Đồ án Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp

suất tự dùng của nhà máy điện. Ta xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau : Trong đó Stdt : phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA). SNM : công suất đặt của toàn nhà máy, SNM = 250MVA. St : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t (MVA). a : Phần trăm lượng điện tự dùng, a= 6% Từ đồ thị phụ tải toàn nhà máy và dựa vào công thức tính phụ tải tự dùng trên ta tính được công suất tự dùng của nhà máy điện tại các thời điểm, ta được số liệu tính toán như bảng dưới đây : (với cosjtd = 0,85). Bảng 1.5:Công suất tự dùng của nhà máy 0 - 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 SNMt(MVA) 220 247,5 275 192,5 Stdt(MVA) 17,6 18,92 20,24 16,28 Ptdt(MW) 14,96 16,082 17,204 13,838 Hình 1.4 Đồ thị phụ tải tự dùng của toàn nhà máy 1.2.5. Tính công suất về hệ thống (220kV). Phương trình cân bằng công suất tức thời của toàn nhà máy (bỏ qua tổn thất công suất trong các máy biến áp) : SNM(t) = SUF(t) + SUT(t) + SUC(t) + SHT(t) + STD(t) (MVA) Trong đó SUC = 0 tại mọi thời điểm. Công suất tải về hệ thống : SHT(t) = SNM(t) - [ SUF(t) + SUT(t) + STD(t) ] (MVA) Dựa vào các số liệu tính toán ở các cấp điện áp, số liệu phụ tải toàn nhà máy và dựa vào phương trình cân bằng công suất trên ta tính được công suất tải về hệ thống. Dưới đây là bảng cân bằng công suất toàn nhà máy : Bảng 1.6 0 - 7 7 - 8 8 - 14 14 - 20 20- 24 SNMt(MVA) 220 247,5 247,5 275 192,5 SUFt(MVA) 14,12 14,12 18,82 23,53 16,47 SUTt(MVA) 73,26 94,19 94,19 104,65 78,49 STDt(MVA) 17,6 18,92 18,92 20,24 16,28 SHTt(MVA) 115,02 120,27 115,57 126,58 81,26 Từ số liệu công suất tải về hệ thống ta vẽ được đồ thị phụ tải hệ thống : Hình 1.5 Đồ thị phụ tải hệ thống 1.2.6. Các nhận xét. Phụ tải ở các cấp điện áp khá bằng phẳng, công suất lúc phụ tải cực tiểu khoảng 60% công suất cực đại. Phụ tải ở cấp điện áp máy phát nhỏ, nhà máy chủ yếu cung cấp cho phụ tải cấp điện áp trung và đưa về hệ thống Tổng công suất hệ thống là 1800 MVA, công suất dự trữ quay của hệ thống là 100MVA. Tổng công suất của cả nhà máy là 220MVA. Do đó, đối với hệ thống nhà đóng vai trò tương đối quan trọng . CHƯƠNG II LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY 2.1. Chọn sơ đồ tối ưu Lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện là một công việc hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy. Lựa chọn được sơ đồ tối ưu về kinh tế kỹ thuật sẽ mang lại những lợi ích kinh tế rất lớn, cũng như độ tin cậy an toàn cung cấp điện. Ta lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện dựa trên những cơ sở sau Số lượng máy phát. công suất các máy phát. công suất phụ tải các cấp điện áp. công suất hệ thống điện. Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp cần phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật sau : Có hay không có thanh góp điện áp máy phát. Cần phải có thanh góp điện áp máy phát nếu phụ tải cấp điện áp máy phát lớn hơn 30% công suất định mức của một máy. Số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thoả mãn điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất, các máy phát còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải ở cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áp trung ( trừ phần phụ tải do các bộ hoặc các nguồn khác nối vào thanh góp điện áp trung có thể cung cấp được). Công suất mỗi bộ máy phát điện – máy biện áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. Chỉ được phép ghép bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này. Có như vậy mới tránh được lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải chuyển hai lần qua máy biến áp, tăng tổn hao và gây quá tải cho máy biến áp liên lạc ba cuộn dây. Đối với máy biến áp tự ngẫu liên lạc thì không cần điều kiện này. Khi phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ, để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp, nhưng công suất lấy rẽ nhánh không vượt qua 15% công suất của bộ. Máy biến áp ba cuộn dây chỉ nên sử dụng khi công suất truyền tải qua cuộn dây này không nhỏ hơn công suất truyền tải qua cuộn dây kia. Thông thường tỷ số công suất các cuộn dây là 100/100/100, 100/100/66,7 hay 100/66,7/66,7 nghĩa là cuộn dây có công suất thấp nhất cũng bằng 66,7% công suất định mức. Do đó, nếu truyền công suất qua cuộn dây nào đó quá nhỏ sẽ không tận dụng được khả năng tải của nó. Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc tự ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết bị phân phối sẽ phức tạp hơn. Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía trung và cao đều là những lưới điện có trung tính trực tiếp nối đất (U 110kV). Khi công suất tải lên điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì phải đặt ít nhất hai máy biến áp. Không nên nối song song máy biến áp hai cuộn dây với máy biến áp ba cuộn dây vì thường không chọn được hai máy biến áp có tham số phù hợp với điều kiện để vận hành song song. Nhà máy gồm 4 tổ máy, công suất định mức của mỗi tổ máy là 55MW cung cấp điện cho các phụ tải : Phụ tải cấp điện áp máy phát 10kV. Phụ tải cấp điện áp trung 110kV. Phát công suất thừa lên hệ thống 220kV. Phụ tải địa phương cấp điện áp 10kV có công suất SUFmax = 23,53MVA Thực tế là ta thấy 17,11% không lớn hơn là nhiều lắm và có thể coi như nhau vì vậy ta không cần dùng thanh góp máy phát. Trong trường hợp này ta có thể tăng thêm tiết diện thanh góp. Các chỗ đấu nối sẽ được gia cố thêm. Các lưới điện cấp trung và cấp cao đều là các lưới điện có trung tính trực tiếp nối đất, do đó ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để làm biến áp liên lạc giữa các phía cao và trung, hệ số sử dụng giữa các cuộn dây là : Dự trữ quay của hệ thống là 100MVA nên không thể ghép hai máy phát chung một máy biến áp vì nếu ghép thì : Sbộ = 2x68,75 = 137,5MVA >100MVA Từ các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau: Hình 2.1 Sơ đồ nối dây  a.Phương án I. Sơ đồ nối dây (Hình 2.1) Sử dụng hai bộ máy phát – máy biến áp để cấp điện cho phụ tải phía trung. Sử dụng hai bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu để liên lạc và truyền tải công suất giữa các phía điện áp Ưu nhược điểm Ưu điểm : các máy biến áp hai cuộn dây chỉ đặt ở phía trung nên giảm được cách điện, giảm giá thành và lắp đặt nhà máy và giá thành các thiết bị phân phối. Nhược điểm : công suất phát của các máy phát phía trung lớn hơn công suất của phụ tải phía trung lúc cực tiểu, do đó trong chế độ phụ tải cực tiểu các máy phát không phát hết được công suất hoặc công suất phải truyền hai lần qua máy biến áp gây tăng tổn hao trong máy biến áp. b.Phương án II Sơ đồ nối dây Hình 2.2 Trong phương án này Sử dụng một bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây để cấp điện cho phía trung, một bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây để cấp điện cho hệ thống. Các phía được liên lạc với nhau nhờ hai máy biến áp tự ngẫu. Ưu nhược điểm của phương án : Ưu điểm : khắc phục được nhược điểm của phương án trên, đó là công suất phát của bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây ở phía trung nhỏ hơn công suất phụ tải ở đó lúc cực tiểu. Vì vậy ngay ở lúc phụ tải phía trung cực tiểu thì bộ này vẫn phát được công suất định mức. Nhược điểm : Một máy biến áp hai cuộn dây mắc phía cao nên giá thành máy biến áp và thiết bị phân phối cao hơn ở phương án trên. c.Phương án III Sơ đồ nối dây Hình 2.3 Trong sơ đồ này sử dụng Một bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây cấp điện cho phía trung Hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp và cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát Ưu nhược điểm Ưu điểm : sử dụng chế độ truyền công suất tốt nhất của máy biến áp tự ngẫu, đó là truyền công suất về phía hạ. Do đó giảm được kích thước của máy biến áp liên lạc. Nhược điểm : trong sơ đồ nối dây của phương án có quá nhiều máy biến áp nên sơ đồ trạm phân phối phức tạp. Từ các phương án đề xuất ở trên ta thấy hai phương án đầu tiên có sơ đồ nối dây đơn giản hơn phương án thứ ba mà vẫn có khả năng đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật nên ta chọn hai phương án 1 và 2 để tính toán kinh tế kỹ thuật. 2.2. Chọn máy biến áp cho các phương án Máy biến áp là một thiết bị điện rất quan trọng trong hệ thống điện. Vì vậy vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất cao. Ta cần chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ trong khi vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ. Máy biến áp lựa chọn phải đảm bảo làm việc an toàn trong điều kiện bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất. Nguyên tắc chung để chọn máy biến áp là : Chọn máy biến áp có công suất định mức SdmB lớn hơn hoặc bằng công suất lớn nhất có thể truyền qua máy biến áp trong điều kiện làm việc bình thường, sau đó kiểm tra điều kiện quá tải sự cố có kể đến hệ số quá tải của máy biến áp, Xác định công suất thiếu về hệ thống không được lớn hơn công suất dự trữ quay của hệ thống. Dựa vào biểu đồ phụ tải ta lần lượt chọn máy biến áp cho từng phương án, Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện môi trường, tức là không cần hiệu chỉnh công suất của các máy biến áp theo nhiệt độ môi trường. 2.2.1.Phương án 1 a.Chọn máy biến áp hai dây quấn B3 và B4 . Các máy biến áp hai dây quấn B3 và B4 là các máy biến áp nối bộ với máy phát điện và mang tải bằng phẳng, điện áp thay đổi không đáng kể, việc điều chỉnh điện áp chỉ cần điều chỉnh kích từ máy phát điện là đủ. Do đó chọn máy biến áp không có điều áp dưới tải. Công suất của máy biến áp hai cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện : SdmB SFdm = 68,75MVA Các máy biến áp B3 và B4 là các máy biến áp tăng áp từ điện áp máy phát 10kV lên cấp điện áp trung 110kV, Tra bảng trang 151 THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ta chọn máy biến áp TдЦ 80 – 121/10,5 có các số liệu cho trong bảng sau : Bảng 2.1 Sdm (MVA) UCdm (kV) UHdm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% Giá 106VNĐ 80 121 10,5 70 310 10,5 0,55 2560 b.Chọn máy biến áp tự ngẫu liên lạc (B1 và B2 ). Máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ truyền tải và liên lạc giữa các phía điện áp nên nó mang tải không bằng phẳng và điện áp thay đổi nhiều. Việc điều chỉnh điện áp nhờ điều chỉnh kích từ máy phát là chưa đủ để đảm bảo điên áp ra của máy biến áp. Vì thế máy biến áp liên lạc chọn máy biến áp có điều áp dưới tải. Do không có thanh góp điện áp máy phát nên các máy biến áp tự ngẫu có công suất được lựa chọn theo điều kiện : SdmB Trong đó là hệ số có lợi = Từ đó ta có SdmB Ta chọn máy biến áp có các thông số sau : Bảng 2.2 Loại Sdm MVA UC kV UT kV UH kV DP0 DPN U U U I0 % SH MVA ATдЦTH 125 230 121 11 75 290 11 31 19 0,6 63 Giá của máy biến áp liên lạc là : 7400.106VNĐ 2.2.2.Phương án II Trong phương án II, máy biến áp B4 chọn giống máy biến áp B3 và B4 trong phương án I, máy biến áp liên lạc B2 và B3 cũng chọn giống như phương án trên, Chỉ có máy biến áp B1 có cấp điện áp cao là 220kV chọn có công suất giống như các máy biến áp bộ phía 110kV, tra phụ lục ta chọn máy biến áp TдЦ 80 – 242/10,5 có thông số trong bảng sau: Bảng 2.3 Sdm (MVA) UCdm (kV) UHdm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% Giá 106VNĐ 80 242 10,5 80 320 11 0,6 3600 2.3. Phân bố công suất cho các máy biến áp 2.3.1.Phương án I a.Đối với máy biến áp hai dây quấn SBmax = SFdm – STDmax = 68,75 – 20,24 = 63,69MVA < SdmB = 80MVA Máy biến áp hai cuộn dây do làm việc với tải bằng phẳng nên không có khả năng bị quá tải. b. Đối với máy biến áp tự ngẫu Công suất qua các cuộn dây : phía cao, phía trung, phía hạ được tính như sau Phía cao SC = SHT Phía trung ST = ( SUT -SSBT) Phía hạ SH = SC + ST Trong đó SSBT là tổng công suất truyền qua các máy biến áp phía trung SSBT = 2SdmF - STDmax Từ các công thức trên và các bảng số liệu của các cấp phụ tải ta có bảng số liệu phân bố công suất của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu :Bảng 2.4 0 – 7 7 – 8 8 – 14 14 – 20 20 – 24 SC(MVA) 57,51 60,135 57,785 63,29 40,63 ST(MVA) -27,06 -16,595 -16,595 -11,365 -24,445 SH(MVA) 30,45 43,54 41,19 51,925 16,185 Dấu “- “ thể hiện công suất đi từ phía trung lên phía cao 2.3.2.Phương án II Các máy biến áp hai dây quấn có công suất truyền qua không đổi giống như ở phương án 1. Ta chỉ xét phân bố công suất của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu. Với sơ đồ của phương án này, công suất phân bố ở