Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, công suất 240 MW

y có nhiệm vụ cung cấp cho các phụ tải sau: 1. Phụ tải cấp điện áp máy phát Pmax = 9MW; cosj = 0,84. Phụ tải bao gồm các đường dây: 1 kép x 3 MW x 4 km 4 đơn x 1,5 MW x 3 km Đồ thị phụ tải (tính theo % Pmax) Thời gian (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 Công suất (%) 50 80 100 100 70 2. Phụ tải cấp điện áp trung 110KV: Pmax = 120 MW; cosj = 0,80 Phụ tải bao gồm các đường dây: 2 kép + 1 đơn Đồ thị phụ tải (tính theo % Pmax) Thời gian (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 Công suất (%) 70 80 100 90 70 3. Nhà máy có nhiệm vụ phát công suất (tổng) theo biểu đồ sau: (tính theo % công suất đặt) Thời gian (h) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 Công suất (%) 70 100 100 90 80 4. Các điều kiện khác: Tự dùng nhà máy: 8% Tại các trạm địa phương đặtc các loại máy cắt BMP-10 có Icắt = 20 KA, thời gian cắt ngắn mạch tcắt = 0,5 sec. III. Nội dung công việc: Tính cân bằng công suất, vạch phương án nối dây chọn sơ đồ thiết kế. Chọn máy biến áp và tính tổn thất công suất, điện năng các phương án. Tính toán ngắn mạch, lựa chọn các thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phương án. Tính toán thiết kế, xác định phương án tối ưu. Chọn sơ đồ tự dùng và một số thiết bị phụ Vẽ các bản vẽ: Sơ đồ nối điện chính và các bản vẽ cần thiết cho thuyết minh. * Xác định chế độ vận hành tối ưu của nhà máy theo phương pháp quy hoạch động B/P 30 35 40 45 50 55 60 B1 16.7 18.7 20.5 24.3 28.6 33.5 39.7 B2 15.5 16.2 18.3 21.6 26.7 31.7 39.7 B3 17.8 19.3 21.5 23.7 26.5 30.5 37.3 B4 13.3 15.9 17.6 20.3 23.9 28.9 36.5 Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của toàn nhà máy tương ứng với chi phí nhiên liệu cực tiểu. Thiết lập bảng phân bố tối ưu công suất gữa các tổ máy, theo bậc công suất phát tổng của nhà máy. Xác định chế độ vận hành tối ưu của nhà máy ứng với biểu đồ công suất đã cho (biểu đồ phát công suất tổng trong ngày). Xác định chi phí nhiên liệu tổng. So sánh chi phí nhiên liệu xác định được theo chế độ vận hành tối ưu và chế độ phân bổ đều công suất cho các tổ máy. Lời nói đầu Năng lượng, theo cách nhìn tổng quát là rất rộng lớn, là vô tận. Tuy nhiên, nguồn năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay đang càng trở nên khan hiếm và trở thành một vấn đề lớn trên thế giới. Đó là bởi vì để có năng lượng dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lượng sơ cấp phải trải qua nhiều công đoạn như khai thác, chế biến, vận chuyển và phân phối. Các công đoạn này đòi hỏi nhiều chi phí về tài chính, kỹ thuật và các ràng buộc xã hội. Hiệu suất các công đoạn kể từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối nói chung là thấp. Vì vậy đề ra lựa chọn và thực hiện các phương pháp biến đổi năng lượng từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất là một nhu cầu và cũng là nhiệm vụ của con người. Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng, bao gồm các nhà máy điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng sơ cấp như: than, dầu, khí đốt, thuỷ năng … thành điện năng. Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỉ trọng lớn như thập kỷ 80. Tuy nhiên, với thế mạnh nguồn nguyên liệu như ở nước ta, tính chất phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện… thì việc củng cố và xây dựng mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu đối với giai đoạn phát triển hiện nay. Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành hệ thống điện trước khi thâm nhập vào thực tế. Với yêu cầu như vậy, đồ án tốt nghiệp được hoàn thành gồm bản thuyết minh này kèm theo các bản vẽ phần nhà máy nhiệt điện và phần chuyên đề. Bản thuyết minh gồm hai phần: Phần một với nội dung thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện được chia làm sáu chương. Các chương này trình bày toàn bộ quá trình tính toán từ chọn máy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy, đề xuất các phương án nối điện, tính toán kinh tế - kỹ thuật, so sánh chọn phương án tối ưu đến chọn khí cụ điện cho phương án được lựa chọn. Phần này có kèm theo 4 bản vẽ A4. Phần hai là tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy nhiệt điện bằng phương pháp quy họch động. Nội dung phần này gồm: chương một là trình bày lý thuyết về phương pháp quy hoạch động dùng để giải bài toán phân bố tối ưu công suất của nhà máy điện và chương hai là tính toán cụ thể theo yêu cầu của đề tài. Mục lục Phần 1: Tính toán thiết kế nhà máy điện Chương 1 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là một phần rất quan trọng trong nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp. Nó quyết định tính đúng, sai của toàn bộ quá trình tính toán sau. Ta sẽ tiến hành tính toán cân bằng công suất theo công suất biểu kiến S dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp hàng ngày vì hệ số công suất cấp các cấp không giống nhau. 1.1. Chọn máy phát điện. Nhà máy điện gồm bốn máy phát, công suất mỗi máy là 60MW. Ta sẽ chọn các máy phát cùng loại, điện áp định mức bằng 10,5 KV. Bảng tham số máy phát điện. Bảng 1.1 Loại máy phát Thông số định mức Điện kháng tương đối n v/ph S MVA P MW U KV cosj I KA X”d X’d Xd TBF-60-2 3000 75 60 10.5 0.8 4.125 0.146 0.22 1.691 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.2.1. Cấp điện áp máy phát Ta tính theo công thức PUF(t) = PUF max SUF(t) = Pmax = 9 MW, cosj = 0,84, Uđm = 10,5 KV Do đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải như sau: Bảng 1.2 Thời gian (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 P (%) 50 80 100 100 70 SUF (MVA) 5,36 8,57 10,7 10,7 7,5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 1.2.2. Cấp điện áp trung (110KV) Phụ tải bên trung gồm 2 đường dây kép và 1 đường dây đơn Pmax = 120 MW, cosj = 0,8 Công thức tính: PT(t) = .PTmax ST(t) = Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải Bảng 1.3 Thời gian (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 P (%) 70 80 100 90 70 ST(MVA) 105 120 150 135 105 1.2.3. Phụ tải toàn nhà máy Nhà máy gồm 4 máy phát có SđmF = 75MVA. Do đó công suất đặt của nhà máy là: SNM = 4 . 75 = 300 MVA Snm(t) = .SNM Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải toàn nhà máy. Bảng 1.4 Thời gian (h) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 P (%) 70 100 100 90 80 ST(MVA) 210 300 300 270 240 1.2.4. Tự dùng của nhà máy điện Ta có Std(t) = .SNM. Trong đó a = 8%. Từ đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị điện tự dùng như sau: Bảng 1.5 Thời gian (h) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 Công suất (%) 70 100 100 90 80 Std(MVA) 19,68 24 24 22,56 21,12 1.2.5. Cân bằng công suất toàn nhà máy, công suất phát về hệ thống. Bỏ qua tổn thất công suất, từ phương trình cân bằng công suất ta có công suất phát về hệ thống SVHT(t) = Snm(t) - SUF(t) - ST(t) - Std(t) Từ đó ta có bảng tính phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy: Bảng 1.6 T(H) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-22 SNM 210 210 210 300 300 300 270 270 240 SUF 5.36 5.36 8.57 8.57 10.7 10.7 10.7 7.5 7.5 ST 105 120 120 120 150 150 135 105 105 STD 19.68 19.68 19.68 24 24 24 22.56 22.56 21.12 SHT 79.96 64.96 61.75 147.43 115.3 115.3 101.74 134.94 106.38 Đồ thị công suất phát về hệ thống Đồ thị phụ tải tổng hợp Nhận xét chung: - Phụ tải điện áp trung nhỏ nhất là 105 MVA, lớn hơn công suất định mức của một máy phát (75MVA) nên ít nhất có thể ghép một máy phát vào phiá thanh góp này và cho vận hành định mức liên tục. - Phụ tải điện áp máy phát không lớn, .100% = 7,1% - Cấp điện áp trung cap (220 KV) và trung áp (110 KV) là lưới trung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu sẽ có lợi hơn. - Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà máy, địa bàn phụ tải, nguồn nguyên 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. 