Đồ án Thiết kế phần điện trong nhà máy thuỷ điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ là 40 MW, cấp điện cho phụ tải các cấp điện áp 220 kV, 110 kV, 10,5 kV và phát vào hệ thống 220 kV

chọn không bị quá tải khi làm việc bình thường III. Kiểm tra các MBA khi bị sự cố . Coi sự cố nghiêm trọng nhất là sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại. S110max = 80,46 MVA Tương ứng với thời điểm đó ta có : S220 = S220max = 51,72 MVA SUF = SUFmax = 5,29 MVA Đối với máy biến áp 2 cuộn dây B1, B2, và B5 ta không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của nó chọn theo công suất định mức của máy phát. Việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét với máy biến áp B3 và B4. a. Giả thiết sự cố máy biến áp B5 Khi đó máy biến áp B3, B4 phải cung cấp công suất cho phụ tải trung áp lớn nhất là 80,46 MVA Lượng công suất tải qua phía trung mỗi máy là: ST-B3,B4 =.S110max = .80,46 = 40,23 MVA Trong lúc sự cố, các máy phát G3, G4 phát hết công suất nên công suất của cuộn hạ mỗi máy là : SH-B3,B4 = ( 2.SGđm - SF max - .Std max ) = ( 2.48 - 5,29 - .2,89) = 44,97 MVA Công suất tải qua phía cao mỗi máy B3, B4 là : SC-B3,B4 = SH-B3,B4 - ST-B3,B4 = 44,97 - 40,23 = 4,74 MVA Lúc này các MBA B3, B4 làm việc theo chế độ truyền công suất từ hạ lên cao và trung Lượng công suất nhà máy cấp cho cao áp còn thiếu là : Sthiếu = SFHT + S220 - 2.SB1 - 2.SC-B3,B4 = 104,64+51,72-2.47,3-2.4.74 = 52,31 MVA Ta thấy lượng sông suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ của hệ thống 80 MVA Do đó MBA tự ngẫu B3, B4 làm việc hoàn toàn bình thường b. Giả thiết sự cố máy biến áp B4( hoặc B3) . Khi sự cố B4 thì máy phát điện G3 ngừng làm việc ta kiểm tra quá tải B3. Công suất tải qua phía trung của B3 là: ST-B3 = S110max - SB5 = 80,46 - 47,3 = 33,16 MVA Công suất tải qua phía hạ của B3 là. SH-B3= SGđm - SUFmax- .Stdmax = 48,19 - 5,29 - 2,89 = 42,32 MVA Công suất tải qua phía cao của MBA B3 là SC -B3 = SH-B3 - ST-B3 = 42,32 - 33,16 = 9,16 MVA Trong trường hợp này, máy biến áp B3 làm việc theo chế độ truyền công suất từ hạ sang trung và cao. Lúc đó hệ thống thiếu một lượng công suất là . Sthiếu = SFHT + S220 - 2.SB1 - SC -B3 = 104,64 + 51,72 - 2.47,3 - 9,16 = 52,6 MVA Ta thấy lượng công suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống 80 MVA . Vậy các máy biến áp đã chọn cho Phương án I đều thoả mãn điều kiện làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố 2.2. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp : Tính tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu được trong việc đánh giá một phương án về kinh tế và kỹ thuật. Tổn thất trong MBA gồm 2 phần. Tổn thất sắt phụ thuộc vào phụ tải của MBA và bằng tổn thất không tải của nó Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của MBA . Sau dây ta tiến hành tính tổn thất điện năng hàng năm với từng phương án đã nêu. 1. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B5. Tổn thất điện năng hàng năm của MBA B5 được tính như sau: DA = DP0.T + DPn. Trong đó . T = 8760 h thời gian làm việc của máy biến áp Si = 47,40 MVA = cosnt : là phụ tải của máy biến áp trong thời gian ti được lấy theo đồ thị phụ tải ngày. Máy biến áp B5 có ký hiệu : TPДЦH- 115/10,5 có DP0 = 59 kW ; DPn = 245 kW. Từ đó ta tính được tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B5 : DAB5 = 0,059. 8760 + 0,245. = 1731,75 MWh 2. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B1, B2 . Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B1, B2 được tính theo công thức . DAB1 = DAB2 = DP0.T + DPn. Máy biến áp B1, B2 là MBA kiểu TPДЦH- 230/11 Có DP0 = 67 kW ; DPn = 300 kW Do đó ta có DAB1 = DAB2 = 0,067. 8760 + 0,30 . = 2074,57 MWh 3. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B3, B4 . Để tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu ta coi MBA tự ngẫu như máy biến áp 3 cuộn dây. Khi đó cuộn dây nối tiếp, cuộn dây chung và cuộn dây hạ áp của máy biến áp tự ngẫu tương ứng với cuộn cao, trung và hạ của MBA 3 cuộn dây. Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu tính theo công thức sau: DAB3 = DAB4 = DP0 . T + .365 Trong đó : DA : Tổn thất điện năng trong máy biến áp (kWh) DPo : tổn thất không tải máy biến áp (kW) D, D, D : tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu. - công suất cuộn cao, trung, hạ ở thời điểm t đã tính được ở phần phân bố công suất (MVA) - t : là thời gian trong ngày tính theo giờ. D= 290 kW = 0,29 MW D= D= 0,5.0,29 kW = 0,145 MW SđmB = 125 MVA DPo =75 kW a)Mùa mưa: Có 180 ngày hay 180.24 = 4320 h Ta có bảng giá trị sau: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)mưa 33,20 33,20 37,22 37,51 33,49 33,20 28,88 32,61 32,91 36,93 37,22 ST(MVA)mưa 12,56 12,56 8,54 8,54 12,56 12,56 16,58 12,56 12,56 8,54 8,54 SH(MVA)mưa 45,75 45,75 45,75 46,05 46,05 45,75 45,46 45,17 45,46 45,46 45,75 Theo công thức và bảng số liệu trên ta có : DAB3m = DAB4m = = 0,075.4320 +180. =627,49 (MWh). b)Mùa khô: Có 185 ngày hay 185.24= 4440 h Ta có bảng giá trị sau: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)khô 9,2 9,2 13,22 13,51 9,49 9,2 4,88 8,61 8,91 12,93 13,22 ST(MVA)khô 12,56 12,56 8,54 8,54 12,56 12,56 16,58 12,56 12,56 8,54 8,54 SH(MVA)khô 21,75 21,75 21,75 22,05 22,05 21,75 21,46 21,17 21,46 21,46 21,75 Theo công thức và bảng số liệu trên ta có : DAB3k = DAB4k = 0,075.4440 +185. = 401,31 (MWh). Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp của phương án 1 là: DAP1 = DAB3m + DAB4m+ DAB3k + DAB4k+ DAB1 + DAB2 + DAB5 = 2.627,49 + 2.401,31 + 2.2074,57 + 1731,75 = 7938,49 (MWh) 2.3. Tính dòng điện cưỡng bức. I6 I2 S110max= 80,46 MVA S110min= 64,37 MVA S220max= 57,47 MVA S220min= 45,98 MVA I5 I4 I3 I1 B5 B4 B3 B2 B1 G5 G4 G3 G2 G1 1. Mạch 10,5 kV : Tại cực máy phát điện : Ilvcb = 1,05 . IđmF = =1,05 = 2,887 (kA) 2. Mạch 110kV : Icbmax110 =MAX{Icbmax4, Icbmax5, Icbmax6} Ta có: Icbmax4 = = = 0,202 (kA) Icbmax5 = = = 0,238 (kA) Icbmax6 = = = 0,404 (kA) Vậy : Icbmax110 = 0,404 kA 3.Mạch 220 kV : Icbmax220=MAX{Icbmax1, Icbmax2, Icbmax3} Ta có: Icbmax1 = = = 0,119 (kA) Icbmax2 = = = 0,309 (kA) Icbmax3 = = = 0,094 (kA) Vậy : Icbmax230 = 0,309 kA B.PHƯƠNG áN II: 2.1. Chọn máy biến áp: Công suất của các máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việc bình thường tương ứng với phụ tải cực đại khi tất cả các máy biến áp đều làm việc. Mặt khác khi có một máy biến áp bất kỳ nào phải nghỉ do sự cố hoặc do sửa chữa thì các máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố phải đảm bảo tải đủ công suất cần thiết G1 G2 G3 G4 G5 S220max= 57,47 MVA S220min= 45,98 MVA S110max= 80,46 MVA S110min= 64,37 MVA B1 B2 B3 B4 B5 I. Chọn công suất cho máy biến áp : 1) Chọn các máy biến áp nối bộ B4, B5: Công suất máy biến áp nối bộ 2 cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện : SđmB ³ SđmF SđmF = 48 (MVA) Trong đó : SđmF là công suất định mức máy phát SđmB là công suất định mức của máy biến áp chọn. Máy biến áp đã chọn có mã hiệu và tham số trong bảng sau: Tham số Mã hiệu SđmMVA UckV UhkV PokW PnkW Un% Io% TPДЦH 63 115 10,5 59 245 10,5 0,6 2) Chọn máy biến áp nối bộ B1: Công suất máy biến áp nối bộ 2 cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện : SđmB ³ SđmF SđmF = 48 (MVA) Trong đó : SđmF là công suất định mức máy phát SđmB là công suất định mức của máy biến áp chọn. Máy biến áp đã chọn có mã hiệu và tham số trong bảng sau: Tham số Mã hiệu SđmMVA UckV UhkV PokW PnkW Un% Io% TPДЦH 63 230 11 67 300 12 0,8 3) Chọn máy biến áp liên lạc B2, B3 : Với nhận xét như ở phần trên ta chọn máy biến áp liên lạc B2 và B3 là máy biến áp tự ngẫu theo điều kiện sau : SđmB ³ Trong đó : a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu a = = 0,5 - SđmB là công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu được chọn: SđmB ³ SđmB ³ 96 (MVA) Ta chọn được máy biến áp tự ngẫu ba pha có tham số ghi ở bảng sau : Tham số Sđm(MVA) U (kV) Po (Kw) Pn (kW) Un% IO% Mã hiệu C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H ATДЦTH 125 230 121 11 75 290 - - 11 31 19 0,6 II. Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường : a) Phân bố công suất cho các máy biến áp nối bộ B4 và B5 : 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 : SB4 = SB5 = SđmF - = 47,4 (MVA) Tổng phụ tải của 2 máy biến áp B4 và B5 là : SB4 + SB5 = 2. 47,4= 94,8 (MVA) b) Phân bố công suất cho máy biến áp nối bộ B1 : SB5 = SđmF - = 47,4 (MVA) c) 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) = (S220TG -) Phía điện áp trung 110kV : Công suất của cuộn dây điện áp trung được phân bố theo biểu thức sau : ST(B2) = ST(B3) = Phía điện áp hạ của máy biến áp : 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 bổ công suất cho các cuộn dây của B2, B3 được ghi trong bảng: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)mưa 56,80 56,80 60,82 61,11 57,09 56,80 52,48 56,21 56,51 60,53 60,82 ST(MVA)mưa -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 -11,20 -11,20 -7,17 -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 SH(MVA)mưa 45,60 45,60 45,60 45,90 45,90 45,60 45,31 45,02 45,31 45,31 45,60 SC(MVA)khô 32,80 32,80 36,82 37,11 33,09 32,80 28,48 32,21 32,51 36,53 36,82 ST(MVA)khô -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 -11,20 -11,20 -7,17 -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 SH(MVA)khô 21,60 21,60 21,60 21,90 21,90 21,60 21,31 21,02 21,31 21,31 21,60 Từ trên bảng ta thấy S= 45,90 MVA < SH = .STNđm = 0,5.125 = 62,5 MVA Như vậy các máy biến áp đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thường III. Kiểm tra các MBA khi bị sự cố . Coi sự cố nghiêm trọng nhất là sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại. S110max = 80,46 MVA Tương ứng với thời điểm đó ta có S220 = S220max = 51,72 MVA SUF = SUFmax = 5,29 MVA Đối với máy biến áp 2 cuộn dây B1, B2, và B5 ta không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của nó chọn theo công suất định mức của máy phát. Việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét với máy biến áp B3 và B4. a. Giả thiết sự cố máy biến áp B5 Khi đó máy biến áp B2, B3 phải cung cấp công suất cho phụ tải trung áp lớn nhất là 80,46 MVA Lượng công suất tải qua phía trung mỗi máy là: ST-B2,B3 =.(S110max - SB4)= .