Báo cáo Thiết kế phần điện nhà máy điện

Phần I Thiết kế phần đIện nhà máy đIện Chương I: Tính toán cân bằng công suất lựa trọn phương án nối dây Để đảm bảo chất lượng điện, đặc biệt là giữ vững tần số công nghệ 50HZ điện năng do các nhà máy điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với điện năng tiêu thụ ( kể cả tổn thất). Như vậy điều kiện cân bằng công suất là rất quan trọng, thực tế công suất tiêu thụ tại các phụ tải luôn luôn thay đổi, việc biết được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải rất quan trọng đối với người thiết kế. Vận hành nhờ đồ thị phụ tải ta có thể lựa trọn phương án nối điện hợp lý đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất máy biến áp , phân bố tối ưu công suất giữa các nhà máy điện hoặc giữa các tổ máy trong một nhà máy điện , từ đó người vận hành sẽ chọn được phương thức vận hành hợp lý, chủ động lập được kế hoạch sửa chữa, đại tu định kỳ thiết bị điện. Theo nhiệm vụ thiết kế và các số liệu đã cho ta lập được đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp. chọn máy phát đIện Căn cứ vào yêu cầu thiết kế nhà máy nhiệt điện ngưng hơi cho sẵn gồm 4 tổ máy công suất mỗi tổ máy là 50MW.cung cấp cho phụ tải địa phương, phụ tải trung áp,còn thửa phát lên cao áp Ta tra bảng chọn máy phátTB-50-2các thông số như sau: Bảng 1_1: loại  thông số định mức  Điện kháng tương đối   TB 50-2  N v/phút  S(MVA)  P(MW)  U(KV)  Cosj  IKA  Xd"  Xd'  Xd    3000  62,5  50  10,5  0,8  5,73  0,135  0,3  1,84   tính cân bằng công suất phụ tảI đIện áp máy phát (phụ tảI địa phương) ĐIện áp địa phương UđP=10 (KV) Công suất tác dụng lớn nhất PđP max =18 (MW) Hệ số Cos( =0,82 Bao gồm 3 kép x 3MW và 6đơn x 2MW x 3 km Đồ án đã cho đồ thị phụ tải dưới dạng % tính toán về dạng có tên sau.

Và :
(MVA) Trong đó: PđPt , SđPt là công suất tác dụng biểu kiến tại thời điểm t, căn cứ vào cách tính ta có: Bảng 1_2_1: Giờ  0 ( 5  5 ( 8  8 ( 11  11 ( 14  14 ( 17  17 ( 20  20(22  22( 24   PđP%  100  90  90  100  90  80  80  100   PđPt (MW)  18  16,2  16,2  18  16,2  14,4  14,4  18   SđP(MVA)  21,95  19,76  19,76  21,95  19,76  17,56  17,56  21,95   Từ bảng công suất trên ta có đồ thị phụ tải ngày sau: S(MVA) 21,95 21,95 21,95 19,76 19,76 17,56 0 phụ tảI trung áp: Điện áp trung: UT =100 (kV) Công suất tác dụng phía trung lớn nhất: PTmax =110(MW) Cos( = 0,86 Bao gồm 1 lộ đường dây kép 75 (MW) Đề án đã cho đồ thị phụ tải dưới dạng % , tính toán về dạng có tên như sau: Và : (MVA) Trong đó : PTt ; STt là công suất tác dụng , công suất biểu kiến tại thời điểm t căn cứ vào cách tính ta tính được Bảng 1_2_2: Giờ  0 ( 5  5 ( 8  8 ( 11  11 ( 14  14 ( 17  17 ( 20  20 ( 22  22( 24   PT%  70  80  80  90  90  100  90  70   PTt MW  77  88  88  99  99  110  99  77   STt MVA  89,53  102,33  102,33  115,12  115,12  127,91  115,12  89,53   Từ bảng công suất trên ta có đồ thị phụ tải sau: phụ tảI toàn nhà máy
Và:
Trong đó: Pnmt; Snmt là công suất tác dụng, công suất biểu kiến tại thời điểm t Công suất nhà máy định mức Pnmđm =200 (MVA) Căn cứ vào cách tính toán ta có bảng sau: Bảng 1_2_3 Giờ  0 ( 5  5 ( 8  8 ( 11  11 ( 14  14 ( 17  17 ( 20  20(22  22(24   Pnm%  80  90  80  90  100  100  90  80   Pnmt(MW)  160  180  160  180  200  200  180  160   Snmt(MVA)  192,8  216,9  192,8  216,9  241  241  216,9  192,8    Từ bảng công suất ta có đồ thị phụ tải như sau: phụ tảI tự dùng toàn nhà máy: Phụ tải tự dùng toàn nhà máy được xác định theo công thức sau:
(MVA) Trong đó: Stdt: là công suất biểu kiến dùng toàn nhà máy tại thời điểm t (: là số phần trăm lượng điện tự dùng so với công suất định mức toàn nhà máy ( =8% Dựa vào công thức trên và bảng 1_2_3 ta có: Bảng 1_2_4 Giờ  0 ( 5  5 ( 8  8 (11  11( 14  14( 17  17( 20  20(22  22(24   Snmt(MVA)  192,8  216,87  192,8  216,87  216,87  241  216,87  192,8   Stdt(MVA)  16,96  18,12  16,96  18,12  18,12  19,28  18,12  16,96   Từ bảng công suất trên ta có đồ thị phụ tải dùng toàn nhà máy như sau: 5.công suất phát lên hệ thống Trong yêu cầu thiết kế không có phụ tải cao áp 220 kV nên công suất phát lên hệ thống là lượng công suất thừa khi đã cung cấp đủ cho phụ tải ở đây điện áp hạ, trung và tự dùng Công suất phát lên hệ thống là SHT
Trong đó: SHT: Công suất phát về hệ thống tại thời điểm t. Snmt: Công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t. STt : Công suất phụ tải trung áp tại thời điểm t. Stdt : Công suất tự dùng tại thời điểm t. Từ công thức trên ta có các giá trị sau. Bảng 1_2_5: T(h)  0 ( 5  5 ( 8  8 ( 11  11( 14  14 (17  17( 20  20( 22  22(24   Snmt(MVA)  192,77  216,87  192,77  216,87  216,87  241  216,87  192,77   SđPt(MVA)  21,95  19,76  19,76  21,95  19,76  17,56  17,56  21,95   STt(MVA)  89,53  102,33  102,33  115,12  115,12  127,91  115,12  89,53   Stđt(MVA)  16,96  18,12  16,96  18,12  18,12  19,28  18,12  16,96   SHT(MVA)  64,33  76,66  53,72  61,68  63,87  76,25  66,07  64,33   Từ bảng công suất trên ta có đồ thị phụ tải nhà máy phát lên hệ thống như sau: Nhận xét: Nhà máy có 4 tổ máy với công suất mỗi tổ 60 MW bình thường nhà máy cung cấp đủ cho phụ tải ở các cấp điện áp, thừa mới phát lên hệ thống. Nhà máy cung cấp cho phụ tải trung áp là lớn nhất 53% (127,91/241) trong tổng công suất với yêu cầu là phải cung cấp cho phụ tải trung áp liên tục vì ST max lớn hơn dự trữ quay của hệ thống phụ tải địa phương cao nhất chiếm 9,1% (21,95/241) gồm 3 đường dây kép và 6 dây đơn nên số mạch phân ra nhiều mức độ quan trọng cao đối với 3 đường dây kép nên cũng phải cung cấp điện liên tục . Do phụ tải cao áp không có nên lượng công suất thừa được phát về hệ thống bù cao nhất đạt 35,35 (76,66/216,87*100) Lượng công suất này sẽ làm cho hệ thống tăng thêm dự trữ quay và phân bố công suất tối ưu ,vận hành kinh tế hệ thống lựa chọn các phương án nối dây Nhà máy phải thiết kế có phụ tải địa phương lớn nhất: Sđm max = 21,95 (MVA) là lượng công suất lớn của một tổ máy SFđm=62,5 (MVA)
