Thiết kế phần điện Nhà máy nhiệt điện (phần 1)

áy ta sẽ có được biểu đồ cân bằng công suất giữa công suất phát của nhà máy và công suất tiêu thụ của phụ tải, trong biểu đồ này chỉ rõ lượng công suất phát thiếu hay đủ cung cấp cho phụ tải của nhà máy đang thiết kế. 1. Chọn máy phát điện. Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy nhiệt điện ngưng hơi sẽ thiết kế có công suất 200MW, gồm 4 tổ máy. Mỗi tổ máy sẽ có công suất định mức là 50MW, hệ số công suất của mỗi tổ máy là 0,85 và điện áp định mức là 10,5KV. 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 cosj I KA x”d x’d xd TB - 50 - 2 3000 58,824 50 10,5 0,85 5,73 0,135 0,3 1,84 2. Tính toán phụ tải. Dựa vào biểu đồ phụ tải đã cho và áp dụng công thức sau để tính toán: trong đó : P(t) là lượng công suất tác dụng ở thời điểm t trong ngày. P%(t) là trị số phần trăm của lượng công suất ở thời điểm t so với giá trị công suất cực đại Pmax là giá trị công suất cực đại cosj là hệ số công suất tương ứng. 1) Phụ tải cấp điện áp 220 KV(kí hiệu S220). Cho Pmax = 120MW, cosj = 0,8 nên . thay số vào ta có : từ 0 đến 6 giờ : từ 6 đến 10 giờ : từ 10 đến 14 giờ : từ 14đến 18 giờ : từ 18 đến 24 giờ : 0 6 10 14 18 24 (giờ) 90 120 135 150 (MVA) Biểu đồ phụ tải: 2) Phụ tải cấp điện áp 110 KV(kí hiệu S110). Cho Pmax = 170MW, cosj = 0,8 nên . thay số vào ta có : từ 0 đến 4 giờ : từ 4 đến 10 giờ : từ 10 đến 18 giờ : từ 18 đến 24 giờ : (MVA) 0 4 10 18 24 (giờ) 127,5 148,75 170 212,5 Biểu đồ phụ tải: 3) Khả năng phát công suất của nhà máy tại từng thời điểm (kí hiệu SNM). Công suất đặt của nhà máy là Sđ = thay số vào ta có : từ 0 đến 8 giờ : từ 8 đến 12 giờ : từ 12 đến 14 giờ : từ 14 đến 20 giờ : từ 20 đến 24 giờ : Biểu đồ biểu diễn: (MVA) 0 8 12 20 24 (giờ) 141,176 164,706 211,765 235,294 14 4) Phụ tải tự dùng của nhà máy (kí hiệu Std) . Công thức tính : trong đó : Std(t) là phụ tải tự dùng tại thời điểm t SNM là công suất đặt của nhà máy SNM(t) là công suất phát ra của nhà máy ở thời điểm t a là trị số phần trăm lượng điện tự dùng. ta có : từ 0 đến 8 giờ : từ 8 đến 12 giờ : từ 12 đến 14 giờ : từ 14 đến 20 giờ : từ 20 đến 24 giờ : (MVA) 0 8 12 20 24 (giờ) 14,306 15,436 17,695 18,824 14 Biểu đồ biểu diễn: 3. Cân bằng công suất . Biểu thức biểu diễn sự cân bằng công suất phát của nhà máy thiết kế và phụ tải tiêu thụ: SNM(t) = S220(t) + S110(t) + Std(t) + SHT(t) (Bỏ qua tổn thất) trong đó: SNM(t) là công suất phát ra của nhà máy tại thời điểm t S220(t) là công suất tiêu thụ của phụ tải phía điện áp cao 220KV tại thời điểm t S220(t) là công suất tiêu thụ của phụ tải phía điện áp trung 110KV tại thời điểm t Std (t) là lượng công suất dành cho tự dùng của nhà máy tại thời điểm t SHT(t) là lượng công suất phát vào hay lấy ra từ lượng dự trữ của hệ thống tại từng thời điểm t. Biểu thức có thể viết lại như sau : SHT(t) = SNM(t) - [S220(t) + S110(t) + Std(t) ] trong đó vế bên phải là các giá trị đã biết như vậy ta có thể tính toán được lượng công suất phát vào hay lấy ra từ dự trữ của hệ thống. Thành lập bảng cân bằng công suất: T/gian Phụ tải 0 á 4 giờ 4 á 6 giờ 6 á 8 giờ 8 á 10 giờ 10 á 12 giờ 12á 14 giờ 14 á 18 giờ 18 á 20 giờ 20 á 24 giờ S220 (MVA) 90 90 135 135 150 150 120 90 90 S110 (MVA) 127,5 170 170 170 212,5 212,5 212,5 148,75 148,75 Std (MVA) 14,306 14,306 14,306 18,824 18,824 17,695 18,824 18,824 15,436 SNM (MVA) 141,176 141,176 141,176 235,294 235,294 211,765 235,294 235,294 164,706 SHT (MVA) -90,63 -133,13 -178,13 -88,53 -146,03 -168,43 -116,05 -22,28 -89,48 Biểu đồ biểu diễn tổng: (MVA) 0 8 12 20 24 (giờ) 14 4 10 18 381,324 231,806 274,306 319,306 323,824 380,195 351,324 257,574 254,186 141,806 184,306 