Thiết kế phần điện Nhà máy nhiệt điện

t là 0,4 sec, dùng cáp nhôm tiết diện bé nhất là 50 mm2. Điện tự dùng của nhà máy là 5%. Phụ tải điện áp trung 110 kV: Pmax = 180 MW; cosj = 0,85 Gồm 3 đường dây kép Biến thiên phụ tải theo thời gian : Thời gian 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 P(%) 80 90 100 80 Phụ tải toàn nhà máy : Thời gian 0 - 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 P(%) 70 80 100 70 Hệ thống : Tổng công suất hệ thống không kể nhà máy thiết kế là 2000 MVA, dự trữ quay của hệ thống là 200 MVA. Nhà máy nối với hệ thống bằng một đường dây kép dài 80 km. Điện kháng tính đến thanh cái hệ thống là Xđm = 2,5 lời nói đầu Trong những năm gần đây, với chính sách kinh tế mới, Đảng và nhà nước ta chú trọng đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các nghành công nghiệp, nghành năng lượng Việt nam đã có những bước tiến vượt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinh tế.Cùng với việc xây dựng thành công đường dây tải điện Bắc – Nam và một số công trình lớn khác ,hệ thống điện nước ta đã từng bước được cải tạo, nâng cấp. Xuất hiện ngày càng nhiều nhà máy điện và các trạm biến áp phân phối điện,do đó sản lượng cũng như chất lượng điện năng ngày càng được nâng cao. Do địa hình nước ta có nhiều đồi núi và các con sông lớn nên ta có thể xây dựng các nhà máy thủy điện. Nhà máy thủy điện đem lại những lợi ích không nhỏ về kinh tế cũng như kỹ thuật. Tuy nhiên, xây dựng nhà máy thủy điện lại cần vốn đầu tư kinh tế lớn và thời gian xây dựng kéo dài nhiều năm.Do đó, để theo kịp tốc độ phát triển của nền kinh tế,để đáp ứng nhu cầu trước mắt về điện năng ta cần thiết phải xây dựng các nhà máy nhiệt điện : có vốn đầu tư ít hơn ,thời gian xây dựng nhanh hơn ... Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế – kỹ thuật sẽ đem lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế và hệ thống điện.Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên nghành hệ thống điện trước khi xâm nhập thực tế... Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn : PGS –TS Nguyễn Hữu Khái đã hướng dẫn em tận tình, giúp em hoàn thành bản đồ án này. CHƯƠNG I TíNH TOáN PHụ TảI & cân bằng công suất Đất nước ta đang trên đà phát triển mạnh theo con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá, vì thế điện năng đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu trong quá trình phát triển đất nước. Số hộ dùng điện và lượng điện năng tiêu thụ không ngừng thay đổi và tăng nhanh chóng. Do vậy, để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế người ta sử dụng các phương pháp thống kê, lập nên đồ thị phụ tải để từ đó lựa chọn phương thức vận hành, sơ đồ nối điện hợp lý. Trong nhiệm vụ thiết kế, người ta thường cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các cấp điện áp và hệ số công suất của phụ tải tương ứng, cũng có khi cho đồ thị phụ tải hàng ngày của toàn nhà máy. Dựa vào đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp mà xây dựng đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy, ngoài phần phụ tải của hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp, phụ tải phát về hệ thống, còn có phụ tải tự dùng của nhà máy. Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố (dạng nhiên liệu, áp lực hơi ban đầu, loại tuabin và công suất của chúng, loại truyền động đối với các máy bơm cung cấp.v..v...) và chiếm khoảng 5 - 8% tổng điện năng phát ra. Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy thường vẽ theo công suất biểu kiến S (MVA) để có được độ chính xác hơn vì hệ số công suất của phụ tải ở các cấp điện áp thường khác nhau. Như vậy, dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp tiến hành tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy theo thời gian hàng ngày. 1.1 Chọn máy phát điện : Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là : 100 MW. - Chọn máy phát điện đồng bộ tuabin hơi có các thông số sau : Loại máy phát Thông số định mức Điện kháng tương đối n v/ph S MVA P MW U KV cos j I KA X’’d X’d Xd TBf-100-2 3000 117,65 100 10,5 0,85 6,475 0,183 0,263 1,79 1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất : Ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp, ta có : R% (t) = ị P (t) = ; S (t) =. Trong đó : - S : là công suất biểu kiến của phụ tải thời điểm t. - P : là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t. - Cos j : là hệ số công suất phụ tải. 1. Phụ tải điện áp máy phát (địa phương) : Uđm = 10 KV ; Pmax = 12 MW ; Cos j = 0,87 Gồm : 4 đường dây kép ´ 3 MW ´ 3 km ; - Ta có bảng phụ tải : t(h) công suất 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 P % (t) 70 80 100 70 P (t) (MW) 8,4 9,6 12 8,4 S (t) (MVA) 9,66 11,03 13,79 9,66 Tại trạm địa phương đặt máy cắt hợp bộ có dòng cắt là 20 kA, thời gian cắt là 0,4 sec .Dùng cáp nhôm tiết diện bé nhất là 50 mm2. - Đồ thị phụ tải địa phương : S (MVA) 13,79 11,03 9,66 9,66 t(h) 0 7 14 20 24 2. Phụ tải điện áp trung : Uđm = 110 KV ; Pmax = 180 MW ; Cos j = 0,85 ; Gồm 3 đường dây kép ; P (t) = ; S (t) = . - Kết quả tính toán cân bằng công suất ở phụ tải trung áp : t (h) công suất 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 P % (t) 80 90 100 80 P (t) (MW) 144 162 180 144 S (t) (MVA) 169,41 190,59 211,76 169,41 - Đồ thị phụ tải trung áp : S (MVA) 211,76 190,59 169,41 169,41 t(h) 0 7 14 20 24 3. Phụ tải toàn nhà máy : PNMmax = ồ Pđm = n.PđmF = 4.100 = 400 (MW) . SNMmax = ồ Sđm = n.SđmF = 4.117,65 = 470,6 (MVA) . Cos j = 0,85. P (t) = ; S (t) = . - Ta có bảng tính toán cân bằng công suất ở phụ tải toàn nhà máy : t (h) công suất 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 P % (t) 70 80 100 70 P (t) (MW) 280 320 400 280 S (t) (MVA) 329,41 376,47 470,6 329,41 - Đồ thị phụ tải toàn nhà máy : S (MVA) 470,6 376,47 329,41 329,41 t(h) 0 7 14 20 24 4. Công suất tự dùng : - Xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau : S td (t) = a . S NMmax. ( 0,4 + 0,6.) ; - Trong đó : S td(t) : phụ tải tự dùng tại thời điểm t. S NMmax : công suất đặt của toàn nhà máy. S NM(t) : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t. : số phần trăm lượng điện tự dùng. S NMmax = 470,6 (MVA) ; Tự dùng của nhà máy : a = 5 % ; - Tính toán theo công thức trên ta có bảng kết quả sau : t (h) công suất 0 – 7 7 – 14 14 - 20 20 - 24 S NM (t) 329,41 376,47 470,6 329,41 S td (t) 19,29 20,71 23,53 19,29 - Đồ thị phụ tải tự dùng : S (MVA) 23,53 20,71 19,29 19,29 t(h) 0 7 14 20 24 5. Cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống : - Ta xác định công suất của toàn nhà máy theo biểu thức : SNM(t) = Sđf (t) + ST (t) + Std (t) + SHT (t) - Công suất phát vào hệ thống : SHT (t) = SNM (t) – [Sđf (t) + ST (t) + Std (t)] - Bảng tính toán cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống : t (h) công suất 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 SNM(t) (MVA) 329,41 376,47 470,6 329,41 Sđf (t) (MVA) 9,66 11,03 13,79 9,66 ST (t) (MVA) 169,41 190,59 211,76 169,41 Std (t) (MVA) 19,29 20,71 23,53 19,29 SHT (t) (MVA) 131,05 154,14 221,52 131,05 Theo các số liệu từ bảng trên, ta có đồ thị phụ tải tổng hợp sau : S (MVA) 470,6 376,47 329,41 329,41 221,52 190,59 211,76 169,41 169,41 154,14 131,05 131,05 23,53 19,29 20,71 19,29 13,79 9,66 11,03 9,66 t(h) 0 7 14 20 24 1.3 Nhận xét : - Nhà máy thiết