nên ta dùng thanh góp điện áp máy phát để cấp điện cho phụ tải địa phương trên thanh góp điện áp máy phát ta phải nối một máy phát điện, số tổ máy nối trên một máy phát đảm bảo sao cho khi một máy phát lớn nhất ngừng làm việc thì các máy khác còn lại phải cung cấp đủ điện cho phụ tải cực đại của địa phương và tự dùng giữa các thanh góp phân đoạn máy phát điện phải có kháng điện để hạn chế dòng ngắn mạch Sđmmax + Stđmax=21,95+19,28=41,23(MVA) SFđm = 62,5 vậy ta ghép được lớn hơn hoặc bằng hai máy phát lên thanh góp điện áp máy phát Nhà máy có trung tính lưới phát áp 220 kV, trung áp 110 kV là trung tính nối đất trực tiếp nên ta phải dùng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc phụ tải trung áp có đặc điểm
nên ta ghép một đến hai bộ máy phát điện, máy biến áp hai quộn dây bên trung áp Công suất còn thừa phát lên hệ thống khi cực đại so với cực tiểu là.
do vậy để cấp công suất lên hệ thống ta cần hai đến ba bộ trong đó bao gồm cả hai bộ máy phát máy biến áp tự ngẫu Phụ tải địa phương lấy bên cao qua một kháng điện trường dòng nối với hai thanh góp điện áp máy phát kiểu này rất thuận lợi vì nếu hỏng một trong số máy phát ghép trên thanh góp điện áp máy phát thì công suất từ hệ thống sẽ cấp cho phụ tải địa phương chỉ qua một lần máy biến áp tự ngẫu chọn phương án nối dây Dựa vào nhận xét ở trên ta đưa ra bốn phương án nối dây sau. Phương án I: Có hai mạch nối vào thanh góp cao áp Có bốn mạch nối vào thanh góp trung áp Hai máy phát góp trên thanh góp điện áp máy phát Hai máy biến áp tự ngẫu liên tục đặt bên cao áp, hai bộ máy phát máy biến áp, hai dây quấn đặt bên trung Bố trí nguồn phụ tải cân xứng Khi phụ tải trung áp cực tiểu STmin =89,53(MVA) < 2.SFđm =125(MVA) nên công suất truyền tải từ trung sang cao, điều này hợp lý đối với máy biến áp tự ngẫu Phương án ii Có ba mạch nối vào thành góp cao áp Có ba mạch nối vào thành góp trung áp Hai máy phát trên thanh góp điện áp máy phát Hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc đặt bên cao áp, một bộ máy phát máy biến áp 2 dây quấn đặt bên trung áp, máy biến áp 2 dây quấn đặt bên cao áp Phương án một và phương án hai tương đương nhau về kỹ thuật nhưng bộ máy phát điện máy biến áp 2 dây quấn nối bên cao áp 220 kV đắt tiền hơn so với lối bên trung áp 110kV Ta phải dùng tới ba chủng loại máy biến áp dẫn đến không thuận tiện lắp ghép và vân hành Phương án iii Nhận xét: Có hai mạch nối vào thanh góp điện cao áp Có ba mạch nối vào thanh góp điện trung áp Ba máy phát được ghép trên thanh góp điện áp máy phát Hai máy biến áp tự ngẫu đặt bên cao để liên tục và có một bộ máy phát máy biến áp đặt bên trung Phương án đảm bảo cung cấp điện Số máy biến áp đơn giản nhưng công suất máy biến áp tự ngẫu lớn vì phải tải công suất của ba máy phát Thiết bị phân phối bên cao _ trung áp đơn giản hơn Thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát lại phức tạp, thiết kế bảo vệ Rơ le sẽ phức tạp hơn so với phương án trên Khi hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc, máy