các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu được tính như sau : Phía cao SC = (SHT – SB1) Trong đó SB1 = SFdm - STDmax Phía trung ST = ( SUT – SB4 ) SB4 = SFdm - STDmax Phía hạ SH = SC + ST Từ các công thức trên và các bảng số liệu của các cấp phụ tải ta có bảng số liệu phân bố công suất của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu : Bảng 2.5 0 – 7 7 – 8 8 – 14 14 – 20 20 – 24 SC(MVA) 25,665 28,29 25,94 31,445 8,785 ST(MVA) 4,785 15,25 15,25 20,48 7,4 SH(MVA) 30,45 43,54 41,19 51,925 16,185 2.4.Kiểm tra khả năng quá tải sự cố Trong đồ án môn học này ta chỉ xét khi phụ tải điện áp trung cực đại 2.4.1.Phương án I + Sự cố hỏng một máy biến áp hai dây quấn phía trung áp (B4) Trong các trường hợp sự cố các máy biến áp còn lại được phép quá tải 40%, Trong sơ đồ này, các máy biến áp tự ngẫu phải thoả mãn điều kiện : 2.ksc.a.SdmTN + SB3 SUTmax (1) ksc là hệ số quá tải sự cố ksc = 1,4 SB3 = Sbộ = SFdm - STDmax = 68,75 - .20,24 = 63,69(MVA) 2ksc.a.SdmTN + SB3 = 2.1,4.0,5.125 + 63,69= 238,69(MVA) SUTmax = 104,65 Như vậy điều kiện (1) được thoả mãn. +Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu : SCT = (SUTmax – SB3) = (104,65– 63,69) = 20,48(MVA) SCH = SdmF - SUF - STDmax = 68,75 - .23,53 - 20,24 =36,745 (MVA) SCC = SCH – SCT = 36,745 – 20,48 = 16,275(MVA) +Công suất thiếu về hệ thống : Sthiếu = SHT – 2SCC = 126,58 – 2.16,275 = 94,04(MVA) Công suất dự phòng của hệ thống Sdp = 100MVA Như vậy Sthiếu < Sdp. Vậy các máy biến áp thoả mãn điều kiện quá tải khi có sự cố hỏng máy biến áp bộ phía trung + Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc (B1) Trong trường hợp này máy biến áp tự ngẫu phải thoả mãn điều kiện : ksc.a.SdmTN + SB3 + SB4 SUTmax (2) Trong đó SB3 = SB4 = Sbộ = 63,69 (MVA) ksc.a.SdmTN + SB3 + SB4 = 1,4.0,5.125 + 2.63,69 = 214,88 (MVA) Như vậy điều kiện (2) được thoả mãn. Phân bố công suât các phía máy biến áp tự ngẫu B2 SCT = SUTmax – 2.Sbộ = 104,65 – 2.63,69 = - 22,73 (MVA) Như vậy công suất phía trung vẫn truyền lên phía cao. SCH= SdmF – SUF - STDmax = 68,75 – 23,53 - .20,24 = 40,16 (MVA) SCC= SCH - SCT = 40,16 – (- 22,73) = 62,89 (MVA) Công suất thiếu về hệ thống Sthiếu = SHT – SCC = 126,58 - 62,89= 63,69 (MVA) Như vậy Sthiếu < Sdp. Vậy các máy biến áp thoả mãn sự cố khi hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc. 2.4.2.Phương án II + Sự cố hỏng máy biến áp hai dây quấn phía trung (B4) Máy biến áp tự ngẫu phải thoả mãn các điều kiện : 2ksc.a.SdmTN SUTmax (3) 2ksc.a.SdmTN = 2.1,4.0,5.125 = 175 (MVA) Như vậy điều kiện (3) được thoả mãn. Phân bố công suất trong các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu. Cũng như trên ta có SB1 = Sbộ = 63,69(MVA) SCT = SUTmax = .104,65 = 52,325(MVA) SCH = SdmF - SUF - STDmax = 68,75 - 23,53 - 20,24 = 40,16(MVA) SCC = SCH – SCT = 40,16– 52,325= -12,165(MVA) +Công suất thiếu về hệ thống : Sthiếu = SHT – (Sbộ + 2SCC) = 126,58 – (63,69 + 2.(-12,165)) = 87,22(MVA) Như vậy Sthiếu < Sdp. Vậy các máy biến áp thoả mãn điều kiện sự cố hỏng máy biến áp hai cuộn dây phía điện áp trung. + Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc (B3) Máy biến áp tự ngẫu còn lại phải thoả mãn điều kiện : ksc.a.SdmTN + Sbộ SUTmax (4) ksc.a.SdmTN + Sbộ = 1,4.0,5.125 + 63,69 = 238,69(MVA) Như vậy điều kiện (4)được thoả mãn Phân bố công suất các phía của máy biến áp tự ngẫu B2 SCT = SUTmax - Sbộ = 104,65 – 63,69 = 40,96(MVA) SCH = SdmF – SUF - STDmax = 68,75 – 23,53 - .20,24 = 35,1(MVA) SCC = SCH – SCT =- 40,96+35,1= -5,86(MVA) +Công suất thiếu về hệ thống : Sthiếu = SHT – (Sbộ + SCC) = 126,58 – (63,69 + (-5,86)) = 68,75(MVA) Như vậy Sthiếu < Sdp. Vậy các máy biến áp lựa chọn thoả mãn các điều kiện khi quá tải trong trường hợp hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc. Tóm lại tất cả các máy biến áp đã lựa chọn đều thoả mãn các điều kiện kỹ thuật 2.5.Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp. 2.5.1.Phương án I + Tổn thất điện năng trong các máy biến áp hai dây quấn phía trung Trong đó n là số máy biến áp hai cuộn dây phía trung( n=2) DP0 là tổn thất công suất khi không tải DPN là tổn thất công suất khi ngắn mạch T là thời gian tổn thất điện năng, T = 8760h (1năm) SB công suất truyền tải qua n máy biến áp SB = 2.63,69 = 137,28(MVA) SdmB công suất định mức máy biến áp DA2dq = 2.70.8760 + .310..8760 = 5224654kWh + Tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu : n là số máy biến áp tự ngẫu vận hành song song. SiC, SiT, SiH tương ứng là các công suất truyền qua các cuộn dây cao, trung, hạ của n máy biến áp tự ngẫu. ti là khoảng thời gian máy biến áp truyền tải tương ứng các công suất SiC, SiT, SiH trong ngày. DP0 là tổn thất công suất lúc không tải. DPNC, DPNT, DPNH là tổn thất công suất của các cuộn dây cao, trung, hạ lúc ngắn mạch. Trong đó số liệu về máy biến áp có PNCT = 290kW DPNCH = DPNTH =0,5DPNCT = 0,5.290 = 145kW Ta có bảng quan hệ giữa ti, SiC, SiT, SiH và Ai Trong đó Ai = Bảng 2.6 ti(h) 7 1 6 6 4 SiC(MVA) 57,51 60,135 57,785 63,29 40,63 SiT(MVA) -27,06 -16,595 -16,595 -11,365 -24,445 SiH(MVA) 30,45 43,54 41,19 51,925 16,185 Ai(kWh) 80867,3 16222,67 88450,11 124209,3 20555 SAi = 330304(kWh) DATN = 2.75.8760 + 330304 = 1644304(kWh) DAS = DA2dq + DATN = 5224654 + 1644304 = 6868958(kWh) 2.5.2.Phương án II Tổn thất trong máy biến áp hai dây quấn phía 110kV Trong đó SB là công suất truyền qua máy biến áp đó DA2dq110 = 70.8760 + 310..8760 = 1721259 (kWh) Tổn thất trong máy biến áp hai dây quấn phía 220kV DA2dq220 = 80.8760 + 320..8760 = 2477510 (kWh) Tổn thất trong máy biến áp tự ngẫu có công thức hoàn toàn giống như trong phương án I, đồng thời do chọn cùng loại máy biến áp nên có cùng DPNC, DPNT, DPNH, DP0, Chỉ khác phân bố công suất trong các cuộn dây là khác nhau. Tương tự như phương án I ta cũng có bảng quan hệ giữa ti, SiC, SiT, SiH và Ai Bảng 2.7 ti(h) 7 1 6 6 4 SiC(MVA) 25,665 28,29 25,94 31,445 8,785 SiT(MVA) 4,785 15,25 15,25 20,48 7,4 SiH(MVA) 30,45 43,54 41,19 51,925 16,185 Ai(kWh) 1443,963 294,9574 1674,225 2110,564 438,5747 SAi = 5962.285(kWh) DATN = 2x75x8760 + 5962.285 = 1319962(kWh) DAS = DA2dq110 + DA2dq220 + DATN = 1721259 + 2477510 + 1319962 = 5518731(kWh) 2.6. Tính dòng điện cưỡng bức của các mạch. 2.6.1. Phương án I (Hình 2.1) a.Cấp