1.3. Chọn các phương án nối dây. Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Nó quyết định những đặc tính kinh tế và kỹ thuật của nhà máy thiết kế. Cơ sở để vạch ra các phương án là bảng phụ tải tổng hợp, đồng thời tuân theo những yêu cầu kỹ thuật chung. - Với cấp điện áp trung là 110KV và công suất truyền tải lên hệ thống luôn lớn hơn dự trữ quay của hệ thống, ta dùng hai máy biến áp liên lạc lại tự ngẫu. - Có thể ghép bộ máy phát - máy biến áp vào thanh góp 110 KV vì phụ tải cực tiểu cấp này lớn hơn công suất định mức của một máy phát. - Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ 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. Như vậy ta có thể đề xuất bốn phương án sau để lựa chọn: ã Phương án 1: Phương án này phía 220KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp để làm nhiệm vụ liên lạc giữa phía cao và trung áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu. Phía 110KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp. ã Phương án 2: Phương án này hai tổ máy được nối với thanh góp 220KV qua máy biến áp liên lạc. Còn phía 110KV được ghép 2 bộ máy phát điện - máy biến áp. ã Phương án 3: Ghép vào phía 220KV và 110KV mỗi phía 2 bộ máy phát điện - máy biến áp. Liên lạc giữa cao và trung áp ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu, phía hạ của máy biến áp liên lạc cung cấp cho phụ tải địa phương. ã Phương án 4: Phương án này như phương án 1 nhưng chuyển bộ máy phát điện - máy biến áp sang phía 220KV. Nhận xét: Phương án 1 - Độ tin cậy cung cấp điện được đảm bảo. - Công suất từ bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây lên 220KV được truyền trực tiếp lên hệ thống, tổn thất không lớn. - Đầu tư cho bộ cấp điện áp cao hơn sẽ đắt tiền hơn. Phương án 2 - Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm được vốn đầu tư do nỗi bộ ở cấp điện áp thấp hơn, thiết bị rẻ tiền hơn. Phương án 3 - Số lượng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu tư lớn, đồng thời trong quá trình vận hành phức tạp và xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn. - Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó. Phương án 4 - Liên lạc giữa phía cao áp và phía trung áp kém. - Các bộ máy phát điện - máy biến áp nối bên phía 220KV sẽ đắt tiền do tiền đầu tư cho thiết bị ở điện áp cao hơn đắt tiền hơn. - Sơ đồ thanh góp 220KV phức tạp do số đường dây vào ra tăng lên tuy bên 110 KV có đơn giản hơn. - Khi sự cố máy phát - máy biến áp liên lạc thì bộ còn lại chịu tải quá lớn do yêu cầu phụ tải bên trung lớn. Tóm lại: Qua phân tích ở trên ta chọn phương án 1 và phương án 2 để tính toán tiếp, phân tích kỹ hơn về kỹ thuật và kinh tế nhằm chọn ra sơ đồ nối điện chính cho nhà máy điện được thiết kế. Chương 2 Tính toán chọn máy biến áp Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, công suất của chúng rất lớn, bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện. Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp nhiều nên ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp ít, công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo cung cấp điện cho hộ tiêu thụ. A. Phương án I 2.1.a. Chọn máy biến áp ã Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây SđmB1, B4 ³ SđmF = 75MVA ã Máy biến áp tự ngẫu SđmB2 = SđmB3 ³ Sthừa max Với Sthừamax = SđmF = 75MVA a = = 0,5 SđmB2 = SđmB3 ³ = 150 MVA Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phương án 1 như sau: Bảng 2.1.a Cấp điện áp khu vực Loại Sđm MVA Điện áp cuộn dây KV Tổn thất KW UN% I% P0 PN C-T C-H T-H C T H A C-T C-H T-H 220 TДц 80 242 - 10.5 80 - 320 - - 11 - 0.6 110 TP ДцH 80 115 - 10.5 70 - 310 - - 10,5 - 0.55 220 AT ДцTH 160 230 121 11 