Tính toán phụ tải và cân băng công suất

ồ thị phụ tải trung áp nh­ hình 1- 5. 164,706 115,294 24 18 10 1.6. Tính toán đồ thị phụ tải cao áp Chính là phụ tải phát cho hệ thống, được xác định theo biểu thức: SC = Shệ thống= Snhà máy(t) – (Stự dùng + Sđp + ST). Ở đây Snhà máy(t), Stự dùng,Sđp và ST lấy theo các bảng từ 1- 2 đến 1- 5 Kết quả tính toán cho trong bảng 1- 6: Bảng 1- 6 t(h) MVA 0 ¸ 6 6 ¸ 10 10 ¸ 18 18¸ 24 SNM 191,1 294 191,1 191,1 Std 15,7 24,2 15,7 15,7 ST 115,294 115,294 164,706 115,294 SC 60,106 154,51 10,69 60,106 Căn cứ vào kết quả tính toán trên vẽ được đồ thị phụ tải nh­ hình 1-6: 1.7. Các nhận xét Qua tính toán trên thấy rằng phụ tải cựcc đại nhà máy phát lên hệ thống là khá lớn nhưng vẫn nhỏ hơn dự trữ của hệ thống: Nên khi có sự cố nào đó mà nhà máy tách ra khỏi hệ thống thì hệ thống vẫn làm việc bình thường. CHƯƠNG 2 Lựa chọn Các phương án và chọn máy biến áp Mét trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy điện là chọn sơ đồ nối điện chính. Khi chọn được sơ đồ hợp lý không những đảm bảo về mặt kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy có 4 tổ máy. Công suất định mức mỗi tổ máy là 50 MW và cung cấp điện cho phụ tải ở 3 cấp điện áp sau: Phụ tải địa phương 10,5 KV có: Sđpmax = 10,59 MVA. Sđp min = 5,29 MVA. Phụ tải trung áp 110 KV có: STmax = 164,706 MVA. STmin =1115,294 MVA. Phụ tải địa phương 220 KV có: SCmax =154,51 MVA. SCmin =10,69MVA. Do phụ tải địa phương 10,5 KV được cấp bằng 6 đường dây đơn và 1 đường dây kép và cùng cấp điện áp máy phát nên có thể dùng kháng điện để hạn chế dòng ngắn mạch. Theo nhiệm vụ thiết kế thì có tỷ số: Nên nhà máy không có thanh góp điện áp máy phát và các máy phát được nối bộ để thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa, đại tu định kỳ. Ngoài ra nhà máy có 2 cấp điện áp cao 110 KV và 220 KV. Trung tính của 2 cấp điện áp này đều nối đất trực tiếp. Do đó để liên lạc giữa biến áp cấp điện áp 10,5 KV, 110 KV, 220 KV, do hệ thống nối đất trực tiếp nên các máy biến áp liên lạc phải dùng máy biến áp tự ngẫu. 2.1. Các phương án nối điện chính 2.1.1. Phương án 1 2.1.2. Phương án 2 2.1.3. Phương án 3 2.1.4. Các nhận xét 2.1.4.1. Phương án 1 Phương án này dùng 2 máy biến áp tự ngẫu T2, T3 liên lạc giữa áp cao và trung áp, phụ tải địa phương được lấy từ sau các máy biến áp liên lạc của máy phát G2, G3 còn hai máy phát G1, G4 nối bộ máy phát – máy biến áp bộ G1 – T1 bên cao áp và bộ G4 – T4 bên trung áp. Ưu điểm phương án này là phân bố phụ tải và nguồn một cách tương đối cân xứng. Nhược điểm sử dụng nhiều loại máy biến áp điện áp cao nên vốn đầu tư ban đầu có thể lớn. 2.1.4.2. Phương án 2 Phương án này dùng 2 máy biến áp tự ngẫu T1, T2 liên lạc giữa áp cao và trung áp, phụ tải địa phương được lấy từ sau các máy biến áp liên lạc của máy phát G1, G2, còn G3, G4 nối bộ máy phát – máy biến áp bên trung áp. Ưu điểm phương án này là phân bố phụ tải và nguồn một cách cân xứng hơn vì khi phụ tải trung Smax= 93,75 MVA » 1,5 SFđm = 62,5 MVA nên ta đặt 2 máy phát bên trung áp là hợp lý khi sụ cố một bộ bên trung thì các máy biến áp liên lạc không phải tải một lượng công suất lớn từ phía hạ áp sang trung áp. Sử dụng Ýt loại máy biến áp nên thuận tiện cho việc vận hành. Nhược điểm vốn đầu tư ban đầu lớn vì dùng nhiều máy biến áp . 2.1.4.3. Phương án 3 Phương án này dùng 2 máy biến áp tự ngẫu T3, T4 liên lạc giữa áp cao và trung áp, phụ tải địa phương được lấy sau các máy biến áp liên lạc của hai máy phát G3, G4 còn các máy phát khác nối bộ máy phát – máy biến áp bên cao áp. Ưu điểm phương án này là sử dụng Ýt loại máy biến áp nên thuận tiện cho việc vận hành. Nhược điểm vốn đầu tư ban đầu có lớn vì dùng nhiều máy biến áp có điện áp cao, phân bố phụ tải và nguồn một cách không cân xứng vì khi phụ tải trung Smax= 93,75 MVA mà không có máy phát nào bên trung khi sự cố một máy biến áp liên lạc thì máy biến áp liên lạc còn lại phải tải một lượng công suất lớn từ cao áp và hạ áp sang trung áp. 2.1.5. Kết luận Với những ưu nhược điểm của từng phương án đã nêu trên, nhận thấy rằng hai phương án 1 và 2 phát huy được những ưu điểm và hạn chế được nhượng điểm của phương án 3. Nên giữ lại phương án 1, 2 để so sánh về mặt kinh tế. 2.2. Chọn máy biến áp, phân phối công suất cho máy biến áp 2.2.1. Phương án 1 ( Hình 2.1) 2.2.1.1. Chọn máy biến áp Máy biến áp T1 được chọn theo điều kiện sơ đồ bộ: SđmT1 ³ SGđm = 62,5 MVA. Từ điều kiện đó chọn máy biến áp tăng áp 3 pha 2 dây quấn có STđm=63MVA là loại TPДЦH – 63 – 242 – 10,5 có các thông số kỹ thuật trong bảng 2-1. Bảng 2-1 LoạI Sđm (MVA) DP0 (KW) DPN (KW) UN% I0% Giá 103 (USD) TPДЦH-242-10,5 63 67 300 12 0,8 800 Hai máy biến áp tự ngẫu được chọn giống nhau và theo điều kiện: a - hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu. Chọn loại ATДЦTH – 125 – 242 – 121 – 10,5 có các thông số kỹ thuật trong bảng 2-2 Bảng 2-2 Loại Sđm (MVA) DP0 (KW) DPN (KW) UN% I0% Giá 103 (USD) C-T C-H T-H ATДЦTH 125 75 290 11 31 19 0,6 1.700 Máy biến áp T4 được chọn theo điều kiện sơ đồ bộ: SđmT1 ³ SGđm = 62,5 MVA. Từ điều kiện đó chọn máy biến áp tăng áp 3 pha 2 dây quấn có STđm=63MVA là loại TДЦH – 63 – 121 – 10,5 có các thông số kỹ thuật trong bảng 2-3. Bảng 2-3 LoạI Sđm (MVA) DP0 (KW) DPN (KW) UN% I0% Giá 103 (USD) TДЦH-121-10,5 63 59 245 10,5 0,6 700 2.2.1.2. Phân bố công suất cho các cuộn dây của máy biến áp Các bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây G1 – T1 và G4 – T4 để thuận tiện vận hành cho tải với đồ thị bằng phẳng trong suốt quá trình vận hành cả năm. Do vậy công suất tải của mỗi máy biến áp phải là: SđmT1=SđmT4=SGđm - Stự dùng = 62,5 – 8%.62,5 = 57,5 MVA. Đồ thị phụ tải nh­ hình 2 - 4 57,5 t(h) 24 0 S (MVA) H×nh 2 – 4  Với 2 máy biến áp tự ngẫu T2, T3. Công suất truyền tải lên các cấp điện áp được tính nh­ sau: Công suất truyền tải lên trung áp của mỗi máy là: Công suất truyền tải lên cao áp của mỗi máy là: Công suất truyền tải từ cuộn hạ áp mỗi máy là: Dựa vào bảng 1 – 6 tính công suất từng thời điểm mà máy biến áp T2 và T3 phải tải. Kết quả ghi trong bảng 2 – 4 Bảng 2 – 4 t(h) MVA 0¸4 4¸6 6¸8 8¸10 10¸12 