kế có tổng công suất là : SNMđm = ồ Sđm = n.SđmF = 4.117,65 = 470,6 (MVA) - So với công suất hệ thống S HT = 2000 (MVA) thì nhà máy thiết kế chiếm 23,53 % công suất của hệ thống. - Công suất phát vào hệ thống: max = 221,52 MVA từ :14 h - 20 h min = 131,05 MVA từ : 0 h – 7 h và 20 h-24 h - Phụ tải trung áp : + STmax = 211,76 MVA từ 14 h – 20 h chiếm 44,99 % công suất nhà máy. + STmax = 169,41 MVA từ 0 h – 7 h và 20h – 24h chiếm 35,99 % công suất nhà máy. - Nhà máy được thiết kế cung cấp điện cho phụ tải điện áp trung 110 kV và cấp lên hệ thống 220 kV . Do vậy ta sử dụng các máy biến áp tự ngẫu.(ở những cấp điện áp này có trung tính trực tiếp nối đất) - Phụ tải địa phương có : S đfmax= 13,79 MVA Với: S đmF = 117,65 MVA. - Ta có : = = 0,117. Công suất địa phương cực đại (Sđfmax) chỉ bằng 11,7 % công suất định mức phát (SđmF). * Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà máy, địa bàn phụ tải, nguồn nhiên liệu.....Riêng về phần điện nhà máy hoàn toàn có khả năng phát triển thêm phụ tải ở các cấp điện áp sẵn có. chương ii Chọn sơ đồ nối dây của nhà máy 2.1 Đề xuất phương án : A. Sơ đồ nối điện chính : Thiết bị, MFĐ, MBA, ....được nối với nhau theo một sơ đồ nhất định gọi là sơ đồ nối điện chính. Sơ đồ nối điện phụ thuộc vào số nguồn, số phụ tải, công suất nguồn, công suất phụ tải,phụ thuộc vào tính chất hộ tiêu thụ, phụ thuộc vào khả năng đầu tư .... Sơ đồ phải thỏa mãn điều kiện : + Về kỹ thuật : đảm bảo an toàn cung cấp điện theo yêu cầu. Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. + Về kinh tế : Vốn đầu tư ít . Dễ vận hành, thay thế, lắp đặt, sửa chữa. Sự linh hoạt trong vận hành (vận hành theo nhiều phương pháp). Có khả năng phát triển về sau. 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 vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy biến áp với các cấp điện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát, số máy phát điện ghép bộ với máy biến áp v.v... - Công suất mỗi bộ máy phát điện - máy biến áp không lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. - Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp với công suất không quá 15 % công suất bộ. - Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. - Cả phía cao và trung áp đều có trung tính trực tiếp nối đất nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc. Từ đó ta đề xuất các phương án : B. Các phương án : 1. Phương án I : HT ST F4 F2 F1 F3 220 KV 110 KV + Ưu điểm : Giảm được tối đa số thiết bị nối vào thanh góp điện áp nên giá thành rẻ có lợi về mặt kinh tế. Cả hai phía điện áp cao và điện áp trung đều có trung tính trực tiếp nối đất (U ³ 110 kV) nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc. Mặt khác, chủng loại máy biến áp ít nên sơ đồ dễ chọn lựa thiết bị cũng như vận hành, độ tin cậy cao, cung cấp điện đảm bảo . + Nhược điểm : Có một phần công suất truyền qua hai lần biến áp làm tăng tổn thất công suất. Nhưng vì sơ đồ trên sử dụng máy biến áp tự ngẫu liên lạc nên tổn thất công suất không đáng kể, có thể bỏ qua. 2. Phương án II: HT F4 F2 F1 F3 ST 110 KV 220 KV + Ưu điểm : Về mặt công suất khắc phục được nhược điểm của phương án I, luôn luôn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải cho dù gặp phải sự cố ngừng một trong các máy. Do đó, độ tin cậy cung cấp điện được nâng cao, cải thiện đáng kể. + Nhược điểm : Chủng loại máy biến áp nhiều gây khó khăn trong vận hành và sửa chữa. Vốn đầu tư máy biến áp đắt hơn so với phương án một. HT 3. Phương án III: F2 F3 F4 F1 ST 110 KV 220 KV Nhận xét : Tất cả các bộ máy phát điện – máy biến áp đều nối vào thanh góp điện áp cao (220 kV) .Hai máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc và truyền công suất sang cho thanh góp điện áp trung. Khi xảy ra sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc, máy biến áp tự ngẫu còn lại không đảm bảo đủ cung cấp cho phụ tải điện áp bên trung (110 kV). Số lượng và chủng loại máy biến áp nhiều nên không có lợi về mặt kinh tế và gây khó khăn trong tính toán thiết kế cũng như trong vận hành, sửa chữa. * Kết luận : So sánh 3 phương án : - Hai phương án đầu đều có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp và có cấu tạo tương đối đơn giản, dễ vận hành. - Phương án III tập trung quá nhiều chủng loại máy biến áp ,cấu tạo phức tạp gây nhiều khó khăn trong vận hành và sửa chữa. Bên trung áp không có bộ máy phát - máy biến áp nên khi sự cố 1 máy biến áp tự ngẫu liên lạc sẽ không cung cấp đủ cho phụ tải, không đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Do đó, ta thấy hai phương án I & II có nhiều ưu điểm hơn, đảm bảo độ an toàn , độ tin cậy, cung cấp điện ổn định , dễ vận hành ... nên ta chọn hai phương án này để so sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phương án tối ưu. 2.2 Chọn máy biến áp : Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng. Trong hệ thống điện, tổng công suất các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 á 5 lần tổng công suất các máy phát điện. Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều. Yêu cầu đặt ra là phải chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ. Điều đó có thể đạt được bằng cách thiết kế hệ thống điện một cách hợp lý, dùng máy biến áp tự ngẫu và tận dụng khả năng quá tải của máy biến áp, không ngừng cải tiến cấu tạo của máy biến áp. Trong hệ thống điện người ta thường dùng các máy biến áp tăng áp và giảm áp, 2 cuộn dây và 3 cuộn dây. Các máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây và 3 cuộn dây được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện. Trong hệ thống điện có điện áp cao và trung tính nối đất trực tiếp thường dùng máy biến áp tự ngẫu. Loại MBA này có điểm ưu việt hơn MBA thường : giá thành chi phí vật liệu và tổn hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn so với MBA thường có cùng công suất. 110 KV 220 KV HT 2.2.1. Phương án I : F4 F3 F2 F1 - Sơ đồ nối dây : ST 1.Chọn máy biến áp cho phương án I : - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây : SđmB ³ SđmF = 117,65 (MVA). - Bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu : SđmTN ³ .SđmF ; a : Hệ số có lợi ; ( ) - Ta có : SđmB = 235,3 (MVA). - Bảng tham số máy biến áp cho phương án I : Loại MBA Sđm MVA Uđm (KV) UN% DP0 DPN I0% C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H TДЦ 125 121 _ 10,5 _ 10,5 _ 100 _ 400 _ 0,5 ATДЦTH 250 230 121 11 11 32 20 120 520 _ _ 0,5 2. Phân phối công suất : các máy biến áp và các cuộn dây : + Các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây vận hành với phụ tải bằng phẳng suốt trong năm : S BT = S đmF - .S tdmax = 117,65 - .23,53 = 111,77 (MVA) + Công suất truyền qua máy biến áp tự ngẫu : - Công suất truyền qua cuộn cao : S c(t) = .S HT(t) - Công suất truyền qua cuộn trung : S t(t) = .[S T(t) – 2.S BT] - Công suất truyền qua cuộn hạ : S h(t) = S T (t) + S c(t) - Sau khi tính toán ta có Bảng phân phối công suất : Loại MBA Cấp điện áp (KV) Công suất (MVA) Thời gian 0 - 7 7 –14 14 –20 20 –24 Tự ngẫu 220 Sc 65,53 77,07 110,76 65,53 110 St - 27,07 - 16,47 - 5,89 - 27,07 10,5 Sh 38,46 60,6 104,87 38,46 3. Kiểm tra quá tải : * Khi làm việc bình thường : Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải khi làm việc bình thường . F4 F3 HT * Khi sự cố : a. Sự cố một bộ máy phát – máy biến áp bên trung : ST = 211,76 110 KV 220 KV 50 F2 F1 50 54,87 54,87 111,77 104,87 104,87 - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung : SBT = SđmF - Std = 117,65 – .23,53 = 111,77 (MVA). + Điều kiện kiểm tra sự cố : 2aKqt .SđmTN ³ STmax- SBT ị SđmTN SđmTN = 71,42 (MVA) SđmTN = 250 (MVA) > 71,42 (MVA) thỏa mãn điều kiện sự cố . + Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố : - Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu: ST = .