Đồ án Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ là 60 MW cấp điện cho phụ tải địa phương 10,5KV , phụ tải điện áp trung 110kV và phát vào hệ thống 220KV

ông suất phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì lượng công suất bị thiếu hụt là : Sth=151.6-125.44=26.16 (MVA) nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. 69 TD B4 110kV F1 ~ ~ ~ ~ F2 F3 F4 TD TD TD B1 B2 B3 220kV 69 70.31 125.44 57.75 67.69 125.44 Như vậy máy biến áp đã chọn ở trên đạt yêu cầu. I.3. Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường : I.3.1. Đối với máy biến áp nối bộ B3 và B4. - Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là bộ này làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua máy biến áp nối bộ được tính : SB3 = SB4 = SđmF - Stdmax/4 = 75-6=69 (MVA) - Tổng phụ tải của 2 máy biến áp B 3 và B4 là : SB3 + SB4 = 2x69 = 138 (MVA) I.3.2.Phân bố công suất cho các cuộn dây của hai máy biến áp tự ngẫu B1và B2: - Phía điện áp cao 220kV : Công suất của cuộn dây điện áp cao được phân bố theo biểu thức sau : Sc(B1) = Sc(B2) = SHT - Phía điện áp trung 110kV : Công suất của cuộn dây điện áp trung được phân bố theo biểu thức sau : ST(B1) = ST(B2) =(Sut-SB3-SB4)/2=(Sut-138)/2 - Phía điện áp hạ của máy biến áp : Công suất được phân bố theo biểu thức sau: SH(B1) = SH(B2) = SC(B1) + ST(B1) = SC(B2) + ST(B2) Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của B1, B2 được ghi trong bảng: t 0-4 4-6 6-8 8-40 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 Sht 110.63 101.25 97.50 154.62 137.75 166.31 130.03 151.60 123.04 Sut 70.31 79.69 79.69 79.69 93.75 93.75 84.38 70.31 70.31 Sc 55.32 50.63 48.75 77.31 68.88 83.16 65.02 75.80 61.52 St -33.85 -29.16 -29.16 -29.16 -22.13 -22.13 -26.81 -33.85 -33.85 SH 21.47 21.47 19.59 48.15 46.75 61.03 38.21 41.95 27.67 I.4.Tính tổn thất điện năng trong các MBA. a. MBA hai dây quấn B3, B4: Tổn thất điện năng trong máy biến áp bộ được tính theo công thức. Trong đó: P0: tổn thất không tải, P0=70 MW Pn: tổn thất ngắn mạch, Pn=310 MW Thay vào công thức trên ta được: kWh b. MBA tự ngẫu B1, B2 : Ta có tổn thất ngắn mạch giữa cuộn cao và hạ, giữa cuộn trung và hạ là. Pnc-h= Pnt-h= Pnc-t/2 Với Pnc-t=380 kW ta tính được Pnc-h= Pnt-h=380/2=190kW. Tổn thất điện năng trong MBA tự nghẫu được tính theo công thức: Trong đó: P0: tổn thất không tải, P0=85 kW. Pnc, Pnt , Pnh:tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây điện áp cao, điện áp trung, điện áp hạ, được tính theo công thức sau: kW kW kW Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu là: =744600+594800=1339400 kWh. Tổn thất điện năng phương án I là. kWh Tổn thất điện năng phương án I tính theo phần trăm là: I.5. Tính toán dòng cưỡng bức. I.5.1. Các mạch phía 220kV. a.Đường dây kép nối hệ thống. Công suất tải trên một mạch là lớn nhất khi có sự cố trên mạch còn lại tại thời điểm công suất phát về hệ thống là cực đại, khi đó dòng cưỡng bức chạy trên đường dây được tính như sau. kA. b.Phía cao MBA tự nghẫu. Ta có ScB1+ScB2=Sht do đó công suất truyền từ phía cao của máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp là lớn nhất khi trong chế độ bình thường tại thời điểm công suất về hệ thống cực đại hoặc khi có sự cố 1 máy biến áp B1 (hoặc B2). Như trên ta đã tính công suất mà cuộn cao của máy biến áp phải tải trong các trường hợp này là: - Chế độ bình thường khi Shtmax: ScB2=ScB3=Shtmax/2=166.31/2=83.16MVA - Chế độ sự cố B1: ScB2=125.44 MVA. vậy kA. kA. I.5.2 Các mạch phía 110kV. a.Đường dây kép. Công suất tải trên một đường dây là lớn nhất khi có sự cố trên đường dây còn lại trong chế độ phụ tải cực đại. kA. b.Phía trung áp MBA B1, B2. Vì phụ tải cấp điện áp trung nhỏ: Sutmax=93.75MVA, trong khi đó công suất truyền lên thanh góp trung áp từ máy biến áp B3 và B4 là: SB3+SB4=69+69=138MVA> Sutmax nên công suất luôn truyền từ thanh góp trung áp qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp . Công suất tải qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức sau: StB1=StB2=[(SB3+SB4)-Sut]/2=(138-Sut)/2 Ta thấy công suất này là lớn nhất khi có sự cố một trong hai máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm phụ tải điện áp trung cực tiểu, khi đó công suất tải qua cuộn trung của máy biến áp còn lại được tính như sau: StB1(B2)max=138-Sutmin=138-70.31=67.69 MVA vậy kA. c.Bộ máy phát điện- MBA. kA. kA. I.5.3.Các mạch phía 10kV. a.Máy phát điện. kA. b.Đường dây kép phụ tải địa phương. kA kA. Bảng tổng kết dòng cưỡng bức các mạch phương án I. Cấp điện áp, kV 220 110 10 Dòng cưỡng bức,kA 0.42 0.40 4.33 II.PHƯƠNG án II II.1.Chọn báy biến áp. a.MBA 2 dây quấn B1 được chọn theo điều kiện sau. SđmB1 ³ SđmF=75MVA. Vậy ta chọn MBA loại TДU có Sđm=80MVA, Uđm=242kV. b.MBA liên lạc B2 và B3 được chọn như B1, B2 của phương án I. c.MBA B4 chọn như B4 của phương án I. Thông số kỹ thuật của các máy biến áp được ghi trong bảng dưới đây: MBA Loại Sđm MVA Uđm, kV Tổn thất, kW Un% Io% C T H P0 Pn A C-T C-H T-H C-T C-H T-H B1 TДU 80 242 - 10.5 80 320 11 0.6 B2 (B3) ATДUTH 160 230 121 11 85 380 - - 11 32 20 0.5 B4 TДU 80 121 - 10.5 70 310 10.6 0.5 II.2. Kiểm tra quá tải máy biến áp. Giống như phương án I, công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đại nên ta không phải kiểm tra quá tải bình thường. Với máy biến áp nối bộ B1 và B4 không phải kiểm tra quá tải sự cố vì các máy biến áp này luôn làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng nhỏ hơn công suất định mức.Ta chỉ kiểm tra quá tải sự cố đối với máy biến áp tự ngẫu. a.Sự cố B4. Trường hợp nguy hiểm nhất là khi Sut= Sutmax=93.75MVA (10-14h). Trong trường hợp này để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải điện áp trung thì cuộn dây điện áp trung của máy biến áp B2( B3 ) phải tải một lượng công suất là: STB2(B3) = Sutmax/2 =93.75/2=46.88 (MVA) Trong khi đó công suất định mức của cuộn dây điện áp trung là: Stđm=a.Sđm=0.5x160=80MVA>46.88MVA. Vậy máy biến áp đã chọn không bị quá tải. Nếu ta cho các máy phát còn lại làm việc với công suất định mức thì công suất đưa vào phía hạ của máy biến áp tự ngẫu là: SH(B2) = SH(B3) = SđmF - = 61.03(MVA) Công suất truyền từ phía cao máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp là. SCB2(B3) = SHB2(B3) – STB2(B3) = 61.03-46.88=14.15(MVA) Lượng công suất phát về hệ thống là. SHT=SB1+2.SCB2(B3)=69+2x14.15=97.30 MVA So với công suất phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì lượng công suất bị thiếu hụt là : Sth=166.31-97.30=69.01 (MVA) Trong khi dự trữ quay của hệ thống là Sdt=336MVA, do đó hệ thống vẫn làm việc ổn định. Qua phân tích và tính toán ta thấy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu. F1 F2 F3 ~ ~ ~ ~ F4 TD TD TD TD B2 B3 B4 B1 220kV 110kV 46.88 61.03 14.15 69 69 93.75 97.30 b Máy biến áp tự ngẫu B2 hoặc B3 bị sự cố : Ta có Sutmax/Sutmin=93.75/70.31 mà công suất truyền lên thanh góp trung áp qua máy biến áp B4 là SB4=SđmF-Stdmax/4=75-6=69MVA<Sutmin. Do đó công suất luôn truyền từ phía trung của máy biến áp tự ngẫu sang thanh góp trung áp. Khi Sutmax thì công suất truyền tải qua cuộn trung áp của máy biến áp tự ngẫu sang thanh góp trung áp là lớn nhất. Vậy trường hợp nguy hiểm nhất là khi Sut =Sutmax =93.75 MVA(10-14h). Khi đó công suất truyền từ phía trung áp máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp trung áp là: ST(B3) = Sutmax – SB4 =93.75-69 = 24.75 MVA Nếu máy phát F3 làm việc với công suất định mức thì công suất đưa vào phía hạ máy biến áp B3 là : SH(B3) = SđmF - -SuF =75-6-15.94=53.06 MVA Công suất truyền từ phía cao của MBA tự nghẫu lên thanh góp cao áp là. Sc(B3) = SH(B3) –ST(B3) = 53.06-24.75=28.31 MVA Như vậy các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu đều không bị quá tải. 110kV 69 F2 ~ ~ ~ ~ F3 F4 F1 TD TD TD TD B2 B3 B4 B1 220kV 24.75 69 69 53.06 93.75 28.31 97.31 Lượng công suất phát về hệ thống là: SHT=ScB3+SđmF-Stdmax/4=28.31+75-6=97.31MVA So với công suất cần phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì lượng công suất thiếu hụt là : Sth=166.31-97.31=69 MVA nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. Như vậy máy biến áp đã chọn ở trên đạt yêu cầu. II.3. Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường : II.3.1. Đối với máy biến áp nối bộ B1 và B4 : Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là bộ này làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua máy biến áp mỗi bộ được tính : SB1 = SB4 = SđmF - Stdmax/4 = 75-6=69 (MVA) II.3.2.Phân bố công suất cho các cuộn dây của hai máy biến áp tự ngẫu B2 và B3 : - Phía điện áp cao 220kV : Công suất của cuộn dây điện áp cao được phân bố theo biểu thức sau : Sc(B2) = Sc(B3) = (SHT-SB1)/2=(SHT-69)/2 - Phía điện áp trung 110kV : Công suất của cuộn dây điện áp trung được phân bố theo biểu thức sau : ST(B2) = ST(B3) =(Sut-SB4)/2=(Sut-69)/2 - Phía hạ của máy biến áp tự ngẫu : Công suất được phân bố theo biểu thức sau: SH(B2) = SH(B3) = SC(B2) + ST(B2) = SC(B3) + ST(B3) Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của B1, B2 được ghi trong bảng: t 0-4 4-6 6-8 8-40 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 Sht 110.63 101.25 97.50 154.62 137.75 166.31 130.03 151.60 123.04 Sut 70.31 79.69 79.69 79.69 93.75 93.75 84.38 70.31 70.31 Sc 20.82 16.13 14.25 42.81 34.38 48.66 30.52 41.30 27.02 St 0.65 5.34 5.34 5.34 12.37 12.38 7.69 0.65 0.65 SH 21.47 21.47 19.59 48.15 46.75 61.03 38.21 41.95 27.67 II.4.Tính tổn thất điện năng trong các MBA. a.MBA 2 dây quấn B1. Tổn thất điện năng trong máy biến áp B1 được tính theo công thức. Với P0=80 kW, Pn=320kW ta tính được. kWh b.MBA 2 dây quấn B4 Tính như phương án 1 ta được. kW c.Đối với MBA tự ngẫu B2, B3 Theo phương án I ta có Pnc-h= Pnt-h= Pnc-t/2=380/2=190 kW. Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây điện áp cao, trung, hạ là. Pnc=190 kW, Pnt=190 kW, Pnh=570 kW. Vậy tổn thất điện năng trong MBA tự nghẫu là. =744600+329805=1074405 kWh Vậy tổn thất điện năng phương án II là. kWh Tổn thất điện năng phương án II tính theo phần trăm là: II.5. Tính toán dòng cưỡng bức. II.5.1. Các mạch phía 220kV. a.Đường dây kép nối hệ thống. Tính giống phương án I, Icbht=0.42kA. b.Bộ máy phát điện – MBA B1. kA. c.Phía cao MBA tự nghẫu. Công suất tải qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu là lớn nhất khi : -Chế độ bình thường khi công suất về hệ thống cực đại : ScB2max= ScB3max=48.66MVA. -Sự cố B2: ScB3=28.31MVA. vậy kA. kA. II.5.2 Các mạch phía 110kV. a.Đường dây kép. Tính giống phương án I ta được Icbkép=0.20 kA. b.Phía trung áp MBA B1, B2. -Chế độ bình thường:StB2max= StB3max =12.38 MVA. -Sự cố B4: StB2=StB3=46.88 MVA. -Sự cố B2: StB3=24.75 MVA. vậy kA. c.Bộ máy phát điện- MBA B4. Tính giống phương án I ta được IcbB4=0.40kA. kA. II.5.3.Các mạch phía 10kV. Giống phương án I ta được: kV Bảng tổng kết dòng cưỡng bức các mạch phương án II. Cấp điện áp, kV 220 110 10 Dòng cưỡng bức,kA 0.42 0.40 4.33 Chương III tính toán ngắn mạch chọn khí cụ điện bảo vệ Mục đích tính ngắn mạch là để phục vụ cho việc chọn các khí cụ điện ( MC , DCL ) và các phần có dòng điện chạy qua ( cáp , dây dẫn ) theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch . Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện và dây dẫn là dòng điện ngắn mạch ba pha . Để tính toán dòng ngắn mạch trong đồ án thiết kế này ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình Ucb = Utb các cấp . Công suất cơ bản Scb = 100 MVA. A.Phương án I. I. Chọn điểm ngắn mạch Chọn điểm ngắn mạch ở từng cấp điện áp sao cho dòng ngắn mạch tại đó là cực đại ứng với cấp đó . Điểm mà tại đó có dòng ngắn mạch lớn nhất gọi là điểm ngắn mạch tính toán. + Phía điện áp cao 220kv Do ta chỉ chọn một loại MC, DLC cho cấp điện áp 220 kv nên chỉ cần tính dòng ngắn mạch tại N1 là dòng ngắn mạch có giá trị cực đại . Nguồn cung cấp gồm mọi máy phát điện và hệ thống. + Phía trung áp 110 kv Điểm ngắn mạch tính toán là N2 có nguồn cung cấp là hệ thống và mọi máy phát + Phía hạ áp Điểm ngắn mạch N'3 có nguồn cung cấp là máy phát F1 Điểm N3 có nguồn cung cấp là mọi máy phát cộng hệ thống trừ máy phát F1 Ta so sánh dòng ngắn mạch tại N3 và N’3 , chọn giá trị lớn nhất để chọn khí cụ điện và tính toán ồn định động thanh dẫn đầu cực máy phát. + Tự dùng Điểm ngắn mạch tính toán là N4 có nguồn cung cấp là hệ thống và mọi máy phát Ta có sơ đồ các điểm ngắn mạch tính toán cho ở hình sau F1 B1 