(80,46 - 47,40)= 16,53 MVA Trong lúc sự cố, các máy phát G2, G3 phát hết công suất nên công suất của cuộn hạ mỗi máy là : SH-B2,B3 = ( 2.SGđm - SF max - .Std max ) = ( 2.48 - 5,29 - .2,89) = 44,97 MVA Công suất tải qua phía cao mỗi máy B2, B3 là : SC-B2,B3 = SH-B2,B3 - ST-B2,B3 = 44,97 - 16,53 = 28,44 MVA Lúc này các MBA B2, B3 làm việc theo chế độ truyền công suất từ hạ lên cao và trung Lượng công suất nhà máy cấp cho cao áp còn thiếu là : Sthiếu = SFHT + S220 - SB1 - 2.SC-B3,B4 = 104,64+51,72 - 47,4 - 2.28,44 = 52,08 MVA Ta thấy lượng sông suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ của hệ thống 80 MVA Do đó MBA tự ngẫu B2, B3 làm việc hoàn toàn bình thường b. Giả thiết sự cố máy biến áp B2( hoặc B3) . Khi sự cố B2 thì máy phát điện G2 ngừng làm việc ta kiểm tra quá tải B3. Công suất tải qua phía trung của B3 là: ST-B3 = S110max - SB4 - SB5= 80,46 - 47,4 - 47,4 = - 14,34 MVA Công suất tải qua phía hạ của B3 là. SH-B3= SGđm - SUFmax- .Stdmax = 48,19 - 5,29 - 2,89 = 42,32 MVA Công suất tải qua phía cao của MBA B3 là SC -B3 = SH-B3 - ST-B3 = 42,32 - (- 14,34) = 56,66 MVA Trong trường hợp này có thể coi máy biến áp B3 làm việc theo chế độ truyền công suất từ hạ và trung sang cao. Ta có : Snt-B3 = αSC-B3 = 0,5.56,66 = 28,33 MVA < Snt-B3đm = 125 MVA Vậy máy biến áp B3 không bị quá tải. Lúc đó hệ thống thiếu một lượng công suất là . Sthiếu = SFHT + S220 - SB1 - SC -B3 = 104,64 + 51,72 - 47,4 - 56,66 = 52,3 MVA Ta thấy lượng công suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống 80 MVA . Vậy các máy biến áp đã chọn cho Phương án II đều thoả mãn điều kiện làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố 2.2. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp : Tính tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu được trong việc đánh giá một phương án về kinh tế và kỹ thuật. Tổn thất trong MBA gồm 2 phần. Tổn thất sắt phụ thuộc vào phụ tải của MBA và bằng tổn thất không tải của nó Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của MBA . Sau dây ta tiến hành tính tổn thất điện năng hàng năm với từng phương án đã nêu. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B4, B5 áp dụng công thức. Máy biến áp B4, B5 kiểu TPДЦH- 115/10,5 có ; Do đó tổn thất điện năng của B4, B5 cũng giống như tổn thất của B5 đã tính ở phương án I. 2. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp T5 . áp dụng công thức Máy biến áp B1 kiểu TPДЦH- 230/11 có ; Do đó tổn thất điện năng của B1 cũng giống như đã tính ở phương án I. 3. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp B2, B3 . Để tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu ta coi MBA tự ngẫu như máy biến áp 3 cuộn dây. Khi đó cuộn dây nối tiếp, cuộn dây chung và cuộn dây hạ áp của máy biến áp tự ngẫu tương ứng với cuộn cao, trung và hạ của MBA 3 cuộn dây. Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu tính theo công thức sau: DAB2 = DAB3 = DP0 . T + .365 Trong đó : DA : Tổn thất điện năng trong máy biến áp (kWh) DPo : tổn thất không tải máy biến áp (kW) D, D, D : tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu. - công suất cuộn cao, trung, hạ ở thời điểm t đã tính được ở phần phân bố công suất (MVA) - t : là thời gian trong ngày tính theo giờ. D= 290 kW = 0,29 MW D= D= 0,5.0,29 kW = 0,145 MW SđmB = 125 MVA DPo =75 kW a)Mùa mưa: Có 180 ngày hay 180.24 = 4320 h Ta có bảng giá trị sau: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)mưa 56,80 56,80 60,82 61,11 57,09 56,80 52,48 56,21 56,51 60,53 60,82 ST(MVA)mưa -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 -11,20 -11,20 -7,17 -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 SH(MVA)mưa 45,60 45,60 45,60 45,90 45,90 45,60 45,31 45,02 45,31 45,31 45,60 Theo công thức và bảng số liệu trên ta có : DAB3m = DAB4m = = 0,075.4320 +180. =713,37 (MWh). b)Mùa khô: Có 185 ngày hay 185.24= 4440 h Ta có bảng giá trị sau: t(h) 0-4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_16 16_18 18_20 20_22 22_24 SC(MVA)khô 32,80 32,80 36,82 37,11 33,09 32,80 28,48 32,21 32,51 36,53 36,82 ST(MVA)khô -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 -11,20 -11,20 -7,17 -11,20 -11,20 -15,22 -15,22 SH(MVA)khô 21,60 21,60 21,60 21,90 21,90 21,60 21,31 21,02 21,31 21,31 21,60 Theo công thức và bảng số liệu trên ta có : DAB3k = DAB4k = 0,075.4440 +185. = 441,28 (MWh). Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp của phương án 1 là: DAP1 = DAB2m + DAB3m+ DAB2k + DAB3k+ DAB1 + DAB4 + DAB5 = 2.713,37 + 2.441,28 + 2074,57 + 2.1731,75 = 7847,37 (MWh) 2.3. Tính dòng điện cưỡng bức. G1 G2 G3 G4 G5 S220max= 57,47 MVA S220min= 45,98 MVA S110max= 80,46 MVA S110min= 64,37 MVA B1 B2 B3 B4 B5 I6 I2 I5 I4 I1 I3 1. Mạch 10,5 kV : Tại cực máy phát điện : Ilvcb = 1,05 . IđmF = =1,05 = 2,887 (kA) 2. Mạch 110kV : Icbmax110 =MAX{Icbmax4, Icbmax5, Icbmax6} Ta có: Icbmax4 = = = 0,083 (kA) Icbmax5 = = = 0,238 (kA) Icbmax6 = = = 0,404 (kA) Vậy : Icbmax110 = 0,404 kA 3.Mạch 220 kV : Icbmax220=MAX{Icbmax1, Icbmax2, Icbmax3} Ta có: Icbmax1 = = = 0,119 (kA) Icbmax2 = = = 0,309 (kA) Icbmax3 = = = 0,153 (kA) Vậy : Icbmax230 = 0,309 kA Chương III Tính dòng điện ngắn mạch Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi xảy ra ngắn mạch . Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện và dây dẫn là dòng ngắn mạch 3 pha . Để tính toán dòng ngắn mạch trong đồ án thiết kế này ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình ( Ucb = Utb ) . Công suất cơ bản được chọn là: Scb = 100 MVA. I. Phương án I. 1. Chọn điểm ngắn mạch : G4 G1 G2 G3 G5 N1 HT N3’ N3 N4 N2 Để chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV điểm ngắn mạch tính toán là N1. Nguồn cung cấp là toàn bộ máy phát điện và hệ thống. Đối với mạch 110 kV điểm ngắn mạch tính toán là N2. Nguồn cung cấp là máy phát và hệ thống . Đối với mạch tự dùng điểm ngắn mạch tính toán là N4. Nguồn cung cấp là toàn bộ máy phát và hệ thống. Đối với mạch máy phát cần so sánh dòng điện ngắn mạch tại N3 và N’3 Ngắn mạch tại N3. Nguồn cung cấp là toàn bộ hệ thống và nhà máy trừ máy phát G4. Ngắn mạch tại N’3 nguồn cung cấp là máy phát G4. 2. Xác định điện kháng. Điện kháng hệ thống Điện kháng đường dây. Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây B5 - Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây B1, B2. Ta lại có : Do đó điện kháng của MBA tự ngẫu Điện kháng máy phát điện Sơ đồ thay thế tính toán : 3. Tính toán cụ thể cho từng điểm ngắn mạch a. Điểm ngắn mạch N1 Từ sơ đồ thay thế, ta biến đổi nối tiếp ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N1 : Trong đó : Dùng biến đổi song song ta được : Với : Ghép song song X6 với X9 rồi nối tiếp với X8 ta được : Ta có : Ghép song song X7 với X10 ta được : Với : Ta có điện kháng tính toán về phía hệ thống : Tra đường cong tính toán của máy phát điện tua bin hơi, ta có : I0 = 0,51 IƠ =0,52 Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống : IHT(0) = IHT() = Điện kháng tính toán về phía nhà máy : Tra đường cong tính toán ta được : I0 = 3,5 I = 3,05 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy : INM(0) = INM() = Dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N1 : IN1(0) = IHT(0) + INM(0) = 3,200 + 2,196 = 3,396 kA IN1() = IHT() + INM() = 3,263 + 1,194 = 4,457 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích : ixk = .Kxk.IN1(0) = .1,8.3,396 = 8,645 kA Với Kxk = 1,8 . Hệ số xung kích b. Điểm ngắn mạch N2 Tương tự như ngắn mạch tại N1. Nguồn cung cấp tới điểm ngắn mạch N2 là hệ thống và tất cả các máy phát điện Tương tự sơ đồ thay thế của điểm ngắn mạch N1 ta có sơ đồ thay thế tính toán của điểm N2 : Ghép song song X6 và X9 ta được : Với : Biến đổi sơ đồ sao X1, X7, X8 về sơ đồ tam giác hở X11, X12 ta được : Với : Ghép song song X10 với X12 ta được hình 4 - 10 Ta có : Điện kháng tính toán về phía hệ thống : Do đó sự biến thiên của biên độ dòng điện theo thời gian là rất nhỏ, có thể coi nó là hằng số trong cả quá trình ngắn mạch Suy ra IHT(0) = IHT( Điện kháng tính toán về phía nhà máy Tra đường cong tính toán ta được : I0 = 2,85 I = 2,65 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy : INM(0) = INM() = Dòng diện ngắn mạch tổng tại điểm N2 IN2(0) = IHT(0) + INM(0) = 3,560 + 3,577 = 7,137 kA IN2() = IHT() + INM() = 3,560 + 3,326 = 6,886 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích : ixk = KxkIN2(0) = .1,8.7,137 = 18,168 kA c. Điểm ngắn mạch N3 Nguồn cung cấp là hệ thống và tất cả các máy phát trừ máy phát G4 Từ sơ đồ thay thế, biến đổi nối tiếp ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N3 : Trong đó : Biến đổi song song ta được : Với : Biến đổi sao X5,, X8, X9 thành tam giác hở X10, X11 được : Trong đó : Biến đổi sao X1, X7, X10 thành tam giác hở X12, X13 được hình 4 - 14 Trongđó : Ghép song song X11 và X13 ta được : Với : Ta có điện kháng tính toán về phía hệ thống : Do đó sự biến thiên của biên độ dòng điện theo thời gian là rất nhỏ, có thể coi nó là hằng số trong cả quá trình ngắn mạch. Suy ra : IHT(0) = IHT() = Điện kháng tính toán về phía nhà máy : Tra đường cong tính toán ta được : I0 = 0,74 I = 0,88 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy : INM(0) = INM() = Dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N3 : IN3(0) = IHT(0) + INM(0) = 14,78 + 8,138 = 22,918 kA IN3() = IHT() + INM() = 14,78 + 9,677 = 24,457 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích : ixk = .Kxk.IN3(0) = .1,8.22,918 = 58,339 kA d. Điểm ngắn mạch N3’ Nguồn cung cấp chỉ có máy phát G4. Sơ đồ thay thế tính toán : Ta có : X1 = XG4 = 0,4 Điện kháng tính toán về phía nhà máy Dòng ngắn mạch phía máy phát : INM(0) = INM() = Dòng điện ngắn mạch tại điểm N3’ : IN3’(0) = INM(0) = 13,746 kA IN3’() = INM() = 13,746 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích ixk = .Kxk.IN3’(0) = .1,8.13,746 = 34,992 kA e. Điểm ngắn mạch N4 Dòng ngắn mạch tại điểm N4 được tính theo N3 và N3’ như sau: IN4(0) = IN3(0) + IN3’(0) = 22,918 + 13,746 = 36,664 kA IN4() = IN3() + IN3’() = 24,457 + 13,746 = 38,203 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích : ixk = .Kxk.IN4(0) = .1,8.36,664 = 93,331 kA Từ tính toán ngắn mạch ở trên ta được kết quả ghi trong bảng : N1 N2 N3 N3’ N4 I(0) (kA) 3,396 7,137 22,918 13,746 36,664 I() (kA) 4,457 6,886 24,457 13,746 38,203 ixk (kA) 8,645 18,168 58,339 34,992 93,331 II. Phương án II. 1. Chọn điểm ngắn mạch. Tương tự như phương án I ta chọn được điểm ngắn mạch như hình vẽ : G5 G1 G2 G3 G4 N1 N3’ N3 N4 N2 HT 2. Sơ đồ thay thế tính toán. Như đã tính trong phương án I ta có : Điện kháng hệ thống : XHT = 0,052 Điện kháng đường dây : Xd = 0,0302 Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây B4, B5 : XB4 = XB5 = 0,167 Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây B1 : XB1 = 0,190 