(STmax – SBT) = .(211,76 –111,77) = 50 (MVA) - Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu : - Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu : - Khi đó, công suất phát lên hệ thống là 221,52 (MVA), vì thế lượng công suất thiếu là : Sthiếu = Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200 MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn . F4 F3 b. Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc (): 97,98 - 11,78 ST = 211,76 110 KV 220 KV HT F2 F1 109,76 111,77 111,77 + Điều kiện kiểm tra sự cố : a.Kqt .SđmTN ³ STmax- 2.SBT ị SđmTN SđmTN = 250 (MVA) ị thỏa mãn điều kiện. + Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA tự ngẫu khi sự cố : - Công suất truyền qua cuộn trung : (Công suất truyền từ bên trung áp (110 kV) sang nên mang dấu âm) - Công suất truyền qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu : - Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu : - Khi đó, công suất phát lên hệ thống là 221,52 (MVA), vì thế lượng công suất thiếu là : Sthiếu = - Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn . 2.2.2. Phương án II : - Sơ đồ nối dây : HT ST 110 KV 220 KV F4 F2 F1 F3 1. Chọn máy biến áp cho phương án II : - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung : SđmB ³ SđmF = 117,65 (MVA). - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên cao : SđmB ³ SđmF = 117,65 (MVA). - Bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu : SđmB = 235,3 (MVA). - Bảng tham số máy biến áp cho phương án II : Loại MBA Sđm MVA Uđm (KV) UN% DP0 DPN I0% C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H TДЦ 125 121 _ 10,5 _ 10,5 _ 100 _ 400 _ 0,5 TДЦ 125 230 _ 10,5 _ 11 _ 115 _ 380 _ 0,5 ATДЦTH 250 230 121 11 11 32 20 120 520 _ _ 0,5 2. Tính dòng phân phối cho các máy biến áp và các cuộn dây : + Các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây vận hành với phụ tải bằng phẳng suốt trong năm : SBC = S BT = S đmF - .S tdmax = 117,65 - .23,53 = 111,77 (MVA) + Công suất truyền qua máy biến áp tự ngẫu : - Công suất truyền qua cuộn cao : - Công suất truyền qua cuộn trung: - Công suất truyền qua cuộn hạ : Bảng phân phối công suất : Loại MBA Cấp điện áp (KV) Công suất (MVA) Thời gian 0 - 7 7 – 14 14- 20 20- 24 Tự ngẫu 220 SC 9,64 21,19 54,87 9,64 110 28,82 39,41 50 28,82 10,5 Sh 38,46 60,6 104,87 38,46 3. Kiểm tra quá tải: * Khi làm việc bình thường : HT Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải khi làm việc bình thường . * Khi sự cố : a. Sự cố bộ máy phát – máy biến áp bên trung : 111,77 104,87 104,87 105,88 105,88 - 1,01 - 1,01 110 KV S T = 211,76 220 KV - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn : = 117,65 – .23,53 = 111,77 (MVA). + Điều kiện kiểm tra sự cố : 2a Ta có : = 250 (MVA) > 151,26 (MVA) nên điều kiện trên thoả mãn . + Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố : - Công suất truyền tải qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu là : - Công suất truyền tải qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu là : - Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu là : (Công suất lấy về từ cao áp (220 kV) nên mang dấu âm) - Công suất cần phát vào hệ thống là 