Thiết kế phần điện Nhà máy nhiệt điện & tính toán chế độ vận hành tối ưu của Nhà máy điện

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 môn học 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: 5 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 1 bản vẽ A0. Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Văn Hoà và các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện đã hướng dẫn một cách tận tình để em có thể hoàn thành đồ án này. Sinh viên Nguyễn Văn TườngChương 1 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Chất lượng điện năng là một yêu cầu quan trọng của phụ tải. Để đảm bảo chất lượng điện năng tại mỗi thời điểm, điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lượng điện năng tiêu thụ ỏ các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Vì điện năng ít có khả năng tích luỹ nên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện là rất quan trọng. Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi. Việc nắm được 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 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. Chọn máy phát điện. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện gồm 3 tổ máy công suất mỗi máy là 150 MW. Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành ta chọn các máy phát điện cùng loại, điện áp định mức bằng 18 kV: Chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi có các thông số sau: 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 TBB-165-2 3000 176,5 150 18 0,85 5,67 0,213 0,304 1,713 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) = Trong đó: P(t) : công suất tác dụng của phụ tảI ở thời điểm t Q(t): công suất phản kháng của phụ tải ở thời điểm t cosj : Hệ số công suất phụ tải Pmax = 20 MW; cosj = 0,84; Uđm = 22 kV Do đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải như sau: t(h) 0 á 6 6 á12 12á16 16 á 20 20 á 24 P% 80 90 100 90 80 P (MW) 16 18 20 18 16 SUF (MVA) 19,05 21,43 23,81 21,43 19,05 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) S(MVA) 1.2.2. Cấp điện áp trung (110KV) Phụ tải bên trung gồm 2 đường dây kép và 1 đường dây đơn Pmax = 150 MW, cosj = 0,85 Công thức tính: PT(t) = .PTmax ST(t) = Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải t(h) 0 á 8 8 á 14 14á18 18 á 22 22 á 24 P% 80 90 100 90 80 P (MW) 120 135 150 135 120 ST (MVA) 141,18 158,8 176,47 158,8 141,18 Từ đó ta có đồ thị phụ tải bên trung: 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) S(MVA) 1.2.3. Cấp điện áp cao (220KV) Phụ tải bên cao gồm 1 đường dây kép Pmax = 100 MW, cosj = 0,85 Công thức tính: PC(t) = .PTmax SC(t) = Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải t(h) 0 á 6 6 á 24 P% 100 90 P (MW) 100 90 ST (MVA) 117,65 105,88 Từ đó ta có đồ thị phụ tải bên cao: 0 25 50 75 100 125 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) S(MVA) 1.2.4. Phụ tải toàn nhà máy Nhà máy gồm 4 máy phát có SđmF = 176,5MVA. Do đó công suất đặt của nhà máy là: SNM = 3 x 176,5 = 529,5 MVA Snm(t) = .SNM Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải toàn nhà máy. t(h) 0 á 8 8 á 12 12á18 18 á 24 P% 80 90 100 90 SNM (MVA) 423,6 476,55 529,5 476,55 0 100 200 300 400 500 600 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) S(MVA) 1.2.5. Tự dùng của nhà máy điện Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lượng điện tự dùng chiếm 6% công suất định mức của toàn nhà máy. Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm có thể tính theo biểu thức sau: Trong đó: Std(t): Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t SNM : Công suất đặt của toàn nhà máy SNM(t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t a : Phần trăm lượng điện tự dùng (a = 6 % ) Sau khi tính toán ta có bảng kết quả: t(h) 0 á 8 8 á 12 12á18 18 á 24 P% 80 90 100 90 Std (MVA) 27,96 29,86 31,77 29,86 S(MVA) 0 5 10 15 20 25 30 35 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) 1.2.6. Cân bằng công suất toàn nhà máy, công suất phát về hệ thống. Toàn bộ công suất thừa của nhà máy được phát lên hệ thống qua đường dây kép dài 100 km .Tổng công suất hệ thống SHT =2800 MVA. Dự trữ quay của hệ thống SdtHT = 250 MVA. Như vậy phương trình cân bằng công suất toàn nhà máy là: SNM(t) = SUF(t) + ST(t) + SC(t) + SVHT(t) + Std(t) Từ phương trình trên ta có phụ tải về hệ thống theo thời gian là: SVHT(t) = SNM(t) - SUF(t) - ST(t) - SC(t) - Std(t) Trong đó: Snm(t): Công suất nhà máy SUF(t): Công suất phụ tải máy phát ST(t) : Công suất phụ tải trung áp Std(t): Công suất tự dùng Từ đó ta có bảng tính phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy: t(h) 0á6 6á8 8á12 12 á14 14á 16 16á 18 18 á 20 20á 22 22á 24 SNM(t) 423,6 423,6 476,55 529,5 529,5 529,5 476,55 476,55 476,55 SUF(t) 19,05 21,43 21,43 23,81 23,81 21,43 21,43 19,05 19,05 ST(t) 141,18 141,18 158,8 158,8 176,47 176,47 158,8 158,8 141,18 SC(t) 117,65 105,88 105,88 105,88 105,88 105,88 105,88 105,88 105,88 Std(t) 27,96 27,96 29,86 31,77 31,77 31,77 29,86 29,86 29,86 SVHT(t) 117,76 127,15 160,58 209,24 191,57 193,95 160,58 162,96 180,58 Đồ thị công suất phát về hệ thống 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) S(MVA) SUf Std SC ST SVHT SNM S(MVA) t(h) 0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 * Nhận xét chung: - Phụ tải điện áp trung nhỏ nhất là 141,18 MVA, gần bằng công suất định mức của một máy phát (176,5 MVA) nên có thể ghép một máy phát vào phiá thanh góp này và cho vận hành định mức liên tục. - Cấp điện áp cao (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. Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và đem lại hiệu quả kinh tế. Dựa vào số liệu tính toán phân bố công suất đồ thị phụ tải các cấp điện áp chúng ta vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy. Theo kết quả tính toán cân cằng công suất ở chương 1 ta có: + Phụ tải địa phương: SUFmax = 23,81 (MVA) SUFmin = 19,05 (MVA) + Phụ tải trung áp: STmax = 176,47 (MVA) STmin = 141,18 (MVA) + Công suất phát vào hệ thống: SHTmax = 209,24 (MVA) SHTmin = 117,76 (MVA) Từ các nhận xét trên ta vạch ra 1 số phương án nối điện cho nhà máy thiết kế: 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 bé hơn dự trữ quay của hệ thống, ta dùng hai máy biến áp liên lạc loại 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 nhỏ hơn 20% công suất bộ nên ta không phải dùng hệ thống thanh góp phát. - 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 1 bộ máy phát điện - máy biến áp. ã Phương án 3: Phương án này cả ba máy phát được nối cứng để cung cấp điện cho hai máy biến áp tự ngẫu. Sơ dồ như sau: 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 - Đầu tư cho bộ cấp điện áp cao hơn sẽ đắt tiền hơn. - Công suất bên trung khá lớn nên phải chọn máy biến áp tự ngẫu có công suất cao,đặc biệt là khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu ,vì vậy kém kinh tế ta không chọn phương án này Phương án 2 - Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm được vốn đầu tư do bộ B3 cấp điện áp thấp hơn, thiết bị rẻ tiền hơn. Phương án 3 - Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo - Do ở đây các máy fát có công suất bé, công suất bên trung lại khá lớn nên việc ta chọn phương án này tránh gây tổn thất công suất hai lần Tóm lại: Qua phân tích ở trên ta chọn phương án 2 và phương án 3 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 . Tổng công suất các máy biến áp gấp từ 4-5 lần tổng công suất các máy phát điện . Chọn máy biến áp trong nhà máy điện là chọn loại , số lượng , công suất định mức và hệ số biến áp. Máy biến áp được chọn phải đảm bảo hoạt động an toàn trong điều kiện bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất. -Nguyên tắc chung để chọn máy biến áp là trước tiên chọn SđmB ³ công suất cực đại có thể qua biến áp trong điều kiện làm việc bình thường, sau đó kiểm tra lại điều kiện sự cố có kể đến hệ số quá tải của máy biến áp. Xác định công suất thiếu về hệ thống phải nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. Ta lần lượt chọn máybiến áp cho từng phương án. 