá (103USD) TдЦ-200 200 242 18 170 580 11 0,45 181 Từ đó chọn MBA T3 (110 kV) có các thông số như bảng 2.2 : Bảng 2.2 Loại máy Sđm (MVA) Ucđm (kV) Uhđm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% IN% Giá (103USD) TдЦ-200 200 121 18 140 550 10,5 0,5 170 2. Máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 : T1 và T2 được chọn theo điều kiện sau: ST1đm = ST2đm= a : hệ số có lợi , ở đây Từ đó chọn máy bến áp tự ngẫu ba pha ATдЦTH-360 có thông số như bảng 2.3 Bảng 2.3 Sdm UCđm U Tđm U Hđm DP0 DPN ( kW) UN% IN% Giá (MVA) (kV) (kV) (kV) (kW) C-T C-H T-H C-T C-H T-H (103USD) 360 242 121 18 550 900 500 560 13 24 12 1,2 185 3. Phân bố phụ tải và tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp a. Phân bố phụ tải. + Máy biến áp T3,T4,T5 : được phát đồ thị phụ tải bằng phẳng như sau: ST3 =ST4 = ST5 = SGđm - Std = 176,5 - 10,59 = 165,91 MVA + Máy biến áp tự ngẫu T1,T2: Khi đó phụ tải các phía của MBA tự ngẫu T1,T2 như sau : - Phía cao áp : SC-T1,T2 = (S220(t)- ST4 - ST5 ) - Phía trung áp : ST-T1,T2 = (S110(t)- ST3 ) - Phía hạ áp : SH-T1,T2 = SC-T1,T2 + ST-T1,T2 Từ các công thức trên tính được kết quả như bảnh 2.4: Bảng 2.4 t(h) 0 á8 8á12 12á16 16á24 ST3 =ST4 = ST5 165,91 165,91 165,91 165,91 SC-T1,T2 41,56 71,22 63,70 41,56 ST-T1,T2 26,42 73,30 42,05 26,42 SH-T1,T2 67,98 144,52 105,74 67,98 Qua trên thấy rằng MBA tự ngẫu làm việc theo chế độ tải từ hạ lên cao và trung áp . Khi đó cuộn hạ có tải lớn nhất . Từ bảng trên thấy rằng SH-T1,T2max = 144,52 MVA Do SH-T1,T2max < ST1,T2tt = 0,5 ST1,T2đm = 0,5.360 = 180 MVA Nên T1, T2 không bị quá tải. b.Tính toán tổn thất trong MBA + Tổn thất điện năng trong một MBA ba pha 2 dây quấn T3 ,T4và T5 . được xác định theo công thức : Với máy biến áp T4 ,T5: Với máy biến áp T3: +Tổn thất trong máy biến áp tự ngẫu T1, T2, Được xác định theo công thức : Trong đó : PKT : tổn thất không tải SiC , SiT , SiH : công suất tải phía cuộn cao , trung và hạ của MBA ba cuộn dây tương. DPN-C , DPN-T , DPN-H :Tổn thất công suất ngắn mạch trong các cuộn dây cao,trung , hạ của MBA ba cuộn dây tương đương như sau. = 330 kW = 570 kW = 1670 kW Thay vào công thức trên tính cho một máy biến áp ta như sau: DAT1,T2 = 550.8760 + . [ 330.(41,562.8 + 71,222.4 + 63,72.4 +41,562.8) ]+ 570.(26,422.8 + 73,32.4 + 42,052.4 + 26,422.8 ) + 1670.(67,982.8 + 144,522.4 + 105,742.4 + 67,982.8)] = 5 892 424,4 kWh Vậy tổng tổn thất điện năng ở phương án một là: DAI = 2.4985568,8 + 2.5892424,4 + 4529144,8 = 26 285 130,4 kWh 4. Kiểm tra tình trạng làm việc của các máy biến áp khi sự cố Coi rằng sự cố nghiêm trọng nhất là xảy ra vào thời gian phụ tải trung áp cực đại S110max = 312,5 MVA (vào 8-12 giờ ). Tương đương với thời gian đó ; S220 = S220max = 474,27 MVA S22 = S22max = 30,435 MVA a. Sự cố bộ G3-T3 : Khi đó mỗi máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 phải tải lên phía trung áp như sau : ST-T1,T2 = S110max: 