221,52 (MVA), công suất còn thiếu là : F4 F2 HT Sthiếu = - Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên máy biến áp đã chọn thoả mãn . b. .Sự cố máy biến áp tự ngẫu liên lạc () : ST =211,76 97,98 - 2,02 100 111,77 111,77 F1 F3 220 KV 110 KV - Điều kiện kiểm tra sự cố : a..SđmTN ³ STmax – SB Máy biến áp đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải vì - Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA trong điều kiện sự cố : - Công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp : - Công suất truyền qua cuộn hạ của máy biên áp : - Công suất phía cao của máy biến áp tự ngẫu : (Công suất lấy về từ cao áp (220 kV) nên mang dấu âm) - Công suất cần phát vào hệ thống là 221,52 MVA ,lượng công suất còn thiếu là : Sthiếu = SHT – (SC + SB) = 221,52 – ( -2,02 + 111,77) =111,77 (MVA) - Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn . 2.2.3 - Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng : - Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu 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 máy biến áp. Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm : DA 2cd = 365.(DPo.t + DPN.) + Đối với máy biến áp tự ngẫu ba pha : DATN =365.DPo.t + Trong đó : - SCi, STi, SHi : là công suất tải qua cuộn trung, cao ,hạ của máy biến áp tự ngẫu trong thời gian t. - S i : là công suất tải qua máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian t. - DPo : tổn hao sắt từ. - DPNm : tổn thất ngắn mạch. * Tổn hao ngắn mạch của các cuộn dây trong máy biến áp tự ngẫu : DPN.C = 0,5.(DPN.C-T + DPN.T = 0,5.(DPN.C-T - DPN.C = 0,5.(- DPN.C-T + * Từ các thông số trên của máy biến áp ta tính được tổn thất điện năng trong máy biến áp trong từng phương án : I. Phương án I : Máy biến áp ba pha hai dây quấn : Máy biến áp 3&4 luôn làm việc với công suất truyền qua nó SB=111,77(MVA) trong cả năm , do đó : DAB= 8760.(100 + 400.) = 3677525,458(KWh). Máy biến áp tự ngẫu : Có DPNC-T do đó ta lấy DPNC-H = DPNT-H = DPNC-T = 260 KW. DPNC = 0,5.(520 + ) = 260 KW DPNT = 0,5.(520 - ) = 260 KW DPNH = 0,5.(-520 + ) = 780 KW. = 65,532.7 + 77,072.7 + 110,762.6 + 65,532.4 = 162421,1498. = (-27,07)2.7 + (- 16,47)2.7 + (- 5,89)2.6 + (- 27,07)2.4 = 10167,6128. = 38,462.7 + 60,62.7 + 104,872.6 + 38,462.4 = 107963,709. - Từ đó ta có : DATN = 365.24.120 + (260.162421,1498 + 260.10167,6128 + 780. 107963,709) = 1051200 + 753855,0644 = 1805055,064 (KWh). * Phương án I có tổng tổn thất điện năng của các máy biến áp trong một năm là : DAI = DAB1 + DAB2 + DAB3 + DAB4 =2 .3677525,458 + 2 . 1805055,064 =10965161,04 (KWh). II. Phương án II : Máy biến áp ba pha hai dây quấn : Máy biến áp luôn làm việc với công suất truyền qua nó SB=111,77 (MVA) trong cả năm , do đó : Máy biến áp 4 bên trung áp : DAB4 = 8760.(100 + 400.) = 3677525,458 (KWh). Máy biến áp 3 bên cao : DAB3 = 8760.(115 +380.) = 3668849,185 (KWh). Máy biến áp tự ngẫu : Có DPNC-T do đó ta lấy DPNC-H = DPNT-H = DPNC-T = 260 KW. DPNC = 0,5.(520 + ) = 260 KW DPNT = 0,5.(520 - ) = 260 KW DPNH = 0,5.(-520 + ) = 780 KW. = 9,642.7 + 21,192.7 + 54,872.6 + 9,642.4 = 22229,6397. = 28,822.7 + 39,412.7 + 502.6 + 28,822.4 = 35008,5531. = 38,462.7 + 60,62.7 + 104,872.6 + 38,462.4 = 107963,709. - Từ đó ta có : DATN=365.24.120 +(260.22229,6397+ 260.35008,5531+ 780.107963,709) = 1051200 +578706,7592 = 1629906,759 (KWh). Phương án II có tổng tổn thất điện năng của các máy biến áp trong một năm là : DAII = DAB1 + DAB2 + DAB4 + DAB3 = 2. 1629906,759+ 3677525,458 + 3668849,185 = 10606188,16 (KWh). 