Đồ án Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện

37,59 22,97 46,326 20,355 ST(B1)= ST(B2) 4,556 16,321 16,321 22,203 4,556 SH(B1)= SH(B2) 24,911 53,911 39,291 68,529 24,911 Cuộn hạ có tải lớn nhất, được xác định theo công thức: SH(B1=B2) = SH®T + SH®C = 22,203 + 46,326 = 68,529 (MVA) SH(B1=B2) = 68,529< SH(B1=B2)đm = a.S(B1=B2)đm = 0,5.160 = 80 (MVA) Vậy MBA đã chọn là thoả mãn. 3.2.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp khi bị sự cố · Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thường. · Kiểm tra sự cố Sự cố nguy hiểm nhất là khi S110 = S110 max = 117,647 MVA Ta xét các sự cố sau: + Xét sự cố bộ F3 - B3 Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải một lượng công suất là: STB1(B2) = STB1(B2) = S110max = 0,5.117,647= 58,823 MVA Lượng công suất từ máy phát F1 (F2) cấp lên phía hạ của B1 (B2): SH(B1=B2) = SMFđm - Sđp - Stdmax = 78,75 - 0,5.9,411 - 0,25.22,05 = 63,02 MVA Lượng công suất phát lên phía cao của B1 (B2) SC(B1=B2) = SH(B1=B2) - ST(B1=B2) = 63,02 - 58,823= 4,197 MVA Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = SVHT - SB4 - 2.SC(B1=B2) = 165,892 - 73,24 -2.4,197 = 84,258 MVA - Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 110 MVA Ta thấy SdtHT > Sthiếu Þ hệ thống làm việc bình thường + Xét sự cố B1 (B2) Khi sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải một lượng công suất là: S =S110max - SB3 = 117,647 - 73,24 = 44,407 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được một lượng công suất là: SB2(B3) = a.SđmB = 0,5.160 = 80 MVA Þ Vậy nên máy biến áp không bị quá tải. + Phân bố công suất khi sự cố B1: Phía trung của MBA tự ngẫu phải tải sang thanh góp trung áp một lượng công suất ST(B2) = S110max - SB3 = 117,647 - 73,24= 44,407 MVA - Lượng công suất từ máy phát F2 cấp lên phía hạ của B2 SH(B2)= SMFđm - Sđp - .Stdmax = 78,75 - 9,411 - .22,05 = 58,316 MVA - Lượng công suất phát lên phía cao của B2: SC(B2) = SH(B2) - ST(B2) = 58,316 - 44,407 = 13,909 MVA - Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = SVHT - 2.SC(B1=B2) = 165,892 - 2.46,332 = 73,228 MVA Ta thấy SdtHT > Sthiếu Þ hệ thống làm việc bình thường. Kết luận: Các máy biến áp đã chọn cho phương án 2 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải. 3.2.4. Tính toán tổn thất điện năng tổng các máy biến áp Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần: - Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải của nó. - Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp. Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm: DAB4 = DAB3 = DP0.T + DPN.t · Đối với máy biến áp tự ngẫu DAtn = DP0.T + .S(DPNC..ti + DPnt..ti + DPntt..ti) Trong đó: SCi, STi. SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu trong tổng thời gian ti. Sb: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời gian ti. DPNC = 0,5. DPNT = 0,5. DPNH = 0,5. Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp như sau: · Máy biến áp ba pha hai cuộn dây Máy biến áp B3 và B4 luôn làm việc với công suất truyền tải qua nó: Sb = 73,24 MVA trong cả năm. Ta có: DA = DP0.T + DPN.T DAB3 = 8760 = 2909,186.103 kWh DAB4 = 8760 = 3050,273.103 kWh · Máy biến áp tự ngẫu. Ta có: DPNC = 0,5 = 190 kW DPNT = 0,5 = 190 kW DPNH = 0,5 = 570 kW Từ đó ta có: DA = DP0T + Bảng giá trị: MVA.h Thời gian(h) å 0¸8 8¸12 12¸14 14¸20 20¸24 SCi2.ti 3314,608 5652,032 1055,24 12876,85 1657,304 24555,764 STi2.ti 166,057 1065,5 532,75 2957,839 83,028 4805,174 SHi2.ti 4964,463 11625,583 3087,56 28177,34 2482,231 50337,177 DATN = 85.8760.10-3+.10-3.(190.24555,764 +190.4805,174 +570.50337,177) = 744,6 + 488,625 = 1233,225 (MWh) Như vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là: DAS = DAB1 + DAB2 + DAB3 + DAB4 = 2´1233,225.103 + 2909,186.103 + 3050,273.103 = 8425,91 .103 ( kWh) = 8425,91 (MWh) CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy đảm bảo các chỉ tiêu ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện cần chọn 1 chế độ làm việc nặng nề nhất nhưng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế. Dòng điện tính toán ngắn mạch để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha. Chọn các đại lượng cơ bản. Scb = 100 MVA Ucb1 = 230 kV; Ucb2 = 115 kV; Ucb3 = 10,5 kV 4.1. Phương án 1 4.1.1. Chọn điểm ngắn mạch Chọn điểm ngắn mạch tính toán sao cho dòng ngắn mạch lớn nhất có thể có, tất cả các nguồn phát cùng làm việc . Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán. Lập sơ đồ thay thế. 4.1.2. Tính điện kháng các phần tử · Điện kháng của hệ thống XHT = X*HT. = 0,053 .XD = = 0,0264 · Điện kháng máy phát. XF = X”d.= 0,153. = 0,194 · Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây · Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2: Ta có: + Điện kháng cuộn cao áp: XC = = = 0,0718 + Điện kháng cuộn trung áp XT = = = -0,003 » 0 + Điện kháng cuộn hạ áp XH = = = 0,128 4.1.3. Tính toán ngắn mạch theo điểm 1. Tính dòng ngắn mạch tại N1 Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế. Sơ đồ thay thế: Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có: X1 = XHT + .XD = 0,053 + 0,0264 = 0,0794 X2 = XC(B1) // XC(B2) = = 0,036 X3 = (XH(B1) + XF1) // (XH(B2) + XF2)= = 0,161 X4 = Ghép các nguồn E12 và E34 ta có: X5 = X3 // X4 = = 0,08 X6 = X2 + X5 = 0,036 + 0,08 = 0,116 Sơ đồ rút gọn: - Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là: XTTHT = X1. = 0,0794. = 1,191 Tra đường cong tính toán ta có: I*(0) = 0,85 I*(¥) = 0,925 + Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I”HT(0) = I*(0). = 0,85. = 3,2 kA I”HT(¥) = I*(¥). = 0,925. = 3,48 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N1 là: XTTNM = X6. = 0,116. = 0,365 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 2,8 I* (¥) = 2,1 + Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I”NM(0) = I*(0). = 2,8. = 2,214 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,1. = 1,6 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N1: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3,2 + 2,214 = 5,414 kA I”N1(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 3,48 + 1,66 = 5,14 kA + Dòng điện xung kích ixkN1 = .kxk.I”N1(0) = .1,8.5,14 = 13,78 kA 2. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Ở cấp điện áp 110kV, tương tự như cấp điện áp 220kV nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống. Sơ đồ thay thế: Ngắn mạch tại điểm N2 có tính chất đối xứng, các điện kháng được tính toán như khi ngắn mạch tại điểm N1. Sử dụng lại các kết quả tính toán điểm N1 ta có Ghép các nguồn F12 và F34 ta có: X7 = X1 + X2 = 0,0794 + 0,036 = 0,1154 Sơ đồ rút gọn: - Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là: XttHT = X7. = 0,1154. = 1,731 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,56 I* (¥) = 0,62 + Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I”HT(0) = I*(0). = 0,56. = 4,22 kA I”HT(¥) = I*(¥). = 0,62. = 4,67 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N2 là: XTTNM = X5. = 0,08. = 0,252 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 4 I* (¥) = 2,4 + Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I”NM(0) = I*(0). = 4. = 6,325 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,4. = 3,795 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N2: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4,22 + 6,325 = 10,545 kA I”N2(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 4,67 + 3,795 = 8,465 kA + Dòng điện xung kích ixkN2 = .kxk.I”N2 = .1,8.10,545 = 16,84 kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Tính ngắn mạch tại điểm N3 nhằm chọn khí cụ điện mạch máy phát. Nguồn cung cấp gồm hệ thống và các máy phát của nhà máy thiết kế trừ máy phát F1 Sơ đồ thay thế Ta có: X8 = X4 // (XH1 nt XF) = Biến đổi Y(X7, X8, XH1) ® (X9, X10) bỏ nhánh cân bằng X9 = X7 + XH1 + = 0,1154 + 0,128 + = 0,381 X10 = X8 + XH1 + = 0,107 + 0,128 + = 0,353 Sơ đồ đơn giản Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X9. = 0,381. = 5,715 > 3 Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”N3(0) = I”N3(¥) = = 14,43 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X10. = 0,353. = 0,83 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 1,21 I* (¥) = 1,32 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 1,21. = 15,72 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 1,32. = 17,14 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N3: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 14,43 + 15,72 = 30,15 kA I”N3(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 14,43 + 17,14 = 31,57 kA + Dòng điện xung kích ixkN3 = .kxk.I”N3 = .1,8.30,15 = 76,75 kA 4. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 ¢ Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F1 Sơ đồ thay thế - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM = XF. = 0,194. = 0,153 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 6,8 I* (¥) = 2,68 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 6,8. = 29,44 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,68. = 11,6 kA + Dòng điện xung kích:ngắn mạch đầu cực máy phát lấy kxk=1,9 ixkN’3 = .kxk.I”N3 = .1,9.29,44 = 79,1 kA 5. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4 Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát. Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế. Do đó ta có: I”N4(0) = I”N3 + I”N3’ = 30,15 + 29,44 = 59,59 kA I”N4(¥) = I”N3 + I”N3’ = 31,57 + 11,6 = 43,17 kA + Dòng điện xung kích ixkN4 = .kxk.I”N4 = .1,9.59,59 = 160,12 kA Vậy ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 1. Cấp đ/a(kV) điểm n.m I0” (kA) I (¥)” (kA) ixk (kA) 220 N1 5,414 5,14 13,78 110 N2 10,545 8,465 26,84 10,5 N3 30,15 31,57 76,75 N3’ 29,44 11,6 79,1 N4 59,59 43,17 160,12 4.2.Phương án 2 4.2.1. Chọn các điểm ngắn mạch Chọn điểm ngắn mạch N1: Để chọn khí cụ điện phía 220kV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N2: để chọn khí cụ điện cho mạch 110kV có nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N3: để chọn khí cụ điện cho mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc coi như F2 nghỉ, nguồn cung cấp là các máy phát điện khác và hệ thống. Chọn điểm ngắn mạch N3¢: Khi tính toán chỉ kể thành phần do F2 cung cấp. Điểm ngắn mạch N4 để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng, thực ra có thể lấy IN4 = IN3 + IN3’. 4.2.2. Tính điện kháng các phần tử · Điện kháng của hệ thống XHT = X*HT. = 0,053 .XD = = 0,0264 · Điện kháng máy phát. XF = X’d.= 0,153. = 0,194 · Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây = 0,131 = 0,1375 · Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2: + Điện kháng cuộn cao áp: XC = = = 0,0718 + Điện kháng cuộn trung áp XT = = = -0,003 » 0 + Điện kháng cuộn hạ áp XH = = = 0,128 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch. 4.2.3. Tính toán ngắn mạch theo điểm 1. Tính dòng ngắn mạch tại N1 Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có: X1 = XHT +. XD = 0,053 + 0,0264 = 0,0794 X2 = = = 0,036 X3 = (XF1 nt XH1)//(XH2 nt XF2) = = 0,161 X4 = XB4 + XF4 = X5 = XB3 + XF3 = 0,131 + 0,194 = 0,325 Ghép // F1,2; F3 rồi nt X2 ta có sơ đồ rút gọn: X F4 F 1,2 2 X 4 3 1 X X X 5 HT F 3 X6 = (X5 // X3 ) nt X2= + 0,036= 0,143 Ghép // X4 ta được sơ đồ rút gọn: X7 = X6 // X4 = = 0,1 - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: XNHT = X1.= 0,0794 . = 1,191 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,77 I* (¥) = 0,925 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”HT(0) = I*(0). = 0,77. = 2,9 kA I”HT(¥) = I*(¥). = 0,925. = 3,48 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X7. = 0,1. = 0,315 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,25 I* (¥) = 2,25 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,25. = 2,57 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,3 = 1,78 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N1: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 2,57 + 2,9 = 5,47 kA I”N1(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 1,78 + 3,48 = 5,26 kA + Dòng điện xung kích ixkN1 = .kxk.I”N1(0) = .1,8.5,47 = 13,92 kA 2. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ ứng với điểm ngắn mạch N1 ta có sơ đồ rút gọn với điểm N2 như sau: Ghép F1,2 // F3 ta có: X8 = X3 // X5 = = 0,107 Biến đổi Y(X1, X2, X4) ® (X9, X10) bỏ qua điện kháng cân bằng ta được: X9 = X1 + X2 + = 0,0794 + 0,036 + = 0,124 X10 = X2 + X4 + = 0,325 + 0,036 + = 0,508 Ghép F123 // F4: X11 = X10 // X8 = = 0,088 Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: XttHT = X9. = 0,124. = 1,86 Tra đường cong tính toán: I* (0) = 0,525 I* (¥) = 0,578 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 0,525. = 3,95 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 0,578. = 4,35 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X11. = 0,088. = 0,277 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,65 I* (¥) = 2,33 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,65. = 5,77 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 2,33. = 3,68 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N2: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3,95 + 5,77 = 9,72 kA I”N2(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 4,35 + 3,68 = 8,03 kA + Dòng điện xung kích ixkN2 = .kxk.I”N2 = .1,8.9,72 = 24,74 kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Lúc này nhà máy chỉ còn 3 máy phát. Vậy công suất tổng là: åSMFdm = 3.SMFdm = 3.78,75= 236,25 (MVA) Sử dụng các giá trị điện kháng đã tính ở trên với các phép biến đổi nối tiếp và song song ta có sơ đồ rút gọn mới như hình vẽ: trong đó X12=(XH1 nt XF1) // (XB3 nt XF3) = =0,162 biến đổi sơ đồ tam giác X4; X2; X12 thành sơ đồ sao X13; X14; X15 ta được sơ đồ rút gọn mới: Biến đổi (X4; X2; X12) ® Y(X13; X14; X15) X14 = = 0,011 X13 = = 0,022 X15 = =0,1 Sơ đồ rút gọn: Ghép nt các điện kháng ta có: X16 = X1 + X13 = 0,0794 + 0,022 = 0,1014 X17 = X14 + XH2 = 0,011 + 0,128 = 0,139 Biến đổi Y(X16, X17, X15) ® (X18, X19) bỏ qua điện kháng cân bằng ta có: X18 = X16 + X17 + =0,1014 + 0,139 + = 0,38 X19 = X15 + X17 + = 0,1 + 0,139 + = 0,37 Vậy ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X18. = 0,38. = 5,7 > 3 nên + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”N3(0) = I”N3(¥) = = 14,43 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X19. = 0,37. = 0,874 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 1,13 I* (¥) = 1,28 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 1,13. = 14,68 kA I”NM(¥) = I*(¥). = 1,28. = 16,63 kA * Dòng ngắn mạch tổng tại N3: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 14,68 + 14,43 = 29,11 kA I”N3(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 16,63 + 14,43 = 31,06 kA + Dòng điện xung kích ixkN3 = .kxk.I”N3 = .1,8.29,11 = 74,10 kA 4. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3¢ Chính là dòng ngắn mạch đầu cực máy phát Sơ đồ thay thế Tính toán tương tự phương án 1 ta có: I”N3’(0) = 29,44 kA I”N3’(¥) = 11,6 kA + Dòng điện xung kích ixkN’3 = 79,1 kA 5. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4 I”N4(0) = I”N3 + I”N3’ = 29,11 + 29,44 = 58,55 kA I”N4(¥) = I”N3 + I”N3’ = 31,06 + 11,6 = 42,66 kA + Dòng điện xung kích ixkN4 = ixkN3 +ixkN’3 = 74,10 + 79,1 = 153,2 kA Ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 2. Cấp Đ/A (kV) Điểm n.m I”(0) (kA) I” (¥) (kA) ixk (kA) 220 N1 5,47 5,26 13,92 110 N2 9,72 8,03 24,74 10,5 N3 29,11 31,06 74,10 N3’ 29,44 11,6 79,10 N4 58,55 42,66 153,2 CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN KINH TẾ – KỸ THUẬT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Khi thiết kế bất kỳ nhà máy nào cũng phải tiến hành so sánh để chọn một phương án hợp lý nhất. Khi chọn phương án tối ưu phải dựa trên các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Các chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm độ tin cậy cung cấp điện, sự thuận tiện trong vận hành, độ bền vũng của công trình, khối lượng sửa chữa định kỳ và đại tu, mức độ tự động hoá, chất lượng điện năng. Các chỉ tiêu về kinh tế cơ bản là vốn đầu tư và phí tổn vận hành hàng năm. So sánh và phân tích các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đặc trưng của từng phương án cho phép ta tìm được phương án hợp lý nhất. Khi tính vốn đầu tư chỉ kể đến phần khác nhau của các phương án. Trên thực tế vốn đầu tư vào thiết bị chủ yếu phụ thuộc vào vốn đầu tư máy biến áp và các mạch thiết bị phân phối. Vốn đầu tư vào các mạch thiết bị phân phối chủ yếu phụ thuộc vào máy cắt, vì vậy để chọn các mạch thiết bị phân phối cho từng phương án phải chọn các máy cắt. 5.1. Chọn máy cắt điện Máy cắt điện là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện lực. Với ưu điểm loại trừ nhanh các sự cố nó hoàn toàn đảm bảo được các chỉ tiêu về điều kiện làm việc ổn định của hệ thống. Máy căt được chọn theo điều kiện: - Loại máy cắt khí SF6 hoặc máy cắt không khí. - Điện áp : UđmMC > Uđm - Dòng điện : IđmMC > Ilvcb - Điều kiện cắt : Icđm > I” - Điều kiện ổn định động : ilđđ > ixk - Điều kiện ổn định nhiệt : .tnhđm > BN 5.1.1.Phương án 1 · Các mạch phía 220 kV + Mạch đường dây: phụ tải cực đại của hệ thống là SVHTmax = 165,892 MVA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức: Ilvcb = = 0,435 kA + Mạch MBA tự ngẫu: khi sự cố 1 MBA tự ngẫu, MBA tự ngẫu còn lại phải đưa lên hệ thống một lượng công suất: Smax =SVHTmax = 165,892 MVA Icb = = 0,435 kA Vậy dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 220 kV là: Ilvcb = 0,435 kA · Các mạch phía 110 kV + Mạch đường dây: phụ tải trung áp được cấp bởi 2 đường dây kép. Giả thiết phụ tải các đường dây là như nhau ta có: Smax = = = 58,82 (MVA) Dòng điện làm việc cưỡng bức: Ilvcb = = = 0,308 kA + Mạch MBA 3 pha 2 cuộn dây: Ilvcb = 1,05 = 0,434 kA Vậy dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 110 kV là: 0,434 kA · Cấp điện áp 10,5 kV Ilvcb = 1,05 = 4,55 kA Vậy dòng cưỡng bức của phương án 1 là: Cấp Đ/A (kV) 220 110 10,5 Ilvcb (kA) 0,435 0,434 4,55 Vậy bảng thông số máy cắt cho phương án 1: Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số định mức Uđm kV Ilvcb kA I” kA ixk kA UđmMC kV IđmMC kA Icđm kA ilđđ kA N1 Cao 220 0,435 5,414 13,78 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0,434 10,545 26,84 3AQ1 123 4 40 100 N3 Hạ 10,5 4,55 30,15 76,75 8FG10 12 12,5 80 225 Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn đinh nhiệt. 