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu T1, T2 : XC = 0,092 XT = 0 XH = 0,156 Điện kháng máy phát điện : XG = 0,4 3. Tính toán cụ thể cho từng điểm ngắn mạch. a. Điểm ngắn mạch N1 Từ sơ đồ biến đổi nối tiếp ta được sơ đồ thay thế tính toán : Trong đó : Biến đổi song song ta được : Với : Ghép song song X8 với X9 rồi nối tiếp với X7 ta được : Ta có : Ghép song song X2 với X10 ta được : Với : Ta có điện kháng tính toán về phía hệ thống . Do đó sự biến thiên của biên độ dòng điện theo thời gian là rất nhỏ, có thể coi nó là hằng số trong cả quá trình ngắn mạch. Suy ra : IHT(0) = IHT() = Điện kháng tính toán về phía nhà máy : Tra đường cong tính toán ta được : I0 = 3,15 I = 2,85 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy INM(0) = INM() = Dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N1 : IN1(0) = IHT(0) + INM(0) = 1,780 + 1,977 = 3,757 kA IN1() = IHT() + INM() = 1,780 + 1,788 = 3,568 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích : ixk = .Kxk.IN1(0) = .1,8.3,757 = 9,564 kA Với Kxk = 1,8 - Hệ số xung kích. b. Điểm ngắn mạch N2 Tương tự như ngắn mạch tại N1. Nguồn cung cấp tới điểm ngắn mạch N2 là hệ thống và tất cả các máy phát điện Tương tự sơ đồ thay thế của điểm ngắn mạch N1 ta có sơ đồ thay thế tính toán của điểm N2 : Ghép song song X8 và X9 ta được : Với : Biến đổi sơ đồ sao X1, X2, X7 về sơ đồ tam giác hở X11, X12 ta được : Với : Ghép song song X10 với X12 ta được : Ta có : Điện kháng tính toán về phía hệ thống : Do đó sự biến thiên của biên độ dòng điện theo thời gian là rất nhỏ, có thể coi nó là hằng số trong cả quá trình ngắn mạch. Suy ra: IHT(0) = IHT( Điện kháng tính toán về phía nhà máy Tra đường cong tính toán ta được I0 = 3,8 I = 3,15 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy INM(0) = INM() = Dòng diện ngắn mạch tổng tại điểm N2 IN2(0) = IHT(0) + INM(0) = 3,719 + 4,769 = 8,488 kA IN2() = IHT() + INM() = 3,719 + 3,953 = 7,672 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích ixk = KxkIN2(0) = .1,8.8,488 = 21,607 kA c. Điểm ngắn mạch N3 Nguồn cung cấp là hệ thống và tất cả các máy phát trừ máy phát G3 Từ sơ đồ thay thế, biến đổi nối tiếp ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N3 : Trong đó : Biến đổi song song ta được : Với : Biến đổi sao X4, X6, X7 thành tam giác hở X8, X9 được : Trong đó : Biến đổi sao X1, X2, X8 thành tam giác hở X10, X11 ta được : Trong đó : Ghép song song X9 và X11 ta được : Với : Ta có điện kháng tính toán về phía hệ thống : Do đó sự biến thiên của biên độ dòng điện theo thời gian là rất nhỏ, có thể coi nó là hằng số trong cả quá trình ngắn mạch. Suy ra : IHT(0) = IHT() = Điện kháng tính toán về phía nhà máy : Tra đường cong tính toán ta được : I0 = 0,73 I = 0,85 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy : INM(0) = INM() = Dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N3 : IN3(0) = IHT(0) + INM(0) = 15,445 + 8,028 = 23,473 kA IN3() = IHT() + INM() = 15,445 + 9,348 = 24,793 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích ixk = .Kxk.IN3(0) = .1,8.23,473 = 59,753 kA d. Điểm ngắn mạch N3’ Nguồn cung cấp chỉ có máy phát G3. Ta có sơ đồ thay thế tính toán : Ta có : X1 = XG3 = 0,4 Điện kháng tính toán về phía nhà máy : Ta có dòng ngắn mạch phía máy phát : INM(0) = INM() = Dòng điện ngắn mạch tại điểm N3’: IN3’(0) = INM(0) = 13,746 kA IN3’() = INM() = 13,746 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích : ixk = .Kxk.IN3’(0) = .1,8.13,746 = 34,992 kA e. Điểm ngắn mạch N4 Dòng ngắn mạch tại điểm N4 được tính theo N3 và N3’ như sau: IN4(0) = IN3(0) + IN3’(0) = 23,473 + 13,746 = 37,219 kA IN4() = IN3() + IN3’() = 24,793 + 13,746 = 38,539 kA Dòng điện ngắn mạch xung kích : ixk = .Kxk.IN4(0) = .1,8.37,219 = 94,744 kA Từ tính toán ngắn mạch ở trên ta được kết quả ghi trong bảng : N1 N2 N3 N3’ N4 I(0) kA 3,757 8,488 23,473 13,746 37,219 I() kA 3,568 7,672 24,793 13,746 38,539 ixk kA 9,564 21,607 59,753 34,992 94,744 Chương IV Tính toán kinh tế -kĩ thuật Chọn phương án tối ưu 4.1. Chọn máy cắt điện Dựa vào điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch đã xác định cho các phương án ở trên, kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính trong chương III, ta chọn máy cắt điện của các mạch cho các phương án Để thuận tiện cho lắp đặt, vận hành và sửa chữa ta thống nhất chọn cùng một loại máy cắt cho các mạch cùng điện áp. Các máy cắt được chọn theo các điều kiện sau: Điện áp : Udm Udm luoi Dòng điện : Idm Idm luoi ổn định nhiệt : Itnh BN ổn định động : ilđđ ixk Điều kiện cắt : Icdm I’’ Khi đó ta chọn được các loại máy có thông số cho theo bảng : P/A Cấp điện áp Đại lượng tính toán Loại máy cắt Đại lượng định mức Ilvcb (kA) I(0) (kA) ixk (kA) Udm (kV) Idm (kA) Icat (kA) ildd (kA) I 220 0,309 3,396 8,645 3AQ1 245 4 40 100 110 0,404 14,72 37,46 3AQ1 123 4 40 100 10,5 2,887 8,562 21,8 8FG10 12 12,5 80 225 II 220 0,309 3,757 9,564 3AQ1 245 4 40 100 110 0,404 8,488 21,61 3AQ1 123 4 40 100 10,5 2,887 23,47 59,75 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. 