188,824 231,324 167,574 164,706 164,186 141,176 235,294 SNM 211,765 ( STD + S220 + S110 ) Chú thích các nét vẽ: là đường biểu diễn công suất phát của nhà máy thiết kế. là đường biểu diễn lượng công suất dành cho tự dùng của nhà máy. là đường biểu diễn tổng công suất của lượng tự dùng và phụ tải cấp trung áp 110KV. là đường biểu diễn tổng công suất của lượng tự dùng, phụ tải cấp trung áp 110KV và phụ tải cấp cao áp 220KV. Nhận xét: Nhìn vào biểu đồ tổng biểu diễn công suất chung ở trên ta thấy đường biểu diễn lượng công suất phát ra của nhà máy luôn luôn nằm dưới đường biểu diễn tổng công suất của lượng tự dùng, phụ tải cấp trung áp 110KV và phụ tải cấp cao áp 220KV điều này có nghĩa là nhà máy đang thiết kế không đủ khả năng cung cấp cho toàn bộ phụ tải ở các cấp điện áp và tự dùng của nhà máy. Như vậy một phần phụ tải sẽ được cung cấp từ lượng công suất dự trữ của hệ thống. Chương 2 Vạch sơ đồ và phân tích sơ Bộ 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. Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ, phải khác nhau về cách ghép nối máy biến áp với các cấp điện áp, khác nhau về số lượng, dung lượng của máy biến áp, số máy phát ghép bộ với máy biến áp… thể hiện tính khả thi, hiệu quả kinh tế và khả năng phát triển trong tương lai. Dựa vào các số liệu ban đầu, bảng cân bằng công suất và một số nhận xét sau đây để tiến hành vạch các phương án nối dây có thể : -Nhà máy thiết kế không có phụ tải cấp điện áp máy phát cho nên trong các phương án nối dây sẽ không có thanh góp máy phát, tất cả sẽ nối theo sơ đồ bộ. -Phụ tải có 2 cấp điện áp là 110 và 220KV trung tính nối đất trực tiếp nên sẽ dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp đó. -Phụ tải ở các cấp điện áp đều có tính chất quan trọng cho nên đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao. - Để sơ đồ thiết bị phân phối không quá phức tạp nên dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để làm máy biến áp liên lạc. Nhiệm vụ đặt ra là thiết kế nhà máy điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là SFđm = 58,824MVA. Theo kết quả tính toán ở chương 1 ta đã có: - Phụ tải phía cao áp 220KV: S220max = 150 MVA S220min = 90 MVA - Phụ tải phía trung áp 110KV: S110max = 212,5 MVA S110min = 127,5 MVA - Tự dùng cho nhà máy: Std max = 18,824 MVA Std min = 14,306 MVA Các phương án nối dây có thể của nhà máy thiết kế, phân tích ưu, nhược điểm của từng phương án. Phương án 1 Sử dụng 2 bộ máy phát - máy biến áp cung cấp trực tiếp cho phụ tải phía trung áp, một phần sẽ được cung cấp từ hai máy biến áp liên lạc. HT 220KV 110KV Phụ tải trong chế độ cực đại phía trung áp S110max = 212,5 MVA, với công suất máy phát là 58,824 MVA thì 2 bộ có thể đáp ứng được một nửa lượng công suất trong chế độ này, nửa còn lại sẽ được phân phối đều cho 2 mạch cuộn trung áp máy biến áp liên lạc. Như vậy công suất phân bố trong các mạch là xấp xỉ nhau và khá bé, dòng ngắn mạch nhỏ nên công suất định mức của máy biến áp liên lạc và các thiết bị khác nhỏ, nhiều thiết bị có cùng cấp điện áp với nhau nên việc chọn mua thiết bị dễ dàng, vốn đầu tư ít, hiệu quả kinh tế cao. Sơ đồ bảo đảm cung cấp điện tin cậy khi có sự cố hay khi cần thao tác sửa chữa, vận hành linh hoạt. Phương án 2 HT 220KV 110KV Sơ đồ nối dây Trong sơ đồ này sử dụng một bộ máy phát - máy biến áp cung cấp trực tiếp lên phụ tải 110 KV, dòng công suất ở mạch cuộn trung máy biến áp liên lạc trong chế độ cực đại của phụ tải phía trung áp khá lớn, dòng ngắn mạch khá lớn nên công suất định mức của máy biến áp liên lạc, của thiết bị phân phối trong các mạch máy biến áp sẽ lớn hơn so với phương án 1. Tuy nhiên phương án này