2.2.4 .Tính dòng điện làm việc bình thường và dòng điện làm việc cưỡng bức I. Phương án I : a. Các mạch phía cao áp 220 KV: - Mạch đường dây : Ibt = Icb = 2.Ibt =2.0,29= 0,58 (KA). * Máy biến áp liên lạc : - Cuộn cao của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường: Ibt = Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau : + Khi sự cố máy biến áp bên trung : Icb = + Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu (STmax): Icb = ịIcb = max (0,58; 0,144 ; 0,288) = 0,58 (KA). b. Các mạch phía 110 KV : * Mạch đường dây : ( gồm 3 đường dây kép ) Ibt = = 0,185 (KA). Icb = 2.Ibt =2.0,185= 0,37 (KA). * Mạch máy biến áp nối bộ MFĐ - MBA hai dây quấn : Ibt = Icb = 1,05.Ibt =1,05.0,62 = 0,65 (KA). * Máy biến áp liên lạc : - Cuộn trung của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường : Ibt = Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau : + khi sự cố máy biến áp bên trung : Icb = + Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm STmax : Icb = ịIcb= max (0,37 ; 0,65 ; 0,262 ; 0,062 ) = 0,65 (KA). c. Các mạch phía 10,5 KV : - Mạch máy phát : Ibt = Icb = 1,05.Ibt =1,05. 6,47 = 6,79 (KA). Tổng hợp kết quả ta có bảng sau: Cấp điện áp 220 KV 110 KV 10,5 KV Dòng điện 0,58 KA 0,65 KA 6,79 KA Icb (kA) II. Phương án II : a. Các mạch phía cao áp 220 KV: - Mạch đường dây : Ibt = Icb = 2.Ibt =2.0,29 = 0,58 (KA). - Mạch máy biến áp nối bộ MFĐ - MBA hai dây quấn : Ibt = Icb = 1,05.Ibt =1,05.0,31= 0,33 (KA). * Máy biến áp liên lạc : - Cuộn cao của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường: Ibt = Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau : + Khi sự cố máy biến áp bên trung : Icb = + Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm STmax : Icb = ị Icb= max (0,58; 0,33; 0,003; 0,006) = 0,58 (KA). b. Các mạch phía 110 KV : - Mạch đường dây : (gồm 3 đường dây kép ): - Dòng điện làm việc bình thường : Ibt = = 0,185 (KA). - Dòng điện làm việc cưỡng bức : Icb = 2.Ibt = 2.0,185 = 0,37 (KA). - Mạch máy biến áp nối bộ MFĐ - MBA hai dây quấn : Ibt = Icb = 1,05.Ibt =1,05.0,62= 0,65 (KA). * Máy biến áp liên lạc : - Cuộn trung của máy biến áp liên lạc : Ibt = Dòng cưỡng bức được xét trong các trường hợp sau : + khi sự cố máy biến áp bên trung : Icb = + Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm STmax : Icb = ịIcb= max (0,37 ; 0,65 ; 0,556 ; 0,525) = 0,65 (KA). c. Các mạch phía 10,5 KV : - Mạch máy phát : Ibt = Icb = 1,05.Ibt =1,05. 6,47 = 6,79 (KA). Tổng hợp kết quả ta có bảng sau: Cấp điện áp 220 KV 110 KV 10,5 KV Dòng điện 0,58 KA 0,65 KA 6,79 KA Icb (kA) Chương Iii Tính toán dòng điện ngắn mạch I - Mục đích : Mục đích tính toán dòng điện ngắn mạch là để lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử khi có dòng điện chạy qua, những thiết bị đó phải thoả mãn điều kiện làm việc bình thường và có tính ổn định khi có dòng điện ngắn mạch. Do vậy việc tính toán ngắn mạch chính là để lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua,đường cong tính toán dùng để tính dòng điện tại điểm ngắn mạch, biểu thị quan hệ giữa độ lớn tương đối của dòng điện ngắn mạch và điện kháng tính toán của mạch điện ngắn mạch tại những thời điểm khác nhau. Để tính được dòng điện ngắn mạch trước hết phải thành lập sơ đồ thay thế, chọn các đại lượng cơ bản như : công suất cơ bản và điện áp cơ bản, tính điện kháng các phần tử. Ta chọn : Scb =100 MVA Ucb = Utb = Uđmtb. Cấp điện áp 220 KV có Utb = 230 KV Cấp điện áp 110 KV có Utb = 115 KV Cấp điện áp 10 KV có Utb = 10,5 KV 3.1. Xác định tham số : - Điện kháng của hệ thống : XHT*cb = xHT*đm . = 2,5. - Điện kháng của đường dây kép : XD = . - Điện kháng của máy biến áp ba pha hai cuộn dây : XB = : + Bên trung : XB(110) = : + Bên cao : XB(220) = - Điện kháng của máy biến áp ba pha : XC =.