2 = 312,5 :2 = 156,25 MVA Từ phía hạ áp của mỗi MBA T1 và T2 có thể đưa lên SH-T1,T2 = SGđm - Std - (S22max: 2) = 176,5 - 6%176,5 - (30,435 : 2 ) = 156,693 MVA Như vậy qua T1,T2 phía 220 kV nhận được SC-T1,T2 = SH-T1,T2 - ST-T1,T2 = 156,435 - 156,25 ~ 0 Qua trên thấy rằng với sự cố này MBA tự ngẫu T1 và T2 làm việc theo chế độ tải từ hạ áp lên trung áp . Do SH-T1,T2= 156,693< ST1,T2tt = 180 MVA nên T1, T2 không bị quá tải. Với sự cố này phía hệ thống còn thiếu S220th= S220max - ST4 - ST5 = 474,27 -165,55 - 165,55 = 143,17 MVA S220th vẫn còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. b. Khi sự cố máy T1 hoặc T2 Giả thiết sự cố T1. Khi đó phía trung áp của máy T2 phải cung cấp cho thanh góp 110 kV là ST-T2 = S110max - ST3 = 312,5 - 165,55 = 146,95 MVA Khi đó SVHT = 474,27 MVA Sdp = 30,435 MVA Từ G2 có thể đưa lên hạ áp của T2 SH-T2 = S Gdm - S td  - S22max = 176,5 - 6%176,5 - 30,435 = 135,475 MVA Trong khi đó phía 220 kV nhận được qua T2 SC-T2 = SH-T2 - ST-T2 = 135,475 - 146,95 = -11,475 MVA Điều đó có nghĩa là để đảm bảo cho phụ tải cực đại trung áp khi sự cố T1thì T2 phải tải từ thanh góp 220 kV sang thanh góp 110 kV là 11,475 MVA . Qua trên thấy rằng khi sự cố T1 thì T2 làm việc theo chế độ tải từ hạ và cao áp sang trung áp. Khi đó cuộn chung có tải lớn nhất và xác định bởi công thức sau: Sch = αSCđT + SHđT Trong đó SCđT = - SC-T2 = 11,475 MVA ShđT = SH-T2 = 135,475 MVA Thay vào được : Sch = 0,5.11,475 + 135,475 = 141,212 MVA Do Sch = 141,212 MVA < Schđm =180 MVA nên T2 không bị quá tải. Qua trên thấy rằng với sự cố này phía 220 kV còn thiếu S220th = S220th - ST4 - ST5 - SC-T2 = 474,27 - 165,55 -165,55 -11,475 = 154,645 MVA Lượng thiếu này còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống . b. Khi sự cố máy T4 (hoặc T5 ) Khi đó hệ thống mất một lượng công suất ST4 = 165,55 MVA . Lượng thiếu này còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống . III. Chọn máy biến áp cho phương án hai 1.Máy biến áp ba pha hai cuộn dây T3 , T4 , T5: T3 ,T4 mỗi bộ bên thanh góp 110 kV được chọn như sau ST3đm = ST4đm ³ SGđm - Std = 176,5 - 10,59 = 165,91 MVA Như vậy T3 , T4 được chọn như T3 của PA I , các thông số của nó như bảng 2-2. MBA T5 được nối bộ bên thanh góp 220 kV được chọn theo điều kiện ST5đm ³ SGđm - Std = 176,5 - 10,59 = 165,91 MVA Như vậy T5 được chọn như T5 của PA I có các thông số như bảng 2-1. Dễ dàng thấy rằng T1 , T2 cũng được chọn như T1 , T2 của PA I có các thông số như bảng 2-3. 