Thiết kế phần điện trong Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy. Tính toán điều tiết tối ưu dài hạn hồ chứa nước của nhà máy thuỷ điện Thác Mơ..

p với những nội dung sau: Phần I: Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ là 60 MW cấp điện cho phụ tải địa phương 10,5KV , phụ tải điện áp trung 110kV và phát vào hệ thống 220KV. Phần II: Tính toán điều tiết tối ưu dài hạn hồ chứa nước của nhà máy thuỷ điện Thác Mơ bằng phương pháp quy hoạch phi tuyến. Sau thời gian làm đồ án với sự nỗ lực của bản thân, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn hệ thống điện , các bạn cùng lớp. Đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo G.S-T.S Lã Văn út đến nay em đã hoàn thành bản đồ án. Vì thời gian có hạn, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý bổ xung của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên để đồ án của em ngày càng hoàn thiện hơn. Em xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất! Sinh Viên:Trần Tất Đạt. Phần i: thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện Chươngi: tính toán cân bằng công suất Tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải kể cả các tổn thất của phụ tải.Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi, vì thế việc tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. I.Chọn máy phát điện. Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy x60MW ta chọn các máy phát điện cùng loại có các thông số kỹ thuật như sau: Loại máy phát n v/ph S MVA P MW U kV cosj I kA xd’’ xd’ xd Loại kính thích TBF-60-2 3000 75 60 10.5 0.8 4.125 0.146 0.22 1.691 BT-450-3000 II.Tính toán phụ tải và cân bằng công suất. II.1.Tính toán phụ tải và cân bằng công suất cấp điện áp máy phát. Nhiệm vụ thiết kế đã cho PuFmax=15MW, cosj=0.8, PuF% Từ đó ta tính được : ; Dựa vào bảng số liệu đã cho và các công thức trên ta tính được bảng sau. t(giờ) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 PuF% 50 70 85 100 60 PuF, MW 7.5 10.5 12.75 15 9 SuF, MVA 9.38 13.13 15.94 18.75 11.25 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát như sau. 9.38 13.13 15.94 18.75 11.25 SuF(MVA) t(giờ) Hình I.1:Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát. II.2:Tính toán phụ tải và cân bằng công suất cấp điện áp trung. Nhiệm vụ thiết kế đã cho Putmax=75MW, cosj=0.8, Put% Từ đó ta tính được : ; Dựa vào bảng số liệu đã cho và các công thức trên ta tính được bảng sau. t(giờ) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 Put% 75 85 100 90 75 Put, MW 56.25 63.75 75 67.50 56.25 Sut, MVA 70.31 79.69 93.75 84.38 73.31 Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung như sau. 70.31 79.69 93.75 84.38 70.31 Sut(MVA) t(giờ) Hình I.2:Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung. II.3: Công suất phát toàn nhà máy. Phụ tải toàn nhà máy đã cho dưới dạng %, cosj=0.8 Từ đó ta tính được : ; Dựa vào bảng số liệu đã cho và các công thức trên ta tính được bảng sau. t(giờ) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 Pnm% 70 90 100 85 75 Pnm, MW 168 216 240 204 180 Snm, MVA 210 270 300 255 225 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy như sau. 210 270 300 255 225 Snm(MVA) t(giờ) Hình I.3: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy. II.4:Đồ thị phụ tải tự dùng. Công suất tự dùng của nhà máy được tính theo công thức sau. Trong đó: Snmđm=240MVA; a=8%=0.08 Dựa vào bảng số liệu đã cho và các công thức trên ta tính được bảng sau. t(giờ) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 Snm,MVA 210 270 300 255 225 Std,MVA 19.68 22.56 24 21.84 20.4 Đồ thị phụ tải tự dùng như sau. 19.68 22.56 24 21.84 20.40 Std(MVA) t(giờ) Hình I.4: Đồ thị phụ tải tự dùng. I.5.