Đồ án Thiết kế nhà máy điện

hông cần kiểm tra điều kiện quá tải. - Do công suất của các MBA tự ngẫu được chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thường. *Xét trường hợp sự cố nặng nề nhất: khi phụ tải phía trung đạt cực đại Khi phụ tải phía trung đạt cực đại, theo tính toán ở Chương I: MVA; STNM=280MVA; SUF=10,7MVA;STD= 4,048MVA; SVHT = 135,85MVA + Sự cố hỏng một MBA hai cuộn dây bên trung (hỏng B2): - Điều kiện kiểm tra quá tải của MBA tự ngẫu: Trong đó: - hệ số quá tải sự cố cho phép, =1,4. Như vậy: MVA > 129,4MVA Vậy điều kiện quá tải được thỏa mãn. - Phân bố công suất cho các phía của MBA tự ngẫu: Công suất qua cuộn trung: Công suất qua cuộn hạ: MVA Công suất qua cuộn cao: MVA Ta thấy: SH=68,638MVA < Như vậy trong trường hợp sự cố này, đối với MBA tự ngẫu, công suất truyền từ phía hạ tới phía cao và trung. Do cuộn hạ có công suất lớn nhất không bị quá tải nên MBA không bị quá tải. - Cụng suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng: Sthiếu = So với công suất dự trữ của hệ thống: Sdt > Sthiếu Ta thấy lượng công suất thiếu nhỏ hơn lượng công suất dự trữ. Vậy hệ thống vẫn làm việc ổn định khi sự cố xảy ra. + Sự cố hỏng một MBA liên lạc (hỏng T2) - Điều kiện kiểm tra quá tải: Thay số: > 129,4MVA Vậy điều kiện quá tải được thỏa mãn. - Phân bố công suất cho các cuộn dây của MBA T1: Công suất qua cuộn trung: Công suất qua cuộn hạ: Công suất qua cuộn cao: MVA Ta thấy: SH=64,288MVA < MVA Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng: Sthiếu = MVA So với công suất dự trữ của hệ thống: Sdt > Sthiếu Ta thấy lượng công suất thiếu nhỏ hơn lượng công suất dự trữ. Vậy hệ thống vẫn làm việc ổn định khi sự cố xảy ra. * Xét trường hợp sự cố khi phụ tải phía trung đạt cực tiểu: Khi phụ tải phía trung đạt cực tiểu, theo tính toán ở chương I: MVA; STNM=210MVA; SUF=8,03MVA;STD= 3,44MVA; SVHT = 120,89MVA. + Sự cố hỏng một MBA hai cuộn dây bên trung (hỏng B2): Do điều kiện quá tải của MBA đó được thỏa mãn ở trường hợp phụ tải trung áp cực đại nên không cần kiểm tra trong trường hợp phụ tải trung áp cực tiểu .- Phân bố công suất cho các phía của MBA tự ngẫu: Công suất qua cuộn trung: MVA Công suất qua cuộn hạ: MVA Công suất qua cuộn cao: MVA Ta thấy: SH=70,125MVA < MVA Như vậy trong trường hợp sự cố này, đối với MBA tự ngẫu, công suất truyền từ phía hạ tới phía cao và trung. Do cuộn hạ có công suất lớn nhất không bị quá tải nên MBA không bị quá tải. - Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng: Sthiếu = MVA + Sự cố hỏng một MBA liên lạc (hỏng T2) - Phân bố công suất cho các cuộn dây của MBA T1: Công suất qua cuộn trung: MVA Công suất qua cuộn hạ: MVA Công suất qua cuộn cao: MVA Ta thấy: SH=66,11MVA < MVA Như vậy trong trường hợp sự cố này, đối với MBA tự ngẫu, công suất truyền từ phía hạ tới phía cao và trung. Do cuộn hạ có công suất lớn nhất không bị quá tải nên MBA không bị quá tải. - Công suất truyền về hệ thống bị thừa một lượng: Sthừa = MVA Dấu “-“ thể hiện nhà máy truyền về hệ thống lượng công suất là 15,556MVA. 4. Tính toán tổn thất điện năng trong MBA 4.1. Tính toán tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây: Do các MBA hai cuộn dây vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng nên tổn thất trong các MBA được tính theo công thức: Trong đó: - tổn thất cụng suất không tải và ngắn mạch của MBA t - thời gian vận hành MBA trong năm, t = 8760h. SB – công suất truyền tải qua MBA. Từ bảng 2-1, thay số vào ta được: =2935,98MWh 2. Tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu: - Để tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu trước hết phải tính tổn thất công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau: Trong đó: - tổn thất ngắn mạch trong cỏc cuộn cao, trung, hạ. - tổn thất cụng suất ngắn mạch cao-trung, cao-hạ, trung-hạ. Do nhà sản xuất chỉ cho biết trị số nên coi . Theo bảng 2-1: nên => - Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu được tính theo công thức tính toán thất công suất khi MBA mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trưng cho toàn năm:đến đây Trong đó: - khoảng thời gian một bậc thang trong đồ thị phụ tải. Thay số vào ta được: Tính DAN: Phân bố công suất cho máy biến áp tự ngẫu: STNT =. (ST -2.Sbộ) STNC = .SVHT STNH = STNT + STNC Trong khoảng từ 0h đến 6h: SC = 60,445MVA ST = -35,168MVA SH= 25,277MVA ti = 6h. Ta có: =0,65 MWh =0,22 MWh =0,1138 MWh Tổn thất điện năng do tổn thất công suất ngắn mạch trong MBA tự ngẫu trong khoảng từ 0h đến 6h: Tính tương tự cho các khoảng thời gian còn lại, ta tính được tổng tổn thất điện năng do tổn thất công suất ngắn mạch trong một ngày. Từ đó sẽ tính được tổng tổn thất điện năng trong một năm theo biểu thức trên. Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong 1 MBA tự ngẫu cho trong bảng sau (đơn vị: MWh) Bảng 2-3 z 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24 Tổng 744,6 3315,1 481,44 176,84 418,21 304,42 505,5 279,7 181,76 159,58 Tổng tổn thất điện năng trong MBA của phương án 1: =2.2935,98 + 2.3315,1= 12502,14 MWh 3.2.PHƯƠNG ÁN II: 3.2.1. Chọn loại và công suất định mức của MBA: 1. Chọn MBA nối bộ hai dây quấn: *) MBA nối bộ bên trung áp: Công suất định mức của MBA hai dây quấn được chọn theo công thức sau: SđmB ³ S đmF = 75MVA Tra TL2, bảng 2.5 ta chọn được MBA loại TÄệ có các thông số cho trong bảng 2-4. * MBA nối bộ bên cao áp: Công suất định mức của MBA nối bộ bên cao cũng được chọn theo điều kiện như MBA bộ bên trung. Tra TL2, bảng 2.6 ta chọn được MBA loại TÄệ có các thông số cho trong bảng 2-4. 