Đồ án Thiết kế nhà máy điện có tổng công suất đặt là 400 MW gồm có 4 máy phát điện ngưng hơi kiểu TB-100-2 cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp 10,5 kV , 110 kV và nối với hệ thống ở cấp điện áp 220 kV

năng hăng năm của máy biến áp T4. Tương tự như tính DAT3, T4 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại TДЦ -125-242/10,5 có: DP0 = 115 kW, DPN = 380 kW, Si = 101,5 MVA = hằng số . Suy ra : DAT4 = 115. 8760 + 380 . = 3491,4 MWh. 3.Tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp tự ngẫu. Để tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu ta coi máy biến áp tự ngẫu như máy biến áp ba cuộn dây. Khi đó cuộn nối tiếp, cuộn chung và cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu tương ứng với cuộn cao, cuộn trung và cuộn hạ của máy biến áp ba dây cuốn. Tổn thất công suất trong các cuộn được tính như sau: Máy biến áp tự ngẫu loại : TДЦTHA-250 có DP0=105 kW và DPNC-T =520 kW , DPNC-H = 260 MW, DPNT-H = 260 MW Từ đó ta tính được : MW MW MW Từ các kết quả bảng 3-4 và công thức tính ở trên ta có công thức tính tổn thất điện năng của máy biến áp tự ngẫu như sau : DAT1=DAT2= ở đây: SiC , SiT , SiH là phụ tải phía cao áp , trung áp và hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm ti ghi trong bảng 3-4 đã tính ở trên . t = 365 ngày và T = 8760 h. DPN , DPo , STđm : là của một máy biến áp tự ngẫu. Viết gọn lại: SiC.ti = 59,42.6 + 61,12.6 + 69,82.6 + 35,82 .6 =80562,849 MVA2.h. SiT.ti = 19,82.6 + 38,52.6 + 29,42.6 + 19,82.6 = 18784,14 MVA2.h. SiH.ti =79,42.6+99,62.6 +99,22.6+55,62.6 = 174939,12 MVA2.h. Do đó: DAT1 = DAT2 = 2.0,12.8760+[0,26.80562,84+0,26.18784,4+0,78.174939,12] = 2105,7 MWh. Như vậy tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án I là: DAS = DAT1+DAT2+DAT3+DAT4 = = 2.2015,7 + 3490,7 + 3491,4 = 11193,5 MWh. * Tính % tổn thất điện năng: Với AS :là tổng điện năng qua các máy biến áp cho phụ tải chính là lượng điện năng tiêu thụ ở trung áp và cao áp . Dựa vào đồ thị phụ tải đã tính ở bảng 1-6 ta tính AS như sau : = 365[( 116,93.4 +38,18.2+37,1.2+132,3.2 +174,09. 2 + 269,29. 2 +225,36.4+297,15.2+154,35.4).0,8+(146,25.4+225.2+225.2+225.2 + 180. 2 + 180. 2 + 225. 4 +157,5.2+ 157,5. 4).0,8] = 2447770,3 MWh. Vậy: II-Phương án II (hình 2-2). Tổn thất điện năng hàng năm của các máy biến áp T3 và T4. Theo công thức như ở phương án I : DAT3 = DAT4= Máy biến áp T3 và T4 đã chọn là máy biến áp kiểu TДЦ-125-121/10,5 có thông số như ở bảng 3-2 do đó tổn thất điện năng của máy biến áp T3 và T4 ở phương án này bằng nhau và đúng bằng tổn thất trong máy biến áp T3 ở phương án I trên: DAT3 = DAT4 = 3490,7 MWh Tính tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp tự ngẫu T1 và T2. Tương tự ta phương án I, ta có: DAT1= DAT2= Viết gọn lại: S2iC.ti = 114,82.6 + 116,32.6 + 125,052.6 + 91,052.6 = 303794,01 MVA2h S2iT.ti = (- 26,5)2.6 + (- 7,75)2.6 + (- 17,1)2.6 + (- 26,5)2.6 = 10541,84 MVA2h S2iH.ti =88,32.6 + 108,552.6 + 107,952.6 + 64,552.6 = 212399,4 MVA2h. Suy ra: DAT1 = DAT2 = 2.0,12.8760+[0,26.303794,01+0,26.10541,84+0,78.212399,4] =2824,8 MWh. Từ các kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở trên ta có tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở phương án II là : DAS = DAT1 + DAT2 + DAT3 + DAT4 =2DAT1 + 2DAT3 = =2.2824,8 + 2.3490,7 = 12631 MWh. * Tính % tổn thất điện năng : Như ở phương án I ta đã tính được AS = 2447770,3 MWh. Vậy DAS % của phương án II là: Bảng so sánh tổn thất điện năng giữa hai phương án: Bảng 3-6: Tổn thất điện năng DAS(MWh) DAS% Phương án I 11193,5 0,51 Phương án II 12631 0,52 Chương IV TíNH TOáN DòNG ĐIệN NGắN MạCH Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn, thanh dẫn của nhà máy điện theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch tính toán là dòng điện ngắn mạch ba pha. Để tính toán dòng điện ngắn mạch ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình của mạng. Chọn các lượng cơ bản: Công suất cơ bản: Scb =100 MVA; Các điện áp cơ bản: Ucb1 = 230kV; Ucb2 =115kV; Ucb3 =10,5kV 4-1. Tính các điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. Điện kháng của hệ thống điện . Nhiệm vụ thiết kế đã cho điện kháng tương đối định mức của hệ thống thứ tự thuận của hệ thống là XHT1 = 0,5 và công suất định mức của hệ thống SHTđm =3000MVA. Do đó điện kháng của hệ thống qui đổi về lượng cơ bản là: XHT = XHT1. Điện kháng của nhà máy phát điện. Các máy phát điện đã cho là loại TBF-100-2 cực ẩn và có điện kháng siêu quá độ dọc trục là Xd’’ =0,183. Do đó điện kháng qui đổi về lượng cơ bản là : XG = X’’d. Điện kháng của đường dây 220kV. Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy được nối với hệ thống qua hai lộ đường dây có chiều dài 150km. Để đơn giản khi tính toán tính ngắn mạch ta bỏ qua điện dung của đường dây (trong tính toán chính xác phải kể đến), bỏ qua điện trở và giả thiết đường đây không có bù nối tiếp. Như vậy trên sơ đồ thay thế đường đây 220kV với thông số tập trung chỉ còn điện kháng. Trị số điện kháng này qui đổi về lượng cơ bản là: XD = X0 .l. Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây. Loại ΤДЦ - 125-242/10,5 : Đã cho UN% = 11, STđm = 125MVA XB4 = Loại ΤДЦ - 125-121/10,5 : Đã cho UN% = 10,5, STđm = 125MVA XB3 = Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu. Nhà chế tạo đã cho điện áp ngắn mặch giữa các phía điện áp của máy biến áp tự ngẫu. Từ đó ta có: UNC% = 0,5.( UNC-T + UNC-H - UNT-H ) = 0,5.( 11 + 32 - 20 ) = 11,5 UNT% = 0,5.( UNC-T + UNC-H - UNT-H ) = 0,5.( 11 + 20 - 32 ) = -0,5 ằ 0 UNH% = 0,5.( - UNC-T + UNC-H + UNT-H ) = 0,5.