Đồ thị phụ tải công suất phát về hệ thống 220kV. Công suất phát cho hệ thống 220kV được tính theo công thức sau. SHT=Snm-(SF+Sut+Std) Dựa vào số liệu của phụ tải điện áp máy phát, trung áp , nhà máy và tự dùng ta lập được bảng sau. t 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 Snm 210 210 210 270 270 300 255 255 225 SuF 9.38 9.38 13.13 13.13 15.94 15.94 18.75 11.25 11.25 Sut 70.31 79.69 79.69 79.69 93.75 93.75 84.38 70.31 70.31 Std 19.68 19.68 19.68 22.56 22.56 24 21.84 21.84 20.40 Sht 110.63 101.25 97.50 154.62 137.75 166.31 130.03 151.60 123.04 Từ bảng trên ta vẽ được đồ thị phụ tải công suất phát cho hệ thống. 110.63 101.25 97.50 154.62 137.75 166.31 130.03 151.60 123.04 Sht(MVA) t(giờ) Hình I.5:Đồ thị phụ tải công suất phát cho hệ thống. I.6.Nhận xét chung. -Snmđm=240MVA, công suất định mức của hệ thống là 2800MVA, nên nhà máy đóng góp 8.57% tổng công suất của hệ thống. -Công suất cực đại phát về hệ thống là 166.31MVA,phụ tải điện áp trung cực đại là 93.75MVA.Trong khi dự trữ của hệ thống là 12%; Sdt=0.12x2800=336MVA Do đó khi nhà máy bị sự cố thì hệ thống vẫn làm việc ổn định và đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải điện áp trung. -Phụ tải điện áp trung chiếm hơn 30% công suất nhà máy do đó việc đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải này là rất quan trọng. -Từ đồ thị công suất phát toàn nhà máy ta có thể tính được lượng điện năng nhà máy phát ra trong một năm như sau: kWh SuF Std Sut Sht Snm S (MVA) t (giờ) HìnhI.5: Đồ thị phụ tải tổng hợp. III.Lựa chọn các phương án nối dây cho nhà máy điện III.1.Đề xuất các phương án. *Nhận xét 1-Đây là nhà máy nhiệt điện, phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ: nên không dùng thanh góp điện áp máy phát.Phụ tải địa phương và tự dùng lấy từ đầu cực máy phát. 2-Do các cấp điện 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp,mặt khác hệ số có lợi a = 0,5 nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống. 3-STmax/STmin = 93.75/70.31 mà SđmF = 75 MVA,cho nên ghép 1 đến 2 bộ máy phát điện -máy biến áp hai cuộn dây bên trung áp. Với nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau: III.2. Phương án 1 : F1 ~ ~ ~ ~ F2 F3 F4 TD+dP TD+dP TD TD B1 B2 B3 B4 220kV 110kV Nhận xét: - Phương án này có hai bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV. Hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV. + Ưu điểm: -Số lượng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giá thành hạ hơn giá máy biến áp 220kV. -Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục. + Nhược điểm: Tổn thất công suất lớn khi STmin. III.3. Phương án 2: TD B4 110kV F1 ~ ~ ~ ~ F2 F3 F4 TD+ĐP TD+ĐP TD B2 B3 B1 220kV Nhận xét: Phương án 2 khác với phương án 1 ở chỗ chỉ có một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 110 kV. Như vậy ở phía thanh góp 220 kV có đấu thêm một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây. + Ưu điểm: - Đảm bảo về mặt kỹ thuật, cung cấp điện liên tục Vận hành đơn giản. Phân phối tải cân đối hơn phương án I do đó tổn thất điện năng nhỏ hơn phương án I. + Nhược điểm: Có một bộ máy phát điện -máy biến áp bên cao nên đắt tiền hơn. III.4. Phương án 3: Ghép hai bộ máy phát điện -máy biến áp hai cuộn dây lên thanh góp trung áp 110kV. Ghép hai bộ máy phát điện -máy biến áp hai cuộn dây lên thanh góp cao áp 220kV. Để liên lạc giữa hai cấp điện áp cao và trung ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu. Phía hạ của máy biến áp liên lạc cấp điện cho phụ tải địa phương và tự dùng. Nhận xét: + Ưu điểm: Cũng đảm bảo cung cấp điện liên tục + Nhược điểm: Số lượng máy biến áp nhiều và có đến 4 máy biến áp nối vào phía 220kV nên vốn đầu tư sẽ lớn. +Tổn thất công suất tác dụng trong các máy biến áp lớn. * Kết luận: Qua 3 phương án đã được đưa ra ở trên ta có nhận xét rằng 2 phương án 1 và 2 đơn giản và kinh tế hơn so với phương án 3. Tuy vậy nó vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục; an toàn cho các phụ tải và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật. Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và phương án 2 để tính toán cho các phần sau. chương ii: chọn máy biến áp, tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng các phương án I.PHƯƠNG án 1 I.1.Chọn báy biến áp. a. MBA 2 dây quấn B3 và B4 được chọn theo điều kiện sau. SđmB3=SđmB4³ SđmF=75MVA. Vậy ta chọn MBA loạI TДU có Sđm=80MVA, Uđm=121kV. b. MBA liên lạc B1 và B2 được chọn theo điều kiện. SđmB3=SđmB4 ³ SH/a. Trong đó: SH:công suất đưa vào phía hạ của MBA tự ngẫu. SH=SFđm-SuFmin/2-Stdmax/4=75-9.38/2-24/4=75-4.69-6=64.31MVA. a:hệ số có lợi, SđmB3=SđmB4 ³64.31/0.5=128.62MVA. Vậy ta chọn MBA loại ATДUTH có Sđm=160MVA, Uđm=230kV. Thông số kỹ thuật của các máy biến áp được ghi trong bảng sau: MBA Loại Sđm MVA Uđm, kV Tổn thất, kW Un% Io% C T H Po Pn A C-T C-H T-H C-T C-H T-H B1 (B2) ATДUTH 160 230 121 11 85 380 - - 11 32 20 0.5 B3 (B4) TДU 80 121 - 10.5 70 310 10.6 0.5 I.2. Kiểm tra quá tải máy biến áp. Vì các MBA bộ có công suất định mức lớn hơn công suất định mức của máy phát điện nên không cần kiểm tra quá tải, chỉ kiểm tra MBA liên lạc. Các máy biến áp liên lạc đã chọn có công suất định mức lớn hơn công suất cực đại nên ta không phải kiểm tra quá tải bình thường. Ta chỉ kiểm tra quá tải sự cố. a.Sự cố B3(hoặc B4) . Trường hợp nguy hiểm nhất là khi Sut= Sutmax=93.75MVA (10-14h). Trong trường hợp này để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải điện áp trung thì cuộn dây điện áp trung của máy biến áp B1( B2 ) phải tải một lượng công suất là: STB1(B2) = [Sutmax-(SđmF-Stdmax/4)]/2 =[93.75-(75-6)]/2=12.38 (MVA) Trong khi đó công suất định mức của cuộn dây điện áp trung là: Stđm=a.Sđm=0.5x160=80MVA>12.38MVA. Vậy máy biến áp đã chọn không bị quá tải. Công suất đưa vào phía hạ của máy biến áp tự ngẫu SH(B1) = SH(B2) = SđmF - = 61.03(MVA) Công suất qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu truyền về hệ thống là : SCB1(B2) = SHB1(B2) - STB1(B2) = 61.03-12.38=48.65 (MVA) Lượng công suất phát về hệ thống là: SHT=2.ScB1(B2)=2x48.65=97.30 MVA So với công suất phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì lượng công suất bị thiếu hụt là : Sth=166.31-97.30=69.01 (MVA) nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống là Sdt=336MVA. Vậy hệ thống vẫn làm việc ổn định. TD B1 B4 110kV F1 ~ ~ ~ ~ F2 F3 F4 TD TD TD B2 B3 220kV 12.38 12.38 48.65 61.03 93.75 69 97.30 b.Máy biến áp tự ngẫu B1 hoặc B2 bị sự cố : Ta có Sutmax/Sutmin=93.75/70.31 nếu ta vẫn cho hai máy phát F3, F4 làm viẹc với công suất định mức thì công suất truyền lên thanh góp trung áp qua các máy biến áp B3,B4 là SB3+SB4=2(SđmF-Stdmax/4)=2(75-6)=2x69=138MVA. Do đó công suất luôn truyền từ phía trung sang phía cao. Khi Sutmin thì công suất truyền từ trung sang cao là lớn nhất.Vậy trường hợp nặng nề nhất là khi Sutmin (18-20h). Công suất truyền từ thanh góp trung áp sang phía cao áp của máy biến áp B2 là. STB2 = (SB3 + SB4) -Sutmin= 138-70.31 = 67.69 (MVA). Lượng công suất này nhỏ hơn công suất định mức của cuộn dây điện áp trung như ta đã tính ở trên. Do đó các máy biến áp đã chọn không bị quá tải. Khi đó nếu máy phát F2 phát công suất định mức thì cuộn hạ của máy biến áp B2 sẽ tải một lượng công suất là: SH(B2) = SđmF - -Sđp=75-6-11.25 =57.75(MVA) Công suất qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu B2 truyền về hệ thống là : Sc(B2) = SH(B2) + ST(B2) = 57.75+67.69=125.44 (MVA) Lượng công suất phát về hệ thống là: SHT=SB2=125.44 MVA So với công suất phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì lượng công suất bị thiếu hụt là : Sth=151.6-125.44=26.16 (MVA) nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. 