2. Chọn MBA tự ngẫu liên lạc: Công suất định mức của MBA tự ngẫu được chọn như phương án I. Bảng 2-4 CCấp điện áp (kV) Loại Sđm (MVA) Điện áp cuộn dây Tổn thất công suất (kW) UN% II0% CC TT HH DP0 DPN CC-T CC-H TT-H CC-T CC-H TT-H 110 TÄệ 80 1121 _- 110,5 770 _- 3310 _- _- 110,5 _- 00,55 220 TÄệ 80 2242 _- 110,5 880 _- 3320 _- _- 111 _- 00,6 220 ATÄệTH 160 2230 1121 111 885 _380 _- _- 111 332 220 00,5 3. Kiểm tra khả năng tải của MBA khi sự cố: a. Phân bố công suất cho các MBA: Quy ước: chiều của dương công suất là chiều đi từ MF tới thanh góp đối với MBA hai cuộn dây và đi từ phía hạ tới phía cao và trung đối với MBA tự ngẫu. * MBA bộ hai dây quấn: luôn cho vận hành bằng phẳng. Dòng công suất truyền tải qua các cuộn dây của MBA: MVA * MBA tự ngẫu: - Dòng công suất qua cuộn cao : - Dòng công suất qua cuộn trung: - Dòng công suất qua cuộn hạ: Tính cho các khoảng thời gian , kết quả thu được cho trong bảng sau: Bảng 2-5 Thời gian 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24 SC(MVA) 23,451 26,881 30,521 20,616 30,941 37,363 27,091 23,641 ST(MVA) 1,826 5,066 14,771 18,006 27,706 21,241 11,531 8,036 SH(MVA) 25,277 31,947 45,292 38,622 58,637 58,637 38,622 31,947 b. Kiểm tra quá tải của MBA trong các trường hợp sự cố: * Một trường hợp sự cố nặng nề nhất: khi phụ tải phía trung đạt cực đại Khi phụ tải phía trung đạt cực đại, theo tính toán ở chương I: MVA ;STNM=280MVA; SUF=10,7MVA; STD= 4,048MVA; SVHT = 135,58MVA + Sự cố hỏng một MBA hai cuộn dây bên trung (hỏng B1): - Điều kiện kiểm tra quá tải của MBA tự ngẫu: Trong đó: - hệ số quá tải sự cố cho phép, =1,4. Như vậy: Vậy điều kiện quá tải được thỏa mãn. *) Phân bố công suất cho các phía của MBA tự ngẫu: Công suất qua cuộn trung: =0,5.129,4=64,7MVA Công suất qua cuộn hạ: =0,5.75-0,5.10,7-0,25.4,048=31,138MVA Công suất qua cuộn cao: =31,138-64,7=-33,562MVA Ta thấy: MVA Xét tỷ số: Như vậy trong trường hợp sự cố này, đối với MBA tự ngẫu, công suất truyền từ phía hạ và phía cao sang phía trung. Cuộn trung có công suất lớn nhất không bị quá tải cho nên MBA không bị quá tải. - Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng: Sthiếu=MVA So với công suất dự trữ của hệ thống: MVA Ta thấy lượng công suất thiếu nhỏ hơn lượng công suất dự trữ. Vậy hệ thống vẫn làm việc ổn định khi sự cố xảy ra. + Sự cố hỏng một MBA liên lạc (hỏng T2) - Điều kiện kiểm tra quá tải: Thay số: 1,4.0,5.160+73,988=185,988MVA> Vậy điều kiện quá tải được thỏa mãn. - Phân bố công suất cho các cuộn dây của MBA T1: Công suất qua cuộn trung: 55,412MVA Công suất qua cuộn hạ: 63,288MVA Công suất qua cuộn cao: =7,876MVA Ta thấy: - Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng: Sthiếu = =53,986MVA So với công suất dự trữ của hệ thống: MVA Ta thấy lượng công suất thiếu nhỏ hơn lượng công suất dự trữ. Vậy hệ thống vẫn làm việc ổn định khi sự cố xảy ra. * Xét trường hợp sự cố khi phụ tải phía trung đạt cực tiểu Khi phụ tải phía trung đạt cực tiểu, theo tính toán ở chương I: MVA; STNM=210MVA; SUF=8,03MVA;STD=3.44MVA; SVHT = 120,89MVA. + Sự cố hỏng một MBA hai cuộn dây bên trung (hỏng B1): Do điều kiện quá tải của MBA đó được thỏa mãn ở trường hợp phụ tải trung áp cực đại nên không cần kiểm tra trong trường hợp phụ tải trung áp cực tiểu. - Phân bố công suất cho các phía của MBA tự ngẫu: Công suất qua cuộn trung: 38,82MVA Công suất qua cuộn hạ: 70,125MVA Công suất qua cuộn cao: =31,035MVA Ta thấy: Do cuộn hạ có công suất lớn nhất không bị quá tải nên MBA không bị quá tải. - Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng: Sthiếu = =-15,168MVA Dấu “-“ thể hiện nhà máy truyền về hệ thống lượng công suất là 15,168MVA + Sự cố hỏng một MBA liên lạc (hỏng T2) - Phân bố công suất cho các cuộn dây của MBA T1: Công suất qua cuộn trung: 3,652MVA Cụng suất qua cuộn hạ: 66,11MVA Cụng suất qua cuộn cao: =62,458MVA Ta thấy: MVA Do cuộn hạ có công suất lớn nhất không bị quá tải nên MBA không bị quá tải. - Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng: Sthiếu = =-15,556MVA Dấu “-“ thể hiện nhà máy truyền về hệ thống lượng công suất 15.556MVA. 4. Tính toán tổn thất điện năng trong MBA 1. Tính toán tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dõy: Do các MBA hai cuộn dây vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng nên tổn thất trong các MBA được tính theo công thức: - Tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây phía trung áp: như đã tính ở phương án I =2935,98 MWh - Tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây phía cao áp: =3098,5 MWh 2. Tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu: Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu của phương án 2 tính tương tự như ở phương án 1. Phân bố công suất cho máy biến áp tự ngẫu: - Tổn thất điện năng do tổn thất công suất không tải gây ra: - Tổn thất điện năng do tổn thất công suất ngắn mạch gây ra: Kết quả thu được cho trong bảng 2-6 Bảng 2-6 Thời gian 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24 Tổng 744,6 1266 142,94 39,4 70,73 34,39 106,11 66,13 30,13 31,6 Tổng tổn thất điện năng trong MBA của phương án II: =2.1266+2935,98+3098,5 =8566,48MWh CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 4.1. PHƯƠNG ÁN I 4.1.1. Chọn điểm ngắn mạch Mục đích của việc tính toán dòng ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn theo tiêu chuẩn ổn định nhiệt và ổn định động. Vì vậy phải chọn điểm ngắn mạch sao cho dòng ngắn mạch qua các khí cụ điện và dây dẫn là lớn nhất. Với sơ đồ của phương án I, ta chọn các điểm ngắn mạch như sau: - Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía cao áp, chọn điểm ngắn mạch N1, nguồn cấp là các MF của NM và hệ thống. - Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía trung áp, chọn điểm ngắn mạch N2, nguồn cấp là các MF của NM và hệ thống. - Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ mạch MF, chọn điểm ngắn mạch N3 hay : + Đối với N3: nguồn cấp là hệ thống và các MF của NM, ngoại trừ MF F1. + Đối với : nguồn cấp chỉ là MF F1. Trong hai điểm ngắn mạch này, giá trị dòng ngắn mạch tại điểm nào lớn hơn sẽ được dùng để chọn khí cụ điện và dây dẫn. - Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía hạ áp mạch tự dùng, phụ tải địa phương, chọn điểm ngắn mạch N4, nguồn cấp là các MF của nhà máy và hệ thống. Dễ thấy: Sơ đồ chọn điểm ngắn mạch: 3.1.2. Lập sơ đồ thay thế: 1. Chọn các đại lượng cơ bản: - Công suất cơ bản: Scb = 100MVA. - Điện áp cơ bản: + Cấp 220kV: = 230kV + Cấp 110kV: = 115kV + Cấp 10,5kV: = 10,5kV 2.Tính điện kháng của các phần tử: * Điện kháng hệ thống: 0,033 W * Máy phát điện: Với : điện kháng siêu quá độ của MF, = 0,146. Vậy: W * Đường dây: chiều dài L = 92km. Điện kháng đơn vị của dây dẫn này lấy là: x0 = 0,4 W/km. =0,0347 W * MBA: - MBA hai cuộn dây nối bộ bên trung áp: Trong đó: - điện áp ngắn mạch của MBA, cho dưới dạng phần trăm, = 10,5%. Như vậy: =0,131 W - MBA tự ngẫu: Để tính được điện kháng các cuộn dây trong MBA ta phải tính được điện áp ngắn mạch phần trăm trong từng cuộn. Do cho theo công suất định mức nên điện áp ngắn mạch phần trăm trong từng cuộn dây được tính theo công thức sau: Sau đó tính điện kháng các cuộn dây theo công thức: Thay số vào ta được: Với XT = -0,0312 < 0 và có giá trị tuyệt đối không đáng kể so với XC và XH nên để đơn giản trong tính toán có thể bỏ qua điện kháng phía trung. 