( -11 + 32 + 20 ) = 20,5 Từ đây tính được điện kháng qui đổi của máy biến áp tự ngẫu về lượng cơ bản: XC = = = 0,046 XT = 0 XH == = 0,082 4-2. Tính toán dòng điện ngắn mạch. Hệ thống đã cho có công suất tương đối lớn, do đó các tính toán ngắn mạch coi hệ thống như một nguồn đẳng trị. Hơn nữa trong tính toán, biến đổi sơ đồ không nhập hệ thống với các máy phát điện . I. Phương án I Sơ đồ nối điện (Hình 4-1). g1 t1 t2 g4 g3 t4 n1 n2 ht n3' n3 g2 n4 t3 Hình 4-1 Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy 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 ). Công suất cơ bản là: Scb = 100 MVA. Để chọn khí cụ điện cho mạch 220kV,ta chọn diểm ngắn mạch N1 với nguồn cung cấp là toàn bộ hệ thống và các máy phát điện. Đối với mạch 110kV,điểm ngắn mạch tính toán là N2 với nguồn cung cấp gồm toàn bộ các máy phát và hệ thống.Tuy nhiên với mạch máy phát điện cần tính toán hai điểm ngắn mạch là N3 và N’3. Điểm ngắn mạch N3 có nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát(trừ máy phát G1) và hệ thống . Điểm ngắn mạch N’3 có nguồn cung cấp chỉ có máy phát G1. So sánh trị số của dòng điện ngắn mạch tại hai điểm này và chọn khí cụ điện theo dòng điện có trị số lớn hơn. Để chọn thiết bị cho mach tự dùng ta có điểm ngắn mạch tính toán N4. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 gồm toàn bộ các máy phát và hệ thống điện. Dòng ngắn mạch tại N4 có thể xác định theo dòng ngắnmạch tại N3 và N’3 Sơ đồ thay thế (Hình 4-2) . XHT XD XB4 XG XG XG XH XC XC XH XB3 XG N2 N1 HT G4 G1 G2 G3 Hình 4-2 N3’ N3 N4 Tính toán ngắn mạch. Điểm ngắn mạch N1 Từ sơ đồ thay thế hình 4-2 ta có sơ đồ tính toán điểm nhắn mạch N1 như hình 4-3 Đặt các điện kháng như sau: X1 = XHT + XD = 0,057 + 0,057 = 0,114 X2 = X5 = XC = 0,046 X3 = X6 = XH = 0,082 X4 = X7 = X9 = X11= XG = 0,156 X8 = XB3 = 0,084 X10= XB4 = 0,088 X1 X10 X11 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 N1 HT G3 G2 G1 G4 Hình 4-3 Dùng các biến đổi nối tiếp và song song ta được sơ đồ hình 4-4 như sau : HT G4 G1,2 G3 X1 X12 X13 X14 X15 N1 Hình 4-4 Trong đó : X12 = X10 + X11 = 0,088 + 0,156 = 0,244 X13 = X14 = X15 = X8 + X9 = 0,084 + 0,156 = 0,24 Ghép song song G1,G2 với G3 rồi nối tiếp với X13 ta có sơ đồ như hình 4-5: X16 = Ht X1 X16 X12 N1 G4 G123 Hình 4-5 Hình 4-6 G1234 N1 Ht X1 X17 Tiếp tục ghép G1, G2, G3 với G4 ta có sơ đồ chỉ có hai nguồn cung cấp như hình 4-6 X17 = Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là : Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : I*" = I*Ơ = Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I" = IƠ = KA Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N1 là : Với ồSGđm = 4SGđm = 4.117,5 = 470 MVA Tra đường cong tính toán ta được : I”* = 3,7 ; I*Ơ = 3,0 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có I" = KA IƠ = KA Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N1 là : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ: IN1" = 2,2 + 4,365 = 6,565 KA - Dòng ngắn mạch duy trì: IƠN1 = 2,2 + 3,539 = 5,739 KA - Dòng điện xung kích : ixkN1 = .kxk.I"N1 = .1,8.6,565= 16,72 KA .(lấy kxk = 1,8 ) Điểm ngắn mạch N2. Để tính toán điểm ngắn mạch tại N2 ta có thể lợi dụng kết quả tính toán, biến đổi sơ đồ ở một số bước của phương án I. Từ sơ đồ hình 4-4 ta có hình 4-7: HT HT X1 X1 X13 X16 X12 X12 X13 X14 X15 N2 N2 G4 G12 G4 G123 G3 Hình 4-7 Hình 4-8 Ghép song song nguồn G1,G2 với G3 được sơ đồ hình 4-8: X16 = Biến đổi sơ đồ sao X1 , X12 , X13 về sơ đồ tam giác X17 , X18 trong đó điện kháng cân bằng nối hệ thống với nguồn G4 bỏ qua (Hình 4-9): X17 = X1 + X13 + = 0,114 + 0,023 + = = 0,148 X18 = X12 + X13 + = 0,244 + 0,023 + = = 0,316 Ghép song song nguồn G1, G2, G3 với nguồn G4 được sơ đồ tối giản chỉ có hai nguồn cung cấp (Hình 4-10) : NM HT HT G123 G4 N2 N2 X17 X16 X17 X19 X18 Hình 4-9 Hình 4-10 Ta lại biến đổi từ sơ đồ hình 4-9 thành sơ đồ hình 4-10 ta có : X19 = Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là : Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : I*" = I*Ơ = Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I" = IƠ = KA Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N2 là : Tra đường cong tính toán ta được : I”* = 3, 4 ; I*Ơ = 2,27 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có I" = KA IƠ = KA Trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ : IN2" = 3,39 + 8,02 = 11,41 KA - Dòng ngắn mạch duy trì: IƠN2 = 3,39 + 5,35 =8,74 KA - Dòng điện xung kích : ixkN2 = .kxk.IN2" = .1,8.11,41 = 29,05 KA Điểm ngắn mạch N3 Từ sơ đồ hình 4-2 , ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N3 như hình 4-11 HT X1 X10 X11 X2 X3 X4 X5 X6 X8 X9 N3 Hình 4-11 G4 G1 G3 Lúc này nhà máy chỉ có 3 máy phát nên ồSGđm = 3SGđm = 3.117,5 = 352,5 MVA Để tính N3 ta sử dụng các giá trị điện kháng tương đối đã tính ở phần trên và dùng các biến đổi nối tiếp và song song ta có sơ đồ thay thế hình 4-12 HT G4 X1 X5 X14 G13 X13 X12 N3 Hình 4-12 Với : X12 = X10 + X11 = 0,088 + 0,156 = 0,244 X13 = X14 = Ghép song song nguồn G1,G3 với G4 và biến đổi sơ đồ tam giác X12 , X13 , X14 thành sơ đồ sao X15 , X16 , X17 (Hình 4-13) HT G234 X1 X15 X16 X6 N3 X17 Hình 4-13 X15 = = = 0,015 X16 = = = 0,007 X17 = = = 0,076 Ghép nối tiếp các điện kháng: X18 = X1 + X15 =0,114 + 0,015 = 0,129 X19 = X6 + X16 =0,007 +0,082 =0,089 Biến đổi sơ đồ sao X17 , X18 X19 thành sơ đồ tam giác X20 X21, trong đó nhánh cân bằng bỏ qua (Hình 4-14) X20 = X18 + X19 + = 0,129 + 0,089+ = 0,369 X21 = X17 + X19 + = 0,076 + 0,089+ = 0,217 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N3 là : Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : I*" = I*Ơ = Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I" = IƠ = KA Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N3 là : Tra đường cong tính toán ta được : I"* = 1,33 ; I*Ơ = 1,4 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có I" = KA IƠ = KA Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N3 là : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ: IN3" = 14,81 + 25,77 = 40,58 KA - Dòng ngắn mạch duy trì: IƠN3 = 14,81 + 27,14 = 41,95 KA - Dòng điện xung kích : ixkN3 = .kxk.IN3" = .1,8.40,58 = 103,3 KA d) Điểm ngắn mạch N3’ Điểm ngắn mạch N3’ chính là ngắn mạch đầu cực máy phát điện G2 nên nguồn cung cấp chỉ gồm có một máy phát G2 và có sơ đồ thay thế như hình 4-15 G2 X7 N3’ Hình 4-15 Điện kháng tính toán: Xtt = X7 = Xd" = 0,156 Tra đường cong tính toán ta được : I”* =6,8 ; I*Ơ = 2,7 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ: IN3’" = KA - Dòng ngắn mạch duy trì: IƠN3’ = KA - Dòng điện xung kích : ixkN3’ = .kxk.IN3’" = .1,9.43,93 = 118,04 KA (Ngắn mạch đầu cực lấy kxk =1,9) e) Điểm ngắn mạch N4 Từ sơ đồ thay thế hình 4-2 ta thấy : IN4 = IN3 + IN3' từ đó ta có : I"N4 = I"N3 + I"N3' = 40,58 + 43,93 = 84,51 KA IƠN4 = IƠN3 + IƠN3' = 41,95 + 17,44 = 59,39 KA Dòng điện xung kích : ixkN4 = ixkN3 + ixkN3’ =103,3 + 118,04 =221,34 kA Kết quả tính toán ngắn mạch của phương án : Bảng 4-1 Cấp điện áp ( kV ) Điểm ngắn mạch I" (KA) IƠ (KA) ixk (KA) 220 N1 6,565 5,739 16,72 110 N2 11,41 8,74 29,05 10,5 N3 40,58 41,95 103,3 N3' 43,93 17,44 118,04 N4 84,51 59,39 221,34 II.Phương án II. Sơ đồ nối điện (Hình 4-16) g1 t1 ht n4 n3 g3 g2 g4 t2 n3' n1 t4 t3 n2 Hình 4-16 Tương tự như phương án I, để chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV điểm tính toán ngắn mạch là N1 với nguồn cung cấp là hệ thống và toàn bộ các máy phát điện của nhà máy. Mạch 110 kV điểm tính toán ngắn mạch là N2 và nguồn cung cấp cũng là hệ thống cùng toàn bộ các máy phát điện. Đối với mạch tự dùng thì điểm tính toán ngắn mạch là N4 còn nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát và hệ thống. Đối với mạch máy phát điện cần phải so sánh dòng điện ngắn mạch tại N3 và N3' . Khi ngắn mạch tại N3 nguồn cung cấp là hệ thống và các máy phát G1,G3, G4. Khi ngắn mạch tại N3' nguồn cung cấp chỉ có máy phát G2 . Sơ đồ thay thế (Hình 4-17) . XHT XD XC XH XG XC XH XB4 XG N1 N2 N3’ N3 N4 G1 G2 G3 G4 HT Hình 4-17 XB3 XG XG Tính toán ngắn mạch Ngắn mạch điểm N1 Sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N1(Hình 4-18): X8 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X9 X11 N1 G1 G2 G3 G4 HT Hình 4-18 Từ sơ đồ hình 4-17 ta có sơ đồ thay thế tính toán điểm ngắn mạch N1 như hình 4-18 có các thông số như sau : X1 = XHT + XD= 0,114 X2 = X5 = XC = 0,046 X3 = X6 = XH = 0,082 X4 = X7 = X9 = X11 = XG = 0,156 X8 = X10= XB4 = 0,084 Bằng cách ghép nối tiếp và song song các điện kháng ta được hình 4-19: X12 = X1 N1 X13 X14 X12 G12 G34 Hình 4-19 HT X13 = X14 = Ghép song song G1,G2 với G3,G4 rồi nối tiếp với X2 ta có X15 = X16 = X13 + X15 = 0,023 + 0,06 = 0,83 Sơ đồ hình 4-20 là sơ đồ tối giản có hai đầu cung cấp điện cho N1 N1 X1 X16 HT NM Hình 4-20 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là : Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : I*" = I*Ơ = Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I" = IƠ = KA Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N1 là : Tra đường cong tính toán ta được : I”* = 2,6 ; I*Ơ = 2,1 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có I" = KA IƠ = KA Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N1 là : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ: IN1" = 2,2 + 3,06 = 5,26 KA - Dòng ngắn mạch duy trì: IƠN1 = 2,2 + 2,48 = 4,68 KA - Dòng điện xung kích : ixkN1 = .kxk.IN1" = .1,8.5,26 = 13,39 KA Điểm ngắn mạch N2 Để tính toán điểm ngắn mạch N2 có thể lợi dụng kết quả khi tính toán ,biến đổi sơ đồ của điểm N1 ở trên. Từ hình 4-19 ta có: HT G34 X1 X13 X14 X12 N2 G12 Hình 4-21 N2 X15 X16 HT NM Hình 4-22 Cũng như đối với điểm N1 ta cũng ghép G1,G2 và G3,G4 ta có sơ đồ hình 4-21 X15 = X1 + X13 = 0,114 + 0,023 = 0,137 X16 = Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là : XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : I*" = I*Ơ = Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I" = IƠ = KA Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N2 là : Tra đường cong tính toán ta được : I”* = 4,4 ; I*Ơ = 2, 5 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có I" = KA IƠ = KA Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N2 là : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ: IN2" = 10,38 + 3,65 = 14,03 KA - Dòng ngắn mạch duy trì: IƠN2 = 5, 9 + 3,65 = 9,55 KA - Dòng điện xung kích : ixkN2 = .kxk.IN2" = .1,8.14,03 = 35,74 KA Điểm ngắn mạch N3 Ta đã biết điểm ngắn mạch N3 được cung cấp bởi hệ thống và nhà máy (trừ máy phát G2) .Tồng công suất của nhà máy cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 là ồSGđm = 3SGđm Từ sơ đồ hình 4-17 ta có sơ đồ thay thế hình 4-22 X8 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X10 X9 X11 N3 G1 G3 G4 HT Hình 4-23 Biến đổi tương đương ta có sơ đồ hình 4-24 như sau : HT X1 X12 X14 X6 NM N3 Hình 4-24 Ta có: X12 = X13 = X14 = Ghép G1 với G3,G4 ta có sơ đồ hình 4-24. Ta có: X15 =X1 +X12 =0,114 + ,0,023 = 0,137 Biến đổi sơ đồ sao X6 , X14 , X15 thành sơ đồ tam giác X16 , X17 , trong đó nhánh cân bằng bỏ qua: X16 = X6 + X15 + = 0,082 + 0,137 + = 0,359 X17 = X6 + X14 + = 0,082 + 0,08 + = 0,21 HT NM X16 X17 Hình 4-25 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N3 là : Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : I*” = I*Ơ = Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = IƠ = KA Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N3 là : Tra đường cong tính toán ta được : I”* = 1,35 ; I*Ơ = 1,45 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có IƠ = KA I” = KA Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N3 là : Dòng ngắn mạch siêu quá độ: IN3” = 15,32 + 26,16 = 41,48 KA Dòng ngắn mạch duy trì: IƠN3 = 15,32 + 28,1 = 43,42 KA Dòng điện xung kích : ixkN3 = .kxk.IN3” = .1,8.41,48 = 105,59 KA Điểm ngắn mạch N3’. Tính toán tương tự như ở phương án I ta có kết quả : Dòng ngắn mạch siêu quá độ : I" = 43,93 KA Dòng ngắn mạch duy trì : IƠ = 17,44 KA Dòng điện xung kích : ixk =118,04 KA Điểm ngắn mạch N4. Từ sơ đồ thay thế hình 4-16 ta thấy : IN4 = IN3 + IN3' Từ đó ta có : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ: I"N4 = I"N3 + I"N3' = 43,93+41,48 = 85,41KA - Dòng ngắn mạch duy trì: IƠN4 = IƠN3 + IƠN3' = 17,44+43,42=60,86 KA - Dòng điện xung kích : ixkN4 = ixkN3 + ixkN3’ = 105,59+118,04 = 223,63 kA Kết quả tính toán ngắn mạch của phương án :  Bảng 4-2 Cấp điện áp ( kV ) Điểm ngắn mạch I" (KA) IƠ (KA) ixk (KA) 220 N1 5,26 4,68 13,39 110 N2 14,03 9,55 35,74 10,5 N3 24,11 24,73 61,37 N3' 43,93 17,44 118,04 N4 85,41 60,86 223,63 Chương 5 : so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án - chọn phương án tối ưu 5.1.phương pháp đánh giá hiệu quả các phương án Một phương án về thiết bị điện được gọi là có hiệu quả kinh tế cao nhất nếu chi phí tính toán thấp nhất : Ci = Pi + ađm.Vi + Yi Ci : Hàm chi phí tinh toán của phương án i (đồng ) Pi : Phí tổn vận hành hàng năm của phương án i ( đồng/năm ) Vi : Vốn đầu tư của phương án i ( đồng ) Yi : Thiệt hại do mất điện gây ra của phương án i ( đồng/năm ) ađm : Hệ số định mức của hiệu quả kinh tế = 0,15 ( 1/năm ) ở đây các phương án giống nhau về máy phát điện, không có kháng điện phân đoạn. Do đó vốn đầu tư được tính là tiền mua ,vận chuyển và xây lắp các máy biến áp và thiết bị phân phối là máy cắt. Vốn đầu tư : Vi = VBi + VTBPPi Trong đó : Vốn đầu tư máy biến áp VB = kB.vB kB : Hệ số tính đến chuyên chở và xây lắp. vB : Tiền mua máy biến áp. Vốn đầu tư máy cắt VTBPP = n1.VTBPP1 + n2.VTBPP2 + n3.VTBPP3 + . . . n1 , n2 , . . .: Số mạch phân phối. VTBPP1 ,VTBPP2, . . . : Giá tiền mỗi mạch phân phối. Phí tổn vận hành hàng năm : Pi = Pki + Ppi + Pti Pki = : Khấu hao hàng năm về vốn và sửa chữa lớn. a _ Định mức khấu hao ( % ) . Ppi : Chi phí lương công nhân và sủa chữa nhỏ. Có thể bỏ qua vì nó chiếm giá trị không đáng kể so với tổng chi phí sản xuất và cũng ít khác nhau giữa các phương án. Pti = b.DA : Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra. b = 500 đồng/kWh. 5.2.tính toán các phương án để chọn phương án tối ưu 5.2.1.Phương án 1 5.2.1.1.Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối Phía 220 kV : Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp. Phía 110 kV : Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp đường vòng vì số nhánh vào ra nhiều. Phía 10,5 kV : Không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm không quá 15% công suất bộ. Sơ đồ nối điện phương án 1: T4 T1 T2 T3 ~ ~ ~ ~ 220 kV 110kV G4 G1 G2 G3 Chọn máy cắt cho các mạch điện : Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch Bảng 4.1 và dòng điện cưỡng bức Bảng 3-4ata chọn máy cắt theo các điều kiện sau : Loại máy cắt khí SF6 hoặc máy cắt không khí . Điện áp : UđmMC ³ Uđm . Dòng điện : IđmMC³ Icb . Điều kiện cắt : ICđm ³ I” . Điều kiện ổn định động : ilđđ ³ ixk . Điều kiện ổn định nhiệt : I2nh.tnh ³ BN . Bảng thông số máy cắt cho phương án 1 : Bảng 5.1 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số định mức Uđm kV Icb kA I” kA ixk kA UđmMC kV IđmMC kA ICđm kA ilđđ kA N1 Cao 220 0,63 6,565 16,72 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0,826 11,41 29,05 3AQ1 123 4 40 100 N4 Hạ 10,5 6,78 84,51 221,3 8FG10 24 12,5 80 225 Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.2.1.2.Tính chi phí tính toán Vốn đầu tư cho phương án 1 : V1 = VB1 + VTBPP1 Máy biến áp tự ngẫu công suất 250 MVA cấp điện áp cao 220 kV có giá thành vB = 106.16000 đồng ; kB = 1,3 . Máy biến áp hai cuộn dây công suất 125 MVA có : vB110 = 400.103.16000 đồng ; vB220 = 600.103.16000 đồng ; kB110 = 1,5 ; kB220 = 1,3 . Vậy tiền đầu tư máy biến áp cho phương án 1 là : VB1 = 2 .1,3. 106.16000 + 1,3 . 600.103.16000 + 1,5 .400.103.16000 = 63,68.109 đồng . Theo sơ đồ nối điện Phương án 1: - Bên phía 220 kV có 4 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 75.103.16000 đồng . - Bên phía 110 kV có 5 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 45.103.16000 đồng . - Bên phía 10,5 kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 30.103.16000 đồng . Do đó : VTBPP1 = ( 4.75 + 5.45 +2.30 ).103.16000 = 9,36.109 đồng . Vậy vốn đầu tư cho phương án 1 : V1 = 63,68.109 + 9,36.109 = 73,04.109 đồng . Phí tổn vận hành hàng năm cho phương án 1 : Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 6,6% : Pk1 = = = 4,821.109 đồng . Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra : Pt1 = 500.11193,5.103 = 5,597.109 đồng . Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1: P1 = Pk1 + Pt1 = 4,821.109 + 5,597.109 = 10,418.109 đồng . Chi phí tính toán của phương án 1: C1 = P1 + ađm.V1 = 10,418.109 + 0,15. 73,04.109 = 21,427.109 đồng. 5.2.2.Phương án 2 5.2.2.1.Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối Phía 220 kV : Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp. Phía 110 kV : Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp đường vòng vì số nhánh vào ra nhiều. Phía 10,5 kV : Không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm không quá 15% công suất bộ. B1 T1 T2 T4 ~ ~ ~ ~ T3 Sơ đồ nối điện phương án 2: 220 kV 110kV G1 G2 G3 G4 Chọn máy cắt cho các mạch điện : Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch Bảng 4.2 và dòng điện cưỡng bức Bảng 3-4b ta chọn máy cắt theo các điều kiện sau : Loại máy cắt khí SF6 hoặc máy cắt không khí . Điện áp : UđmMC ³ Uđm . Dòng điện : IđmMC³ Icb . Điều kiện cắt : ICđm ³ I” . Điều kiện ổn định động : ilđđ ³ ixk . Điều kiện ổn định nhiệt : I2nh.tnh ³BN . Bảng thông số máy cắt cho Phương 2 : Bảng 5.2 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số định mức Uđm kV Icb kA I” kA ixk kA UđmMC kV IđmMC kA ICđm kA ilđđ kA N1 Cao 220 0,63 5,26 13,39 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0,826 14,03 35,74 3AQ1 123 4 40 100 N4 Hạ 10,5 6,78 85,41 223,6 8FG10 24 12,5 80 225 Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.2.2.2.Tính chi phí tính toán Vốn đầu tư cho phương án 2 : V2 = VB2 + VTBPP2 Máy biến áp tự ngẫu công suất 250 MVA cấp điện áp cao 220 kV có giá thành vB = 106.16000 đồng ; kB = 1,3 . Máy biến áp hai cuộn dây công suất 125 MVA cấp điện áp 110 kV có giá thành vB110 = 400.103.16000 đồng ; kB110 = 1,5 Vậy tiền đầu tư máy biến áp cho phương án 2 là : VB2 = 2 .1,3. 106.16000 + 2 .1,5 . 400.103.16000 = 60,8.109 đồng . Theo sơ đồ nối điện Phương án 2: - Bên phía 220 kV có 3 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 75.103.16000 đồng . - Bên phía 110 kV có 6 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 45.103.16000 đồng . - Bên phía 10,5 kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 30.103.16000 đồng . Do đó : VTBPP2 = ( 3.75 + 6.45 +2.30 ).103.16000 = 8,88.109 đồng . Vậy vốn đầu tư cho phương án 2 : V2 = 60,8.109+ 8,88.109 = 69,68.109 đồng . Phí tổn vận hành hàng năm cho phương án 2 : Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 6,6% : Pk2 = = = 4,60.109 đồng . Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra : Pt2 = 500.12631.103 = 6,315.109 đồng . Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2: P2 = Pk2 + Pt2 = 4,60.109 + 6,315.109 = 10,915.109 đồng . Chi phí tính toán của phương án 2: C2 = P2 + ađm.V2 = 10,915.109 + 0,15. 