vận hành khá linh hoạt, cung cấp điện tin cậy. Phương án 3 HT 220KV 110KV Phương án này chỉ dùng 2 máy biến áp tự ngẫu. Ghép 2 máy phát thành sơ đồ khối. Sơ đồ nối dây phương án này rất đơn giản, thiết bị phân phối điện ít và cùng loại với nhau nhưng do công suất phụ tải phía trung áp 110 KV trong chế độ cực đại lớn, nên công suất làm việc qua mạch cuộn trung áp của máy biến áp rất lớn, dòng ngắn mạch lớn do đó công suất định mức của máy biến áp và các thiết bị điện khác rất lớn, đắt tiền nên phương án này hiệu quả kinh tế thấp. Về độ tin cậy cung cấp điện của phương án ta thấy rằng khi có sự cố, hoặc sửa chữa định kì một máy biến áp hoặc một thiết bị phân phối trong các mạch của máy biến áp này thì công suất nhà máy phát ra sẽ giảm đi một nửa, nếu trong lúc sửa chữa mà xảy ra sự cố trong các mạch của máy biến áp còn lại thì phụ tải phía 110KV sẽ không được cung cấp điện hoàn toàn. Như vậy độ tin cậy cung cấp điện của phương án này là rất kém. HT 220KV 110KV Phương án 4 Sơ đồ nối dây: Phụ tải 220KV trong chế độ cực đại không lớn đã có liên lạc với hệ thống. Nên việc bố trí 2 bộ máy phát - máy biến áp bên phía cao áp rõ ràng là ít hiệu quả. Trong khi đó phụ tải phía trung áp 110KV lớn nên công suất truyền tải qua cuộn cao áp và công suất làm việc qua cuộn trung áp của máy biến áp liên lạc sẽ lớn, dòng ngắn mạch lớn do đó công suất định mức của máy biến áp và các thiết bị cung cấp điện sẽ lớn. Ngoài ra các máy biến áp bộ 220KV có vốn đầu tư cao hơn đáng kể so với 110KV. Hiệu quả kinh tế của phương án này là rất thấp. Nếu khi đang tiến hành sửa chữa máy biến áp liên lạc hoặc các thiết bị phân phối điện ở các mạch của một máy biến áp liên lạc mà xảy ra sự cố cố trong máy biến áp liên lạc kia sẽ làm cho phụ tải phía 110 KV bị ngừng cung cấp điện hoàn toàn. Độ tin cậy cung cấp điện của phương án này rất kém, giống với phương án 3. Qua phân tích sơ bộ ở trên ta thấy phương án 1 và 2 có nhiều ưu điểm về hiệu quả kinh tế, độ tin cậy cung cấp điện … còn phương án 3 và 4 có rất nhiều nhược điểm. Cho nên sẽ lựa chọn phương án 1 và phương án 2 để tính toán so sánh kinh tế tìm phương án tối ưu cho nhà máy thiết kế. Chương 3 chọn máy biến áp và tính tổn thất điện năng các phương án Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện. Vốn đầu tư dành cho máy biến áp chiếm một phần lớn trong trong tổng vốn đầu tư xây dựng của nhà máy điện, máy biến áp có công suất càng cao càng đắt tiền. Như vậy mục đích của chương này là tính toán chọn lựa được số lượng máy biến áp và công suất định mức của chúng sao cho vừa đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện, vận hành an toàn, tổn thất điện năng nhỏ nhất và hiệu quả kinh tế đạt cao nhất. 1. Thực hiện tính toán cho phương án 1 HT 220KV 110KV Sơ đồ nối dây: 1) Chọn máy biến áp - Chọn máy biến áp hai cuộn dây: Điều kiện chọn: công suất SBđm ³ SFđm điện áp định mức Uđm = 110 KV trong đó: SBđm là công suất định mức của máy biến áp cần chọn. SFđm là công suất định mức của máy phát điện và SFđm = 58,824 MVA Tra bảng B3, trang 89 - sách HDTK Nhà máy điện - xb năm 1968 chọn được máy biến áp là loại: Kiểu Sđm(MVA) Điện áp (KV) Tổn thất (KW) io% UN% Giá (VN Đồng) Cao Hạ DPo DPN T 60 121 10,5 135 300 2,6 11,5 1,95.109 - Máy biến áp liên lạc: Điều kiện chọn: công suất định mức SBllđm ³ SFđm điện áp định mức Uđm = 220/110/10,5 KV trong đó: SBllđm là công suất định mức của máy biến áp liên lạc cần chọn. SFđm là công suất định mức của máy phát điện và SFđm = 58,824 MVA a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu. tính hệ số có lợi a: thay vào ta có: SBllđm ³ . SFđm = . Tra bảng B10, trang 100 - sách HDTK Nhà máy