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

23 37.87 N6 54.983 39.621 139.964 Qua các số liệu đã tính toán được trong bảng trên ta thấy, dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đầu cực máy phát là I”F = max{I”N4; I”N4’ }= I”N4’= 29.208 kA . 3.3. TÍNH CÁC DÒNG NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN 2 3.3.1. Chọn các điểm tính toán ngắn mạch Trong sơ đồ này phải chọn 7 điểm để tính ngắn mạch. Điểm N1: Chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Điểm N2: Chọn khí cụ điện cho mạch 110 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Điểm N3: Chọn máy cắt điện cho mạch hạ áp máy biến áp tự ngẫu. Nguồn cung cấp là nhà máy và hệ thống khi máy biến áp tự ngẫu TN1 nghỉ. Điểm N4: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát. Nguồn cung cấp là máy phát điện F1. Điểm N4’: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát, nguồn cung cấp là toàn bộ nhà máy và hệ thống trừ máy phát MF1. Điểm N5: Chọn khí cụ điện cho mạch phân đoạn điện áp 10 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. Điểm N6: Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng IN6 = IN4 + IN4’ 3.3.2. Tính điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối cơ bản Điện kháng của hệ thống: XHT = XHTđm = 0.0283 Điện kháng của đường dây kép nối với hệ thống: Đường dây nối nhà máy với hệ thống là đường dây quan trọng nhất, điện kháng của dây dẫn này lấy là x0 ≈ 0.4 Ω/km. XD = x0.L = *0.4*86 = 0.0325 Điện kháng của máy phát điện: XF = X’’d = 0.1336 = 0.2138 Điện kháng của kháng điện: XK = = 0.1375 Điện kháng của máy biến áp hai dây quấn: XB = = 0.1313 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2 Điện kháng cuộn cao: XC = (UN(C-T) + UN(C-H) – UN(T-H) ) = (11 + 32 - 20) = 0.0719 Điện kháng cuộn hạ: XH = (UN(C-H) + UN(T-H) - UN(C-T) ) = (20 + 32 - 11) = 0.1281 Điện kháng cuộn trung: XT = (UN(C-T) + UN(T-H) - UN(C-H) ) = (11 + 20 - 32) = - 0.003 < 0 Vì XT = - 0.003 < 0 và có giá trị tuyệt đối không đáng kể so với XC và XH Þ để đơn giản trong tính toán có thể bỏ qua điện kháng cuộn trung. 3.2.3. Lập sơ đồ thay thế tính ngắn mạch Sơ đồ thay thế tổng quát để tính ngắn mạch như hình dưới đây. X1 = XHT + XD = 0.0283+0.0325 = 0.0608 X2 = X3 = XC = 0.0719 X4 = X5 = XH = 0.1281 X6 = X7 = XK = 0.1375 X8 = XB = 0.1312 X9 = X10 = X11 = X12 = XF = 0.2138 Tính dòng ngắn mạch tại N1. Vì ngắn mạch tại điểm N1 sơ đồ có tính chất đối xứng nên dòng ngắn mạch không đi qua kháng điện. Vậy trong sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại N1có thể bỏ qua kháng điện. X13 = X2 // X3 = = 0.036 X14 = X4 // X5 = = 0.0641 X15 = X6 // X7 = = 0.0688 X16 = X9 // X11 = = 0.1069 X17 = X8 + X12 = 0.1312+ 0.2138 = 0.3451 Sơ đồ rút gọn Ghép các nguồn E1,3 và E2 được: X18 = X15 + X10 = 0.0688 + 0.2138 = 0.2826 X19 = X16 // X18 = = 0.0776 X20 = X14 + X19 = 0.0641 + 0.0776 = 0.1416 Ghép các nguồn E1,2,3 và E4 ta có: X21 = X20 // X17 = = 0.1004 X22 = X21 + X13 = 0.1004 + 0.036 = 0.1364 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X1 = 0.0608 = 1.4603 Tra đường cong tính toán được : K(0) = 0.685 ; K (¥) = 0.75 Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống: I”HT(0) = K(0) = 0.685 = 4.127 kA I”HT(¥) = K (¥) = 0.75 = 4.518 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy quy đổi về hệ tương đối định mức: XttNM.đm= X19 = 0.1364 = 0.341 Tra đường cong tính toán ta được: K(0) = 2.9 ; K (¥) = 2.17 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 2.9 = 1.82 kA I”NM(¥) = K(¥ ) = 2.17 = 1.362 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N1 là: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4.127 + 1.82 = 5.947 kA I”N1(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 4.518 + 1.362 = 5.88 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N1 là: ixk = KxkI”N1(0) = *1.8*5.947 = 15.138 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ của điểm N1 ta được sơ đồ rút gọn cho điểm N2 X23 = X1 + X13 = 0.0608 + 0.036 = 0.0968 Ghép các nguồn E1,3 và E2: X24 = X15 + X10 = 0.1069+ 0.2138= 0.2826 X25 = X16 // X24 = = 0.0776 X26 = X25 + X14 = 0.0776 + 0.0641 = 0.1416 Ghép các nguồn E1,2,3 và E4 ta có: X27 = X17 // X26 = = 0.1004 Sơ đồ rút gọn - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X23 = 0.0968 = 2.3232 Tra đường cong tính toán được : K(0) = 0.42 ; K (¥) = 0.445 Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống: I”HT(0) = K(0) = 0.42 = 5.061 kA I”HT(¥) = K (¥) = 0.445 = 5.362 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X27 = 0.1004 = 0.251 Tra đường cong tính toán ta được: K0 = 2.97; K¥ = 2.37 -Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 2.97 = 3.728 kA I”NM(¥) = K(¥ ) = 2.37 = 2.975 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N2 là: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5.061 + 3.728 = 8.788 kA I”N2(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 5.362 + 2.975 = 8.336 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N2 là: ixk = Kxk I”N2(0) = *1.8*8.788 = 22.371 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Biến đổi sơ đồ: X28 = X1 + X3 = 0.0608 + 0.0719 = 0.1327 X29 = X8 + X12 = 0.1313 + 0.2138 = 0.3451 Nhập E2 và E3 rồi biến đổi D ( X10, X7, X11) sang Y (X30, X31, X32 ) ta có: X30 = = 0.052 X31 = = 0.052 X32 = = 0.0809 Sơ đồ rút gọn Biến đổi tiếp: X33 = X5 + X31 = 0.1281 + 0.052 = 0.1801 X34 = X6 + X30 = 0.1375+ 0.052 = 0.1895 Biến đổi Y( X28, X29, X33) thành D thiếu (X35, X36) ta có: X35 = X28 + X33 + = 0.1327 + 0.1801 + = 0.3822 X36 = X29 + X33 + = 0.3451 + 0.1801 + = 0.9935 Sơ đồ còn lại: X37 = X32 // X36 = = = 0.0748 Biến đổi Y( X34, X35, X37) thành D thiếu (X38, X39) ta có: X38 = X34 + X35 + = 0.1895+ 0.3822 + = 1.54 X39 = X34 + X37 + = 0.1895 + 0.0748 + = 0.3014 Ghép các nguồn E1 và E2,3,4: X40 = X39 // X9 = = = 0.1251 Sơ đồ rút gọn cuối cùng - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X38 = 1.54* = 36.26 Do XttHT.đm = 36.26 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = =3.639 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM.đm= X40 = 0.1251 = 0.3123 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 3.2 ;K(¥ )= 2.23 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy: I”NM(0) = K(0) = 3.2 = 3.639 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 2.23 = 30.655 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 là: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3.639 + 35.741 = 47.627 kA I”N3(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 3.639 + 30.655 = 34.293 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N3 là: ixk = KxkI”N3(0) =*1.8*47.627 = 121.24 kA Tính dòng ngắn mạch tại N4 Víi nguån cung cÊp chỉ cã m¸y ph¸t MF1, ta ®· cã kÕt qu¶ tÝnh to¸n nh­ ë ph­¬ng ¸n 1 Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N4 là: I”N4(0) = 25.775 kA I”N4(¥) = 9.279 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4 là: ixk = 65.612 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4’ Áp dụng các kết quả tính toán và biến đổi trên, nhập E2 và E3 rồi biến đổi D ( X10, X7, X11) sang Y (X30, X31, X32 ) ta đã có: X30 = X31 = 0.052 X32 = 0.0809 Biến đổi tiếp: X40’ = X6 + X30 = 0.1375+ 0.052 = 0.1895 X41 = X5 + X31 = 0.1281 + 0.052 = 0.1801 X42 = X1 + X2 // X3 = X1 + = 0.0608 + = 0.0968 Vậy sơ đồ còn lại: Biến đổi D(X4, X40’, X41) thành Y(X43, X44, X45) X43 = = 0.0488 X44 = = 0.0464 X45==0.0686 X46 = X45 + X32 = 0.0686 + 0.0809 = 0.1495 Sơ đồ rút gọn: Biến đổi sao Y(X42, X17, X44) thành D thiếu (X47, X48) X47 = X42 + X44 + = 0.0968 + 0.0464 + = 0.1562 X48 = X44 + X17 + = 0.0464 + 0.3451+ = 0.5567 X49 = X46 // X48 = = 0.1178 Sơ đồ còn lại: Biến đổi Y(X43, X47, X49) thành D thiếu (X50, X51): X50 = X43 + X47 + = 0.0488 + 0.1562 + = 0.2696 X51 = X43 + X49 + = 0.0488 + 0.1178 + = 0.2034 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: XttHT.đm = X50 = 0.2696* = 6.4584 Do XttHT.đm = 7.8864 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = * = 20.433 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM.đm= X51 = 0.2034 = 0.5083 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1.96 ; K(¥ )= 1.8. Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy: I”NM(0) = K(0) = 1.96 = 20.207 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 1.8 = 18.558 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N4’ là: I”N4’(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 20.433 + 20.207 = 40.64 kA I”N4’(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 20.433 + 18.558 = 38.991 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4’ là: ixk = KxkI”N4’(0) =*1.8*40.64 = 103.454 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N5 Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. Dựa vào kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ tính cho điểm ngắn mạch N3 bỏ đi máy phát MF1, được sơ đồ: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X38 = 1.54* = 36.26 Do XttHT.đm = 36.2664> 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = = 3.639 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X39 = 0.3014 = 0.7808 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1.26 ;K(¥ )= 1.37 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 1.26 = 12.99 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 1.37 = 14.124 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 là: I”N5(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3.639 + 12.99 = 16.629 kA I”N5(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 3.639 + 14.124 = 17.763 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N5 là: ixk = KxkI”N3(0) =*1.8*16.629 = 42.331 kA Tính toán điểm ngắn mạch N6 I’’N6(0) = I’’N4(0) + I’’N4’(0) = 25.775 + 40.64 = 56.181 kA I’’N6(¥) = I’’N4(¥) + I’’N4’(¥) = 9.279 + 31.127 = 40.406 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N6 là: ixk = KxkI”N3(0) =*1.8*56.181 = 143.013 kA Bảng 3.7. Tính toán ngắn mạch cho phương án 2 Cấp điện áp, kV Điểm ngắn mạch I”(0), kA I”(¥) , kA ixk , kA 220 N1 5.947 5.88 15.138 110 N2 8.788 8.336 22.371 10 N3 47.627 34.293 121.24 N4 25.775 9.279 65.612 N4’ 40.64 38.991 103.454 N5 16.629 17.763 42.331 N6 56.181 40.406 143.013 Qua các số liệu đã tính toán được trong bảng trên ta thấy, dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đầu cực máy phát là I”F = max{I”N4; I”N4’ }= I”N4’= 40.64 kA .CHƯƠNG IV SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Mục đích của chương này là so sánh đánh giá các phương án về mặt kinh tế, kỹ thuật từ đó lựa chọn phương án tối ưu đảm bảo các điêù kiện kỹ thuật, các chỉ tiêu kinh tế cao. Thực tế, chênh lệch vốn đầu tư vào thiết bị giữa các phương án chủ yếu phụ thuộc chênh lệch vốn đầu tư vào các máy biến áp và các mạch của thiết bị phân phối mà vốn đầu tư cho thiết bị phân phối chủ yếu là máy cắt điện và dao cách ly. Nhưng do số lượng dao cách ly của 2 phương án khác nhau không nhiều và giá dao cách ly là không đáng kể so với máy biến áp và máy cắt điện. Vì thế để tính toán vốn đầu tư cho thiết bị phân phối trước hết ta chọn máy cắt điện cho từng phương án. 4.1. CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN. Chủng loại máy cắt điện được chọn phù hợp với nơi đặt và nhiệm vụ của nó. Thông thường các máy cắt cùng cấp điện áp được chọn cùng chủng loại. Các máy cắt điện được chọn theo những điều kiện sau: Điện áp định mức của máy cắt UđmMC phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của mạng điện UđmMC ≥ Uđm.lưới Dòng điện định mức của máy cắt IđmMC phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức đi qua máy cắt Icb IđmMC ≥ Icb Dòng ngắn mạch tính toán IN không được vượt quá dòng điện cắt định mức của máy cắt Icđm Icđm ≥ IN Dòng điện ổn định lực động điện: Iđ.đm ≥ ixk Ngoài ra các máy cắt được chọn cần thoả mãn điều kiện về ổn định nhiệt. Tuy nhiên các máy cắt nói chung khả năng ổn định nhiệt khá lớn, đặc biệt với những loại máy cắt có dòng điện định mức lớn hơn 1000A. Khi đó không cần xét đến điều kiện ổn định nhiệt của máy cắt. 4.1.1. Phương án 1 Phía điện áp cao (220 kV) Trong phương án này cần phải chọn 5 máy cắt ở cấp điện áp 220 kV: 2 máy cho đường dây kép nối nhà máy với hệ thống, 2 máy cho phía cao của máy biến áp liên lạc, 1 máy cắt liên lạc giữa 2 thanh góp 220 kV . Từ kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức (cho ở bảng 2.7, trang 40) và dòng ngắn mạch phía cao áp (bảng 3.1, trang ): = 0.353 kA; = 6.189 kA; ixk = 15.754 kA Tra sách “Thiết kế Nhà máy điện và Trạm biến áp” (Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004), phụ lục V.III, trang 234, chọn các máy cắt điện SF6 của hãng SIEMENS loại 3AQ1 với các thông số chính được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 4.1. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 220 kV Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103USD/cái 3AQ1 245 4 40 100 80 Phía điện áp trung (110 kV) Do phụ tải ở phía điện áp trung gồm 4 đường dây đơn, 1 đường dây kép (coi tương đương 6 lộ), nên ta sử dụng hệ 2 thanh góp có thanh góp vòng. Phải chọn 10 máy cắt điện ở cấp điện áp này: 6 máy cho các đường dây cung cấp cho phụ tải trung áp, 2 máy cho phía 110 kV của 2 máy biến áp bộ, 1 máy liên lạc giữa 2 thanh góp 110 kV, 1 máy liên lạc giữa thanh góp vòng và các thanh góp chính . Tương tự như trên, kết quả tính toán các dòng điện cưỡng bức, dòng ngắn mạch đi qua máy cắt ở cấp diện áp 110 kV: = 0.344 kA; = 8.896 kA; ixk = 22.645 kA Chọn các máy cắt điện SF6 của hãng SIEMENS loại 3AQ1 với các thông số chính được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 4.2. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 110 kV Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103USD/cái 3AQ1 123 4 40 100 50 Phía hạ áp (10 kV) Ở cấp điện áp 10 kV cần chọn 5 máy cắt: 1 máy cắt giữa 2 phân đoạn của thanh góp UF , 2 máy cắt nối máy phát với thanh góp UF , 2 máy cho phía hạ của 2 máy biến áp liên lạc. Các dòng điện cưỡng bức phía điện áp thấp: Dòng đi qua đầu cực máy phát: = 3.61kA Dòng qua phía hạ của máy biến áp liên lạc: = 4.81 kA Dòng qua kháng phân đoạn: = 2.32 kA Các dòng điện ngắn mạch: -Dòng ngắn mạch qua đầu cực máy phát: I”(0)= 29.208 kA, ixk= 74.352 kA -Dòng ngắn mạch qua phía hạ của máy biến áp liên lạc: I”(0)= 43.744 kA, ixk= 111.355 kA -Dòng ngắn mạch qua kháng phân đoạn: I”(0)= 14.877 kA, ixk= 37.87 kA Mạch qua kháng phân đoạn chọn máy cắt SF6 loại 8DA10 của hãng SIEMENS. Mạch máy phát chọn máy cắt ít dầu MГГ- 10- 4000- 45УЗ, mạch phía hạ máy biến áp tự ngẫu chọn máy cắt ít dầu MГГ- 10- 5000- 63КУЗ đều do CHLB Nga sản xuất. Bảng 4.3. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 10 kV Mạch điện Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103 USD/cái Mạch máy phát MГГ-10-4000-45УЗ 10 4 45 120 30 Mạch MBA liên lạc MГГ-10-5000-63УЗ 10 5.6 63 170 30 Mạch qua kháng 8DA10 12 2.5 40 110 25 4.1.2. Phương án 2 Phía điện áp cao (220 kV) Chọn 5 máy cắt ở cấp điện áp 220 kV: 2 máy cho đường dây kép nối nhà máy với hệ thống, 2 máy cho phía cao của máy biến áp liên lạc, 1 máy cắt liên lạc giữa 2 thanh góp 220 kV. Từ kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức: = 0.357 kA; = 5.947 kA; ixk = 15.138 kA Chọn các máy cắt điện SF6 của hãng SIEMENS loại 3AQ1 với các thông số chính được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 4.4. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 220 kV Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103USD/cái 3AQ1 245 4 40 100 80 Phía điện áp trung (110 kV) Phải chọn 9 máy cắt điện ở cấp điện áp này: 6 máy cho các đường dây cung cấp cho phụ tải trung áp, 1 máy cho phía 110 kV của máy biến áp bộ,1 máy liên lạc giữa 2 thanh góp 110 kV, 1 máy liên lạc giữa thanh góp vòng và các thanh góp chính . Tương tự như trên, kết quả tính toán các dòng điện cưỡng bức, dòng ngắn mạch đi qua máy cắt ở cấp diện áp 110 kV: = 0.344 kA; = 8.788 kA; ixk = 22.371 kA Chọn các máy cắt điện SF6 của hãng SIEMENS loại 3AQ1 với các thông số chính được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 4.5. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 110 kV Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103USD/cái 3AQ1 123 4 40 100 50 Phía hạ áp (10 kV) Ở cấp điện áp 10 kV cần chọn 7 máy cắt: 2 máy cắt giữa 3 phân đoạn của thanh góp UF , 3 máy cắt nối 3 máy phát với thanh góp UF , 2 máy cho phía hạ của 2 máy biến áp liên lạc. Các dòng điện cưỡng bức phía điện áp thấp: Dòng đi qua đầu cực máy phát: = 3.61kA Dòng qua phía hạ của máy biến áp liên lạc: = 8.978 kA Dòng qua kháng phân đoạn: = 3.57 kA Các dòng điện ngắn mạch: -Dòng ngắn mạch qua đầu cực máy phát: I”(0)= 40.64 kA, ixk= 103.454 kA -Dòng ngắn mạch qua phía hạ của máy biến áp liên lạc: I”(0)= 47.627 kA, ixk= 121.24 kA -Dòng ngắn mạch qua kháng phân đoạn: I”(0)= 16.629 kA, ixk= 42.331 kA Mạch qua kháng phân đoạn và mạch máy phát chọn máy cắt chân không loại 3AH* của hãng SIEMENS. Mạch phía hạ máy biến áp tự ngẫu chọn máy cắt ít dầu MГГ- 10- 9000/1800 do CHLB Nga sản xuất. Bảng 4.6. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 10 kV Mạch điện Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103 USD/cái Mạch máy phát 3AH* 12 4 - - 30 Mạch MBA liên lạc MГГ- 10- 9000/1800 10 9 90 - 35 Mạch qua kháng 3AH* 12 4 - - 30 Các loại máy cắt cho các phương án được tổng hợp trong bảng dưới đây. Bảng 4.7. Lựa chọn máy cắt điện cho cả 2 phương án P/A Cấp điện áp Mạch điện Đại lượng tính toán Lo¹i m¸y c¾t Đại lượng định mức , kA I”(0), kA ixk, kA Uđm, kV Iđm, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA 1 220 Mạch cao áp 0.353 6.189 15.754 3AQ1 245 4 40 100 110 Mạch trung áp 0.344 8.896 22.645 3AQ1 123 4 40 100 10.5 Mạch máy phát 3.61 29.208 74.352 MГГ-10-4000-45УЗ 10 4 45 120 Mạch MBA liên lạc 4.81 43.744 111.355 MГГ-10-5000-63УЗ 10 5.6 63 170 Mạch qua kháng 2.32 14.877 37.87 8DA10 12 2.5 40 110 2 220 Mạch cao áp 0.357 5.947 3AQ1 245 4 40 100 110 Mạch trung áp 0.344 22.371 8.788 3AQ1 123 4 40 100 10.5 Mạch máy phát 3.61 40.64 103.454 3AH* 12 4 - - Mạch MBA liên lạc 8.978 47.627 121.24 MГГ- 10- 9000/1800 10 9 90 - Mạch qua kháng 3.57 16.629 42.331 3AH* 12 4 - - 4.2. TÍNH TOÁN KINH TẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Để tính toán 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 = KTVT + VTBPP Trong đó VT : là vốn đầu tư cho 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, lấy a= 8.4% - 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 VND/kWh. DA : Tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện (kWh), chủ yếu là tổn thất trong máy biến áp . - Chi phí phục vụ thiết bị (sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ, 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. 