ht n4 n3 F3 F2 F4 B2 n3’ n1 B4 B3 n2 II. Lập sơ đồ thay thế. XHT XD Xc Xh XF Xc Xh XB110 XF N1 N2 N3’ N3 N4 E1 E2 E3 E4 HT XB110 XF XF II.1. Sơ đồ thay thế II.2. Xác định các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. - Điện kháng của hệ thống: -Điện kháng đường dây kép nối nhà máy với hệ thống. - Điện kháng của MBA B3, B4. -Điện kháng máy phát. -Điện kháng của MBA tự nghẫu. Ta có điện áp ngắn mạch của cuộn dây điện áp cao, điện áp trung, điện áp hạ là: từ đó ta tính được điện kháng ngắn mạch của cuộn dây điện áp cao, trung, hạ là: III. Tính toán dòng ngắn mạch Ta lần lượt tính cho từng điểm ngắn mạch XB110 X1 Xc Xh XF Xc Xh XF XB110 XF XF N1 E1 E2 E3 E4 HT III.1. Điểm ngắn mạch N1 Sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N1 Với X1 = XHT + XD = 0.02 + 0.028 = 0.048 Biến đổi tương đương: ghép E1với E2, E3 với E4 ta được. X1 N1 X2 X3 X4 E12 E34 HT X2=Xc/2=0.072/2=0.036 X3=(Xh+XF)/2=(0.128+0.195)/2=0.162 X4=(XB110+XF)/2=(0.133+0.195)/2=0.164 Ghép song song E12 với E34 ta được. N1 X1 X5 HT NM X5 = Sơ đồ trên là sơ đồ tối giản có hai đầu cung cấp điện cho N1 Xác định dòng ngắn mạch: +/ Nhánh hệ thống Nhà máy được nối với hệ thống bằng hai đường dây kép dài 75 km ta có thể coi ngắn mạch đối với phía hệ thống là ngắn mạch xa nguồn. Dòng ngắn mạnh do hệ thống cung cấp được tính theo công thức sau: Đối với cấp điện áp 220 kV dòng đIện cơ bản được tính như sau: Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: +/ Nhánh máy phát Tra đường cong tính toán ta được: Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh NM. Từ đó ta có dòng ngắn mạch tổng hợp IxkN1= III.2. Điểm ngắn mạch N2 Để tính toán điểm ngắn mạch N2 ta có thể sử dụng kết quả khi tính toán ,biến đổi sơ đồ của điểm N1 ở trên . Ta chỉ cần suất phát từ sơ đồ sau: HT E34 X1 X2 X3 X4 N2 E12 Theo tính toán ở trên ta có: X1=0.048; X2 =0.036; X3 =0.162; X4 =0.164. Cũng như đối với điểm N1 ghép E12 và E34 ta có sơ đồ sau: N2 X5 X6 HT NM X5 = X1 + X2 = 0.048+0.036=0.084 X6 = Tính toán dòng ngắn mạch +/ Nhánh hệ thống Dòng ngắn mạnh do hệ thống cung cấp được tính theo công thức sau: Đối với cấp điện áp 110 kV dòng điện cơ bản được tính như sau: Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: +/ Nhánh máy phát Tra đồ thị đường cong tính toán ta được I*0=4.1; I*Ơ=2.4 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy Vậy dòng ngắn mạch tổng hợp tại điểm ngắn mạch N2 IxkN2= XB110 X1 Xc Xh XF Xc Xh XB110 XF XF1 N3 E1 E3 E4 Ht III.3. Điểm ngắn mạch N3. Ta có sơ đồ thay thế như sau Biến đổi tương đương ta được sơ đồ sau: Ta có: X2=Xc/2=0.072/2=0.036 X1 X2 X3 Xh X4 N3 E1 E34 HT X3=Xh+XF=0.128+0.195=0.323 X4=(XB110+XF)/2=(0.133+0.195)/2=0.164 Ghép các nguồn E1và E34 ta được sơ đồ sau: HT X5 X6 Xh NM N3 Ta có: X5 =X1 +X2 = 0.048 + 0.036= 0.084 HT NM X7 X8 Biến đổi sơ đồ sao (Xh,X5,X6) thành sơ đồ tam giác (X7 ,X8) trong đó nhánh cân bằng bỏ qua: X7 =X5 + Xh + = 0.084 + 0.128 + = 0.311 X8 = X6 + Xh + = 0.109 + 0.128 + Tính toán dòng ngắn mạch +/ Nhánh hệ thống. Dòng ngắn mạnh do hệ thống cung cấp được tính theo công thức sau: Đối với cấp điện áp 10 kV dòng điện cơ bản được tính như sau: Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: +/ Nhánh máy phát Tra đường cong tính toán ta được: Vậy dòng ngắt mạch nhánh nhà máy kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại chỗ ngắn mạch N3 ixkN3= III.4. Điểm ngắn mạch N'3 Nguồn cung cấp chỉ là máy phát F1 XF N’3 E1 Điện kháng tính toán Tra đồ thị đường cong tính toán ta có Vậy dòng ngắn mạch tại chỗ ngắn mạch N’3 kA IxkN’3= III.5. Điểm ngắn mạch N4 Dòng ngắn mạch tại N4 được tính ixkN4=ixkN3+ixkN’3=79.65+77.98=157.63kA Bảng kết quả tính toán ngắn mạch phương án I: Điểm NM I"’ , kA IƠ, kA ixk, kA N1 7.30 6.82 18.58 N2 12.12 9.57 30.85 N3 31.29 32.90 79.65 N'3 28.87 11.13 77.98 N4 60.16 44.03 157.63 B.phương án 2 : I.Chọn điểm ngắn mạch: - Sơ đồ xác định các điểm cần tính ngắn mạch được cho trên hình vẽ.Mạch điện áp 110kV và 220kV thường chỉ chọn 1 loại máy cắt điện, và dao cách ly, nên ta chỉ tính toán ngắn mạch ở một điểm cho mỗi cấp điện áp. Để xác định điểm tính toán ngắn mạch ta căn cứ vào điều kiện thực tế có thể xảy ra sự cố nặng nề nhất. - Để chọn các khí cụ điện cho mạch 220kV ta lấy điểm N1 trên thanh góp 220kV là điểm tính toán ngắn mạch. Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N1 là tất cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống. - Để chọn các khí cụ điện cho mạch 110kV ta chọn điểm N2 trên thanh góp 110 kV. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là các máy phát điện và hệ thống. - Chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện : điểm ngắn mạch N3 và N’3. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 là các máy phát điện và hệ thống trừ máy phát F2. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N’3 chỉ là máy phát điện F2. - Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng : điểm ngắn mạch N4, nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống.Do vậy với điểm ngắn mạch 4 thì 110kV ~ TD N4 N’3 N3 F2 ~ ~ ~ F3 F4 F1 TD TD TD B2 B3 B4 B1 220kV ht IN4 = IN3 + IN’3 II. Lập sơ đồ thay thế. XHT XD Xc Xh XF Xc Xh XB110 XF N1 N2 N’3 N3 N4 E2 E3 E1 E4 HT XB220 XF XF II.1. Sơ đồ thay thế II.2. Xác định các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. - Điện kháng của MBA B1. Các đại lượng còn lại giống phương án I III. Tính toán dòng ngắn mạch XB220 X1 Xc Xh XF Xc Xh XF XB110 XF XF N1 E1 E2 E3 E4 HT Ta lần lượt tính cho từng điểm ngắn mạch III>1. Điểm ngắn mạch N1 Sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N1 Với các thông số X1 = XHT + XD = 0.02 + 0.028 = 0.048 Xc = 0.072; Xh = 0.128; XF = 0.195; XB220=0.138; XB110 = 0.133 Biến đổi tương đương: ghép E2với E3 ta được sơ đồ sau: E4 X1 X4 X2 X3 X5 N1 E23 E1 HT Ta có: X2 =Xc/2=0.072/2=0.036 X3 =XB220+XF=0.138+0.195=0.333 X4=(Xh+XF)/2=(0.128+0.195)/2=0.162 X5=XB110+XF=0.133+0.195=0.328 Ghép E23với E4 ta được sơ đồ sau. E1 X1 N1 X6 X3 E234 HT X6 = X4//X5+X2= N1 X1 X7 HT NM Ghép song song E1 với E234 ta được sơ đồ đơn giản có hai đầu cung cấp dòng ngắn mạch cho N1 X7 = Xác định dòng ngắn mạch: +/ Nhánh hệ thống Dòng ngắn mạnh do hệ thống cung cấp được tính theo công thức sau: Với Icb=0.25 kA. Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: +/ Nhánh máy phát Tra đường cong tính toán ta được: Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh NM. Từ đó ta có dòng ngắn mạch tổng hợp IxkN1= III.2. Điểm ngắn mạch N2 X1 X4 X2 X3 X5 N2 E23 E1 HT E4 Để tính toán điểm ngắn mạch N2 có thể sử dụng kết quả khi tính toán ,biến đổi sơ đồ của điểm N1 ở trên . Ta suất phát từ sơ đồ sau: Theo tính toán từ phần trên ta có: X1=0.048; X2 =0.036; X3 =0.333; X4 =0.162; X5=0.328; E1 X7 N2 X6 X8 E234 HT Ghép E23 và E4, biến đổi sơ đồ sao X1 , X2 , X3 thành sơ đồ tam giác X7 , X8 trong đó nhánh cân bằng bỏ qua ta được sơ đồ sau: X6=X4//X5= X7 =X1 + X2 + = 0.048 + 0.036 + = 0.089 X8 = X2 + X3 + = 0.036 + 0.333 + Ghép E234 với E1 ta được sơ đồ sau. N2 X7 X9 HT NM X9 = Tính toán dòng ngắn mạch +/ Nhánh hệ thống Dòng ngắn mạnh do hệ thống cung cấp được tính theo công thức sau: Với Icb=0.50 kA. Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: +/ Nhánh máy phát Tra đồ thị đường cong tính toán ta được I*0=3.6; I*Ơ=2.3 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy Vậy dòng ngắn mạch tổng hợp tại điểm ngắn mạch N2 IxkN2= III.3. Điểm ngắn mạch N3. Ta có sơ đồ thay thế như sau: XB220 X1 Xc Xh Xc Xh XF XB110 XF XF1 N3 E3 E1 E4 HT X1 X2 X3 Xh X4 N3 E1 E3 HT X5 E4 Biến đổi tương đương ta được sơ đồ sau: Ta có: X1=Xht+XD=0.02+0.028=0.048 X2 = Xc/2=0.072/2=0.036 X3 = XB220+XF=0.138+0.195=0.333 X4= Xh+XF=0.128+0.195=0.323 X5= XB110+XF=0.133+0.195=0.328 Ghép các nguồn E3 và E4 đồng thời biến đổi sơ đồ sao X1 , X2 , X3 thành sơ đồ tam giác X7 , X8 trong đó nhánh cân bằng bỏ qua ta được sơ đồ sau. X7 X8 Xh X6 N3 E1 E34 HT Ta có: X7 =X1 + X2 + = 0.048 + 0.036 + = 0.089 X8 = X3 + X2 + = 0.333 + 0.036 + Ghép E1 với E34 ta được sơ đồ sau. HT X7 X9 Xh NM N3 Biến đổi sơ đồ sao X7 , Xh , X9 thành sơ đồ tam giác X10 , X11 trong đó nhánh cân bằng bỏ qua ta được sơ đồ sau. HT NM X10 X11 X10 =X7 + Xh + = 0.089 + 0.128 + = 0.305 X11 = X9 + Xh + = 0.129 + 0.128 + Tính toán dòng ngắn mạch +/ Nhánh hệ thống. Dòng ngắn mạnh do hệ thống cung cấp được tính theo công thức sau: Với Icb=5.5 kA. Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp: +/ Nhánh máy phát Tra đường cong tính toán ta được: Vậy dòng ngắn mạch nhánh nhà máy là: kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại chỗ ngắn mạch N3 ixkN3= III.4. Điểm ngắn mạch N'3 Tính giống phương án I ta được: =28.87kA =11.13kA =77.98kA III.5. Điểm ngắn mạch N4 Dòng ngắn mạch tại N4 được tính ixkN4=ixkN3+ixkN’3=77.39+77.98=155.37kA Bảng kết quả tính toán ngắn mạch phương án II Điểm NM I"’ , kA IƠ, kA ixk, kA N1 7.76 6.89 19.75 N2 11.04 9.08 28.10 N3 30.40 32.26 77.39 N'3 28.87 11.13 77.98 N4 59.27 43.39 155.37 Chương IV. Tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu. I.Chọn máy cắt điện - Việc chọn máy cắt điện được tiến hành sau khi đã tính được dòng làm việc cưỡng bức và dòng ngắn mạch cho từng điểm cần xác định. Đối với cấp điện áp cao 220kV và trung 110kV, ta chỉ cần chọn 1 loại máy cắt điện và dao cách ly chung cho từng cấp điện áp. Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau : -loại máy cắt điện : máy cắt không khí hoặc máy cắt SF6. -điện áp UdmMC³ Udm -dòng điện IdmMC ³ Icb. -ổn dịnh nhiệt Inh2 . tnh ³ BN -ổn định lực điện động :ildd ³ ixk -điều kiện cắt :Icắt MC ³ I’’ 1. Chọn máy cắt điện cho phương án I : Dựa vào kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức và dòng điện ngắn mạch ở chương 2 và chương 3 ta chọn máy cắt điện cho phương án 1 có thông số như sau: Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại MC điện Thông só định mức Uđm kV Icb kA I’’ kA ixk kA Uđm kV Idm kA Icắt kA ildd kA N1 Cao 220 0.42 7.30 18.58 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0.4 12.12 30.85 3AQ1 123 4 40 100 N3 Hạ 10 4.33 31.29 79.65 8FG10 12 12,5 80 225 Các máy cắt điện đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 2. Chọn máy cắt điện cho phương án 2: Dựa vào kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức và dòng điện ngắn mạch ở chương 2 và chương 3 ta chọn máy cắt điện cho phương án 2 có thông số như sau: Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại MC điện Thông số định mức Uđm KV Icb KA I’’ KA ixk KA Uđm KV Idm KA Icắt KA ildd KA N1 Cao 220 0.42 7.76 19.75 3AQ2 245 4000 50 125 N2 Trung 110 0.4 11.04 28.10 3AQ1 123 4000 40 100 N3 Hạ 10 4.33 30.40 77.39 8FG10 12 12,5 80 225 Các máy cắt điện đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. II. Chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho các cấp 1. Phương án 1 Phía 220 kV vì số mạch vào ra ít nên ta chọn sơ đồ hai hệ thống thanh góp . ~ ~ ~ ~ B1 B2 B3 B4 Phía điện áp trung vì số mạch vào ra nhiều nên ta chọn sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng . 2. Phương án 2 ~ ~ ~ ~ Tương tự phương án I ta cũng chọn sơ đồ hai thanh góp không có thanh góp vòng phía cao áp và sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng cho thiết bị phân phối trung áp III.Tính toán kinh tế - kỹ thuật 1. vốn đầu tư thiết bị. Vốn đầu tư được xác định theo công thức : V = VB + VTBPP Trong đó : - V : là vốn đầu tư - VB : là tiền mua máy biến áp, VB = Kb . Vb ; Kb : là hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt Vb : là giá tiền của 1 máy biến áp - VTBPP : là vốn đầu tư xây dựng các mạch thiết bị phân phối. VTBPP = n1. VTBPP1 + n2.VTBPP2 + . . . Trong đó : n1, n2 : là số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2, . . . VTPP1, VTBPP2 : Giá thành mỗi mạch của thiết bị phân phối tương ứng với mỗi cấp điện áp U1, U2, . . . a.phương án 1: V1=VB1+VTBPP1 Máy biến áp tự ngẫu công suất 160MVA, cấp điện áp cao 220KV có giá thành là: VBtn=750x15000x103=11.25x109 đồng. Kb=1.4 Máy biến áp hai cuộn dây 110kV,công suất 80MVA có giá: VB110 = 550x15000x103 =8.25x109 đồng. Kb=1.5 Vậy vốn đầu tư máy biến áp cho phương án 1 là: VB1 =2x1.4x11.25x109 +2x1.5x8.25x109=56.25x109 đồng. Theo sơ đồ nối điện phương án 1: -Bên phía 220KV có 3 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 100x103x15000=1.5x109 đồng. -Bên phía 110KV có 6 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 