điện - xb năm 1968 chọn được máy biến áp tự ngẫu là loại: Kiểu Sđm MVA Điện áp KV DPo KW Tổn thất ngắn mạch , KW io% UN% Giá Đồng C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H T TA 120 242 121 10,5 250 380 220 240 2 10,55 37,2 23,5 2,5.109 2) Kiểm tra khả năng tải của máy biến áp - Chế độ quá tải bình thường: Khi thực hiện việc chọn máy biến áp hai cuộn dây điều kiện chọn là công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất định mức của máy phát điện cho nên ta không cần kiểm tra khả năng tải của máy biến áp hai cuộn dây trong chế độ làm việc bình thường. Đối với máy biến áp liên lạc cần kiểm tra cho cuộn dây trung áp. Ta có trong chế độ phụ tải phía 110KV cực đại thì tổng lượng công suất truyền tải qua 2 máy biến áp liên lạc là (S110 max - ồ SbT ). Trong đó: S110 max là công suất phụ tải phía trung áp 110 KV trong chế độ cực đại (212,5MVA). ồ SbT là tổng công suất của các bộ phía trung áp trong chế độ cực đại. Công suất mỗi bộ phía trung áp SbT = SF đm - Std max với SF đm là công suất định mức của máy phát, Std max là công suất tự dùng trong chế độ làm việc cực đại của mỗi tổ máy. SbT = (58,824 - . 18,824) = 54,118 MVA Vậy S110 max - ồ SbT = 212,5 - 2.54,118 = 104,264 MVA, cuộn trung áp mỗi máy biến áp liên lạc sẽ chịu tải là MVA. Trong khi đó công suất định mức cuộn trung áp mỗi máy biến áp liên lạc là a . SBll đm = 0,5.120 = 60 MVA > 52,132 MVA. Như vậy trong chế độ vận hành bình thường máy biến áp liên lạc không bị quá tải. - Chế độ quá tải sự cố: + Trường hợp sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc: Trong chế độ phụ tải phía 110KV cực đại thì lượng công suất thiếu cần được cung cấp từ máy biến áp liên lạc là: S110 max - ồ SbT = 212,5 - 2.54,118 = 104,264 MVA. Nếu lúc đó xảy ra sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc thì cuộn trung áp của máy còn lại sẽ phải tải toàn bộ lượng công suất trên. Hệ số quá tải của cuộn trung áp sẽ là = 1,74 > 1,4 là hệ số quá tải cho phép của máy biến áp trong chế độ sự cố. Như vậy cần phải chọn lại máy biến áp liên lạc có công suất định mức lớn hơn công suất định mức của máy đã chọn. Chọn lại theo điều kiện sau: kqtsc . a . SBll đm ³ S110 max - ồ SbT trong đó: kqtsc là hệ số quá tải trong chế độ sự cố của máy biến áp, lấy kqtsc = 1,4. a . SBll đm là công suất định mức cuộn trung áp của máy biến áp liên lạc. ta có: 1,4. 0,5. SBll đm ³ 212,5 - 2. 54,118 ị SBll đm ³ 148,949 MVA + Trường hợp sự cố hỏng một bộ máy phát - máy biến áp lớn nhất phía trung áp: Trong trường hợp này, khi chế độ phụ tải phía 110KV cực đại thì lượng công suất thiếu cần được cung cấp từ máy biến áp liên lạc là: S110 max - (ồ SbT - SbT max ) = 212,5 - (2.54,118 - 54,118) = 158,382 MVA. Lượng công suất thiếu này sẽ được phân bố đều cho 2 máy biến áp liên lạc, mỗi cuộn trung áp của máy biến áp liên lạc sẽ chịu tải là = 79,191 MVA trong khi đó công suất định mức của cuộn dây trung áp là 60 MVA. Hệ số quá tải của cuộn trung áp sẽ là = 1,32 < 1,4 là hệ số quá tải cho phép của máy biến áp trong chế độ sự cố. Vậy trong trường hợp sự cố này máy biến áp vẫn được xem như không bị quá tải. Tóm lại phải chọn lại máy biến áp liên lạc có công suất định mức lớn hơn 148,949 MVA. Tra bảng B10 trang 101 sách HDTK Nhà máy điện - xb năm 1968 chọn được máy biến áp tự ngẫu là loại: Kiểu Sđm MVA Điện áp KV DPo KW Tổn thất ngắn mạch , KW io% UN% Giá Đồng C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H T TA 180 242 121 10,5 350 530 260 310 3 12,4 31,6 17,7 6,3. 