Đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy điện

c B2) - Điều kiện kiểm tra sự cố Khi có sự cố máy biến áp B1 (hoặc B2) máy biến áp tự ngẫu còn lại phải tải 1 lượng công suất bên trung là: ST = STmax = 176,47 MVA Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải được 1 lượng công suất là: SB1(B2) =Kqt. a.SđmB = 1,4x0,5x480 = 336 MV>STmax=176,47 MVA Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần phải tải khi sự cố.Vậy nó luôn đảm bảo cung cấp đủ điện cho bên trung mà không quá tải ã Lượng công suất từ các máy phát cấp lên phía hạ của máy biến áp tự ngẫu SHtn = = 176,5*3 - 31,77-19,05 = 478,68 MVA SHtnđm =Kqt. a.SđmB = 1,4x0,5x480 = 336 MVA Nhận thấy SHtn > SHtnđm Vậy phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu bị quá tải do đó ta phải điều chỉnh máy phát để công suất phát lên không bị quá tải định mức ã Lượng công suất phát lên phía cao của B2 SCB2 = SHB2 - STB2 = 336 - 176,47 = 159,53 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là : SVHT = SCB1(B2) - Sc = 159,53 - 105,88 =53,65 MVA ã Lượng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với lúc bình thường là: Sthiếu = - 35,17 = 193,95 - 53,65 = 140,3 MVA - Công suất dự trữ của hệ thống là SdtHT = 250 MVA Ta thấy SdtHT > Sthiếu ị thoả mãn điều kiện. Kết luận: Các máy biến áp đã chọn cho phương án 3 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải. 2.4.b. Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp. Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần: - Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải không tải của nó. - Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp. Đối với máy biến áp tự ngẫu. DPN-C = 0.5* (DPN.C-T + ) DPN-T = 0.5* (DPN.C-T + ) DPN-H = 0.5*(- DPN.C-T) Thay số liệu vào tính toán ta có: DPN-C = 0.5* (349 + ) = 133 (kW) DPN-T = 0.5* (349 + ) = 218 (kW) DPN-H = 0.5* (-DPN.C-T) = 0.5* ( - 205) = 1072 (kW) Từ đó ta có: DA = 3.DP0T + DATN=3x205x8760+{(133x117,762+218x141,182 + 1072x258,882)6 + (133x116,512+218x141,182 + 1072x257,692)2 + (133x133,232+218x158,82 + 1072x292,032)4+ + (133x157,562+218x158,82 + 1072x316,362)2+ + (133x148,722+218x176,472 + 1072x325,192)2+ + (133x149,912+218x176,472 + 1072x326,382)2+ + (133x133,232+218x158,82 + 1072x292,032)2+ + (133x134,422+218x158,82 + 1072x293,222)2+ + (133x143,232+218x141,182 + 1072x284,412)2+ =16473,188.103 KWh Như vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là: DAS = DAB1 + DAB2 = 2x16473,188.103 = 32946,376.103 KWh Chương 3 xác định dòng điện cưỡng bức ,Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phương án A. Xác định dòng điện cưỡng bức 1. Xác định dòng điện cưỡng bức phương án 2 Cấp điện áp 220 KV. - Mạch đường dây nối với hệ thống: Phụ tải cực đại của hệ thống là SVHTmax = 209,24 MVA . Vì vậy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính với điều kiện một đường dây bị đứt . Khi đó KA - Thanh góp cao áp 220kV Công suất tải lớn nhất khi sự cố đường dây kép tại thời điểm công suất phụ tải cao áp lớn nhất: kA -Mạch máy biến áp tự ngẫu B3(B4) Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : KA Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là KA Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phương án I này là : Icbcao = 0,62 KA b) Cấp điện áp 110 KV: Mạch đường dây: Phụ tải trung áp được cấp bởi 2 đường dây kép x 60MW và 1 đường dây đơn 30MW Dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố là : KA -Bộ máy phát điện, máy biến áp hai dây quấn : Icb -Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : KA Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là KA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở phía 110 kV được lấy là : Icbtrung = 0,97 KA c) Cấp điện áp 18 kV Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc Icb Mạch máy phát Icb -Mạch tự dùng : Icb = Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức cuả phương án II là Cấp điện áp 220 kV 110 kV 18 kV Icb (kA) 0,62 0,97 7,18 2. Xác định dòng điện cưỡng bức phương án 3 Cấp điện áp 220 KV. - Mạch đường dây nối với hệ thống: Phụ tải cực đại của hệ thống là SVHTmax = 209,24 MVA . Vì vậy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính với điều kiện một đường dây bị đứt . Khi đó KA - Thanh góp cao áp 220kV Công suất tải lớn nhất khi sự cố đường dây kép tại thời điểm công suất phụ tải cao áp lớn nhất: kA -Mạch máy biến áp tự ngẫu B3(B4) : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là KA Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phương án I này là : Icbcao = 0,549 kA b)Cấp điện áp 110 KV: - Mạch đường dây: Phụ tải trung áp được cấp bởi 2 đường dây kép x 60MW và 1 đường dây đơn*30MW Dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố là : KA - Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : KA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là KA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở phía 110 kV được lấy là : Icbtrung = 0,926 KA c) Cấp điện áp 18 kV Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc Icb Mạch máy phát Icb Mạch tự dùng: Icb = Mạch phân đoạn điện áp máy phát: Icb Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức cuả phương án II là Cấp điện áp 220 kV 110 kV 18 kV Icb (kA) 0,549 0,926 8,91 B. Tính toán 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 = 100MVA Ucb = Utb(230 -115 -18 KV) 3.2. Phương án 2 3.2.1. 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 tương tự như phương án 1. Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán. Lập sơ đồ thay thế. 3.2.2. Tính điện kháng các phần tử. ã Điện kháng của hệ thống - Điện kháng của dây nối với hệ thống: XD = = 0,038 X1= XHT + XD=0,04 + 0,038 = 0,044 ã Điện kháng máy phát. XF = X’d.