85 380 - - 11 32 20 0.5 2.2.a. Phân bố tải cho các máy biến áp Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B1, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm. SB1 = SB4 = SđmF = 75MVA Đồ thị phụ tải các phía của MBA tự ngẫu B2, B3 theo thời gian t Phía trung: ST(t) = (ST - SB4) Phía cao: Sc(t) = (SHT - SB1) Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t) Ta có bảng phân bổ công suất: Bảng 2.2.a. MBA S (MVA) Thời gian (t) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 B1, B4 SC = SH 69 69 69 69 69 69 69 69 69 B2, B3 SC 5.48 -2.02 -3.63 39.2 23.2 23.2 16.37 32.97 18.69 ST 18 25.5 25.5 25.5 40.5 40.5 33 18 18 SH 23.48 23.48 21.87 64.7 63.7 63.7 49.37 50.97 36.69 2.3.a. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp ã 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. ã Kiểm tra sự cố Sự cố nguy hiểm nhất là khi ST = ST max = 150MVA Khi đó ta có SHT = 115,3 MVA SUF = 10,7 MVA Ta xét các sự cố sau: ã Sự cố B4 ã Khi sự cố máy biến áp B4 mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lượng công suất là: S = = 75 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 Ta thấy: SđmB2 = 80 > 75MVA ị Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải. - Phân bố công suất khi sự cố B4 ã Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải một lượng công suất là: STB2(B3) = STmax = 0,5.150 = 75 MVA ã Lượng công suất từ máy phát F2 (F3) cấp lên phía hạ của B2 (B3): SHB2(B3) = SđmF - SUF - Stdmax ã Lượng công suất phát lên phía cao của B2 (B3) SCB2(B3) = SHB2(B3) - STB2(B3) = 63,65 - 75 = -11,35 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là: SB1 + (SCB2 + SCB3) = 69 + 2(-11,35) = 46,3 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - 46,3 = 115,3 - 46,3 = 69 MVA - Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 336 MVA Ta thấy SdtHT > Sthiếu ị thoả mãn điều kiện. ã Sự cố B2 (B3) ã Điều kiện kiểm tra sự cố: Khi sự cố máy biến áp B2 (hoặc B3) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lượng công suất là: S =STmax - SB4 =150 - 69 = 81 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 Do vậy nên máy biến áp bị quá tải với hệ số quá tải là: Kqtsc = = 1,0125 < 1,4 K = 1,4 là hệ số quá tải sự cố cho phép. ị Vậy nên máy biến áp thoả mãn điều kiện kiểm tra. - Phân bố công suất khi sự cố B2: ã Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp một lượng công suất STB2(B3) = STmax - SB4 = 150 - 69 = 81 MVA - Lượng công suất từ máy phát F3 cấp lên phía hạ của B3 SHB2(B3) = SđmF - SUF = .Stdmax = 75 - 10,7 - .24 = 58,3 MVA - Lượng công suất phát lên phía cao của B3: SCB3 = SHB3 - STB3 = 58,3 - 81 = -22,7 MVA - Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là: SB1 + SCB3 = 69 - 22,7 = 46,3 MVA - Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là: Ta thấy SdtHT > Sthiếu ị thoả mãn điều kiện. 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. 2.4.a. Tính toán tổn thất điện năng tỏng 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 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: DA2cd = DP0.T + DPN.t ã 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: ã Máy biến áp ba pha hai cuộn dây Máy biến áp B1 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó: Sb = 69 MVA trong cả năm. Ta có: DA = DP0.T + DPN.T DAB1 = 8760 = 2786,1.103 KWh DAB4 = 8760 = 2633,35.103 KWh ã 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 + DATN = 85.8760 + {(190.5482 + 190.182 + 570.23,482).4 + (190.(-2,02)2 + 190.25,52 + 570.23,482).2 + (190.