4.2.1. Phương án 1 Sơ đồ thiết bị phân phối Vốn đầu tư cho thiết bị. Vốn đầu tư cho máy biến áp Trong phương án 1 sử dụng các máy biến áp và giá của như bảng dưới đây. Loại máy biến áp Số lượng máy, cái Đơn giá, 103Rub/cái KT ATдцтH – 125/220 2 185 1.4 Тдц – 80/110 2 91 1.5 Vậy tổng vốn đầu tư mua máy biến áp (kể cả chi phí chuyên chở, xây lắp) của phương án 1 là : VT = (21.4185 + 21.391)103 = 754.6103 Rub Quy đổi ra tiền Việt nam với tỷ giá: 1 Rub = 40000 VND VT = 754.6103 Rub = 754.6103 40000 = 30.184109 VND Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Vốn đầu tư thiết bị phân phối theo từng cấp điện áp được tính ở bảng sau. Cấp điện áp, kV Mạch điện Kiểu máy cắt Số lượng, cái Đơn giá, 103 USD/cái Thành tiền, 103 USD 220 kV Mạch cao áp 3AQ1 5 80 400 110 kV Mạch trung áp 3AQ1 10 50 500 10 kV Mạch máy phát MГГ-10-4000-45УЗ 2 30 60 Mạch MBA liên lạc MГГ-10-5000-63УЗ 2 30 60 Mạch qua kháng 8DA10 1 25 25 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VTBPP = ( 400 + 500+ 60 + 60 + 25 )103 = 1045103 USD Quy đổi ra tiền Việt nam với tỷ giá: 1 USD = 15000 VND Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VTBPP = 865103 USD = 1045103 15000 = 15.675109VND Tổng vốn đầu tư cho phương án 1 V1 = VT + VTBPP = ( 30.184+ 15.675)109= 45.859109 VND Tính phí tổn vận hành hàng năm - Chi phí do tổn thất điện năng: Pt = b.DA Với : b = 500 VND/kWh DA = 5679.918103 kWh Vậy: Pt = 5005679.918103 = 2.84109 VND - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk) : = 3.852109 VND Vậy chi phí vận hành hàng năm : P1 = Pt + Pk = 2.84109 + 3.852109 = 6.69109 VND Chi phí tính toán hàng năm C1 = + P1 = = 12.42109 VND 4.2.2.Phương án 2 Sơ đồ thiết bị phân phối Vốn đầu tư cho thiết bị Vốn đầu tư cho máy biến áp Trong phương án 2 sử dụng các máy biến áp và đơn giá như bảng dưới đây. Loại máy biến áp Số lượng máy, cái Đơn giá, 103Rub/cái KT ATдцтH – 160/220 2 200 1.4 Тдц – 80/110 1 91 1.5 Vậy tổng vốn đầu tư mua máy biến áp (kể cả chi phí chuyên chở, xây lắp) của phương án 1 là : VT = (21.4200 + 11.391)103 = 678.3103 Rub Quy đổi ra tiền Việt nam với tỷ giá: 1 Rub = 40000 VND VT = 678.3103 Rub= 678.3103 40000 = 27.132109 VND Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Vốn đầu tư thiết bị phân phối theo từng cấp điện áp được tính ở bảng sau. Cấp điện áp, kV Mạch điện Kiểu máy cắt Số lượng, cái Đơn giá, 103 USD/cái Thành tiền, 103 USD 220 kV Mạch cao áp 3AQ1 5 80 400 110 kV Mạch trung áp 3AQ1 9 50 450 10 kV Mạch máy phát 3AH* 3 30 90 Mạch MBA liên lạc MГГ- 10- 9000/1800 2 35 70 Mạch qua kháng 3AH* 2 30 60 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VTBPP = ( 400+ 450 + 90 + 70 + 60 )103 = 1070103 USD Quy đổi ra tiền Việt nam với tỷ giá: 1 USD = 15000 VND Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VTBPP = 1070103 USD= 1070103 15000 = 16.05109VND Tổng vốn đầu tư cho phương án 2 V2 = VT + VTBPP = ( 27.132+ 16.05)109= 43.182109 VND Tính phí tổn vận hành hàng năm - Chi phí do tổn thất điện năng: Pt = bDA Với: b = 500 VND/kWh DA = 3785.741103 kWh Vậy: Pt = 5003785.741103 = 1.9109 VND - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk) : 3.63109 VND Vậy chi phí vận hành hàng năm : P2 = Pt + Pk = 1.9109 + 3.4109 = 5.53109 VND Chi phí tính toán hàng năm C2 = + P2 = = 10.93109 VND 4.3.3. So sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và 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, 109 VND Phí tổn vận hành hàng năm, 109 VND Chi phí tính toán hàng năm, 109 VND 1 45.859 6.69 2.42 2 43.182 5.53 10.93 Nhận thấy: = 5.84% > 5%. = 17.34% >5%. Hai phương án có những chỉ tiêu kỹ thuật gần tương đương nhau. Phương án 2 có vốn đầu tư, phí tổn vận hành hàng năm cũng như chi phí tính toán hàng năm đều thấp hơn nhiều so với phương án 1. Vậy quyết định chọn phương án 2 để thiết kế nhà máy được giao. CHƯƠNG V CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN Những thiết bị chính trong nhà máy điện ( máy phát, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly,... ) được nối với nhau bằng hệ thống các thanh góp và cáp điện lực. 5.1. CHỌN THANH DẪN, THANH GÓP Để nối từ đầu cực của các máy phát lên máy biến áp, thanh góp cấp điện áp máy phát người ta dùng hệ thống thanh dẫn cứng. Còn để nối từ máy biến áp lên thanh góp 220 kV và 110 kV cũng như các thanh góp này sử dụng thanh dẫn mềm. 5.1.1.Chọn thanh dẫn cứng Chọn tiết diện thanh dẫn Như đã xác định ở phần tính toán dòng điện cưỡng bức, đã xác định được dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch máy phát là : = 3.61 kA. Với giả thiết nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn bằng đồng là qcp = 70oC, nhiệt độ môi trường xung quanh là qo’= 42oC, và nhiệt độ khi tính toán là q0 = 25oC. Từ đó có hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ là: khc = Tiết diện của thanh dẫn cứng được chọn theo dòng điện lâu dài cho phép: Icb ≤ Icp´khc. Do đó: = 4.575 kA Tra phụ lục, chọn thanh dẫn bằng đồng, có tiết diện hình máng như hình vẽ, quét sơn và có các thông số như bảng dưới đây. Kích thước , mm Tiết diện một cực, mm2 Mômen trở kháng, cm3 Dòng điện Icp cả hai thanh, A h b c R Một thanh Hai thanh 125 55 6.5 10 1370 Wx-x Wy-y wyo –yo 5500 50 9.5 100 Hình 6.1. Tiết diện hình máng. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Thanh dẫn có dòng cho phép Icp = 4.575 kA > 1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Kiểm tra ổn định động Với cấp điện áp 10 kV, lấy khoảng cách giữa các pha là a = 45 cm, khoảng cách giữa 2 sứ L = 180 cm. Xác định lực tác dụng lên một nhịp thanh dẫn. 389.187 kG Mômen uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn. KG.cm Ứng suất tác dụng xuất hiện trên tiết diện thanh dẫn: stt < scpCu = 1400 kG/cm2 nên điều kiện này được thoả mãn. Xác định khoảng cách L1 giữa các miếng đệm: Trong đó : scpCu : ứng suất chịu uốn cho phép của đồng, scpCu = 1400 kG/cm2 f : lực tác dụng trên 1 cm chiều dài thanh dẫn, kG/cm. Do đó f có thể xác định như sau : = kG/cm Vậy: L1 = 185.52 cm Ta thÊy L1 = 185.52 cm > L = 180 cm do ®ã gi÷a 2 sø ®ì cña mét nhÞp thanh dÉn kh«ng cÇn ®Æt thªm miÕng ®Öm mµ thanh dÉn ®· chän vÉn ®¶m b¶o æn ®Þnh ®éng khi ng¾n m¹ch. Kiểm tra có xét đến dao động riêng của thanh dẫn : Tần số dao động riêng của thanh dẫn được xác định theo biểu thức Trong đó : L : Độ dài thanh dẫn giữa 2 sứ , L =180 cm E : Mô men đàn hồi của vật liệu thanh dẫn, ECu = 1.1106 kG/cm2 : Mô men quán tính đối với y0- y0, = 100 cm4 S : Tiết diện ngang của thanh dẫn, S = 13.7 cm2 g : Khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn gCu = 8.93 g/cm3 Do đó ta có : 15489 Hz Giá trị này nằm ngoài khoảng tần số cộng hưởng w = (45¸55) Hz và 2w = (90¸110) Hz.Vì vậy thanh dẫn đã chọn thoã mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động thanh dẫn . 5.1.2.Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng Chọn loại sứ đặt trong nhà với điều kiện: Uđm sứ ³ Uđmlưới =10 kV. Tra bảng chọn loại sứ ta chọn loại sứ đỡ OF- 10 - 1250-KBY3 có: Uđm = 10 kV. Fph = 1250 kG. H = 225mm = 22.5cm. Kiểm tra ổn định động : Dựa trên điều kiện: Độ bền sứ : Ftt' £ Fcp = 0.6´Fph = 0.6´1250=750 kG. Trong đó: Fcp – lực cho phép tác dụng trên đầu sứ, kG Fph – lực phá hoại cho phép của sứ, kG Ftt' được xác định theo công thức: Ftt' = Ftt ´ Ftt đã tính ở trên Ftt = 389.187 kG. h = 12.5 => H ' = H + = 22.5 + 6.25 = 28.75cm. Ftt' = Ftt ´= 389.187 ´= 497.3 kG. Ta thấy rằng Ftt' = 497.3 kG < 0.6´Fph = 750 kG. Vậy sứ đã chọn đảm bảo yêu cầu . 5.1.3.Chọn dây dẫn mềm Trong nhà máy nhiệt điện khoảng cách giữa các máy biến áp với hệ thống thanh góp cao áp, trung áp cũng như chiều dài các thanh góp là nhỏ, do đó ta chọn dây dẫn mềm theo dòng điện làm việc cho phép qua nó trong tình trạng làm việc cưỡng bức. khc.Icp ³ Icb Hay Trong đó : Icb : Dòng làm việc cưỡng bức tính toán ở cấp điện áp đang xét Icp : Dòng làm việc cho phép của dây dẫn sẽ chọn. khc : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh. Dây dẫn từ máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp 220 kV Như ở chương 2 đã xác định được dòng điện làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong trường hợp này là Icb = 0.357 kA. Do đó : kA Với Icp= 0.452 kA, chọn loại dây nhôm lõi thép ACO - 300 có Icp = 690 A, đường kính dây dẫn bằng 24 mm, đặt dây dẫn 3 pha trên đỉnh một tam giác đều. Khoảng cách giữa các pha phụ thuộc vào cấp điện áp tại nơi đặt dây dẫn mềm. Cụ thể:Cấp điện áp 220 kV tương ứng với D = 4 5 m. Chọn D = 5 m = 500 cm. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt của cấp điện áp 220 kV. Với: C: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, với dây dẫn AC có C = 88 . BN: là xung lượng nhiệt khi ngắn mạch. Ta có: BN = BNCK + BNKCK Trong đó: BNCK : là xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ. BNKCK : là xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch không chu kỳ - Để xác định xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ ta sử dụng phương pháp giải tích đồ thị. Khi đó: BNCK = với Từ kết quả tính toán dòng ngắn mạch ở chương III, xác định được giá trị hiệu dung của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ tại các thời điểm tại điểm N1 như trong bảng sau: t , s 0 0.1 0.2 KHT(t) 0.685 0.66 0.625 KNM(t) 2.9 2.45 2.25 IHT(t), kA 4.127 3.976 3.765 INM(t), kA 1.820 1.538 1.412 IN1(t), kA 5.947 5.514 5.177 Từ bảng kết quả trên tính được Ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ BNCK = = 32.8220.1 + 28.6030.1 = = 26.585 kA2.s = 6.148106 A2.s -Xác định xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ: BNKCK = I(o)2 ´Ta Trong ®ã : Ta h»ng sè thêi gian t­¬ng ®­¬ng cña l­íi, víi l­íi ®iÖn cã U ³ 1000(V) cã thÓ lÊy Ta = 0.05 sec. BNKCK = I(0) ´Ta = (5.947´103)2 0.05 = 1.768106 A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N1 là: BN = BNCK + BNKCK = ( 6.148+ 1.768).106 = 7.197106 A2.s Do đó mm2 < F = 300 mm2 Vậy dây dẫn phía 220 kV đã chọn đảm bảo ổn định nhiệt. Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Để đảm bảo không phát sinh vầng quang thì: Uvq > Uđm =220 kV Trong đó : UVQ = 84´m´r´ m: hệ số xét tới bề mặt nhẵn của dây dẫn, chọn m = 0.95 r : bán kính dây dẫn r = 1.2 cm. a : khoảng các giữa các trục dây dẫn a = 500 cm. Thay vào công thức trên ta có : UVQ = 84´0.95´1.2´= 250.87kV. Ta thấy UVQ > Uđm lưới =220 kV thoả mãn. Vậy dây dẫn mềm đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất vầng quang. Chọn dây dẫn mềm từ máy biến áp lên thanh góp 110 kV Dòng điện làm việc cưỡng bức của dây dẫn là Icb = 0.344 kA. Do đó : kA Với Icp= 0.436 kA ta chọn loại dây ACO - 450có Icp = 835 A, đường kính dây dẫn bằng 28.8 mm. Khoảng cách giữa các pha là D= 4m = 400 cm. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt của cấp điện áp 110 kV. - Để xác định xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ ta sử dụng phương pháp giải tích đồ thị. Khi đó BNCK = với Từ sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N2 t , s 0 0.1 0.2 KHT(t) 0 0.685 0.685 KNM(t) 4.6 3.5 3.1 IHT(t), kA 3.122 3.122 3.122 INM(t), kA 5.774 4.393 3.891 IN1(t), kA 8.896 7.515 7.013 Từ bảng kết quả trên ta tính được Ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ BNCK = = 67.8040.1 + 52.8290.1 = = 12.063 kA2.s = 12.063106 A2.s - Xác định xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ BNKCK = I(0) Ta = (8.896103)2 0.05 = 3.957106 A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N2 là: BN = BNCK + BNKCK = ( 12.063+ 3.957)106 = 16.02106 A2.s Do đó mm2 < F = 300 mm2 Vậy dây dẫn phía 110 kV đã chọn đảm bảo ổn định nhiệt Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Để đảm bảo không phát sinh vầng quang thì Uvq > Uđm =110 kV 202.6 kV > 110 kV Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang Chọn thanh góp 220 kV Thanh góp 220 kV chọn giống như dây dẫn mềm nối từ máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp 220 kV tức là chọn dây ACO - 300. Các điều kiện kiểm tra như với dây dẫn mềm ở cấp điện áp 220 kV và đều thoả mãn Chọn thanh góp 110 kV Thanh góp 110 kV chọn giống như dây dẫn mềm nối từ máy biến áp lên thanh góp 110 kV. Tức là chọn dây ACO – 300. Các điều kiện kiểm tra như với dây dẫn mềm ở cấp điện áp 110 kV và đều thoả mãn 5.2.CHỌN MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LI. Chọn máy cắt Máy cắt đã được chọn giống như trong bảng 4.7 trong chương V. Chọn dao cách li Dao cách li được chọn theo các điều kiện sau: Điện áp định mức : Uđm CL > UđmL Dòng điện định mức: Iđm CL > Icb ổn định nhiệt : I.tnh > BN ổn định lực động điện : ildd > ixk Đối với dao cách li có Iđm > 1000 A thì không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Dao cách li được chọn như bảng sau. Cấp điện áp, kV Mạch điện Đại lượng tính toán Loại dao cách ly Đại lượng định mức , kA I”(0), kA ixk, kA Uđm, kV Iđm, kA Ixk, kA Iđ.