= 0,304. = 0,172 ã Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây = 0,058 ã Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2: Ta có: + Điện kháng cuộn cao áp: XC = = = 0,039 + Điện kháng cuộn trung áp XT = = = 0,001 = 0 + Điện kháng cuộn hạ áp XH = = = 0,036 3.2.3. Tính toán ngắn mạch theo điểm a. Tính dòng ngắn mạch tại N1 Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế, ta chọn kháng điện thanh góp sao cho: Sơ đồ thay thế: Do tính đối xứng với điểm ngắn mạch nên ta có: X2 = XCB1 // XCB2 = = 0,0195 X3 = (XHB1 + XF1) // (XHB2 + XF2) = = 0,104 X4 = (XB3 + XF3) = 0,058 + 0,172 = 0,23 Ghép các nguồn E3 E1,2 ta có: X6 = X5+ X2/2 = 0,072 +0,0098 =0,082 Sơ đồ rút gọn: 6 1 511341,STD (MVA) 187,5 3 X 0 ST (MVA) 0 7 12 18 24 t (h) 10 14 20 24 104,65 t (h) HT E 51,6 16,74 13,6 N 13,65 131,25 1 1234 E X - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XTTHT = X1. = 0,044. = 1,1 Tra đường cong tính toán ta có: I*(0) = 0,88 I*(Ơ) = 0,85 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp I”HT(0) = I*(0). = 0,88. = 5,52 KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 0,85 = 5,2 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X6. = 0,082 = 0,434 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 2,36 I* (Ơ) = 1,97 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 2,36 = 3,13 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 1,97 = 2,62 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N1: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5,52 + 3,13 = 8,65 KA I”N1(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 5,2 + 2,62 = 7,78 KA + Dòng điện xung kích ixkN1 = .kxk.I”N1(0) = .1,8.9,08 = 23,11 KA b. 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. Ta có sơ đồ thay thế rút gọn : Ngắn mạch tại điểm N2 có tính chất đối xứng, các điện kháng được tính toán như khi ngắn mạch tại điểm N1. Từ đó ta có sơ đồ : E 3 X X E X 1 HT 6 3 2 X 12 E Ghép các nguồn E12 và E3 ta có: X10 = X1 + X2 = 0,044 + 0,0195 = 0,0635 X11 = X3 // X6 = 0,046 Sơ đồ rút gọn: 11 X E HT X N 2 10 123 E - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X10. = 0,0635. = 1,59 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,66 I* (Ơ) = 0,718 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”HT(0) = I*(0). = 0,66 = 8,28 KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 0,718 = 9,01 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X11. = 0,046. = 0,24 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 4,4 I* (Ơ) = 2,45 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 4,4. = 11,69 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,45. = 6,51 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N2: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 8,28 + 11,69 = 19,97 KA I”N2(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 9,01 + 6,51 = 15,52 KA + Dòng điện xung kích ixkN2 = .kxk.I”N2 = .1,8.19,97 = 50,8 KA c. 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 Ta có sơ đồ thay thế Các điện kháng được tính toán như sau: (Tính toán phần trên) X1 = XHT + XD =0,044 X2 = XCB1 + XCB2 = = 0,0195 X3 = XHB1 + XFB1 = 0,104 X4 = XB + XF = 0,23 X6 = X1 +X2 = 0,082 Ghép E2 với E3 ta có: X7 = X4 // X3 = = 0,072 X6 HT E 3 N 23 E XH X7 0,188 Biến đổi Y(6, H, 7) đ (8, 9) ta được: X8 = X6 + XH + = 0,082+ 0,036 + = 0,159 X9 = XH + X7 + = 0,036 + 0,072 + = 0,14 Sơ đồ đơn giản EHT E23 X8 3 N X9 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X8. = 0,159. = 3,97 > 3 nên: + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”N3(0) = I”N3(Ơ) = = 20,2 - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X9 = 0,14. =0,49 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 2 I* (Ơ) = 1,81 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 2x = 22,64 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 1,81 = 20,49 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N3: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 20,2 + 22,64 = 42,84 KA I”N3(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 20,2 + 20,49 = 40,69 KA + Dòng điện xung kích ixkN3 = .kxk.I”N3 = x1,8x42,84 = 109,05 KA d. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N’3 Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F1 Sơ đồ thay thế E X F N' 3 1 0,172 - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM = XF. = 0,172x = 0,303 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,4 I* (Ơ) = 2,31 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,4. = 19,25 kA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,31x = 13 kA + Dòng điện xung kích ixkN3’ = .kxk.I”N3’ = .1,8.19,25 = 49 KA e. 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’ = 42,84 + 19,25 = 62,09 KA I”N4(Ơ) = I”N3 + I”N3’ = 40,69 + 13 = 53,69 KA + Dòng điện xung kích ixkN4 = .kxk.I”N4 = .1,8.62,09 = 158,05 KA Vậy ta có bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 2. Dòng điện Điểm ngắn mạch I”(0) KA I”(Ơ) KA ixk KA N1 8,65 7,78 23,11 N2 19,97 15,52 50,8 N3 42,84 40,69 109,05 N3’ 19,25 13 49 N4 62,09 53,69 158,05 3.3 Phương án III 3.2.2. Tính điện kháng các phần tử. ã Điện kháng của hệ thống - Điện kháng của dây nối với hệ thống: XD = = 0,038 X1= XHT + XD=0,04 + 0,038 = 0,044 ã Điện kháng máy phát. XF = X’d.