(-3,63)2 + 190.25,52 + 570.23,482).2 + (190.39,22 + 190.25,52 + 570.64,72).2 + (190.23,22 + 190.40,52 + 570.63,72).2 + (190.16.372 + 190.332 + 570.49,372).4 + (190.32,972 + 190.182 + 570.50,972) + (190.18,692 + 190.182 + 570.36,692).4} = 1220,5.103 KWh Như vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là: DAS = DAB1 + DAB2 + DAB3 + DAB4 = 2876,1.103 + 2.1220,5.103 + 2633,35.103 = 7860,45.103 KWh B. Phương án II: 2.1.b. Chọn máy biến áp. ã Bộ máy phát - Máy biến áp 2 cuộn dây. SdmB3,B4 ³ SdmF = 75 MVA ã Máy biến áp tự ngẫu SdmB1 = SdmB2 ³ .Sthừa max Với Sthừamax = SdmF = 75MVA a = = 0,5 SdmB1 = SdmB2 ³ = 150 MVA Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phương án 2 như sau: Cấp điện áp khu vực Loại Sđm MVA Điện áp cuộn dây KV Tổn thất KW UN% I% P0 PN C-T C-H T-H C T H A C-T C-H T-H 110 TP ДцH 80 115 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.55 220 AT ДцTH 160 230 121 11 85 380 - - 11 32 20 0.5 2.2.b. Phân bố tải cho các máy biến áp Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B3, B4 làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt năm. SB3 = SB4 = SđmF - Stdmax = 75 - .24 = 69 MVA Đồ thị phụ tải các phía của MBA tự ngẫu B1, B2 theo thời gian t. Phía trung: ST(t) = {ST - (SB3 + SB4} Phía cao: SC(t) = Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t) Ta có bảng phân bố công suất MBA S (MVA) Thời gian (t) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 B3, B4 SC = SH 69 69 69 69 69 69 69 69 69 B1, B2 SC 39.98 32.48 30.88 73.72 57.65 57.65 50.87 67.47 53.19 ST -16.5 -9 -9 -9 6 6 -1.5 -16.5 -16.5 SH 23.48 23.48 21.88 64.72 63.65 63.65 49.37 50.97 36.69 2.3.b. 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 ST = STmax = 150MVA Khi đó ta có: SHT = 115,3 MVA SUF = 10,7 MVA Ta xét các sự cố sau: - Sự cố B3 (hoặc B4) - Điều kiện kiểm tra sự cố: Khi sự cố máy biến áp B3 (hoặc B4) mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lượng công suất là: S = = 40,5 MVA - Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là: SB1(B2) = a.SđmB = 0,5.160 = 80 MVA Ta thấy: SđmB2 = 80 > 40,5 MVA ị Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải. - Phân bố công suất khi sự cố B3: Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp 1 lượng công suất: STB1(B2) = (STmax - Sbô) = 0,5.(150 - 69) = 40,5 MVA ã Lượng công suất từ máy phát F1 (F2) cấp bên phía hạ của B1 (B2): SHB1(B2) = SđmF - SUF - Stdmax = 75 - .10,7 - .24 = 63,65 MVA ã Lượng công suất phát lên phía cao của MBA B1 (B2) SCB1(B2) = SHB1(B2) - STB1(B2) = 63,65 - 40,5 = 23,15 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao cấp còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - (SCB1 + CCB2) = 115,3 - 46,3 = 69 MVA Ta thấy: SdtHT > Sthiếu ị thoả mãn điều kiện. ã Sự cố B1 (hoặc B2) - Điều kiện kiểm tra sự cố Khi có sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải 1 lượng công suất là: S = Stmax - SB3 - SB4 = 150 - 69 - 69 = 12 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được 1 lượng công suất là: SB1(B2) = a.SđmB = 0,5.160 = 80 MVA Ta thấy: SđmB1(B2) = 80 > 12 KVA Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần phải tải khi sự cố: ị Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải. - Phân bố công suất khi sự cố MBA B4: ã Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp 1 lượng công suất: STB3(B4) = STmax - SB4 = 150 - 69 = 81 MVA ã Lượng công suất từ máy phát F3 cấp lên phía hạ của B3 SHB3(B4) = SđmF - SUF - Stdmax = 75 - 10,7 - .24 = 58,3 MVA ã Lượng công suất phát lên phía cao của B3 SCB3 = SHB3 - STB3 = 58,3 - 81 = -22,7 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là: SB4 + SCB3 = 69 - 22,7 = 46,3 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - 46,3 = 115,3 - 46,3 = 69 MVA Ta thấy: SdtHT > Sthiếu ị thoả mãn điều kiện. - Phân bố công suất khi sự cố MBA B1: ã Công suất trên cuộn trung của B1 (B2) là: STB1(B2) = 150 - 2.69 = 12 MVA ã Lượng công suất từ máy phát F2 cấp lên phía hạ của B2 là: SHB1(B2) = SđmF - SUF - Stdmax = 75 - 10,7 - .24 = 58,3 MVA ã Lượng công suất phát lên phía cao của MBA B2 SCB2 = SHB2 - STB2 = 58,3 - 12 = 46,3 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - 46,3 = 115,3 - 46,3 = 69 MVA Ta thấy SdtHT > Sthiếu ị thoả mãn điều kiện 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. 