109 3) Phân bố công suất trong các máy biến áp - Phân bố công suất trong máy biến áp hai cuộn dây: Để vận hành đơn giản và kinh tế giao cho các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng trong suốt cả năm. Như vậy công suất làm việc qua các máy biến áp hai cuộn dây hay công suất của mỗi bộ phía trung áp là không đổi trong ngày và được tính như sau: Sb = SF đm - Std max trong đó: Sb là công suất làm việc qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây SF đm là công suất định mức của mỗi máy phát Std max là công suất tự dùng lớn nhất của mỗi tổ máy phát. ta có: Sb = 58,824 - .18,824 = 54,118 MVA - Phân bố công suất trong máy biến áp liên lạc: + Phân bố công suất trong cuộn dây cao áp SC i : trong đó: S220(ti) là phụ tải cấp điện áp 220 KV SHT (ti) là công suất lấy từ lượng dự trữ của hệ thống để cung cấp cho phụ tải trong từng khoảng thời gian. Cụ thể: từ 0 đến 4 giờ : từ 4 đến 6 giờ : từ 6 đến 8 giờ : từ 8 đến 10 giờ : từ 10 đến 12 giờ : từ 12 đến 14 giờ : từ 14 đến 18 giờ : từ 18 đến 20 giờ : từ 20 đến 24 giờ : . + Phân bố công suất trong cuộn dây trung áp ST i : trong đó: S110(ti) là phụ tải cấp điện áp 110 KV ồSb là tổng công suất làm việc của các bộ phía trung áp. Cụ thể: từ 0 đến 4 giờ : từ 4 đến 10 giờ : từ 10 đến 18 giờ : từ 18 đến 24 giờ : + Phân bố công suất trong cuộn hạ áp SH i : SH i = SC i + ST i Cụ thể: từ 0 đến 4 giờ : từ 4 đến 8 giờ : từ 8 đến 10 giờ : từ 10 đến 12 giờ : từ 12 đến 14 giờ : từ 14 đến 18 giờ : từ 18 đến 20 giờ : từ 20 đến 24 giờ : . 4) Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp . - Tổn thất trong mỗi máy biến áp hai cuộn dây: Công thức tính: trong đó : DPo là tổn thất không tải của máy biến áp hai cuộn dây (KW). DPN là tổn thất ngắn mạch của máy biến áp hai cuộn dây (KW). SBđm là công suất định mức của máy biến áp hai cuộn dây (MVA). Sb là công suất làm việc qua máy biến áp hai cuộn dây (MVA). T là thời gian làm việc của máy biến áp trong một năm (giờ). Thay số: - Tổn thất trong mỗi máy biến áp liên lạc: Công thức tính: trong đó: SC i , ST i , SH i là công suất làm việc qua các cuộn dây của máy biến áp (MVA) DPNC , DPNT , DPNH là tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây cao áp, trung áp và hạ áp của máy biến áp tự ngẫu (KW). DPo là tổn thất không tải của máy biến áp (KW) . a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu. Tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu được xác định như sau: Ta có: Vậy tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 1 là: DAồ = 2.1271,683 + 2.3549,106 = 9641,578 MWh. 2. Thực hiện tính toán cho phương án 2. Sơ đồ nối dây: HT 220KV 110KV B1 B2 B3 B4 1) Chọn máy biến áp - Chọn máy biến áp hai cuộn dây: Điều kiện chọn: công suất định mức SBđm ³ SFđm điện áp định mức máy biến áp B1 là 220 KV điện áp định mức máy biến áp B4 là 110 KV trong đó: SBđm là công suất định mức của máy biến áp cần chọn. SFđm là công suất định mức của máy phát điện và SFđm = 58,824 MVA Tra bảng B3, trang 89 - sách HDTK Nhà máy điện - xb năm 1968 chọn được máy biến áp B4 là loại: Kiểu Sđm(MVA) Điện áp (KV) Tổn thất (KW) io% UN% Giá (VN Đồng) Cao Hạ DPo DPN T G 60 121 10,5 135 300 2,6 11,5 1,95.109 Tra bảng B4, trang 92 - sách HDTK Nhà máy điện - xb năm 1968 chọn được máy biến áp B1 là loại: Kiểu Sđm(MVA) Điện áp (KV) Tổn thất (KW) io% UN% Giá (VN đồng) Cao Hạ DPo DPN T G 60 242 10,5 150 390 4 14 2.109 - Máy biến áp liên lạc B2 và B3 : Điều kiện chọn: công suất định mức SBllđm ³ SFđm điện áp định mức Uđm = 220/110/10,5 KV trong đó: SBllđm là công suất định mức của máy biến áp liên lạc cần chọn. SFđm là công suất định mức của máy phát điện và SFđm = 58,824 MVA a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu. tính hệ số a: ta có: SBllđm ³ . SFđm = . Tra bảng B10, trang 100 - sách HDTK Nhà máy điện - xb năm 1968 chọn được máy biến áp tự ngẫu là loại: Kiểu Sđm MVA Điện áp KV DPo KW Tổn thất ngắn mạch (KW) io% UN% Giá (Đồng) C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H T TA 120 242 121 10,5 250 380 220 240 2 10,55 37,2 23,5 2,5.109 2) Kiểm tra khả năng tải của máy biến áp - Chế độ quá tải bình thường: Khi thực hiện việc chọn máy biến áp hai cuộn dây điều kiện chọn là công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất định mức của máy phát điện cho nên ta không cần kiểm tra khả năng tải của máy biến áp hai cuộn dây trong chế độ làm việc bình thường. Đối với máy biến áp liên lạc cần kiểm tra cho cuộn dây trung áp. Ta có trong chế độ phụ tải phía 110KV cực đại thì tổng lượng công suất truyền tải qua 2 máy biến áp liên lạc là (S110 max - SbT ). Trong đó: S110 max là công suất phụ tải phía trung áp 110 KV trong chế độ cực đại (212,5MVA). SbT là công suất của bộ phía trung áp trong chế độ cực đại. Công suất mỗi bộ phía trung áp SbT = SF đm - Std max với SF đm là công suất định mức của máy phát, Std max là công suất tự dùng trong chế độ làm việc cực đại của mỗi tổ máy. SbT = (58,824 - . 18,824) = 54,118 MVA Vậy: S110 max - SbT = 212,5 - 54,118 = 158,382 MVA Mỗi cuộn trung áp mỗi máy biến áp liên lạc sẽ chịu tải là MVA. Trong khi đó công suất định mức cuộn trung áp mỗi máy biến áp liên lạc là a . SBll đm = 0,5.120 = 60 MVA 1,1 là hệ số quá tải cho phép của máy biến áp trong chế độ quá tải bình thường. Như vậy trong chế độ vận hành bình thường máy biến áp liên lạc bị quá tải. Cần chọn lại công suất định mức máy biến áp liên lạc thoả mãn: 1,1. a . SBll đm ³ 79,191 ị SBll đm ³ MVA - Chế độ quá tải sự cố: + Trường hợp sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc B2 hoặc B3: Trong chế độ phụ tải phía 110KV cực đại thì lượng công suất thiếu cần được cung cấp từ máy biến áp liên lạc là S110 max - SbT = 212,5 - 54,118 = 158,382 MVA. Nếu lúc đó xảy ra sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc thì cuộn trung áp của máy còn lại sẽ phải tải toàn bộ lượng công suất trên. Hệ số quá tải của cuộn trung áp sẽ là = 2,64 > 1,4 là hệ số quá tải cho phép của máy biến áp trong chế độ sự cố. Như vậy cần phải chọn lại máy biến áp liên lạc có công suất định mức lớn hơn công suất định mức của máy đã chọn. Chọn lại theo điều kiện sau: kqtsc . a . SBll đm ³ S110 max - SbT trong đó: kqtsc là hệ số quá tải trong chế độ sự cố của máy biến áp, lấy kqtsc = 1,4. a . SBll đm là công suất định mức cuộn trung áp của máy biến áp liên lạc. ta có: 1,4. 0,5. SBll đm ³ 158,382 MVA ị SBll đm ³ 226,26 MVA + Trường hợp sự cố hỏng bộ máy phát - máy biến áp phía trung áp: Trong trường hợp này, khi chế độ phụ tải phía 110KV cực đại thì lượng công suất thiếu cần được cung cấp từ máy biến áp liên lạc là toàn bộ S110 max = 212,5 MVA. Lượng công suất thiếu này sẽ được phân bố đều cho 2 máy biến áp liên lạc, mỗi cuộn trung áp của máy biến áp liên lạc sẽ chịu tải là = 106,25 MVA trong khi đó công suất định mức của cuộn dây trung áp là 60 MVA. Hệ số quá tải của cuộn trung áp sẽ là = 1,77 > 1,4 là hệ số quá tải cho phép của máy biến áp trong chế độ sự cố. Phải chọn lại công suất định mức máy biến áp liên lạc thoã mãn: 2. kqtsc . a . SBll đm ³ S110 max ị 2. 1,4. 0,5. SBll đm ³ 212,5 ị SBll đm ³ 151,786 MVA Như vậy phải chọn lại máy biến áp liên lạc có công suất định mức lớn hơn giá trị lớn nhất của tập giá trị (151,786 ; 226,26 ; 143,984 ) là 226,26 MVA. Tra bảng B10 trang 101 sách HDTK Nhà máy điện - xb năm 1968 chọn được máy biến áp tự ngẫu là loại: Kiểu Sđm MVA Điện áp KV DPo KW Tổn thất ngắn mạch (KW) io% UN% Giá (Đồng) C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H T TA 240 242 121 10,5 480 730 300 380 3 13,5 12,5 18,8 6,425. 