2 . Phân bố phụ tải và tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp a. Phân bố phụ tải trong máy biến áp. +. Phân bố phụ tải trong máy biến áp T3 , T4 , T5 : Để vận hành thuận tiện và kinh tế , đối với bộ máy phát - máy biến áp hai dây quấn cho vận hành với : ST3 = ST4 = ST5 = SGđm - Std = 176,5 - 10,59 = 165,91 MVA +. Phụ tải các phía của MBA tự ngẫu T1 , T2 như sau: Phía cao áp SC-T1,T2 = (S220(t) - ST5 ):2 Phía trung áp ST-T1,T2 = (S110(t) - ST3 - ST4):2 Phía hạ áp SH-T1,T2 = SC-T1,T2+ ST-T1,T2 Từ các công thức trên tính được kết quả như bảnh 2.4: Bảng 2.4 t(h) 0 á8 8á12 12á16 16á24 ST3 =ST4 = ST5 165,91 165,91 165,91 165,91 SC-T1,T2 124,51 154,18 146,65 124,51 ST-T1,T2 -56,54 -9,66 -40,91 -56,54 SH-T1,T2 67,98 144,52 105,74 67,98 Qua trên thấy rằng MBA tự ngẫu làm việc theo chế độ tải từ hạ và trung lên cao áp . Khi đó cuộn hạ có tải lớn nhất . Từ bảng trên thấy rằng SH-T1,T2max = 144,52 MVA Do SH-T1,T2max < ST1,T2tt = 0,5 ST1,T2đm = 0,5.360 = 180 MVA Nên T1, T2 không bị quá tải. b.Tính toán tổn thất trong MBA + Tổn thất điện năng trong một MBA ba pha 2 dây quấn T3 ,T4và T5 . được xác định theo công thức : Với máy biến áp T5: Với máy biến áp T3, T4: +Tổn thất trong máy biến áp tự ngẫu T1, T2, Được xác định theo công thức : Trong đó : PKT : tổn thất không tải SiC , SiT , SiH : công suất tải phía cuộn cao , trung và hạ của MBA ba cuộn dây tương. DPN-C , DPN-T , DPN-H :Tổn thất công suất ngắn mạch trong các cuộn dây cao,trung , hạ của MBA ba cuộn dây tương đương như sau. = 330 kW = 570 kW = 1670 kW Thay vào công thức trên tính cho một máy biến áp ta như sau: DAT1,T2 = 550.8760 + . { 330.(124,512.8 + 154,182.4 + 146,652.4 +124,512.8) ]+ 570.[(-56,54)2.8 + (-9,66)2.4 + (-40,91)2.4 + (-56,54)2.8 ] + 1670.(67,982.8 + 144,522.4 + 105,742.4 + 67,982.8)} = 6 261 329,8 kWh Vậy tổng tổn thất điện năng ở phương án một là: DAII = 4985568,8 + 2.6261329,8 + 2.4529144,8 = 26 566 518 kWh 3. Kiểm tra sự cố cùng với sự cố nghiêm trọng xảy ra vào thời gian phụ tải trung áp cực đại S110max = 312,5 MVA (vào 8-12 giờ ). Tương đương với thời gian đó ; S220 = S220max = 474,27 MVA S22 = S22max = 30,435 MVA a. Sự cố bộ G3-T3 (hoặc G4-T4): Khi đó mỗi máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 phải tải lên phía trung áp như sau : ST-T1,T2 = (S110max - ST4 ): 2 = (312,5 - 165,91):2 = 73,295 MVA Khi đó từ G1,G2 có thể đưa lên hạ áp của mỗi máy T1,T2 như sau : SH-T1,T2 = S Gdm - S td  - (S22max:2)=176,5 – 6%176,5-(30,345:2) = 156,693 MVA Khi đó qua phía 220 kV nhận được qua mỗi máy T1,T2 SC-T1,T2 = SH-T1,T2 - ST-T1,T2 = 156,435 – 73,475 = 83,218 MVA Như vậy hệ thống còn thiếu S220th= S220max - ST5 - 2S C-T1,T2 = 474,27 -165,55 – 2.83,218 = 142,28 MVA S220th vẫn còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. Qua trên thấy rằng với sự cố mày MBA tự ngẫu T1,T2 vẫn làm việc theo chế đọ truyền tải từ hạ lên cao và trung áp và không bị quá tải . b. Khi sự cố máy T1 hoặc T2 Giả thiết sự cố T1. Khi đó phía trung áp của máy T2 phải cung cấp cho thanh góp 110 kV là ST-T2 = S110max - ST3 - ST3= 312,5 - 165,55 –165,55 = -18,5 MVA Như vậy có nghĩa là T1,T2 không phải cung cấp cho thanh góp 110 kV , từ thanh góp này còn thừa 18,5 MVA có thể cung cấp cho phía 220 kV. Từ G2 có thể đưa lên hạ áp của T2 SH-T2 = S Gdm - S td  - S22max = 176,5 - 6%176,5 - 30,435 = 135,475 MVA Trong khi đó phía 220 kV nhận được qua T2 SC-T2 = SH-T2 - ST-T2 = 135,475 – (-18,5 ) = 153,975 MVA Khi đó hệ thống bị thiếu S220th = S220th - ST5 - SC-T2 = 474,27 - 165,55 – 153,975 = 143,17 MVA Lượng thiếu này còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống . b. Khi sự cố máy G5 - T5 . Khi đó hệ thống mất một lượng công suất ST5 = 165,55 MVA . Lượng thiếu này còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống . Chương III Tính toán ngắn mạch, chọn các thiếtbị Mục đích của việc tính toán dòng điện ngắn mạch là để phục vụ cho các khí cụ điện: Máy cắt , dao cách ly và các phần tử có dòng điện chạy qua ,các thanh dẫn , cáp … vì các khí cụ điện phải ổn định ,lực điện động và ổn định nhiệt , với các khí cụ đóng cắt còn đủ khả năng cắt mạch điện . Khi tính toán ngắn mạch ta sử dụng phương pháp đường cong tính toán . Để tính toán ngắn mạch ta chọn các đại lượng cơ bản như sau : Scb = 100 MVA Ucb1 = Utb1 = 230 kV Ucb2 = Utb2 = 115 kV Ucb3 = Utb3 = 18 kV Từ đó ta xác định : Icb = I. phương án I (hình 4-1) Chọn điểm ngắn mạch : Sơ đồ xác định điểm ngắn mạch được cho trên hình vẽ , mạch điện áp 110 kV và 220 kV thường chỉ chọn một loại máy cắt điện , và dao cách ly , nên ta chỉ tính toán ngắn mạch tại một điểm cho mỗi cấp điện áp . Để xác định điểm tính toán ngắn mạch ta căn cứ vào điều kiện thực tế có thể xẩy ra sự cố nặng nề nhất . Để chọn các khí cụ điện cho mạch 220 kV ta lấy điểm N1 là điểm tính toán ngắn mạch . Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N1 là tất cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống . Để chọn các khí cụ điện cho mạch 110 kV ta chọn điểm N2 trên thanh góp 110 kV . Nguồn cung cấp điểm ngắn mạch là các máy phát điện và hệ thống Chọn khí cụ điện cho máy phát điện : điểm ngắn mạch N3 và N4 .Nguồn cung cấp điểm ngắn mạch cho N4 là các máy phát điện và hệ thống trừ G3 . Nguồn cung cấp điểm ngắn mạch cho điểm N3 chỉ là máy phát điện F3. Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng : điểm ngắn mạch N5 , nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống . Do vậy với điểm ngắn mạch 5 thì I’’N5 = I’’N3 + I’’N4 T2 G3 T1 220 kV T3 T5 G5 G1 G2 110 kV N1 N2 N3 N4 N5 T4 G4 Hình 4-1 Giá trị điện kháng trong mạch: Hệ thống: Đường dây: điện kháng 2 đường dây Đường dây kép có SCmax = 474,27 MVA do đó : và Icb = 2.Ibt = 2.0,622 = 1,244 kA Để dự trữ ,tránh vầng quang và tăng khả năng truyền tải của đường dây dùng dây phân pha làm hai dây cách nhau 200 mm , mỗi dây có tiết diện 300 mm2 với dòng cho phép tổng : Icb = 2.690 = 1380 A = 1,38 kA Thông số đường dây đã tính đến 2 sợi song song R0 = 0,048 X0 = 0,202 Giả thiết đường dây không có bù nối tiếp (tức là không có điện dung nối tiếp với đường dây ). Để đơn giản khi tính ngắn mạch ta bỏ qua điện dung của đường dây và cũng bỏ qua điện trở chỉ kể ddấn điện kháng. Ngoài ra đường dây 220 kV có chiều dài 