= 0,304. = 0,172 ã Điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây = 0,058 ã Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2: Ta có: + Điện kháng cuộn cao áp: XC = = = 0,039 + Điện kháng cuộn trung áp XT = = = 0,001 = 0 + Điện kháng cuộn hạ áp XH = = = 0,036 a) Xét ngắn mạch tại N1 Từ đó ta có sơ đồ thay thế: Trong đó : X1= XHT + XD=0,04 + 0,038 = 0,044 X2 = XCB1 // XCB2 = = 0,0195 X3 = XHB1 // XHB2 = = 0,018 X4= XF1// XF2 // XF3 = 0,172/3 = 0,0573 N1 Ta có sơ đồ rút gọn : X1 X6 SHT E123 Trong đó : X6= X2 + X3 + X4 = 0,095 - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XTTHT = X1. = 0,044. = 1,1 Tra đường cong tính toán ta có: I*(0) = 0,92 I*(Ơ) = 1,02 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp I”HT(0) = I*(0). = 0,92. = 5,77 KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 1,02. = 6,4 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X6. = 0,095. = 0,5 Tra đường cong tính toán ta có: I*(0) = 2,3 I* (Ơ) = 1,81 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 2,3 = 3,05 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 1,81. = 2,4 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N1: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5,77 + 3,05 = 8,82 KA I”N1(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 6,4 + 2,4 =8,8 KA + Dòng điện xung kích ixkN1 = .kxk.I”N3 = .1,8.8,82 = 22,4 KA Tính ngắn mạch tại N2. Ta có sơ đồ thay thế như sau: Trong đó các điện kháng được tính toán hoàn toàn như khi tính ngắn mạch tại N1.Ta có sơ đồ thay thế X12 X34 SHT E123 X12 = x1+X2 = 0,044 +0,0195 = 0,0635 X34 = X3 +X4 =0,018 +0,0573 =0,0753 - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XTTHT = X12. = 0,0635. = 1,59 Tra đường cong tính toán ta có: I*(0) = 0,62 I*(Ơ) = 0,682 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp I”HT(0) = I*(0). = 0,62. = 7,78 KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 0,682. = 8,55 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X34. = 0,0753. = 0,398 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 2,5 I* (Ơ) = 2,04 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 2,5. = 6,65 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,04. = 5,43 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N2: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 7,78 + 6,65 = 14,43 KA I”N2(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 8,55 + 5,43 = 13,98 KA + Dòng điện xung kích ixkN2 = .kxk.I”N2 = .1,8.14,43= 36,7 KA Xét ngắn mạch tại N3. Ta có sơ đồ thay thế Rút gọn sơ đồ ta có : Trong đó X1= 0,044 , X2 = XC = 0,039 , X3 = XH =0,036 X4=0,172/3= 0,0573 X5 X6 SHT 46,41,075 37,33 0 7 10 1SHT (MVA) 51,11 46,92 15 13,65 12,3 12,3 0 10 14 20 24 t (h) 24 t (h) 1 E123 16,7 34,19 Từ đó ta có sơ đồ rút gọn : N3 Trong đó X5 = X1 + X2+ X3 = 0,044 + 0,039 + 0,036 = 0,119 X6 = X4= 0,0573 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X5. = 0,119. = 2,975 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,345 I* (Ơ) = 0,56 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 0,345. = 27,66 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 0,56. = 44,9 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X6. = 0,0573. =0,303 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,12 I* (Ơ) = 2,18 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,12. = 52,99 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,18. = 37 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N3: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 27,66 + 52,99 = 80,65 KA I”N3(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 44,9 + 37 = 80,57 KA + Dòng điện xung kích ixkN3 = .kxk.I”N3 = .1,8.80,65 = 205,6 KA d. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N’5 Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F1 Sơ đồ thay thế E X F N' 3 1 0,172 - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM = XF. = 0,172. = 0,303 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,4 I* (Ơ) = 2,31 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,4. = 19,25 kA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,31x = 13 kA + Dòng điện xung kích ixkN5’ = .kxk.I”N5 = .1,8.19,25 = 49 KA e) Xét ngắn mạch tại N5 ta có sơ đồ sau : Ta có sơ đồ rút gọn sau : Trong đó X1= 0,044 , X2 = XC/2 = 0,0195 , X3 = XH/2 =0,018 X4=0,172/2= 0,086 X5 SUF+S159,375 187,5 131,25 SHT 13,6 X6 SUF+STD+ST+SHT=SNM 131,25 SHT E23 Từ đó ta có sơ đồ rút gọn : N5 Trong đó X5 = X1 + X2+ X3 = 0,044 + 0,0195 + 0,018 = 0,0815 X6 = X4= 0,086 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT = X5. = 0,0815. = 2,03 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,5 I* (Ơ) = 0,52 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”HT(0) = I*(0). = 0,5. = 40 KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 0,52. = 41,7 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X6. = 0,086. =0,303 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,4 I* (Ơ) = 2,31 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,4. = 38,5 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,31. = 26,15 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N5: I”N5(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 40+ 38,5 = 78,5 KA I”N5(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 41,7 + 26,15 = 67,85 KA + Dòng điện xung kích ixkN5 = .kxk.I”N3 = .1,8.78,5 = 141,3 KA f) Tính dòng ngắn mạch tại điểm N6 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”N6(0) = I”N5 + I”N5’ = 78,5 + 19,25= 97,75 KA I”N6(Ơ) = I”N5 + I”N5’ = 67,85 + 13 = 80,85 KA Dòng điện xung kích ixkN6 = .kxk.I”N4 = .1,8.97,75 = 248,8 KA g) Xét ngắn mạch tại N4. Ta có sơ đồ thay thế : Từ đó ta có đồ thay thế sau : Trong đó : X1= 0,044 ; X4= XF/2 = 0,172/2 = 0,086 ; XC= 0,039; XH= 0,036 Rút gọn về sơ đồ đơn giản nhất ta có : N4 X5 X4 SHT E23 Trong đó : X5= X1 + XC + XH = 0,044 +0,039+0,036 = 0,119 Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XTTHT = X5. = 0,119. =2,975 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 0,345 I* (Ơ) = 0,4 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: I”HT(0) = I*(0). = 0,345. = 27,66 KA I”HT(Ơ) = I*(Ơ). = 0,4. = 32 KA - Điện kháng tính toán phía nhà máy: XTTNM = X4. = 0,086. = 0,303 Tra đường cong tính toán ta có: I* (0) = 3,4 I* (Ơ) = 2,31 + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: I”NM(0) = I*(0). = 3,4. =38,5 KA I”NM(Ơ) = I*(Ơ). = 2,31. =26,15 KA * Dòng ngắn mạch tổng tại N4: I”N4(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 27,66 + 38,5 = 66,16 KA I”N4(Ơ) = I”HT(Ơ) + I”NM(Ơ) = 32 + 26,15 = 58,22 KA + Dòng điện xung kích ixkN4 = .kxk.I”N4 = .1,8.66,16 = 168,4 KA Ta có bảng tổng kết : Dòng điện Điểm ngắn mạch I”(0) KA I”(Ơ) KA ixk KA N1 8,82 8,8 22,4 N2 14,43 13,98 36,7 N3 80,65 80,57 205,6 N5’ 19,25 13 49 N5 78,5 67,25 141,3 N6 97,75 80,85 248,8 N4 66,16 58,22 168,4 *Chọn máy cắt cho mạch điện Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức ở những phần trước ta chọn máy cắt theo các điều kiện sau: - Loại máy cắt khí SF6 hoặc máy cắt không khí. - Điện áp : UđmMC > Uđm - Dòng điện : IđmMC>= Icb - Điều kiện cắt : Icđm>=I” - Điều kiện ổn định động : ilđđ>= ixk - Điều kiện ổn định nhiệt : .tnhđm >= BN Từ các số liệu tính toán ta chọn được máy cắt cho các phương án như sau: Phương án II Tên mạch Điểm ngắn mạch Uđm mạngKV Đại lượng tính toán Ký hiệu loại máy cắt Icb KA I’’KA ixkKA 220 N1 220 0,62 8,65 23,11 3AQ-1 110 N2 110 0,97 19,97 50,8 3AQ-1 Mạch máyphát N3’ 18 5,94 19,25 49 8FG-10 Mạch tự dùng N4 18 0,535 62,09 108,05 8FG-10 Phương án III : Tên mạch Điểm ngắn mạch Uđm mạngKV Đại lượng tính toán Ký hiệu loại máy cắt Icb KA I’’KA ixkKA 220 N1 220 0,549 8,82 22,4 3AQ-1 110 N2 110 0,926 14,43 36,7 3AQ-1 Mạch hạ áp MBA liên lạc N3 18 7,8 80,65 205,6 8FG-10 Mạch phân đoạn điện áp máy phát N4 18 8,91 66,16 168,4 8FG-10 Mạch MF N5 18 5,94 78,5 141,3 8FG-10 Mạch tự dùng N6 18 0,535 97,75 248,8 8FG-10 Nhận xét : các máy cắt được chọn đều có Idm>1000A . Do đó không cần phải kiển tra ổn định nhiệt . -Phương án II +Phía cao áp 220 KV : có 5 máy cắt +Phía trung áp 110 KV : có 6 máy cắt +Phía hạ áp 10,5 KV : có 5 máy cắt -Phương án III +Phía cao áp 220 KV : có 5 máy cắt +Phía trung áp 110 KV : có 5 máy cắt +Phía hạ áp 10,5 KV : có 3 máy cắt Một phương án về thiết bị điện được gọi là có hiệu quả kinh tế cao nhất nếu chi phí tính toán thấp nhất. Ci = Pi + ađm.Vi + Yi 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. ã Vốn đầu tư 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 MBA. VB: tiền mua máy biến áp. - Vốn đầu tư máy cắt: 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. ã Phí tổn vận hàng năm: Pi = Pki + Ppi + Pti Trong đó: Pki = : tiền khấu hao và sửa chữa thiết bị hàng năm. a%: định mức khấu hao (%) Pi: 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 = 700đồng/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. 1. Phương án II. + Tính vốn đầu tư cho thiết bị. Ta có: V1 = VB1 + VTBPP1 - Máy biến áp tự ngẫu có công suất 320 MVA, cấp điện áp cao 220KV có giá thành: VB = 18.109 đồng; KB = 1,4. - Máy biến áp hai cuộn dây có công suất 180 MVA, có: + Với cấp điện áp 110 KV có = 12.109 đồng; = 1,5. Vậy nên đầu tư máy biến áp phương án II là: VB1 = 2.1,4.18.109 + 1,5.12.109 =68,4.109 đồng Theo sơ đồ nối điện phương án II: - Bên phía 220KV có 5 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,24.109 đồng. - Bên phía 110KV có 6 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,24.109 đồng. - Bên phía 10,5KV có 5 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,54.109 đồng. Do đó: VTBPP1 = (5.1,24 + 6.1,24 + 5.0,54).109 = 16,34.109 đồng Vậy vốn đầu tư cho phương án II: V1 = 68,4.109 + 16,34.109 = 84,74.109 đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm: Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 8,4%. Pkh1 = = 7,12.109 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra: Ptt1 = 600.4381,54.103 = 2,63.109 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án II: P = Pkh1 + Ptt1 = 2,63.109 + 7,12.109 = 9,75.109 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm: Ci = Pi + a.Vi C = 9,75.109 + 0,15.84,74.109 = 22,46.109 đồng/năm. 2. Phương án III. + Tính vốn đầu tư cho thiết bị. Ta có: V2 = VB2+VTBPP2 - Máy biến áp tự ngẫu 1 pha có công suất 160 MVA, cấp điện áp cao 220KV có giá thành: VB = 9,8.109 đồng; KB = 1,4. Vậy tiền đầu tư máy biến áp phương án 2 là: VB1 = 6.1,4.9,8.109 = 82,4.109 đồng Theo sơ đồ nối điện phương án 2: - Bên phía 220KV có 5 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,24.109 đồng. - Bên phía 110KV có 5 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1,24.109 đồng. - Bên phía 10,5KV có 3 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0,54.109 đồng. Do đó: VTBPP2 = (5.1,24 + 5.1,24 + 3.0,54).109 = 14,02.109 đồng Vậy vốn đầu tư cho phương án 3: V1 = 82,4.109 + 14,02.109 = 96,42.109 đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm: Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 8,4%. Pkh1 = = 8,1.109 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra: Ptt1 = 600.3412.103 = 2,05.109 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2: P = Pkh2 + Ptt2 = 8,1.109 + 2,05.109 = 10,15.109 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm: Ci = Pi + a.Vi C = 10,15.109 + 0,15.96,42.109 = 24,613.109 đồng/năm So sánh các phương án để chọn phương án tối ưu: Về mặt kinh tế Phương án Vốn đầu tư (109 đồng) Phí tổn vận hành (109 đồng) Hàm chi phí (109 đồng/năm) 2 84,74 9,75 22,46 3 94,42 10,15 24,613 Ta thấy phương án 2 có tổng vốn đầu tư thấp, chi