109 3) Phân bố công suất trong các máy biến áp - Phân bố công suất trong máy biến áp hai cuộn dây: Để vận hành đơn giản và kinh tế giao cho các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng trong suốt cả năm. Như vậy công suất làm việc qua các máy biến áp hai cuộn dây hay công suất của mỗi bộ phía trung áp là không đổi trong ngày và được tính như sau: Sb = SF đm - Std max trong đó: Sb là công suất làm việc qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây SF đm là công suất định mức của mỗi máy phát Std max là công suất tự dùng lớn nhất của mỗi tổ máy phát. ta có: Sb = 58,824 - .18,824 = 54,118 MVA - Phân bố công suất trong máy biến áp liên lạc: + Phân bố công suất trong cuộn dây cao áp SC i : trong đó: S220(ti) là phụ tải cấp điện áp 220 KV SHT (ti) là công suất lấy từ lượng dự trữ của hệ thống để cung cấp cho phụ tải trong từng khoảng thời gian. Sb là công suất làm việc của bộ phía cao áp trong từng khoảng thời gian ti. Cụ thể: từ 0 đến 4 giờ : từ 4 đến 6 giờ : từ 6 đến 8 giờ : từ 8 đến 10 giờ : từ 10 đến 12 giờ : từ 12 đến 14 giờ : từ 14 đến 18 giờ : từ 18 đến 20 giờ : từ 20 đến 24 giờ : . + Phân bố công suất trong cuộn dây trung áp ST i : trong đó: S110(ti) là phụ tải cấp điện áp 110 KV Sb là công suất làm việc của bộ phía trung áp trong từng khoảng thời gian ti Cụ thể: từ 0 đến 4 giờ : từ 4 đến 10 giờ : từ 10 đến 18 giờ : từ 18 đến 24 giờ : + Phân bố công suất trong cuộn hạ áp SH i : SH i = SC i + ST i Cụ thể: từ 0 đến 4 giờ : từ 4 đến 8 giờ : từ 8 đến 10 giờ : từ 10 đến 12 giờ : từ 12 đến 14 giờ : từ 14 đến 18 giờ : từ 18 đến 20 giờ : từ 20 đến 24 giờ : . 4) Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp - Tổn thất trong mỗi máy biến áp hai cuộn dây: + Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây B4 đã tính ở phương án 1, kết quả là: DA = 1271,683 Mwh + Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây B1là: Công thức tính: trong đó : DPo là tổn thất không tải của máy biến áp hai cuộn dây (KW). DPN là tổn thất ngắn mạch của máy biến áp hai cuộn dây (KW). SBđm là công suất định mức của máy biến áp hai cuộn dây. Sb là công suất làm việc qua máy biến áp . T là thời gian làm việc của máy biến áp trong một năm (giờ). Thay số: - Tổn thất trong mỗi máy biến áp liên lạc: Công thức tính: trong đó: SC i , ST i , SH i là công suất làm việc qua các cuộn dây của máy biến áp (MVA) DPNC , DPNT , DPNH là tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây cao áp, trung áp và hạ áp của máy biến áp tự ngẫu (KW) DPo là tổn thất không tải của máy biến áp (KW) a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu Tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu được xác định như sau: Ta có: Vậy tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 2 là: DAồ = 1271,683 + 1429,808 + 2. 4794,946 = 12291,383 MWh. Bảng tổng kết tổn thất điện năng trong máy biến áp của 2 phương án: Phương án 1 2 Tổn thất MWh 9641,578 12291,383 Chương 4 Tính toán ngắn mạch Mục đích tính toán dòng điện ngắn mạch là để chọn khí cụ điện. Để tính được dòng điện ngắn mạch trước hết phải thành lập sơ đồ thay thế các phần tử, tính điện kháng của chúng trong hệ đơn vị cơ bản. Xác định các điểm ngắn mạch cần tính toán, biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản rồi tiến hành tính toán theo phương pháp. 1. Tính toán ngắn mạch phương án 1 1. Xác định điểm ngắn mạch cần tính toán. Điểm ngắn mạch tính toán là điểm mà khi xảy ra sự cố ngắn mạch tại đó thì dòng điện đi qua khí cụ điện là lớn nhất. Sơ đồ xác định điểm ngắn mạch phương án 1 HT 220KV 110KV N1 N2 N3 