biến áp tự ngẫu còn lại với khả năng quá tải máy biến áp bộ vẫn có thể cấp cho phụ tải phía trung vì công suất máy biến áp lớn Dòng điện cướng bức qua kháng lớn Phương án vi Nhận xét: Có hai mạch nối vào thanh góp cao áp Có hai mạch nối vào thanh góp trung áp Phương án này cũng đảm bảo cung cấp điện Số máy biến áp giảm đi, chỉ còn hai máy biến áp bên cao áp 220 kV và số công suất rất lớn, rất cồng kềnh Thiết bị phân phối bên cao bên trung đơn giản Thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát phức tạp hơn rất nhiều so với phương án trên vì có nhiều phân đoạn thiết kế bảo vệ Rơ le phức tạp . Dòng điện cưỡng bức của kháng điện sẽ rất lớn và có thể không chọn được kháng điện phân đoạn. Kết luân: Trong hai phương án 1 và 2 cơ bản tương đương nhau về kỹ thuật nhưng phương án hai kém về kinh tế hơn, lắp đặt, thiết kế, vận hành không thuận tiện bằng phương án một. Ta quyết định loại phương án hai và giữ phương án một để thiết kế chi tiết tiếp. Trong hai phương án 3 và 4 ta thấy rõ phương án 4 phức tạp hơn nhiều về kỹ thuật dẫn đến công tác vận hành, lắp đặt, thiết kế khó khăn, khó khả thi hơn phương án 3. Do vậy ta quyết định loại phương án 4 để lại phương án 3 để tính toán tiếp . Như vậy còn lại hai phương án 1 và 3 được thiết kế và so sánh tiếp. Chương ii Tính toán chọn máy biến áp Phương án I chọn máy biến áp Chọn máy biến áp_B3_B4: B3_B4 là máy biến áp trong sơ đồ nối, bộ được chọn cùng loại theo điều kiện SB3đm = SB4đm ≥ SFđm SFđm =62,5(MVA) nên ta chọn máy biến áp loại TPDU-63/115/10,5. Tra bảng thông số sau: Bảng II_1 loại  Sđm (MVA)  điện áp cuộn dây kV  UN%  I0%  số lượng  giá 103 rúp     C  T  H  P0  PN       TPDU  63  121   10,5  59  245  10,5  0,6  0,2    Kiểm tra quá tải. Máy biến áp troang sơ đồ nối bộ không cần kiểm tra quá tải vì khi hỏng máy phát hay máy biến áp của thì cả bộ đều phải ghỉ. Do vậy máy biến áp không bị quá tải Chọn máy biến áp tự ngẫu B1_B2: Chọn công suất định mức: Khi bình thường máy biến áp phải được hết công suất thừa lớn nhất từ thanh góp điện áp máy phát. chọn B1 - B2 cùng loại theo điều kiện sau:

(MVA) Từ đó ta chọn máy biến áp B1, B2 loại TADUTH -100 Bảng II_2 loại  Sđm (MVA)  điện áp cuộn dây  tổn thất (kW)  UN%  I0%  giá 103 rúp     C  T  H  P  P  C-T  C-H  T-H     AT  100  230  121  11  65  260  11  31  19  0,5    Kiểm tra sự cố: Sự cố nguy hiểm nhất vào lúc phụ tải trung áp cực đại STmax =127,91 (MVA) lúc 17h - 20h tương ứng với thời điểm này phụ tải các cấp điện áp khác là: SđP =17,56 (MVA) Snm = 250 (MVA) Std =19,28(MVA) SHT =76,25 (MVA) Trường hợp 1: khi sự cố một bộ máy phát _ máy biến áp bên trung (sự cố B3 , B4 ) giả sử hỏng B3. khi máy biến áp B3 ngừng làm việc thì biến áp B4 còn lại, kể cả B1, B2 với khả năng quá tải phải đảm bảo cho STmax Điều kiện: K(CqTảI .(. ( SB1đm+ SB2đm ) + SbộT ( SmaxT 1,4.0,5.(100+100)+57,68=197,68 (MVA) > 127,91(MVA)