phí vận hành hàng năm thấp và hàm chi phí hàng năm nhỏ hơn so với phương án 3. Mặt khác sơ đồ đơn giản dễ vận hành và sửa chữa .Vì vậy chọn phương án 2 là phương án tối ưu làm phương án thiết kế nhà máy nhiệt điện. Ta có sơ đồ nhà máy với các máy cắt : F 3 B 3 2 B 1 B 2 1 220 KV 110 KV F F Chương 4 Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn, thanh góp Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện nh: máy phát, máy biến áp, máy bù cùng các khí cụ điện nh 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 dùng điện nhỏ thờng 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 thảo mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật sau đồng thời đạt hiệu quả kinh tế hợp lý nhất. 4.1. Chọn máy cắt điện và dao cách ly * Chọn máy cắt cho các mạch điện Máy cắt điện là một thiết bị dùng trong mạng điện cao áp để đóng, cắt dòng điện phụ tải và đóng cắt ngắn mạch. Đó là thiết bị đóng cắt, làm việc tin cậy. Song giá thành cao nên chỉ dùng ở những nơi quan trọng. - Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau: + Loại máy cắt khí SF6. Hoặc máy cắt không khí + Điện áp : UđmMC ³ Uđm + Dòng điện : IđmNC ³ Icb + Điều kiện cắt : Icđm ³ I” + 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 cỡng bức ở những phần trước ta đã chọn được các máy cắt ở phần trước ã 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 : UđmCL ³ Uđm + Dòng điện : IđmCL 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 cỡng bức ra chọn được dao cách ly cho các cấp điện áp nh 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 UđmMC KV IđmLC A ilđđ KA Inh/tnh KA/S N1 Cao 220 0,62 8,65 23,11 SGC-245/80 245 800 80 N2 Trung 110 0,97 19,97 50,8 SGCP-123/1250 123 1250 80 N3’ Hạ 18 5,94 19,25 49 SGCP-36/12,5 36 1250 320 N4 Tự dùng 18 0,535 62,09 108,05 SGCP-36/12,5 36 1250 320 Với các dao cách ly đã chọn có dòng điện mức lớn hơn 1000A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 4.2. 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 hai cuộn dây. Tiết diện thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép đối với dây dẫn mềm. Để tận dụng diện tích mặt bằng ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thước và khoảng cách giữa các pha. 4.2.1. Chọn tiết diện Điều kiện: I’CP >Ilvcb Trong đó Ilvcb là dòng làm việc cưỡng bức của mạch máy phát đã tính ở phần trên. Ta có: Ilvcb = 5,94 KA Hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trờng. qmt = 250C, nhiệt độ môi trờng xung quanh nơi đặt thanh dẫn là: qxq = 350C, nhiệt độ cho phép vận hành lâu dài cho phép của thanh dẫn: qcp = 700C. Ta có: KHC = = 0,88 Do đó: I’cb = 5,94 KA hay ICp = = 6,75 KA Tra bảng 3 (trang 285 - sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp - PGS. Nguyễn Hữu Khái) ta chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có các thông số sau: Kích thớc (mm) Tiết diện một cực mm2 Mô men trở kháng cm3 Mô men quán tính cm4 Dòng điện cho phép (A) h b c r Một thanh Hai thanh Wy0y0 Một thanh Hai thanh Jy0y0 Wxx Wyy Jxx Jyy 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 7000 Thanh dẫn đã chọn có Icp > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 4.2.2. 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 = 18 KV là: a = 45 cm l = 180 cm - Khi đó lực tính toán tác tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vợt là: Ftt = 1,76.10-2. KG (với khd = 1) Ftt = 1,76.10-2.(65,6.)2 = 302,96 KG - Mômen chống uốn tác dụng lên 1 nhịp thanh dẫn là: M = = 5453,22 KG.cm - ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha: d1 = = 54,53 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 = = 0,51.10-2..65,6 = 1,8 KG/cm2 - 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 Ê dj + d1 l2 Ê Với thanh dẫn đồng: dcp = 1400 KG/cm2. Vậy khoảng cách lớn giữa miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = = 293,14cm l2max > l = 180 cm Do đó cần đặt số miếng đệm trên khoảng vợt giữa tai sứ là: n = = 1 Vậy cần đặt thêm một miếng đệm trên khoảng vượt giữa hai sứ. 4.3. Chọn sứ đỡ thanh dẫn. Ta chọn loại sứ đặt trong nhà 0F-10-2000 KB.Y3 Cấp điện áp : UđmS = 18 KV Lực phá hoại : Fph = 2000 KG Chiều cao : H = 235 mm H’ = H + = 235 + = 297,5 mm Ta có: F’H = FH. =302,96. = 383,54 KG 0,6.Fph = 0,6.2000 = 1200 KG Vậy điều kiện ổn định động của sứ F’tt Ê 0,6.Fph được thoả mãn H’ F tt F' tt thanh dẫn Sứ H 4.4. Chọn dây dẫn và thanh góp mềm Dây dẫn được dùng nối từ cuộn cao, cuộn trung máy biến áp liên lạc và cuộn cao máy biến áp hai cuộn dây đến thanh góp 220 KV và 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 trờng 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 4.4.1. Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm Điều kiện chọn là với Icb là dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch được chọn. hay Icp = .Icb ãMạch điện áp 220KV +Dòng điện cưỡng bức là Icb = 0,549 KA Icp = = 0,623 KA ãMạch điện áp 110 KV +Dòng điện cưỡng bức là Icb = 0,926KA Icp = = 1,04 KA Từ đó chọn theo bảng 12 (trang 293 - Sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp - PGS Nguyễn Hữu Khái) ta có bảng thông số dây dẫn loại AC –600 có ICP= 1050 A 4.4.2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là Smin = Trong đó BN: xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch (A2.S) C: Hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn Với dây dẫn AC có C = 70. ã Tính xung lượng nhiệt BN = BNCK + BNKCK Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1sec. Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ. BNKCK1 = .Ta = (8,65.103)2.0,05 = 3,74.106 A2S BNKCK2 = .Ta = (19,97.103)2.0,05 = 19,94.106 A2S Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị. BNCK = ã Điểm N1 ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N1 ta có: X6 X1 HT E N 1 E 1234 + Nhánh hệ thống XTTHT = X1. = 0,044. = 1,1 Tra đường cong tính toán ta có: I0 = 0,88; I0,1 = 0,77; I0,2 = 0,71 + Dòng ngắn mạch tại các điểm I0 = I. = 0,88. = 5,52 KA Tơng tự ta có: I0 = 5,52 KA I0,1 = 4,83 KA I0,2 = 4,44 KA + Nhánh máy phát điện. XTTNM = X6. = 0,082 = 0,434 Tra đường cong tính toán ta có: I0 = 2,36; I0,1 = 1,9; I0,2 = 1,76 + Dòng ngắn mạch tại các điểm: I0 = I. = 2,7. = 3,13 KA Tương tự ta có: I0 = 3,13 KA I0,1 = 2,52 KA I0,2 = 2,33 KA ị Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N1 do hệ thống và nhà máy cung cấp: I0N1 = 5,52 + 3,13 = 8,65 KA I0,1N1 = 4,83 + 2,52 = 7,35 KA I0,2N1 = 4,44 + 2,33 = 6,77 KA Tìm các trị số trung bình bình thường = 64,4 KA2 = 11,53 KA2 ã Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ: BNCK = = (64,4+11,53).0,1 = 7,59 KA2S Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1: BN1 = BNCK1 + BNKCK1 = 3,74 + 7,59 = 11,27 KA2S ã Điểm N2 Theo phần tính toán ngắn mạch. 11 X X 10 HT E N 2 E 1234 + Nhánh hệ thống: XttHT = X10. = 0,0635. = 1,59 Tra đường cong tính toán ta có: I0 = 0,66; I0,1 = 0,54; I0,2 = 0,47 + Dòng ngắn mạch tại các điểm I0 = I. = 0,66. =8,28 KA Ta có: I0 = 8,28 KA I0,1 = 6,77 KA I0,2 = 5,89 KA + Nhánh máy phát điện. XTTNM = X11. = 0,046. = 0,24 Tra đường cong tính toán ta có: I0 = 4,4; I0,1 = 3,4; I0,2 = 3,17 + Dòng ngắn mạch tại các điểm: I0,1 = I. = 4,4. = 11,69 KA Ta có: I0 = 11,69 KA I0,1 = 9,03 KA I0,2 = 8,42 KA ị Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N2 do hệ thống và nhà máy cung cấp: I0,1N2 = 8,28 + 11,69 = 19,97 KA I0,1N2 = 6,77+ 9,03 = 15,8 KA I0,2N2 = 5,89 + 8,42 = 14,31 KA Tìm các trị số trung bình bình thường = 324,2 KA2 = 227,2 KA2 ã Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ: BNCK =(324,2 + 227,2).0,1 = 55,14 MA2S Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N2: BN2 = BNCK2 + BNKCK2 = 55,14 + 19,94 = 75 MA2S Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220KV và 110KV là: Smin1 = = 47,95 mm2 Smin2 = = 123,7 mm2 Vậy các dây dẫn và thanh góp mềm đã chọn ở bảng 5.2 đều đảm bảo ổn định nhiệt. 4.4.3. Kiểm tra điều kiện vầng quang. Điều kiện: Uvq = 84.m.r.lg Trong đó: a là khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, lấy a =500 cm (với cấp 220 kV) và a =300 cm (với cấp 110 kV) 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%. ã Đối với cấp điện áp 220KV Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 600 mm2 có r = 33,2/2= 16,6 mm = 1,66cm Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang. Uvq = 84.0,85.1,66.lg = 293,8 KV > 220KV Vậy thoả mãn điều kiện vầng quang ã Đối với cấp điện áp 110KV Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 600 mm2 có Icp= 610A có r = 1,66cm Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang. Uvq =84.0,85.1,66.lg = 267,5 KV > 110KV ị Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Do đó dây dẫn AC-240 cũng thoả mãn điều kiện này. 4.5. Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng. 4.5.1. Cấp điện áp 220KV Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKF-220-58 một pha nối theo sơ đồ Y0/Y0/D có các thông số kỹ thuật sau: 3xHKF-220-58. + Uđm = KV - V - 100 V + Cấp chính xác: 1 + SđmBU = 600 VA. Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle được chọn là TFH-220-3T có các thông số kỹ thuật sau: + Dòng định mức: Iđmsc/IđmTC = 1200/5 + Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 2 W. + Điều kiện ổn định động: ilđđ = 108 KA > ixk = 16,09 KA. - Các máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 4.5.2. Cấp điện áp 110KV. 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-110-57 một pha nối theo sơ đồ Y0/Y0/D. + 3 x HKF-110-57. + Uđm = KV - V - 100 V + Cấp chính xác: 1 + SđmBu = 600 VA. Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle được chọn là TFH-110M + Dòng điện định mức: Iđmsc/IđmTC = 1500/5 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 = .75.1,5 = 159,1 KA Các máy biến dòng có dòng định mức sơ cấp lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 4.5.3. Mạch máy phát. ã Chọn biến điện áp. Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tơ nên ta dùng hai biến điện áp một pha nối kiểu Y/Y: 2xHOM-10 có các thông số kỹ thuật sau: + Uđmsc = V + Cấp chính xác: 0,5 Phụ tải của biến điện áp được phân bố đều cho cả hai theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp như bảng sau: Bảng 5.5 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp BC W War W War Vôn kế B-2 7,2 Cát kế 341 1,8 1,8 Cát kế phản kháng 342/1 1,8 1,8 Cát kế tự ghi -33 8,3 8,3 Tần số kế -340 6,5 Công tơ -670 0,66 1,62 0,66 1,62 Công tơ phản kháng WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62 Tổng 20,42 3,24 19,72 3,24 ã Biến điện áp AB Stc = = 20,7 VA cosj = = 0,99 ã Biến điện áp BC Stc = = 19,98 VA cosj = = 0,99 Vậy ta chọn hai biến điện áp loại 3HOM-10 có công suất định mức mỗi cái ứng với cấp chính xác 0,5 là 75 VA Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp tới đồng hồ đo: + Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp: Ia = = 0,207 A Ic = = 0,199 A Từ giá trị môđun và góc pha của dòng điện trong dây dẫn thứ cấp pha a và pha c ta có thể coi Ia = Ic. Do đó: Ia = .Ia = .0,207 = 0,36 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% Ê 0,5%. Do đó: S = = 1,19 mm2 Theo tiêu chuẩn độ bền cơ của dây dẫn đồng ta chọn dây dẫn có tiết diện S = 1,5 mm2. ã Chọn biến dòng điện: Biến dòng điện đặt trên cả 3 pha, mắc theo sơ đồ hình sao, ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại TΠЩ10 Có