N4 N5 ở cấp điện áp ³ 110 KV chọn cùng một loại khí cụ điện nên chỉ cần tính một điểm ngắn mạch có khả năng gây ra dòng ngắn mạch lớn nhất, đó là điểm ngắn mạch trên thanh góp. Chọn khí cụ điện cấp điện áp 220 KV: điểm N1 Chọn khí cụ điện cấp điện áp 110 KV: điểm N2 Chọn khí cụ điện mạch hạ áp máy biến áp liên lạc: điểm N3 và N4 Chọn khí cụ điện mạch tự dùng: điểm N5 2. Tham số của các phần tử trong hệ đơn vị tương đối và sơ đồ thay thế. 1) Điện kháng của các phần tử. Chọn hệ đơn vị tương đối: Công suất cơ bản Scb = 100 MVA Điện áp cơ bản Ucb = Utbđm với Utbđm là điện áp trung bình định mức của cấp điện áp tương ứng. a- Điện kháng của máy phát điện: trong đó: x”d là điện kháng siêu quá độ dọc trục của máy phát cho trong hệ đơn vị tương đối định mức. SF đm là công suất định mức của máy phát điện, MVA ta có: . b- Điện kháng của đường dây: trong đó: xo là điện kháng của 1 km chiều dài đường dây, W/km. (đường dây trên không xo = 0,4W/km ) l là chiều dài đường dây. ta có: . c- Điện kháng của hệ thống điện: trong đó: xHT đm là điện kháng tương đối định mức của hệ thống. SHT là công suất của hệ thống, không kể nhà máy đang thiết kế. ta có: . d- Điện kháng của máy biến áp 3 pha, 2 cuộn dây: e- Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu: trong đó: SBđm là công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu Trong bảng chọn máy biến áp, các giá trị điện áp ngắn mạch đã được chia cho hệ số a, ta có: N5 N3 N2 N1 E4 E3 E2 E1 EHT xD xD xC1 xC2 xH1 xH2 xF1 xF2 xF4 xF3 xHT xB3 xB4 N4 2) Sơ đồ thay thế 3. Tính toán cho từng điểm ngắn mạch 1) Điểm ngắn mạch N1: Nguồn cung cấp cho điểm N1 là hệ thống và các máy phát Biến đổi sơ đồ: Đặt x1 = x2 = x3 = (xH1 nt xF1) // (xH2 nt xF2) == 0,1665 x4 = (xB3 nt xF3) // (xB4 nt xF4) == 0,211 E12 = E1 = E2 E34 = E3 = E4 E34 E12 x2 x4 N1 EHT x1 x3 Ta có sơ đồ tương đương: Đặt x34 = x3 // x4 = x5 = x34 nt x2 = 0,093 + 0,0365 = 0,1295 E1234 = E12 = E34 x1 N1 E1234 x5 EHT Đi đến sơ đồ cuối cùng: Tính toán dòng ngắn mạch: - Điện kháng tính toán nhánh hệ thống cung cấp: xtt = Tra trên đường cong xác định độ bội thành phần chu kì của dòng ngắn mạch ko = 0,522 và kƠ = 0,549 - Điện kháng tính toán nhánh các máy phát cung cấp: xtt = xác định độ bội thành phần chu kì của dòng ngắn mạch là ko = 3,15 và kƠ = 2,2 - Dòng ngắn mạch do nhánh hệ thống cung cấp: Io” = ko.IđmHT = IƠ” = kƠ.IđmHT = - Dòng ngắn mạch do nhánh các máy phát cung cấp: I0” = k0.IF đm ồ = IƠ” = kƠ.IF đm ồ = Dòng ngắn mạch tổng tại điểm ngắn mạch N1 là: I”N1(0) = 2,621 + 1,861 = 4,482 KA Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch là: ixk = .kxk.I”N1(0) = .1,8.4,482 = 11,409 KA. 2) Điểm ngắn mạch N2 : Nguồn cung cấp cho điểm N2 là hệ thống và các máy phát Biến đổi sơ đồ: Đặt x1 = xHT nt (xD//xD) nt (xC1//xC2) = 0,035 + + = 0,132 x2 = (xH1 nt xF1) // (xH2 nt xF2) == 0,1665 x3 = (xB3 nt xF3) // (xB4 nt xF4) == 0,211 E12 = E1 = E2 E34 = E3 = E4 EHT N2 x1 E12 x2 E34 x3 Ta có sơ đồ tương đương: Đặt x23 = x3 // x2 = E1234 = E12 = E34 EHT x1 N2 E1234 x23 Đi đến sơ đồ cuối cùng: Tính toán dòng ngắn mạch: - Điện kháng tính toán nhánh hệ thống cung cấp: xtt = Tra trên đường cong xác định độ bội thành phần chu kì của dòng ngắn mạch ko = 0,378 và kƠ = 0,396 - Điện kháng tính toán nhánh các máy phát cung cấp: xtt = xác định độ bội thành phần chu kì của dòng ngắn mạch ko = 4,66 và kƠ = 2,48 - Dòng ngắn mạch do nhánh hệ thống cung cấp: Io” = ko.IđmHT = IƠ” = kƠ.IđmHT = - Dòng ngắn mạch do nhánh các máy phát cung cấp: Io” = ko.IF đm ồ = IƠ” = kƠ.IF đm ồ = Dòng ngắn mạch tổng tại điểm ngắn mạch N2 là: I”N2(0) = 3,796 + 5,505 = 9,301 KA I”N2(Ơ) = 3,976 + 2,93 = 6,._.