69,68.109 = 21,367.109 đồng. 5.2.3.So sánh các phương án để chọn phương án tối ưu Về mặt kinh tế : Phương án Vốn đầu tư (x 109 đồng) Phí tổn vận hành (x 109 đồng) Chi phí tính toán ( x 109 đồng) 1 73,04 10,418 21,427 2 69,68 10,915 21,367 Như vậy hai phương án trên có thể coi là tương đương nhau về mặt kinh tế. Phương án 1 có vốn đầu tư lớn hơn phương án 2 nhưng phí tổn vận hành lại nhỏ hơn, đồng thời chi phí tính toán của hai phương án chỉ khác nhau 0,3% nên có thể coi là không khác nhau . Về mặt kỹ thuật : Độ tin cậy cung cấp điện của hai phương án là như nhau . Phương án 2 có các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây là giống nhau nên sẽ được vận hành đễ dàng hơn, ở cấp điện áp thấp hơn mức độ an toàn điện cũng có thể coi là cao hơn cho người và thiết bị . Khả năng phát triển của phương án 2 tốt hơn khi cần bổ xung thêm nguồn vào phía thanh góp 220kV hay thêm phụ tải vào phía 110 kV . Qua phân tích ở trên ta đi đến kết luận chọn phương án 2 là phương án tối ưu làm phương án thiết kế nhà máy nhiệt điện . Chương 6 : lựa chọn dây dẫn và khí cụ điện ở mỗi cấp điện áp ta tiến hành chọn cho một mạch bao gồm: máy cắt, dao cách ly, dây dẫn mềm với điện áp từ 35 kV trở lên và thanh dẫn ở điện áp thấp hơn, máy biến dòng, máy biến điện áp và chống sét van trên thanh góp, trung tính máy biến áp . 6.1.chọn máy cắt điện và dao cách ly Máy cắt được chọn ở phần 5.2.2.1 , bảng tham số máy cắt là Bảng 5.2. Điều kiện chọn dao cách ly : Loại dao cách ly. Điện áp : UđmCL ³Uđm . Dòng điện : IđmCL ³ Icb . ổn định nhiệt : Inh2.tnh ³ BN . Điều kiện ổn định động : ilđđ ³ ixk . Dựa vào kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức Bảng 3-4a(b) và kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch Bảng 4.2 ta chọn được dao cách ly cho các cấp điện áp như sau : Bảng thông số dao cách ly : Bảng 6.1 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số định mức Uđm kV Icb kA Ixk kA I” kA UđmCL kV IđmCL A ilđđ kA Sứ cách điện N1 Cao 220 0,63 5,26 13,39 SGCT-245/1250 245 1250 80 C4-1050 N2 Trung 110 0,826 14,03 35,74 SGCPT -123/1250 123 1250 80 C4-550 N4 Hạ 10,5 6,78 85,41 223,6 PBK -20/6000 20 6000 250 Không cần kiểm tra ổn định nhiệt với dao cách ly có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A . 6.2.chọn dây dẫn và thanh góp mềm Dây dẫn được dùng nối từ cuộn cao, cuộn trung máy biến áp liên lạc và cuộn cao máy biến áp hai cuộn dây đến thanh góp 220 kV và 110 kV tương ứng. Thanh góp ở các cấp điện áp này cũng được chọn là thanh dẫn mềm. Tiết diện dây dẫn mềm được chọn theo điều kiện nhiệt độ cho phép trong chế độ làm việc lâu dài. ở đây ta dùng dây dẫn trần có nhiệt độ cho phép lâu dài ncp = 70o C . Nhiệt độ định mức của môi trường nođm = 25o C . Ta coi nhiệt độ của môi trường xung quanh no = 35o C . Khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ : I’cp = khc.Icp Với : khc = = = 0,88 6.2.1.Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm Điều kiện chọn là : I’cp ³ Icb với Icb là dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch được chọn , hay : Icp ³.Icb Mạch điện áp 220 kV : Mạch cuộn cao máy biến áp liên lạc : Icb = 0,44 kA Icp ³ = 0,5 kA Thanh góp : Icb = 0,63 kA Icp ³ = 0,72 kA Mạch điện áp 110 kV : Mạch cuộn cao máy biến áp hai cuộn dây : Icb = 0,826 kA Icp ³ = 0,94 kA Mạch cuộn trung máy biến áp liên lạc : Icb = 0,215 kA Icp ³ = 0,244 kA Thanh góp : Icb = 0,235 kA Icp ³ = 0,267 kA Từ đó chọn theo bảng X ( trang 130-Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp-PGS Nguyễn hữu khái ) ta có bảng thông số dây dẫn loại AC như sau : Bảng 5.2 Điện áp Mạch điện Tiết diện chuẩn : nhôm/thép Tiết diện mm2 Đường kính mm Icp (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 220 kV Cuộn cao 240/32 224 31,7 21,6 7,2 610 Thanh góp 700/86 687 85,9 36,2 12 1220 110 kV Cuộn cao 700/86 687 85,9 36,2 12 1220 Thanh góp 2x500/27 481 26,6 29,4 6,6 2 x 945 Cuộn trung 300/39 301 38 24 8 690 5.2.2.Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là : Smin = BN : Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch ( A2.s ) . C : Hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn ( ) . Với dây dẫn AC có C = 88 . Tính xung lượng nhiệt : BN = BNck + BNkck Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1 sec. Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ: BNkck1 = I”N12.Ta = ( 5,26.103 )2. 0,05 = 1,38.106 A2.s BNkck2 = I”N22.Ta = ( 14,03.103 )2. 0,05 = 9,84.106 A2.s BNKCK : Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch không chu kỳ Xác định BNCK dùng phương pháp giải thích đồ thị Tìm giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ iCKt tại các thời điểm khác nhau 0; 0,1; 0,2; 0,5; 1s là các giá trị I0; I0,1; I0,2; I0,5; I1. đến thời điểm t. Biểu diễn trên đồ thị ta có diện tích giới hạn của đường cong này với các trục toạ độ chính là BNCK . Một cách gần đúng diện tích này có thể xác định theo đường bậc thang hoá Itbi2 = BNCK = : Khoảng chia thời gian từ khi ngắn mạch cho đến khi cắt xong ngắn mạch. ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N1 ta có : N1 X1 X16 HT NM Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là : Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : I*" = I*Ơ = Chuyển sang đơn vị có tên: I0 =I0,1 =I0,2 =I0,5 = I1 = kA Nhánh máy phát điện Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N1 là : Tra đường cong tính toán ta có I0 = 2,6 I0,1 = 2,2 I0,2 = 2,1 I0,5 = 1,9 I1 = 1,85 Chuyển sang đơn vị có tên I0” = = KA I0,1” = 2,2. I0,2” = 2,1. I0,5” = 1,9. I1” = 1,85. Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N1 do hệ thống và nhà máy cung cấp I0N1 = 2,2 + 3,06 = 5,26 KA I0,1N1 = 2,2 + 2,6 = 4,8 KA I0,2N1 = 2,2 + 2,68 = 4,68 KA I0,5N1 = 2,2 + 2,24 = 4,44 KA I1N1 = 2,2 + 2,18 = 4,38 KA Bình phương các trị số dòng điện có tên I02N1 = 27,67 KA2 I0,12N1 = 23,04KA2 I0,22N1 = 21,90 KA2 I0,52N1 = 19,71 KA2 I12N1 = 19,18 KA2 Tìm các trị số trung bình bình phương Itb12 = Itb22 = Itb32 = Itb42 = w Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ: BNCK = = 25,355.0,1 + 22,470.0,1 + 20,805.0,3 + 19,445.0,5 = 20,76.106 A2s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1 : BN1 = BNck1 + BNkck1 = 20,76.106 + 1,38.106 = 22,14.106 A2.s ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N2 ta có : N2 X15 X16 HT NM Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là : Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : I*" = I*Ơ = Chuyển sang đơn vị có tên: I0 =I0,1 =I0,2 =I0,5 = I1 = KA Nhánh máy phát điện Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N2 là : Tra đường cong tính toán ta có I0 = 4,4 I0,1 = 3,6 I0,2 = 3,1 I0,5 = 2,7 I1 = 2,5 Chuyển sang đơn vị có tên I0” = KA I0,1” = 3,6. I0,2” = 3,1. I0,5” = 2,7. I1” = 2,5. Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N2 do hệ thống và nhà máy cung cấp I0N1 = 3,65 + 10,38 = 14,03 KA I0,1N1 = 3,65 + 8,49 = 12,14 KA I0,2N1 = 3,65 + 7,31 = 10,96 KA I0,5N1 = 3,65 + 6,37 = 10,02 KA I1N1 = 3,65 + 5,90 = 9,55 KA Bình phương các trị số dòng điện có tên I02N1 = 196,84 KA2 I0,12N1 = 147,34 KA2 I0,22N1 = 120,12 KA2 I0,52N1 = 100,4 KA2 I12N1 = 91,2 KA2 Tìm các trị số trung bình bình phương Itb12 = Itb22 = Itb32 = Itb42 = w Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ: BNCK = = 172,09.0,1 + 133,73.0,1 + 110,26.0,3 + 95,8.0,5 = 111,56.106 A2s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N2 : BN2 = BNck2 + BNkck2= 111,56.106 + 9,84106 = 121,4.106 A2.s Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220 kV và 110 kV là : Smin1 = = = 51,78 mm2 . Smin2 = = = 125,2 mm2 . Vậy các dây dẫn và thanh góp mềm đã chọn ở Bảng 5.2 đều đảm bảo ổn định nhiệt . 6.2.3.Kiểm tra điều kiện vầng quang Điều kiện : Uvq = 84.m.r.lg ³ Uđm Trong đó : m : Hệ số xù xì bề mặt dây dẫn, với dây AC m = 0,85 . r : Bán kính ngoài của dây dẫn ( cm ) . a : Khoảng cách giữa các pha của dây dẫn ( cm ) . Uvq : Điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang ( kV ). Khi ba pha bố trí trên mặt phẳng nằm ngang thì giá trị này cần giảm đi 4% . Điện áp 220 kV: Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 240 mm2 . r = 1,08 cm a = 500 cm Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí ba pha trên mặt phẳng nằm ngang : Uvq = 0,96. 84.0,85.1,08.lg = 197 kV < 220kV không thoả mãn điều kiện vầng quang. Vì vậy ta cần chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn cho mạch cuộn cao máy biến áp liên lạc : Chọn dây dẫn AC- 400/22 có r = 1,33 cm. Khi đó : Uvq = 0,96. 84.0,85.1,33.lg= 235 kV > 220kV thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Do đó dây dẫn AC- 700 cũng thoả mãn điều kiện này. Điện áp 110 kV : Kiểm tra với dây dẫn AC- 300 có r = 1,2 cm ; a = 300 cm Uvq = 0,96. 84.0,85.1,2.lg = 197 kV > 110kV thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Do đó dây dẫn AC-500 và AC-700 cũng thoả mãn điều kiện này. Tóm lại : Dây dẫn mềm mạch cuộn cao máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp chọn là dây AC- 400, còn lại các dây dẫn đã chọn trong Bảng 5.2 đều thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt và phát sinh vầng quang, tức là thoả mãn yêu cầu kinh tế - kỹ thuật. 5.3.chọn thanh dẫn và sứ đỡ Thanh dẫn cứng dùng nối từ máy phát điện tới cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai cuộn dây. Tiết diện thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài như đối với dây dẫn mềm. Để tận dụng diện tích mặt bằng ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thước và khoảng cách giữa các pha. 5.3.1.Chọn tiết diện Điều kiện : I’cp ³ Ilvcb Ta có Ilvcb = 6,78 kA ( theo Bảng 2.6 ) Do đó I’cp ³ 6,78 kA hay Icp ³ = 7,70 kA Tra bảng III ( trang 125-Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp-PGS Nguyễn Hữu Khái ) ta chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có các thông số sau : Bảng 5.4 Kích thước mm Tiết diện một cực mm2 Mô men trở kháng cm3 Mô men quán tính cm4 Dòng điện cho phép( A ) h b c r Một thanh Hai thanh Wyoyo Một thanh Hai thanh Jyoyo Wxx Wyy Jxx Jyy 175 80 8 12 2440 122 25 250 1070 114 2190 8550 175 mm 12 mm yo y x x 175 mm 8 mm yo y 80 mm Thanh dẫn đã chọn có Icp > 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch . 6.3.2.Kiểm tra ổn định động Ta lấy khoảng cách giữa các pha và khoảng cách giữa hai sứ liền nhau của một pha ứng với U = 10,5 kV là : a = 90 cm l = 180 cm Khi đó lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là : Ftt = 1,76.10-8..ixk2 kG ( khd = 1 ) ixk : Dòng ngắn mạch xung kích (A) Ftt = 1,76.10-8..118,042 106 = 490,5 kG Mô men chống uốn : M = = = 8829 kG.cm ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha : s1 = = = 35,316 kG/cm2 Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm : Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra : f2 = 0,51.108. .ixk2 kG/cm = 0,51.108. .118,042.106 = 4,74 kG/cm ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra : s2 = = kG/cm2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là : scp ³ s1 + s2 hay s2 Ê scp - s1 l2 Ê Với thanh dẫn đồng scp = 1400 kG/cm2 . Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là : l2max = = 293,89 cm l2max > l = 180 cm . Do đó không cần đặt đệm trên khoảng vượt giữa hai sứ . Khi xét đến dao động, tần số riêng của dao động thanh dẫn dược xác định theo công thức sau : wr = Trong đó : E : Mô đun đàn hồi của vật liệu, ECu = 1,1.106 kG/cm2 Jyoyo: Mô men quán tính , Jyoyo= 2190 cm4 S : Tiết diện thanh dẫn , S = 2.24,4 = 48,8 cm2 g : Khối lượng riêng của vật liệu, gCu = 8,93 g/cm3 wr = = 264,86 Hz nằm ngoài khoảng 45 - 55 Hz và 90 - 110 Hz. Vậy thanh dẫn đã chọn cũng thoả mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến dao động. 6.3.3.Chọn sứ đỡ thanh dẫn Ta chọn loại sứ đặt trong nhà OF-10-2000KB.Y3 Cấp điện áp UđmS = 10 kV Lực phá hoại Fph = 2000 kG Chiều cao H = 235 mm Ta có : F’tt = Ftt. = 490,5. = 673,13 kG 0,6.Fph = 0,6.2000 = 1200 kG Vậy điều kiện ổn định động của sứ F’tt Ê 0,6.Fph được thoả mãn . H=235 mm H'=390 mm F tt F' tt Thanh dẫn Sứ 6.4.chọn biến điện áp và biến dòng điện 6.4.1.Cấp điện áp 220 kV Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơ le ta chọn biến điện áp kiểu HKF một pha nối dây theo sơ đồ Yo/ Yo/ : 3 x HKF-220-58 Uđm = 220/kV / 100/V / 100V Cấp chính xác : 1 SđmBU = 600 VA Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơ le được chọn là : TFH-220-3T Dòng định mức : IđmSC/IđmTC = 1200/5 A Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 2 W Điều kiện ổn định động : ilđđ = 108 kA > ixk = 