69 TD B4 110kV F1 ~ ~ ~ ~ F2 F3 F4 TD TD TD B1 B2 B3 220kV 69 70.31 125.44 57.75 67.69 125.44 Như vậy máy biến áp đã chọn ở trên đạt yêu cầu. I.3. Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường : I.3.1. Đối với máy biến áp nối bộ B3 và B4. - Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là bộ này làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua máy biến áp nối bộ được tính : SB3 = SB4 = SđmF - Stdmax/4 = 75-6=69 (MVA) - Tổng phụ tải của 2 máy biến áp B 3 và B4 là : SB3 + SB4 = 2x69 = 138 (MVA) I.3.2.Phân bố công suất cho các cuộn dây của hai máy biến áp tự ngẫu B1và B2: - Phía điện áp cao 220kV : Công suất của cuộn dây điện áp cao được phân bố theo biểu thức sau : Sc(B1) = Sc(B2) = SHT - Phía điện áp trung 110kV : Công suất của cuộn dây điện áp trung được phân bố theo biểu thức sau : ST(B1) = ST(B2) =(Sut-SB3-SB4)/2=(Sut-138)/2 - Phía điện áp hạ của máy biến áp : Công suất được phân bố theo biểu thức sau: SH(B1) = SH(B2) = SC(B1) + ST(B1) = SC(B2) + ST(B2) Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của B1, B2 được ghi trong bảng: t 0-4 4-6 6-8 8-40 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 Sht 110.63 101.25 97.50 154.62 137.75 166.31 130.03 151.60 123.04 Sut 70.31 79.69 79.69 79.69 93.75 93.75 84.38 70.31 70.31 Sc 55.32 50.63 48.75 77.31 68.88 83.16 65.02 75.80 61.52 St -33.85 -29.16 -29.16 -29.16 -22.13 -22.13 -26.81 -33.85 -33.85 SH 21.47 21.47 19.59 48.15 46.75 61.03 38.21 41.95 27.67 I.4.Tính tổn thất điện năng trong các MBA. a. MBA hai dây quấn B3, B4: Tổn thất điện năng trong máy biến áp bộ được tính theo công thức. Trong đó: P0: tổn thất không tải, P0=70 MW Pn: tổn thất ngắn mạch, Pn=310 MW Thay vào công thức trên ta được: kWh b. MBA tự ngẫu B1, B2 : Ta có tổn thất ngắn mạch giữa cuộn cao và hạ, giữa cuộn trung và hạ là. Pnc-h= Pnt-h= Pnc-t/2 Với Pnc-t=380 kW ta tính được Pnc-h= Pnt-h=380/2=190kW. Tổn thất điện năng trong MBA tự nghẫu được tính theo công thức: Trong đó: P0: tổn thất không tải, P0=85 kW. Pnc, Pnt , Pnh:tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây điện áp cao, điện áp trung, điện áp hạ, được tính theo công thức sau: kW kW kW Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu là: =744600+594800=1339400 kWh. Tổn thất điện năng phương án I là. kWh Tổn thất điện năng phương án I tính theo phần trăm là: I.5. Tính toán dòng cưỡng bức. I.5.1. Các mạch phía 220kV. a.Đường dây kép nối hệ thống. Công suất tải trên một mạch là lớn nhất khi có sự cố trên mạch còn lại tại thời điểm công suất phát về hệ thống là cực đại, khi đó dòng cưỡng bức chạy trên đường dây được tính như sau. kA. b.Phía cao MBA tự nghẫu. Ta có ScB1+ScB2=Sht do đó công suất truyền từ phía cao của máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp là lớn nhất khi trong chế độ bình thường tại thời điểm công suất về hệ thống cực đại hoặc khi có sự cố 1 máy biến áp B1 (hoặc B2). Như trên ta đã tính công suất mà cuộn cao của máy biến áp phải tải trong các trường hợp này là: - Chế độ bình thường khi Shtmax: ScB2=ScB3=Shtmax/2=166.31/2=83.16MVA - Chế độ sự cố B1: ScB2=125.44 MVA. vậy kA. kA. I.5.2 Các mạch phía 110kV. a.