70 km nên sơ dồ thay thế là sơ đồ có thông số tập trung. Điện kháng đường dây với các thông số đã nêu trên: MBA tự ngẫu ký hiệu ATDUTH –360 : UN(C-T) = 13 UN(C-H) = 24 UN(T-H) = 12 Từ đó ta có MBA hai dây quấn (T3): có Sđm = 200 MVA ; UN% = 10,5 MBA hai dây quấn (T4 ,T5): có Sđm = 200 MVA ; UN% = 11 Máy phát điện : có X”d = 0,123 Sơ đồ thay thế của nhà máy (hình 4-2) EHT XHT 0,0067 G 5 G 2 G 1 N1 XDD 0,0134 XT3 0,0525 XG 0,0697 XC 0,0514 XT5 0,055 XC 0,0514 XH 0,0819 XH 0,0819 XG 0,0697 XG 0,0697 XG 0,0697 G3 G 4 XT4 0,055 XG 0,0697 Hình 4-2 1.Dòng ngắn mạch tại N1 . Từ sơ đồ thay thế hình 4-2 ta được sơ đồ tính toán điển ngắn mạch như hình 4-3, trong đó : X1= XHT + XD = 0,0067 + 0,0134= 0,0201 X2= X5= XC-T1 = 0,0514 X3= X6= XH-T1 = 0,0819 X8= XT3= 0,0525 X9= X10= 0,055 X4= X7= X11= X12= X13= 0,0697 EHT X1 X2 X3 X5 X6 X7 X4 G2 G1 N1 X11 X8 G3 X12 X9 G4 X13 X10 G5 Hình 4-3 Dùng phép biến đổi nối tiếp và song song ta được sơ đồ hình 4-4: X14= (X9+ X12) // (X10+ X13) = X15= X2 // X5 = X16= (X3+ X4) // (X6+ X7) = EHT X1 X15 X16 G1- G2 N1 X17 G3 X14 G5- G4 X17= X8 + X10 = 0,0525 + 0,0697= 0,1222 Hình 4-4 Tiếp tục biến đổi sơ đồ ta có hình 4-5 : EHT X1 X19 G1- G2- G3 N1 EHT X1 X18 G1- G2- G3 N1 X14 G5- G4 X18= X15 + (X16// X17 ) = 0,0257+ = 0,0725 Hình 4-5 Hình 4-6 Hợp nhất các máy G1- G2- G3- G4- G5 ta có sơ đồ hình 4- 6 X19= X14// X18 = Căn cứ vào biểu thức : Xtt = . Trong đó : Sđm : Là tổng công suất các nguồn cung cấp cho điểm ngăn mạch Scb : Công suất cơ bản : Điện kháng tổng tương đối cơ bản của các mạch điện tính từ nguồn cung cấp tới điểm ngắn mạch . - Điện kháng tính toán từ phía hệ thống được tính : XttHT = X3 . Tra đường cong tính toán đối với máy nhiệt điện ta được : I’* = 0,42 , = 0,45 + Đổi sang hệ đơn vị có tên : I”HT = I*’ . IđmHT = I*’ . - Điện kháng tính toán từ phía nhà máy điện được tính : XttNM = X19 . Tra đường cong đối với máy nhiệt điện ta được : I’* = 3,4 , = 2,3 Đổi sang hệ đơn vị có tên ta có : I” = I*”. Vây trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 là : I”N1 =12,652 + 7,532 = 20,184 kA = 13,555 + 5,095 = 18,65 kA Dòng điện xung kích có trị số là : KXK – là hệ số xung kích , lấy KXK = 1,8 2.Dòng ngắn mạch tại N2 . Để tính toán N2 ta lợi dụng kết quả tính toán N1nên sơ đồ tính toán như hình 4- 4. Điểm ngắn mạch N2 chỉ cách N1 bởi một điện kháng X15 do đó ta có hình 4-7 X20=X16//X17 == 0,0468 Biến đổi sơ đồ (X1X14X15)thành (X21X22) ta có hình 4- 8: X21= X1 + X14 + X22 = X14 + X15 + EHT X21 X20 G1- G2- G3 N2 X22 G5- G4 EHT X1 X15 X20 G1- G2- G3 N2 X14 G5- G4 Hình 4-7 Hình 4-8 X21 X23 G1,2,3,4,5 EHT N2 Ta có sơ đồ hình 4- 9 với : X23=X22//X20 ==0,0366 Hình 4- 9 - Điện kháng tính toán từ phía hệ thống được tính : XttHT = X21 . XttHT > 3 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống INHT = - Điện kháng tính toán từ phía nhà máy điện được tính : XttNM = X23 . Tra đường cong đối với máy