Thiết kế phần điện Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào công cụ là đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn được các phương án nối điện hợp lý , đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện có tổng công suất đặt là 400 MW gồm có 4 máy phát điện ngưng hơi kiểu TBF-100-2 cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp 10,5 kV , 110 kV và nối với hệ thống ở cấp điện áp 220 kV. Ta 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 X’’d X’d Xd TBF-100-2 117,5 100 10,5 5,73 0,85 0,183 0,263 1,79 Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải của các cấp điện áp dưới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng (Pmax) và hệ số (cosjtb) của từng phụ tải tương ứng từ đó ta tính được phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức sau: với Trong đó : St : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t tính bằng, MVA P% : Công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất cực đại. Pmax : Công suất của phụ tải cực đại tính bằng, MW. cosjtb :Hệ số công suất trung bình của từng phụ tải. Đồ thị phụ tải của nhà máy. Nhiệm vụ thiết kế đã cho nhà máy gồm 4 tổ máy phát nhiệt điện kiểu TBF-100-2 có PGđm = 100 MW , cosjtbđm = 0,85. Do đó công suất biểu kiến của mỗi tổ máy là : MVA Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là: PNMđm = 4PGđm = 4.100=400 MW hay SNMđm = 4SGđm= 4.117,5= 470MVA Từ đồ thị phụ tải của nhà máy điện tính được công suất phát ra của nhà máy từng thời điểm là: với Kết quả tính toán cho ở bảng 1-1 và đồ thị cho ở hình 1-1: Bảng 1-1 t (giờ) 0 á 6 6á 12 12 á 18 18á 24 PNM(%) 90 100 100 80 PNM(t) (MW) 360 400 400 320 SNM(t) (MVA) 423,5 470,6 470,6 376,5 Hình 1-1 1-2. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy Theo nhiệm vụ thiết kế hệ số phụ tải tự dùng cực đại của nhà máy bằng 8% công suất định mức của nhà máy với cosjtddm = 0,85tức là bằng hệ số công suất định mức của nhà máy và thay đổi theo thời gian như sau: Từ các kết quả tính phụ tải nhà máy ở bảng 1-1 và công thức tính phụ tải tự dùng của nhà máy ta có bảng 1-2 và đồ thị phụ tải tự dùng trên hình 1-2. Bảng 1-2 t (giờ) 0 á 6 6á 12 12 á 18 18á 24 SNM(t)(MVA) 423,5 470,6 470,6 376,5 Std(t)(MVA) 35,4 37,6 37,6 33,11 Hình 1-2 1-3. Đồ thị phụ tải điện áp máy phát (10,5 KV). Phụ tải cấp điện áp máy phát của nhà máy có điện áp 10,5 kV, công suất cực đại PUFmax =12MW , cosjtb = 0,85. Để xác định đồ thị phụ tải điện áp máy phát phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức : với Kết quả tính được theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-3 và đồ thị phụ tải địa phương cho ở hình 1-3. Bảng 1-3 t (giờ) 0 á 6 6á 12 12 á 18 18á 24 PUF(%) 60 90 100 80 PUF(t) (MW) 7,2 10,8 12 9,6 SUF(t) (MVA) 8,5 12,7 14,1 11,3 Hình 1-3 1-4. Đồ thị phụ tải trung áp (110 KV) Nhiệm vụ thiết kế đã cho P110max = 150W và cosjtb = 0,85. Để xác định đồ thị phụ tải phía trung áp phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức : với Kết quả tính được theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-4 và đồ thị phụ tải phía trung áp cho ở hình 1-4 Bảng 1-4 t(giờ) 0 á 6 6á 12 12 á 18 18á 24 P (%) 80 100 90 80 P110(t) (MW) 120 150 135 120 S110(t) (MVA) 150 187,5 168,8 150 Hình 1-4 1-5. Đồ thị phụ tải hệ thống (220 KV). Ta có phương trình cân bằng công suất toàn nhà máy là: SNM(t) = SUF(t) + S110(t) + SHT(t) + Std(t) Từ phương trình trên ta có phụ tải cao áp theo thời gian là: SHT(t) = SNM(t) - {SUF(t) + S110(t) + Std(t)} SHT(t): Công suất phát lên hệ thống tại tời điểm t , MVA SNM(t): Công suất nhà máy tại thời điểm t , MVA SUF(t): Công suất phụ tải điện áp máy phát tại thời điểm t , MVA S110(t) : Công suất phụ tải trung áp