4.2. So sánh chỉ tiêu kinh tế giữa các phương án. Để tính so sánh kinh tế, cần tính đến vốn đầu tư và phí tổn vận hành của các phương án. Khi tính vốn đầu tư của các phương án chỉ xét đến máy biến áp và thiết bị phân phối. Vốn đầu tư các thiết bị phân phối ở các cấp điện áp chủ yếu do máy cắt điện quyết định. Như vậy vốn đầu tư cho một phương án được xác định theo biểu thức sau V = KT.VT + VTBPP Trong đó VT : là vốn đầu tư của các máy biến áp KT : là hệ số tính đến tiền vận chuyển và xây lắp máy biến áp hệ số này phụ thuộc vào điện áp định mức của cuộn cao áp và công suất định mức của máy biến áp VTBPP : Vốn đầu tư thiết bị phân phối - Chi phí vận hành hàng năm P được xác định theo công thức sau: P = Pk + PP + Pt Trong đó - Pk : Tiền khấu hao về vốn đầu tư và sửa chữa lớn. PK được xác định theo công thức Pk = V: là vốn đầu tư cho một phương án A : là % định mức khấu hao - Pt : chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện. Pt được xác định theo công thức: Pt = .A b : Giá thành trung bình điện năng trong hệ thống điện, lấy b = 500 đ/kwh DA : Tổn thất điện năng hàng năm trong thiết bị điện (kwh) tổn thất trong máy biến áp là chủ yếu - Chi phí phục vụ thiết bị ( sửa chữa thường xuyên, trả lương công nhân ), chi phí này không đáng kể so với chi phí sản xuất, nó cũng ít khác nhau giữa các phương án. Do đó khi đánh giá hiệu quả các phương án ta bỏ qua nó. Để so sánh kinh tế giữa các phương án ta xác định chi phí tính toán hàng năm của các phương án : C = Trong đó : Tdm : là thời gian thu hồi vốn tiêu chuẩn, đối với Việt Nam quy định Tdm = 8 năm Y : là thiệt hại do mất điện gây ra. P : Phí tổn vận hành hàng năm. A. Phương án I. 1. Sơ đồ thiết bị phân phối: Cấp điện áp 220 (kV) có một lộ kép vào hệ thống và 1 đường dây đơn cung cấp cho phụ tải phía này, do đó để đảm bảo độ tin cậy ta sẽ sử dụng hệ thống hai thanh góp có sử dụng thanh ghóp vòng. Ta thấy rằng ở cấp điện áp 110(kV) chỉ có 1 đường dây kép cung cấp cho phụ tải, do đó ta sử dụng hệ thống hai thanh góp liên lạc với nhau bằng máy cắt. 2. Vốn đầu tư cho thiết bị. a. Vốn đầu tư cho máy biến áp Trong phương án I ta sử dụng các máy biến áp có đơn giá : Loại máy biến áp Số lượng (máy) Đơn giá (103 USD/1máy) KB Thành tiền (103 USD) ATДЦTH-230/121/11 2 499 1,4 1397,2 TPДЦH-11/230 2 294 1,4 823,2 TPДЦH-10,5/115 1 246 1,5 369 Vậy tổng vốn đầu tư mua máy biến áp ( Kể cả chuyên chở, xây lắp ) của phương án I là : VT = (21,4499 + 21,4294 + 1,5246).103 = 2589,2.103 USD b. Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Vốn đầu tư thiết bị phân phối theo từng cấp điện áp : Cấp điện áp (kV) Kiểu máy cắt Số lượng (cái) Đơn giá 103 (USD/cái) Thành tiền (103 USD) 220 kV 3AQ1 9 80 720 110 kV 3AQ1 6 50 300 10,5 kV 8FG10 2 30 60 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối : VTBPP = ( 720 + 300 + 60 ).103 = 1080.103 USD Tổng vốn đầu tư cho phương án I : VI = VT + VTBPP = ( 2589,2 + 1080 ).103 = 3669,2.103 USD = 55,038.109 đ c. Tính phí tổn vận hành hàng năm - Chi phí do tổn thất điện năng (Pt) : Pt = b.DA Với : b = 500đ/kWh DA = 7938,49 MWh Vậy : Pt = 5007938,49.103 = 3,969.109 đ - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk) : đ Vậy chi phí vận hành hàng năm : PI = Pt + Pk = 3,969.109 + 4,623.109 = 8,592.109 đ d. Chi phí tính toán hàng năm : CI = + PI = .109 đ B. Phương án II. 1. Sơ đồ thiết bị phân phối: Cấp điện áp 220 (kV) có một lộ kép vào hệ thống và 1 đường dây đơn cung cấp cho phụ tải phía này, do đó để đảm bảo độ tin cậy ta sẽ sử dụng hệ thống hai thanh góp có sử dụng thanh ghóp vòng. Ta thấy rằng ở cấp điện áp 110(kV) chỉ có 1 đường dây kép cung cấp cho phụ tải, do đó ta sử dụng hệ thống hai thanh góp liên lạc với nhau bằng máy cắt. 2. Vốn đầu tư cho thiết bị a. Vốn đầu tư cho máy biến áp Trong phương án II sử dụng các máy biến áp có giá : Loại máy biến áp Số lượng (máy) Đơn giá (103 USD/1máy) kT Thành tiền (103 USD) ATДЦTH-230/121/11 2 499 1,4 1397,2 TPДЦH-11/230 1 294 1,4 411,6 TPДЦH-10,5/115 2 246 1,5 738 Vậy tổng vốn đầu tư mua máy biến áp ( Kể cả chuyên chở, xây lắp ) của phương án II là : VT = (21,4499 + 1,4294 + 21,5246).103 = 2546,8.103 USD b. Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối : Vốn đầu tư thiết bị phân phối theo từng cấp điện áp Cấp điện áp (kV) Kiểu máy cắt Số lượng (cái) Đơn giá (103 USD/cái) Thành tiền (103 USD) 220 kV 3AQ1 8 80 640 110 kV 3AQ1 7 50 350 10,5 kV 8FG10 2 30 60 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối : VTBPP = ( 640 + 350 + 60 ).103 = 1050.103 USD Tổng vốn đầu tư cho phương án II : VII = VT + VTBPP = ( 2546,8 + 1060 ).103 = 3606,8.103 USD = 54,102.109 đ c. Tính phí tổn vận hành hàng năm : - Chi phí do tổn thất điện năng (Pt) : Pt = b.DA Với b = 500đ/kWh DA = 7847,37 MWh Vậy : Pt = 5007847,37.103 = 3,924.109 đ - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk) : đ Vậy chi phí vận hành hàng năm : PII = Pt + Pk = 3,924.109 + 4,545.109 = 8,469.109 đ d. Chi phí tính toán hàng năm : CII = + PII = .109 đ 4.3. So sánh các phương án để chọn phương án tối ưu. Từ các kết quả tính toán các chỉ tiêu kinh tế cho 2 phương án, ta có bảng so sánh về mặt kinh tế giữa 2 phương án : Phương án Vốn đầu tư (109đ) Phí tổn vận hành hàng năm (109đ) Chi phí tính toán hàng năm (109đ) I 55,038 8,592 15,472 II 54,102 8,469 15,232 Ta thấy phương án 2 tối ưu về mặt kinh tế vì là phương án có vốn đầu tư nhỏ và chi phí vận hành hàng năm nhỏ hơn 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. Qua phân tích trên ta đi đến kết luận chọn phương án 2 làm phương án thiết kế nhà máy thuỷ 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. 