nhiệt điện ta được : , Trong hệ đơn vị có tên ta có : I” = I*”. Vậy trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là : I”N2 = 3,824 + 14,178 = 18,002 kA = 3,824 + 9,969 = 13,793 kA Dòng điện xung kích có trị số là : 3.Dòng ngắn mạch tại N3. Khi ngắn mạch tại thời điểm N3 thì nguồn cung cấp chỉ là máy phát điện G3,ta có sơ đồ sau hình 4-10: Xtt N3 G3 Hình 4-10 + Dòng điện ngắn mạch lúc này được tính : Xtt = Xd” = 0,123 Tra đường cong tính toán đối với máy nhiệt điện ta được : = 8 ; = 2,8 Trong hệ đơn vị có tên ta tính được : = .= 8. = 45,29 kA = .= 2,8.= 15,285 kA iXk = KXK..= 1,8 ..45,29 = 115,29 kA 4.Dòng ngắn mạch tại N4. Từ sơ đồ 4- 3 ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch hình 4-11 . EHT X1 X2 X3 X5 X6 X7 X4 G2 G1 N4 X11 X8 G3 X12 X9 G4 X13 X10 G5 Hình 4-11 X6 X13 HT X15 G4,5 X14 X1 N3 G1,3 - Để tính toán N4 ta sử dụng các điện kháng tương đối đã tính ở trên, dùng các biến đổi nối tiếp và song song ta có sơ đồ hình 4- 12: Hình 4- 12 X1 = 0,0201 X13 = 0,0257 X14 = 0,0624 X6 = 0,0758 X15= (X3+ X4)// (X8+ X11)== 0,0425 Từ sơ đồ 4-12 ghép các máy phát G5, G4 với G1, G3 và biến đổi sơ đồ (X13X14X15) thành (X16X17X18) ta có hình 4-13: X6 X18 HT X17 G1,3,4,5 X16 X1 N3 Hình 4- 13 X16= =0,0124 X17== 0,0084 X18== 0,0203 Từ sơ đồ 4-13 ta có: X19=X1+X16= 0,0201+ 0,0124 = 0,0325 X20= X17+X6= 0,0084+ 0,0758 = 0,0842 X20 X18 HT G1,3,4,5 X19 N3 X22 HT X21 Biến đổi sơ đồ (X18X19X20) thành (X21X22) ta có hình 4-14: N3 G1,3,2,4,5 Hình 4-14 X21 = X19 + X20+ X22= X18 +X20 + Điện kháng tính toán của hệ thống đến điểm ngắn mạch N4 XttHT=0,252.=30,24 Vì XttHT > 3 nên + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống được tính INHT = I” = I + Dòng ngắn mạch tính cho phía MFĐ là : Xtt = X21 . Tra đường cong đối với máy nhiệt điện ta được : , Trong hệ đơn vị có tên ta có : I” = I*”. - Trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N4 là : IN4”= 12,728 + 21,513 = 34,241 kA = 12,728 + 22,645 = 35,36 kA iXk = KXK . 5. Tính dòng ngắn mạch tính cho điểm N5 iXk = IXKN3 + IXKN4 = 115,29 + 87,163 = 202,453 kA II.Phương án 2. Sơ đồ xác định điểm ngắn mạch tương tự phương án 1,ta có sơ đồ như hình 4-15 : T2 G3 T1 220 kV T3 T5 G5 G1 G2 110 kV N1 N2 N3 N4 N5 T4 G4 Hình 4-15 Tương tự như phương án 1đã tính ta có điện kháng tương đối của các phần tử như sau : Giá trị điện kháng trong mạch: Hệ thống: Đường dây: điện kháng 2 đường dây - MBA tự ngẫu ký hiệu ATDUTH –360 : XC-T1 = XC-T2 = 0,0514 XH-T1 = XH-T2 = 0,0819 - MBA hai dây quấn T3 , T4: XT3 = XT4 = 0,0525 - MBA hai dây quấn T5 XT5 = 0,055 - Máy phát điện : XG = 0,0697 Sơ đồ thay thế của nhà máy (hình 4-16) EHT XHT 0,0067 G 5 G 2 G 1 N1 XDD 0,0134 XT3 0,0525 XG 0,0697 XC 0,0514 XT5 0,055 XC 0,0514 XH 0,0819 XH 0,0819 XG 0,0697 XG 0,0697 XG 0,0697 G3 G 4 XT4 0,0525 XG 0,0697 Hình 4-16 1.Dòng ngắn mạch tại N1 . Từ sơ đồ thay thế hình 4-16 ta được sơ đồ tính toán điển ngắn