Đường dây kép. Công suất tải trên một đường dây là lớn nhất khi có sự cố trên đường dây còn lại trong chế độ phụ tải cực đại. kA. b.Phía trung áp MBA B1, B2. Vì phụ tải cấp điện áp trung nhỏ: Sutmax=93.75MVA, trong khi đó công suất truyền lên thanh góp trung áp từ máy biến áp B3 và B4 là: SB3+SB4=69+69=138MVA> Sutmax nên công suất luôn truyền từ thanh góp trung áp qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp . Công suất tải qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức sau: StB1=StB2=[(SB3+SB4)-Sut]/2=(138-Sut)/2 Ta thấy công suất này là lớn nhất khi có sự cố một trong hai máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm phụ tải điện áp trung cực tiểu, khi đó công suất tải qua cuộn trung của máy biến áp còn lại được tính như sau: StB1(B2)max=138-Sutmin=138-70.31=67.69 MVA vậy kA. c.Bộ máy phát điện- MBA. kA. kA. I.5.3.Các mạch phía 10kV. a.Máy phát điện. kA. b.Đường dây kép phụ tải địa phương. kA kA. Bảng tổng kết dòng cưỡng bức các mạch phương án I. Cấp điện áp, kV 220 110 10 Dòng cưỡng bức,kA 0.42 0.40 4.33 II.PHƯƠNG án II II.1.Chọn báy biến áp. a.MBA 2 dây quấn B1 được chọn theo điều kiện sau. SđmB1 ³ SđmF=75MVA. Vậy ta chọn MBA loại TДU có Sđm=80MVA, Uđm=242kV. b.MBA liên lạc B2 và B3 được chọn như B1, B2 của phương án I. c.MBA B4 chọn như B4 của phương án I. Thông số kỹ thuật của các máy biến áp được ghi trong bảng dưới đây: MBA Loại Sđm MVA Uđm, kV Tổn thất, kW Un% Io% C T H P0 Pn A C-T C-H T-H C-T C-H T-H B1 TДU 80 242 - 10.5 80 320 11 0.6 B2 (B3) ATДUTH 160 230 121 11 85 380 - - 11 32 20 0.5 B4 TДU 80 121 - 10.5 70 310 10.6 0.5 II.2. Kiểm tra quá tải máy biến áp. Giống như phương án I, công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đại nên ta không phải kiểm tra quá tải bình thường. Với máy biến áp nối bộ B1 và B4 không phải kiểm tra quá tải sự cố vì các máy biến áp này luôn làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng nhỏ hơn công suất định mức.Ta chỉ kiểm tra quá tải sự cố đối với máy biến áp tự ngẫu. a.Sự cố B4. Trường hợp nguy hiểm nhất là khi Sut= Sutmax=93.75MVA (10-14h). Trong trường hợp này để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải điện áp trung thì cuộn dây điện áp trung của máy biến áp B2( B3 ) phải tải một lượng công suất là: STB2(B3) = Sutmax/2 =93.75/2=46.88 (MVA) Trong khi đó công suất định mức của cuộn dây điện áp trung là: Stđm=a.Sđm=0.5x160=80MVA>46.88MVA. Vậy máy biến áp đã chọn không bị quá tải. Nếu ta cho các máy phát còn lại làm việc với công suất định mức thì công suất đưa vào phía hạ của máy biến áp tự ngẫu là: SH(B2) = SH(B3) = SđmF - = 61.03(MVA) Công suất truyền từ phía cao máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp là. SCB2(B3) = SHB2(B3) – STB2(B3) = 61.03-46.88=14.15(MVA) Lượng công suất phát về hệ thống là. SHT=SB1+2.SCB2(B3)=69+2x14.15=97.30 MVA So với công suất phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì lượng công suất bị thiếu hụt là : Sth=166.31-97.30=69.01 (MVA) Trong khi dự trữ quay của hệ thống là Sdt=336MVA, do đó hệ thống vẫn làm việc ổn định. Qua phân tích và tính toán ta thấy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu. F1 F2 F3 ~ ~ ~ ~ F4 TD TD TD TD B2 B3 B4 B1 220kV 110kV 46.88 61.03 14.15 69 69 93.75 97.30 b Máy biến áp tự ngẫu B2 hoặc B3 bị sự cố : Ta có Sutmax/Sutmin=93.75/70.31 mà công suất truyền lên thanh góp trung áp qua máy biến áp B4 là SB4=SđmF-Stdmax/4=75-6=69MVA<Sutmin. Do đó công suất luôn truyền từ phía trung của máy biến áp tự ngẫu sang thanh góp trung áp. Khi Sutmax thì công suất truyền tải qua cuộn trung áp của máy biến áp tự ngẫu sang thanh góp trung áp là lớn nhất. Vậy trường hợp nguy hiểm nhất là khi Sut =Sutmax =93.75 MVA(10-14h). Khi đó công suất truyền từ phía trung áp máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp trung áp là: ST(B3) = Sutmax – SB4 =93.75-69 = 24.75 MVA Nếu máy phát F3 làm việc với công suất định mức thì công suất đưa