điện áp về hệ thống 220kV + Mạch đường dây nối với hệ thống : Phụ tải cực đại SHTmax = 126,58MVA. Dòng điện sự cố trên mạch đường dây nối về hệ thống được tính trong trường hợp đứt một lộ đường dây, khi đó : + Mạch máy biến áp tự ngẫu Khi làm việc bình thường dòng điện cưỡng bức của mạch này là : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng điện cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố một máy biến áp bộ phía trung, dòng điện cưỡng bức của mạch là : Dòng điện cưỡng bức lớn nhất ứng với cấp điện áp 220kV của phương án I là Icb220 = 0,332kA b.Cấp điện áp trung 110kV + Mạch đường dây : Phụ tải cấp điện áp trung được cấp điện bởi 2 đường dây kép, mỗi đường dây có công suất là 45MW, cosj = 0,86. Dòng điện cưỡng bức được tính khi có sự cố đứt một lộ đường dây của đường dây kép nào đó. Dòng làm việc cưỡng bức là : + Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây : + Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường, dòng cưỡng bức của mạch này là : Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức của mạch là : Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất của mạch cấp điện áp trung là Icb = 0,379(kA) c.Cấp điện áp máy phát 10kV. Dòng điện cưỡng bức của mạch này chính là dòng điện làm việc cưỡng bức của máy phát điện ta có : 2.6.2. Phương án II (Hình 1.2) a.Cấp điện áp 220kV + Mạch đường dây : giống như trong phương án I ta có Icb = 0,332kA. + Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường dòng điên cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố bộ bên trung thì dòng điện cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng điện cưỡng bức là : + Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây : Vậy dòng điện cưỡng bức lớn nhât ở cấp điện áp 220kV trong phương án này là Icb220 = 0,332kA b.Cấp điện áp 110kV. + Mạch đường dây giống như phương án I ta có Icb = 0,275(kA) + Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây cũng như trên Icb = 0,379kA + Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường dòng điên cưỡng bức của mạch là : Khi sự cố bộ bên trung thì dòng điện cưỡng bức là : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng điện cưỡng bức là : Vậy dòng điện cưỡng bức lớn nhất của cấp điện áp trung trong phương án II là Icb110 = 0,379kA c.Cấp điện áp máy phát. Cũng giống như phương án I dòng cưỡng bức cấp điện áp máy phát là IcbF=3,969(kA) Bảng kết quả tính dòng điện cưỡng bức của các mạch : Bảng 2.8 220kV 110kV 10kV Phương án I 0,332 0,379 3,969 Phương án II 0,332 0,379 3,969 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Tính toán dòng điện ngắn mạch để chọn khí cụ điện và các thiết bị điện theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua. Ở đây ta chỉ tính dòng điện có trị số lớn nhất, đó là dòng ngắn mạch 3 pha. Để đơn giản cho tính toán ta tính ngắn mạch theo đơn vị tương đối cơ bản. Chọn công suất cơ bản Scb = 100MVA Chọn điện áp cơ bản là điện áp trung bình các cấp (10,5kV ; 115kV ; 230kV tương ứng với các cấp điên áp). Theo đề bài ta có SdmHT = 1800MVA ; x*d = 1,9 3.1. Chọn điểm ngắn mạch. Trong các phương án ta tính ngắn mạch tại các điểm N1, N2, N3, N4, N5 Phương án I : hình 3.1 Phương án II : Hình 3.2 3.2. Tính toán ngắn mạch. 3.2.1.Phương án I + Điểm ngắn mạch N1 có Ucb = 230kV Sơ đồ thay thế : X1 = XHT = X*HT. = X2 = Xd = X0.L. = X3 = X4 = XC = = X5 = X6 = XT = = X7 = X8 = XH = = X9 = X10 = X11 = X12 = X13 = X14 = XF = Xd”. Vì sơ đồ đối xứng qua điểm ngắn mạch nên sử dụng phương pháp gập hình để biến đổi sơ đồ thay thế trên về sơ đồ sau: X16 = X1 + X2 = 1.105 + 0.0567 = 1.2537 X17 =X7 + X11 = 0.1789+0.156= 0.3369 X18 =X9 + X13 =0.1789+0.1313=0.3102 Tiếp tục biến đổi sơ đồ ta có sơ đồ đơn giản sau : X19=X16=1.2537 X20 = X18//X17 + X3 = Đưa về đơn vị tương đối định mức : >3 Khi đó với hệ thống ta có Tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 là : +Dòng ngắn mạch siêu quá độ : +Dòng ngắn mạch duy trì : +Dòng điện xung kích : Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích. +Điểm ngắn mạch N2 có Ucb = 115kV Tương tự như điểm ngắn mạch N1 ta có sơ đồ thay thế tính ngắn mạch với các điện kháng ở đơn vị tương đối cơ bản. Tương tự, bằng phương pháp gập hình ta có sơ đồ rút gọn như sau với các điện kháng giống như trên: Sơ đồ thay thế đơn giản nhất : X19 = X16 = 1,2537 X20 = X17//X18 = Đưa về đơn vị tương đối định mức : Từ trên ta có Tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là : +Dòng ngắn mạch siêu quá độ : +Dòng ngắn mạch duy trì : +Dòng điện xung kích : Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích. + Đểm ngắn mạch N4 chỉ được cấp nguồn bởi F1 có Ucb = 10,5kV. Sơ đồ thay thế Đưa điện kháng XF về dạng tương đối định mức : Tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Dòng điện xung kích + Điểm ngắn mạch N3, máy phát F1 không tham gia có Ucb = 10,5kV Với các điện kháng không thay đổi như trên ta có sơ đồ thay thế Biến đổi tương đương sơ đồ ta có : Biến đổi sao X7, X18, X19 thành tam giác thiếu X20, X21 : Đưa về đơn vị tương đối định mức : Vì phía hệ thống có XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : Đối với phía nhà máy, tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N3 là : +Dòng ngắn mạch siêu quá độ : +Dòng ngắn mạch duy trì : +Dòng điện xung kích : Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích. +Mạch tự dùng : Dòng điện xung kích mạch tự dùng : Bảng kết quả tính toán ngắn mạch phương án 1 : Bảng 3.1 N1 N2 N3 N4 N5 I”(kA) 4.3529 6.6521 19.8968 28.35 48.2468 (kA) 11.0806 6.3069 17.6288 17.01 34.6388 Ixk(kA) 5,791 06.9334 50.6489 72.17 122.8163 3.2.2.Phương án II + Điểm ngắn mạch N1 có Ucb = 230kV Sơ đồ thay thế và kết quả tính toán các điện kháng ở đơn vị tương đối cơ bản: Tham khảo các thông số tính toán ở trong phương án I (trong phương án II các giá trị của kháng vẫn không thay đổi ) Biến đổi sơ đồ ta có sơ đồ thay thế đơn giản sau : Cuối cùng ta có sơ đồ đơn giản sau Đưa về đơn vị tương đối định mức : Tra đường cong tính toán ta có : (vì kháng tính toán hệ thống lớn hơn 3) Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 là : +Dòng ngắn mạch siêu quá độ : +Dòng ngắn mạch duy trì : +Dòng điện xung kích : Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích. + Điểm