5.1-Chọn máy cắt điện và dao cách ly. Máy cắt điện đã chọn ở phần 4.1 chương 4. Cấp điện áp Đại lượng tính toán Loại máy cắt Đại lượng định mức Ilvcb (kA) I(0) (kA) ixk (kA) Udm (kV) Idm (kA) Icat (kA) ildd (kA) 220 0,309 3,757 9,564 3AQ1 245 4 40 100 110 0,404 8,488 21,61 3AQ1 123 4 40 100 10,5 2,887 23,47 59,75 8FG10 12 12,5 80 225 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 : Cấp điện áp Thông số tính toán Loại DCL Thông só định mức Uđm KV Icb KA I’’ KA ixk KA Uđm KV Idm KA Icắt KA ildd KA Cao 220 0,309 3,757 9,564 3DP2 245 3 20 125 Trung 110 0,404 8,488 21,61 3DP2 123 1,25 20 50 Hạ 10 2,887 23,47 59,75 PBK 12 12,5 80 225 Các dao cách ly đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.2.chọn thanh dẫn cứng và sứ đỡ đầu cực máy phát: 5.2.1.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.chọn tiết diện thanh dẫn cứng: +Điều kiện chọn:Icp’³Icb +Ta có Icb=2,887 kA theo mục 2-3b chương II. Icb =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 = Icp . 0,88 Do đó Icp’³ 2,887 kA hay Icp³= 3,281 (kA) Ta chọn được thanh dẫn đồng -nhôm 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 100 45 4,6 8 775 22,2 4,51 48,6 111 14,5 243 3620 h y y y y y0 yo x x b c h Đây là thanh dẫn hình máng tiết diện bằng đồng 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=11kV là: a=90 cm ; l=180 cm Khi đó lực tính toán tác dụng lên pha giữa trên chiều dài khoảng vượt: Ftt=1,76.10-2..ixk2 kG(Khd=1). Ftt=1,76.10-2..59,752 = 125,67 (kG). Mô men uốn tác dụng lên l: M=== 2262,06 (kGcm) ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha: d1=== 46,54 (kG/cm2) < dcp ãXác định khoảng cách giữa các đệm: -Lực tác dụng lên đơn vị dài: f2=0,51.10-2..ixk2 kG/cm(khd=1) =0,51.10-2..59,752 = 1,82 (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 = 1,1.106 KG/cm2 Jyoyo-Mô men quán tính. Jyoyo = 243 cm4 S - tiết diện thanh dẫn, S = 2.7,75 = 15,5 cm2. g - Khối lượng riêng của đồng, gCu=8,93g/cm3 wr = .=152,7 Hz 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. 5.2.2.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-10-2000 KB.Y3 có: +Cấp điện áp : UđmS =10 kV HH'=285 mm Thanh dẫn Sứ F1 Ftt HH=235 mm +Lực phá hoại :Fph=2000 KG +Chiều cao : H=235mm Ta có:Ftt’=Ftt.=125,67.= 152,4 KG Fcp = 0,6.Fph = 0,6.2000=1200 kG > Ftt’= 152,4 kG đVậy điều kiện ổn định động của sứ được thoả mãn. 5.3.chọn dây dẫn và thanh góp mềm phía cao và trung áp: 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 là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Icb : Dòng điện làm việc cưỡng bức. Do đó Icp³.Icb Với Khc=0,88. a) Mạch điện áp 220 kV: Icb=0,309kA. Hay Icp ³ .0,309 = 0,351 (kA) b) Mạch điện áp 110kV: Icb=0,404 kA Hay Icp³.0,404 = 0,459 (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 300/39 301 38 24 8 690 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 = 70 () 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 kì: BNKCK1=IN1”2.Ta=(3,757.103)2.0,05=0,706.106 (A2.s). BNKCK2=IN2”2.Ta=(8,488.103)2.0,05=3,602.106 (A2.s). Xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp thời gian tương dương ( PFdm ≤ 50 MW) : BNCK1 = IN1∞2 . Ttd Với Ttd được xác định từ họ đường cong (Ttd , β’’) β’’1 = = = 1,05 Tra đường cong ta được : Ttd = 0,8 BNCK1 = IN1∞2 . Ttd = (3,568.103)2 . 0,8 =10,184.106 (A2.s) Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tạI N1: BN1=BNCK1+BNKCK1=(10,184 + 0,706 ).106=10,890.106 (A2.s) Tương tự cho điểm N2 ta cũng có : β’’2 = = = 1,106 Tra đường cong ta được : Ttd = 0,85 BNCK2 = IN2∞2 . Ttd = (7,672.103)2 . 0,85 =50,031.106 (A2.s) Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N2: BN2=BNCK2+BNKCK2=(50,031+3,602).106=53,633.106(A2.s) Tiết diện nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhệt ở các cấp 220kV và 110kV là: Smin1= Smin2= Vậy các dây dẫn và thanh góp đã chọn đều đảm bảo ổn định nhiệt. 5.3.3. Kiểm tra điều kiện vầng quang. Ta có : Uvq = 84.m.r.lg(a/r) ³ Uđm 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. Điện áp 220 kV: kiểm tra với dây dẫn có tiết diện 340 mm2 r = 16 mm = 1,6 cm. a = 500 cm. Ta có điện áp vầng quang của dây dẫn pha giữa khi ba pha nằm trên mặt phẳng ngang: Uvq = 84.0,85.1,6.lg(500/1,6) = 285 kV > Uđm = 220 kV. Thoả mãn điều kiện vầng quang. Điện áp 110 kV: kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 200 mm2 r = 12,6 mm =1,26 cm. a = 500 cm. Ta có điện áp vầng quang của dây dẫn pha giữa khi ba pha nằm trên mặt phẳng ngang: Uvq = 84.0,85.1,26.lg(500/1,26) = 234 kV > Uđm = 110 kV. thoả mãn điều kiện vầng quang. Tóm lại: dây dẫn mềm, thanh góp mềm phía 220kV chọn dây AC-300/39, 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. 5.4-Chọn cáp, máy cắt hợp bộ và kháng phụ tải địa phương. 