5.1.2. Phương án 2 · Các mạch phía 220 kV: + Mạch đường dây: SVHTmax = 165,892 MVA Ilvcb = = 0,435 kA + Bộ máy phát điện - máy biến áp B4 Ilvcb = 1,05. = 0,216 kA + MBA tự ngẫu Khi sự cố 1 MBA tự ngẫu thì MBA tự ngẫu còn lại phải đưa vào hệ thống một lượng c/s là: Smax = SVHT - SB4 = 165,892 – 73,24 = 92,652 MVA Dòng điện cưỡng bức: Ilvcb == 0,243 kA Dòng điện cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 220kV là: Ilvcb = 0,435 kA · Các mạch phía 110 kV: + Mạch đường dây: Ilvcb = 0,308 kA + Mạch MBA 3 pha 2 cuộn dây: Ilvcb = 0,434 kA Dòng điện cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 110kV là: Ilvcb = 0,434 kA · Cấp điện áp 10,5 kV Ilvcb = 1,05. = 4,55 kA Dòng điện cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 10,5kV là: Ilvcb = 4,55 kA Vậy dòng cưỡng bức của phương án 2 là: Cấp Đ/A (kV) 220 110 10,5 Ilvcb (kA) 0,435 0,434 4,55 Vậy bảng thông số máy cắt cho phương án 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 0,435 5,47 13,92 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0,434 9,72 24,74 3AQ1 123 4 40 100 N3 Hạ 10,5 4,55 29,11 74,1 8FG10 12 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. Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối Việc lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện là một khâu rất quan trọng, nó phải thoả mãn các yêu cầu sau: Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu của phụ tải. Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và xử lý sự cố. An toàn lúc vận hành và lúc sửa chữa. Hợp lý về kinh tế trên yêu cầu đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật Trong thực tế khi lựa chọn khó đảm bảo toàn bộ các yêu cầu trên. Do vậy khi có mâu thuẫn ta phải đánh giá một cách toàn diện trên quan điểm lợi ích lâu dài và lợi ích chung của toàn nhà máy. 5.2.1. Phương án 1 · Phía 220 kV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có 3 máy cắt trên 2 mạch. · Phía 110 kV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng. · Phía 10,5 kV: không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm lượng nhỏ so với công suất toàn bộ nhà máy. Sơ đồ nối điện phương án 1. 5.2.2.Phương án 2 · Phía 220 kV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có ba máy cắt trên hai mạch · Phía 110 kV: dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng. · Phía 10,5 kV: không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm nhỏ so với công suất toàn bộ. 5.3. So sánh chỉ tiêu kinh tế giữa các phương án Mục đích của phần này là so sánh đánh giá các phương án về mặt kinh tế. Từ đó lựa chọn phương án tối ưu đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế. Về mặt kinh tế khi tính toán vốn đầu tư của 1 phương án chúng ta chỉ tính tiền mua thiết bị, tiền chuyên chở và xây lắp các thiết bị chính. Một cách gần đúng ta có thể chỉ tính vốn đầu tư cho máy biến áp và các thiết bị phân phối. Mà tiền chi phí xây dựng thiết bị phân phối thì ta dựa vào số mạch của thiết bị phân phối ở các cấp điện áp tương ứng chủ yếu do máy cắt quyết định. Một phương án về thiết bị điện được gọi là có hiệu quả kinh tế cao nhất nếu chi phí tính toán thấp nhất. Ta có hàm chi phí tính toán của một phương án là: Ci = Pi + ađm.Vi + Yi Trong đó: Ci: hàm chi phí tính 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. 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 cho một phương án: Vi = VBi + VTBPPi Trong đó: - Vốn đầu tư máy biến áp: VB = kB.vB kBi: hệ số có tính đến tiền chuyên chở và xây lắp MBA thứ i. Hệ số này phụ thuộc vào điện áp định mức cuộn cao áp và công suất định mức của máy biến áp. vB: tiền mua máy biến áp. - Vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối: VTBPP = n1.VTBPP1 + n2.VTBPP2 + n3.VTBPP3 + … + Trong đó: n1, n2, n3: số mạch của thiết bị phân phối ứng với các cấp điện áp VTBPP1, VTBPP2: giá tiền mỗi mạch phân phối. · Phí tổn vận hàng năm P của một phương án: Pi = Pki + PPi + Pti Trong đó: Pki = : tiền khấu hao và sửa chữa thiết bị hàng năm. a%: định mức khấu hao (%) PPi: tiền chi phí lương công nhân và sửa 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 = 600đồng/KWh Về mặt kỹ thuật thì một phương án chấp nhận được phải đảm bảo các điều kiện: Tính đảm bảo cung cấp điện lúc làm việc bình thường cũng như khi sự cố. Tính linh hoạt trong vận hành Tính an toàn cho người và thiết bị. 5.3.1. Phương án 1 + Tính vốn đầu tư cho thiết bị. Ta có: V1 = VB1 + VTBPP1 - Máy biến áp tự ngẫu có công suất 160 MVA, cấp điện áp cao 220kV có giá thành: VB = 800.107 đồng; KB = 1,4. - Máy biến áp hai cuộn dây có công suất 80 MVA + Với cấp điện áp 110kV có = 416.107 đồng; = 1,5. Vậy tiền đầu tư máy biến áp phương án I là: VB1 = 2.1,4.800.107 + 2.1,5.416.107 = 3488.107 đồng Theo sơ đồ nối điện phương án I: - Bên phía 220 kV có 6 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 120.107 đồng. - Bên phía 110 kV có 6 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 72.107 đồng. - Bên phía k10,5 kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 48.107 đồng. Do đó: VTBPP2 = (6.120 + 6.72 + 2.48).107 = 1248.107 đồng Vậy vốn đầu tư cho phương án 1: V1 = 3488.107 + 1248.107 = 4736.107 đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm: Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao: aB1 = 6%; aTBPP1=8% Pkh1 = =3091,2.106 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra: Ptt1 = b.A1=600.8805,26.103=5283,174.106 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án I: P = Pkh1 + Ptt1 =(3091,2 + 5283,174).106 = 8374,374.106 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm: Ci = Pi + a.Vi C = 8374,374.106 + 0,15. 47360.106 =15478,374.106 đồng/năm 5.3.2. Phương án 2 + Tính vốn đầu tư cho thiết bị. Ta có: V2 = VB2 + VTBPP2 - Máy biến áp tự ngẫu có công suất 160 MVA, cấp điện áp cao 220kV có giá thành: VB = 800.107 đồng; KB = 1,4. - Máy biến áp hai cuộn dây có công suất 80 MVA, có: + Với cấp điện áp 110 kV có = 416.107 đồng; = 1,4. +Với cấp điện áp 220 kV có = 508.107 đồng; = 1,5 Vậy nên đầu tư máy biến áp phương án 2 là: VB1 = 2.1,4.800.107 + 1,5.508.107 + 1,4.416.107 = 3575,2.107 đồng Theo sơ đồ nối điện phương án 2: - Bên phía 220 kV có 8 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 120.107 đồng. - Bên phía 110 kV có 5 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 72.107 đồng. - Bên phía 10,5 kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 48.107 đồng. Do đó: VTBPP1 = (8.120 + 5.72 + 2.48).107 = 1416.107 đồng Vậy vốn đầu tư cho phương án 2: V2 = 3575,2.107 + 1416.107 = 4991,2.107 đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm: Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao aB2 = 6%; aTBPP2=8% Pkh2 = == 3277,92.106 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra: Ptt2 = 600.8425,91.103 = 5055,546.106 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2: P = Pkh2 + Ptt2 = 3277,92.106 + 5055,546.106 = 9333,466.106 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm: Ci = Pi + a.Vi C = 8333,466.106 + 0,15. 