3. Sơ đồ thay thế tính toán: Biến đổi sơ đồ: X1 = XHT + XD = 0,033 + 0,0347 = 0,0677 W X2 = X3 = XC = 0,0719 W X4 = X5 = XH = 0,128 W X6 = X7 = XF = 0,195 W X8 = X9 = XB + XF = 0,131 + 0,195= 0,326 W W Được sơ đồ rút gọn: 3.1.3.Tính dòng điện ngắn mạch cho từng điểm: 1. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N1: Sơ đồ: Biến đổi sơ đồ: X11 = X12 = X4 + X6 = X5 + X7 = 0,128 + 0,195= 0,323 W W Nhập hai nguồn E1, E2: W Nhập E1,2 với E3,4: W X16 = X13 + X15 = 0,03595 + 0,0811 = 0,117 W Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: 1,848 W Tra đường cong tính toán được: 0,543 kA ; 0,64 kA Trong hệ đơn vị cơ bản: 3,72 kA 4,385 kA - Điện kháng tính toán của nhánh NM quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: = 3.51 kA > 3 => Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống trong hệ đơn vị cơ bản được tính theo công thức: 2,145 kA - Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N1: 2,145+3,72=5,86 kA 2,145+4,385=6,53 kA - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N1: Trong đó: kxk : là hệ số xung kích, lấy kxk = 1,8. Như vậy được: kA 2. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2: Sơ đồ: X17 = X1 + X13 = 0,0677 + 0,03595 = 0,1072 W Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: 2,92656 W Tra đường cong tính toán được: 0,372 kA ; 0,34 kA Trong hệ đơn vị cơ bản: 5,098 kA 4,659 kA - Điện kháng tính toán của nhánh NM quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: =2,433 W Tra đường cong tính toán đối với MF tuabin hơi được: 0,425 kA ; 0,46 kA Trong hệ đơn vị cơ bản: kA 6,928kA - Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N2: 6,4+5,098=11,498 kA 6,928+4,659=11,587 kA - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N2: kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3: Sơ đồ: Sơ đồ rút gọn: W Biến đổi sao sang sơ đồ tam giác thiếu: =0,362 W W Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: =10,86 W > 3 => Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống trong hệ đơn vị cơ bản được tính theo công thức: 13,82 kA - Điện kháng tính toán của nhánh NM quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: =11,144 kA > 3 =>14,432 kA - Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3: 14,432+13,82=28,25 kA 14,432+13,82=28,25 kA - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N3: kA 4. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3’ : Sơ đồ: Xttđm Tra đường cong tính toán với MF tuabin hơi được: ; Trong hệ đơn vị cơ bản: - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N3’: (lấy kxk = 1,9 vì ngắn mạch tại N3’ là ngắn mạch ở đầu cực MF) 5. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4: 28,455+28,25=56,705 kA 11,011+28,25=39,261 kA - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4: 144,347 kA 6. Bảng kết quả tính toán ngắn mạch: Bảng 3-1 Cấp điện áp (kV) Điểm ngắn mạch I’’(0) (kA) I’’(¥) (kA) ixk (kA) 220 N1 5,86 6,53 14,9 110 N2 11,498 11,587 29,269 10,5 N3 28,25 28,25 71,9 N3’ 28,455 11,011 76,459 N4 56,705 39,261 144,347 3.2. PHƯƠNG ÁN 2 3.2.1. Chọn điểm ngắn mạch Với sơ đồ của phương án 2, ta chọn các điểm ngắn mạch tương tự như ở phương án 1: 3.2.2. Lập sơ đồ thay thế: 1. Chọn các đại lượng cơ bản: Như ở phương án 1. 2.Tính điện kháng của các phần tử: * Điện kháng các phần tử: hệ thống, đường dây, MF, MBA tự ngẫu và MBA hai dây quân bên trung hoàn toàn như phương án 1. * Điện kháng của MBA hai dây quấn bên cao áp: W 3. Sơ đồ thay thế tính toán: Biến đổi sơ đồ: X1 = XHT + XD = 0,033 + 0,0347 = 0,0677 W X2 = X3 = XC = 0,0719 W X4 = X5 = XH = 0,128 W X6 = X7 = XF = 0,195 W X8 = XB1 + XF = 0,131 + 0,195= 0,326 W X9 = XB2 + XF = 0,1375 + 0,195= 0,3325 W Được sơ đồ rút gọn: 3.2.3.Tính dòng điện ngắn mạch cho từng điểm: 1. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N1: Sơ đồ: Biến đổi sơ đồ: X10 = X11 = X4 + X6 = X5 + X7 = 0,128 + 0,195= 0,323 W W Nhập hai nguồn E1, E2: W Nhập E1,2 với E3: W X15 = X12 + X14 = 0,03595 + 0,108 = 0,144 W Nhập E1,2,3 với E4: W Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: W Tra đường cong tính toán được: 0,543 kA ; 0,64 kA Trong hệ đơn vị cơ bản: 3,72 kA 4,385 kA - Điện kháng tính toán của nhánh NM quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: W Tra đường cong tính toán đối với MF tuabin hơi được: 0,335kA ; 0,37 kA Trong hệ đơn vị cơ bản: 2,52kA 2,786kA - Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N1: 2,52+3,72=6,24 kA 2,786+4,385=7,171 kA - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N1: =15,884 kA 2. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2: Sơ đồ: Biến đổi sao (X1, X9, X12) thành tam giác thiếu (X17, X18) : W 0,11W Nhập hai nguồn E1,2,3 với E4: W Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: 3,003W > 3 - Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống trong hệ đơn vị cơ bản được tính theo công thức: =4,564 kA - Điện kháng tính toán của nhánh NM quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: 3,3 > 3 W => =4,564 kA - Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N2: 9,128 kA 9,128 kA - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N2: =23,236 kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3: Sơ đồ: Sơ đồ rút gọn: W Biến đổi sao (X1, X9, X12) thành tam giác thiếu (X21, X22): =0,1145 W W Nhập hai nguồn E2,3 và E4 : W Biến đổi sao (X4, X21, X23) thành tam giác thiếu (X24, X25): =0,358 W =0,3948 W - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: 14,687 > 3 - Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống trong hệ đơn vị cơ bản được tính theo công thức: =10,22 kA - Điện kháng tính toán của nhánh NM quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: 11,547 W => =13,927 kA - Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3: 24,147 kA 24,147 kA - Dũng ngắn mạch xung kích tại điểm N3: 61,468 kA 4. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3’ : Sơ đồ: Theo phương án 1: - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N3’: 5. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4: 28,455+24,147=52,602 kA 11,011+24,147=35,158 kA - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4: 132,528 kA 6. Bẳng tổng kết tính toán ngắn mạch Bảng 3-2 Cấp điện áp (kV) Điểm ngắn mạch I’’(0) (kA) I’’(¥) (kA) ixk (kA) 220 N1 6,24 7,171 15,884 110 N2 9,128 9,128 23,236 10,5 N3 24,147 24,147 61,468 N3’ 28,455 11,011 76,459 N4 52,602 35,158 132,528 CHƯƠNG V SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 5.1.TÍNH TOÁN DÒNG CƯỠNG BỨC 5.1.1.Phương án 1: 1.Cấp điện áp cao 220kV: * Đường dây kép về hệ thống: Phụ tải cực đại phát về hệ thống: 148,78 MVA =0,39 kA * Phía cao áp của MBA tự ngẫu T1 và T2: Công suất qua phía cao của MBA liên lạc: - Chế độ bình thường: MVA - Chế độ sự cố hỏng một MBA bên trung: MVA - Chế độ hỏng một MBA tự ngẫu: MVA; MVA kA Vậy dòng điện cưỡng bức lớn nhất phía 220kV là kA 2. Cấp 110kV: * Đường dây phụ tải trung áp:Gồm có 2 đường dây kép và 2 đường dây đơn có công suất Pmax=110MW chia đều cho các mạch, cosj = 0,85: - Đường dây đơn: =0,113kA - Đường dây kép: =0,113kA * Phía trung áp các MBA liên lạc: Công suất qua phía trung của MBA liên lạc: - Chế độ bình thường: 35,168 kA - Chế độ sự cố hỏng một MBA bên trung: 27,706 kA - Chế độ hỏng một MBA tự ngẫu: 18,57 kA; 70,336 kA 0,369 kA - Bộ MF – MBA hai dây quấn: Vậy dòng cưỡng bức ở cấp 110kV là: Icb4 = 0,413kA 3. Cấp điện áp MF: 5.1.2.Phương án 2: 1.Cấp điện áp cao 220kV: * Đường dây kép về hệ thống: =0,39 kA * Phía cao áp của MBA tự ngẫu T1 và T2: Công suất qua phía cao của MBA liên lạc: - Chế độ bình thường: MVA - Chế độ sự cố hỏng một MBA bên trung: MVA - Chế độ hỏng một MBA tự ngẫu: MVA; MVA 0,164 kA * Phía cao của MBA nối bộ 2 dây quấn: Vậy dòng điện cưỡng bức lớn nhất phía 220kV là 0,39 kA 2. Cấp 110kV: * Đường dây phụ tải trung áp: Gồm có 2 đường dây kép và 2 đường dây đơn - Đường dây đơn: =0,113kA - Đường dây kép: =0,113kA * Phía trung áp các MBA liên lạc: Công suất qua phía trung của MBA liên lạc: - Chế độ bình thường: MVA - Chế độ sự cố hỏng một MBA bên trung: MVA - Chế độ hỏng một MBA tự ngẫu: MVA; MVA 0,339 kA - Bộ MF – MBA hai dây quấn: Vậy dòng cưỡng bức ở cấp 110kV là: Icb6 = 0,4131kA 3. Cấp điện áp MF: 5.1.3. Tổng kết tính toán dòng điện cưỡng bức: Bảng 4-1 Cấp điện áp (kV) 220 110 10,5 Dòng điện cưỡng bức (kA) Phương án 1 0,39 0,413 4,33 Phương án 2 0,39 0,413 4,33 5.2. CHỌN MÁY CẮT VÀ SƠ ĐỒ THIẾT BỊ PHÂN PHỐI CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 5.2.1. Chọn máy cắt: Dựa vào cấp điện áp và dũng điện làm việc cưỡng bức của các mạch ta tiến hành chọn máy cắt cho các mạch. Để thuận tiện cho vận hành và lắp đặt ta chọn một loại máy cắt cho các mạch cung cấp điện áp. Các máy cắt được chọn theo điều kiện sau: - Điện áp định mức của máy cắt: UđmMC ³ Uđmmạng - Dòng điện định mức: IđmMC ³ Icb - Ổn định nhiệt: Trong đó: Inh – Dòng ổn địng nhiệt định mức tnh – Thời gian ổn định nhiệt định mức BN – Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch - Ổn định động: iôđđ ³ ixk - Điều kiện cắt: dòng điện cắt định mức không lớn hơn dũng ngắn mạch ban đầu: Icđm ³ I”(0) Từ các điều kiện trên kết hợp với bảng tổng kết kết quả tính toán ngắn mạch (bảng 3-1 và 3-2) và bảng tổng kết kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức (bảng 4-1), tra TL2 ta chọn được máy cắt cho các phương án như sau: Bảng 4-2 PA Cấp điện áp Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số máy cắt Icb (kA) I” (kA) ixk (kA) Uđm (kV) I đm (kA) Icắt (kA) ilđđ (kA) 1 220 0,39 6,53 14,9 3AQ1 245 4 40 100 110 0,413 11,587 29,269 3AQ1 123 4 40 100 10,5 4,33 56,705 144,347 8BK40 12 5 63 160 2 220 0,39 7,171 15,884 3AQ1 245 4 40 100 110 0,413 9,128 23,236 3AQ1 123 4 40 100 10,5 4,33 52,602 132,528 8BK40 12 5 63 160 5.2.2. Chọn sơ đồ thiết bị phân phối: Do nhà máy luôn phát công suất lên hệ thống và lượng công suất phát lên hệ thống tương đối lớn nên vai trò của nhà máy đối với hệ thống là quan trọng. Vì vậy mạch phân phối cấp điện áp 220kV cần có độ tin cậy cao. Mặt khác, các thiết bị (máy cắt) ở cấp điện áp 220kV lại đắt tiền nên cần tiết kiệm thiết bị. Vì những lý do đó nên ta chọn sơ đồ hai thanh góp. Đối với thanh góp 110kV, cấp điện cho 6 đường dây, phụ tải trung áp chiếm phần lớn công suất nhà máy và số mạch nối vào thanh góp này tương đối nhiều. Do đó, ta dựng hệ thống hai thanh góp có đường vũng làm sơ đồ thiết bị phân phối cho cấp điện áp 110kV của nhà máy. Sơ đồ thiết bị phân phối cho các phương án như sau: Phương án 1: Phương án 2: 5.3.TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 5.3.1.Các chỉ tiêu đánh giá Khi tính kinh tế của phương án ta chỉ xét đến vốn đầu tư và chi phía vận hành hàng năm. Thực tế cũng cần phải tính đến chi phí nhiên liệu. Chi phí này nói chung là ít khác nhau giữa các phương án nên có thể bỏ qua . Vốn đầu tư: Thực tế chênh lệch vốn đầu tư vào thiết bị giữa các phương án chủ yếu phụ thuộc vào chênh lệc vốn đầu tư của các MBA và các mạch của thiết bị phân phối chủ yếu là MC và DCL. Tuy nhiên số lượng dao cách ly hai phương án khác nhau không nhiều và giá DCL không đáng kể so với MBA và MC Vốn đầu tư của một phương án được tính như sau : V = VB + VTBPP Trong đó: VB - vốn đầu tư MBA, được tính theo công thức : Với: Vb - tiền mua MBA. KB - hệ số tính dến chi phí vân chuyển và xây lắp MBA , phụ thuộc vào công suât định mức và điện áp MBA. VTBPP - vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối được tính theo công thức : Với: VTBPPi – Giá thành mỗi mạch TBPP cấp điện áp i. ni - số mạch cấp điện áp i 2. Chi phí vận hành hàng năm: Chi phí vận hành hàng năm của mỗi phương án được xác định theo công thức sau: P = Pk + Pt + Pp Trong đó: Pk - tiền khấu hao về vốn đầu tư và sửa chữa lớn, được xác định theo công thức : Với a là định mức khấu hao phần trăm, lấy a=8,4%. Pt – Chi phí do tổn thất hàng năm của thiết bị điện, xác định theo công thức : với b - Giá thành trung bình điện năng trong hệ thống điện, lấy b=600VNĐ/kWh. DA - tổn thất hàng năm trong các thiết bị điện, chủ yếu là tổn thất trong MBA. Pp – Chi phí phục vụ thiết bị (sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ, trả lương công nhân.). Chi phí này đáng kể so với chi phí sản xuất, nó cũng ít khác nhau giữa các phương án có thể bỏ qua. 5.3.2. Tính toán cụ thể cho từng phương án 1. Phương án I : a. Vốn đầu tư cho thiết bị: * Vốn đầu tư cho MBA: Phương án I sử dụng các loại MBA với giá thành cho dưới bảng sau: Bảng 4-3 Loại MBA Số lượng (cái) Đơn giá (109VNĐ/cái) KB AÄệTH-160000/220 2 8,3 1,4 TÄệ-80000/110 2 3 1,5 * Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối theo từng cấp điện áp được cho trong bảng sau: Bảng 4-4 Cấp điện áp (KV) Loại máy căt Số lượng (cái) Đơn giá (109VNĐ/cái) Thành tiền (109VNĐ/cái) 220 3AQ1 5 1,3 6,5 110 3AQ1 12 0,8 9,6 10,5 8BK40 2 0,48 0,96 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối : VNĐ Tổng vốn đầu tư cho phương án I : VNĐ b. Tính chi phí vận hành hàng năm - Chi phí do tổn thất điện năng Với DA = 12502,14MWh = 12,05214.103 kWh. Vậy: =7,5.VNĐ - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn: VNĐ Vậy chi phí vận hành hàng năm của phương án I là: VNĐ 2. Phương án 2: a. Vốn đầu tư cho thiết bị: * Vốn đầu tư cho MBA: Phương án II sử dụng các loại MBA với giá thành cho dưới bảng sau: Bảng 4-5 Loại MBA Số lượng (cái) Đơn giá (109VNĐ/cái) KB AÄệTH-160000/220 2 8,3 1,4 TÄệ-80000/220 1 3,6 1,4 TÄệ-80000/110 1 3 1,5 Tổng vốn đầu tư mua MBA ( kể cả chi phí chuyên chở, xây lắp) của phương án II là : VNĐ * Vốn đầu tư cho thiết bị phân phôi Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối theo từng cấp điện áp được cho trong bảng sau: Bảng 4-6 Cấp điện áp (kV) Loại máy cắt Số lượng (cái) Đơn giá (109VNĐ/cái) Thành tiền (109VNĐ/cái) 220 3AQ1 6 1,3 7,8 110 3AQ1 11 0,8 8,8 10,5 8BK40 2 0,48 0,96 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VNĐ Tổng vốn đầu tư cho phương án 1: VNĐ b. Tính chi phí vận hành hàng năm: Chi phớ do tổn thất điện năng: với DA = 8566,48MWh =8566,43.103 kWh. Vậy: VNĐ Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn: VNĐ Vậy chi phớ vận hành hàng năm của phương án II là: VNĐ 5.4.CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU. Từ các kết quả tính toán các chỉ tiêu kinh tế cho 2 phương án, lập được bảng so sánh về mặt kinh tế giữa 2 phương án: Bảng 4-7 Phương án Vốn đầu tư (109VNĐ) Chi phí vận hành hàng năm (109VNĐ) 1 49,3 11,64 2 50,43 9,367 (năm) Như vậy phương án II tỏ ra ưu thế hơn phương án I vậy ta chọn phương án II làm phương án thiết kế cho nhà máy điện được giao. CHƯƠNG VI CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 6.1. CHỌN THANH DẪN – THANH GÓP 6.1.1. Chọn thanh dẫn cứng: Để nối từ đầu cực của các MF lên phía hạ áp của MBA sử dụng hệ thống thanh dẫn cứng bằng đồng. 1. Chọn tiết diện thanh dẫn: Tiết diện của thanh dẫn cứng được chọn theo dòng điện làm việc lâu dài cho phép: = Khc.Icp ³ Icb Trong đó: - dòng điện làm việc lâu dài cho phép của thanh dẫn đó được hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt thanh dẫn Icb - Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch MF: Icb = 4,33kA. Khc - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Giả thiết: nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép của thanh dẫn bằng đồng là qcp = 70°C, nhiệt độ môi trường xung quanh là qo’ = 70°C, nhiệt độ tiêu chuẩn là qo = 25°C ta có hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ: Do vậy: Tra bảng 10.3, phụ lục 10, TL2 chọn thanh dẫn bằng đồng, có tiết diện hình máng, các thanh dẫn của 3 pha được đặt trên cùng 1 mặt phẳng nằm ngang. Các thông số như bảng dưới đây: Bảng 5-1 Kích thước (mm) Tiết diện một cực (mm2) Mômen trở kháng (cm3) Mômen quán tính (cm4) Icp cả 2 thanh (A) h b c r Một thanh Hai thanh Một thanh Hai thanh Wx-x Wy-y Wyo-yo Jx-x Jy-y Jyo-yo 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 Tiết diện hình máng của thanh dẫn cứng: 2. Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: Điều kiện kiểm tra ổn định động là ứng suất vật liệu phải nhỏ hơn ứng suất cho phép: Mỗi thanh dẫn hình máng vuông gồm hai thanh dẫn hình chữ U ghép lại với nhau. Do đó, ứng suất trong thanh dẫn bao gồm hai thành phần: Trong đó: - ứng suất do lực điện động giữa các pha tạo ra. - ứng suất do lực điện động trong hai thanh dẫn cựng pha tác động với nhau sinh ra. Với cấp điện áp 10,5kV lấy khoảng cách giữa các pha là a = 45cm, khoảng cách giữa 2 sứ là L = 120cm. a.Xác định ứng suất do lực tác dụng giữa các pha gây ra: Ở chương IV ta đó tính được dòng ngắn mạch xung kích ở mạch MF là: ixk = 76,459 kA * Lực tác dụng lên một thanh nhịp dẫn: kG * Mômen uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn: kG.cm * Ứng suất tác dụng xuất hiện trong vật liệu thanh dẫn: b. Xác định có cần thiết đặt thêm miếng đệm trung gian hay không: * Lực tác dụng lên một đơn vị dài (cm) của một nhịp thanh dẫn: kG/cm Để đảm bảo ổn định động phải có: So sánh thấy L1 > L = 120cm nên không cần đặt thêm miếng đệm mà thành dẫn đó chọn vẫn đảm bảo ổn định động khi ngắn mạch. c. Kiểm tra có xét đến dao động riêng của thanh dẫn: Tần số riêng của thanh dẫn được xác định theo công thức: Trong đó: E – mômen đàn hồi của vật liệu thanh dẫn, ECu = 1,1.106kG/cm3 Jyo-yo – mômen quán tính đối với trục yo-yo, Jyo-yo = 625cm4. S - tiết diện ngang của thanh dẫn, S = 13,70cm2 g - khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn, gCu = 8,93g/cm3 Vậy: Giá trị này nằm ngoài khoảng tần số cộng hưởng w = (45¸55)Hz và 2w = (90¸110)Hz. Vỡ vậy thanh dẫn đó chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động riêng của thanh dẫn. 6.1.2. Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng: 1. Chọn sứ đỡ: Chọn loại sứ đặt trong nhà với điều kiện: Uđm sứ ³ Uđm lưới = 10,5kV. Tra bảng 9-1, phụ lục 9, TL2 chọn loại sứ OF- 20-2000Y3 có Uđm = 10kV, lức phá hoại nhỏ nhất khi uốn tính : Fph = 2000kG, chiều cao sứ HS = 235mm 2.Kiểm tra ổn định động Độ bền sứ phải đảm bảo: Trong đó: Fcp - lực cho phép tác dụng lên đầu sứ, kG. được tớnh theo cụng thức: Với Ftt là lực điện động tác dụng lên thanh dẫn khi ngắn mạch 3 pha. Như đó tính ở trên: Ftt = F1 = 274,37 kG. Vậy: Vậy sứ đó chọn đảm bảo điều kiện ổn định động. 6.2. CHỌN THANH DẪN MỀM Trong nhà máy điện, sử dụng dây dẫn mềm để nối điện từ MBA lên thanh góp cao, trung áp cũng như để làm thanh góp.Do các thanh góp cũng như khoảng cách từ các MBA lên các hệ thống thanh góp đều khá ngắn nên dây dẫn mềm được chọn theo dòng điện làm việc cho phép qua nó trong tình trạng làm việc cưỡng bức. Các dây dẫn, thanh dẫn ở cùng cấp điện áp thường được chọn cùng loại. hay Trong đó: Icb – Dòng làm việc cưỡng bức tính toán ở cấp điện áp đang xét. Icp – Dòng làm việc cho phép của dây dẫn sẽ chọn. Khc - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt dây dẫn. 6.2.1. Chọn thanh dẫn cho mạch 220kV: 1. Chọn tiết diện thanh dẫn: Dòng làm việc cưỡng bức lớn nhất của cấp 220kV: Icb = 0,39kA. Nên: Tra bảng 10-12, phụ lục 10, TL2 chọn dây nhôm lõi thép AC-150/19 có Icp=445A, đường kính dây d =16,8mm. Chọn khoảng cách giữa các pha: a = 5m. 2. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch: Tiết diện nhỏ nhất của thanh dẫn phải đảm bảo ổn định nhiệt của cấp điện áp 220kV: Trong đó: F - tiết diện của dây dẫn được chọn. (mm2) C - hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, với dây dẫn AC có : C = 88 () BN – xung lượng nhiệt khi ngắn mạch (A2.s) BN = BNCK +BNKCK Với: BNCK – thành phần xung lượng nhiệt chu kỳ của dòng ngắn mạch. BNKCK – thành phần xung lượng nhiệt không chu kỳ của dũng ngắn mạch. * Để xác định xung lượng nhiệt của thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch, sử dụng phương pháp giải tích đồ thị. Khi đó có thể coi gần đúng: với Với t là thời gian tồn tại dòng ngắn mạch. Trong tính toán gần đúng có thể lấy t = 1s. Từ kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch ở chương IV, xác định được giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ tại các thời điểm N1 (cấp điện áp 220kV) như trong bảng sau: Bảng 5-2 t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1 XttHTđm 1,848 0,543 0,53 0,5 0,51 0,53 IHT (kA) 3,659 3,631 3,426 3,494 3,631 XttNMđm 3 0,335 0,32 0,317 0,33 0,34 INM (kA) 2,522 2,409 2,387 2,484 2,56 IN1 (kA) 6,18 6,04 5,81 5,97 5,192 Từ bảng trên tính được: Xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ: =49,533 * Xác định xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch: Trong đó: Ta - hằng số thời gian tương đương của lưới, với lưới điện có U³1000V có thể lấy Ta = 0,05s. Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1 là: Do đó: Vậy dây dẫn phía 220kV đó chọn đảm bảo ổn định nhiệt. 3. Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang: Điều kiện phát sinh vầng quang phụ thuộc vào sự sắp xếp hình học của các pha trong không gian. Xét hai trường hợp: * Nếu 3 pha đặt trên đỉnh của một tam giác đều: Điều kiện kiểm tra: Uvq = 84.m.r.lg> Ulưới = 242kV Trong đó: m - hệ số có xét tới độ xự xỡ của bề mặt dây dẫn, chọn m = 0,85. r – bán kính dây dẫn, . a – khoảng cách giữa các pha, a = 5m = 500cm. Do đó: Uvq = 84.0,85.0,675.=138,3kV<Ulưới = 242kV Như vậy, dây dẫn đó chọn không thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Chọn lại dây dẫn: chọn dây nhôm lõi thép ACO-300/24 có Icp=690A, đường kính dây d =29,2mm. Uvq = 84.0,85.1,46.=264,2kV>Ulưới = 242kV * Nếu 3 pha đặt cách đều nhau trong mặt phẳng nằm ngang. Khi đó điện áp tới hạn phát sinh vầng quang của 2 pha ngoài tăng 6%, pha giữa giảm 4% nên chỉ cần kiểm tra pha giữa: Uvq(pha giữa) = 0,96.84.m.r.lg=0,96.264,2=253,63kV>Ulưới = 242kV Vậy dây chọn lại thỏa mãn điều kiện vầng quang. 6.2.2. Chọn thanh dẫn cho mạch 110kV: 1. Chọn tiết diện thanh dẫn: Dòng làm việc cưỡng bức lớn nhất của cấp 110kV: Icb = 0,4131kA. Nên: Tra bảng 10-12, phụ lục 10, TL2 chọn dây nhôm lõi thép AC-185/29 cú Icp=510A, đường kính dây d =18,8mm. Chọn khoảng cách giữa các pha: a = 3m. 2. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch: Tiết diện nhỏ nhất của thanh dẫn phải đảm bảo ổn định nhiệt của cấp điện áp 110kV: BN = BNCK +BNKCK Từ kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch ở chương IV, xác định được giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ tại các thời điểm N2 (cấp điện áp 110kV) như trong bảng sau: Bảng 5-3 t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1 XttHTđm 2,667 0,384 0,381 0,38 0,383 0,4 IHT (kA) 5,398 5,355 5,342 5,384 5,623 XttNMđm 0,2433 4,08 3,3 2,93 2,6 2,4 INM (kA) 6,145 4,97 4,413 3,916 3,615 IN1 (kA) 11,543 10,325 9,755 9,3 9,238 Từ bảng trên tính được: Xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ: * Xác định xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch: Trong đó: Ta - hằng số thời gian tương đương của lưới, với lưới điện có U³1000V có thể lấy Ta = 0,05s. Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1 là: Do đó: Vậy dây dẫn phía 110kV đó chọn đảm bảo ổn định nhiệt. 3. Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang: Do Uvq nhỏ nhất ở pha giữa khi đặt 3 pha trên cùng một mặt phẳng nờn chỉ cần kiểm tra đối với trường hợp này là đủ: Uvq(pha giữa) = 0,96.84.m.r.lg =0,96.84.0,85.=161,3kV>Ulưới = 121kV Vậy dây đó chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang. 6.3.CHỌN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU) VÀ MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI) 6.3.1. Chọn máy biến điện áp BU: 1.Cấp điện áp 220kV: Để kiểm tra cách điện, cung cấp tín hiệu cho bảo vệ rơle, tự động hóa, chọn 3 biến điện áp 1 pha nối dây theo sơ đồ Yo/Yo/∆ Tra bảng 6.1, phụ lục 6, TL2, chọn loại HKF - 220 – 58 có các thông số kỹ thuật chính như sau: Điện áp sơ cấp định mức: USđm= 220000/V Điện áp thứ cấp chính: UT1đm = 100/V Điện áp thứ cấp phụ: UT2đm = 100V. Cấp chính xác: 0,5. Công suất định mức ứng với cấp chính xác: S = 400VA. 2.Cấp điện áp 110kV: Tra bảng 6.1, phụ lục 6, TL2, chọn 3 máy biến điện áp 1 pha loại HKF - 110 – 58 có các thông số kỹ thuật chính như sau: Điện áp sơ cấp định mức: USđm= 110000/V Điện áp thứ cấp chính: UT1đm = 100/V Điện áp thứ cấp phụ: UT2đm = 100V. Cấp chính xác: 0,5. Công suất định mức ứng với cấp chính xác: S = 400VA. 3. Cấp điện áp MF: Chọn biến điện áp loại HOM-10-66T có các thông số kỹ thuật như sau: Điện áp sơ cấp định mức: USđm= 11000V Điện áp thứ cấp chính: UTđm = 100V Cấp chính xác: 0,5. Công suất định mức ứng với cấp chính xác: S = 75VA. * Phụ tải của biến điện áp: Dụng cụ phía thứ cấp là công tơ nên ta dùng 2 BU một pha nối dây theo kiểu V/V Bảng 5-4 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải điện áp AB Phụ tải điện áp BC P(W) Q(Var) P(W) Q(VAr) Volt kế B- 2 7,2 - - - Oát kế 341 1,8 - 1,8 - Oát kế phản kháng 342/1 1,8 - 1,8 - Oát kế tự ghi Ä- 33 8,3 - 8,3 - Tần số kế Ä- 340 - - 6,5 - Công tơ H- 670 0,66 1,62 0,66 1,62 Công tơ phản kháng WT- 672 0,66 1,62 0,66 1,62 Tổng 20,4 3,24 19,72 3,24 Đối với biến điện áp AB Đối với biến điện áp BC * Chọn dây dẫn từ các BU đến các đồng hồ đo Tiết diện dây dẫn chọn sao cho tổn thất điện áp trên dây dẫn không được lớn hơn 0,5% điện áp định mức thứ cấp. Theo điều kiện độ bền cơ học, tiết diện dây nhỏ nhất đối với dân dẫn đồng là 1,5 mm2 và dây nhôm là 2,5 mm2. Xác định dòng điện trong các dây dẫn a, b, c: Để đơn giản ta coi Ia=Ic= 0,2A và cosjab=cosjbc= 1 nên Điện áp giáng trong dây a và b là: Giả sử khoảng cách từ BU đến các đồng hồ là 50m, để đơn giản ta bỏ qua các góc lệch giữa . Vì ở đây có công tơ nên DU £ 0,5%. Vậy tiết diện dây dẫn là: Để đảm bảo độ bền cơ chọn dây đồng có tiết diện, S = 1,5mm2 6.3.2. Chọn máy biến dòng điện 1. Cấp điện áp 220kV: *Chọn máy biến dòng loại TFH-220-3T có các thông số như sau: Điện áp định mức: 220V Dòng điện sơ cấp định mức: IđmS = 1000A> Dòng điện thứ cấp định mức: IđmT = 5A. Cấp chính xác: 0,5. Phụ tải định mức ứng với cấp chính xác: 1,2W Bội số ổn định động: kđ = 75. 