Trong đó: SBộ T là công suất một máy biến áp bên trung tải Phân bố công suất khi sự cố như sau: Phía hạ của máy biến áp tự ngẫu sẽ mang tải như sau:
phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu sẽ mang tải như sau:
phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu sẽ mang tải như sau:
Công suất thiếu về hệ thồng so với lúc bình thường là:



(MVA) Vậy máy biến áp không bị quá tải. Công suất thiếu nhỏ hơn công suất dự phòng. Kết luận: máy biến áp chọn đạt yêu cầu: Trường hợp 2: Khi sự cốmột máy biến áp tự ngẫu liên lạc B1 hoặc B2, giả sử B1 sự cố, khi đó máy biến áp B3,B4 còn lại và B2 kể cả khả năng quá tải phải đảm bảo STmax Điều kiện: 1,4.0,5.100+ 2.57,68 = 185,36 > 127,91 (MVA) (Điều kiện thoả mãn) Phân bố công suất khi sự cố như sau: Phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu B2 mang tải như sau: Khả năng phát Khả năng tải: Vậy: Phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu B2 chỉ tải được 70(MVA) Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu sẽ mang tải sau: SB2(T) = STmax - 2.SbộT = 127,91 - 2.57,68 =12,55 (MVA) Phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu B2 sẽ mang tải như sau: Công suất thiếu bên cao áp so với lúc bình thường là: Sthiếu = SHT - SB2(C =76,25-57,45=18,8(MVA) Sthiếu < Sdt = 100 (MVA) Điều kiện thoả mãn Như vậy: Máy biến áp tự ngẫu chỉ bị quá tải phía hạ trong phạm vi cho phép vì khả năng tải của nó là: Sqt = 1,4.2.SBdm = 1,4.0,5.100 = 70 (MVA) Về phía hạ, hai cấp còn lại cao và trung đều không quá tải phân bố công suất cho máy biến áp: Đối với các bộ máy phát - máy biến áp ( F3-B3, F4-B4 ) để vận hành đơn giản ta cho máy phát mang công suất bằng phẳng trong suốt quá trình làm việc, khi đó công suất qua máy biến áp là: SB3 = SB4 = Sbộ T = 57,68 (MVA) Đối với máy biến áp tự ngấu B1, B2 tính phân bố công suất cho từng phía cao_trung_hạ: Phía trung của một tự ngẫu sẽ mang tải:
Phía cao của tự ngẫu sẽ mang tải:
Phía hạ áp của một tự ngẫu mang tải:
Từ các công thức trên ta dựa vào bảng 1_2_5 ta có bảng phân bố công suất sau: Bảng II _ 3 T(giờ)   0 ( 5  5 ( 8  8 ( 11  11 ( 14  14 ( 17  17 ( 20  20 ( 22  22 ( 24   SbộT (MVA)   57,68  57,68  57,68  57,68  57,68  57,68  57,68  57,68   MBA Tự Ngẫu   STNC(MVA)  32,165  38,33  26,86  30,69  31,935  38,125  33,035  32.165    STTN (MVA)  -12,915  -6,515  -6,515  -0,12  -0,12  12,55  -0,12  -12,915    SHTN (MVA)  19,25  31,815  20,345  30,57  31,815  50,675  32,915  19,25   Dấu trừ trong bảng trên có nghĩa là trong khoảng thời gian đó công suất được truyền từ thanh góp 110 kV sang thanh góp 220kV qua máy biến áp liên lạc tính toán tổn thất đIện năng trong máy biến áp máy biến áp nối bộ B3, B4 B3, B4 được tính tổn thất điện năng theo công thức sau:
Trong đó: n :là số máy biến áp hai cuộn dây, vận hành song song (n=2) T: Thời gian vận hành trong năm (T=8760 giờ) (Sbộ: là công suất tải của máy biến áp nối bộ bên trung (MVA) (P0 ; (PN: là tổn thất không tải, tổn thất ngắt mạch của máy biến áp(kW) SBđm : là công suất định mức của máy biến áp (MVA) Theo công thức trên ta có:
(Abộ = 4631750 (kWh) máy biến áp tự ngẫu liên lạc Tổn thất điện năng theo công thức sau:
Trong đó: n là số máy biến áp làm việc song song (P0, (PNC, (PNH là tổn thất không tải, tổn thất ngắt mạch của cuộn cao, trung, hạ áp của máy biến áp tự ngẫu SiC; SiT; SiH là công suất qua các cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp Tính: (PN_C; (PN_T; (PN_H ( là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu (( = 0,5) (PN_C,T = 290 (kW) ‘đã cho’
Từ công thức trên ta tính cho một máy
Vậy tổn thất điện năng của hai máy biến áp tự ngẫu B1, B2 là: (A2TN = 2. (ATN = 2.1023047 = 2046094 (kWh) Tổn thất điện năng phương án một là: (A1 = (A2TN + (Abộ = 2046094+4631750=6677844 (kWh) chọn kháng đIện phân đoạn Phụ tải điện áp máy phát Để xác định dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn ta xét các trường hợp sau: Khi bình thường: Dòng qua kháng phân đoạn bằng không : Ibtk = 0 (A) Khi sự cố máy phát một: (F1) Công suất qua máy biến áp B1, B2 là:
Công suất qua kháng K là:
Trong đó:
Khi sự cố máy biến áp B2, công suất qua máy biến áp B1 là:
Dòng điện cưỡng bức lớn nhất qua kháng là:
Từ đó ta chọn loại PbA-10-1500-10: Có IdmK = 1500 (A); XK% = 10% tính toán dòng đIện cưỡng bức Phía hạ áp 10kV: Dòng điện cưỡng bức của máy phát
Dòng cướng bức mạch hạ áp máy biến áp tự ngẫu
Dòng điện cưỡng bức mạch kháng phân đoạn là ICb = 1,3 (kA) Phía trung 110 kV: Dòng điện cưỡng bức của thanh góp điện áp trung Về phía phụ tải trung áp: Căn cứ vào giả thiết ở phụ tải cấp điện áp trung ta có dòng điện lớn nhất một đường dây kép:
Về phía máy biến áp nội bộ:
Phía trung áp máy biến áp tự ngẫu: Theo kết quả tính toán ở mục máy biến áp tự ngẫu (chương II_I_2 ) và phân bố công suất ở bảng II_3 ta có: Khi bình thường: SB1(T) = SB2(T) = 13,95MVA Khi sự cố 1: SB1(T) = SB2(T) = 35,115MVA Khi sự cố 2: SB2(T) = 12,55MVA
Kết luận: Dòng điện cưỡng bữc lớn nhất bên trung là:
Phía cao 220kV Dòng điện cưỡng bức 220kV Về phía hệ thống:
Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu Theo kết quả đã tính ở mục chọn máy biến áp tự ngẫu (I-1-b); mục phân bố công suất ở bảng II-3 ta có: Khi bình thường:
Khi sự cố 1 :
(MVA) Khi sự cố 2 :

Kết luận: Dòng điện cưỡng bức lớn nhất bên cao áp là: ImaxCb = 0,192 (kA) Phương án iii: chọn máy biến áp: Chọn giống phương án một ta cũng chọn máy biến áp loại TPDU-63/115/10,5 Bảng II_4:1 Loại    Sđm (MVA)  Điện áp cuộn dây (kA)    UN %  I0 %   Số Lượng  Giá 103 rúp     C  T  H   P0   PN       TPDU  63  121   10,5  59  245  10,5  0,6  0,1    chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2: chọn công suất định mức: Khi bình thường máy biến áp phải được hết công suất thừa lớn nhất từ thanh góp điện áp máy phát: Chọn B1, B2 cùng theo điều kiện sau:
Từ đó ta chọn máy biến áp tự ngẫu B1, B2 loại ATDUTH-1 Bảng II_5:  Loại  Sđm MBA  Điện áp cuộn dây(kV)  Tổn thất (kW)   UN %  I %  Số Lượng     C   T   H   P0   PN-C-T   C - T   C - H