5.4.1-Chọn tiết diện của cáp đường dây phụ tải địa phương. Theo yêu cầu thiết kế phụ tải địa phương cấp điện áp là 10,5 kV có Pmax= 5 MW, cosj=0,85 bao gồm 1kép´2MW´2km và 2đơn´1,5MW´2km. Tiết diện cáp được chọn theo điều kiện mật độ dòng kinh tế : Skt= -Dòng điện làm việc bình thường của đường cáp kép: Ibt= -Dòng điện làm việc bình thường của đường cáp đơn: Ibt= Thời gian sử dụng công suất cực đại trong năm: =7227 h do đó đối với cáp điện lực cách điện bằng giấy tẩm dầu lõi nhôm có Jkt=1,2(A/mm2). Tiết diện cáp kinh tế của đường dây kép: Skt= Tiết diện cáp kinh tế của đường dây đơn: Skt= Tra bảng ta chọn cáp của đường cáp kép có S = 70mm2, tương ứng với Icp=130 A, tiết diện của cáp đường dây đơn có S = 95mm2 ứng với Icp=155A. Kiểm tra điều kiện phát nóng bình thường: Icp = K1.K2.Icp ³ Ibt K1-hệ số hiệu chỉnh theo môi trường đặt cáp. K2-hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song. Đặt cáp trong đất nhiệt độ 15OC, nhiệt độ phát nóng của ruột cáp 10kV cho phép là 60OC, nhiệt độ tiêu chuẩn là 25OC, khoảng cách giữa 2 cáp đặt song song là 200mm. Do đó: Đối với dây cáp đơn K2=1, Icp’ =0,88.1.155 = 136,4 (A) > 97 (A). Đối với dây cáp kép K2=0,92, Icp’ =0,88.0,92.130 = 105 (A) > 64,7 (A). Kiểm tra phát nóng khi làm việc cưỡng bức của đường dây cáp kép: Ta có : Ibt/Icp’ = 64,7/105 = 0,62 Do đó lấy Kqt = 1,3 Ta thấy: Icb = 2.Ibt = 2.64,7 = 129,4 (A) < Kqt.Icp’ = 1,3.105 = 136,5 (A) Vậy chọn cáp đơn có S =95 mm2, cáp kép có S =70 mm2 là đảm bảo điều kiện kỹ thuật. 5.4.2.Chọn kháng điện phụ tải địa phương: 1)Xác định xk% của kháng: Kháng điện được chọn như sau: 1.UđmK=10,5 (kV). 2.Xác định dòng cưỡng bức qua kháng Icb: Icb được xác định khi một trong hai kháng điện ngừng làm việc. Icb===0,192 kA Chọn kháng điện đơn dây nhôm PbA-10-400-8 có IđmK=400(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: IN6≤(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: IN7≤(Icắt2đm,InhS2) Trong đó dòng ổn định nhiệt được xác định theo công thức sau: InhS2===5,9 (kA). Icắt2đm=21 kA. Khi lập sơ đồ thay thế cho tính toán ngắn mạch đã chọn Scb=100 MVA và ngắn mạch tại N4 có IN4”=37,219 kA. Vậy : xHT===0,148 xc1=xo.l.=0,078.2.=0,141 InhS1= N4 Eđt N5 N6 Xht XC1 XC2 Xk Tại đầu đường cáp phía nhà máy thời gian cắt lớn hơn 1 cấp nên: t1=t2+Dt =0,7+0,3=1 sec. InhS1==6,6 kA. Icb = = 5,498 kA Xồ===0,932 Xk= Xồ-XHT-XC1 = 0,932 - 0,148 - 0,141 = 0,643 Xk% = Xk. = 0,643..100 = 4,7 %. Vậy ta chọn kháng đơn PbA-10-400-8 ; có Xk%=6 %, IđmK=400 A. 2)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===0,148 Xk===0,825 Điện kháng tính toán: Xtt=(XHT+Xk).=(0,148+0,825). =25,687 > 3. Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại N5: IN5”=. ==5,651 (kA) ixkN5=.Kxk..IN5”=.1,8.5,651 = 14,385 kA. Vậy dựa vào dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố một kháng điện Icb=192 A và IN5”,ixkN5 ta chọn máy cắt có thông số như sau: Loại máy cắt Uđm,kV Iđm,A ICđm,kA Ilđđ,kA 8bm20 12 1250 25 63 Ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt đối với máy cắt có dòng điện định mức lớn hơn 1000A. 3.Kiểm tra kháng điện: Dòng ngắn mạch tại N5: IN5”=5,651 kAn < min(ICđm1,InhS1)=min(21;6,6)=6,6 kA Dòng ngắn mạch tại N6: IN6”==4.94 kA Thoả mãn điều kiện : IN6” = 4,94 kA < min(ICđm2,InhS2) = min(21;5,9)=5,9 kA Vậy kháng đã chọn đạt yêu cầu. 5.5. Chọn máy biến dòng và biến áp đo lường. 5.5.1.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 :0,5 ứng với phụ tải định mức 2W. Điều kiện ổn định động:ilđđ=108 kA > ixk=9,563 kA. Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy biến dòng có dòng điện sơ cấp lớn hơn 1000 A. 5.5.2.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 = 21,6 kA. Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy biến dòng có dòng điện sơ cấp lớn hơn 1000 A. 5.5.3.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 kiệ 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. Ta có sơ đồ nối dây các thiết bị đo : Chương VI Chọn Sơ đồ nối điện và thiết bị tự dùng I. Sơ đồ tự dùng của nhà máy thuỷ điện : Nhà máy thuỷ điện đang thiết kế có công suất trung bình (200MW), do đó tất cả công suất tự dùng đều được phân bố và sử dụng ở cấp điện áp 380/220 V. Máy biến áp chọn có điện áp thứ cấp là 400/230 V, và có công suất không vượt quá 1000 kVA. 6.1.1. Chọn máy biến áp tự dùng cấp 0.4kV: Điều kiện chọn máy biến áp tự dùng : => chọn: Tra bảng ta chọn loại máy biến áp có các thông số: Loại Sđm (kVA) UCđm (kV) UHđm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% TM 1000 10 0,4 2,1 12,2 5,5 1,4 6.1.2. Chọn áptomát cho phụ tải tự dùng cấp 0.4kV: Aptomat được chọn theo điều kiện: Uđm ³ Uđmmạng = 0,4kV Idm ³ Ilvmax Icắtdm ³ IN’’. Dòng định mức qua aptomat: IdmA = IdmB(0,4) = Để chọn dòng cắt định mức của aptomat ta tính ngắn mạch tại điểm N7 trên thanh cái 0,4kV, nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là máy biến áp cấp 0,4kV: Dòng ngắn mạch tại N7 là: Căn cứ vào điều kiện chọn áptomát và kết quả tính ngắn mạch ta chọn aptomat của hãng MelinGerin có các thông số sau: Loại Udm(V) Idm(A) Số cực Icắtdm (kA) CM-1600N 690 1600 3-4 50 II. Sơ đồ nối điện của nhà máy thuỷ điện : Tài liệu tham khảo 1. Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp Đào Quang Thạch - Phạm Văn Hòa. NXB KHKT 2. Ngắn mạch và đứt dây trong hệ thống điện Phạm Văn Hòa. NXB KHKT 3. Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp Nguyễn Hữu Khái. NXB KHKT 4. Nhà máy điện và trạm biến áp Trịnh Hùng Thám - Nguyễn Hữu Khái - Đào Quang Thạch - Lã Văn út - Phạm Văn Hòa - Đào Kim Hoa. NXB KHKT 5. Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV Ngô Hồng Quang. NXB KHKT