tại thời điểm t , MVA Std(t) : Công suất tự dùng toàn nhà máy tại thời điểm t , MVA Tổng hợp các kết quả đã tính toán ở các bảng trên , và áp dụng công thức ta lập được bảng tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy như bảng 1-5 và đồ thị phụ tải hệ thống trên hình 1-5. Bảng 1-5 t (giờ) S (MVA) 0 á 6 6á 12 12 á 18 18á 24 SNM(t) 423,5 470,6 470,6 376,5 S110(t) 150 187,5 168,8 150 SUF(t) 8,5 12,7 14,1 11,3 Std(t) 35,4 37,6 37,6 33,11 SHT(t) 229,6 232,6 250,1 182,1 Hình 1-5 1-6. Nhận xét chung. Phụ tải nhà máy phân bố không đều trên cả ba cấp điện áp và giá trị công suất cực đại của chúng có trị số là: SUFmax = 14,1 MVA S110max = 187,5 MVA SHTmax =250,1 MVA Tổng công suất định mức của hệ thống là 3500 MVA, dự trữ quay của hệ thống bằng 10%, tức là SdtHT = 350 MVA. Giá trị này lớn hơn trị số công suất cực đại mà nhà máy phát lên hệ thống SHTmax =250,1 MVA. Nhà máy điện có công suất đặt là 470 MVA so với tổng công suất của hệ thống ( không kể nhà máy thiết kế ) chiếm tỉ lệ phần trăm là 13,4%. Phụ tải điện áp trung chiếm tới 40% công suất nhà máy do đó việc đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải này là rất quan trọng. Qua đó ta nhận thấy : Nhà máy thiết kế có đủ khả năng cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp , đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện với lượng công suất phát ra chiếm 13,4% lượng công suất toàn hệ thống . Nhà máy thiết kế có nhiệm vụ chính là phục vụ cho phụ tải cấp điện áp trung và phát công suất thừa vào hệ thống . Còn phụ tải cấp điện áp máy phát chỉ chiếm 2,1% lượng công suất toàn nhà máy . Do đó sẽ tương đối thuận tiện cho việc ghép nối các máy phát theo sơ đồ bộ MF-MBA nên sơ đồ nối dây của toàn nhà máy sẽ đơn giản và rẻ tiền hơn. Được thiết kế với 3 cấp điện áp 220 kV,110 kV, 10,5 kV . Vì cấp điện áp 220 kV,110 kV có trung tính trực tiếp nối đất nên ta có thể dùng máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc giữa cấp điện áp máy phát , cấp điện áp trung và cấp điện áp cao. Do phụ tải ở các cấp điện áp trung có công suất tương đối lớn nên ta có thể nối vào phía điện áp trung 110 kV từ 1 đến 2 bộ MF-MBA . Qua bảng cân bằng công suất ta thấy tương đối ổn định , đó là điều kiện thuận lợi cho việc vận hành nhà máy. Từ các kết quả tính toán trên ta xây dựng được đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy như sau: Chương II lựa chọn phương án nối điện chính Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy điện. Sơ đồ nối điện hợp lý không những đem lại những lợi ích kinh tế lớn lao mà còn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật , vì vậy phải nghiên cứu kĩ nhiệm vụ thiết kế , nắm vững các số liệu ban đầu, dựa vào bảng cân bằng công suất và các nhận xét tổng quát ở trên để vạch ra các phương án nối dây có thể . Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điên liên tục cho các hộ tiêu thụ và thoả mãn yêu cầu kỹ thuật. Sơ đồ nối điện chính giữa các cấp điện áp của một phương án dựa trên cơ sở nhằm thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sau : - Số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thoã mãn điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất thì các máy còn lại vẫn phải đảm bảo đủ cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát và cấp phụ tải điện áp trung (trừ phần phụ tải do các bộ hoặc các nguồn khác nối vào thanh góp điện áp trung có thể cung cấp được). - Công suất của mỗi bộ MF- MBA không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống . Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ , để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từ các bộ MF-MBA , nhưng công suất rẽ nhánh không được vượt quá 15% công suất bộ. Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả 2 phía điện áp trung và cao đều có trung tính trực tiếp nôí đất (U³110 kV). Khi công suất tải điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì phải đặt ít nhất 2 máy biến áp . Không nên nối song song biến áp 2 cuộn dây với máy biến áp 3 cuộn dây , vì thường không chọn được hai máy biến áp có thông số phù hợp với điều kiện vận hành song song . Không nên dùng quá 2 máy biến áp 3 cuộn dây hoặc tự ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp , vì như thế sẽ làm cho sơ đồ thiết bị phân phối phức tạp hơn . Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy có 4 tổ máy phát, công suất định mức của mỗi tổ máy là 100 MW có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở ba cấp điện áp sau: Phụ tải địa phương ở cấp điện áp 10,5 kV có: SUFmax = 14,1 MVA SUFmin = 8,5 MVA Phụ tải trung áp ở cấp điện áp 110 kV có: S110max = 187,5 MVA S110min = 150 MVA Phụ tải cao áp ở cấp điện áp 220 kV có: SHTmax = 250,1 MVA SHTmin = 182,1 MVA Trên cơ sở các số liệu , bảng cân bằng công suất và các yêu cầu kỹ thuật vừa nêu , ta đưa ra các phương án nối dây . Ta nhận thấy phụ tải cực đại ở cấp điện áp máy phát đã tính là SUFmax = 14,1 MVA so với công suất phát định mức của máy phát điện đã chọn SđmG =117,5 MVA là =12% < 15% .Do vậy để cung cấp điện cho phụ tải địa phương thì ta không cần thanh góp điện áp máy phát . Đề xuất các phương án nối dây : 2-1. Phương án I (Hình 2-1). g1 T1 t2 g4 g3 T4 g2 t3 SHTmax = 250,1 MVA. SHTmin = 182,1 MVA. S110max = 187,5MVA. S110min = 150 MVA. 220 KV 110 KV Hình 2-1 Do phụ tải cao và trung áp lớn hơn so với công suất định mức của máy phát nên mỗi thanh góp 110 kV và 220 kV được nối với một bộ MF- MBA ba pha hai dây quấn lần lượt là G3-T3 và G4-T4. Để cung cấp điện thêm cho các phụ tải này cũng như để liên lạc giữa ba cấp điện áp dùng hai bộ MF- MBA tự ngẫu (G1-T1 và G2-T2) , phụ tải cấp điện áp máy phát được cấp rẽ nhánh từ G1và G2 . Ưu điểm của phương án này là bố trí nguồn và tải cân đối. Tuy nhiên phải dùng đến ba loại máy biến áp. 2-2. Phương án II (Hình 2-2). g1 t1 g3 g2 g4 t2 t4 t3 SHTmax =250,1 MVA. SHTmin = 182,1 MVA. S110max=187,5 MVA. S110min=150 MVA. 220 KV 110 KV Hình 2-2 Để khắc phục nhược điểm trên, chuyển bộ G4-T4 từ thanh góp 220 KV sang phía 110KV. Phần còn lại của phương án II giống như phương án I. Ưu điểm của phương án này là chỉ dùng hai loại máy biến áp. Đảm bảo độ tin cậy máy phát điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp , việc vận hành đơn giản. 2-3. Phương án III (Hình 2-3). Do dự trữ quay của hệ thống lớn hơn công suất định mức của hai máy phát (SdtHT = 350 MVA) do đó có thể ghép bộ hai - một máy biến áp tự ngẫu. Như vậy ở phương án này chỉ có hai bộ (G1,G2-T1 và G3,G4- T2) giống nhau . Đó là ưu điểm lớn nhất của phương án này. Tuy nhiên phương án này có những nhược điểm rất lớn: Phải có thiết bị phân phối điện áp máy phát làm cho sơ đồ phức tạp, độ tin cậy cung cấp điện giảm xuống và giá thành tăng lên. Dòng ngắn mạch trên thanh góp 10,5 KV rất lớn. Do đó khó khăn cho việc chọn thiết bị và khó thực hiện hoà các máy phát điện vào lưới bằng phương pháp tự đồng bộ. Khi hỏng T1 hoặc T2 mất luôn hai máy phát điện công suất khá lớn mặc dù còn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. Hình 2-3 110 KV t1 SHTmax =250,1 MVA. SHTmin =182,1 MVA. S110max =187,5 MVA. S 110min = 150 MVA. 220 KV g2 g1 t2 g4 g3 2-4.Phương án IV (Hình 2-4). Không có máy phát trực tiếp lên điện áp trung , sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu T1, T2 để liên lạc. Phương án IV sử dụng 2 bộ MF- MBA( G4-T4,G3-T3 ) lên điện áp cao nên tổn thất điện năng qua hai máy biến