49912.106 =15820,266.106 đồng/năm. Bảng kết quả tính toán kinh tế của hai phương án: Phương án Vốn đầu tư (106 đồng) Phí tổn vận hành hàng năm (106 đồng) Hàm chi phí tính toán hàng năm (106 đồng/năm) 1 47360 8374,374 15478,374 2 49912 8333,466 15820,266 Ta thấy phương án 1 có tổng vốn đầu tư thấp, phí tổn vận hành hàng năm lớn và hàm chi phí tính toán hàng năm nhỏ hơn so với phương án 2. Vì vậy chọn phương án 1 làm phương án tối ưu thiết kế nhà máy nhiệt điện. CHƯƠNG 6 LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN, THANH GÓP Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện như: máy phát, máy biến áp, máy bù cùng các khí cụ điện như máy cắt điện, dao cách ly, kháng điện được nối với nhau bằng thanh dẫn, thanh góp và cáp điện lực. Để nối từ đầu cực máy phát đến gian máy ta dùng thanh nối cứng. Khi dòng điện nhỏ thường dùng thanh hình chữ nhật còn khi có dòng điện lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ 2 hay 3 thanh hình chữ nhật đơn. Còn khi có dòng lớn hơn 3000A thì dùng thanh dẫn hình máng. (để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát chúng). Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác có thể ở một trong ba trạng thái cơ bản sau: - Chế độ làm việc lâu dài. - Chế độ quá tải. - Chế độ ngắn mạch. Ta phải lựa chọn các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sao cho thoả mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật sau đồng thời đạt hiệu quả kinh tế hợp lý nhất. 6.1. Chọn thanh dẫn, thanh góp 6.1.1. Chọn thanh dẫn cứng Thanh dẫn cứng dùng để nối từ máy phát tới cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp 3 pha hai cuộn dây. Tiết diện thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép. Tiết diện thanh dẫn: Chọn theo diều kiện dòng điện lâu dài cho phép: ICP .Khc ³Ilvcb trong đó: Ilvcb =4,55 kA Khc là hệ số hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trường: Khc = Với: qdm = 250C là nhiệt độ tính toán định mức. q0 = 350C là nhiệt độ môi trường xung quanh nơi đặt thanh dẫn qcp = 700C là nhiệt độ vận hành lâu dài cho phép của thanh dẫn Ta có: Khc = = 0,88 Vậy ta có điều kiện chọn thanh dẫn là: Icp ³= 5,17 (kA) Tra bảng III (trang 285 - sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp - PGS. Nguyễn Hữu Khái) ta chọn thanh dẫn cứng bằng đồng tiết diện hình máng có các thông số sau: 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 1 thanh 2thanh 1 thanh 2thanh Wxx Wyy Wy-y0 Jxx Jyy Jy0y0 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 Thanh dẫn đã chọn có Icp > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 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 = 60 cm l = 180 cm - Khi đó lực tính toán tác tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là: F1 = 1,76.10-8. .k (kG) với khd = 1; ixk = 80,36 kA ta có: F1 = 1,76.10-8..80,362 .106= 340,97 (kG) - Mômen chống uốn tác dụng lên 1 nhịp thanh dẫn là: M1 = = 6137,43 (kG.cm) - Ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha: d1 = = 61,37 (kG/cm2) * Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm. - Lực tác dụng lên 1cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra: F2 = với Khd=1 = 0,51 . 10-8 .. 80,362 . 106 =2,63 (kG) - Ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra. kG/cm2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là: dcp > d1 + d2 hay d2 £ dcp - d1 l2 £ Với thanh dẫn đồng: dcpCu = 1400 KG/cm2. Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = = 240,882 (cm) l2max > l = 180 cm. vậy chỉ cần đặt thêm miếng đệm tại 2 đầu sứ mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động. Khi xét đến dao động, tần số riêng của dao động thanh dẫn được xác định theo công thức sau: fr = Trong đó: E: Môđun đàn hồi của vật liệu, ECu = 1,1.106 kG/cm2 Jy0-y0: mô men quán tính, Jy0-y0 = 625 cm4 S: tiết diện thanh dẫn, S = 2.13,7 = 27,4 cm4 g: khối lượng riêng của vật liệu, gCu = 8,93 g/cm3 fr = = 188,8 Hz Với tần số tính được nằm ngoài khoảng cộng hưởng (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 thanh góp. 3. Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng. Ta chọn loại sứ đặt trong nhà 0F-10-2000 KB.Y3 Cấp điện áp : UđmS = 10 kV Lực phá hoại : Fphcp = 2000 kG Chiều cao : Hs = 315 mm Kiểm tra ổn định động: sứ được chọn phải thoả mãn điều kiện: F’tt £ 0,6.Fphcp với F’tt= F1. là lực điện động đặt trên đầu sứ khi có n.m 3 pha Trong đó F1 = 340,97 là lực điện động tác dụng lên thanh dẫn khi có ngắn mạch ba pha HS: chiều cao sứ H’:chiều cao tính từ đáy sứ lên đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn H’ = H + = 315 + = 377,5 (mm) Vậy: F’tt = F1. = 340,97. = 408,622 kG F’tt =408,622 kG<0,6.Fphcp=0,6.2000=1200 kG Vậy sứ đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định động Sứ Thanh dẫn 6.1.2. Chọn thanh dẫn 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 110kV 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 Vcp = 70 0C. Ta coi nhiệt độ của môi trường xung quanh V0 = 35 0C. Khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ. I’cp = Khc.Icp với Khc = = 0,88 1. Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm Điều kiện chọn là £Icp với Icb là dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch được chọn. ·Mạch điện áp 220kV Dòng điện cưỡng bức là Icb = 0,435 kA Icp ³ = 0,494 kA Chọn dây AC_185 có d=18,8 mm; Icp = 510 (A) ·Mạch điện áp 110 kV Dòng điện cưỡng bức là Icb = 0,434 kA Icp ³ = 0,493 kA Chọn dây AC_185 có d= 18,8 mm; Icp= 510 (A) Các dây dẫn mềm treo ngoài trời điều kiện toả nhiệt rất tốt tức là có độ ổn định nhiệt tương đối lớn vì vậy không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 2. Kiểm tra điều kiện vầng quang. Điều kiện: UVq³Uđm Với Uvq = 84.m.r.lg Trong đó: a: khoảng cách trung bình giữa các pha của dây dẫn (cm) r: bán kính ngoài của dây dẫn (cm) m: hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn, với dây AC: m = 0,85 Uvq : điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang. Khi ba pha bố trí trên mặt phẳng ngang thì giá trị này cần giảm đi 4%. · Đối với cấp điện áp 220 kV Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 240 mm2 có r = 1,08cm a = 500cm Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang. Uvq = 0,96.84.0,85.1,08.lg = 197,32 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-400/32 có r = 1,33 cm. Khi đó: Uvq = 0,96.84.0,85.1,33.lg = 235 kV > 220kV Þ Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Do đó dây dẫn AC-400 thoả mãn điều kiện này. · Đối với cấp điện áp 110kV Kiểm tra với dây dẫn AC_185 có d=18,8 mm có r = 0,94 cm a = 300 cm Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang. Uvq = 0,96.84.0,85.0,94.lg = 161,34 kV > 110 kV Þ Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Do đó dây dẫn AC-185 thoả mãn điều kiện này. 6.2. Chọn dao cách ly: Nhiệm vụ chủ yếu của dao cách ly là tạo ra khoảng hở cách điện được trông thấy giữa bộ phận đang mang dòng điện và bộ phận cắt điện nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho việc sửa chữa thiết bị. - Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau: + Loại dao cách ly. + Điện áp : UđmDCL ³ Uđm + Dòng điện : IđĐCL ³ Icb + Điều kiện ổn định động : ilđđ ³ ixk + Điều kiện ổn định nhiệt : ³ BN Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức ta chọn được dao cách ly cho các cấp điện áp như sau: Bảng thông số dao cách ly Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số định mức Uđm kV Icb kA I’’ kA ixk kA UDđm kV IDđm kA ilđđ kA N1 Cao 220 0,435 5,414 13,78 SGCT-245/800 245 800 80 N2 Trung 110 0,434 10,545 26,84 SGCPT-123/800 123 800 80 N3 Hạ 10,5 4,55 30,15 76,75 PBK-20/5000 20 5000 200 6.3. Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện Việc chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện phụ thuộc vào tải của nó. Điện áp định mức của chúng phải phù hợp với điện áp định mức của mạng. Máy biến dòng điện (BI) đựoc chọn theo điều kiện Điện áp: UBIđm³Umạng đm Dòng điện: IBIđm ³ Ilvcb Kiểm tra độ ổn định động: .klđđ.Ilđđ ³ ixk Kiểm tra độ ổn định nhiệt: (Knh.Ilđđ)2.tnh ³ BN Máy biến điện áp (BU) đựoc chọn theo điều kiện: Điện áp: UBUđm ³ Umạng đm cấp chính xác phù hợp với dụng cụ đo Công suất SBUđm ³ S2 6.3.1. Cấp điện áp 220kV Máy biến điện áp (BU) Để kiểm tra cách điện và cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle, hệ thống đo lường ta đặt các BU trên thanh góp 220kV. Chọn BU 1pha kiểu HKF-220-58 nối theo sơ đồ Y0/Y0/D có các thông số kỹ thuật sau: 3xHKF-220-58. Uđm = 220000/ V Ut1đm=100/ V Ut2đm= 100 V Cấp chính xác: 1 SđmBU = 600 VA Máy biến dòng điện (BI): Các BI đi kèm mạch máy cắt có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle. Ta chọn BI loại TFH-220-3T có các thông số kỹ thuật sau: Điện áp định mức: Uđm=220 kV Dòng định mức: Iđmsc/IđmTC = 600/5 A Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 2 W. Điều kiện ổn định động: ilđđ = 54 kA > ixk = 13,78 kA. 6.3.2. Cấp điện áp 110kV Máy biến điện áp: Tương tự cấp điện áp 220kV, để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKF-110-58 một pha nối theo sơ đồ Y0/Y0/D. Uđm = 110000/ V Ut1đm=100/ V Ut2đm= 100 V Cấp chinh xác: 0,5 SđmBu = 400 VA. Máy biến dòng điện: chọn loại TFH-110M Dòng điện định mức: Iscđm/Itcđm = 750/5 A Cấp chính xác 0,5 ứng với mỗi phụ tải định mức 0,8W Bộ số ổn định động: Kd = 75 Điều kiện ổn định động: .Kđ.Iscđm = .75.0,75 = 79,55 kA > 26,84 kA 6.3.3. Cấp điện áp máy phát Trong phần này chỉ chọn BU, BI cho mạch máy phát điện. Mạch máy phát điện các BU, BI nhằm cung cấp cho các dụng cụ đo lường và bảo vệ. Theo quy định bắt buộc mạch máy phát phải có các phần tử đo lường sau: ampe kế, tần số kế, oát kế, oát kế tác dụng, oát kế phản kháng, oát kế tự ghi, công tơ tác dụng, công tơ phản kháng. Các dụng cụ đo được mắc như hình vẽ(hinh 5-2). Chọn biến điện áp BU được chọn phải thoả mãn điều kiện: Sdc £ SBUđm Với Sdc = Phụ tải của BU là các dụng cụ đo lường nên ta sử dụng 2 biến điện áp 1 pha nối kiểu V/V, và được nối vào đầu cực để lấy các điện áp dây. Các dụng cụ đo lường sử dụng Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải biến điện áp ab Phụ tải biến điện áp bc P(w) Q(VAr) P(W) Q(VAr) Vôn kế B-2 7,2 Oát kế Д-341 1,8 1,8 Oát kế phản kháng Д -342/1 1,8 1,8 Oát kế tự ghi Д -33 8,3 8,3 Tần số kế Д -340 6,5 Công tơ И 670 0,66 1,62 0,66 1,62 Công tơ phản kháng И T-672 0,66 1,62 0,66 1,62 Tổng 20,42 3,24 19,72 3,24 · Phụ tải của biến điện áp ab: Stc = = 20,7 VA cosj = = 0,98 · Phụ tải của biến điện áp bc: Stc = = 19,9 VA cosj = = 0,99 Vậy ta chọn hai biến điện áp 1 pha HOM-10 có công suất định mức mỗi cái ứng với cấp chính xác 0,5 là 78,75 VA Chọn dây dẫn: Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp: Ia = = 0,207 A Ic = = 0,199 A Để đơn giản trong tính toán ta coi Ia=Ic =0,2(A) và cosj=1 Do đó: Ib = .Ia = .0,2 = 0,34 A Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và pha b: DU = (Ia + Ib). Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến đồng hồ là l = 60m. Mạch điện có công tơ nên DU% £ 0,5%. Do đó tiết diện dây là: S = = 1,134 mm2 Theo tiêu chuẩn độ bền cơ của dây dẫn đồng có bọc cách điện ta chọn dây dẫn có tiết diện S = 1,5 mm2. Chọn biến dòng điện: Biến dòng điện đặt trên cả 3 pha, mắc theo sơ đồ hình sao. Vì các công tơ có cấp chính xác 0,5 nên các BI được chọn phải có cùng cấp chính xác. Ngoài ra phải đảm bảo các điều kiện sau: UBIđm ³ UMFđm=10,5 kV IBIđm ³ Ilvcb=4,55 kA Ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại TПЩ-10 Có các thông số kỹ thuật sau: UđmBI = 10 kV Iđmsc/Iđmtc = 5000/5A Cấp chính xác 0,5 có phụ tải định mức 1,2W. Các dụng cụ đo lường nối vào BI được cho ở bảng: Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải (VA) Pha a Pha b Pha c Ampe kế 302 1 1 1 Oát kế tác dụng Д -341 5 5 Oát kế phản kháng Д -342/1 5 5 Oát kế tự ghi Д -33 10 10 Công tơ tác dụng И -670 2,5 2,5 Công tơ phản