các thông số kỹ thuật sau: + UđmBI = 10KV + Iđmsc/Iđmtc = 3000/5A + Cấp chính xác 0,5 có phụ tải định mức 0,8W. Công suất tiêu thụ của các cuộn dây máy biến dòng được phân bố nh sau: Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải (VA) Pha A Pha B Pha C Ampe kế '-378 0,1 0,1 0,1 Cát kế tác dụng Д-335 0,5 0 0,5 Cát kế phản kháng Д -3054/1 0,5 0 0,5 Cát kế tự ghi Д -33 10 0 10 Công tơ tác dụng И-675 2,5 0 2,5 Công tơ phản kháng И-673M 2,5 2,5 2,5 Tổng 16,1 2,6 16,1 Pha A và pha C mang tải nhiều nhất: S = 16,1 Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này: ZSdc = = 0,644 Giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l = 30m. Do ba pha cùng có máy biến dòng nên chiều dài tính toán ltt = l = 30m. Tiết diện dây dẫn đồng: S = = 3,37 mm2 Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = 4 mm2 Điều kiện ổn định động của máy biến dòng kiểu thanh dẫn được quyết định bởi ổn định động của thanh dẫn. Không cần kiểm tra ổn định nhiệt của máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A. Sơ đồ đấu nối các dụng cụ đo vào BU và BI. 4.6. Chọn cáp, kháng và máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phơng. 4.6.1. Chọn cáp cho phụ tải địa phương Phụ tải cấp điện áp máy phát 18 KV gồm: 4 đường dây cáp kép P = 4 MW, cosj = 0,84. S = = 4,76 MVA 2 đường dây cáp đơn P = 2 MW, cosj = 0,84 S = = 2,38 MVA Tiết diện cáp được chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế Jkt. Scáp = Trong đó: Ilvbt: dòng điện làm việc bình thường. - Các đường cáp đơn có S = 2,38 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là: Ilvbt = = 0,076 KA= 76 A - Các đường cáp kép có S = 4,76 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là: Ilvbt = = 0,077 kA = 78 A Vậy dòng điện cưỡng bức: Icb = 2.Ilvbt = 2. 78 = 156 A Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại. Tmax= =7665 Tra bảng 44 sách mạng lưới điện ta chọn cáp bọc giấy cách điện có lõi bằng đồng có: Jkt = 2A/mm2 a) Với cáp đơn: Tiết diện cáp đơn là: Scáp = = 38 mm2 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. S = 50 mm2; Uđm = 18 KV; ICP = 180A * Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài: I’cp = K1.K2.Icp ³ Ilvbt Trong đó: K1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ. 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 tínht toán tiêu chuẩn q0 = 15 0C K1 = = 0,88 K2: hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn có K2 = 1, với cáp kép K2 = 0,9. I’cp = 0,88.180 = 158,4 A > Ilvbt = 76A b) Với cáp kép: Scáp = = 39 mm2 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. S = 50 mm2; Uđm = 18 KV; ICP = 180A * Kiểm tra theo điều kiện phát nóng lâu dài: K2 : hệ số điều chỉnh theo số cáp đặt song song, K2 = 0,9 I’cp = K1.K2.Icp ³ Ilvbt Ta có : 0,9*0,88*180 > 78 .Thoã mãn - Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức. Theo quy trình thiết bị điện các cáp có cách điện bằng giấy tẩm dầu điện áp không quá 10 kV trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện qua chúng không vợt quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh thì khi sự cố cho phép quá tải 30% trong thời gian không vợt qúa 5 ngày đêm. Dòng điện làm việc cưỡng bức qua cáp khi đứt 1 sợi: Icb = 2.Ilvbt = 2x78 = 156 A Vậy ta có: I’cp = Kqt.K1.K2.Icp = 1,3.088.0,9.180 = 185,33 A > Icb = 156 A Vậy điều kiện phát nóng khi sự cố thoả mãn. Kết luận: Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 4.6.2. Chọn kháng điện. F2 5 N 6 F1 2 K 1 K R R N a. Chọn kháng điện đường dây. Kháng điện đường dây được chọn theo các tiêu chuẩn sau: + Điện áp : Uđmk = 18 KV + Dòng điện : Iđmk = Idmmax ã Xác định dòng điện cưỡng bức qua kháng: Dòng cưỡng bức qua kháng được xác định khi phụ tải tải cấp điện áp máy phát cực đại. Khi đó ta có Icbk = = 0,39 KA Ta chọn kháng điện PbA-18- 400 ã Xác định Xk% của kháng: X X HT HT E K N 4 c2 X 6 N c1 X 5 N Trong chương tính ngắn mạch ta tính được dòng ngắn mạch tại điểm N4: I”N4 = 62,09 KA. + Điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4 là: XHT = = 0,052 + Điện kháng của cáp 1 là: Xc1 = X0.l = 0,08.3. = 0,079 + Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 là: InhS1 = Trong đó: S1: tiết diện cáp = 70mm2 C1: hệ số cáp Cu, C = 141. t1: thời gian cắt của máy cắt 1 ta chọn t1 = 0,7 sec Dòng điện cắt của máy cắt hợp bộ Icđm = 21 KA Thời gian cắt của máy cắt 2 nhỏ hơn 1 cấp so với máy cắt 1 nên: tcắtMC2 = tcắtMC1 - Dt = 0,7 - 0,3 = 0,4 sec ị InhS1 = = 12,74 KA InhS2 = = 11,15KA 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”N4 Ê (Icđm1, InhS1) I”N5 Ê (Icđm2, InhS2) Vậy ta chọn kháng có Xk% sao cho ngắn mạch tại N4 thì có dòng ngắn mạch I”N4 Ê 12,74 KA. + Khi ngắn mạch tại N4 thì điện kháng tính đến điểm ngắn mạch là: XS = = 0,262 Ta có XS = XHT - Xk ị Xk = XS - XHT = 0,262 - 0,052 = 0,21 Vậy Xk% = Xk. = 1,97 Vậy ta chọn kháng đơn loại: PbA-18-400-3 có các thông số kỹ thuật là: Xk% = 3% Iđm = 400A b. Kiểm tra kháng vừa chọn. + Điện kháng tương đối của điện kháng vừa chọn: XK = XK%. = 0,255 + Dòng ngắn mạch tách ra tại N4: I”N4 = = 19,32 KA Thoả mãn điều kiện I”N4 Ê Icắtđm1 = 21 KA I”N4 Ê InhS1 = 12,74 KA + Dòng ngắn mạch tại N6: I”N6 = = 10,68 KA Thoả mãn điều kiện: I”N6 < Icắtđm2 = 21 KA I”N6 Ê InhS2 = 11,15 KA Kết luận: Vậy kháng điện đã chọn đảm bảo yêu cầu. 4.6.3. Kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương. Để kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương ta tính dòng ngắn mạch tại N5. XHT = = 0,052 XK = XK%. = 0,24 + Dòng ngắn mạch tại N5: I”N5 = = 17,24 KA + Dòng điện xung kích tại N5 là: IXK = .1,8.17,24 = 43,44 KA Loại máy cắt điện ít dầu ở các trạm địa phương theo đầu bài có thông số như sau: Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (KA) Icđm (KA) Ilđđ (KA) Mr-20-6000/2000 20 6000 21 200 - Dòng điện : IđmMC ³ Icb - Điều kiện cắt : Icđm ³ I” = 17,24KA - Điều kiện ổn định động : ildd > ixk = 43,44 KA Kết luận: Vậy máy cắt chọn thoả mãn điều kiện. 4.7. Chọn chống sét van. Chống sét van là thiết bị được ghép song song với thiết bị điện để bảo vệ chống quá điện áp khí quyển. Khi xuất hiện quá điện áp, nó sẽ phóng điện trớc làm giảm trị số quá điện áp đặt trên cách điện của thiết bị và khi hết quá điện áp sẽ tự động dập hồ quang điện xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thường. 