áp này nhỏ. Khi có sự cố một máy biến áp tự ngẫu , để đảm bảo cuộn trung máy biến áp tự ngẫu còn lại không bị quá tải thì công suất 2 máy biến áp tự ngẫu chọn phải lớn hơn công suất 2 máy biến áp của phương án khác . Do đó vốn đầu tư mua máy biến áp tự ngẫu tăng lên . Không có bộ máy phát - máy biến áp phát nên điện áp trung nên phụ tải phát lên điện áp trung hoàn toàn phụ thuộc vào mạng cao áp . Do đó trong vận hành tính linh hoạt của hệ thống bị giảm đi. Có 2 bộ máy phát - máy biến áp phát nên điện áp cao nên giá thành mạch này cao ,đòi hỏi vốn đầu tư lớn. g1 t1 g3 g2 g4 t2 t4 t3 SHTmax =250,1 MVA. SHTmin = 182,1 MVA. S110max =187,5MVA. S110min =150 MVA. 220 KV 110 KV Hình 2-4 2-5.Phương án V (Hình 2-5). Phương án V ở mỗi cấp điện áp 220 kV và 110 kV đều có 2 bộ máy phát - máy biến áp 3 pha 2 dây quấn (G1-T1,G3-T3). Để liên lạc giữa các cấp điện áp , dùng 2 máy biến áp tự ngẫu T2,T4. Phụ tải cấp điện áp máy phát được cấp từ 2 máy biến áp tự ngẫu T2,T4,phương án này cũng đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp . Tuy nhiên xét về mặt kinh tế thì phương án này tốn kém do có nhiều máy biến áp , máy cắt và các thiết bị đi cùng . Do đó phải đầu tư lớn , mặy khác phương án này vận hành phức tạp hơn các phương án khác . Phương án sử dụng 6 máy biến áp nên tổn thất điện năng trong các máy biến áp lớn , thời gian sữa chữa các máy biến áp và các thiết bị đi kèm lớn. S110max =187,5 MVA. S110min =150 MVA. t1 G2 G1 t2 t4 t3 SHTmax=250,1 MVA. SHTmin =182,1 MVA. 220 KV 110 KV Hình 2-5 G4 g3 Tóm lại: Qua những phân tích trên đây để lại phương án I và phương án II để tính toán, so sánh cụ thể hơn về kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện . Chương III Chọn máy biến áp và tính tổn thất điện năng 3-1.Chọn máy biến áp -phân phối công suất cho máy biến áp: 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. I. Phương án I (hình 2-1). Chọn máy biến áp : Công suất định mức của các máy biến áp tự ngẫu T1, T2 được chọn theo điều kiện sau: ST1,T2đm ³ SGđm Trong đó a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu Do đó : ST1,T2đm ³ MVA Từ kết quả tính toán trên ta chọn được máy biến áp tự ngẫu T1,T2 loại: TДЦTHA-250 có các thông số kỹ thuật như bảng 3-1 Bảng 3-1 Sđm (MVA) Uđm (KV) UN% DP0 (KW) DPN% I0%) Giá (103 USD) UC UT UH C-T C-H T-H C-H C-T C-H T-H 250 230 121 11 11 32 20 120 520 - - 0,5 1200 Máy biến áp T3 được chọn theo sơ đồ bộ ST3đm ³ SGđm = 117,5 MVA Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha 2 cuộn dây có Sđm = 125 MVA là loại : TДЦ-125-121/10,5 có các thông số kỹ thuật như ở bảng 3-2 Bảng 3-2 Sđm (MVA) UCđm (KV) UHđm (KV) DP0 (KW) DPN (KV) UN% I0% Giá (103USD) 125 121 10,5 100 400 10,5 0,5 500 Máy biến áp T4 cũng được chọn theo sơ đồ bộ như đối với máy biến áp T3: ST4đm ³ SGđm = 117,5 MVA Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha 2 cuộn dây có Sđm = 125 MVA là loại : TДЦ-125-242/10,5 có các thông số như ở bảng 3-3 Bảng 3-3 Sđm (MVA) UCđm (KV) UHđm (KV) DP0 (KW) DPN (KV) UN% I0% Giá (103USD) 125 242 10,5 115 380 11 0,5 600 2.Phân phối công suất cho các máy biến áp . - Để thuận tiện trong vận hành, các bộ MF- MBA hai cuộn dây G3-T3 và G4-T4 cho làm việc với đồ thị bằng phẳng suốt cả năm. Do đó công suất tải của mỗi máy là: ST3 = ST4 = SGđm - Std = 117,5 - 0,06. 