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. A. Phương án 2 2.1.. Chọn máy biến áp ã Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây SđmB3 ³ SđmF = 176,5MVA Vậy ta chọn MBA loại TДЦ -180/110, với các thông số cho ở bảng dưới đây: Sđm MVA UCđm kV UHđm kV DP0 kW DPN kW I0% UN% 180 121 18 420 680 3.2 10.5 -Các máy biến áp hai dây quấn trong sơ đồ bộ thường phát công suất tương đối ổn định và bằng phẳng. Do đó, ta không cần kiểm tra điều kiện sự cố. ã Máy biến áp tự ngẫu SđmB2 = Sđm3 ³= = Với a = = 0,5 Vậy ta chọn MBA loại ATДЦTH -320/242/121/18 Thông số kỹ thuật loại máy biến áp này được ghi trong bảng sau: Sđm MVA Điện áp cuộn dây kV UN% DP0 kW DPN% I0% UC UT UH C-T C-H T-H C-T C-H T-H 1.4 320 242 121 18 13 24 12 550 900 500 560 2.2.. 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. SB3 = SđmF - = 176,5 - Đồ thị phụ tải các phía của MBA tự ngẫu theo thời gian t Phía cao: SC(t) = ST(t) + SH(t) Phía trung: ST(t) = (S110 - SB3) Phía hạ: SH(t) = SđmF - STD/3- Sđf/2 Ta có bảng phân bổ công suất: t(h) 0á6 6á8 8á12 12 á14 14á 16 16á 18 18 á 20 20á 22 22á 24 SB3 165,9 165,9 165,9 165,9 165,9 165,9 165,9 165,9 165,9 SC 145.29 144.1 152.28 150.45 159.29 160.48 152.28 153.47 144.66 ST -12.36 -12.36 -3.55 -3.55 5.285 5.285 -3.55 -3.55 -12.36 SH 157.65 156.46 155.83 154 154 155.19 155.83 157.02 157.02 2.3. 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 = 176,47 MVA Khi đó ta có SHTmax = 193,95 MVA SUF = 21,43 MVA SC = 105,88 MVA Ta xét các sự cố sau: a) Sự cố B3 ã Khi sự cố máy biến áp B3 mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một lượng công suất là: S = 88,23 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là: SB3 = Kqt.a. SđmB = 1,4x0,5x320 = 224 MVA Ta thấy: SđmB1,2 = 224 > 88,23 MVA ị Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải. - Phân bố công suất khi sự cố B3 ã Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải một lượng công suất là: STB2(B3) = 88,23 MVA ã Lượng công suất từ máy phát F1 (F2) cấp lên phía hạ của B1 (B2): SHB1(B2) = Kqt.a. SđmB = 1,4x0,5x320 = 224 MVA ã Lượng công suất phát lên phía cao của B1 (B2) SCB1(B2) = SHB1(B2) - STB1(B2) = 224 - 88,23 = 135,77 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là : SVHT = SCB1(B2) - Sc = 135,77 - 105,88 =12,89 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - 35,17 = 193,95 - 12,89 = 181,06 MVA - Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 250 MVA Ta thấy SdtHT > Sthiếu ị thoả mãn điều kiện. b) Sự cố B2 (B1) ã Điều kiện kiểm tra sự cố: Khi sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lượng công suất là: S = STmax - SB3 = 176,47 - 165,9 = 10,57MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là: SB1(B2) = a.SđmB = 0,5x320 = 160 MVA Do vậy nên máy biến áp bị quá tải với hệ số quá tải là: Kqtsc = = 0,07 < 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 đảm bảo cung cấp điện cho phía bên trung - Lượng công suất nhà máy phát vào hệ thống là: SHT = Sf - S - SC = 176,5x1,4 - 10,57 - 105,88 = 130,65 MVA - Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = SVHT - 130,65 = 193,95 - 130,65 = 63,3 MVA Ta thấy SdtHT = 250 MVA > 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.. Tính toán tổn thất điện năng tổng 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 B3 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó: Sb = 165,9 MVA trong cả năm. Ta có: DA3 = DP0.T + DPN.T = 8739319,59 kWh = 8739,32 MWh ã Máy biến áp tự ngẫu. kW kW Kw Từ đó ta có: DA = DP0T + DATN=550x8760+{(330x145,292+570x12,362 + 1760x157,652)6 + (330x144,12+570x12,362 + 1760x156,462)2 + (330x152,282+570x3,552 + 1760x155,832)4+ + (330x150,452+570x3,552 + 