ngắn mạch N2 có Ucb = 115kV. Sơ đồ thay thế và các điện kháng giống với sơ đồ khi tính ngắn mạch tại điểm N1 chỉ khác là điểm ngắn mạch thay đổi : Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản : Các điện kháng thay thế ở sơ đồ trên tính tương tự như trong trường hợp tính ngắn mạch ở điểm N1 Biến đổi sao X15, X16, X19 thành tam giác thiếu X20, X21 và ghép song song X17 và X18 thành X22 ta có : Đưa về đơn vị tương đối định mức : Tra đường cong tính toán ta có : Đưa về đơn vị có tên ta có : Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là : Dòng ngắn mạch siêu quá độ Dòng ngắn mạch duy trì Dòng điện xung kích + Điểm ngắn mạch N4 có trị số dòng ngắn mạch giống như trong phương án I Dòng điện xung kích + Điểm ngắn mạch N3 Sơ đồ thay thế : Biến đổi sơ đồ Đưa về đơn vị tương đối định mức : Vì điện kháng tính toán phía hệ thống và các máy phát đều lớn hơn 3 nên áp dụng công thức tính : Đổi sang đơn vị có tên ta có Như vậy, trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N3 là : Dòng ngắn mạch siêu quá độ Dòng ngắn mạch duy trì Dòng điện xung kích Mạch tự dùng : Dòng điện xung kích mạch điện tự dùng : Bảng kết quả tính ngắn mạch phương án II : Bảng 3.2 N1 N2 N3 N4 N5 I”(kA) 3,6674 5,8839 3,795 28,35 32,145 (kA) 2,6319 4,5033 3,795 17,01 20,808 Ixk(kA) 9,3375 14,9778 9,66 72,17 81,827 CHƯƠNG IV SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1. Chọn sơ đồ thiết bị phân phối Phía 220kV chọn sơ đồ hệ thống hai thanh góp Phía 110kV do chỉ có 2 lộ đường dây nối vào thanh góp điện áp trung nên cũng chọn sơ đồ hệ thông hai thanh góp. 4.1.1.Phương án I Sơ đồ nối điện : Hình 4.1 +Lựa chọn máy cắt : Chọn loại máy cắt SF6 cho các cấp điện áp 220kV và 110 kV, chọn máy cắt không khí cho mạch máy phát điện. Dựa vào kết quả tính dòng điện cưỡng bức trong bảng 2.8 và kết quả tính ngắn mạch trong bảng 3.1 ta chọn máy cắt theo các điều kiện sau : Điện áp định mức UđmMC Uđmlưới Dòng điện định mức IđmMC Icb Dòng cắt định mức ICđm I” Điều kiện ổn định động Iôđđ Ixk Điều kiện ổn định nhiệt I2nh.tnh BN Chọn máy cắt điện SF6 của hãng SIEMENS. Thông số máy cắt chọn như sau: Bảng 3.3 Phía Uđm (kV Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số định mức Icb (kA) I” (kA) I¥ (kA) Ixk (kA) UđmMC (kV) IđmMC (kA) ICđm (kA) Iôđđ (kA) Cao 220 0,332 4,359 4,249 11,08 3AQ1 245 4 40 100 Trung 110 0,379 6,6521 6,307 16,933 3AQ1 123 4 40 100 Hạ 10 3,969 28,35 17,01 72,17 8FG10 15 12,5 80 225 Các máy cắt có Iđm > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện quá ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 4.1.2. Phương án II Sơ đồ nối điện Hình 2.2 Chọn máy cắt với các điều kiện như phương án I Tương tự ta cũng có bảng số liệu máy cắt cho phương án II : Bảng 3.3 Phía Uđm (kV Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số định mức Icb (kA) I” (kA) I¥ (kA) Ixk (kA) UđmMC (kV) IđmMC (kA) ICđm (kA) Iôđđ (kA) Cao 220 0,332 3,667 2,632 9,336 3AQ1 245 4 40 100 Trung 110 0,379 5,884 4,503 14,978 3AQ1 123 4 40 100 Hạ 10 3,969 28,35 17,01 72,17 8FG10 15 12,5 80 225 Các máy cắt có Iđm > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện quá ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 4.2. Phương pháp so sánh kinh tế. Một phương án được coi là tối ưu nếu nó có chi phí tính toán thấp nhất. Chi phí tính toán của phương án : Z = P + ađm.V Z : Hàm chi phí tính toán của phương án (đồng) P : Phí tổn vận hành hàng năm (đồng/năm) V : Vốn đầu tư của phương án (đồng) ađm : Hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn ađm = 0,125 + Vốn đầu tư Do các phương án giống nhau về máy phát điện, không có kháng phân đoạn. Do đó vốn đầu tư được tính là tiền mua, vận chuyển, xây lắp các máy biến áp và thiết bị phân phối ở đây là máy cắt. Vốn đầu tư mua máy biến áp : VB = kB.vB Trong đó : kB : hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp máy biến áp từ công suất máy biến áp và điện áp cuộn cao tra bảng được kB. vB : tiền mua máy biến áp Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối (TBPP) VTBPP = n1.vTBPP1 + n2.vTBPP2 + … + nn.vTBPPn Trong đó : n1, n2…., nn số mạch ứng với cấp điện áp U1, U2…., Un vTBPP1, vTBPP2,,,,,vTBPPn giá tiền 1 mạch TBPP ứng với cấp điện áp U1, U2,…, Un. Vốn đầu tư : V = VB + VTBPP + Tổn thất vận hành hàng năm. P = Pk + Pt + Pp Khấu hao hao mòn và sửa chữa lớn a là hệ số khấu hao (tra bảng) Pt = b.DA tiền tổn thất điện năng DA tổn thất điện năng (kWh) b tiền tổn thất điện năng của 1kWh (đ/kWh), b = 500 đ/kWh Pp tiền chi phí để sửa chữa thường xuyên và tiền lương của công nhân viên (rất nhỏ, trong tính toán so sánh thì bỏ qua). 4.3.Tính chi phí tính toán 4.3.1.Phương án I + Vốn đầu tư mua máy biến áp. Máy biến áp tự ngẫu ATдЦTH 125 – 232/121/11 giá 7400.106VNĐ, kB = 1,3 Máy biến áp hai dây quấn TдЦ 80 – 121/10,5 giá 2560.106VNĐ, kB = 1,5 VB1 = 2.1,3.7400,106 + 2.1,5.2560,106 = 26920.106VNĐ + Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối. Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối chu yếu là vốn đầu tư cho máy cắt nên trong tính toán so sánh kinh tế ta chỉ tính vốn đầu tư cho máy cắt. Từ sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối Hình 4.1 ta chỉ so sánh giá ở những thiết bị khác nhau : Có 3 máy cắt ở cấp điện áp 220kV, giá mỗi máy cắt là 1200.106VNĐ Có 5 máy cắt ở cấp điện áp 110kV, giá mỗi máy cắt là 700.106VNĐ Có 2 máy cắt ở cấp điện áp 10,5kV, giá mỗi máy cắt là 500.106VNĐ V1TBPP = 3.1200.106 + 5.700.106 + 2.500.106 = 8100.106VNĐ +Vốn đầu tư tổng : V1 = VB1 + V1TBPP = 26920.106 + 8100.106 = 35020.106VNĐ + Phí tổn vận hành hàng năm Khấu hao về hao mòn và sửa chữa lớn với khấu hao định mức a = 6,6 Chi phí tổn thất điện năng : Pt1 = b.DA1 = 500.6868958 = 3434,49.106VNĐ Phí tổn vận hành hàng năm : P1 = Pk1 + Pt1 = 2311,32.106 + 3434,49.106 = 5745,81.106VNĐ Chi phí tính toán của phương án 1 : Z1 = P1 + ađm.V1 = 5745,81.106 + 35020.106 = 40765,81.106VNĐ 4.3.2.Phương án II + Vốn đầu tư mua máy biến áp. Máy biến áp tự ngẫu ATдЦTH 125 – 232/121/11 giá 7400,106VNĐ, kB = 1,3. Máy biến áp hai dây quấn TдЦ 80 – 242/10,5 giá 3600,106VNĐ, kB = 1,3. Máy biến áp hai dây quấn TдЦ 80 – 121/10,5 giá 2560,106VNĐ, kB = 1,5. VB2 = 2,1,3,7400,106 + 1,3,3600,106 + 1,5,2560,106 = 27760.106VNĐ + Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối. Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối chu yếu là vốn đầu tư cho máy cắt nên trong tính toán so sánh kinh tế ta chỉ tính vốn đầu tư cho máy cắt. Từ sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối Hình 4.2 ta thấy : Có 4 máy cắt ở cấp điện áp 220kV, giá mỗi máy cắt là 1200.106VNĐ Có 4 máy cắt ở cấp điện áp 110kV, giá mỗi máy cắt là 700.106VNĐ Có 2 máy cắt ở cấp điện áp 10,5kV, giá mỗi máy cắt là 500.106VNĐ V2TBPP = 4.1200.106 + 4.700.106 + 2.500.106 = 7700.106VNĐ +Vốn đầu tư tổng : V2 = VB2 + V2TBPP = 27760.106 + 7700.106 = 35460.106VNĐ + Phí tổn vận hành hàng năm. Khấu hao về hao mòn và sửa chữa lớn với khấu hao định mức a = 6,6 Chi phí tổn thất điện năng : Pt2 = b.DA2 = 500.5518731 = 2759,36.106VNĐ Phí tổn vận hành hàng năm : P2 = Pk2 + Pt2 = 2340,36. 106 + 2759,36.106 = 5099,72.106VNĐ Chi phí tính toán của phương án 1 : Z2 = P2 + ađm .V2 = 5099,72. 106 + 35460. 106 = 40559,72.106VNĐ Từ kết quả tính toán trên ta thấy Z2 < Z1. Vậy phương án tối ưu là phương án 2CHƯƠNG V CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN 5.1. Chọn thanh dẫn cứng, thanh dẫn mềm, thanh góp 5.1.1. Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát. Thanh dẫn cứng dùng để nối từ đầu cực máy phát đến cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp ba pha hai cuộn dây. + Chọn tiết diện thanh dẫn Thanh dẫn cứng được lựa chọn theo điều kiện phát nóng cho phép : I’cp = khc.Icp Icb Icb dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của mạch máy phát Icb = 3,969(kA) = 3969(A) hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ: khc Giả thiết nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn bằng đồng là qcp = 70oC, nhiệt độ môi trường xung quanh q0 = 35oC, nhiệt độ tính toán định mức q0đm = 25oC. Từ đó hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ là : Do đó tiết diện thanh dẫn cứng được lựa chọn theo công thức : Tra trong phụ lục thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp (tr_283) ta có Bảng 5.1 Kích thước mm Tiết diện một cực mm2 Mô men trở kháng cm3 Mô men quán tính cm4 Dòng điện cho phép hai thanh h b c r Một thanh Hai thanh Wyoyo Một thanh Hai thanh Jyoyo Wxx Wyy Jxx Jyy 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 Hình 5.1 Hình dạng của thanh dẫn hình máng Do thanh dẫn có dòng cho phép Icp > 1000A nên không cẫn phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 5.1.2.Kiểm tra điều kiện ổn định động của thanh dẫn. + Lực động điện : Trong đó : l : khoảng cách giữa 2 sứ đỡ liền nhau cấp điện áp 10,5kV :l = 120cm a : khoảng cách giữa các pha cấp điện áp 10,5kV :a = 50cm ixk : dòng điện ngắn mạch xung kích ba pha cấp điện áp máy phát. ixk = 72,17kA = 72170(A) + Mô men uốn M : + Ứng suất tính toán trong vật liệu thanh dẫn stt : Trong đó W là mô men chông uốn của thanh dẫn đối với trục thằng góc với phương của lực tác dụng, W = 100cm3 Ứng suất cho phép của thanh dẫn đồng là scp = 1400kG/cm2 Ta thấy stt = 26,40(kG/cm2 ) < scp = 1400(kG/cm2 ) Vậy thanh dẫn lựa chọn thỏa mãn điều kiện kỹ thuật. + Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng. Hình 5.3 Sứ đỡ thanh dẫn Sứ đỡ được chọn theo các điều kiện sau : Loại sứ : Chọn loại sứ đặt trong nhà Điện áp : Uđms Uđmmg Chọn sứ OF-10-2000KBY3 có các thông số sau : Bảng 5.2 Điện áp kV Lực phá hoại nhỏ nhất khi uốn tính kG Chiều cao mm Định mức Duy trì ở trạng thái khô 10 47 2000 235 Kiểm tra ổn định động : Độ bền của sứ được xác định theo lực tính toán trên đầu sứ : Điều kiện độ bền của sứ là : Fcp : lực cho phép tác dụng lên trên đầu sứ ( kG) Fph : lực phá hoại định mức của sứ Fph = 2000kG Ta thấy F’tt = 278,51kG < Fcp = 0,6.2000 = 1200kG Vậy điều kiện ổn định động của sứ được thỏa mãn. 5.1.3. Chọn thanh thanh góp ở cấp điện áp trung và cao Thanh dẫn mềm ở cấp điện áp trung và cao được lựa chọn theo điều kiện phát nóng và có kiểm tra chống phát sinh vầng quang. a.Cấp điện áp trung 110kV Tiết diện nhỏ nhất của thanh dẫn điện áp 110 kV là Smin 70mm2 + Thanh dẫn mềm được lựa chọn theo điều kiện : I’cp = khc.Icp Icb Icb dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của mạch phía trung Icb = 0,379kA = 379A Do đó tiết diện thanh dẫn mềm được lựa chọn theo công thức : Chọn dây dẫn AC có các đặc tính cơ bản cho trong bảng sau : Bảng 5.3 Tiết diện chuẩn Nhôm/thép Số liệu tính toán của dây Dòng điện phụ tải cho phép A Tiết diện mm2 Đường kính mm Điện trở 1 chiều ở 20oC, W/km Đặt ngoài trời Đặt trong nhà Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 185/24 187 24,2 18,9 6,3 0,154 510 425 + Kiểm tra điều kiện chống phát sinh vầng quang. Điều kiện : Trong đó : m : hệ số không nhẵn của dây dẫn, với dây AC: m = 0,85 r : bán kính ngoài của dây dẫn ( cm) aTB : khoảng cách trung bình giữa các pha (m) Uvq : điện áp phát sinh vầng quang (kV) Dây dẫn có các thông số như sau r = 0,945cm khoảng cách trung bình giữa các pha là 400cm Vậy dây dẫn chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang. b. Cấp điện áp cao 220kV Tiết diện nhỏ nhất của thanh dẫn điện áp 220 kV là Smin 240mm2 + Thanh dẫn mềm được lựa chọn theo điều kiện : I’cp = khc.Icp Icb Icb dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của mạch phía trung Icb = 0,332kA = 332A Do đó tiết diện thanh dẫn mềm được lựa chọn theo công thức : Chọn dây dẫn AC – 400/64 có các thông số và đặc tính cơ bản cho trong bảng sau : Bảng 5.4 Tiết diện chuẩn Nhôm/thép Số liệu tính toán của dây Dòng điện phụ tải cho phép, A Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Điện trở 1 chiều ở 20oC W/km Đặt ngoài trời Đặt trong nhà Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 400/64 390 63,5 27,7 10,2 0,074 835 715 + Kiểm tra điều kiện chống phát sinh vầng quang Điều kiện : Dây dẫn vừa chọn có r = 1,385cm khoảng cách trung bình giữa các pha là 500cm Uvq = 84.0,85.1,385.lg = 253 kV > Umg = 220kV Vậy dây dẫn AC – 400/64 thỏa mãn điều kiện chống phát sinh vầng quang, 5.2.Chọn biến điện áp và biến dòng điện. 5.2.1.Chọn BU,BI cấp điện áp máy phát Sơ đồ nối BU, BI với dụng cụ đo Hình 5.4 a . Chọn biến dòng điện (BI) Máy biến dòng được lựa chọn theo các điều kiện : Sơ đồ : chọn sơ đồ nối hình sao cả ba pha Điện áp : UđmBI Umg = 