vào phía hạ máy biến áp B3 là : SH(B3) = SđmF - -SuF =75-6-15.94=53.06 MVA Công suất truyền từ phía cao của MBA tự nghẫu lên thanh góp cao áp là. Sc(B3) = SH(B3) –ST(B3) = 53.06-24.75=28.31 MVA Như vậy các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu đều không bị quá tải. 110kV 69 F2 ~ ~ ~ ~ F3 F4 F1 TD TD TD TD B2 B3 B4 B1 220kV 24.75 69 69 53.06 93.75 28.31 97.31 Lượng công suất phát về hệ thống là: SHT=ScB3+SđmF-Stdmax/4=28.31+75-6=97.31MVA So với công suất cần phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì lượng công suất thiếu hụt là : Sth=166.31-97.31=69 MVA nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. Như vậy máy biến áp đã chọn ở trên đạt yêu cầu. II.3. Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường : II.3.1. Đối với máy biến áp nối bộ B1 và B4 : Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là bộ này làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua máy biến áp mỗi bộ được tính : SB1 = SB4 = SđmF - Stdmax/4 = 75-6=69 (MVA) II.3.2.Phân bố công suất cho các cuộn dây của hai máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 : - Phía điện áp cao 220kV : Công suất của cuộn dây điện áp cao được phân bố theo biểu thức sau : Sc(B2) = Sc(B3) = (SHT-SB1)/2=(SHT-69)/2 - Phía điện áp trung 110kV : Công suất của cuộn dây điện áp trung được phân bố theo biểu thức sau : ST(B2) = ST(B3) =(Sut-SB4)/2=(Sut-69)/2 - Phía hạ của máy biến áp tự ngẫu : Công suất được phân bố theo biểu thức sau: SH(B2) = SH(B3) = SC(B2) + ST(B2) = SC(B3) + ST(B3) Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của B1, B2 được ghi trong bảng: t 0-4 4-6 6-8 8-40 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 Sht 110.63 101.25 97.50 154.62 137.75 166.31 130.03 151.60 123.04 Sut 70.31 79.69 79.69 79.69 93.75 93.75 84.38 70.31 70.31 Sc 20.82 16.13 14.25 42.81 34.38 48.66 30.52 41.30 27.02 St 0.65 5.34 5.34 5.34 12.37 12.38 7.69 0.65 0.65 SH 21.47 21.47 19.59 48.15 46.75 61.03 38.21 41.95 27.67 II.4.Tính tổn thất điện năng trong các MBA. a.MBA 2 dây quấn B1. Tổn thất điện năng trong máy biến áp B1 được tính theo công thức. Với P0=80 kW, Pn=320kW ta tính được. kWh b.MBA 2 dây quấn B4 Tính như phương án 1 ta được. kW c.Đối với MBA tự ngẫu B2, B3 Theo phương án I ta có Pnc-h= Pnt-h= Pnc-t/2=380/2=190 kW. Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây điện áp cao, trung, hạ là. Pnc=190 kW, Pnt=190 kW, Pnh=570 kW. Vậy tổn thất điện năng trong MBA tự nghẫu là. =744600+329805=1074405 kWh Vậy tổn thất điện năng phương án II là. kWh Tổn thất điện năng phương án II tính theo phần trăm là: II.5. Tính toán dòng cưỡng bức. II.5.1. Các mạch phía 220kV. a.Đường dây kép nối hệ thống. Tính giống phương án I, Icbht=0.42kA. b.Bộ máy phát điện – MBA B1. kA. c.Phía cao MBA tự nghẫu. Công suất tải qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu là lớn nhất khi : -Chế độ bình thường khi công suất về hệ thống cực đại : ScB2max= ScB3max=48.66MVA. -Sự cố B2: ScB3=28.31MVA. vậy kA. kA. II.5.2 Các mạch phía 110kV. a.Đường dây kép. Tính giống phương án I ta được Icbkép=0.20 kA. b.Phía trung áp MBA B1, B2. -Chế độ bình thường:StB2max= StB3max =12.38 MVA. -Sự cố B4: StB2=StB3=46.88 MVA. -Sự cố B2: StB3=24.75 MVA. vậy kA. c.Bộ máy phát điện- MBA B4. Tính giống phương án I ta được IcbB4=0.40kA. kA. II.5.3.Các mạch phía 10kV. Giống phương án I ta được: kV Bảng tổng kết dòng cưỡng bức các mạch phương án II. Cấp điện áp, kV 220 110 10 Dòng cưỡng bức,kA 0.42 0.40 4.33 Chương III tính toán ngắn mạch chọn khí cụ điện bảo vệ Mục đích tính ngắn mạch là để phục vụ cho việc chọn các khí cụ điện ( MC , DCL ) và các phần có dòng điện chạy qua ( cáp , dây dẫn ) theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch . Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện và dây dẫn là dòng điện ngắn mạch ba pha . Để tính toán dòng ngắn mạch trong đồ án thiết kế này ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình Ucb = Utb các cấp . Công suất cơ bản Scb = 100 MVA. A.Phương án I. I. Chọn điểm ngắn mạch Chọn điểm ngắn mạch ở từng cấp điện áp sao cho dòng ngắn mạch tại đó là cực đại ứng với cấp đó . Điểm mà tại đó có dòng ngắn mạch lớn nhất gọi là điểm ngắn mạch tính toán. + Phía điện áp cao 220kv Do ta chỉ chọn một loại MC, DLC cho cấp điện áp 220 kv nên chỉ cần tính dòng ngắn mạch tại N1 là dòng ngắn mạch có giá trị cực đại . Nguồn cung cấp gồm mọi máy phát điện và hệ thống. + Phía trung áp 110 kv Điểm ngắn mạch tính toán là N2 có nguồn cung cấp là hệ thống và mọi máy phát + Phía hạ áp Điểm ngắn mạch N'3 có nguồn cung cấp là máy phát F1 Điểm N3 có nguồn cung cấp là mọi máy phát cộng hệ thống trừ máy phát F1 Ta so sánh dòng ngắn mạch tại N3 và N’3 , chọn giá trị lớn nhất để chọn khí cụ điện và tính toán ồn định động thanh dẫn đầu cực máy phát. + Tự dùng Điểm ngắn mạch tính toán là N4 có nguồn cung cấp là hệ thống và mọi máy phát Ta có sơ đồ các điểm ngắn mạch tính toán cho ở hình sau F1 B1 ht n4 n3 F3 F2 F4 B2 n3’ n1 B4 B3 n2 II. Lập sơ đồ thay thế. XHT XD Xc Xh XF Xc Xh XB110 XF N1 N2 N3’ N3 N4 E1 E2 E3 E4 HT XB110 XF XF II.1. Sơ đồ thay thế II.2. Xác định các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. - Điện kháng của hệ thống: -Điện kháng đường dây kép nối nhà máy với hệ thống. - Điện kháng của MBA B3, B4. -Điện kháng máy phát. -Điện kháng của MBA tự nghẫu. Ta có điện áp ngắn mạch của cuộn dây điện áp cao, điện áp trung, điện áp hạ là: từ đó ta tính được điện kháng ngắn mạch của cuộn dây điện áp cao, trung, hạ là: III. Tính toán dòng ngắn mạch Ta lần lượt tính cho từng điểm ngắn mạch XB110 X1 Xc Xh XF Xc Xh XF XB110 XF XF N1 E1 E2 E3 E4 HT III.1. Điểm ngắn mạch N1 Sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N1 Với X1 = XHT + XD = 0.02 + 0.028 = 0.048 Biến đổi tương đương: ghép E1với E2, E3 với E4 ta được. X1 N1 X2 X3 X4 E12 E34 HT X2=Xc/2=0.072/2=0.036 X3=(Xh+XF)/2=(0.128+0.195)/2=0.162 X4=(XB110+XF)/2=(0.133+0.195)/2=0.164 Ghép song song E12 với E34 ta được. N1 X1 X5 HT NM X5 = Sơ đồ trên là sơ đồ tối giản có hai đầu cung cấp điện cho N1 Xác định dòng ngắn mạch: +/ Nhánh hệ thống Nhà máy được nối với hệ thống bằng hai đường dây kép dài 75 km ta có thể coi ngắn mạch đối với phía hệ thống là ngắn mạch xa nguồn. Dòng ngắn mạnh do hệ thống cung cấp được tính theo công thức sau: Đối với cấp điện áp 220 kV dòng đIện cơ bản được tính như sau: Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: +/ Nhánh máy phát Tra đường cong tính toán ta được: Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh NM. Từ đó ta có dòng ngắn mạch tổng hợp IxkN1= III.2. Điểm ngắn mạch N2 Để tính toán điểm ngắn mạch N2 ta có thể sử dụng kết quả khi tính toán ,biến đổi sơ đồ của điểm N1 ở trên . Ta chỉ cần suất phát từ sơ đồ sau: HT E34 X1 X2 X3 X4 N2 E12 Theo tính toán ở trên ta có: X1=0.048; X2 =0.036; X3 =0.162; X4 =0.164. Cũng như đối với điểm N1 ghép E12 và E34 ta có sơ đồ sau: N2 X5 X6 HT NM X5 = X1 + X2 = 0.048+0.036=0.084 X6 = Tính toán dòng ngắn mạch +/ Nhánh hệ thống Dòng ngắn mạnh do hệ thống cung cấp được tính theo công thức sau: Đối với cấp điện áp 110 kV dòng điện cơ bản được tính như sau: Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: +/ Nhánh máy phát Tra đồ thị đường cong tính toán ta được I*0=4.1; I*Ơ=2.4 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy Vậy dòng ngắn mạch tổng hợp tại điểm ngắn mạch N2 IxkN2= XB110 X1 Xc Xh XF