2. Cấp điện áp 110kV: *Chọn máy biến dòng loại TFH-110M có các thông số như sau: Điện áp định mức: 110V Dòng điện sơ cấp định mức: IđmS = 1000A> Dòng điện thứ cấp định mức: IđmT = 5A. Cấp chính xác: 0,5. Phụ tải định mức ứng với cấp chính xác: 0,8W Bội số ổn định động: kđ = 75. 3. Cấp điện ỏp MF: Biến dòng điện đặt trên cả 3 pha như hình vẽ, mắc hình sao Chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn Tẽỉ-10 có: UđmBI= 10kV, IđmS = 5000A Cấp chính xác, = 0,5 (do có công tơ), với cấp chính xác này, BI có: Zđm= 1,2W Công suất tiêu thụ của các cuộn dây dòng của các đồng hồ đo lường cho trong bảng sau: Bảng 5-5 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải:VA Pha A Pha B Pha C Ampe kế í- 302 1 1 1 Oát kế tác dụng Ä- 341 5 0 5 Oát kế phản kháng Ä- 342/1 5 0 5 Oát kế tự ghi Ä- 33 10 0 10 Công tơ tác dụng Ä- 670 2,5 0 2,5 Công tơ phản kháng ẩT- 672 2,5 5 2,5 Tổng 26 6 26 Từ bảng ta thấy: Pha A và pha C mang tải nhiều nhất, S = 26VA. Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha A (hay phaC) là: Ta chọn dây dẫn bằng đồng và giả sử khoảng cách từ biến dòng đến các đồng hồ đo là 30m. Trong trường hợp có biến dòng cả 3 pha : ltt= l= 30m Vậy tiết diện của dây dẫn là: Vậy ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện S = 4mm2 Biến dòng điện kiểu này không cần kiểm tra điều kiện ổn định động vì nó quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát Biến dòng đã chọn cũng không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì nó có dòng sơ cấp định mức trên 1000A Sơ đồ nối dây các thiết bị đo vào BU, BI: 6.4. CHỌN CÁP VÀ KHÁNG ĐIỆN ĐƯỜNG DÂY CHO PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG 6.4.1. Chọn cáp Phụ tải địa phương được trích điện từ đầu cực 2 MF1 và MF2, được cấp điện bằng các đường dây cáp chôn ngầm trong đất. Hệ thống cáp cấp điện cho phụ tải địa phương gồm có hai đoạn: - Đoạn 1 (cáp 1): từ nhà máy sau kháng đường dây đến trạm địa phương, có máy cắt đầu đường dây là MC1. - Đoạn 2 (cáp 2): từ trạm địa phương đến hộ tiêu thụ mà đầu đường dây là MC2. Đề tài đó cho cáp 2 có tiết diện S = 50mm2 1.Chọn cáp 1: * Cáp đơn: Tiết diện của cáp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế: Jkt Tính thời gian sử dụng công suất cực đại từ đồ thị phụ tải địa phương: Chọn loại cáp nhôm với thời gian sử dụng công suất cực đại >5000h, ta có Jkt = 1,2. Vậy: Tra bảng 10.6, phụ lục 10, TL2 chọn cáp nhôm 3 lõi, cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì có các thông số: F = 95mm2, Uđm = 10KV, Icp = 205A. * Cáp kộp: Tra bảng 10.6, phụ lục 10, TL2 chọn cáp nhôm 3 lõi, cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì có các thông số: F = 120mm2, Uđm = 10KV, Icp = 240A. 2. Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng: *Cáp đơn: Đối với cáp đơn, không có tình trạng làm việc cưỡng bức nên chỉ kiểm tra theo điều kiện phát nòng bình thường. Điều kiện kiểm tra: Trong đó: k1, k2 - hệ số hiệu chỉnh theo môi trường đặt cáp và số cáp đặt song song với nhau. Nhiệt độ cho phép của ruột cáp nhôm là 60°C, nhiệt độ của môi trường đặt cáp là 25°C, do đó: Lấy k2 = 0,92. Từ đó có: k1.k2.Icp = 0,882.0,92.205 = 166,35 A ³ Ibt =85,92 A Vậy cáp đơn đó chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lúc làm việc bình thường. *Cáp hộp: Điều kiện kiểm tra: Trong đó: kqt - hệ số quá tải, lấy kqt =1,3 Từ đó có: kqt.k1.k2.Icp = 1,3.0,882.0,92.240 = 253,17 A £ 2Ibt =137,46.2= 274,92A Như vậy cáp đó chọn không thỏa mãn điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức, ta phải chọn loại có tiết diện lớn hơn: F = 150mm2, Uđm = 10KV, Icp = 275A. Kiểm tra lại: kqt.k1.k2.Icp = 1,3.0,882.0,92.275 = 290,1 A ³ 2Ibt =137,46.2= 274,9A Vậy cáp đó chọn lại thỏa mãn điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức. 6.4.2.Chọn kháng điện đường dây Ta có phụ tải địa phương gồm: 2 đường dây kép ´ 3MW cáp nhôm 150mm2 2đường dây đơn´ 2MW cáp nhôm 95mm2 Tại địa phương dùng máy cắt hợp bộ với Icắt= 20kA và thời gian cắt là 0,6sec với tiết diện dây nhỏ nhất là: 50mm2 Ta có sơ đồ phân bố tải cho các kháng như sau: Kháng điện được chọn xuất phát từ điều kiện hạn chế dòng ngắn mạch để có thể dùng các khí cụ đóng cắt hạng nhẹ và cáp có tiết diện nhỏ. Đối với kháng điện đường dây, điện kháng được tiến hành chọn như sau: UđmK ³ UđmHT =10,5kV Xác định dòng cưỡng bức qua kháng Công suất qua kháng ở các chế độ như sau: Bảng 5-6 Chế độ Kháng 1 (MW) Kháng 2 (MVA) Bình thường 8,5 8,5 Sự cố K1 0 17 Sự cố K2 17 0 Dòng cưỡng bức được chọn theo kháng có phụ tải lớn nhất: Chọn kháng điện đơn PbA-10- 1500-6 có IđmK= 1500A Xác định xK% Khi lập sơ đồ thay thế để tính toán ngắn mạch trong chương trước ta đã chọn: Scb= 100MVA, Ucb= 10,5kV và ngắn mạch tại điểm N4 có Ta có sơ đồ như sau: - Điện kháng phía hệ thống: - Điện kháng của cáp 1: Với xo là điện kháng đơn vị của cáp 1,xo= 0,078W/km - Dòng ổn định nhiệt của cáp 1: Trong đó: là thời gian cắt của máy cắt 1: là thời gian cắt của máy cắt 2, = 0,6sec Dt: là thời gian tác động của bảo vệ rơle, lấy Dt = 0,3sec C là hệ số, với dây nhôm C = 85A2/s - Dòng ổn định nhiệt của cáp 2: - Việc chọn XK% xuất phát từ điều kiện dòng cắt của máy cắt và ổn định nhiệt cho cáp. + Đối với MC1: Để máy cắt 1 làm việc được và cáp 1 ổn định nhiệt, dòng ngắn mạch tại điểm N5 phải thỏa mãn điều kiện: Vậy: Quy về dạng phần trăm: Như vậy ta phải chọn kháng kép. Sơ đồ phân bố công suất cho kháng kép như hình vẽ: Công suất qua các kháng ở các chế độ như sau: Bảng 5-7 Chế độ Kháng 1 (MW) Kháng 2 (MVA) Nhánh 1 Nhánh 2 Nhánh 1 Nhánh 2 Bình thường 5,25 3,25 5,25 3,25 Sự cố K1 0 0 10,5 6,5 Dòng điện làm việc cưỡng bức của một nhánh: Chọn kháng điện kép PbAC-10-2x1000-6 có dòng định mức của một nhánh: Iđmnhánh= 1000A Xác định xK% Giá trị điện kháng tương đối cơ bản của một nhánh: Quy về