60x103x15000=0.9x109 đồng. -Bên phía 10KV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 30x103x15000=0.45x109 đồng. Do đó VTBPP1 =3x1.5x109+6x0.9x109+2x0.45x109=10.8x109 đồng. Vậy vốn đầu tư cho phương án 1 là: V1 =56.25x109 +10.8x109 =67.05x109 đồng. b. phương án 2: V2=VB2+VTBPP2 Máy biến áp tự ngẫu công suất 160MVA, cấp điện áp cao 220KV có giá là: VB=750x103x15000 =11.25x109 đồng; KB=1.4. Máy biến áp hai cuộn dây 110kV,công suất 80MVA có giá là: VB110 =550x103x15000 =8.25x109 đồng. KB =1.5. Máy biến áp hai cuộn dây 220kV,công suất 80MVA có giá: VB220 = 750x103x15000 =11.25x109 đồng. KB =1.4 Vậy vốn đầu tư máy biến áp cho phương án 2 là: VB2 =2x1.4x11.25x109 +1.5x8.25x109 +1.4x11.25x109 =59.625x109 đồng. Theo sơ đồ nối điện phương án 2: -Bên phía 220KV có 4 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 1.5x109 đồng. -Bên phía 110KV có 5 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0.9x106 đồng. -Bên phía 10kV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 0.45x109 đồng. Do đó VTBPP2 =4x1.5x109+5x0.9x109 +2x0.45x109=11.4x109 đồng. Vậy vốn đầu tư cho phương án 2 là: V2 =59.625x109 +11.4x109 =71.025x109 đồng. 2. Tính chi phí vận hành hàng năm . Chi phí vận hành hàng năm được tính theo công thức sau: P=Pk+Pt+Pp Trong đó: Pk- Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn (đồng/năm). Pk = a.V/100 Với: V- vốn đầu tư của phương án. a- định mức khấu hao, ta lấy: a=8,4%. Pp– chi phí phục vụ thiết bị (sửa chữa thường xuyên và tiền lương công nhân) (đồng/năm), ta có thể bỏ qua chi phí này. Pt– chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện; Pt =b. DA b - giá thành điện năng trung bình trong hệ thống điện. b =0.05x15000=750đồng/KW.h a.phương án 1. Khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn: Pk1 = a.V1/100 = 8.4x67.05x109/100 = 5.63x109 đồng. Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện: Pt1 =b. DA1 = 750x7945504 = 5.96x109 đồng. Chi phí vận hành hàng năm của phương án 1: P1 = Pk1 + Pt1 = 5.63x109 + 5.96x109 = 11.59x109 đồng. b. phương án 2. Khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn: Pk2 = a.V2/100 = 8.4x71.025x109/100 = 5.97x109 đồng. Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện: Pt2 =b. DA2 = 750x7568280 = 5.68x109 đồng. Chi phí vận hành hàng năm của phương án 2: P2 = Pk2 + Pt2 = 5.97x109 + 5.68x109 =11.65x109 đồng. 3.So sánh các phương án để chọn phương án tối ưu. Phương án Vốn đầu tư (´109 đồng) Chi phí vận hành (´109đồng) 1 67.05 11.59 2 71.025 11.65 Ta thấy phương án 1 có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt hơn phương án 2 nên phương án tối ưu là phương án 1. Về mặt kỹ thuật độ tin cậy cung cấp điện của 2 phương án là như nhau, phương án 2 bố trí nguồn và tải cân đối hơn phương án 1 nhưng phương án 1 có vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ hơn phương án 2. Qua phân tích trên ta đi đến kết luận chọn phương án 1 làm phương án thiết kế nhà máy điện Chương V Chọn khí cụ điện và thanh dẫn,dây dẫn Các khí cụ điện và các phần có dòng điện chay qua (thanh dẫn, dây dẫn, thanh góp và cáp) cần phải đảm bảo vận hành an toàn, chắc chắn trong chế độ làm việc bình thường và phải ổn định (ổn định nhiệt, ổn định động) khi sự cố. Ta tiến hành chọn thanh dẫn mềm ,thanh góp mềm ở điện áp 110kVvà 220kV ;thanh dẫn cứng ở cấp điện áp 11kV,máy biến dòng,máy biến điện áp và chống sét van trên thanh góp,trung tính máy biến áp. I.chọn máy cắt điện và dao cách ly. Máy cắt điện đã chọn ở chương 4. Điều kiện chọn dao cách ly: -loại dao cách ly:. -điện áp UdmCL³ Udm -dòng điện IdmCL ³ Icb. -ổn dịnh nhiệt Inh2 . tnh ³ BN -ổn định lực điện động :ildd ³ ixk Dựa vào kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức và dòng điện ngắn mạch ở chương 2 và chương 3 ta chọn dao cách ly cho phương án 1 có thông số như sau : Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại MC điện Thông só định mức Uđm kV Icb kA I’’ kA ixk kA Uđm kV Idm kA ilđđ kA N1 Cao 220 0.42 7.30 18.58 SGC 245 1.25 80 N2 Trung 110 0.4 12.12 30.85 SGC 145 1.60 100 N3 Hạ 10 4.33 31.29 79.65 PBK 20 7 250 Các dao cách ly đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. II.chọn thanh dẫn cứng và sứ đỡ đầu cực máy phát: 1.chọn thanh dẫn cứng: Thanh dẫn cứng dùng để nối từ đầu cực máy phát đIện đến cuộn hạ áp 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.Để tận dụng diện tích mặt bằng ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thước và khoảng cách giữa các pha. 1.1.chọn tiết diện thanh dẫn cứng: +Điều kiện chọn:I’cp³Icb +Ta có Icb=4.33kA I’cp =Khc.Icp Với Khc = Trong đó : Khc là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh. qcp : nhiệt độ cho phép của vật liệu làm thanh dẫn lấy qcp = 70oC qo : Nhiệt độ của môi trường xung quan lấy qo = 35oC qđm : Nhiệt độ định mức (to chuẩn), lấy qđm = 25oC Thay số vào ta có : Khc = = 0,88 I'cp = Icp . Khc ³Icb Do đó Icp³Icb/Khc== 4.92 (kA) Ta chọn được thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có sơn với các thông số sau : Kích thước (mm) Tiết diện Một Cực mm2 Mô mem trở kháng (cm3) Mô mem quán tính (cm4) Dòng điện cho phép cả hai thanh (A) h b c r Một thanh Hai thanh Wy0-y0 Jxx Jyy Jy0-y0 Wx Wyy 125 55 6.5 10 1370 50 9.5 100 290.3 36.7 625 5500 h y y y y y0 yo x x b c h Đây là thanh dẫn hình máng tiết diện bằng đồng 1.2.Kiểm tra ổn định động: Ta lấy khoảng cách giữa các pha và khoảng cách các sứ liền nhau của một pha với U=10kV là: a=90 cm ;l=180 cm Khi đó lực tính toán tác dụng lên pha giữa trên chiều dà1 khoảng vượt là: Ftt=1.76x10-2..ixkN32 kG(Khd=1). Ftt=1.76x10-2xx79.652 = 223.3 (kG). Mô men uốn tác dụng lên l khoảng vượt: M=== 4019.6 (kGcm) ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha: d1=== 40.2 (kG/cm2) ãXác định khoảng cách giữa các đệm: -Lực tác dụng lên đơn vị dài do dòng ngắn mạch chạy trên các thanh của 1 pha gây ra là: f2=0.51x10-2x.ixkN32 kG/cm(khd=1) =0.51x10-2xx79.652 = 2.59 (kG/cm) -ứng suất do dòng điện trong các thanh trong cùng một pha gây nên: d2==kG/cm2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là: dcp³d1+ d2 hay d2Êdcp- d1 Êdcp- d1 ị Ta thấy l2max>l=180cm .Do đó không phải đặt đệm trong khoảng vượt. *Kiểm tra ổn định động khi xét đến dao động: Tần số riêng của dao động thanh dẫn được xác định theo công thức: wr=. Trong đó: E:Mô đun đàn hồi của vật liệu. ECu=1.1x106 KG/cm2 Jyoyo-Mô men quán tính. Jyoyo=625cm4 S:tiết diện thanh dẫn; S=2x13.7=27.4cm2. g-Khối lượng riêng của đồng,gCu=8.93g/cm3 wr=.