117,5 = 101,5 MVA. Đồ thị phụ tải của T3, T4 cho trên hình 3-1: ST3,T4(MVA) t(h) 101,5 24 0 Hình 3-1 Phụ tải qua mỗi máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 được tính như sau : - Phụ tải truyền lên phía cao áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là : - Phụ tải truyền lên phía trung áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là : - Phụ tải truyền lên phía hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là : Kết quả tính toán cho trên bảng 3-4: Bảng 3-4 t (giờ) (MVA) 0á6 6á12 12á18 18á24 ST3 = ST4 101,5 101,5 101,5 101,5 SC-T1 = SC-T2 59,5 61,1 69,8 35,8 ST-T1 = ST-T2 19,8 38,5 29,4 19,8 SH-T1 = SH-T2 79,4 99,6 99,2 55,6 Máy biến áp tự ngẫu ta đã chọn có công suất định mức là 250 MVAvà công suất định mức của cuộn hạ là : SH-T1,T2đm= a .ST1,T2đm= 0,5. 250 =125 MVA Qua bảng 3-4 thấy rằng khi phân phối công suất cho các cuộn dây lúc làm việc ST-T1,T2max= 38,5 MVA vào thời điểm ( 6á12h ) SC-T1,T2max= 69,8 MVA vào thời điểm (12á18h ) SH-T1,T2max= 99,6 MVA vào thời điểm ( 6á12h ) Như vậy các máy biến áp tự ngẫu đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thường. 3. Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố. Vì công suất định mức của các máy biến áp hai cuộn dây được chọn theo công suất định mức của máy phát điện nên việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét đối với máy biến áp tự ngẫu. Coi sự cố nặng nề nhất là xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại S110max= 187,5MVA. Khi sự cố bộ G3-T3. Lúc này công suất tải lên trung áp qua mỗi máy là: ST-T1= ST-T2=S110max/2 =93,75 MVA Cho các máy phát G1và G2 làm việc với giá trị định mức. Do đó công suất qua cuộn hạ của T1 và T2 là: SH-T1,T2 = SGđm - SUFmax -Std = 117,5 –14,1 - 0,06.117,5 =103,45 MVA Công suất của cả hai máy tải lên cao áp: SC-T1,T2 = SH-T1,T2 - S110max = 103,45 – 187,5 /2=9 ,7 MVA Khi đó lượng công suất nhà máy cấp cho phía cao áp còn thiếu một lượng : Sthiếu = SHTmax - SC-T4- SC-T1,T2 = 250,1- 101,5- 9,7.2 = 187,86 MVA Với lượng công suất thiếu này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (350MVA). Qua trên thấy rằng khi sự cố bộ G3-T3, hai máy biến áp tự ngẫu T1,T2 làm việc theo chế độ tải công suất từ hạ lên cao và trung. Do đó công suất cuộn hạ là lớn nhất và bằng: SH-T1 = SH-T2 = 103,45 MVA. Lượng này nhỏ hơn SH-T1đm= SH-Tđm =125 MVA lên các máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải. Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu T1(hoặc T2). Khi T1sự cố thì G1 ngừng. Trường hợp này kiểm tra quá tải của T2: - Công suất tải lên trung áp: ST-T2 = S110max- ST3 = 187,5-101,5 = 86 MVA - Công suất qua cuộn hạ của T2: SH-T2 = SGđm- Std - SUFmax = = 117,5 - 0,06. 117,5 – 14,1/2 = 103,45 MVA - Công suất tải lên phía cao áp: SC-T2 = SH-T2 - ST-T2 = 103,45-86 = 17,45 MVA Khi đó lượng công suất nhà máy cấp cho phía cao còn thiếu là: Sthiếu=SHTmax- SC-T 4 - SC-T2 = = 297,15 - 115 – 17,45 = 115,15 MVA Lượng thiếu này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (350 MVA). Qua trên thấy rằng khi sự cố T1, máy còn lại T2 là việc cũng theo chế độ: Tải từ hạ lên trung với : SHđT = SH-T2 = 103,45 MVA < SchT2đm = 125 MVA. Tải từ trung sang cao với: SCđT = SC-T2 = 17,45 MVA Khi đó cuộn hạ T2 có tải lớn nhất Nên T2 cũng không bị quá tải. Khi sự cố bộ G4-T4. Khi đó tải qua hai máy biến áp tự ngẫu T1,T2 như sau: - Công suất tải lên trung áp: ST-T1 = ST-T1 =S110max /2- ST3 /2= 225/2 – 115/2 = 43 MVA - Công suất từ cuộn hạ của T1,T2: SH-T1,T2 = SGđm - Std - SUFmax /2 = 117,5-.0,06.117,5-14,1/2 = 103,45 MVA - Công suất tải lên phía cao: SC-T1,T2 = SH-T1,T2 - ST-T1,T2 = = 103,45 - 43 = 60,45 MVA Lượng công suất nhà máy cấp cho phía hệ thống còn thiếu: Sthiếu = SHTmax - SC-T1,T2 = 250,1 – 60,45.2 =129,2 MVA Lượng này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (350MVA). Qua trên thấy rằng khi sự cố bộ G4-T4 thì các T1, T2, làm việc theo chế độ tải công suất từ hạ lên cao và trung. Do đó công suất cuộn hạ là lớn nhất và bằng: SH-T1 = SH-T2 = 103,45 MVA. Lượng này nhỏ hơn SH-T1đm= SH-Tđm =125 MVA lên các máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải. 4. Tính toán dòng cưỡng bức 80MW Dây đơn a) Các mạch phía 220 kV: 50MW 2 dây đơn 90MW Dây kép 160MW Dây kép ~ HT ~ ~ ~ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ (1) (2) T4 T1 T2 G4 G1 G2 G3 ´ ´ ´ ´ ´ ´ ~ T3 (3) (4) (5) (6) (7) Đường dây kép nối với hệ thống: Ibt(1) = Icb(1) = 2. Ibt(1) = 2 . 