(UNC-T% + UNC-H% - UNT-H%). = .(11 + 32 – 20). = 0,046. XT =.(UNC-T% + UNT-H% - UNC-H%). = .(11 + 20 – 32). < 0. XH =.(UNC-H% + UNT-H% - UNC-T%). = .(32 + 20 – 11). = 0,082. - Điện kháng của máy phát điện : HT F3 F2 F1 F4 XF = Xd’’.. 3.2. Phương án I : N4 N’3 N3 N2 N1 + Sơ đồ nối điện : – Chọn các điểm ngắn mạch : 110 KV 220 KV ST - Sơ đồ thay thế : N2 X8 X7 HT E N1 X2 X1 X4 X3 E 4 E 3 X6 X5 E 2 X9 1 E N4 N’3 N3 X12 X11 X10 + Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch tính toán : * Điểm ngắn mạch N1 : Cấp điện áp 220 KV, các thiết bị như : máy cắt ,dao cách ly... ta nên chọn cùng một loại .Vì vậy, ta chọn N1 là điểm ngắn mạch trên thanh góp 220 KV. Nguồn cung cấp bao gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống. X4 E 4 3 2 1 E X7 E X6 E Sơ đồ : EHT X1/ 0,125 X2/ 0,03 N1 X3/ 0,046 X8/ 0,084 X5/ 0,082 X12 X11 X9/0,156 X10 - N1 là điểm ngắn mạch có tính chất đối xứng , sau khi thu gọn sơ đồ ta có : EHT N1 X13/ 0,155 X13 = X1 + X2 = 0,125 + 0,03 = 0,155 X14/ 0,023 X14 = X15/ 0,12 X15 = E3,4 X16/ 0,119 X16 = E1,2 - Phía nhà máy ta ghép nguồn lại : X17 = (X15//X16) ntX14 ị X17 = . - Sơ đồ tối giản là : E E HT X17/ 0,083 X13/ 0,155 1,2,3,4 - Nhánh hệ thống có mức điện kháng tính toán là : XttHT = 3,1 (XttHT = 3,1 > 3) + Dòng ngắn mạch phía hệ thống tại mọi thời điểm bằng nhau : I’’HT= - Điện kháng tính toán phía nhà máy : XttNM = 0,39 - Tra đường cong tính toán ta có : I CK(0) = 2,55 ; I CK(Ơ) = 2,04 - Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : I’’NM = I CK(0). INM(Ơ) = I CK(Ơ). - Dòng ngắn mạch tại N1 : I’’N1 = I’’HT + I’’NM = 1,62 + 3,01 = 4,63 (KA). IN1(Ơ) = IHT(Ơ) + INM(Ơ) = 1,62 + 2,41 = 4,03 (KA). - Dòng điện xung kích : IXKN1 = .Kxk. I’’N1 =.1,8.4,63 = 11,79 (KA) X4 * Điểm ngắn mạch N2: E 4 3 2 1 E X7 E X6 E EHT X1/ 0,125 X2/ 0,03 N2 X3/ 0,046 X8/ 0,084 X5/ 0,082 X12/0,156 X11 X9/0,156 X10 N2 - N2 là điểm ngắn mạch có tính chất đối xứng , sau khi thu gọn sơ đồ ta có : EHT X13 = X1 + X2 + X13/ 0,178 X14 = X15/ 0,12 X15 = - Ghép các nguồn E1,2 và E3,4 ta có : X14/ 0,119 X16 = (X14 // X15) E1,2 E3,4 = - Sơ đồ tối giản là : E E HT X16/ 0,06 X13/ 0,178 1,2,3,4 - Nhánh hệ thống có mức điện kháng tính toán là : XttHT = 3,56. (XttHT = 3,56 > 3) - Dòng ngắn mạch phía hệ thống tại mọi thời điểm : I’’HT =. - Điện kháng tính toán phía nhà máy : XttNM = 0,28 - Tra đường cong tính toán ta có : I CK(0) = 3,5 ; I CK(Ơ)= 2,3 - Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : I’’NM = I CK(0). I NM(Ơ) = I CK(Ơ). - Dòng ngắn mạch tại N2 : I’’N2 = I’’HT + I’’NM = 2,82 + 8,27 = 11,09 (KA). IN2(Ơ) = I HT(Ơ) + INM(Ơ) = 2,82 + 5,43 = 8,25 (KA). - Dòng điện xung kích : IXKN2 = .Kxk. I’’N2 =.1,8.11,09 = 28,23 (KA) * Điểm ngắn mạch N3 : X4 Nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống trừ máy phát E1 : E 4 3 2 X7 E X6 E EHT X1/ 0,125 X2/ 0,03 X3/ 0,046 X8/ 0,084 X5/ 0,082 N3 X11/ 0,156 X10 X9 - Thu gọn các kháng : EHT E2 N3 X12 = X1 + X2 + . X12/ 0,178 X13 = X5 = 0,082 X13/ 0,082 X14 = X14/ 0,12 X15/ 0,238 X15 = X6 + X9 = 0,082 + 0,156 = 0,238 - Ghép nguồn E2 với nguồn E3,4 ta có : E3,4 X16 = (X14//X15) =. + Sơ đồ rút gọn : X12/ 0,178 X16/ 0,08 E2,3,4 EHT X13/ 0,082 - Biến đổi Y (X12, X13, X16) đ D(X17, X18) bỏ nhánh cân bằng ta có : X17 = X12 + X13 + X18 = X13 + X16 + X17/ 0,442 X18/ 0,199 E 2,3,4 EHT - Nhánh hệ thống có mức điện kháng tính toán là : XttHT = 8,84 (XttHT = 8,84 > 3) - Dòng ngắn mạch phía hệ thống tại mọi thời điểm : I’’HT =. - Điện kháng tính toán phía nhà máy : XttNM = 0,7 - Tra đường cong tính toán ta có : I CK(0) = 1,42 ; I CK(Ơ) = 1,5 - Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấ._.