12¸14 14¸18 18¸20 20¸24 STphụ tải 65.63 84.38 84.38 84.38 93.75 93.75 84.38 65.63 65.63 SC 44.09 25.34 23.22 92.22 79.66 125.66 114.16 135.03 89.03 ST1=ST4 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 57.5 STT2=STT3 4.06 13.44 13.44 13.44 18.13 18.13 13.44 4.06 4.06 SCT2=SCT3 -6.71 -16.08 -17.14 17.36 11.08 34.08 28.33 38.76 15.76 ShT2=ShT3 -2.65 -2.65 -3.71 30.80 29.21 52.21 41.77 42.83 19.83 Từ bảng 2 – 4 dễ dàng nhận thấy ở chế độ vận hành bình thường các máy biến áp T2 và T3 sẽ không bị quá tải. 2.2.1.3. Kiểm tra sự cố máy biến áp T4 Sự cố xảy ra nặng nề nhất là lúc phụ tải trung áp cực đại: ST= 93,75 MVA. Tương ứng với thời điểm đó có: SC =125,66 MVA; Sđp(t)=10,59 MVA. Đối với bộ máy phát điện – máy biến áp 2 cuộn dây không cần kiểm tra quá tải vì công suất của chúng được chọn theo công suất định mức của máy phát. Việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét với máy biến áp tự ngẫu T2 và T3. Giả thiết sự cố bộ T4: Vào thời điểm này T2 và T3 phải đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải trung áp là 93,75 MVA, nh­ vậy công suất qua mỗi máy là: Trong khi công suất tính toán của T2 và T3 là: . Vậy T2 và T3 sẽ không bị quá tải khi sự cố sự bộ G4 – T4. Trong khi sự cố thì G2 và G3 phải phát với giá trị định mức nên cuộn hạ của T2và T3 là: . Nh­ vậy công suất từ phía 220 kv phải tải sang 110 kv là: STphụ tải- SHT2,T3 = 93,75 – 82,41 = 11,34 MVA. Bé G1 – T1 phát lên hệ thống một lượng công suất: SG1đm - Stự dùng - 11,34 = 62,5 – 20 – 11,34 = 31,16 MVA. Tại thời điểm đó thì công suất phát lên hệ thống còn thiếu một lượng: SC – 31,16 = 125,66 – 31,16 = 94,5 MVA. Vì dự trữ quay của hệ thống bằng 360 MVA nên khi sự cố hỏng bộ G4 – T4 thì nhà máy và hệ thống vẫn làm việc bình thườg. 2.2.1.4. Kiểm tra sự cố khi một máy biến áp liên lạc Khi đó thì T3 và G3 ngừng làm việc và cũng vào thời điểm phụ tải trung áp cực đại. Vào thời điểm này riêng bộ G4 – T4 đã tải lượng công suất là 57,5 MVA. Nh­ vậy tải phía trung áp của máy biến áp liên lạc phải là: STT2=STmax-ST4 = 93,75 – 57,5 = 36,25 MVA < SttT2 =125 MVA. Do đó máy biến áp T2 sẽ không bị quá tải. Công suất tải qua cuộn hạ B2 là: SHT2=SGđm –Stự dùng – Sđp = 62,5 – 16 – 10,59 = 35,91 MVA. Công suất phải truyền từ phía 220 kv sang 110 kv là: STT2 - SHT2= 36,25 – 35,91 = 0,34 MVA. Bé G1 – T1 phát lệ hệ thống một lượng công suất là: SG1đm – Stự dùng – 0,34 = 62,5 –20 – 0,34 = 42,16 MVA. Công suất phát lên hệ thống còn thiếu một lượng là: SC – 42,16 = 125,66 – 42,16 = 83,5 MVA < SdtHT = 360 MVA. Lượng công suất này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên nhà máy vẫn làm việc bình thường. - Giả thiết sự cố bộ G1 – T1 thì phải cắt bớt phần công suất cung cấp cho hệ thống nên không ảnh hưởng tới phụ tải 110 kv. 2.2.2. Phương án 1I ( Hình 2.2) 2.2.2.1. Chọn máy biến áp Máy biến áp T3 và T4 được chọn theo điều kiện sơ đồ bộ: SđmT3 = SđmT4 ³ SGđm = 62,5 MVA. Từ điều kiện đó chọn máy biến áp tăng áp 3 pha 2 dây quấn có STđm=63MVA là loại TДЦH-63-121-10,5 có các thông số kỹ thuật trong bảng 2 – 5 Bảng 2 - 5 Loại Sđm (MVA) DP0 (KW) DPN (KW) UN% I0% Giá 103 (USD) TДЦH-121-10,5 63 59 245 10,5 0,6 700 Hai máy biến áp tự ngẫu được chọn giống nhau và theo điều kiện: Chọn loại ATДЦTH-125-242-121-10,5 có các thông số kỹ thuật trong bảng 2 – 6 Bảng 2 – 6 Loại Sđm (MVA) DP0 (KW) DPN (KW) UN% I0% Giá 103 (USD) C-T C-H T-H ATДЦTH 125 75 290 11 31 19 0,6 1.700 2.2.2.2. Phân bố công suất cho các cuộn dây của máy biến áp Để để đảm bảo kinh tế cho máy biến áp T3 và T4 vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm nh­ sau: SđmT3=SđmT4=SGđm - Stự dùng = 62,5 – 8%.62,5 = 57,5 MVA. Đồ thị phụ tải nh­ hình 2 – 5 57,5 t(h) 24 0 S (MVA) H×nh 2 – 5 Với 2 máy biến áp tự ngẫu T1, T2. Công suất truyền tải lên các cấp điện áp được tính nh­ sau: Công suất truyền tải lên trung áp của mỗi máy là: Công suất truyền tải lên cao áp của mỗi máy là: Công suất truyền tải từ cuộn hạ áp mỗi máy là: Dựa vào bảng 1 – 6 tính công suất từng thời điểm mà máy biến áp T1 và T2 phải tải. Kết quả ghi trong bảng 2 – 7 Bảng 2 – 7 T(h) MVA 0¸4 4¸6 6¸8 8¸10 10¸12 12¸14 14¸18 18¸20 20¸24 SptT 65.63 84.38 84.38 84.38 93.75 93.75 84.38 65.63 65.63 SC 44.09 25.34 23.22 92.22 79.66 125.66 114.16 135.03 89.03 2.STT3 115 115 115 115 115 115 115 115 115 STT1= STT2 24.69 15.31 15.31 15.31 10.63 10.63 15.31 24.69 24.69 SCT1= SCT2 22.04 12.67 11.61 46.11 39.83 62.83 57.08 67.51 44.51 SHT1= SHT2 -2.65 -2.65 -3.71 30.80 29.21 52.21 41.77 42.83 19.83 Từ bảng 2 – 7 trên dễ dàng nhận thấy ở chế độ vận hành bình thường các máy biến áp T1 và T2 sẽ không bị quá tải. 2.2.2.3. Kiểm tra sự cố Sự cố xảy ra nặng nề nhất là lúc phụ tải trung áp cực đại: ST= 93,75 MVA. Tương ứng với thời điểm đó có: SC = 125,66 MVA; Sđp = 10,59 MVA. Tương tù nh­ phương án I bộ máy phát – máy biến áp (T3 và T4) không cần kiểm tra khả năng quá tải. Việc kiểm tra cần thiết cho 2 máy biến áp tự ngẫu T1 và T2. Giả thiết Sự cố bộ T4: khi đó công suất tải qua máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 được tính nh­ sau: Công suất tính toán của mỗi máy biến áp tự ngẫu: SttT1= SttT2= a.SđmT1= 0,5.125 = 62,5 MVA. Do đó 2 máy biến áp không bị quá tải. Công suất truyền lên từ phía hạ áp: SHT1,T2=2.SGđm –(Sdp+2.Std)=2.62,5–(10,59+2.20)= 74,41 MVA. Công suất tải lên phía cao áp: SCT1,T2= SHT1,T2- STT1,T2=74,41 – 2.18,125 = 38,16 MVA. Nh­ vậy các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 vẫn bị non tải nếu sự cố một bộ bên trung. Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng là: Sthiếu=SC-SCT1,T2=125,66–38,1687,5MVA<Sdt hệ thống= 360 MVA. Nên hệ thống và nhà máy vẫn làm việc bình thường. 