0,315 = 0,63 kA Bộ máy phát điện - máy biến áp T4: Ibt(2) = Icb(2) = 1,05. Ibt(2) = 1,05 . 0,294 = 0,31 kA Phía cao áp máy biến áp liên lạc T1, T2: - Chế độ bình thường : SCmax = 69,8 MVA - Sự cố T4 : SCB1 = SCB2 = 60,45 MVA - Sự cố T2 (hoặc T3) : SCB2 = 17,45 MVA Icb(3) = Vậy Icb(3) = 1,4.0,175=0,245kA Vậy Icb(220) =0,63 kA b) Các mạch phía 110 kV: Đường dây kép: Ibt(2) = Icb(2) = 2. Ibt(2) = 2 . 0,235 = 0,47 kA Bộ máy phát điện - máy biến áp T3: Ibt(6) = Icb(6) = 1,05. Ibt(6) = 1,05 . 0,589 = 0,826 kA Phía trung áp máy biến áp liên lạc T1, T2: Icb(8) = Vậy Icb(110) = 0,826 kA 2-3a-3. Các mạch phía 10,5 kV Mạch máy phát: Ibt(10) = Icb(10) = 1,05. Ibt(10) = 1,05 . 6,46 = 6,78 kA Bảng tổng kết dòng điện cưỡng bức các mạchcủa phương án 1: Bảng 3-4a Cấp điện áp (kV) 220 110 10,5 Dòng điện (kA) ICB 0,63 0,826 6,78 II.Phương án II (hình 2-2). Chọn máy biến áp. Hai máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 được chọn tương tự như phương án I nghĩa là chọn máy biến áp có ký hiệu: TДЦTHA-250 có các thông số kỹ thuật như bảng 3-1 (phương án I ). Hai máy biến áp T3 và T4 được chọn theo sơ đồ bộ .Do hai máy biến áp này cùng nối với thanh góp điện áp 110 KV nên được chọn giống nhau và chọn giống máy biến áp T3 ở phương án I là máy biến áp loại : TДЦ-125-121/10,5 có các thông số kỹ thuật như ở bảng 3-2 (phương án I ). Phân phối công suất cho các máy biến áp. Để đảm bảo kinh tế và thuận tiện trong vận hành, các máy phát G3,G4 cho làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm. Do đó công suất tải qua mỗi máy biến áp T3,T4 là: ST3 = ST4 = SGđm - Std = 117,5 - 0,06. 117,5 = 101,5 MVA. và có đồ thị phụ tải trên hình 3-2: ST3,T4(MVA) t(h) 101,5 24 0 Hình 3-2 Phụ tải qua các máy biến áp tự ngẫu T1và T2 được tính như sau : - Phụ tải truyền lên phía cao áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là : - Phụ tải truyền lên phía trung áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là : - Phụ tải phía hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là : Dựa vào bảng 1-6 đã tính ở chương I và các công thức ở trên ta tính được phụ tải cho từng thời điểm , kết quả ghi trong bảng 3-5 Bảng 3-5 t (giờ) (MVA) 0á6 6á12 12á18 18á24 ST3 = ST4 101,5 101,5 101,5 101,5 SC-T1 = SC-T2 114,8 116,3 125,05 91,05 ST-T1 = ST-T2 -26,5 -7,75 -17,1 -26,5 SH-T1 = SH-T2 88,3 108,5 107,95 64,55 Dấu “-” chứng tỏ công suất được đưa từ thanh góp 110 kV sang thanh góp 220 kV. Máy biến áp tự ngẫu ta đã chọn có công suất định mức là 250 MVAvà công suất định mức của cuộn hạ là : SH-T1,T2đm= aST1,T2đm= 0,5. 250=125 MVA Qua bảng 3-5 thấy rằng khi phân phối công suất cho các cuộn dây lúc làm việc ST-T1,T2max= -26,5 MVA vào thời điểm ( 0á6h ) và (18á24h ) SC-T1,T2max= 125,05 MVA vào thời điểm ( 12á18h ) SH-T1,T2max= 108,5 MVA vào thời điểm ( 6á12h ) Như vậy các máy biến áp tự ngẫu đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thường. Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố. Cũng coi sự cố nguy hiểm nhất là xảy ra khi phụ tải trung áp cực đại. Đối với các bộ MF- MBA hai cuộn dây không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của các máy biến áp này được chọn theo công suất định mức của máy phát điện. Do đó việc kiểm tra quá tải chỉ tiến hành với các máy biến áp tự ngẫu. Khi sự cố bộ G3-T3 (hoặc G4-T4). Khi đó công suất tải lên các phía qua mỗi máy biến áp tự ngẫu được xác định như sau: - Phía trung áp: ST-T1 = ST-T2 = ( S110max - ST4)= (187,5- 101,5) = 43 MVA - Công suất qua cuộn hạ: SH-T1 = SH-T2 = SGđm - (SUF /2+.Std) =117,5 - (10,71 /2+ 0,06.117,5) = 103,45 MVA - Công suất phát lên phía cao: SC-T1 = SC-T2 = SH-T1 - ST-T1 = 103,45-43 = 60,45 MVA Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất là: Sthiếu = SHTmax - (SC-T1 + SC-T2) = 250,1-60,45.2 = 129,2 MVA Lượng công suất thiếu này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (350 MVA). Qua trên thấy rằng khi sự cố bộ G3- T3 thì các T1, T2, làm việc theo chế độ tải công suất từ hạ lên cao và trung. Do đó công suất cuộn hạ là lớn nhất và bằng: SH-T1 = SH-T2 = 103,45 MVA. Lượng này nhỏ hơn SH-T1đm= SH-Tđm =125 MVA lên các máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải. Khi sự cố tự ngẫu T1 (hoặc T2). Khi T1 bị sự cố thì G1 ngừng, ta kiểm tra quá tải của T2. Công suất tải qua các phía của T2 như sau: Phía trung áp : ST-T2 = S110max - (ST3 + ST4) = 225/2 - 117,5 = -7,75 MVA - Phía hạ áp: SH-T2 = SGđm - (Std + SUFmax) = = 117,5 - 0,06. 117,5 – 14,1= 96,35 MVA Phía cao áp : SC-T2 = SH-T2 - ST-T2 = 96,35 - (-7,75) = 104,1 MVA Phụ tải hệ thống bị thiếu một lượng công suất là: Sthiếu = SHTmax - SC-T2 = 250,1 – 104,1 = 146 MVA Lượng này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (350 MVA). Qua trên thấy rằng, khi sự cố tự ngẫu T1 thì tự ngẫu T2 cũng làm việc theo chế độ tải Công suất từ hạ lên cao và trung. Do đó tải của cuộn hạ lớn nhất và bằng: SH-T2 = 96,35 MVA < SH-T2đm = 125 MVA. Do đó trong trương hợp này T2 cũng không bị quá tải. 4. Tính toán dòng cưỡng bức a) Các mạch phía 220 kV: Std+Sđp Std+Sđp Std Std G1 G2 G3 G4 ´ ´ ~ ´ ~ ´ ~ ´ ´ ~ ´ ´ ~ HT ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ (1) (2) (3) (4) (5) T2 T4 T1 T3 (6) Đường dây kép nối với hệ thống: Ibt(1) = Icb(1) = 2. Ibt(1) = 2 . 0,315 = 0,63 kA Phía cao áp máy biến áp liên lạc T1, T2: - Chế độ bình thường : SCmax = 125,05 MVA - Sự cố T4(hoặc T3) : SCT1 = SCT2 = 60,45 MVA - Sự cố T2 (hoặc T1) : SCT2 = 111,2 MVA Icb(3) = Vậy Icb(3) = 1,4.0,313=0,439kA Vậy Icb(220) =0,63 kA b) Các mạch phía 110 kV: Đường dây kép: Ibt(2) = Icb(2) = 2. Ibt(2) = 2 . 0,235 = 0,47 kA Bộ máy phát điện - máy biến áp T3: Ibt(6) = Icb(6) = 1,05. Ibt(6) = 1,05 . 0,589 = 0,826 kA Phía trung áp máy biến áp liên lạc T1, T2: Icb(8) = Vậy Icb(110) = 0,826 kA 2-3a-3. Các mạch phía 10,5 kV Mạch máy phát: Ibt(10) = Icb(10) = 1,05. Ibt(10) = 1,05 . 6,46 = 6,78 kA Bảng tổng kết dòng điện cưỡng bức các mạchcủa phương án 2: Bảng 3-4b Cấp điện áp (kV) 220 110 10,5 Dòng điện (kA) ICB 0,63 0,826 6,78 Tóm lại: Các máy biến áp đã chọn đều thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật khi làm việc bình thường và khi sự cố. 3-2 Tính toán tổn thất điện năng. Tính toán 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. Trong nhà máy điện tổn thất điện năng chủ yếu gây nên bởi các máy biến áp tăng áp. I Phương án I (Hình 2-1). Để tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp ta dựa vào bảng phân bố công suất của máy biến áp đã cho ở bảng 3-4 Tổn thất điện năng hằng năm của máy biến áp T3. Công thức tính toán: Trong đó: T: là thời gian làm việc của máy biến áp, T= 8760h. Si: phụ tải của máy biến theo thời gian và được lấy theo đồ thị phụ tải hằng ngày. t: số ngày làm việc trong năm, t = 365 ngày. Ta có T3 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại TДЦ-125-/121/10,5 có : DP0 = 100 kW, DPN = 400 kW, Si = 101,5 MVA = hằng số. Suy ra : DAT3 = 100. 8760 + 400 . = 3490,7 MWh. 2.Tổn thất điện năng hăng năm của máy biến áp T4. Tương tự như tính DAT3, T4 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại TДЦ -125-242/10,5 có: DP0 = 115 kW, DPN = 380 kW, Si = 101,5 MVA = hằng số . Suy ra : DAT4 = 115. 