đm, kA 220 Mạch cao áp 0.357 5.947 15.138 SGCT-245/800 245 0.8 31.5 80 110 Mạch trung áp 0.344 8.788 22.371 SGCPT-123/800 123 0.8 31.5 80 10 Mạch máy phát 3.61 40.64 103.454 PBP-10/4000 10 4 - - Mạch MBA liên lạc 8.978 47.627 121.24 PBK-20-12500 20 12.5 - - Mạch qua kháng 3.57 16.629 42.331 PBP-10/4000 10 4 - - 5.3. CHỌN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU) VÀ MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI). Trong nhà máy điện, máy biến điện áp và máy biến dòng điện được sử dụng với nhiều mục đích như đo lường, bảo vệ rơ le, tự động hoá, tín hiệu điều khiển, kiểm tra cách điện, hoà đồng bộ, theo dõi các thông số. Chúng có mặt ở các cấp điện áp trong nhà máy. Việc chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện phụ thuộc vào tải của nó. Điện áp định mức của chúng phải phù hợp với điện áp định mức của mạng. 5.3.1.Chọn máy biến điện áp. Cấp điện áp 220 kV Ở cấp điện áp 220 kV để kiểm tra cách điện, cung cấp cho bảo vệ rơ le, tự động hoá, ta chọn 3 biến điện áp 1 pha nối dây theo sơ đồ , loại HKF - 220 - 58 có các thông số kỹ thuật sau: Điện áp sơ cấp: USdm = , V Điện áp thứ cấp chính: UT1dm = , V Điện áp thứ cấp phụ: UT2 dm = 100, V Cấp chính xác 0.5 và công suất: S = 400, VA Cấp điện áp 110 kV Chọn 3 biến điện áp 1 pha loại HKF - 110 - 58 có các thông số kỹ thuật sau: Điện áp sơ cấp: USđm = , V Điện áp thứ cấp chính: UT1dm = , V Điện áp thứ cấp phụ: UT2 dm = , V Cấp chính xác 0.5 và công suất S = 400, VA Cấp điện áp mạch máy phát Máy biến điện áp chọn phải thoả mãn điều kiện sau: - Điện áp định mức: UBU dm > UdmL= 10 kV - Công suất định mức: Tổng phụ tải S2 nối vào BU phải bé hơn hoặc bằng phụ tải định mức của BU, với cấp chính xá đã chọn, tức là : S2 < SBU dm với S2 = Trong đó SPdc và SQdc là tổng công suất tác dụng và công suất phản kháng các dụng cụ đo mắc vào biến điện áp. Dụng cụ phía thứ cấp của máy biến điện áp là công tơ nên dùng hai máy biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V Các dụng cụ đo lường sử dụng qua máy biến điện áp được ghi ở bảng sau. Số TT Phần tử Ký hiệu Phụ tải BU: AB Phụ tải BU: BC P, (W) Q,(VAR) P, (W) Q,(VAR) 1 Vôn kế B - 2 7.2 - - - 2 Oát kế tác dụng ? - 335 1.8 - 1.8 - 3 Oát kế phản kháng ? - 335 1.8 - 1.8 - 4 Oát kế tự ghi H - 348 8.3 - 8.3 - 5 Oát kế phản kháng tự ghi H - 348 8.3 - 8.3 - 6 Tần số kế $ - 340 - - 6.5 - 7 Công tơ tác dụng ? - 675 0.66 1.62 0.66 1.62 8 Công tơ phản kháng ?-675M 0.66 1.62 0.66 1.62 9 Tổng 28.72 3.24 28.02 3.24 Phụ tải máy biến điện áp pha A: S2 = SAB = VA Cosj = Phụ tải máy biếnđiện áp pha C: S2 = SBC = VA Cosj = = Vì phụ tải của các biến điện áp là các dụng cụ đo lường nên ta chọn máy biến điện áp kiểu HOM – 10 có các thông số sau: Điện áp định mức cuộn sơ cấp: USdm = 10500 V Điện áp định mức cuộn thứ cấp: UTdm = 100 V Công suất định mức: S = 75 VA Công suất định mức cực đại: S = 640 VA Cấp chính xác: 0.5 Để chọn dây dẫn nối từ biến điện áp đến các đồng hồ ta xác định dòng trong các pha A, B, C như sau: IA = = IC = = Để đơn giản trong tính toán coi: IA = IB 0.289 A, cosjAB = cosjBC 1 Khi đó ta có: IB = IA = 0.289 = 0.5 A Điện áp giáng trong dây A và B là: Để đơn giản bỏ qua góc lệch pha giữa IA và IB, mặt khác ta lấy khoảng cách từ BU đến các đồng hồ đo là 50 m. Theo điều kiện U% < 5% ta có: (IA + IB) £ 5% Hay thiết diện của dây dẫn phải thoả mãn: F ³ = 1.381 mm2 Để đảm bảo độ bền cơ ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện F = 1.5 mm2 5.3.2.Chọn máy biến dòng điện. Cấp điện áp 220 và 110 kV kV Chọn BI theo điều kiện: UđmBI ³ Uđmlưới IđmBI ³ Icb Với cấp điện áp 110kV có: = 0.344(kA) Với cấp điện áp 220kV có: = 0.357(kA). Vậy chọn các loại BI có các thông số sau: Loại BI Uđm (kV) Bội số ổn định động Bội số ổn định nhiệt Iđm (A) Cấp chính xác Phụ tải (W) Ildd (kA) Sơ cấp Thứ cấp TFH-110M 110 75 60/1 1000 5 0.5 0.8 145 TFH-220-3T 220 75 60/1 600 5 0.5 2 54 Cấp điện áp máy phát Biến dòng điện được đặt trên cả 3 pha, mắc hình sao. Máy biến dòng điện được chọn cần thoã mãn các điều kiện sau: -Cấp chính xác : Vì phụ tải của BI có công tơ nên cấp chính xác chọn 0.5 -Điện áp định mức : UBI.đm ³ Umạng.đm = 10 kV -Dòng điện định mức : ISC.đm ³ Icb = 3.61 kA -Phụ tải thứ cấp định mức ZBI.đm : Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu, tổng phụ tải thứ cấp Z2 không vượt quá phụ tải định mức: Z2 = ZSdc + Zdd £ ZBIđm Trong đó : ZSdc : Tổng phụ tải các dụng cụ đo. Zdd : Tổng trở của dây dẫn nối biến dòng điện với dụng cụ đo. Ngoài ra nó cần phải thoã mãn các điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch Ta chọn biến dòng kiểu TPIII - 10 có các thông số sau: - Điện áp định mức : UBIđm=10 kV. - Dòng điện sơ cấp định mức : ISCđm = 4000 A - Dòng điện thứ cấp định mức : ITCđm = 5 A - Cấp chính xác : 0.5 - Phụ tải định mức : Z2BIđm = 1.2 W. - Từ điều kiện Z2 = ZSdc + Zdd £ ZBIđm , ta suy ra : Zdd £ ZBIđm - ZSdc Hay £ ZBIđm - ZSdc F ³ Trong đó : F : Tiết diện dẫn từ BI đến các dụng cụ đo lường. r : Điện trở suất của vật liệu dây dẫn ltt : Chiều dài tính toán của dây dẫn từ BI đến các dụng cụ đo lường. Công suất tiêu thụ của các cuộn dây của các đồng hồ đo lườngcho trong bảng sau. Số TT Phần tử Loại Phụ tải Pha A Pha B Pha C 1 Ampemét $ - 378 0.1 0.1 0.1 2 Oát kế tác dụng ? - 335 0.5 - 0.5 3 Oát kế tác dụng tự ghi H - 348 10 - 10 4 Oát kế phản