2.2.2.4. Khi một máy biến áp liên lạc bị sự cố (máy biến áp T2 sự cố ) Công suất tải phía trung áp nh­ sau: STT1= ( ST3 + ST4) - ST = (57,5 + 57,5) – 93,75 = 21,25 MVA. Khi T2 sự cố thì công suất vẫn truyền tư trung áp sang. Công suất truyền vào từ phía hạ: SHT1 = SGđm – Stự dùng – Sđp = 62,5 – 20 – 10,59 = 31,91 MVA. Lượng công suất truyền lên cuộn cao: SCT1 = STT1 + SHT1 = 21,24 + 31,91 = 53,16 MVA. Khi máy biến áp T2 sự cố thì máy biến áp T1 làm việc vẫn non tải. Lúc đó công suất hệ thống thiếu một lượng: Sth = CC – SCT1 = 125,66 – 53,16 =72,5MVA<SdtHT=360 MVA. Vậy khi máy biến áp bị sự cố thì hệ thống và nhà máy vẫn làm việc bình thường 2.3. Tính toán tổn thất điện năng cho các phương án Tính toán tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu được trong việc đánh giá một phương án vế kinh tế và kỹ thuật. Trong nhà máy điện tổn thất điện năng chủ yếu gây nên bởi các máy biến áp tăng áp. Sau đây là phần tính tổn thất điện năng với từng phương án đã nêu trên. 2.3.1. Phương án 1 (Hình 2.1) 2.3.1.1. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp bộ T1 Với máy đã chọn: TPДЦTH – 63 – 242 – 10,5 có DP0=67 KW và DPN=300 KW. Từ đó dựa vào biểu thức: . T = 8760h – Thời gian làm việc của máy biến áp. ti – Thời gian làm việc của máy biến áp trong ngày. Si – Phụ tải của máy biến áp trong thời gian ti được lấy theo đồ thị phụ tải hàng ngày. t = 360 ngày- Số ngày làm việc trong năm. Thay và biểu thức trên có: 2.3.1.2. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp bộ T4 Với máy đã chọn: TPДЦTH – 63 – 121 – 10,5 có DP0=59 KW và DPN=245 KW. Tương tù nh­ máy biến áp T1 có: 2.3.1.3. Tổn thất điện năng của máy biến áp tự ngẫu T2 và T3 Ở trên đã chọn 2 máy biến áp tự ngẫu T2 và T3 đã chọn: ATДЦTH – 125 – 242 – 121 – 10,5 có DP0=75 KW và DPN=290 KW. Tổn thất trong các cuộn dây của máy biến áp nh­ sau: Các máy biến áp tự ngẫu nên có DPC-TN = 290 KW. Và lấy: DPNC-H = DPNT-H = 0,5 . DPNC-T = 0,5 . 290 = 145 KW. Từ đó tính được: Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu được xác định theo biểu thức: SCi, STi, SHi – Công suất truyền qua các cuộn dây cao, trung, hạ của máy biến áp tại mỗi thời điểm ti (đã có trong bảng 2 – 7 ở trên). t = 365 ngày và T = 8760 h. n – số máy biến áp làm việc song song. DP0, DPN - Công suất ngắn mạch của các cuộn dây máy biến áp. SđmT – Công suất định mức của máy biến áp. Thay các giá trị vào biểu thức trên có: Từ các gía trị tính tổn thất điện năng trên dễ dàng tính được tổng tổn thất điện năng của phương án I: DAI = DAT1 +DAT2 +DAT3 +DAT4 = 2776,09+1167,02+2304,66 = 6247,77 MWh. 2.3.2. Phương án 2(Hình 2.2) 2.3.2.1. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp bộ T3 và T4 Vì ở trên đã chọn 2 máy biến áp T3 và T4 cùng kiểu giống máy biến áp T4 của phương án I là loại : TPДЦTH – 63 – 121 – 10,5 do đó tỏn thất điện năng của T3 và T4 cũng giống tổn thất điện năng của T4 ở phương án I và được: . DT3 = DT4 =2304,66 MWh. 2.3.2.2. Tổn thất điện năng của máy biến áp tự ngẫu T2 và T3 Tính toán tương tự nh­ phương án I được: DPNC = DPNT = 145 KW. DPNH = 45 KW. Và cũng từ biểu thức tính tổn thất điện năng cho máy biến áp tự ngẫu ở phương án I kết hợp với bảng số liệu ở trên. Tổn thất điện năng cho 2 máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 nh­ sau: Từ các gía trị tính tổn thất điện năng trên dễ dàng tính được tổng tổn thất điện năng của phương án II: DAII = DAT1 +DAT2 +2.DAT3 = 1230,79 + 2.2304,66 = 5840,11 MWh. CHƯƠNG 3 SO SÁNH KINH TẾ KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Mục đích của chương này là song song, đánh giá các phương án đã nêu trên về mặt kinh tế và kỹ thuật. Từ đó lựa chọn được phương án tối ưu đảm bảo điều kiện kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế. Trên thực tế vốn đầu tư thiết bị phân phối chủ yếu phụ thuộc vào máy biến áp và máy cắt. Vì vậy để chọn các mạch thiết bị phân phối từng phương án phải chọn máy cắt. Các máy cắt được chọn theo: Điện áp định mức: điện áp định mức của máy cắt phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện (thường chọn bằng). Dòng điện định mức: Dòng điện định mức của máy cắt phải lớn hơn hoặc bằng dòng cưỡng bức của mạch. Các máy cắt được chọn phải thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt. Tuy nhiên các máy cắt nói chung khả năng ổn định nhiệt khá lớn, đặc biệt với những máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000 A không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 3.1. Chọn sơ bộ các khí cụ điện 3.1.1. Xác địn dòng cưỡng bức của mạch 3.1.1.1 Phương án I 3.1.1.1.1. Cấp điện áp cao 220 kv. - Mạch đương dây: Phụ tải cực đại của hệ thống là SHTmax = 135,03 MVA. Vì vậy dòng làm việc cưỡng búc của mạch đường dây được tính với điều kiện một lộ bị đứt. Khi đó có: - Mạch máy biến áp 3 pha 2 dây quấn thì dòng làm việc cưỡng bức được xác định theo dòng cưỡng bức của mạch máy phát điện. - Mạch máy biến áp tự ngẫu: khi 1 máy biến áp tự ngẫu không làm việc còn phải đưa vào hệ thống một lượng công suất: Smax = SHTmax = 42,61 MVA (đã tính ở phần phân bố công suất trong cuộn dây máy biến áp). Dòng làm việc cưỡng bức của mạch này: . Nh­ vậy dòng điện làm việc cưỡng bức ở cấp điện áp 220 kv xá định bởi dòng cưỡng bức của đường dây là: 0,3544 KA. 3.1.1.1.2. Cấp điện áp 110 kv - Mạch đường dây: Phụ tải cực đại phía trung áp là :STmax = 93,75 MVA. Giả thiết phụ tải 4 hộ có công suất bằng nhau. Nh­ vậy phụ tải cực đại ở một hộ là: - Mạch máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây: Dòng làm việc được xác định theo dòng cươngc bức của máy phát điện: - Mạch máy biến áp liên lạc: Khi sự cố bộ máy phát điện – máy biến áp thì công suất lớn nhất mà 2 máy biến áp phải tải sang bên trung áp là: STmax = 93,75 MVA từ đó dòng làm việc cưỡng bức qua 1 máy biến áp: Nh­ vậy dòng điện làm việc cưỡng bức ở cấp điện áp 110 kv xá định bởi dòng cưỡng bức của đường dây là: 0,344 KA. 3.1.1.1.3. Cấp điện áp 10,5 kv Dòng điện cưỡng bức chính là dòng làm việc cưỡng bức của máy phát: 3.1.1.2. Phương án II 3.1.1.2.1. Cấp điện áp cao 220 kv. - Mạch đương dây: Tương tự nh­ phương án I có Ilvcb= 0,3544 KA. - Mạch máy biến áp tự ngẫu: khi 1 máy biến áp tự ngẫu không làm việc còn phải đưa vào hệ thống một lượng công suất: Smax = SHTmax = 53,61 MVA (đã tính ở phần phân bố công suất trong cuộn dây máy biến áp). Dòng làm việc cưỡng bức của mạch này: . Nh­ vậy dòng điện làm việc cưỡng bức ở cấp điện áp 220 kv xá định bởi dòng cưỡng bức của đường dây là: 0,3544 KA. 3.1.1.2.2. Cấp điện áp 110 kv - Mạch đường dây: Tương tù nh­ phương án I có Ilvcb = 0,123 KA. - Mạch máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây: Tương tù nh­ phương án I có Ilvcb = 0,344 KA. - Mạch máy biến áp liên lạc: Khi sự cố bộ máy phát điện – máy biến áp khi phụ tải trung áp cực tiểu điểu đó có nghĩa là lúc này công suất truyền từ trung áp sang cao áplà lớn nhất: Smax = 2.ST3 – STmin = 2. 