2.4.b. 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 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: DA2cd = 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 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: ã 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 = 69 MVA trong cả năm. Do đó DAB3 = DAB4 = 8760 (70 + 310) = 2633,35.103 KWh. ã Máy biến áp tự ngẫu: Từ đó ta có: DA = DP0.T + DA = 85.8760 + {(190.39,982 + 190.(-16,5)2 + 570.23,482).4 + (190.32,482 + 190.(-9)2 + 570.23,482).2 + (190.30,882 + 190.(-9)2 + 570.21,882).2 + (190.79,722 + 190.(-9)2 + 570.64,722).2 + (190.57,652 + 190.(6)2 + 570.63,652).2 + (190.50,872 + 190.(-1,5)2 + 570.49,372).4 + (190.67,472 + 190.(-16,5)2 + 570.50,972).2 + (190.53,192 + 190.(-16,5)2 + 570.36,692).4} = 1330,395.103 KWh Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là: DAS = DAB1 + DAB2 + DAB3 + DAB4 = 2.1330,395.103 + 2.2633,35.103 = 7927,49.103 Chương 3 Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phương án A. Tính toán 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 = 100MVA Ucb = Utb 3.1. Phương án I. 3.1.1. 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’. 3.1.2. Tính điện kháng các phần tử. Điện kháng của hệ thống. XHT = XHT*. = 0,7.= 0,025 Sd = .X0.L. = .0,4.90. = 0,034 Điện kháng máy phát: XF = S”d.= 0,146. = 0,195 Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây = 0,131 = 0,138 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B2, B3 Do UN% ³ 25% nên ta phải bỏ qua hệ số a. Ta có: + Điện kháng của cao áp XC = = = 0,072 + Điện kháng cuộn trung áp XT = = = -0,003 ằ 0 + Điện kháng cuộn hạ áp: XH = (UNC-H + UNT-H - UNC-T). = (32 + 20 - 11). = 0,128 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch. 3.1.3. Tính toán ngắn mạch theo điểm a. Tính dòng ngắn mạch tại N1: Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có: X1 = XHT + XD = 0,025 + 0,034 = 0,059 X2 = XF + = 0,195 + 0,138 = 0,333 X3 = = = 0,036 X4 = = = 0,1615 X5 = XF + = 0,195 + 0,131 = 0,136 Nhập hai nguồn E23 và E4 X6 = X5 // X4 = = 0,108 X7 = X3 + X6 = 0,036 + 0,108 = 0,144 Nhập hai nguồn E234 và E1 X8 = X2 // X7 = = 0,101 Sơ đồ rút gọn - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XNHT = X1.= 0,059. = 1,652 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,6 I* (Ơ) = 0,67 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”HT(0) = I*(0). = 0,6. = 4,22KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 0,67. = 4,71KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X8. = 0,101. = 0,303 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,4 I* (Ơ) = 2,2 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,4. = 2,56KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 0,67. = 1,661KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N1: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4,22 + 2,56 = 6.78 KA I”N1(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 4,71 + 1,66 = 6,37 KA + Dòng điện xung kích ixkN1 = .kxk.I”N1(0) = .1,8.6,78 = 17,26 KA b. 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: X1 = XHT + XD = 0,025 + 0,034 = 0,059 X2 = XF + = 0,195 + 0,138 = 0,333 X3 = = = 0,036 X4 = = 0,1615 X5 = XF + = 0,195 + 0,131 = 0,326 Biến đổi Y(X1, X2, X3) đ D(X6, X7) XC = X1 + X3 + = 0,059 + 0,036 + = 0,101 X7 = X2 + X3 + = 0,333 + 0,036 + = 0,572 Ghép E23 với E4 X8 = X4 // X5 = = 0,108 Ghép E234 với E1 X9 = X7 // X8 = = 0,091 Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = XC. = 0,101. = 2,828 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,30 I* (Ơ) = 0,38 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”HT(0) = I*(0). = 0,36. = 5,06 KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 0,38. = 5,34 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X9. = 0,091. = 0,273 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 4,2 I* (Ơ) = 2,4 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 4,2. = 6,33 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,4. = 3,61 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N2: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5,06 + 6,33 = 11,39 KA I”N2(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 5,34 + 3,61 = 8,95 KA + Dòng điện xung kích ixkN2 = .kxk.I”N2 = .1,8.11,39 = 28,99 KA c. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Sơ đồ thay thế X1 = XHT + XD = 0,025 + 0,034 = 0,059 X2 = XF + = 0,195 + 0,138 = 0,333 X3 = = = 0,036 X4 = XH = 0,128 X5 = XF + = 0,195 + 0,131 = 0,326 Ghép E3 với E4 X7 = X5 // X6 = = 0,162 Biến đổi Y(X1, X2, X3) đ D(X8, X9) X8 = X1 + X3 + = 0,059 + 0,036 + = 0,101 X9 = X2 + X3 + = 0,333 + 0,036 + = 0,572 X10 = X7 // X9 = = 0,126 Biến đổi Y(X4, X8, X10) đ D(X11, X12) X11 = X8 + X43 + = 0,101 + 0,128 + = 0,332 X12 = X10 + X4 + = 0,126 + 0,128 + = 0,414 Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X11. = 0,332. = 9,296 > 3 nên + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”N3(0) = I”N3(Ơ) = = 16,56 - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X12. = 0,414. = 0,93 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 1,05 I* (Ơ) = 1,2 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 1,05. = 12,99 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 1,2. = 14,85 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N3: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 16,56 + 12,99 = 29,55 KA I”N3(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 16,56 + 14,85 = 31,41 KA + Dòng điện xung kích ixkN3 = .kxk.I”N3 = .1,8.29,55 = 75,22 KA d. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N’3 Sơ đồ thay thế Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = XF. = 0,195. = 0,439 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 2,2 I* (Ơ) = 1,9 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 2,2. = 9,07KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 1,9. = 7,84 KA + Dòng điện xung kích ixkN’3 = .kxk.I”N3 = .1,8.9,07 = 23,1 KA e. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4 I”N4(0) = I”N3’ + I”N3’ = 29,55 + 9,07 = 38,62 KA I”N4(Ơ) = I”N3 + I”N3 = 31,41 + 7,84 = 39,25 KA + Dòng điện xung kích ixkN4 = .kxk.I”N4 = .1,8.38,62 = 98,31 KA Vậy bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 1. Dòng điện Điểm ngắn mạch I”(0) KA I”(Ơ) KA ixk KA N1 6,78 6,37 17,26 N2 11,39 8,95 28,99 N3 29,55 31,41 75,22 N3’ 9,07 7,84 23,1 N4 38,62 39,25 98,31 3.2. Phương án 2 3.2.1. 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 tương tự như phương án 1. Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán. Lập sơ đồ thay thế. Chọn các đại lượng cơ bản Scb = 100MVA Ucb = Utb(230-150-10,5KV) 3.2.2. Tính điện kháng các phần tử. ã Điện kháng của hệ thống XHT = X*HT. = 0,025 XD = = 0,034 ã Điện kháng máy phát. XF = X’d.= 0,146. = 0,195 ã Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây = 0,131 = 0,138 ã Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2: Do UN*% ³ 25% nên ta bỏ qua hệ số a Ta có: + Điện kháng cuộn cao áp: XC = = = 0,072 + Điện kháng cuộn trung áp XT = = = 0,003 ằ 0 + Điện kháng cuộn hạ áp XH = = = 0,128 3.2.3. Tính toán ngắn mạch theo điểm a. Tính dòng ngắn mạch tại N1 Nguồn cung cấp gồm hê 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 = 0,025 + 0,034 = 0,059 X2 = XCB1 // XCB2 = = 0,036 X3 = (XHB1 + XF1) // (XHB2 + XF2) = = 0,163 Ghép các nguồn E12 và E34 ta có: X5 = X3 // X4 = = 0,081 X6 = X2 + X5 = 0,036 + 0,081 = 0,117 Sơ đồ rút gọn: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XTTHT = X1. = 0,059. = 1,652 Tra đường cong tính toán ta có: I*(0) = 0,6 I*(Ơ)._.