1760x1542)2+ + (330x159,292+570x5,2852 + 1760x1542)2+ + (330x160,482+570x5,2852 + 1760x155,192)2+ + (330x152,282+570x3,552 + 1760x155,832)2+ + (330x153,472+570x3,552 + 1760x157,022)2+ + (330x144,662+570x12,362 + 1760x157,022)2+ =9133,92.103 KWh Như vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là: DAS = DAB1 + DAB2 + DAB3 = 2x9133,92.103 + 8739,32.103 = 27007,16.103 KWh B. Phương án 3: 2.1.b. Chọn máy biến áp. ã Máy biến áp tự ngẫu SđmB1,2 ³= = Với a = = 0,5 Ta chọn 3 MBA tự ngẫu 1 pha loại AOДЦTH có Sđm = 160 (MVA), với các thông số cơ bản sau: Sđm MVA Điện áp cuộn dây kV UN% DP0 kW DPN% I0% UC UT UH C-T C-H T-H C-T C-H T-H 1.8 160 242 121 18 16 14,5 18,4 205 349 283 304 Nếu ta coi 3 MBA 1 pha là 1 MBA 3 pha thì công suất của MBA 3 pha đó là Sđm3pha = 3*Sđm1pha = 3*160 = 480 (MVA) 2.2.b. Phân bố tải cho các máy biến áp Đồ thị phụ tải các phía của MBA tự ngẫu B1, B2 theo thời gian t. Phía cao: SC(t) = (SVHT+ SC ) Phía trung: ST(t) = ST Phía hạ: SH(t) = ST(t) + SC(t) Ta có bảng phân bổ công suất: t(h) 0á6 6á8 8á12 12 á14 14á 16 16á 18 18 á 20 20á 22 22á 24 SC 117.76 116.51 133.23 157.56 148.72 149.91 133.23 134.42 143.23 ST 141.18 141.18 158.8 158.8 176.47 176.47 158.8 158.8 141.18 SH 258.88 257.69 292.03 316.36 325.19 326.38 292.03 293.22 284.41 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 = 176,47 MVA Ta xét các sự cố sau: a) 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 bên trung là: ST = STmax = 176,47 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được 1 lượng công suất là: SB1(B2) =Kqt. a.SđmB = 1,4x0,5x480 = 336 MV>STmax=176,47 MVA Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần phải tải khi sự cố.Vậy nó luôn đảm bảo cung cấp đủ điện cho bên trung mà không quá tải ã Lượng công suất từ các máy phát cấp lên phía hạ của máy biến áp tự ngẫu SHtn = = 176,5*3 - 31,77-19,05 = 478,68 MVA SHtnđm =Kqt. a.SđmB = 1,4x0,5x480 = 336 MVA Nhận thấy SHtn > SHtnđm Vậy phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu bị quá tải do đó ta phải điều chỉnh máy phát để công suất phát lên không bị quá tải định mức ã Lượng công suất phát lên phía cao của B2 SCB2 = SHB2 - STB2 = 336 - 176,47 = 159,53 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là : SVHT = SCB1(B2) - Sc = 159,53 - 105,88 =53,65 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - 35,17 = 193,95 - 53,65 = 140,3 MVA - Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 250 MVA Ta thấy SdtHT > Sthiếu ị thoả mãn điều kiện. Kết luận: Các máy biến áp đã chọn cho phương án 3 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. Đối với máy biến áp tự ngẫu. DPN-C = 0.5* (DPN.C-T + ) DPN-T = 0.5* (DPN.C-T + ) DPN-H = 0.5*(- DPN.C-T) Thay số liệu vào tính toán ta có: DPN-C = 0.5* (349 + ) = 133 (kW) DPN-T = 0.5* (349 + ) = 218 (kW) DPN-H = 0.5* (-DPN.C-T) = 0.5* ( - 205) = 1072 (kW) Từ đó ta có: DA = 3.DP0T + DATN=3x205x8760+{(133x117,762+218x141,182 + 1072x258,882)6 + (133x116,512+218x141,182 + 1072x257,692)2 + (133x133,232+218x158,82 + 1072x292,032)4+ + (133x157,562+218x158,82 + 1072x316,362)2+ + (133x148,722+218x176,472 + 1072x325,192)2+ + (133x149,912+218x176,472 + 1072x326,382)2+ + (133x133,232+218x158,82 + 1072x292,032)2+ + (133x134,422+218x158,82 + 1072x293,222)2+ + (133x143,232+218x141,182 + 1072x284,412)2+ =16473,188.103 KWh Như vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là: DAS = DAB1 + DAB2 = 2x16473,188.103 = 32946,376.103 KWh Chương 3 xác định dòng điện cưỡng bức ,Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phương án A. Xác định dòng điện cưỡng bức 1. Xác định dòng điện cưỡng bức phương án 2 Cấp điện áp 220 KV. - Mạch đường dây nối với hệ thống: Phụ tải cực đại của hệ thống là SVHTmax = 209,24 MVA . Vì vậy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính với điều kiện một đường dây bị đứt . Khi đó KA - Thanh góp cao áp 220kV Công suất tải lớn nhất khi