1. Chọn chống sét van cho thanh góp. Trên các thanh góp 220 KV và 110KV đặt các chống sét van với nhiệm vụ quan trọng là 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 110KV ta chọn chống sét van loại PBC-110 có Uđm = 110KV, đặt trên cả 3 pha. 2. Chọn chống sét van cho máy biến áp. a. Chống sét van cho máy tự ngẫu. Các máy biến áp tự ngẫu do có sự liên hệ về điện giữa cao áp và trung áp nên sóng điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp hoặc ngược lại. Vì vậy ở các đầu ra cao áp và trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta phải đặt các chống sét van. - Phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-220, có Uđm = 220KV, đặt cả 3 pha. - Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-110, có Uđm = 110KV đặt trên cả 3 pha. b. Chống sét van cho máy biến áp hai cuộn dây. Mặc dù trên thanh góp 220KV đã đặt các chống sét van nhưng đôi khi có những đường sét có biên độ lớn truyền vào trạm, các chống sét van ở đây phóng điện. Điện áp dư còn lại truyền tới cuộn dây của máy biến áp vẫn rất lớn 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 hai cuộn dây cần bố trí một chống sét van. Tuy nhiên, do điện cảm của cuộn dây máy biến áp, biện độ đờng sét khi tới điểm trung tính sẽ giảm một phần. Do đó chống sét van đặt ở trung tính được chọn có điện áp định mức giảm một cấp. Từ đây ta chọn chống sét van loại PBMG-110 có Uđm = 110 KV. Chương 5 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 nh: chuẩn bị nhiên liệu, vận chuyển nhiên liệu, bơm nớc 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 thức 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 lợng 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 tơng 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 ta dùng 2 cấp điện áp tự dùng 6KV và 0,4 KV nối theo sơ đồ biến áp nối tiếp, số phân đoạn cuộn hạ và phía trên máy cắt các bộ phận máy phát - máy biến áp tự ngẫu. 5.1. Chọn máy biến áp tự dùng. 5.1.1. Chọn máy biến áp cấp 1. Các máy biến áp cấp 1 có nhiệm vụ nhận điện từ thanh góp 18 KV cung cấp cho các phụ tải tự dùng cấp điện áp 6KV. 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 6KV và tổng công suất của các máy biến áp cấp 2 nối tiếp với nó. Sđm ³ SP1. Hệ số lúc làm việc bình thờng chiếm khoảng 0,9. Hệ số đồng thời K2 cũng bằng 0,9. Nên ta có Sđm ³(SP1 + SS2).0,9 Trong đó: SP1: tổng công suất tính toán của các máy công cụ với động cơ 6KV nối vào phân đoạn xét (KW). SS2: tổng công suất tính toán của các máy biến áp cấp 1 nối vào phân đoạn xét (MVA) 0,9: hệ số xét đến sự không đồng thời đầu tải của các máy công tác có động cơ 6KV và các máy biến áp cấp 2. - Trong phạm vi thiết kế, nên ta chọn công suất của máy biến áp tự dùng cấp I theo công suất tự dùng cực đại của toàn nhà máy. Stdmax = 31,77 MVA Ba máy công tác có công suất: SđmB ³ Stdmax =.31,77 = 10,59 MVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số như sau: Loại Sđm MVA Điện áp (KV) Tổn thất KW UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ DP0 DPN TДHC 16 18 6,3 17,8 105 10 0,6 Công suất của máy biến áp dự trữ cấp 1 được chọn phù hợp với chức năng của nó. Máy biến áp dự trữ cấp 1 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 hoạt động dừng lò.Ta chọn cùng loại nh máy biến áp cấp I 6.1.2. Chọn máy biến áp cấp 2: Các máy biến áp tự dùng cấp 2 dùng để cung cấp cho các phụ tải cấp điện áp 380/220V và chiếu sáng. Công suất của các loại phụ tải này thường nhỏ nên công suất máy biến áp thường được chọn là loại có công suất từ: 630 á 1.000 KVA. Loại lớn hơn thường không được chấp nhận vì giá thành lớn, dòng ngắn mạch phía thứ cấp lớn. Gỉa thiết các phụ tải này chiếm 10%. Công suất phụ tải cấp 1 . Khi đó ta chọn công suất mỗi máy là: SđmB ³ x = 987 (kVA) Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số như bảng sau: Loại Sđm KVA Điện áp (KV) Tổn thất (KW) UN % Io% Cuộn cao Cuộn hạ DPo DPN TC3 - 1000/10 1000 6 0,4 3 11,2 5,5 1,5 6.2.Chọn khí cụ điện tự dùng. * Chọn máy cắt hợp bộ: Để chọn máy cắt hợp bộ ta tính dòng điện ngắn mạch tại N4 dưới máy biến áp tự dùng cấp I, với nguồn cung cấp là cả hệ thống và các máy phát điện của nhà máy. Như ta đã tính ở chư ơng ngắn mạch: Vậy điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch tại N4 là: XHT = - Điện kháng máy biến áp tự dùng. XB = - Dòng điện ngắn mạch tại điểm N7 - Dòng điện xung kích tại điểm N7: iXKN7 = .kXK.I”N7 = .1,8.16,36 = 41,65A Coi dòng điện làm việc cưỡng bức bằng dòng điện làm việc ở mạch dự phòng khi khởi động hoặc dừng lò. Icb = = 916,4 A Vậy ta chọn loại máy cắt điện ít dầu có thông số như sau: Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (A) Icđm (KA) Ilđđ (KA) BMPP-10-1600-20 10 1600 20 52 - Dòng điện : IđmMC ³ Icb - Điều kiện cắt : Icđm ³ I” = 17,24KA - Điều kiện ổn định động : ildd > ixk = 43,44 KA Kết luận: Vậy máy cắt chọn thoả mãn điều kiện. Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho máy cắt vì có dòng định mức lớn hơn 1000A. 0,4 KV F3 F2 F1 Dự phòng 6,3KV B3 B2 B1