kháng ИT-672 2,5 5 2,5 Tổng 26 6 26 Pha a và pha c mang tải nhiều nhất: Smax = 26 VA Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này: ZSdc = = 1,04 W Chọn dây dẫn: Để thoả mãn cấp chính xác 0,5 của BI ta chọn dây dẫn đến các dụng cụ đo lường có đủ độ lớn cần thiết. Giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l = 50m. Do ba pha cùng có máy biến dòng nên chiều dài tính toán ltt = l = 50m. Tiết diện dây dẫn đồng: S = = 5,47 mm2 Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = 6 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 điều kiện ổn định động. Dòng điện định mức của máy biến dòng lớn hơn 1000A vì vậy không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Hình 5-2: Sơ đồ đấu nối các dụng cụ đo vào BU và BI. 6.4. Chọn cáp kháng và máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phương 6.4.1. Chọn cáp cho phụ tải địa phương Phụ tải cấp điện áp máy phát 10,5 kV gồm: 4 đường dây kép x 2 MWx 2,5 km cosj = 0,85 Tiết diện cáp được chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế Jkt Fcáp = Trong đó: Chọn Jkt = 2 A/mm2 Ilvbt: dòng điện làm việc bình thường. Ilvbt=== 64,68 (A) Þ tiết diện của cáp là: Fcáp = = = 32,34 mm2 Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại. Tmax = = 6935 (h) Tra bảng chọn loại cáp ba pha lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy vỏ bằng chì đặt trong đất có: F = 50 mm2; Uđm = 10,5 KV; ICP = 180 A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài: Kiểm tra điều kiện phát nóng khi làm việc bình thường I’cp = K1.K2.Icp ³ Ilvbt Trong đó: K1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt cáp. K1 = qcp: nhiệt độ phát nóng cho phép qcp = 600C q’0: nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp q’cp = 25 0C q0: nhiệt độ tính toán tiêu chuẩn q0 = 15 0C K1 = = 0,88 K2: hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp kép K2 = 0,9. I’cp = 0,88.0,9.180 = 142,56 A > Ilvbt = 64,68 A Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc bình thường. Kiểm tra điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức: I’’cp = Kqt . K1.K2.Icp ³ Ilvcb Với Ilvcb = 2. Ilvbt = 2.64,68 =129,36 (A) Chọn Kqt= 1,3 I’’cp = 1,3. 142,56 = 185,328 (A) > Ilvcb Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức Kết luận: Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 6.4.2. Chọn kháng điện Kháng điện là cuộn dây không có lõi thép, có điện kháng lớn hơn điện trở rất nhiều. Kháng điện dùng để hạn chế dòng điện ngắn mạch hay dòng điện mở máy của động cơ khi khởi động. Vì vậy khi có kháng điện ta có thể chọn các thiết bị sau kháng có dung lượng nhỏ hơn. Theo nhiệm vụ thiết kế ta cần sử dụng máy cắt hợp bộ có dòng cắt là 30 kA, thời gian cắt 0,3s. vậy kháng điện được chọn theo điều kiện: UKđm ³ Umạng =10,5 kV IKđm ³ Icb Dòng cưỡng bức qua kháng được giả thiết khi sự cố 1 kháng điện. Lúc này dòng qua kháng còn lại là: IcbK = = = 0,52 kA Chọn kháng loại Pba_10_600 Xác định dòng ổn định nhiệt của cáp: Inh = Với S: tiết diện cáp C: hằng số phụ thuộc vật liệu làm dây dẫn t: thời gian cắt của máy cắt Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 nối từ kháng tới trạm địa phương: Tra bảng có C1 = 141 As1/2/mm2 InhS1 = == = 9,970 kA Dòng ổn định nhiệt của cáp 2 nối từ trạm địa phương tới các phụ tải: Tra bảng có C2 = 85 As1/2/mm2 InhS1 = == = 7,76 kA · Xác định Xk% của kháng: Trong chương tính ngắn mạch ta tính được dòng ngắn mạch tại điểm N4: I”N4 = 59,59 kA. + Điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4 là: XHT = = 0,092 + Điện kháng của cáp 1 là: Xc1 = X0.l = 0,075.2,5. = 0,17 Ta phải chọn được kháng có Xk% sao cho hạn chế được dòng ngắn mạch nhỏ hơn hay bằng dòng cắt định mức của máy cắt đã chọn, đồng thời đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện đã chọn. I”N5 £ (Icđm1, InhS1) I”N6 £ (Icđm2, InhS2) Vậy ta chọn kháng có Xk% sao cho ngắn mạch tại N5 thì có dòng ngắn mạch I”N5 £ 9,970 kA + Khi ngắn mạch tại N6 thì điện kháng tính đến điểm ngắn mạch là: XS = = 0,708 Ta có XS = XHT + Xk + Xc1 Þ Xk = XS - XHT - Xc1 = 0,708 - 0,092 - 0,17 = 0,446 Vậy Xk% = Xk. = 4,86% Vậy ta chọn kháng đơn loại: PbA-10-600-6 có các thông số kỹ thuật là: Xk% = 6 % Iđm = 600 A · Kiểm tra kháng vừa chọn: + Điện kháng tương đối của điện kháng vừa chọn: XK = XK%. = 0,55 + Dòng ngắn mạch tại N5: I”N5 = = 8,57 kA Thoả mãn điều kiện: I”N5 £ InhS1 = 9,97 kA + Dòng ngắn mạch tại N6: I”N6 = = 6,77 kA Thoả mãn điều kiện: I”N6 £ InhS2 = 7,795 kA Kết luận: Vậy kháng điện đã chọn đảm bảo yêu cầu. 6.4.3. Kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương + Dòng ngắn mạch tại N5: I”N5 = = 8,57 kA + Dòng điện xung kích tại N5 là: IXK = .1,8.8,57 = 21,82 kA Tra bảng máy cắt khí SF6 của hãng semens ta có Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (kA) Icđm (kA) Ilđđ (kA) 8FG10 12 12,5 80 225 - Dòng điện : IđmMC ³ Icb =5,5 kA - Điều kiện cắt : Icđm ³ I” = 8,57 kA - Điều kiện ổn định động : ildd > ixk = 21,82 kA Kết luận: Vậy máy cắt chọn thoả mãn điều kiện. 6.5. Chọn các chống sét van Để bảo vệ cho các thiết bị chống quá điện áp khí quyển ta sử dụng các chống sét van. Chống sét van được ghép song song với các thiết bị điện. Khi xuất hiện quá điện áp nó sẽ phóng điện trước làm giảm trị số quá điện áp đặt trên cách điện của thiết bị và khi hết quá điện áp sẽ tự động dập tắt hồ quang điện, phục hồi trạng thái làm việc bình thường. 