sự cố đường dây kép tại thời điểm công suất phụ tải cao áp lớn nhất: kA -Mạch máy biến áp tự ngẫu B3(B4) Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : KA Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là KA Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phương án I này là : Icbcao = 0,62 KA b) Cấp điện áp 110 KV: Mạch đường dây: Phụ tải trung áp được cấp bởi 2 đường dây kép x 60MW và 1 đường dây đơn 30MW Dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố là : KA -Bộ máy phát điện, máy biến áp hai dây quấn : Icb -Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : KA Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là KA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở phía 110 kV được lấy là : Icbtrung = 0,97 KA c) Cấp điện áp 18 kV Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc Icb Mạch máy phát Icb -Mạch tự dùng : Icb = Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức cuả phương án II là Cấp điện áp 220 kV 110 kV 18 kV Icb (kA) 0,62 0,97 7,18 2. Xác định dòng điện cưỡng bức phương án 3 Cấp điện áp 220 KV. - Mạch đường dây nối với hệ thống: Phụ tải cực đại của hệ thống là SVHTmax = 209,24 MVA . Vì vậy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính với điều kiện một đường dây bị đứt . Khi đó KA - Thanh góp cao áp 220kV Công suất tải lớn nhất khi sự cố đường dây kép tại thời điểm công suất phụ tải cao áp lớn nhất: kA -Mạch máy biến áp tự ngẫu B3(B4) : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là KA Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phương án I này là : Icbcao = 0,549 kA b)Cấp điện áp 110 KV: - Mạch đường dây: Phụ tải trung áp được cấp bởi 2 đường dây kép x 60MW và 1 đường dây đơn*30MW Dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố là : KA - Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là KA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở phía 110 kV được lấy là : Icbtrung = 0,926 KA c) Cấp điện áp 18 kV Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc Icb Mạch máy phát Icb Mạch tự dùng: Icb = Mạch phân đoạn điện áp máy phát: Icb Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức cuả phương án II là Cấp điện áp 220 kV 110 kV 18 kV Icb (kA) 0,549 0,926 8,91 B. 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(230 -115 -18 KV) 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. 3.2.2. Tính điện kháng các phần tử. ã Điện kháng của hệ thống - Điện kháng của dây nối với hệ thống: XD = = 0,038 X1= XHT + XD=0,04 + 0,038 = 0,044 ã Điện kháng máy phát. XF = X’d.= 0,304. = 0,172 ã Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây = 0,058 ã Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2: Ta có: + Điện kháng cuộn cao áp: XC = = = 0,039 + Điện kháng cuộn trung áp XT = = = 0,001 = 0 + Điện kháng cuộn hạ áp XH = = = 0,036 3.2.3. Tính toán ngắn mạch theo điểm a. Tính dòng ngắn mạch tại N1 Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế, ta chọn kháng điện thanh góp sao cho: Sơ đồ thay thế: Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có: X2 = XCB1 // XCB2 = = 0,0195 X3 = (XHB1 + XF1) // (XHB2 + XF2) = = 0,104 X4 = (XB3 + XF3) = 0,058 + 0,172 = 0,23 Ghép các nguồn E3 E1,2 ta có: X6 = X5+ X2/2 = 0,072 +0,0098 =0,082 Sơ đồ rút gọn: 6 1 511341,STD (MVA) 187,5 3 X 0 ST (MVA) 0 7 12 18 24 t (h) 10 14 20 24 104,65 t (h) HT E 51,6 16,74 13,6 N 13,65 131,25 1 1234 E X - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XTTHT = X1. = 0,044. = 1,1 Tra đường cong tính toán ta có: I*(0) = 0,88 I*(Ơ) = 0,85 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp I”HT(0) = I*(0). = 0,88. = 5,52 KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 0,85 = 5,2 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X6. = 0,082 = 0,434 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 2,36 I* (Ơ) = 1,97 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 2,36 = 3,13 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 1,97 = 2,62 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N1: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5,52 + 3,13 = 8,65 KA I”N1(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 5,2 + 2,62 = 7,78 KA + Dòng điện xung kích ixkN1 = .kxk.I”N1(0) = .1,8.9,08 = 23,11 KA b. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 ở cấp điện áp 110KV, tương tự như cấp điện áp 220KV nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống. Sơ đồ thay thế. Ta có sơ đồ thay thế rút gọn : Ngắn mạch tại điểm N2 có tính chất đối xứng, các điện kháng được tính toán như khi ngắn mạch tại điểm N1. Từ đó ta có sơ đồ : E 3 X X E X 1 HT 6 3 2 X 12 E Ghép các nguồn E12 và E3 ta có: X10 = X1 + X2 = 0,044 + 0,0195 = 0,0635 X11 = X3 // X6 = 0,046 Sơ đồ rút gọn: 11 X E HT X N 2 10 123 E - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X10. = 0,0635. = 1,59 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,66 I* (Ơ) = 0,718 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”HT(0) = I*(0). = 0,66 = 8,28 KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 0,718 = 9,01 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X11. = 0,046. = 0,24 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 4,4 I* (Ơ) = 2,45 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 4,4. = 11,69 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,45. = 6,51 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N2: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 8,28 + 11,69 = 19,97 KA I”N2(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 9,01 + 6,51 = 15,52 KA + Dòng điện xung kích ixkN2 = .kxk.I”N2 = .1,8.19,97 = 50,8 KA c. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Tính ngắn mạch tại điểm N3 nhằm chọn khí cụ điện mạch máy phát. Nguồn cung cấp gồm hệ thống và các máy phát của nhà máy thiết kế trừ máy phát F1 Ta có sơ đồ thay thế Các điện kháng được tính toán như sau: (Tính toán phần trên) X1 = XHT + XD =0,044 X2 = XCB1 + XCB2 = = 0,0195 X3 = XHB1 + XFB1 = 0,104 X4 = XB + XF = 0,23 X6 = X1 +X2 = 0,082 Ghép E2 với E3 ta có: X7 = X4 // X3 = = 0,072 X6 HT E 3 N 23 E XH X7 0,188 Biến đổi Y(6, H, 7) đ (8, 9) ta được: X8 = X6 + XH + = 0,082+ 0,036 + = 0,159 X9 = XH + X7 + = 0,036 + 0,072 + = 0,14 Sơ đồ đơn giản EHT E23 X8 3 N X9 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X8. = 0,159. = 3,97 > 3 nên: + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”N3(0) = I”N3(Ơ) = = 20,2 - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X9 = 0,14. =0,49 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 2 I* (Ơ) = 1,81 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 2x = 22,64 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 1,81 = 20,49 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N3: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 20,2 + 22,64 = 42,84 KA I”N3(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 20,2 + 20,49 = 40,69 KA + Dòng điện xung kích ixkN3 = .kxk.I”N3 = x1,8x42,84 = 109,05 KA d. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N’3 Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F1 Sơ đồ thay thế E X F N' 3 1 0,172 - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM = XF. = 0,172x = 0,303 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,4 I* (Ơ) = 2,31 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,4. = 19,25 kA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,31x = 13 kA + Dòng điện xung kích ixkN3’ = .kxk.I”N3’ = .1,8.19,25 = 49 KA e. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4 Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát. Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế. Do đó ta có: I”N4(0) = I”N3 + I”N3’ = 42,84 + 19,25 = 62,09 KA I”N4(Ơ) = I”N3 + I”N3’ = 40,69 + 13 = 53,69 KA + Dòng điện xung kích ixkN4 = .kxk.I”._.