dạng phần trăm: Chọn kháng có XK% = 14% ta tính được điện kháng của nhánh: + Để máy cắt 2 làm việc được và cáp 2 ổn định nhiệt thì: Có: 6.4.3 Chọn máy cắt 1: Các máy cắt được chọn cùng loại, với điều kiện là dòng cưỡng bức qua máy cắt được tính toán cho đường dây kép khi 1 đường dây bị sự cố: Tra bảng 3.1, phụ lục 3, TL2 chọn máy cắt BMẽ -10- 630- 20 có dòng làm việc định mức Iđm=630A, Icắtđm=20kA 6.5. Chọn dao cách ly Để thuận tiện cho lắp đặt, vận hành, sửa chữa, ta chọn một loại dao cách ly cho các mạch cùng điên áp. Các dao cách ly được chọn theo các điều kiên sau: - Điện áp : Uđm.CL ³ Uđm.mạng - Dòng điện: Iđm.CL ³ Ilvcb - ổn định nhiệt: - ổn định động: ilđđ ³ ixk Kết quả chọn dao cách ly ở bảng 5-8 Bảng 5-8 Cấp điện áp (kV) Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số dao cách ly Icb (kA) I” (kA) ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (kA) ilđđ (kA) 220 0,263 6,027 19,8 PậHÄ-220Õ/600 220 0,6 60 110 0,413 11,543 29,384 PậHÄ-110/600 110 0,6 80 10,5 4,33 30,593 77,877 PBK-20/12500 10 5 200 CHƯƠNG VII TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG 7.1.CHỌN SƠ ĐỒ TỰ DÙNG Đối với nhà máy nhiệt điện với mọi công suất, sơ đồ cung cấp điện tự dùng luôn tồn tại hai cấp điện áp: 6,3kV và 0,4kV. * Cấp điện áp 6,3kV: - Dùng để cấp điện cho các động cơ có công suất từ 200kW trở lên. - Chia thành 4 phân đoạn theo từng tổ MF, mỗi phân đoạn được cấp điện bằng 1 MBA riêng: B3, B4, B5, B6 lấy điện từ ngay đầu cực MF. - MBA dự phòng lạnh B7 được lấy điện từ phía hạ MBA liên lạc của nhà máy, phía trên máy cắt. * Cấp điện áp 0,4kV: - Dùng để cung cấp điện cho các động cơ có công suất dưới 200kW và cho chiếu sáng. - Công suất điện cấp này chiếm khoảng 10% đến 15% công suất tự dùng toàn nhà máy: - MBA cấp này được lấy điện trực tiếp từ thanh cỏi tự dựng 6,3kV (B8, B9, B10, B11), cụng suất thường chọn là 1000kVA. Vậy số phõn đoạn cấp 0,4kV sẽ là: Như vậy số phân đoạn cấp 0,4kV là 4. - MBA dự phòng lạnh B12 có cùng công suất với MBA tự dùng 0,4kV (1000kVA), được lấy điện từ thanh góp 6,3kV. - Máy cắt phía trên MBA dự phòng làm việc bình thường thường mở. - Phía 0,4kV phải là trung tính nối đất trực tiếp đảm bảo an toàn và có dây trung tính để lấy điện áp pha. 7.2. CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN TỰ DÙNG 7.2.1.Chọn MBA: 1. Cấp điện áp 6,3kV: MVA Tra bảng 2.3, phụ lục 2, TL2 chọn MBA loại TM có công suất Sđm = 6,3MVA, các thông số kỹ thuật cho trong bảng 6-1 Trong quá trình khởi động và dừng máy phát thì máy biến áp làm việc được thay thế bằng máy biến áp dự trữ. Do đó máy biến áp dữ trữ bậc một (B7) được chọn lớn hơn một cấp so với công suất của máy biến áp công tác, ta chọn loại TÄHC-10000 có công suất định mức Sđm = 10 MVA, các thông số như bảng 6-1 Bảng 6 - 1 Loại Sđm (MVA) UCđm (kV) UHđm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% TM 6,3 10 6,3 7,65 46,5 6,5 0,8 TÄHC 10 10,5 6,3 12,3 85 14 0,8 2. Cấp điện áp 0,4kV: Máy biến áp tự dùng cấp này được chọn theo điều kiện: MVA Tra bảng 1.19, TL4 chọn máy biến áp do Công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo có công suất định mức Sđm = 1000 kVA, có các thông số như bảng 6-2 Bảng 6-2 Sđm (kVA) UCđm (kV) UHđm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% 1000 6,3 0,4 1,55 9 5 1,3 Máy biến áp dự trữ cho cấp điện áp 0,4 kV được chọn giống máy biến áp làm việc ở cấp tự dùng này. 7.2.2. Chọn máy cắt và dao cách ly: 1. Chọn máy cắt tự dựng cấp điện áp MF: Máy cắt và dao cách ly cấp điện áp MF được chọn theo dòng điện ngắn mạch tại N4: Dòng làm việc cưỡng bức của mạch: Tra phụ lục 3, TL3 chọn loại máy cắt có các thông số ở bảng 6-3 Bảng 6-3 Cấp điện áp (kV) Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số máy cắt Icb (A) I” (kA) ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (kA) Icắt đm (kA) ilđđ (kA) 10 550 59,048 150,312 MÃ-10 10 5 105 175 Ta chọn loại dao cách ly có các thông số ở bảng 6-4 Bảng 6- 4 Cấp điện áp (kV) Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số dao cách ly Icb (A) I” (kA) ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (kA) ilđđ (kA) 10 550 59,048 150,312 PBK-10 10 3 200 2.Chọn máy cắt cho mạch tự dùng 6,3kV: Ở mạch tự dùng 6,3 kV, ta trang bị các máy cắt hợp bộ. Để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng 6,3 kV ta phải tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N7 sau các máy biến áp tự dùng bậc một. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch đó là hệ thống và toàn bộ các máy phát của nhà máy. Ta tính điện kháng tương đối của máy biến áp tự dùng bậc một: Sơ đồ thay thế tính toán: Nhập nhánh E1 với nhánh E2,3,4: Biến đổi sao sang sơ đồ tam giác thiếu: Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: - Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống trong hệ đơn vị có tên được tính theo công thức: - Điện kháng tính toán của nhánh NM quy đổi về hệ đơn vị tương đối định mức: - Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy trong hệ đơn vị có tên được tính theo công thức: - Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N7: - Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N7: Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch hạ áp của máy biến áp tự dùng bậc một: Từ các kết quả tính toán trên, ta chọn được máy cắt hợp bộ ở mạch hạ áp của các máy biến áp tự dùng bậc một có các thông số như bảng 6-5 Bảng 6-5 Cấp điện áp (kV) Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số máy cắt Icb (kA) I” (kA) ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (kA) Icắtđm (kA) ilđđ (kA) 6,3 0,916 8,145 20,734 8BJ50 7,2 2,5 40 100 7.3.2. Chọn aptomat cho mạch tự dựng Aptomat được chọn theo các điều kiện: UđmA ³ Uđmlưới = 0,4kV. IđmA ³ Ilvmax IcđmA ³ Chọn aptomat theo dòng định mức của biến áp IđmA = IđmB= Tra bảng 3.8 TL4 chọn áptômát của hãng MelinGerin chế tạo loại M25 có các thông số sau: Bảng 6-6 Loại Uđm (V) Iđm (A) Số cực IcắtN(kA) M16 690 1600 3 - 4 40 Để kiểm tra điều kiện dòng cắt định mức của áptômát ta tính ngắn mạch tại thanh cái 0,4 kV ở điểm N8, lúc này có thể coi MBA tự dùng cấp II là nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch. Ta có sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch: Tổng trở của máy biến áp tự dùng: Trị số dòng ngắn mạch tại N8: Mà IcđmA = 40 kA nên điều kiện cắt thoả mãn. Do đó aptomat đã chọn là phù hợp.