kháng ? - 335 0.5 - 0.5 5 Oát kế phản kháng tự ghi H - 318 10 - 10 6 Công tơ tác dụng ? - 675 2.5 - 2.5 7 Công tơ phản kháng ? - 673M 2.5 2.5 2.5 8 Tổng 26.1 2.6 26.1 Tổng phụ tải của các pha : SA = SC = 26.1 VA ; SB = 2.6 VA Phụ tải lớn nhất là : Smax = SA = SC = 26.1 VA Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha A (hay pha C) là : ZdcS = = 1.044 W Ta chọn dây dẫn bằng đồng có rcu = 0.0175 (Wmm2/m) 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 : mm2 Căn cứ vào điều kiện này ta chọn dây dẫn bằng đồng với tiết diện F = 4 mm2 Biến dòng điện kiểu này không cần kiểm tra ổn định động vì nó quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát. Biến dòng điện đã chọn không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì nó có dòng sơ cấp định mức trên 1000 A. Ta có sơ đồ nối dây các thiết bị đo: 5.4.CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG. Phụ tải địa phương được cung cấp bằng đường cáp chôn trong đất. Tiết diện cáp được chọn theo chỉ tiêu kinh tế. Cáp được chọn phải có điện áp định mức phù hợp với điện áp định mức của mạng điện, phải thoả mãn điều kiện phát nóng lúc bình thường cũng như lúc sự cố, thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 5.4.1.Chọn cáp. Phụ tải cấp điện áp 10.5 kV gồm Hai đường dây cáp kép: P = 3.8 MW; Cosj = 0.8 Þ S = = 4.75 MVA Năm đường dây cáp đơn: P = 2 MW; Cosj = 0.8 Þ S = 2.5 MVA Tiết diện cáp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế Jkt Scáp = Trong đó: Ilvbt : dòng điện làm việc bình thường. Chọn tiết diện cáp đơn Chọn cáp Phụ tải địa phương dùng cáp đồng. Các đường dây đơn có công suất S = 2.5 MVA. Vậy dòmg điện làm việc bình thường là : Ilvbt = = 0.137 kA= 137 A. Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại là: Tmax = Tmax = 6825.5 (h) Tra bảng với Tmax = 6825.5 (h) ứng với cáp lõi đồng có cách điện bằng giấy tẩm dầu đặt trong đất ta có: Jkt = 2 A/mm2 Scáp = mm2 Tra bảng chọn loại cáp 3 lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy, vỏ bằng chì đặt trong đất nhiệt độ của đất là 150C có: S = 70 mm2; Uđm = 10 kV; Icp = 215 A Kiểm tra cáp chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài Điều kiện là: K1K2Icp ³ Ilvbt Trong đó: K1 : hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt cáp. K1 = qcp: nhiệt độ phát nóng cho phép của cáp qcp = 600C q’0: nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp = 250C q0: nhiệt độ tính toán tiêu chuẩn 150C K1 = = 0.88 K2: hệ số điều chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn có K2 = 1 Thay số vào ta có 088 1215 = 189.2 > Ilvbt = 137 A Vậy cáp đã chọn đảm bảo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép Chọn tiết diện cáp kép Công suất mỗi đường dây cáp kép là S = 4.75 MVA Chọn tiết diện cáp kép theo dòng điện cưỡng bức. Dòng điện làm việc cưỡng bức qua mỗi cáp là: Icb = = 0.261 kA= 261 A Tiết diện cáp được chọn là: Scáp = = 130.5 mm2 Tra bảng chọn loại cáp ba pha lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy vỏ bằng chì đặt trong đất. Uđm = 10 kV ; S = 150 mm2 ; Icp =270 A Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài Điều kiện kiểm tra : Icb ≤ KQTSC ICP Trong đó : KQTSC : Hệ số quá tải khi sự cố, với cáp đồng đặt trong đất lấy KQTSC=1.35. Icb = = 0.261 kA= 261 A KQTSC ICP= 1.35270= 346.5 A > Icb= Þ I”CPSC = I”CP KQTSC = 194,613 > 2.ILVmax = 194,069 Icb = = 2 x 0,1266 = 0,2532 KA Vậy cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 5.4.2.Chọn máy cắt đầu đường dây MC1 Các máy cắt đầu đường dây được chọn cùng loại. Dòng cưỡng bức qua máy cắt được tính toán cho đường dây kép khi một đường dây bị sự cố. Icb = = 0.261 kA §Ó chän m¸y c¾t ë phÝa 10.5 kV ta dùa vµo kÕt qu¶ tÝnh to¸n ng¾n m¹ch ë ®iÓm ng¾n m¹ch N4 : IN4(0) = 25.775 kA ; ixk = 65.612 kA. Theo thiết kế tại các trạm địa phương đều đã lắp đặt loại máy cắt BMP-10 có dòng cắt Icđm = 20 kA. Tra bảng chọn loại máy cắt BMP-10-1000-20K có các thông số: Uđm = 10 kV; Iđm = 1000 kháng điện; Icắt đm = 20 kA Vấn đề là phải chọn kháng điện để hạn chế dòng ngắn mạch nếu có sự cố ngắn mạch trên đường dây của phụ tải địa phương để dòng ngắn mạch không vượt quá trị số Icắt đm = 20 kA. 5.4.3. Chọn kháng điện. Kháng được chọn theo điều kiện: Uđm K ³ Umạng = 10 kV Iđm K ³ Icb Theo nhiệm vụ thiết kế, phụ tải địa phương gồm 2 đường dây kép 3.8 MW4 km và 4 đường dây đơn 2 MW3 km. Điện được lấy từ trên thanh góp 10 kV.Ta sử dụng 3 kháng giống nhau K1, K2, K3 để hạn chế dòng ngắn mạch đến mức có thể đặt được máy cắt BMP-10-1000-20K và cáp của lưới điện phân phối có tiết diện nhỏ nhất là 70 mm2 theo yêu cầu đầu bài. Phân bố công suất qua kháng khi bình thường và trong các tình huống sự cố như sau: Công suất qua kháng K1 K2 K3 Chế độ Bình thường 7.33 7.33 7.33 Sự cố K1 0 11 11 Sự cố K2 11 0 11 Dòng cưỡng bức qua kháng được chọn theo kháng có phụ tải lớn nhất: Icb = A Tra phụ lục chọn kháng điện đơn bằng bê tông có cuộn dây nhôm loại PbA-10-750-4 có IđmK=750A. Xác định XK%: Để tính giá trị này ta giả thiết ngắn mạch trên đường dây, ở điểm N7 . Chọn Scb= 100 MVA, Ucb= 10.5 kV. Nh­ ®· tÝnh trong ch­¬ng 4, ta tÝnh ®­îc dßng ng¾n m¹ch t¹i ®iÓm N6 lµ kA Điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N6 là: Dßng æn ®Þnh nhiÖt cña c¸p lµ: InhS1 = S1: tiÕt diÖn c¸p = 70 mm2 C1: hÖ sè víi c¸p ®ång C = 141 AS1/2/S Tc: thêi gian c¾t cña m¸y c¾t tC = 0.6 sec Thay sè InhS1 = = 12.742 kA Ph¶i chän ®­îc kh¸ng cã XK% sao cho h¹n chÕ ®­îc dßng ng¾n m¹ch nhá h¬n hay b»ng dßng c¾t ®Þnh møc cña m¸y c¾t ®· chän ®ång thêi ®¶m b¶o æn ®Þnh nhiÖt cho c¸p cã tiÕt diÖn ®· chän nghÜa lµ: I’’N7 £ (Ic®m vµ InhS) I’’N7 £ (20 kA vµ 12.742 kA ) VËy cÇn chän kh¸ng cã XK% sao cho khi ng¾n m¹ch t¹i N7 ,I’’N7 £ 12.742 kA Tõ s¬ ®å thay thÕ tÝnh to¸n ng¾n m¹ch ta cã: Khi ng¾n m¹ch t¹i N7 Xå = Icb = = 5.499 kA I’’N7 ®­îc chän b»ng dßng æn ®Þnh nhiÖt cña c¸p: I’’N7 = 12.742 kA Thay sè vµo ta cã: Xå = = 0.432 MÆt kh¸c XS = XHT + XK Þ XK =XS - XHT XK = 0.432- 0,098 = 0.334 XK% = XK = 0.334 100 = 4.56% VËy ta chän kh¸ng ®¬n bª t«ng d©y nh«m lo¹i PbA-10-750-4 có XK% = 8% TÝnh to¸n kiÓm tra l¹i kh¸ng ®· chän khi ng¾n m¹ch t¹i N7 §iÖn kh¸ng t­¬ng ®èi