13,39 kA Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000 A. 5.4.2.Cấp điện áp 110 kV Tương tự cấp điện áp 220 kV, để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơ le ta chọn biến điện áp kiểu HKF một pha nối dây theo sơ đồ Yo/ Yo/ : 3 x HKF-110-57 Uđm = 110/kV / 100/V / 100V SđmBU = 600 VA ứng với cấp chính xác : 1 Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơ le được chọn là : TFH-110M Dòng định mức : IđmSC/IđmTC = 1500/5 A Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 0,8 W Bội số ổn định động kđ = 75 Điều kiện ổn định động : .kđ.IđmSC = .75.1,5 = 159,1 kA > ixk = 35,74 kA Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000 A. 5.4.3.Mạch máy phát Chọn biến điện áp : Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tơ nên ta dùng hai biến điện áp một pha nối kiểu V/V : 2 x 3HOM-10. UđmSC = 10500/ V. Cấp chính xác 0,5 . Phụ tải của biến điện áp được phân bố đồng đều cho cả hai theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp như bảng sau : Bảng 6.5 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp BC W Var W Var Vôn kế Oát kế Oát kế phản kháng Oát kế tự ghi Tần số kế Công tơ Công tơ phản kháng B-2 341 342/1 -33 -340 -670 WT-672 7,2 1,8 1,8 8,3 0,66 0,66 1,62 1,62 1,8 1,8 8,3 6,5 0,66 0,66 1,62 1,62 Tổng 20,4 3,24 19,72 3,24 Biến điện áp AB : STC = = 20,7 VA cosj = = 0,98 Biến điện áp BC : STC = = 19,9 VA cosj = = 0,99 Vậy ta chọn hai biến điện áp loại 3HOM-10 có công suất định mức mỗi cái ứng với cấp chính xác 0,5 là : 75 VA . Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp tới đồng hồ đo : Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp : Ia = = = 0,207 A Ic = = = 0,199 A Từ giá trị mô đun và góc pha của dòng điện trong dây dẫn thứ cấp pha a và pha c ta có thể coi a = c . Do đó Ib = .Ia = 0,34 A Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và b : DU = ( Ia + Ib ). Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến đồng hồ đo là l = 60 m . Mạch điện có công tơ nên DU% Ê 0,5% , do đó : S ³ = = 1,134 mm2 Theo tiêu chuẩn độ bền cơ của dây dẫn đồng ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = 1,5 mm2. Chọn biến dòng điện và dây dẫn nối tới dụng cụ đo: Biến dòng điện đặt trên cả ba pha, mắc hình sao. Ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại : TШΛ-10T3 UđmBI = 10 kV. IđmSC³IđmTC = 2000/5 A Cấp chính xác 1 có phụ tải định mức 1,2 W. Công suất tiêu thụ của các cuộn dây máy biến dòng được phân bố như bảng sau : Bảng 5.6 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải ( VA ) Pha A Pha B Pha C Ampe kế Oát kế tác dụng Oát kế phản kháng Oát kế tự ghi Công tơ tác dụng Công tơ phản kháng Э-302 Д-341 Д-342/1 Д-33 Д-670 ИT-672 1 5 5 10 2,5 2,5 1 0 0 0 0 5 1 5 5 10 2,5 2,5 Tổng 26 6 26 Pha A và C mang tải nhiều nhất S = 26 VA Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này : Zồdc = = = 1,04 W . Giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l = 30 m . Do ba pha cùng có máy biến dòng nên chiều dài tính toán ltt = l = 30 m . Tiết diện dây dẫn đồng : S ³ = = 3,28 mm2 Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = 4 mm2. Điều kiện ổn định động của máy biến dòng kiểu thanh dẫn được quyết định bởi ổn định động của thanh dẫn . Không cần kiểm tra ổn định nhiệt của máy biến dòng có dòng diện định mức sơ cấp lớn hơn 1000 A. Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào BU và BI Wtự ghi Wh VArh A A A W VAr MC A B C TШL-10T3 2x3HOM-10 a b c UđmF =10,5 kV MF V f 6.5.chọn máy biến áp phụ tải điện áp máy phát và máy cắt hợp bộ Chọn máy biến áp : Phụ tải điện áp máy phát được cung cấp bởi hai máy biến áp có cuộn dây phân chia làm việc song song lấy điện từ phía dưới cuộn hạ máy biến áp liên lạc và phía trên máy cắt mạch này . SđmB ³.SUFmax = .14,1 = 7,05 MVA Ta chọn máy biến áp dầu có cuộn dây phân chia về phía hạ áp, thông số như sau : Bảng 5.7 Loại Sđm KVA Điện áp kV Tổn thất kW UN% Io% Cao Hạ-Hạ DPo DPN TPДHC 16000 10,5 6,3-6,3 21 105 10 0,75 Kiểm tra quá tải máy biến áp khi sự cố một trong hai máy làm việc song song : kqtsc.SđmB ³ SUFmax 1,4.16000 ³ 14,1.103 kVA 22400 ³ 14100 kVA Cho phép máy biến áp còn lại làm việc trong điều kiện này. Vậy máy biến áp đã chọn thoả mãn yêu cầu kinh tế, kỹ thuật, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát . Chọn máy cắt hợp bộ dưới máy biến áp : Để chọn máy cắt dưới máy biến áp cung cấp cho phụ tải điện áp máy phát ta tính dòng ngắn mạch tại đầu ra cuộn hạ máy biến áp có cuộn dây phân chia là điểm N5. Chọn Scb = 100 MVA . Ucb = Utbđm . Điện kháng hệ thống tính đến trước máy biến áp phân chia : xHT = = = 0,0643 Sơ đồ nối điện phụ tải điện áp máy phát N4 UđmF = 10,5 kV TPДHC SđmB = 16000 kVA 6 kV N5 N6 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N5 : HT EHT 10,5 kV N4 UN.C-H % = 10% xHT SđmB = 16 MVA xB 6 kV N5 N5 Điện kháng thay thế của máy biến áp ( = điện kháng của cuộn hạ ) : xB = 2.xC-H = 2. = 2. = 1,25 Điện kháng tính toán : xtt = ( xHT + xB ). = ( 0,0643 + 1,25 ). = 50,6 > 3 Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại N5 : I”N5 = = = 7,19 kA . Dòng điện xung kích : ixkN5 = .1,8. 7,19 = 18,3 kA . Dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố một máy biến áp phân chia : Icb = = = 0,646 kA = 646 A. Vậy ta chọn máy cắt ít dầu có thông số như sau : Bảng6.8 Loại máy cắt Uđm kV Iđm A ICđm kA ilđđ kA BMP -10-1000-20 10 1000 20 20 Ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt với máy cắt có dòng điện định mức lớn hơn 1000A 6-6. Chọn cáp, máy cắt hợp bộ và kháng phụ tải địa phương. 