57,5 – 65,63 = 49,37 MVA. Nh­ vậy dòng điện làm việc cưỡng bức ở cấp điện áp 110 kv xá định bởi dòng cưỡng bức của đường dây là: 0,344 KA. 3.1.1.2.3. Cấp điện áp 10,5 kv Dòng điện cưỡng bức chính là dòng làm việc cưỡng bức của máy phát: 3.1.2 Chọn sơ bộ máy cắt điện Hiện nay hầu hết trong các nhà máy điện và trạm biến áp đều dùng máy cắt SF6 là loại máy cắt làm việc rất đảm bảo, kích thước gọn nhẹ. Vì vậy trong bản thiết kế này chọn loại máy cắt SF6 để thiết kế Dựa vào cấp điện áp và dòng điện cưỡng bức của các mạch để chọn sơ bộ máy cắt cho các mạch nh­ trong bảng 3 – 1 : Bảng 3 – 1 Phương án Cấp điện áp Ilvcb KA Loại máy cắt Đại lượng định mức Giá 103 USD Uđm kv Iđm kA Icắtđm kA Ilđđ KA Phương án I 220 0.35 3AQ1 245 4 40 100 60 110 0.34 3AQ1 123 4 40 100 30 10,5 3.61 8BK41 12 12,5 80 225 20 Phương án II 220 0.35 3AQ1 245 4 40 100 60 110 0.34 3AQ1 123 4 40 100 30 10,5 3.61 8BK41 12 12,5 80 225 20 3.2. Chọn sơ đồ thanh góp ở các cấp điện áp 3.2.1. Thanh góp trung áp và cao áp Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy phải cung cấp công suất cho phụ tải trung áp 110 kv với 2 đường dây kép và 2 đường dây đơn và thanh góp cao áp nối với hệ thống nên trong nhiện vụ thiết kế này chọn sơ đồ hệ thống 2 thanh góp (như hình vẽ dưới) 3.2.2. Mạch máy phát Mạch máy phát có mức điện áp thấp (10 KV) nên ta chọn tất cảc các máy cắt là máy cắt hợp bộ nh­ hình vẽ dưới: 3.2.3. Phương án I 3.2.3.1. Tính vốn đầu tư - Hai tổ hợp máy biến áp tự ngẫu kiểu ATДЦTH 125/242/121/10,5 với giá tiền 1700.103 USD mối máy. giá tiền đầu tư cho máy biến áp tự ngầu là: VB = n.vB.kB. Trong đó: n – số máy biến áp tự ngẫu. vB – giá tiền một máy biến áp. kB- hệ số có tính đến tiền chuyên chở và xây lắp máy biến áp. VB = n.vB.kB.= 2.1700.103 . 1,4= 4760.103 USD. - Máy biến áp hai cuộn dây kiểu TPДЦH 63/242/10,5 với giá tiền 800.103 USD mối máy. VB = vB.kB = 800 . 103 . 1,4 = 1120 . 103 USD. - Máy biến áp hai cuộn dây kiểu TДЦH 63/121/10,5 với giá tiền 700.103 USD mối máy. VB = vB.kB = 700 . 103 . 1,4 = 980 . 103 USD. Tổng vốn đầu tư cho máy biến áp: VBA = SVBi = (4760 + 1120 + 980).103 = 6860.103 USD. - Giá tiền đầu tư cho các thiết bị phân phối. Với mạch 220 KV mỗi máy cắt giá 60.103 USD mối máy. giá tiền đầu tư cho mạch 220 KV: VMC = n.vMC. Trong đó: n – số máy cắt. vMC – giá tiền một máy cắt. VMC220 = 4.vMC220 = 4.60.103 = 240.103 USD. - Mạch bên 110 KV: VMC110 = 4.vMC110 = 4.30.103 = 120.103 USD. - Mạch máy phát 10,5 KV: VMC10,5 = 2.vMC10,5 = 2.20.103 = 40.103 USD. Tổng vốn đầu tư cho máy cắt: VTBPP = SVMCi = (240 + 120 + 40).103 = 440.103 USD. Từ kết quả trên tính được vốn đầu tư cho các thiết bị là: VI = VBA + VTBPP = (6860 + 440).103 = 7300.103 USD. 3.2.3.2. Phí tổn vận hành hàng năm (P) - Chi phí cho tổn thất điện năng(Pt) ở chương II đã tính giá trị tổn thất điện năng DA của phương án I là: 6247,77 MWh và lấy b = 0,07 USD/KWh. Như vậy: Pt = b.DA=0,07.6247,77.103 = 437,34.103 USD. 3.2.3.3. Chi phí khấu hao hàng năm (PK) TÝnh Pk theo biểu thức: Pk = 0,01(aB.VB + aTB.VTBPP) a- định mức khấu hao % (xác định theo bảng 4-4 sách thiết kế nhà máy điện) lấy ab = 6%, aTBPP=8%. Vậy: Pk = 0,01(6. 6860 + 8.440).103 =446,8.103 USD. Vậy tổng phí tổn hàng năm (P): PI = Pt + Pk = (437,34 + 446,8).103= 884,14.103 USD. 3.2.3.4. Chi phí tính toán hàng năm (C) Tdm – thời gian thu hồi vốn định mức Tdm = 8 năm. 3.2.4. Phương án II 3.2.4.1. Tính vốn đầu tư - Hai tổ hợp máy biến áp tự ngẫu tương tự nh­ phương án I có VB = 4760.103 USD. - Máy biến áp hai cuộn dây kiểu TДЦH 63/121/10,5 với giá tiền 700.103 USD mối máy. VB = n.vB.kB = 2.700 . 103 . 1,4 = 1960 . 103 USD. Tổng vốn đầu tư cho máy biến áp: VBA = SVBi = (4760 + 1960).103 = 6720.103 USD. - Giá tiền đầu tư cho các thiết bị phân phối. Với mạch 220 KV mỗi máy cắt giá 60.103 USD mối máy. giá tiền đầu tư cho mạch 220 KV: VMC = n.vMC. Trong đó: n – số máy cắt. vMC – giá tiền một máy cắt. VMC220 = 3.vMC220 = 3.60.103 = 180.103 USD. - Mạch bên 110 KV: VMC110 = 5.vMC110 = 54.30.103 = 150.103 USD. - Mạch máy phát 10,5 KV: VMC10,5 = 2.vMC10,5 = 2.20.103 = 40.103 USD. Tổng vốn đầu tư cho máy cắt: VTBPP = SVMCi = (180 + 150 + 40).103 = 370.103 USD. Từ kết quả trên tính được vốn đầu tư cho các thiết bị là: VII = VBA + VTBPP = (6720 + 370).103 = 7090.103 USD. 3.2.4.2. Phí tổn vận hành hàng năm (P) Chi phí cho tổn thất điện năng(Pt) Tổn thất điện năng DA của phương án II là: 5840,11 MWh và lấy b = 0,07 USD/KWh. Như vậy: Pt = b.DA=0,07. 5840,11.103 = 408,81.103 USD. 3.2.4.2. Chi phí khấu hao hàng năm (PK) TÝnh Pk theo biểu thức: Pk = 0,01(6. 6720 + 8.370).103 =432,8.103 USD. Vậy Tổng phí tổn vận hành hàng năm(P) P = Pt + Pk = (408,81 + 432,8).103= 841,61.103 USD. 3.2.4.3 Chi phí tính toán hàng năm (C) 3.2.5. Nhận xét chung Từ các kết quả tính toán trên có bảng 3.2.5 Bảng 3.2.5 Phương án Vồn đầu tư (V)103 USD Phí tổn vận hành hàng năm (P) 103 USD Chi phí tính toán hàng năm (C) 103 USD I 7300 884,14 1796,64 II 7090 841,61 1727,85 Từ các kết quả tính toán được ở trên cho thấy rằng: Về mặt kỹ thuật cả 2 phương án đã nêu trên đều đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải theo yêu cầu thiết kế. Về mặt kinh tế thì phương án II thấp hơn so với phương án I: . . . Nh­ vậy về mặt kinh tế 2 phương án là tương đương nhau còn về nặt kỹ thuật thì phương án I có đến 3 chủng loại máy biến áp do đó vận hành phức tạp, xây dựng không thuận lợi. Từ các nhận xét đó chọn phương án I là phương án tối ưu cho nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện này. CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Mục đích của việc tính toán dòng điện ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy, theo các điều kiện đảm bảo các tiêu chuẩn