Xc Xh XB110 XF XF1 N3 E1 E3 E4 Ht III.3. Điểm ngắn mạch N3. Ta có sơ đồ thay thế như sau Biến đổi tương đương ta được sơ đồ sau: Ta có: X2=Xc/2=0.072/2=0.036 X1 X2 X3 Xh X4 N3 E1 E34 HT X3=Xh+XF=0.128+0.195=0.323 X4=(XB110+XF)/2=(0.133+0.195)/2=0.164 Ghép các nguồn E1và E34 ta được sơ đồ sau: HT X5 X6 Xh NM N3 Ta có: X5 =X1 +X2 = 0.048 + 0.036= 0.084 HT NM X7 X8 Biến đổi sơ đồ sao (Xh,X5,X6) thành sơ đồ tam giác (X7 ,X8) trong đó nhánh cân bằng bỏ qua: X7 =X5 + Xh + = 0.084 + 0.128 + = 0.311 X8 = X6 + Xh + = 0.109 + 0.128 + Tính toán dòng ngắn mạch +/ Nhánh hệ thống. Dòng ngắn mạnh do hệ thống cung cấp được tính theo công thức sau: Đối với cấp điện áp 10 kV dòng điện cơ bản được tính như sau: Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: +/ Nhánh máy phát Tra đường cong tính toán ta được: Vậy dòng ngắt mạch nhánh nhà máy kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại chỗ ngắn mạch N3 ixkN3= III.4. Điểm ngắn mạch N'3 Nguồn cung cấp chỉ là máy phát F1 XF N’3 E1 Điện kháng tính toán Tra đồ thị đường cong tính toán ta có Vậy dòng ngắn mạch tại chỗ ngắn mạch N’3 kA IxkN’3= III.5. Điểm ngắn mạch N4 Dòng ngắn mạch tại N4 được tính ixkN4=ixkN3+ixkN’3=79.65+77.98=157.63kA Bảng kết quả tính toán ngắn mạch phương án I: Điểm NM I"’ , kA IƠ, kA ixk, kA N1 7.30 6.82 18.58 N2 12.12 9.57 30.85 N3 31.29 32.90 79.65 N'3 28.87 11.13 77.98 N4 60.16 44.03 157.63 B.phương án 2 : I.Chọn điểm ngắn mạch: - Sơ đồ xác định các điểm cần tính ngắn mạch được cho trên hình vẽ.Mạch điện áp 110kV và 220kV thường chỉ chọn 1 loại máy cắt điện, và dao cách ly, nên ta chỉ tính toán ngắn mạch ở một điểm cho mỗi cấp điện áp. Để xác định điểm tính toán ngắn mạch ta căn cứ vào điều kiện thực tế có thể xảy ra sự cố nặng nề nhất. - Để chọn các khí cụ điện cho mạch 220kV ta lấy điểm N1 trên thanh góp 220kV là điểm tính toán ngắn mạch. Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N1 là tất cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống. - Để chọn các khí cụ điện cho mạch 110kV ta chọn điểm N2 trên thanh góp 110 kV. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là các máy phát điện và hệ thống. - Chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện : điểm ngắn mạch N3 và N’3. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 là các máy phát điện và hệ thống trừ máy phát F2. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N’3 chỉ là máy phát điện F2. - Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng : điểm ngắn mạch N4, nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống.Do vậy với điểm ngắn mạch 4 thì 110kV ~ TD N4 N’3 N3 F2 ~ ~ ~ F3 F4 F1 TD TD TD B2 B3 B4 B1 220kV ht IN4 = IN3 + IN’3 II. Lập sơ đồ thay thế. XHT XD Xc Xh XF Xc Xh XB110 XF N1 N2 N’3 N3 N4 E2 E3 E1 E4 HT XB220 XF XF II.1. Sơ đồ thay thế II.2. Xác định các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. - Điện kháng của MBA B1. Các đại lượng còn lại giống phương án I III. Tính toán dòng ngắn mạch XB220 X1 Xc Xh XF Xc Xh XF XB110 XF XF N1 E1 E2 E3 E4 HT Ta lần lượt tính cho từng điểm ngắn mạch III>1. Điểm ngắn mạch N1 Sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N1 Với các thông số X1 = XHT + XD = 0.02 + 0.028 = 0.048 Xc = 0.072; Xh = 0.128; XF = 0.195; XB220=0.138; XB110 = 0.133 Biến đổi tương đương: ghép E2với E3 ta được sơ đồ sau: E4 X1 X4 X2 X3 X5 N1 E23 E1 HT Ta có: X2 =Xc/2=0.072/2=0.036 X3 =XB220+XF=0.138+0.195=0.333 X4=(Xh+XF)/2=(0.128+0.195)/2=0.162 X5=XB110+XF=0.133+0.195=0.328 Ghép E23với E4 ta được sơ đồ sau. E1 X1 N1 X6 X3 E234 HT X6 = X4//X5+X2= N1 X1 X7 HT NM Ghép song song E1 với E234 ta được sơ đồ đơn giản có hai đầu cung cấp dòng ngắn mạch cho N1 X7 = Xác định dòng ngắ._.