6-6-1. Chọn tiết diện của cáp đường dây phụ tải địa phương. Theo yêu cầu thiết kế phụ tải địa phương cấp điện áp 10,5 kV có Pmax = 12MW, cosj = 0,85 bao gồm 3 kép x 4MW x 2 km Tiết diện cáp được chọn theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế: Skt = - Dòng điện làm việc bình thường của đường cáp kép: Ibt = A Thời gia sử dụng công suất cực đại trong năm: Tmax = 365 S = = 7227 h Do đó đối với cáp điện lực cách điện bằng giấy tẩm dầu, lõi nhôm có Jkt = 1,2 A/mm2 . - Tiết diện cáp kinh tế của đường dây kép: Skt = mm2 , Tra bảng ta chọn cáp của đường cáp kép có S = 120 mm2 , tương ứng với Icp = 185 A Kiểm tra điều kiện phát nóng bình thường: Icp' = K1.K2 . Icp ³ Ibt K1- Hệ số hiệu chỉnh theo môi trường đặt cáp, K2- Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song. Đặt cáp trong đất nhiệt độ 150C , nhiệt độ phát nóng của ruột cáp 10,5 kV cho phép là 600C, nhiệt độ tiêu chuẩn là 250C, khoảng cách giữa 2 cáp đặt song song là 100 mm. Do đó: K1= Đối với dây cáp kép K2 = 0,9, Icp' = 0,88.0,9.185 = 146,5 A > Ibt = 129,38 A Kiểm tra phát nóng khi làm việc cưỡng bức: Đường dây cáp kép dòng điện bình thường qua cáp 129,38 A, không quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh là 146,5A, nên hệ số quá tải của cáp Kqt = 1,3. Icp' = Kqt.K1. K2. Icp = 1,3.146,5 = 190,5 A Icb = 2. Ibt = 2.129,38 = 258,76 A>190,5 A Vậy Icp' < Icb tức là khi làm việc cưỡng bức cáp đã chọn kbông đảm bảo kiện phát nóng. Ta chọn cáp của đường cáp kép có S = 240 mm2 , tương ứng với Icp = 270 A Icp' = Kqt.K1. K2. Icp = 1,3. 0,88.0,9.270 = 278 A>258,76 A Icp' > Icb tức là khi làm việc cưỡng bức cáp đã chọn đảm bảo kiện phát nóng. 6-6-2. Chọn kháng phụ tải địa phương và máy cắt hợp bộ. ~ ~ N4 F1 F2 2 km, 240 mm2 2 km, 240 mm2 N5 Icắtđm=25kA tc =0,5sec N6 S2=70mm2 5-4-2-1. Xác định xk% của kháng. Kháng điện được chọn như sau: 1. UđmK = 10,5 kV 2. Xác định dòng cưỡng bức qua kháng Icb Icb được xác định khi một trong hai kháng điện ngừng làm việc. Icbk = kA Chọn kháng điện đơn dây nhôm PbA - 10 - 8 có IđmK = 1000A. 3. Xác định xK%. xK% được chọn xuất phát từ 2 bộ điều kiện: a) xK% phải đủ hạn chế dòng ngắn mạch tại N5 để chọn MC1 và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp 1, tức là: IN5 Ê {Icắt1đm, InhS1} b) xK% phải đủ hạn chế dòng ngắn mạch tại N6 để chọn MC2 và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp 2, tức là: IN6 Ê {Icắt2đm, InhS2} Trong đó dòng điện ổn định nhiệt được xác định theo công thức sau: Inh = trong đó : S - tiết diện cáp CAl = 90 A2s Trong nhiệm vụ thiết kế cho S2 = 70 mm2 , t2 = 0,5 sec, InhS2 = kA Icắt2đm = 25 kA. Khi lập sơ đồ thay thế cho tính toán ngắn mạch đã chọn Scb= 100 MVA và ngắn mạch tại N4 có IN4" = 85,41 kA. Vậy xHT = xc1 = x0. = 0,08 .2. Dòng điện ổn định nhiệt của cáp 1 sẽ là: InhS1 = ° Eđt xht N4 xk N5 xc1 N6 xc2 Tại đầu đường cáp phía nhà máy thời gian cắt lớn hơn 1 cấp nên: t1 = t2 + Dt = 0,5 + 0,3 = 0,8 sec . InhS1 = kA xS = xk = xS - xHT - xC1 = 0,864 - 0,064 - 0,146 = 0,654 xk % = xk = 0,654.% Vậy ta chọn kháng đơn PbA - 10 - 800 có xx% = 12; IđmK = 1000 A. 5-4-2-2. Kiểm tra kháng điện. Dòng ngắn mạch tại N5: IN5" = kA IN5" = 7,66 kA < min {Icđm1 ,InhS1} = min {23;24,149} = 23 kA Dòng ngắn mạch tại N6 : IN6" = kA Thoả mãn điều kiện : IN6" = 6,37 kA < min {Icđm2 ,InhS2} = min {25;6,929} = 6,929 kA Vậy kháng đã chọn đạt yêu cầu. 6.6.chọn chống sét van Chống sét van được dùng để giảm quá điện áp tới mức điện áp dư của nó mà cách điện của thiết bị điện có thể chịu đựng được. Ta chọn chống sét van cho các thanh góp và các mạch phía 110 kV, 220 kV cũng như trung tính máy biến áp. Chọn các loại chống sét van sau : FP-220 FP-110 Chương 7 : chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng Điện tự dùng là một phần điện năng không lớn nhưng lại giữ một vai trò quan trọng trong quá trình vận hành nhà máy điện. Điện tự dùng trong nhà máy nhiệt điện cơ bản có thể chia thành hai phần khác nhau : Một phần cung cấp cho các máy công tác đảm bảo sự làm việc của lò hơi và tua bin các tổ máy. Phần kia cung cấp cho các máy công tác phục vụ chung không liên quan trực tiếp đến lò hơi và tua bin, tuy nhiên cần thiết cho sự làm việc của nhà máy. Ta chọn sơ đồ tự dùng theo nguyên tắc kinh tế và đảm bảo cung cấp điện. Đối với nhà máy nhiệt điện thiết kế ta dùng hai cấp điện áp tự dùng 6 và 0,4 kV nối theo sơ đồ biến áp nối tiếp, số phân đoạn bằng số bộ với một máy biến áp dự trữ lấy điện từ phía dưói cuộn hạ và phía trên máy cắt các bộ máy phát - máy biến áp tự ngẫu. 6.1.chọn máy biến áp cấp một Ta dùng bốn máy công tác có công suất : SđmB1 ³.Stdmax = .37,6 = 9,4 MVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số như bảng sau : Bảng 6.1 Loại SđmB KVA Điện áp kV Tổn thất kW UN % Io % Cuộn cao Cuộn hạ DPo DPN TДHC 16000 10,5 6,3 17,8 105 10 0,6 Máy biến áp dự trữ bậc một không chỉ dùng thay thế máy biến áp công tác khi sửa chữa mà còn cung cấp cho hệ thống tự dùng trong quá trình khởi động và dừng lò. Do đó công suất của nó cần chọn khoảng : 1,5. .Stdmax = 1,5. .9,4= 14,1 MVA. Vì vậy ta cũng chọn loại máy biến áp như ở Bảng 6.1. 6.2.chọn máy biến áp cấp hai Máy biến áp cấp hai cung cấp cho động cơ 380/220 V và chiếu sáng. Giả thiết các phụ tải này chiếm khoảng 10% công suất phụ tải cấp một. Khi đó ta chọn công suất mỗi máy : SđmB2 ³ .9,4.103 = 940 kVA Tuy nhiên máy biến áp có thể làm việc quá tải ít trong thời gian phục vụ lâu dài nên ta chọn máy biến áp dầu có thông số như bảng sau : Bảng 6.2 Loại SđmB KVA Điện áp kV Tổn thất kW UN % Io % Cuộn cao Cuộn hạ DPo DPN TM-100 1000 6 0,4 2,1 12,2 5,5 1,4 6.3.chọn máy cắt hợp bộ Để chọn máy cắt hợp bộ ta tính dòng điện ngắn mạch ba pha tại N7 dưới máy biến áp tự dùng cấp một với nguồn cung cấp là cả hệ thống phía trên gồm hệ thống và nhà máy điện thiết kế. Chọn Scb = 100 MVA . Ucb = Utbđm . Điện kháng hệ thống tính đến trước máy biến áp tự dùng cấp một : xHT = = = 0,064 Điện kháng của máy biến áp tự dùng cấp một : xB = . = 0,625 EHT Điện kháng tính toán : xHT xtt = ( xHT + xB ). xB = ( 0,064 + 0,625 ). N7 = 27,22 > 3 Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại N7 : I”N7 = = 13,37 kA Dòng điện xung kích : ixkN7 = .1,8.13,37 = 34,03 kA Coi dòng diện làm việc cưỡng bức bằng dòng điện làm việc ở mạch dự trữ khi khởi động hoặc dừng lò : Icb = = 1466 A Vậy ta chọn loại máy cắt điện ít dầu có thông số như sau : Bảng 6.3 Loại máy cắt Uđm kV Iđm A ICđm kA ilđđ kA BMPP-10-1600-20 10 1600 20 52 Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho máy cắt có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A. Sơ đồ nối điện tự dùng 18 kV F1 F2 F3 F4 TДHC-16000 Dự phòng 6 kV BMPP-10-1600-20 6 kV TM-100 0,4 kV Dự phòng 0,4 kV Sơ đồ nối điện nhà máy nhiệt điện 2 đường dây kép 3AQ2 3AQ1 ТДТA-250 ТДЦ-125 8FG10 TPДHC-16000 3hom-20 TBB-165-2 TДHC-1600 6 kV TM-100 0,4 kV