6.5.1. Chọn chống sét van cho thanh góp Trên các thanh góp 220 kV và 110 kV đặt các chống sét van với nhiệm vụ chống quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm. Các chống sét van này được chọn theo điện áp định mức của mạng. Trên thanh góp 220 kV ta chọn chống sét van loại PBC-220 có: Uđm=220 kV, đặt trên cả 3 pha. Trên thanh góp 110 kV ta chọn chống sét van loại PBC-110 có: Uđm=110 kV, đặt trên cả 3 pha. 6.5.2. Chọn chống sét van cho máy biến điện áp Chọn chống sét van cho MBA tự ngẫu Các MBA tự ngẫu do có sự liên hệ về điện giữa cao áp và trung áp nên sóng điện áp có thể truyền từ cao sang trung và ngược lại. Vì vậy ở các đầu ra cao áp và trung áp của MBA tự ngẫu ta phải đặt các chống sét van. Phía cao áp MBA tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-220 có: Uđm=220 kV, đặt trên cả 3 pha. Phía trung áp MBA tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-110 có: Uđm=110 kV, đặt trên cả 3 pha. Chọn chống sét van cho máy biến áp ba pha hai cuộn dây. Mặc dù trên thanh góp 220 kV và 110 kV ta đã đặt các chống sét van nhưng vẫn có thể có những dòng sét biên độ lớn truyền vào trạm, các chống sét van trên thanh góp phóng điện nhưng vẫn còn điện áp dư truyền tới cuộn dây của máy biến áp, điện áp này có thể phá hỏng cách điện của cuộn dây, đặc biệt là phần cách điện ở gần trung tính nếu trung tính cách điện. Vì vậy tại trung tính của máy biến áp ba pha hai cuộn dây cần bố trí một chống sét van. Tuy nhiên do điện cảm của cuộn dây máy biến áp, biên độ dòng sét khi tới điểm trung tính sẽ giảm một phần nên chống sét van đặt ở trung tính được chọn có điện áp định mức giảm một cấp. Với MBA 2 cuộn dây bên trung áp ta chọn loại PBC-35 có Uđm = 35 kV CHƯƠNG 7 CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG Để sản xuất điện năng, các nhà máy điện tiêu thụ một phần điện năng cho các cơ cấu tự dùng đảm bảo hoạt động của máy phát điện như: chuẩn bị nhiên liệu, vận chuyển nhiên liệu, bơm nước tuần hoàn, quạt gió, thắp sáng, điều khiển, tín hiệu… Điện tự dùng trong nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: dạng nhiên liệu, áp suất ban đầu, kiểu và công suất tuabin… chiếm khoảng 5-8% tổng điện năng sản xuất. Tập hợp các máy công tác truyền động bằng động cơ điện, lưới điện, thiết bị phân phối, máy biến áp, giảm áp, nguồn năng lượng độc lập, hệ thống điều khiển, tín hiệu, thắp sáng… tạo thành hệ thống điện tự dùng của nhà máy điện với yêu cầu cơ bản: độ tin cậy cao, phù hợp yêu cầu kinh tế. Các máy công tác và các động cơ điện tương ứng của bất kỳ nhà máy nhiệt điện nào (ngưng hơi hay trích hơi) có thể chia làm 2 phần không đều nhau. - Những máy công tác đảm bảo sự làm việc của các lò và tuabin các tổ máy. - Những máy công tác phục vụ chung không có liên quan trực tiếp đến lò hơi và các tuabin, nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy. Đối với nhà máy điện thiết kế, để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện một cách hợp lý, phân đoạn hệ thống tự dùng phù hợp với sơ đồ điện và nhiệt của nhà máy, ta dùng bốn máy biến áp cấp một có điện áp 10,5/6,3 kV, một máy biến áp dự trữ được nối vào mạch hạ áp của máy biến áp tự ngẫu liên lạc. Cấp tự dùng 0,4 kV được cung cấp điện từ các máy biến áp 6,3/0,4 kV và một máy biến áp dự trữ. 7.1. Chọn máy biến áp tự dùng 7.1.1. Chọn máy biến áp cấp điện áp 6,3 kV Các máy biến áp cấp 1 có nhiệm vụ nhận điện từ thanh góp 10,5 kV cung cấp cho các phụ tải tự dùng cấp điện áp 6,3 kV. Còn lại cung cấp tiếp cho phụ tải cấp điện áp 0,4 kV. Từ đó công suất của chúng cần phải chọn phù hợp với phụ tải cực đại của các động cơ ở cấp điện áp 6,3 kV và tổng công suất của các máy biến áp cấp 0,4 kV nốt tiếp với nó. Theo tính toán chương 1, công suất tự dùng cực đại của nhà máy là: Stdmax = 22,05 MVA. Vậy MBA tự dùng cấp 1 được chọn theo điều kiện: SBđm ³ =5,51 MVA Với n: số tổ máy phát của nhà máy Vậy ta chọn máy biến áp loại TMHC-6300 có thông số như sau: Loại Sđm MVA Điện áp (kV) Tổn thất kW UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ DP0 DPN TMHC 6,3 10,5 6,3 8 46,5 8 0,9 Công suất của máy biến áp dự phòng cấp một được chọn phù hợp với chức năng của nó. Máy biến áp dự trữ cấp 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 dừng và khởi động máy. Do đó công suất cần chọn là: SBdt đm = 1,5.. Std max = 1,5. . 22,05 = 8,27 MVA Ta chọn biến áp dự phòng có công suất lớn hơn một cấp so với công suất MBA công tác. vậy chọn loại TдHC-10000 có thông số như bảng sau: Loại Sđm MVA Điện áp (kV) Tổn thất (kW) UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ D P0 D PN T Д HC 10 10,5 6,3 12,3 85 14 0,8 7.1.2. Chọn máy biến áp cấp điện áp 0,4 kV Thực tế thường thấy công suất tự dùng cấp 0,4 kV chiếm từ 10¸15% công suất tự dùng toàn nhà máy. Do đó công suất tự dùng cấp 0,4 kV là: Sđm(B=0,4) ³ (10 ¸ 15)%. Sđm(B=0,4) ³ x = 0,83 (MVA) Tra bảng chọn loại máy biến áp TM do hãng ABB sản xuất có thông số: Sđm (kVA) Uđm cao (kV) Uđm hạ (kV) DP0 (kW) DPN (kW) Un% I0% 1000 6,3 0,4 2,5 12,2 8 1,5 Máy biến áp dự trữ cho cấp điện áp này được chọn giống máy biến áp công tác cùng cấp. 7.2. Chọn máy cắt điện và dao cách ly 7.2.1. Tính toán ngắn mạch Để chọn được thiết bị tự dùng trước máy biến áp tự dùng cấp 6,3 kV ta dựa vào kết quả tính toán ngắn mạch tại N4 ở chương 4. ta đã có: I”N4 = 59,59 kA; ixkN4 =160,12 kA Để chọn máy cắt hợp bộ phía sau máy biến áp tự dùng cấp một cần tính toán ngắn mạch tại N8 Vậy điện kháng tổng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch tại N4 là: XHT = = = = 0,092 - Điện kháng máy biến áp tự dùng. - Dòng điện ngắn mạch tại điểm N8 - Dòng điện xung kích tại điểm N8: ixkN8 = .kxk.I”N8 = .1,8.6,73 = 17,13 kA 7.2.2. Chọn máy cắt điện và dao cách ly cho mạch tự dùng 10,5 kV theo số liệu tính toán: I”N4=59,59 kA; ixkN4 = 160,12 kA Ilvcb===0,346 kA Vậy ta chọn máy cắt có thông số kỹ thuật như bảng sau: Cấp điện áp (kV) Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số máy cắt Icb (kA) I” (kA) ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (A) Icắtđm (kA) ilđđ (kA) 10,5 0,346 59,59 160,12 8BK40 12 5000 63 160 Và chọn dao cách ly có thông số kỹ thuật như bảng sau: Cấp điện áp (kV) Thông số tính toán Loại dao Thông số dao Icb (kA) I” (kA) ixk (kA) Icb (kA) I” (kA) ixk (kA) 10,5 0,346 59,59 160,12 10,5 0,346 59,59 160,12 7.2.3. Chọn máy cắt hợp bộ cho mạch tự dùng 6,3 kV Ilvcb===0,577 kA Căn cứ vào số liệu tính toán dòng ngắn mạch tại N8 như trên ta chọn loại máy cắt 8BM20 có các thông số kỹ thuật sau: Cấp điện áp (kV) Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số máy cắt Icb (kA) I” (kA) ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (A) Icắtđm (kA) ilđđ (kA) 6,3 0,577 6,73 17,13 8BM20 7,2 1250 25 63 7.2.4. Chọn áptômát cho mạch 0,4 kV Áptômát được chọn theo điều kiện: Uđm ³ Umạng=0,4 kV Iđm ³ Ilv max = = 1,4434 kA = 1443,4 (A) Tra bảng ta chọn loại áptômát M16 do hãng Merlin Gerin chế tạo có thông số: Uđm = 690V Iđm = 1600 A IN = 40 kV Sơ đồ nối điện tự dùng toàn nhà máy MỤC LỤC