mạch như hình 4-17, trong đó : X1= XHT + XD = 0,0067 + 0,0134= 0,0201 X2= X5= XC-T1 = 0,0514 X3= X6= XH-T1 = 0,0819 X8= XT3= 0,0525 X9= X10= 0,055 X4= X7= X11= X12= X13= 0,0697 EHT X1 X2 X3 X5 X6 X7 X4 N1 X11 X8 G3 X12 X9 G4 X13 X10 G5 G1 G2 Hình 4-17 Dùng phép biến đổi nối tiếp và song song ta được sơ đồ hình 4-18: X17= (X8+ X11) // (X9+ X12) = X15= X2 // X5 = X16= (X3+ X4) // (X6+ X7) = EHT X1 X15 X16 G1- G2 N1 X17 G3 X14 G5- G4 X14= X10 + X13 = 0,0525 + 0,069 = 0,1297 Hình 4-18 Tiếp tục biến đổi sơ đồ ta có hình 4-19 : EHT X1 X19 G1- G2- G3 N1 G4- G5 t(h) EHT X1 X18 G1- G2- G3 N1 X14 G5- G4 X18= X15 + (X16// X17 ) = 0,0257+ = 0,0595 Hình 4-19 Hình 4-20 Hợp nhất các máy G1- G2- G3- G4- G5 ta có sơ đồ hình 4- 20 X19= X14// X18 = - Điện kháng tính toán từ phía hệ thống được tính : XttHT = X3 . Tra đường cong tính toán đối với máy nhiệt điện ta được : I’* = 0,42 , = 0,45 + Đổi sang hệ đơn vị có tên : I”HT = I*’ . IđmHT = I*’ . - Điện kháng tính toán từ phía nhà máy điện được tính : XttNM = X19 . Tra đường cong đối với máy nhiệt điện ta được : I’* = 2,85 , = 2,1 Đổi sang hệ đơn vị có tên ta có : I” = I*”. Vây trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 là : I”N1 =12,652 + 6,314 = 18,966 kA = 13,555 + 4,652 = 16,656 kA Dòng điện xung kích có trị số là : 2.Dòng ngắn mạch tại N2 . Để tính toán N2 ta lợi dụng kết quả tính toán N1nên sơ đồ tính toán như hình 4- 17. Điểm ngắn mạch N2 chỉ cách N1 bởi một điện kháng X15 do đó ta có hình 4-21 X20=X16//X17 == 0,0338 Biến đổi sơ đồ (X1X14X15)thành (X21X22) ta có hình 4- 8: X21= X1 + X14 + EHT X21 X20 G1- G2- G3 N2 X22 G5- G4 EHT X1 X15 X20 G1- G2- G3 N2 X14 G5- G4 X22 = X14 + X15 + Hình 4-21 Hình 4-22 X21 X23 G1,2,3,4,5 EHT N2 Ta có sơ đồ hình 4- 23 với : X23=X22//X20 ==0,0346 Hình 4- 23 - Điện kháng tính toán từ phía hệ thống được tính : XttHT = X21 . XttHT > 3 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống INHT = - Điện kháng tính toán từ phía nhà máy điện được tính : XttNM = X23 . Tra đường cong đối với máy nhiệt điện ta được : , Trong hệ đơn vị có tên ta có : I” = I*”. Vậy trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là : I”N2 = 2,0 + 14,621 = 16,621 kA = 2,0 + 9,526 = 11,526 kA Dòng điện xung kích có trị số là : 3.Dòng ngắn mạch tại N3. Xtt N3 G3 Khi ngắn mạch tại thời điểm N3 thì nguồn cung cấp chỉ là máy phát điện G3,ta có sơ đồ sau hình 4-10: Hình 4-24 + Dòng điện ngắn mạch lúc này được tính : Xtt = Xd” = 0,123 Tra đường cong tính toán đối với máy nhiệt điện ta được : = 8 ; = 2,8 Trong hệ đơn vị có tên ta tính được : = .= 8. = 45,29 kA = .= 2,8.= 15,285 kA iXk = KXK..= 1,8 ..45,29 = 115,29 kA 4.Dòng ngắn mạch tại N4. Từ sơ đồ 4- 3 ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch hình 4-11 . EHT X1 X2 X3 X5 X6 X7 X4 G2 G1 N4 X11 X8 G3 X12 X9 G4 X13 X10 G5 Hình 4-25 X6 X13 HT X15 G5 X14 X1 N3 G1,3,4 - Để tính toán N4 ta sử dụng các điện khá._.