10kV Dòng điện : IđmBI Icb = 3,608kA = 3608A Từ các điều kiện chọn trên tra phụ lục VIII trang 256 – THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP – PGS-Nguyễn Hữu Khái ta chọn BI có các thông số trong bảng sau : Bảng 5.6 Loại Uđm (kV) Dòng định mức (A) Cấp chính xác Phụ tải định mức W Bội số ổn định động Ilđđ (kA) Bội số ổn định nhiệt Sơ cấp Thứ cấp TPШ-10 10 4000 5 0,5 1,2 - - 70/1 + Tổng trở thứ cấp của BI bao gồm tổng trở phụ tải các dụng cụ đo Zådc và tổng trở dây dẫn nối từ thứ cấp máy biến dòng đến dụng cụ đo Zdd : Z2 = Zådc + Zdd Công suất tiêu thụ của các cuộn dây của máy biến dòng điện cấp cho các phụ tải trong bảng sau : Bảng 5.7 TT Tên dụng cụ đo Loại Phụ tải Pha A Pha B Pha C 1 2 3 4 5 6 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 pha C mang tải nhiều nhất S = 26VA, tổng trở của các dụng cụ mắc vào pha này là : Zdd = Z2đm - Zådc rdd Từ đó tiết diện dây dẫn được xác định như sau : Giả sử chiều dài dây dẫn nối từ thứ cấp máy biến dòng đện dụng cụ đo là 40m. Do BI đấu hình sao nên ltt = l = 40m. Chọn dây dẫn đồng có r = 0,0175 W,mm2/m Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện 5mm2 b.Chọn biến điện áp BU Dụng cụ phía thứ cấp của BU dùng công tơ nên ta dùng 2 biến điện áp 1 pha đấu kiểu v/v + Chon BU theo các điều kiện : Điện áp : Uđm Umg Công suất thứ cấp : S2đm S2tt = Phụ tải phía thứ cấp được phân bố đều cho cả hai BU theo bảng sau : Bảng 5.8 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải pha AB Phụ tải pha 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 B2 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 : S2 = cosj = Biến điện áp BC : S2 = cosj = Chọn BU có các thông số trong bảng sau : Bảng5.9 Loại Cấp điện áp kV Điện áp định mức, V Cấp chính xác Công suất định mức Sơ cấp Thứ cấp HOM-10 10 10000 100 0,5 75 + Chọn dây dẫn từ BU đến các đồng hồ Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp : Ia = Ic = Từ trị số các dòng điện trên có thể coi Ia = Ic. Vậy Ib = .Ia = .0,207 = 0,34A Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và b là : DU = (Ia + Ib). Dùng dây dẫn băng đồng có r = 0,0175W.mm2/m Giả sử khoảng cách từ BU đến các dụng cụ đo là l =50m, Do mạch điện có công tơ nên DU 0,5%, Do đó tiết diện dây dẫn được lựa chọn theo biểu thức sau: Theo độ bền cơ, tiết diện nhỏ nhất đối với dây dẫn đồng là 1,5mm2. Vậy chọn dây dẫn đồng có tiết diện 1,5mm2. 5.2.2.Chọn BI, BU cho cấp điện áp trung 110 và cấp điện áp cao. BI và BU ở cấp điện áp trung và cấp điện áp cao dùng để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle. a.Chọn biến dòng điện Máy biến dòng cũng được lựa chọn theo các điều kiện : Điện áp : UđmBI Umg Dòng điện : IđmBI Icb Từ các điều kiện chọn trên ta chọn BI có các thông số trong bảng sau : Cấp điện áp 110kV Bảng 5.10 Loại Uđm (kV) Dòng định mức (A) Cấp chính xác Phụ tải định mức W Bội số ổn định động Ilđđ (kA) Bội số ổn định nhiệt Sơ cấp Thứ cấp TFH-110M 110 1500 5 0,5 0,8 75 60/1 Cấp điện áp 220kV Bảng 5.11 Loại Uđm (kV) Dòng định mức (A) Cấp chính xác Phụ tải định mức W Bội số ổn định động Ilđđ (kA) Bội số ổn định nhiệt Sơ cấp Thứ cấp TFH-220-3T 220 1200 5 0,5 2 108 b.Chọn biến điện áp Máy biến điện áp được chọn theo điều kiện : UđmBU Umg, Chọn các máy biến điện áp một pha đấu theo sơ đồ Y/Y/ Chọn các máy biến điện áp có các thông số trong các bảng sau : Cấp điện áp 110kV Bảng 5.12 Loại Cấp điện áp kV Điện áp định mức V Cấp chính xác Công suất định mức VA Sơ cấp Thứ cấp chính Thứ cấp phụ HKF-110-57 110 100 1 600 Cấp điện áp 220k Bảng 5.13 Loại Cấp điện áp kV Điện áp định mức, V Cấp chính xác Công suất định mức VA Sơ cấp Thứ cấp chính Thứ cấp phụ HKF-220-57 220 100 1 600 5.3. Chọn dây cáp cho phụ tải cấp điện áp máy phát. Theo yêu cầu thiết kế, phụ tải cấp điện áp máy phát gồm 5 đường dây kép, công suất mỗi lộ kép là 4MW, cosj = 0,85. Tiết diện cáp được lựa chọn theo mật độ dòng điện kinh tế. Skt = Dòng điện làm việc cực đại : Imax = Mật độ dòng điện kinh tế được xác định bằng tra bảng thông qua vật liệu cáp và thời gian sử dụng công suất cực đại trong năm. Thời gian sử dụng công suất cực đại trong năm : Tmax = 365.å = 365. Chọn cáp điện lực cách điện tẩm dầu, lõi nhôm nên ta có mật độ dòng điện kinh tế Jkt = 1,2A/mm2 Tiết diện kinh tế của cáp cấp điện áp máy phát : Skt = Tra bảng ta chọn cáp có các thông số : Tiết diện phần lõi dẫn điện : S = 120mm2 Dòng điện lâu dài cho phép của cáp : Icp = 240A + Kiểm tra điều kiện phát nóng bình thường : I’cp = k1.k2.Icp Imax Trong đó : 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 có nhiệt độ 15oC, nhiệt độ phát nóng cho phép của ruột cáp là 60oC, nhiệt độ tiêu chuẩn là 25oC. Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ : k1 = Khoảng cách giữa 2 cáp đặt song song là 100mm, k2 = 0,9. I’cp = 0,9.1,13.240 = 244A > Imax = 130A Như vậy cáp chọn thoả mãn điều kiện phát nóng bình thường. + Kiểm tra điều kiện sự cố khi hỏng một cáp Do trong điều kiện làm việc bình thường cáp làm việc với Imax < 80%Icp nên trong sự cố nó được quá tải 30 %, hệ số quá tải kqt = 1,3 kqt.I’cp = kqt.k1.k2.Icp = 1,3.0,9.1,13.240 = 317 Vậy kqt.I’cp > Icb = 2Imax = 2.130 = 260A Vậy cáp đã chọn thỏa mãn yêu cầu. 5.4 Chọn kháng điên cho phụ tải cấp điện áp máy phát. Mục đích của việc chọn kháng điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát là hạn chế dòng điện ngắn mạch để chọn khí cụ điện hạng nhẹ rẻ tiền hơn. + Dòng điện cưỡng bức qua kháng Dòng điện cưỡng bức đi qua kháng được xác định khi một trong hai kháng ngừng làm việc IcbK = Chọn kháng bê tông cuộn dây băng nhôm có dòng định mức qua kháng IđmK = 1500A + Tính dòng điện ổn định nhiệt của cáp : Dòng điện ổn định nhiệt của cáp 1: Inh2 = S2 là tiết diện của cáp : S = 120mm2 Đối với cáp nhôm : C = 90A2s t thời gian tồn tại ngắn mạch : t = 0,5s Để đảm bảo chọn lọc của bảo vệ t1 = t2 + Dt = 0,5 + 0,3 = 0,8s Inh1 = Vậy dòng ngắn mạch tại N6 là: IN6=12,074 (kA) Dòng điện ổn định nhiệt của cáp 2 : Inh2 = Dòng cắt định mức của máy cắt 2 ICđm2 = 40kA.Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N7 là : IN7 = 15,273(kA) + Tính điện kháng tổng đến điểm ngắn mạch N7 trong hệ đơn vị tương đối cơ bản : Xå = XHT + Xk + XC1 = XHT = XC1 = X0.l. Giá trị của điện kháng ở dạng tương đối định mức : Xk =Xå - XHT - XC1 = 0,36 - 0,171 - 0,145 =0,044 Chuyển vể đơn vị tương đối cơ bản : X% = Xk. Vậy chọn kháng đơn bê tông PbA-10-1500-10 có : UđmK = 10kV IđmK = 750A X% = Xk. + Kiểm tra lại khi ngắn mạch tại N6 Đưa điện kháng vừa chọn về đơn vị tương đối cơ bản : Xk = Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại điểm N6 : IN6 = IN6 < min{InhC1, IcắtMC1} = 12,074(kA) Vậy kháng điện thỏa mãn điều kiện khi ngắn mạch tại N6 + Khi ngắn mạch tại N7 : IN6 = IN6 < min{InhC2, IcắtMC2} = 15,273(kA) Vậy kháng điện thỏa mãn điều kiện khi ngắn mạch tại N7. Hình 5.5 Sơ đồ phân phối phụ tải cấp điện áp máy phát CHƯƠNG VI CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG Điện tự dùng là phần điện năng không thể thiếu được trong nhà máy điện và trạm biến áp. Nó cung cấp năng lượng cho các thiết bị đo lường, điều khiển, và các thiết bị cung cấp khác ví dụ như trong nhà máy thủy điện thì cung cấp điện cho các động cơ đóng cửa tua bin, hệ thống bơm nước … , trong nhà máy nhiệt điện thì cho các hệ thống băng tải, bơm tuần hoàn … Đối với nhà máy nhiệt điện, do phải sử dụng các động cơ công suất lớn nên mạch tự dùng phải có 2 cấp điện áp 6kV và 0,4kV. 6.1. Chọn máy biến áp cấp 1 (6kV) Mỗi tổ máy chọn một máy biến áp hạ áp từ cấp điện áp máy phát xuống cấp điện áp 6kV, lấy điện từ đầu cực máy phát, Công suất của mỗi máy biến áp là như nhau và xác định theo biểu thức : SB Tra phụ lục III – THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP (Phần điện) – PGS-Nguyễn Hữu Khái, ta chọn máy biến áp tự dùng cấp 1 có các thông số trong bảng sau : Bảng 6.1 Loại Sđm kVA Điện áp kV Tổn thất kW UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ DP0 DPN TMHC 6300 10,5 6,3 8 46,5 8 0,9 Chọn máy biến áp dự phòng cấp 1 Máy biến áp dự phòng làm nhiệm vụ thay thế cho biến áp chính và còn cung cấp điện cho hệ thống tự dùng khi khởi động và dừng lò. Biến áp tự dùng dự trữ cấp 1 được lấy điện áp từ cuộn hạ phía trên máy cắt liên lạc. Biến áp này có công suất như sau : SB Tra phụ lục III – THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP (Phần điện) – PGS-Nguyễn Hữu Khái, ta chọn máy biến áp dự phòng cấp 1 có các thông số như sau : Bảng 6.2 Loại Sđm kVA Điện áp kV Tổn thất kW UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ DP0 DPN TдHC 10000 10,5 6,3 12,3 85 14 0,8 6.2. Chọn máy biến áp cấp 2 (0,4kV) Máy biến áp cấp 2 cung cấp điện cho các động cơ 380/220V và chiếu sáng, Các phụ tải cấp điện áp này chiếm khoảng 10 đến 15% công suất tự dùng toàn nhà máy. Chọn 4 máy biến áp tự dùng cấp 2 lấy điện từ hạ áp của các máy biến áp tự dùng cấp 1. Công suất của các máy biến áp tự dùng cấp 2 như sau: SB Ta chọn máy biến áp tự dùng cấp 2 có các thông số như sau : Bảng 6.3 Loại Sđm kVA Điện áp, kV Tổn thất, kW UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ DP0 DPN TM 1000 6 0,4 2,1 12,2 5,5 1,4 Máy biến áp dự phòng cấp 2 cũng được chọn như biến áp tự dùng cấp 1 Bảng thông số 6.3 6.3. Chọn máy cắt cho mạch tự dùng. Mạch tự dùng ta phải chọn các máy cắt đầu vào và đầu ra của máy biến áp tự dùng cấp 1 a.Chọn máy cắt đầu vào của máy biến áp tự dùng cấp1. Máy cắt này được chọn theo trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N5 và trị số dòng điện cưỡng bức trong mạch. Trị số dòng điện ngắn mạch trong bảng 3.2 : I” = 32,145 kA = 20,808 kA Ixk = 81,827 kA Trị số dòng điện cưỡng bức coi bằng trị số dòng điện trong mạch biến áp dự phòng khi khởi động hoặc dừng lò : Icb = Chọn máy cắt theo các điều kiện : Điện áp định mức UđmMC Uđmlưới Dòng điện định mức IđmMC Icb Dòng cắt định mức ICđm I” Điều kiện ổn định động Iôđđ Ixk Điều kiện ổn định nhiệt I2nh.tnh BN Từ đó ta chọn máy cắt có các số liệu trong bảng sau : Bảng 6.4 Loại Uđm kV Iđm A ICđm kA Dòng điện ổn định lực động điện kA Dòng điện Inh/tnh kA/s Bộ truyền động Ilđd Ilđd MGG-10-5000-63KY3 11 5600 63 170 64 64/4 PЭ-21AY 3 Các máy cắt có dòng điện Iđm > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. b.Chọn máy cắt đầu ra của máy biến áp tự dùng cấp 1(Phía 6kV) Để chọn máy cắt phía 6kV của máy biến áp tự dùng cấp 1 ta phải tính dòng điện ngắn mạch N6 ở đầu cực máy biến áp này với nguồn cung cấp là cả hệ thống và nhà máy điện đang thiết kế. Các đại lượng cơ bản Scb = 100MVA Ucb = 6,3kV. Điện kháng hệ thống tính đến trước máy biến áp tự dùng cấp 1 : XHT = Điện kháng của máy biến áp tự dùng cấp 1 : XB1 = Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch N6: X = XHT + XB1 = 0,285 + 1,27 = 1,555 Đưa về đơn vị tương đối định mức : Xtt = XS Xtt > 3 nên dòng điện ngắn mạch tại điểm N6 được tính theo công thức : Dòng điện ngắn mạch xung kích : Ixk = .1,8.1,732 = 15,13(kA) Coi dòng điện làm việc cưỡng bức bằng dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch biến áp dự phòng khi khởi động hoặc dừng lò. Chọn máy cắt cũng theo các điều kiện như trên. Tra phụ lục ta chọn máy cắt có thông số trong bảng sau : Bảng 6.5 Loại MC Uđm kV Iđm kA ICđm kA Ilđđ kA 8DA10 7,2 2500 40 110 Các máy cắt có Iđm > 1000A nên không cần phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN TỰ DÙNG Hình 6.1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 2 Chọn máy phát điện 2 Tính toán phụ tải ở các cấp điện áp 2 Tính toán phụ tải ở cấp điện áp máy phát 3 Tính toán phụ tải cấp điện áp trung 4 Tính toán công suất toàn nhà máy 5 Tính toán công suất tự dùng của nhà máy 6 Tính cống suất về hệ thống 7 Các nhận xét 8 Chương II Lựa chọn sơ đồ nối điện của nhà máy 9 Chọn sơ đồ tối ưu 9 Chọn máy biến áp cho các phương án 15 Phân bố công suất cho các máy biến áp 17 Kiểm tra khả năng quá tải 18 Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp 21 Tính dong điện cưỡng bức của các mạch 24 Chương III Tính toán ngắn mạch 28 Chọn điểm ngắn mạch 28 Tính toán ngắn mạch 29 Chương IV So sánh kinh tế kỹ thuật lựa chọn phương án tối ưu 44 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 44 So sánh kinh tế giữa các phương án 46 Tính toán chi phí tính toán 47 Chương V Chọn các thiết bị điện 50 Chọn thanh dẫn cứng, thanh dẫn mềm, thanh góp 50 Chọn biến điện áp và biến dong điện 56 Chương VI Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng 66 Chọn biến áp cấp1 66 Chọn máy biến áp cấp 2 67 Chọn máy cắt cho mạch tự dùng 67