=184.2Hz Giá trị này nằm ngoài khoảng 45-55 Hz và 90-110 Hz .Vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động. 3.chọn sứ đỡ thanh dẫn: *Điều kiện chọn sứ : - Loại sứ - Điện áp Usứ ³ Uđmng Theo điều kiện trên ta chọn được sứ đặt trong nhà loại Of-10-2000Y3 có: +Cấp điện áp:UđmS =10 kV H'=196.5mm Thanh dẫn Sứ F1 Ftt H=134mm +Lực phá hoại:Fph=2000 KG +Chiều cao:H=134mm Ta có:Ftt’=Ftt.=223.3= 327.45 kG Fcp = 0.6xFph = 0.6x2000=1200 kG > Ftt’= 327.45 kG đVậy điều kiện ổn định động của sứ được thoả mãn. III.chọn dây dẫn và thanh góp mềm phía điện áp cao và trung : 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 220kV và 110kV tương ứng.Thanh góp ở các cấp điện áp này cũng được chọn là thanh dẫn mềm.Tiết diện dây dẫn mềm cũng được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài. ở đây ta dùng dây dẫn trần có nhiệt độ cho phép lâu dài qcp=70oC.Nhiệt độ định mức của môi trường qođm=25oC và ta coi nhiệt độ môi trường xung quanh qo=35oC.Khi đó dòng đIện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ: I’cp=Khc.Icp Với Khc = = 0.88 5.3.1.Chọn tiét diện dây dẫn và thanh góp mềm: +Điều kiện chọn: I'cp ³ Icb Trong đó : I'cp:Dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ; I’cp=Khc.Icp. Icb : Dòng điện làm việc cưỡng bức. Do đó Icp³.Icb Với Khc=0,88. -)Mạch điện cấp điện áp 220 kV: Icb=0.42kA. Hay Icp ³ x0.42=0.477(kA) -)Mạch điện cấp điện áp 110kV: Icb=0.4 kA Hay Icp³x0.4=0.455(kA) Từ đó ta chọn dây dẫn và thanh góp mềm là loại AC có các thông số trong bảng sau: Điện áp Tiết diện chuẩn Nhôm/thép Tiết diện mm2 Đường kính mm dòng điện cho phép(A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 220kV 240/32 244 31.7 21.6 7.2 610 110kV 185/24 187 24.2 18.9 6.3 510 5.3.2.Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là:Smin= Với BN-Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch(A2..s) C-Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn(). Với dây dẫn AC có C=88(). Tính xung lượng nhiệt: BN= BNCK+BNKCK -)Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1 sec.Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ: BN1KCK=IN1”2.Ta=(7.3x103)2x0.05=2.66x106 (A2.s). BN2KCK=IN2”2.Ta=(12.12x103)2x0.05=7.34x106 (A2.s). -)Xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị. BNCK=.DTi]. Với Khi ngắn mạch tại N1 ta có sơ đồ tính toán như sau. N1 X1 X5 HT NM Với X1=0.048; X5=0.117. -Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp. Theo kết quả chương 3 ta đã tính được dòng điện ngắn mạch phía hệ thống là: Iht0=Iht0.1=…=IhtƠ=5.20 kA -Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp. Theo kết quả chương 3 ta có điện kháng tính toán phía nhà máy là: Xttnm=0.315. Tra đường cong tính toán ta được: I*0=2.8; I*0.1=2.4; I*0.2=2.2; I*0.5=2.1; I*1.0=2.0: Từ đó ta tính được dòng điện ngắn mạch tai các thời điểm 0s, 0.1s, 0.2s,0.5s, 1.0s phía nhà máy cung cấp là: Vậy dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N1là: IN1-0=Iht0+Inm0=5.20+2.10=7.30kA. IN1-0.1=Iht0.1+Inm0.1=5.20+1.81=7.01kA. IN1-0.2=Iht0.2+Inm0.2=5.20+1.66=6.86kA. IN1-0.5=Iht0.5+Inm0.5=5.20+1.58=6.78kA. IN1-1.0=Iht1.0+Inm1.0=5.20+1.51=6.71kA. Ta tính các trị số trung bình bình phương của dòng điện ngắn mạch. Itb12= Itb22= Itb32= Itb42= Từ đó BN1CK=51.22x0.1+48.10x0.1+46.51x0.3+45.50x0.5=46.63 (kA2.s) Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N1: BN1=BN1CK+BN1KCK=(46.63+2.66)x106=49.29x106 (A2.s) Khi ngắn mạch tại N2 ta có sơ đồ tính toán như sau. N2 X5 X6 HT NM Với X5=0.084; X5=0.81. -Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp. Theo kết quả chương 3 ta đã tính được dòng điện ngắn mạch phía hệ thống là: Iht0=Iht0.1=…=IhtƠ=5.95 kA -Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp. Theo kết quả chương 3 ta có điện kháng tính toán phía nhà máy là: Xttnm=0.243. Tra đường cong tính toán ta được: I*0=4.1; I*0.1=3.3; I*0.2=3.0; I*0.5=2.6; I*1.0=2.4: Từ đó ta tính được dòng điện ngắn mạch tai các thời điểm 0s, 0.1s, 0.2s,0.5s, 1.0s phía nhà máy cung cấp là: Vậy dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N2là: IN2-0=Iht0+Inm0=5.95+6.17=12.12kA. IN2-0.1=Iht0.1+Inm0.1=5.95+4.97=10.92kA. IN2-0.2=Iht0.2+Inm0.2=5.95+4.52=10.47kA. IN2-0.5=Iht0.5+Inm0.5=5.95+3.92=9.87kA. IN2-1.0=Iht1.0+Inm1.0=5.95+3.61=9.56kA. Ta tính các trị số trung bình bình phương của dòng điện ngắn mạch. Itb12= Itb22= Itb32= Itb42= Từ đó BN2CK=133.07x0.1+114.43x0.1+103.52x0.3+94.41x0.5=103 kA2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N2 là: BN2=BN2CK+BN2KCK=(103+7.34)x106=110.34x106(A2.s) Tiết diện nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhệt ở các cấp 220kV và 110kV là: Smin220 = Smin110 = Vậy các dây dẫn và thanh góp đã chọn đều đảm bảo ổn định nhiệt. 5.3.3-kiểm tra điều kiện vầng quang. Điều kiện: Uvq = 84.m.r.lg(a/r) ³ 1.1Uđm trong đó: m – hệ số phụ thuộc vào độ nhẵn của bề mặt dây dẫn; m=0.85. r – bán kính ngoài của dây dẫn, cm. a – khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, cm. Khi ba pha bố trí trên mặt phẳng ngang thì giá trị này giảm đi 4% đối với pha giữa và 6% đối với dây dẫn pha bên. * Kiểm tra với dây dẫn AC-240/32 Với cấp điện áp 220kV ta có: a = 500 cm. Dây dẫn AC-240/32 có r = 1.08 cm. Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha bên khi ba pha nằm trên mặt phẳng ngang: Uvq = 0.94x84x0x85x1.08xlg(500/1.08) = 193 kV < 1.1Uđm = 242 kV. Không thoả mãn điều kiện vầng quang. Vì vậy ta chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn cho mạch cao áp. Ta chọn dây AC-400/93 có r=1.455cm, khi đó: Uvq = 0.94x84x0.85x1.455xlg(500/1.455) = 248 kV > 1.1Uđm = 242 kV. Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. * Kiểm tra với dây dẫn AC-185/24 Với cấp điện áp 110kV ta có: a = 300 cm. Dây dẫn AC-185/24 có r = 0.945 cm. Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha bên khi ba pha nằm trên mặt phẳng ngang: Uvq = 0.94x84x0.85x0.945xlg(300/0.945) = 159 kV >1.1 Uđm = 121 kV. thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Tóm lại: dây dẫn mềm, thanh góp mềm phía 220kV chọn dây AC-400/22; dây dẫn mềm, thanh góp mềm phía 110kV chọn dây AC-185/24 thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt và phát sinh vầng quang. IV. Chọn cáp, máy cắt hợp bộ và kháng phụ tải địa phương. 1. Chọn cáp đường dây phụ tải địa phương. Theo yêu cầu thiết kế phụ tải địa phương cấp điện áp là 10kV có Pmax=15MW, cosj=0.8 bao gồm 2 kép´3MW´4 km và 6 đơn x1.5 MW x3 km. Tiết diện cáp được chọn theo điều kiện mật độ dòng kinh tế : Skt= Vì công suất của đường cáp kép gấp đôi công suất của đường cáp đơn nên dòng điện làm việc bình thường của cáp đơn và cáp kép là: Ibt(đơn)=Ibt(kép)=Ibt= Thời gian sử dụng công suất cực đại trong năm: Đối với cáp điện lực cách điện bằng giấy tẩm dầu lõi đồng có Tmax=6132h tra bảng ta được Jkt=2(A/mm2). Tiết diện kinh tế của cáp: Skt= Tra bảng ta chọn cáp đơn và kép có tiết diện là S = 50 mm2, tương ứng với Icp=180A. * Kiểm tra điều kiện phát nóng bình thường : Dòng điện làm việc bình thường cho phép của cáp kép là: I’cp = K1.K2.Icp K1-hệ số hiệu chỉnh theo môi trường đặt cáp; K2-hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song. Cáp dược đặt trong đất nhiệt độ 25OC, nhiệt độ phát nóng của ruột cáp 10kV cho phép là 60OC, nhiệt độ tiêu chuẩn là 15OC, khoảng cách giữa 2 cáp đặt song song là 100mm. Do đó: Đối với dây cáp kép K2=0.9; Vậy: Icp’ =0.88x0.9x180 = 142.56A > Ibt=103A Đối với cáp đơn, dòng điện làm việc bình thường cho phép là: I’cp=K1.Icp=0.88x180=158.4A>Ibt=103A. Vậy các cáp đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc bình thường. * Kiểm tra phát nóng khi làm việc cưỡng bức đối với cáp kép : Ta có Ibt/Icp’ = 103/170.28 = 0.6 < 0.8 Do đó lấy Kqt = 1.3 Dòng điện làm việc cho phép khi quá tải là: I’’cp= Kqt.K1.K2.Icp=1.3x0.88x0.9x180=185.33A<Icb=2Ibt=206A. Vậy ta phải chọn cáp kép có tiết diện lớn hơn, ta chọn cáp có tiết diện 70 mm2 có dòng điện cho phép là 215A. Dòng điện làm việc cho phép khi quá tải là: I’’cp= Kqt.K1.K2.Icp=1.3x0.88x0.9x215=221.4A>Icb=2Ibt=206A. Vậy chọn cáp kép có S =70 mm2 là đảm bảo điều kiện kỹ thuật. 2. Chọn kháng phụ tải địa phương. N4 F1 F2 Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm các đường dây: 2 kép x 3MW x 4km 6 đơn x 1.5MW x 3km Phân bố công suất cho các kháng trong các chế độ bình thường và sự cố như sau: Chế độ Kháng 1 Kháng 2 Bình thường 7.5MW 7.5MW Sự cố một trong hai kháng 0MW 10.5MW Kháng điện được chọn theo các điều kiện sau: 1.UđmK=10(kV). 2.IđmK được xác định theo dòng cưỡng bức qua kháng Icb: Icb được xác định khi một trong hai kháng điện ngừng làm việc. Icb===0.722 kA Chọn kháng điện đơn dây nhôm PbA-10-800 có IđmK=800(A). 3.Xác định xK%. xk% được chọn xuất phát từ hai bộ điều kiện: xk% phải đủ hạn chế dòng ngắn mạch tại N5 để chọn MC1 và đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt cho cáp 1 ,tức là: IN5Ê(Icắt1đm,InhS1) xk% phải đủ hạn chế dòng ngắn mạch tại N6 để chọn MC2 và đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt cho cáp 2 ,tức là: IN6Ê(Icắt2đm,InhS2) Trong đó dòng điện ổn định nhiệt được xác định theo công thức sau: InhS= Với cáp 1 ta có: InhS1= Tại đầu đường cáp thời gian cắt ngắn mạch lớn hơn một cấp nên: t1=t2+Dt=0.6+0.3=0.9sec. Vậy InhS1= Ta lấy dòng điện ngắn mạch tính toán tại N5(đầu cáp) là: IN5=InhS1=7.43kA Khi lập sơ đồ thay thế cho tính toán ngắn mạch đã chọn Scb=100 MVA và ngắn mạch tại N4 có IN4”=60.16 kA. N4 Eđt N5 N6 Xht XC1 XC2 Xk Vậy xHT===0.091 Điện kháng tổng khi ngắn mạch tại N5 là: Xồ= Với Vậy Xồ==0.740 Xk= Xồ-XHT=0.740-0.091=0.649 Xk%=Xk..100=0.649x.100=9.44%. Giá trị này khá lớn sẽ gây tổn thất điện áp lớn trên đường dây trong chế độ làm việc bình thường nên ta phải chọn kháng điện kép. Phân bố công suất cho các kháng trong các chế độ làm việc bình thường và sự cố như sau: Chế độ Kháng 1 Kháng 2 Nhánh 1 Nhánh 2 Nhánh 1 Nhánh 2 Bình thường 4.5MW 3MW 4.5MW 3MW Sự cố 1 trong 2 kháng 0 0 6MW 4.5MW Dòng cưỡng bức chạy trên một nhánh của kháng khi có sự cố một kháng là: Vậy ta chọn kháng điện kép loại PBAC-10-2x600 có dòng định mức của 1 nhánh là 600A. Xk% của kháng được xác định theo điều kiện hạn chế dòng ngắn mạch khi có ngắn mạch tại N5. Như trên ta đã tính dòng điện ngắn mạch tính toán tại N5 là IN5=7.43A. Điện kháng tổng khi ngắn mạch tại N5 là: Xồ= Vậy Xk= Xồ-XHT=0.740-0.091=0.649 Xk%=Xk..100=0.649x.100=7.08%. Vậy ta chọn kháng có Xk%=8%. *Kiểm tra kháng điện. Để kiểm tra kháng điện ta tính dòng ngắn mạch tại N6. Điện kháng của kháng điện là: Điện kháng của cáp1: Vậy điện kháng tổng khi ngắn mạch tại N6 là: Xồ =XHT+Xk+Xc1=0.091+0.733+0.218=1.042 Dòng điện ngắn mạch tại N6 là: Tại trạm địa phương đã chọn máy cắt BMP-10 có Icắt=20kA, thời gian cắt ngắn mạch Tcắt=0.6sec, tiết diện cáp đồng Smin=70mm2. Ta tính được: InhS2==12.74(kA). Ta thấy IN6=5.28kA>min{Icắtđm;InhS2}=12.74kA Vậy ta chọn kháng có Xk%=8% là đạt yêu cầu. 3. chọn máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương: Để chọn máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương ta tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N5: XHT=0.091. Xk===0.733. Điện kháng tổng: Xồ=XHT+Xk=0.091+0.733=0.824 Xtt=Xồ.=0.824x=25.54>3. Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại N5: I’’N5=. ==6.67(kA) ixkN5=.Kxk..IN5”=x1.8x6.67=16.98 kA. Vậy dựa vào dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố một kháng điện Icb=412A và I’’N5,ixkN5 ta chọn máy cắt có thông số như sau: Loại máy cắt Uđm,kV Iđm, A ICđm,kA Ilđđ,kA BMP-10 10 1250 20 64 Ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt đối với máy cắt có dòng điện định mức lớn hơn 1000A. V. Chọn máy biến dòng và biến áp đo lường. 5.1.Cấp điện áp 220kV: 1.chọn biến điện áp: Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKF một pha nối dây theo sơ đồ Yo/Yo/ :3x HKF-220-58. Uđm=kV/V/100V Cấp chính xác:1. SđmBU=600 VA. 2.Chọn biến dòng điện: Máy biến dòng điện dùng cho bảo vệ rơ le và đo lường được chọn là: TFH-220-3T. Dòng điện định mức:Iscđm/Itcđm=1200/5 A Cấp chính xác :0.5 ứng với phụ tải định mức 2W. Điều kiện ổn định động:ilđđ=108kA>ixk=18.58 kA. Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy biến dòng có dòng điện sơ cấp lớn hơn 1000 A. 5.2.Cấp điện áp 110kV: 1.chọn biến điện áp: Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKF một pha nối dây theo sơ đồ Yo/Yo/ :3x HKF-110-57. Uđm=kV/V/100V Cấp chính xác:1. SđmBU=600 VA. 2.chọn biến dòng điện: Máy biến dòng điện dùng cho bảo vệ rơ le và đo lường được chọn là: TFH-110M. Dòng điện định mức:Iscđm/Itcđm=1500/5 A Cấp chính :0,5 ứng với phụ tải định mức 0,8 W. Bội số ổn định động Kđ=75. Điều kiện ổn định động: ilđđ=.Kđ.Iscđm=.75.1,5=159.1 kA>ixk=30.85 kA. Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy biến dòng có dòng điện sơ cấp lớn hơn 1000 A. 5.3.Mạch máy phát: 1.Chọn máy biến điện áp : Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tơ nên ta dùng 2 biến điện áp một pha nối kiểu V/V:2 x HOM-10. UđmSC=11000V. Cấp chính xác:0,5 ứng với Sđm = 75 VA. Phụ tải của biến điện áp được phân bố đồng đều theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp như bảng sau: SốTT Phần tử Loại Phụ tải BU:AB Phụ tải BU:BC P(W) Q(VAR) Q(W) Q(VAR) 1 Vôn kế B -2 7,2 - - - 2 Oát kế 341 1,8 - 1,8 - 3 Oát kế PK 342/1 1,8 - 1,8 - 4 Oát kế tự ghi Д - 33 8,3 - 8,3 - 5 Tần số kế Д - 340 - - 6,5 - 6 Công tơ H - 670 0,66 1,62 0,66 1,62 7 Công tơ PK WT - 672 0,66 1,62 0,66 1,62 8 Tổng 20,4 3,24 19,72 3,24 +SAB = = 20,7 (VA) Cosj = = 0,98 +SBC = = 19,9 (VA) Cosj = = 0,99 Vậy ta chọn 2 máy biến điện áp loại HOM-10 có công suất định mức mỗi cái ứng với cấp chính xác 0,5 là 75 VA. * Chọn dây dẫn từ BU đến các đồng hồ đo : - Ta chọn theo các điều kiện sau : + Tổn thất điện áp trên dây dẫn không được lớn hơn 0,5% điện áp định mức thứ cấp. + Theo điều kiện độ bền cơ học, tiết diện dây nhỏ nhất đối với dân dẫn đồng là 1,5mm2 và dây nhôm là 2,5mm2. + Trước hết ta cần xác định dòng trong các dây dẫn a, b, c theo các công thức sau : Ia = = 0,207(A) Ic = = 0,199 (A) - Để đơn giản ta coi : Ia = Ic = 0,2 (A) và cosjab = Cosjbc = 1. Ta có : Ib = = 0,34 (A) - Điện áp giáng trong dây a, b là : DU = (Ia + Ib)r = (I + I) - Để đơn giản ta bỏ qua góc bên pha giữa Ia và Ib, mặt khác ta lấy khoảng cách từ BU đến các đồng hồ đo điện là 60m. Vì theo điều kiện thì DU% Ê 5% nên ta có : (Ia + Ib) . Ê 5% ị F ³ 1,134 (mm2) ị Chọn dây đồng có F = 1,5mm2 là thoả mãn. 2. Chọn máy biến áp dòng điện (BI) : Biến dòng điện được đặt trên cả 3 pha, mắc hình sao.Ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại TщЛ-20-1 có: UđmBU=20kV. IđmSC/IđmTC=8000/5A Cấp chính xác 0,5;có phụ tải định mức 1,2 W. Công suất tiêu thụ của các cuộn dây của các đồng hồ đo lường cho trong bảng sau: SốTT Phần tử Loại Phụ tải (VA) Pha A Pha B Pha C Ampemét $ - 302 1 1 1 Oát kế TD Д - 341 5 0 5 Oát kế PK Д - 342/1 5 0 5 Oát kế tự ghi Д - 33 10 0 10 Công tơ TD H - 670 2,5 0 2,5 Công tơ PK HT - 672 2,5 5 2,5 Tổng 26 6 26 - Tổng phụ tải của các pha : SA = SC = 26 (VA) ; SB = 6 (VA) ị Phụ tải lớn nhất là : Smax = SA = SC = 26 (A) - Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha A (hay pha C) là : ZdcS = = 1,04 (W) - Ta chọn dây dẫn bằng đồng và giả sử chiều dài từ biến dòng điện đến các dụng cụ đo là : l = 30m. Vì sơ đồ là sao đủ nên ta có ltt = l = 30m. - Tiết diện của dây dẫn được chọn theo công thức sau : Với rcu = 0,0175 (Wmm2/m) F ³ = 3,27 (mm2) ị Chọn dây dẫn bằng đồng với tiết diện S = 4 mm2 để đảm bảo được cả độ bền cơ học cho dây dẫn. 10.5kV F c b a TШB - 24 VARh VAR W VAR W A A A ~ v f 2XHOM - 10 Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào BI và BU Wh Chương vi : Sơ đồ tự dùng và chọn thiết bị tự dùng. I. Sơ đồ nối điện tự dùng. Điện tự dùng là một phần điện năng không lớn nhưng lại giữ một phần quan trọng trong quá trình vận hành nhà máy điện. Điện tự dùng nhà máy điện có thể chia làm hai phần: * một phần cung cấp cho các máy công tác đảm bảo của các lò và các tuabin của các tổ máy. * phần kia cung cấp cho các máy công tác phục vụ chung, không liên quan trực tiếp đến lò hơi và các tuabin nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy. Ta chọn sơ đồ tự dùng theo nguyên tắc kinh tế và đảm bảo cung cấp điện liên tục. Đối với nhà máy điện thiết kế dùng hai cấp điện áp tự dùng 6kv và 0.4kv nối theo sơ đồ biến áp nối tiếp, với một biến áp dự trữ lấy điện từ phía cuộn hạ và phía trên máy phát. Sơ đồ tự dùng của nhà máy điện được bố trí như hình VI-1: II. Chọn máy biến áp tự dùng. 1. Chọn máy biến áp cấp 1. Chọn 4 máy công tác có công suất thỏa mãn điều kiện sau: Vậy ta chọn máy biến áp TMHC có các thông số ở bảng sau. Loại Sđm, kVA Điện áp, kV Tổn thất, kW UN% I0% Cao Hạ DPO DPN TMHC 6300 10.5 6.3 8.0 46.5 8.0 0.9 Máy biến áp dự trữ bậc một không chỉ dùng thay thế máy biến áp công tác khi sửa chữa mà còn cung cấp cho hệ thống tự dùng trong quá trình hoạt động và dừng lò. Do đó công suất cần chọn là: SdtB1=1.5.a.SFđm=1.5x0.08x75=9MVA. Vậy ta chọn máy biến áp TДHC có các thông số ở bảng sau. Loại Sđm, kVA Điện áp, kV Tổn thất, kW UN% I0% Cao Hạ DPO DPN TДHC 10000 10.5 6.3 12.3 85 14 0.8 2. Chọn máy biến áp cấp 2. Máy biến áp cấp 2 cung cấp cho động cơ 380/220V và chiếu sáng. Giả thiết các phụ tải này chiếm 10% công suất phụ tải cấp 1. Khi đó ta chọn công suất mỗi máy là: Ta chọn loại máy biến áp TC3-630/10 có các thông số như bảng sau. Loại Sđm, kVA Điện áp, kV Tổn thất, kW UN% I0% Cao Hạ DPO DPN TC3 630 6.3 0.4 2 8.5 8 2 III. Chọn khí cụ điện tự dùng. 1. Chọn máy cắt phía hạ áp máy biến áp tự dùng cấp 1. Để chọn máy cắt hợp bộ ta tính dòng điện ngắn mạch tạI N7 dưới máy biến áp tự dùng cấp 1, với nguồn cung cấp là cả HT và NM. Ta có sơ đồ tính ngắn mạch như sau. Điện kháng tính toán: Dòng ngắn mạch tại N7: Dòng xung kích tại N7: Dòng điện làm việc cưỡng bức: Vậy ta chọn loại máy cắt điện ít dầu có thông số như bảng sau: loại MC Uđm,KV Iđm,A Icđm,KA IIdd,KA BMP-10-1600-20 10 1600 20 52 2. Chọn máy cắt phía cao áp máy biến áp tự dùng cấp 1. Dựa vào dòng ngắn mạch khi có ngắn mạch tại N4 : IN4’’=60.16kA; ixkN4=157.63kA Ta chọn máy cắt có các thông số ở bảng sau: Loại MC Uđm,KV Iđm,A Icđm,KA Iđ.đm,KA MG-10-9000/1800 10 9000 90 300 B1 F1 B3 B4 F2 F3 F4 0.4kV 6kV B2 Hình VI-1: Sơ đồ nối điện tự dùng của nhà máy.