8760 + 380 . = 3491,4 MWh. 3.Tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp tự ngẫu. Để tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu ta coi máy biến áp tự ngẫu như máy biến áp ba cuộn dây. Khi đó cuộn nối tiếp, cuộn chung và cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu tương ứng với cuộn cao, cuộn trung và cuộn hạ của máy biến áp ba dây cuốn. Tổn thất công suất trong các cuộn được tính như sau: Máy biến áp tự ngẫu loại : TДЦTHA-250 có DP0=105 kW và DPNC-T =520 kW , DPNC-H = 260 MW, DPNT-H = 260 MW Từ đó ta tính được : MW MW MW Từ các kết quả bảng 3-4 và công thức tính ở trên ta có công thức tính tổn thất điện năng của máy biến áp tự ngẫu như sau : DAT1=DAT2= ở đây: SiC , SiT , SiH là phụ tải phía cao áp , trung áp và hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm ti ghi trong bảng 3-4 đã tính ở trên . t = 365 ngày và T = 8760 h. DPN , DPo , STđm : là của một máy biến áp tự ngẫu. Viết gọn lại: SiC.ti = 59,42.6 + 61,12.6 + 69,82.6 + 35,82 .6 =80562,849 MVA2.h. SiT.ti = 19,82.6 + 38,52.6 + 29,42.6 + 19,82.6 = 18784,14 MVA2.h. SiH.ti =79,42.6+99,62.6 +99,22.6+55,62.6 = 174939,12 MVA2.h. Do đó: DAT1 = DAT2 = 2.0,12.8760+[0,26.80562,84+0,26.18784,4+0,78.174939,12] = 2105,7 MWh. Như vậy tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án I là: DAS = DAT1+DAT2+DAT3+DAT4 = = 2.2015,7 + 3490,7 + 3491,4 = 11193,5 MWh. * Tính % tổn thất điện năng: Với AS :là tổng điện năng qua các máy biến áp cho phụ tải chính là lượng điện năng tiêu thụ ở trung áp và cao áp . Dựa vào đồ thị phụ tải đã tính ở bảng 1-6 ta tính AS như sau : = 365[( 116,93.4 +38,18.2+37,1.2+132,3.2 +174,09. 2 + 269,29. 2 +225,36.4+297,15.2+154,35.4).0,8+(146,25.4+225.2+225.2+225.2 + 180. 2 + 180. 2 + 225. 4 +157,5.2+ 157,5. 4).0,8] = 2447770,3 MWh. Vậy: II-Phương án II (hình 2-2). Tổn thất điện năng hàng năm của các máy biến áp T3 và T4. Theo công thức như ở phương án I : DAT3 = DAT4= Máy biến áp T3 và T4 đã chọn là máy biến áp kiểu TДЦ-125-121/10,5 có thông số như ở bảng 3-2 do đó tổn thất điện năng của máy biến áp T3 và T4 ở phương án này bằng nhau và đúng bằng tổn thất trong máy biến áp T3 ở phương án I trên: DAT3 = DAT4 = 3490,7 MWh Tính tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp tự ngẫu T1 và T2. Tương tự ta phương án I, ta có: DAT1= DAT2= Viết gọn lại: S2iC.ti = 114,82.6 + 116,32.6 + 125,052.6 + 91,052.6 = 303794,01 MVA2h S2iT.ti = (- 26,5)2.6 + (- 7,75)2.6 + (- 17,1)2.6 + (- 26,5)2.6 = 10541,84 MVA2h S2iH.ti =88,32.6 + 108,552.6 + 107,952.6 + 64,552.6 = 212399,4 MVA2h. Suy ra: DAT1 = DAT2 = 2.0,12.8760+[0,26.303794,01+0,26.10541,84+0,78.212399,4] =2824,8 MWh. Từ các kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở trên ta có tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở phương án II là : DAS = DAT1 + DAT2 + DAT3 + DAT4 =2DAT1 + 2DAT3 = =2.2824,8 + 2.3490,7 = 12631 MWh. * Tính % tổn thất điện năng : Như ở phương án I ta đã tính được AS = 2447770,3 MWh. Vậy DAS % của phương án II là: Bảng so sánh tổn thất điện năng giữa hai phương án: Bảng 3-6: Tổn thất điện năng DAS(MWh) DAS% Phương án I 11193,5 0,51 Phương án II 12631 0,52 Chương IV TíNH TOáN DòNG ĐIệN NGắN MạCH Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn, thanh dẫn của nhà máy điện theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch tính toán là dòng điện ngắn mạch ba pha. Để tính toán dòng điện ngắn mạch ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình của mạng. Chọn các lượng cơ bản: Công suất cơ bản: Scb =100 MVA; Các điện áp cơ bản: Ucb1 = 230kV; Ucb2 =115kV; Ucb3 =1._.