về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện và dây dẫn là dòng ngắn mạch 3 pha. Để tính toán dòng điện ngắn mạch trong thiết kế, dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình tức là chọn Ucb = Utb. Công suất cơ bản được chọn là Scb = 100 MVA. Trước hết cần tính điện kháng tương đối cơ bản của hệ thống. Nhiệm vụ thiết kế cho: Xhệ thống =0,7Với Shệ thống= 1500 MVA. Vậy Ở đây hệ thống có công suất tương đối lớn, nhưng vẫn là hệ thống có công suất hữu hạn với điện kháng tương đối định mức tương đối lớn. Do đó các tính toán ngắn mạch dưới đây coi hệ thống nh­ 1 máy phát đẳng trị. Trong tính toán gần đùng khi biến đổi sơ đồ có thể nhập hệ thống với các máy phát điện không bị ngắn mạch đầu cực. Sau đây là phần tính toán ngắn mạch cho nhiệm vụ htiết kế cụ thể: Để chọn khí cụ điện cho mạch 220 KV tính toán ngắn mạch tại điểm N1. Nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát và hệ thống. Đối với mạch 110 KV điểm ngắn mạch tính toán là điểm N2. Nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát và hệ thống. Đối với mạch máy phát tính toán ngắn mạch tại N3 4.1. Xác định điện kháng Điện kháng đẳng trị của hệ thống đã tính ở trên x1=xhệ thống= 0,027 Điện kháng đường dây: x0 = 0,4 W/km. Do đó: x3=. Điện kháng máy biến áp tự ngẫu: ATДЦTH –125 – 242 – 115 – 10,5 Có : UNC-T=11 ; UNC-H=31 ; UNT-H=19 Từ đó có: . . . Điện kháng tương đối của máy biến áp tự ngẫu: . x4 = xCT1 =x5 = xCT2. xT = 0 do UNT » 0. . x6 = xHT1= x7 = xHT2. Điện kháng máy biến áp 2 dây quấn T3 = T4 loại TДЦH –115-10,5 có SđmT3 = SđmT4 = 63 MVA, UN = 10,5%. . x8 = xT3=x9=xT4. Điện kháng máy phát: TB – 50 – 2 có x”d= 0,135. . X10 = x11=x12=x13 = xG. 4.2. Sơ đồ thay thế 4.3. Tính toán dòng điện ngắn mạch 4.3.1. Điểm ngắn mạch N1 Từ sơ đồ hình 4-2 với điểm ngắn mạch N1 biến đổi đẳng trị được sơ đồ được x14 = x1+(x2//x3)= 0,027 + 0,5 . 0,034 = 0,044. x15 = x18 = x6 + x10 = 0,156 + 0,216 = 0,372. x16 = x17 = x8 + x11 = 0,167 + 0,216 = 0,383. Dùng phép biến đổi ghép song song EG1, EG2, EG3, EG4 và x4, x5 được: x19 = x4//x5 = 0,5 x4 = 0,5 . 0,092 = 0,046. x20 = x15 // x16 // x17 // x18 = 0,5.x15 // 0,5.x16 Có x20 nối tiếp với x19: x21 = x20+x19 = 0,094 + 0,046 = 0,14. Sơ đồ có dạng sau: Do hệ thống có công suất vô cùng lớn nên không thể ghép song song hệ thống với các máy phát được và để sơ đồ hai biến đối nh­ hình 4 - 4. Tính ngắn mạch bằng đường cong tính toán, tính xtt theo biểu thức: . åSđm1 = 4.SđmF =4.62,5 = 250 MVA. . åSđm2 = SHT = 3000 MVA. . Tra đường cong tính toán được: I”*1 = 2,88; I¥*1 = 2,15. I”*2 = 0,74; I¥*2 = 0,82. Đổi ra đơn vị có tên được . . . Dòng điện ngắn mạch tổng của điểm N1: I”= I”1 + I”2 = 1,807 + 5,573 = 7,38 KA. I¥= I¥1 + I¥2 = 1,35 + 6,175 = 7,525 KA. ixk= ixk1 + ixk2 = 4,6 + 14,186 = 18,786 KA. 4.3.2. Điểm ngắn mạch N2 Tương tù nh­ điểm N1 có sơ đồ thay thế hình 4 - 5 x14 = x1+(x2//x3)= 0,027 + 0,5 . 0,034 = 0,044. x15 = x18 = x6 + x10 = 0,156 + 0,216 = 0,372. x16 = x17 = x8 + x11 = 0,167 + 0,216 = 0,383. Dùng phép biến đổi ghép song song EG1, EG2, EG3, EG4 và x4, x5 được: x19 = x4//x5 = 0,5 x4 = 0,5 . 0,092 = 0,046. x20 = x15 // x16 // x17 // x18 = 0,5.x15 // 0,5.x16 Có x20 nối tiếp với x19: x21 = x14+x19 = 0,044 + 0,046 = 0,09. Sơ đồ có dạng sau: Tính xtính toán theo biểu thức: . åSđm1 = 4.SđmF =4.62,5 = 250 MVA. . åSđm2 = SHT = 3000 MVA. . Tra đường cong tính toán được: I”*1 = 4,4; I¥*1 = 2,5. I”*2 = 0,37; I¥*2 = 0,39. Đổi ra đơn vị có tên được . . . Dòng điện ngắn mạch tổng của điểm N2: I”= I”1 + I”2 = 5,52 + 5,573 = 11,093 KA. I¥= I¥1 + I¥2 = 3,14 + 5,874 = 9.012 KA. ixk= ixk1 + ixk2 = 14,05 + 14,0186 = 28,236 KA. 4.3.3. Điểm ngắn mạch N3 Khi ngắn mạch đầu cực máy phát tại điểm N3 có sơ đồ thay thế nh­ sau: Biến đổi đẳng trị sơ đồ x14= x1+(x2//x3)+(x4//x5) x14= 0,027+ 0,5( 0,034+ 0,092) x14= 0,0585 x15= x6 + x10=0,156+0,216 x15= 0,372 x16= x17= x8 + x11 x16= x17= 0,167 + 0,216 = 0,383 Sau khi biến đổi ta được sơ đồ sau: Biếm đổi tiếp có: x18= x15//x16//x17 Được sơ đồ sau: Biến đổi sao x18, x14, x7 Thành sao x19, x20, x21 Đưa sơ đồ về dạng 3 biến đổi sau: xtt1 = x19; xtt2 = x20; xtt3 = x13. åSđm1=3.SđmF=3.62,5=187,5 MVA. . åSđm2 = SHT = 3000 MVA. . åSđm3 = SFđm = 62,5 MVA. . Tra đường cong tính toán được: I”*1 = 0,97; I¥*1 = 0,84. Do xtt2 >3 nên dòng điện ngắn mạch được tính nh­ sau: I”*3 = 8; I¥*3 = 2,75. Đổi ra đơn vị có tên được . . . Dòng điện ngắn mạch tổng của điểm N3: I”= I”1 + I”2+ I”3 = 10 + 21,44 + 27,49 = 58,93 KA. I¥= I¥1 + I¥2 + I¥3 = 8,66 + 21,44 + 9,45 = 39,55 KA. ixk= ixk1 + ixk2+ ixk3 = 25,456 + 54,58 + 70 = 150,36 KA. Kết quả tính toán ngắn mạch được tổng kết trong bảng 4 – 1 Bảng 4 – 1 Cấp điện áp Điểm ngắn mạch I”(KA) I¥ (KA) ixk (KA) 230 N1 7,38 7,525 18,786 115 N2 11,093 8,924 28,236 10,5 N3 58,93 39,55 150,36 CHƯƠNG 5 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 5.1. Chọn máy cắt Các máy cắt đã chọn ở chương 3 thoả mãn các điều kiện làm việc với dòng cưỡng bức cũng nh­ đảm bảo cắt dòng ngắn mạch và dòng điện ổn định động của mạch IđmMC > Icb. ICđm > I”. Iôđđ > ixk. Do tất cả các máy cắt có dòng điện định mức lớn hơm 1000A nên không phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của máy cắt. 5.2.Chọn thanh dẫn 5.2.1. Chọn thanh dẫn cứng. Thanh dẫn cứng dùng để nối từ máy phát tới cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp ba pha hai cuộn dây. Tiết diện của thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài. Giả thiết nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn bằng đồng là qcp = 70oC, nhiệt độ môi trường xung quanh là q0 = 35oC và nhiệt độ tính toán định mức là qđm = 250C. Từ đó ta có hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ là : Tiết diện của thanh dẫn cứng được chọn theo dòng điện lâu dài cho phép Ilvcb £ Icp.Khc Do đó ta có : Icp ³ kA Nh­ vậy ta chọn thanh dẫn cứng bằng đồng, có tiết diện hình máng như hình 6-1, quét sơn và có các thông số như ở bảng 5 – 1 : Bảng 5 – 1 Kích thước (mm) Tiết diện 1cực mm2 Mô men trở kháng (cm3) Mô men quán tính (cm4) Icp cả 2 thanh A H B c r 1 thanh 2 thanh 1 thanh 2 thanh Wxx Wyy Wyoyo Jxx Jyy Jyoyo 100 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 h x c b y y0 y H×nh 6-1 AДЦ-400 AOДЦTH-267 AДЦ-400 3AF2 ~ ~ ~ ~ G4 G1 G2 H×nh 5-1 G3 h y y y y y0 yo x x b h c H×nh 5 – 1 5.2.1.2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi nhắn mạch Thanh dẫn đã chọn có dòng điện cho phép Icp > 1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 5.2.1.3. Kiểm tra ổn định động Lấy khoảng cách giữa các pha là a = 60 cm, khoảng cách giữa hai sứ đỡ là l = 150 cm. * Tính ứng suất giữa các pha: Lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là: F1 = 1,76.10-2..ixk2 kG. ( khd = 1 ) = 1,76.10-2..150,362 = 1139,71 kG. Môment uốn tác dụng lên chiều dài nhịp : M1 = = =17905,65 kG.cm. Và ứng suất do lực động điện giữa các pha là : s1 = = = 197,056 kG/cm2. với Wyoyo =100 cm3 là mô men chống uốn của tiết diện ngang thanh dẫn. Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm : Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra: f2 = 0,255.10-2. .ixk2 kG/cm = 0,255.10-2. .150,362 = 4,61 kG/cm Ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra : s2 = = kG/cm2 . Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là : scpCu ³ s1 + s2 . hay s2 £ scpCu - s1. l2 £ . Với thanh dẫn đồng scpCu = 1400 kG/cm2. Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là : l2max = = 172,47 cm. Giá trị này nhỏ hơn khoảng cách của khoảng vượt l = 180 cm. Do đó chỉ cần đặt miếng đệm tại hai đầu sứ mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động. Khi xét đến dao động: Tần số riêng của dao động thanh dẫn dược xác định theo công thức sau : fr = . Trong đó : E : Mô đun đàn hồi của vật liệu ECu = 1,1.106 kG/cm2 Jyoyo: Mô men quán tính Jyoyo= 290 cm4 S : Tiết diện thanh dẫn S = 2.13,7 = 27,4 cm2 g : Khối lượng riêng của vật liệu gCu = 8,93 g/cm3 Suy ra: fr = = 125,458 Hz. Với tấn số tính được nằm ngoài khoảng cộng hưởng (45 - 55) Hz và (90 - 110) Hz. Vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến dao động. 5.2.2. Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng Sứ đỡ thanh dẫn cứng được chọn theo điều kiện sau: Loại sứ: Sứ đặt trong nhà. Điện áp: USđm ³ Uđm = 10,5 kV. Điều kiện ổn định động. Ta chọn sứ OF- 10-4250KB.Y3 có: Uđm = 10 kV ; Fph = 4250 kG ; HS=230 mm. Kiểm tra ổn định động: Sứ được chọn cần thoả mãn điều kiện : F’tt £ 0.6 Fph. trong đó: Fph- Lực phá hoại cho phép của sứ. F’tt- Lực động điện đặt trên đầu sứ khi có ngắn mạch. F’tt = F1. Với: F1 – Lực động điện tác động lên thanh dẫn khi có ngắn mạch H – Chiều cao của sứ. H’ – Chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn. Thanh dẫn đã chọn có chiều cao h = 100 mm. Do đó: H’= H + 0,5.h =230 + 0,5.100 = 280 mm. Lực phá hoại tính toán của sứ : kG. Lực này nhỏ hơn lực phá hoại cho phép của sứ. Vậy sứ đã chọn hoàn toàn thoả mãn. H=230 mm H'=280 mm Thanh dÉn Sø F1 Ftt H×nh 5.2 5.3. Chọn dây dẫn và thanh góp mềm phía điện áp 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 220 kV và 110 kV tương ứng. Thanh góp ở các cấp điện áp này cũng được chọn là thanh dẫn mềm. Tiết diện dây dẫn mềm được chọn theo điều kiện nhiệt độ cho phép tronqg chế độ làm việc lâu dài. Ở đây ta dùng dây dẫn trần có nhiệt độ cho phép lâu dài qcp = 700C. Nhiệt độ định mức của môi trường qođm = 250C và ta coi nhiệt độ môi trường xung quanh q0 = 350C. Khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ: Icp' = Khc. Icp. Với Khc = = 0,88. 5.3.1. Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm. Điều kiện chọn: Icp' ³ Icb với Icb là dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch được chọn. Icp' = Khc. Icp ³ Icb. hay Icp ³ .Icb. Mạch điện áp 220 kV: Icb = 0,35 kA hay Icp ³ .0,35 = 0,4 kA. Mạch điện áp 110 kV: Icp = 0,34 kA. hay Icp ³ .0,34 = 0,39 kA. Từ đó ta chọn dây dẫn và thanh góp mềm là loại AC, có thông số nh­ bảng 5 – 2 : Bảng 5 – 2 Điện áp Mạch điện Tiết diện chuẩn Nhôm/thép Tiết diện mm2 Đường kính mm Icp (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 220 kV Phía cao MBA và thanh góp 240/32 244 31,7 21,6 7,2 610 110 kV Phía trung MBA và thanh góp 240/32 244 31,7 21,6 7,2 610 5.3.2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là . BN - Xung lượng nhiệt của dòng điện 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 0,5sec. Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ: BNKCK1 = IN1" 2 . Ta = (7,38.103)2. 0,05 = 2,7.106 A2.S. BNKCK2 = IN2" 2 . Ta = (11,093.103)2. 0,05 = 6,15.106 A2.S. Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị. BNCK1 = S Itbi" 2 . DTi = (7,38.103)2. 0,05 = 2,7.106 A2.S. Từ sơ đồ tính toán ngắn mạch điểm N1 và N2 (đã đưa về 2 biến đổi) của phương án tối ưu (phương án 2), ta tính được giá trị dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 và N2 theo thời gian nh­ bảng 5 – 3: Bảng 5 – 3 t(sec) 0 0,1 0,2 0,5 1,0 Dòng điện(kA) IN1 7.380 6.665 6.307 6.439 7.524 IN2 11.09 10.166 9.406 8.738 9.012 Điểm N1 : kA2. kA2. kA2. kA2. Từ đó BNCK1=49,44.0,1 + 42,1.0,1 + 40,62.0,3 + 49,03.0,5=45,86 kA2.S Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N1 : BN1 = BNCK1 + BNKCK1 = (45,86 + 2,7).106 = 48,56.106 A2.S. Điểm N2 : kA2. kA2. kA2. kA2. Từ đó BNCK2=113.23.0,1+95.91.0,1+82.41.0,3 +78.78.0,5 = 85,029 kA2.S Vậy xung lượng của dòng ngắn mạch tại N2: BN2 = BNCK2 + BNKCK2 = (85,029 + 6,15).106 = 91,179 . 106 A2.S Tiết diện dây nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220 kV và 110 kV là: mm2. mm2. Vậy các dây dẫn và thanh góp đã chọn đều đảm bảo ổn định nhiệt . 5.3.3. Kiểm tra điều kiện vầng quang. Điều kiện: Uvq = 84.m.r.lg³ Uđm. Trong đó : m - Hệ số có xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn,m=0,85. r - Bán kính ngoài của dây dẫn, cm. a - Khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, cm. Khi ba pha bố trí trên mặt phẳng ngang thì giá trị này giảm đi 4% đối với pha giữa và giảm 6% đối với dây dẫn pha bên. Điện áp 220 kV: Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 240 mm2 r = 1,08 cm. a = 500 cm. Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi ba pha bố trí trên mặt phẳng ngang: Uvq = 0,96.84.0,85.1,08 lg = 197 kV < Uđm = 230 kV. Không thoả mãn điều kiện vầng quang. Vì vậy ta chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn cho mạch cao áp chọn dây dẫn AC-400/22 có r = 1,33 cm khi đó: Uvq = 0,96.84.0,85.1,33 lg = 235 kV > Uđm = 220 kV. Thanh góp thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Điện áp 110 kV: Kiểm tra dây dẫn AC - 240 có r = 1,08 cm, a = 300 cm, Uvq = 0,96.84.0,85.1,08 lg =180,9 kV > Uđm = 110 kV. Thanh góp đã chọn thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Tóm lại: Dây dẫn mềm, thanh góp mềm phía 220 kV là dây AC-400, còn các dây dẫn mềm, thanh góp mềm phía 110 kV là dây AC-240 thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt và phát sinh vầng quang, tức là thoả mãn yêu cầu kinh tế - kỹ thuật. 5.4. Chọn dao cách ly Dao cách ly được chọn theo điều kiện: - Điện áp : UDCLđm ³ Uđm. - Dòng điện : IDCLđm ³ Iđm. - Điều kiện ổn định động: ildd ³ ixk. Do đó chọn dao cách ly có thông số kỹ thuật nh­ sau: Bảng 5 – 4 Cấp điện áp (KV) Đại lượng tính toán Kiểu Dao cách ly Đại lượng định mức Ilvcb (KA) I” (KA) ixk (KA) UDCLđm (KV) IDCLđm (KA) ildd (KA) 220 0,35 7,38 18,786 PHД-220T/1500 220 1,5 80 110 0,34 11,09 28,236 PHДЗ-110/1000 110 1 80 10,5 3,61 58,93 150,36 PBK-10/5000 10 5 200 Không cần kiểm tra ổn định nhiệt với dao cách ly có dòng điện định mức lớn hơn hoặc bằng 1000 A. 5.5. 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 10 kV có Pmax=9MW, cosj = 0,85 bao gồm 1 kép x3MWx4km và 6 đơn x1MWx3 km. Tiết diện cáp được chọn theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế: Skt = . Dòng điện làm việc bình thường của đường cáp kép: Ibt = A. Dòng điện làm việc bình thường của đường cáp đơn: Ibt = A. Thời gia sử dụng công suất cực đại trong năm: Tmax=365 S= = 6059 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 = mm2. Tiết diện cáp kinh tế của đường dây đơn: Skt = mm2. Tra bảng ta chọn cáp của đường cáp kép có S = 95 mm2, tương ứng với Icp = 205 A và tiết diện của cáp đường dây đơn có S = 70 mm2, tương ứng với Icp = 165 A. 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 150C , nhiệt độ phát nóng của ruột cáp 10kV cho phép là 600C, nhiệt độ tiêu chuẩn là 250C, khoảng cách giữa 2 cáp đặt song song là 100 mm. Do đó: K1= . Đối với dây cáp đơn K2 =1, Icp' = 0,88.1.165 = 145,2 A > Ibt = 67,92A. Đối với dây cáp kép K2 = 0,9, Icp'=0,88.0,9.205=162A >Ibt= 101,88 A. Kiểm tra phát nóng khi làm việc cưỡng bức: Đường dây cáp kép dòng điện bình thường qua cáp 101,88A, không quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh là 162 A, nên hệ số quá tải của cáp Kqt = 1,3. Icp' = Kqt.K1. K2. Icp = 1,3.162 = 210,88 A. Icb = 2. Ibt = 2.101,88 = 203,76 A < 210,88 A. Vậy Icp' > Icb tức là khi làm việc cưỡng bức cáp đã chọn đảm bảo kiện phát nóng. H×nh 5 - 3 5.4.2. Chọn kháng phụ tải địa phương và máy cắt hợp bộ. 5.4.2.1. Xác định xk% của kháng Kháng điện được chọn nh­ sau: UđmK = 10 kV. Xác định dòng cưỡng bức qua kháng Icb Icb được xác định khi mét trong hai kháng điện ngừng làm việc. Icb = kA. Chọn kháng điện đơn dây nhôm PbA - 10 – 1000 có IđmK = 1000A. Xác định xK%. xK% được chọn xuất phát từ 2 bộ điều kiện: xK% phải đủ hạn chế dòng ngắn mạch tại N4 để chọn MC1 và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp 1, tức là: IN4 £ {Icắt1đm, InhS1}. xK% phải đủ hạn chế dòng ngắn mạch tại N4 để chọn MC2 và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp 2, tức là: IN5 £ {Icắt2đm, InhS2}. Trong đó dòng điện ổn định nhiệt được xác định theo công thức sau: Inh = Trong đó : S - tiết diện cáp CAl = 90 A2s. Trong nhiệm vụ thiết kế cho S2 = 70 mm2 , t2 = 0,6 sec. InhS2 = kA. Icắt2đm = 20 kA. Khi lập sơ đồ thay thế cho tính toán ngắn mạch đã chọn Scb=100MVA và ngắn mạch tại N3 có IN3" = 58,93 kA. Vậy xHT = . xc1 = x0. = 0,08 .4.. Dòng điện ổn định nhiệt của cáp 1 sẽ là: E®t xht N3 N5 xc1 xc2 N4 xk H×nh 5 - 4 InhS1 = . Tại đầu đường cáp phía nhà máy thời gian cắt lớn hơn 1 cấp nên: t1 = t2 + Dt = 0,6 + 0,3 = 0,9 sec. InhS1 = kA. xS = . xk = xS - xHT - xC1 = 0,61 - 0,0933 - 0,29 = 0,227. xk % = xk = 0,227.%. Vậy ta chọn kháng đơn PbA - 10 - 1000 có xx% = 10; IđmK = 1000 A. 5.4.2.2. Chọn máy cắt hợp bộ của phụtải địa phương Để chọn máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương ta tính dòng điện ngắn mạch tại N4 : xHT = . xk = . Điện kháng tính toán : xtt = (xHT + xk). > 3. Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại N4 : IN4" = kA. Dòng điện xung kích tại N5 : ixkN5 = .Kxk . IN4" = .1,8.8,55 = 21,76 kA. Vậy dựa vào dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố một kháng điện Icb=611 A và IN4" , ixkN4 ta chọn máy cắt có thông số nh­ bảng 5 – 5 : Bảng 5 – 5 Loại máy cắt Uđm, kV Iđm, kA ICđm, kA Ilđđ, kA 8DB10 10 3,15 40 110 Ta không cần kiểm tra điều kiện nhiệt đối với máy cắt có dòng điện định mức lớn hơn 1000A. 5.4.2.3. Kiểm tra kháng điện. Dòng ngắn mạch tại N5 : IN5" = 8,55 kA thoả mãn điều kiện : IN4" = 8,66 kA < min {Icđm1 ,InhS1} = min {40;9,12} = 9,12 kA. Dòng ngắn mạch tại N5 : IN5" = kA. Thoả mãn điều kiện : IN5" = 5,89 kA < min {Icđm2 ,InhS2} = min {20;8,133} = 8,133 kA. Vậy kháng đã chọn đạt yêu cầu. 5.5. Chọn máy biến áp đo lường và máy biến dòng 5.5.1. Cấp điện áp 220 kV Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơ le ta chọn biến điện áp kiểu HKF mét pha nối dây theo sơ đồ Y0/ Y0/ : 3 x HKF - 220 - 58 Uđm = 220/kV/100/V/100V. Cấp chính xác : 0,5 SđmBU = 600 VA. Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơ le và đo lường được chọn là: TFH - 220 -3T Dòng điện định mức: IđmSC/ IđmTC = 1200/5 A. Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 2 W. Điều kiện ổn định động : ilđđ = 108 kA > ixk= 18,786 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 110 kV Tương tù nh­ cấp điện áp 220 kV, để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơ le ta chọn biến điện áp kiểu HKF mét pha nối dây theo sơ đồ Y0/ Y0/ : 3 x HKF - 110 - 57 Uđm = 110/kV/100/V/100V. Cấp chính xác : 0,5 SđmBU = 600 VA. Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơ le và đo lường được chọn là: TFH - 110M. Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 0,8 W. Dòng điện định mức: IđmSC/ IđmTC = 1500/5 A. Bội số ổn định động Kđ = 75. Điều kiện ổn định động : .Kđ .IđmSC = .75.1,5=159,1 kA > ixk= 28,236 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 pháthọn 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 3HOM - 20 UđmSC = 10000/V. Cấp chính xác : 0,5 Phụ tải của biến điện áp được phân bố đồng đều cho cả hai theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp nh­ bảng 5 – 6: Bảng 5 – 6 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp BC W Var W Var Vôn kế B-2 7,2 - - - Oát kế 341 1,8 - 1,8 - Oát kế phản kháng 342/1 1,8 - 1,8 - Oát kế tự ghi - 33 8,3 - 8,3 - Tần số kế - 340 - - 6,5 - Công tơ - 670 0,66 1,62 0,66 1,62 Công tơ phản kháng WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62 Tổng 20,4 3,24 19,72 3,24 Biến điện áp AB: S2 = VA. Cosj = . Biến điện áp BC: S2 = VA. Cosj = . Vậy chọn 2 máy biến điện áp loại 3HOM-20 có công suất định mức mỗi cái ứng với cấp chính xác 0,5 là 75 VA. Chọn dây dẫn nối từ máy biến điện áp đến đồng hồ đo: Dòng điện trong các dây dẫn thức cấp : Ia = A. Ic = A. Để đơn giản coi Ia = Ic = 0,2 A và cosjab = cosjbc = 1, như vậy dòng Ib = .0,2 = 0,34 A. Trị số điện áp giáng trên dây dẫn a và b bằng : DU = ().r= (). Giả sử khoảng cách l từ máy biến điện áp đến các đồng hồ là 50m, vì ở đây có công tơ nên DU = 5%. Vậy tiết diện dây dẫn là: S ³ (). = mm2. Theo yêu cầu độ bền cơ, chọn dây dẫn đồng tiết diện 1,5 mm2 . Chọn biến dòng điện và dây dẫn nối tới dụng cụ đo: Biến dòng điện đặt trên cả 3 pha, mắc hình sao. Ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại TЩЛ-10 có: UđmBU = 10 kV. IđmSC/ IđmTC = 3000/5 A. 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 5 – 7: Bảng 5 – 7 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải (VA) Pha A Pha B Pha C Ampe kế Э-302 1 1 1 Oát kế tác dụng Д-341 5 0 5 Oát kế phản kháng Д-342/1 5 0 5 Oát kế tự ghi Д-33 10 0 10 Công tơ tác dụng Д-670 2,5 0 2,5 Công tơ phản kháng ИT-672 2,5 5 2,5 Tổng 26 6 26 Pha A và C mang tải nhiều nhất S = 26 VA. Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha A (hay pha C) là: ZSdc = W. Chọn dây dẫn đồng và giả sử chiều dài từ biến dòng điện đến các đồng hồ đo = 30 m. Do 3 pha cùng có biến dòng điện nên chiều dài tính toán: . Tiết diện của dây dẫn là: S ³ mm2 . Chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện S = 4 mm2 . Biến dòng 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 đã chọn cũng không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì nó có dòng điện định mức sơ cấp trên 1000A. ° ° ° ° ° ° ~ a b c A W A A A MC VArh Wh VAr W B C TЩA-10 f V U®mF=10kV 2x3HOM-10 H×nh 5 - 5 Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào máy biến điện áp và biến dòng điện . 5.6. Chọn chống sét van Chống sét van được dùng để giảm quá điện áp tới mức điện áp dư của nó mà cách điện của thiết bị có thể chịu đựng được. Ta chọn chống sét van không khe hở cho các thanh góp và các mạch phía 220 kV, 110 kV còng nh­ trung tính máy biến áp . Chọn các loại chống sét van sau: FP – 220, FP – 110, FP – 35 . CHƯƠNG 6 CHỌN SƠ ĐỒ TỰ DÙNG VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG Điện tự dùng là một phần điện năng không lớn nhưng lại giữ một phần quan trọng trong quá trình vận hành nhà máy điện. Điện tự dùng trong nhà máy nhiệt điện cơ bản có thể chia thành 2 phần: Một phần cung cấp cho các máy công tác đảm bảo sự làm việc của các lò và tua bin của các tổ máy. Phần kia cung cấp cho các máy công tác phục vô chung, không liên quan trực tiếp đến lò hơi và các tua bin nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy. Chọn sơ đồ tự dùng theo nguyên tắc kinh tế và đảm bảo cung cấp điện liên tục. Đối với nhà máy điện thiết kế ta dùng 2 cấp điện áp tự dùng 6 kV và 0,4 kV nối theo sơ đồ biến áp nối tiếp, số phân đoạn bằng số bộ với một biến áp dự trữ lấy điện từ phía cuộn hạ và phía trên máy cắt các bộ máy phát - máy biến áp liên lạc. 6.1. Chọn máy biến áp tự dùng 6.1.1. Chọn máy biến áp cấp 1 Bốn máy công tác có công suất : SđmBl ³ Stdmax = .20 = 5 MVA. Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số nh­ bảng 6 – 1: Bảng 6 – 1 Loại Sđm kVA Điện áp, kV Tổn thất, kW UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ DP0 DPN TMH 6300 10 6,3 2,1 11,6 5,5 1,4 Máy biến áp dự trữ bậc 1 không chỉ dùng thay thế máy biến áp công tác khi sửa chữa mà còn cung cấp cho hệ thống tự dùng trong quá trình hoạt động và dừng lò. Do đó công suất cần chọn là: 1,5 . MVA. Chọn loại máy biến áp nh­ ở bảng 6 – 2: Bảng 6 – 2 Loại Sđm KVA Điện áp, kV Tổn thất, kW UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ DP0 DPN TДHC 10000 10 6,3 12,3 85 14 0.8 6.1.2. Chọn máy biến áp cấp 2 Máy biến áp cấp 2 cung cấp cho động cơ 380/220 V và chiếu sáng. Giả thiết các phụ tải này chiếm 10% công suất phụ tải cấp 1, khi đó chọn công suất mỗi máy là: SđmB2 ³ .5.103 = 500 kVA. Tuy nhiên máy biến áp có thể làm việc quá tải Ýt trong thời gian phục vụ lâu dài nên ta chọn máy biến áp dầu có thông số nh­ bảng 6 – 3: Bảng 6 – 3 Loại Sđm KVA Điện áp, kV Tổn thất, kW UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ DP0 DPN TM-1000 1000 6 0,4 2,1 12,2 5,5 1,4 6.2. Chọn khí cụ điện tự dùng Chọn máy cắt hợp bộ. Để chọn máy cắt hợp bộ ta tính dòng điện ngắn mạch tại N6 dưới máy biến áp tự dùng cấp 1, với nguồn cung cấp là cả hệ thống và các máy phát điện của nhà máy. ° E®t N6 xB N3 xht H×nh 6 - 1 Khi lập sơ đồ thay thế cho tính toán ngắn mạch ở chương 4 đã chọn Scb=100 MVA và Ucb = Utb và ngắn mạch tại N4 có IN4" = 58,93 kA. Vậy xHT = . xB =. Điện kháng tính toán: xtt = (xHT + xB). > 3. Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại N6 : IN6" = kA. Dòng điện xung kích tại N6 : ixkN6 = .Kxk . IN7" = .1,8.9,485 = 24,145 kA. Coi dòng điện làm việc cưỡng bức bằng dòng điện làm việc ở mạch dự phòng khi khởi động hoặc dừng lò: Icb = A. Vậy ta chọn loại máy cắt điện SF6 có thông số nh­ bảng 6 – 4: Bảng 6 – 4 Loại máy cắt Uđm, kV Iđm, kA ICđm, kA Ilđđ, kA 8DA10 10 2,5 40 110 Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho máy cắt có dòng điện định mức lớn hơn 1000A.