cña kh¸ng ®iÖn ®· chän lµ: XK = XK% = 0.08 = 0.587 Dßng ng¾n m¹ch t¹i N7 lµ I’’N7 = = 8.028 kA Tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: I’’N7 = 8.028 kA< Ic®m = 40 KA I’’N7 = 8.028 kA< InhS = 12.742 KA VËy kh¸ng ®· chän ®¹t yªu cÇu. CHƯƠNG VI CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG Điều kiện tự dùng là phần điện năng tiêu thụ trong nhà máy điện nhưng nó giữ vai trò rất quan trọng quyết định trực tiếp đến quá trình làm việc của nhà máy. Thành phần máy công tác của hệ thống tự dùng nhà máy điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại nhiên liệu công suất của tổ máy và nhà máy nói chung. Các máy công tác và các động cơ điện tương ứng của bất kỳ nhà máy nhiệt điện nào cũng có thể chia thành hai phần. Những máy công tác đảm bảo sự làm việc của lò và tuốc bin của cá tổ máy. Những máy phục vụ chung không liên quan trực tiếp đến lò hơi và tuốc bin nhưng lại cần cho sự làm việc của nhà máy. Trong nhà máy nhiệt điện phần lớn phụ tải của hệ thống tự dùng là các động cơ điện có công suất từ 200 kW trở lên. Các động cơ này có thể làm việc kinh tế với cấp điện áp 6 kV. Các động cơ công suất nhỏ và thiết bị tiêu thụ điện năng khác có thể nối vào điện áp 380/220 V. Do sự phân bố phụ tải như vậy giữa lưới điện áp 6 kV và lưới điện áp 380/220 V thì sơ đồ cung cấp điện hợp lý là máy biến áp nối tiếp nghĩa là tất cả công suất được biến đổi từ điện áp của máy phát điện 10.5 kV đến điện áp lưới chính của hệ thống 6 KV. Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện một cách hợp lý phân đoạn hệ thống tự dùng phù hợp với sơ đồ nhiệt và điện của nhà máy. Trong sơ đồ này dùng 4 máy biến áp cấp một có điện áp 10/6 kV. Một máy biến áp dự trữ có cùng công suất được nối vào mạch hạ áp của máy biến áp tự ngẫu liên lạc. Cấp tự dùng 380/220 (V) cùng bố trí 4 máy biến áp 6/0.4 kV và một máy biến áp dự trữ. 6.1.CHỌN MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG CẤP I Các máy biến áp Btd1, Btd2, Btd3, Btd4 là các máy biến áp cấp I, chúng có nhiệm vụ nhận điện từ thanh góp 10.5 KV hoặc từ đầu cực máy phát cung cấp cho các phụ tải tự dùng cấp điện áp 6 kV. Còn lại cung cấp tiếp cho phụ tải cấp điện áp 0.4 kV. Từ đó công suất của chúng cần phải chọn phù hợp với phụ tải cực đại của các động cơ ở cấp điện áp 6 KV và tổng công suất của các máy biến áp cấp II nối tiếp với nó. SBđm ³ =. Trong đó, - là % lượng điện tự dùng. = 8%. n- là số tổ máy, n= 4. Stdmax = 20 MVA → SBđm ³ MVA Hình 6.1. Sơ đồ sơ bộ nối điện tự dùng của nhà máy Tra bảng chọn loại máy biến áp: Loại Sđm, KVA Uđm, kV Uđm, kV DP0, kW DPN, kW UN% I0% Cao Hạ TMHC-6300/10.5 6300 10.5 6.3 8 46.5 8 0.9 6.2.CHỌN MÁY BIẾN ÁP DỰ TRỮ CẤP I Công suất của máy biến áp dữ trữ cấp I được chọn phù hợp với chức năng của nó. Thông thường, khi xét đến trường hợp khởi động lại máy phát thì máy biến áp dự trữ cấp I được chọn theo điều kiện: SBđm ³ 1.5= 1.5. Như vậy: SBđm ³ 1.58%62.5= 7.5 MVA. Tra bảng chọn máy biến áp: Loại Sđm, kVA Uđm, kV Uđm, kV DP0, kW DPN, kW UN% I0% Cao Hạ TMHC-10000/10.5 10000 10.5 6.3 12.3 85 14 0.8 6.3.CHỌN MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG CẤP II Các máy biến áp tự dùng cấp II: Btd5, Btd6, Btd7, Btd8, dùng để cung cấp cho các phụ tải cấp điện áp 380/220 V và chiếu sáng. Công suất của các loại phụ tải này thường nhỏ nên công suất máy biến áp thường được chọn là loại có công suất từ 630-1000 KVA, loại lớn hơn thường không được chấp nhận vì giá thành lớn và dòng ngắn mạch phía thứ cấp lớn. Công suất của máy biến áp tự dùng cấp II được chọn như sau: SBđm ³ (10 ¸ 15)% SBđm(cấpI) SBđm ³ = 825 kVA Tra bảng chọn loại máy biến áp TM-1000 có các thông số chính: Sđm, kVA Uđm, cao, kV Uđm, hạ, kV DP0, kW DPN, kW UN% I0% 1000 6.3 0.4 2 9 5 1 6.4.CHỌN MÁY BIẾN ÁP DỰ TRỮ CẤP II Máy biến áp dự trữ cấp II được chọn hoàn toàn giống với máy biến áp tự dùng cấp II. 6.5.CHỌN MÁY CẮT PHÍA MẠCH TỰ DÙNG CẤP 10 kV Theo kết quả tính toán ngắn mạch tại điểm N6 trong chương III, đã có kết quả: I”(0)= 56.181 kA, ixk = 143.013 kA. Tra phụ lục chọn máy cắt chân không loại 3AH* của hãng SIEMENS có các thông số như trong bảng sau: Loại Uđm, kV Iđm, kA Icđm, kA 3AH* 12 4 63 6.6.CHỌN MÁY CẮT PHÍA MẠCH 6.3 kV XHT EHT XB2 N6 N9 Tính toán dòng ngắn mạch tại thanh góp phân đoạn 6 kV để chọn máy cắt. Theo kết quả tính ngắn mạch ở chương III ta có: I’’N6 = 56.181 kA Điện kháng hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N6 là: XHTS = = = 0.098 Điện kháng của máy biến áp cấp 1 XB1 = = 1.27 ÞXS = XHTS + XB1 = 0.098 + 1.27 = 1.368 Dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phần chu kỳ tại N9 là N’’N9 = = = 6.7 kA Căn cứ vào dòng ngắn mạch tại N9 ta chọn loại máy cắt 8DA-10 có các thông số kỹ thuật: Loại máy cắt Uđm, kV Iđm, A Icđm, kA Ilđđ, kA Inh/tnh 8DA-10 12 3150 40 52 20/4 6.7.CHỌN AP-TO-MAT CHO PHỤ TẢI TỰ DÙNG CẤP 0.4 kV Ap-to-mat được chọn theo điều kiện: Uđm ³ Uđm mạng = 0.4 kV Iđm ³ I lvmax I cắt đm ³ I’’N Iđm.Ap-to-mat =IđmB.Tự dùngcấp 2 == 1433.4 A Để chọn dòng cắt định mức của ap-to- mat ta tính dòng ngắn mạch tại thanh cái 0.4 kV, tại điểm N8. Lúc này có thể coi MBA tự dùng cấp II là nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch. Sơ đồ thay thế: RB XB N8 6,3KV 0,4KV ZB = RB + jXB = 106 + j104 ZB = = 2.4+ j8 ZB = = 8.35 (mW) -Dòng ngắn mạch tại N8 là: I”N8= kA Căn cứ vào điều kiện chọn ap-to-mat và kết quả tính ngắn mạch, chọn ap-to-mat loại M12 do hãng Merlin Gerin chế tạo có các thông số như trong bảng sau: Loại Uđm,V Iđm, A Số cực IcắtN , kA M12 690 1250 3-4 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Khái, Thiết kế Nhà máy điện và Trạm biến áp, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2004. Đào Quang Thạch, Phạm Văn Hoà, Phần điện trong Nhà máy điện và Trạm biến áp, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2004. Lã Văn Út, Ngắn mạch trong Hệ thống điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2000. Phạm Văn Hoà, Ngắn mạch và đứt dây trong Hệ thống điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2003. Ngô Hồng Quang, Sổ tay lựa chọn thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2004.