Đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 1

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1” MỤC LỤC Lời nói đầu ........................................................................................................ 1 PHẦN 1 CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NGƯNG HƠI CÔNG SUẤT 400MW. Chọn máy phát điện –tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.1. Chọn máy phát điện ....................................................................... 2 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất ........................................ 3 1.2.1. Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát .................................. 3 1.2.2 Tính toán phụ tải cấp điện áp 110 KV ..................................... 4 1.2.3. Tính toán công suất phát của nhà máy .................................... 5 1.2.4. Tính toán phụ tải tự dùng: ....................................................... 6 1.2.5. Tính toán phụ tải phát về hệ thống.......................................... 7 1.2.6. Nhận xét: ................................................................................. 9 Chương 2 Chọn sơ đồ nối điện của nhà máy 2.1 Phương án 1 .................................................................................. 11 2.2. Phương án 2 ................................................................................. 12 2.3 Phương án 3 .................................................................................. 13 2.4 Phương án 4: ................................................................................. 13 Chương 3 Chọn máy biến áp và tính tổn thất công suất , tổn thất điện năng cho các phương án. 3.1 Chọn máy biến áp.......................................................................... 15 3.1.1. Chọn máy biến áp cho phương án 1 ..................................... 17 3.1.2. Chọn máy biến áp cho phương án 2 ..................................... 20 3.2. Phân bố công suất cho các máy biến áp : ..................................... 22 3.2.1. Phương án 1 .......................................................................... 22 3.2.2 Phương án 2 ........................................................................... 23 3.3. Tính tổn thất công suất , tổn thất điện năng ................................ 24 3.3.1 Phương án 1 ........................................................................... 25 3.3.2. Phương án 2 .......................................................................... 26 3.3.3 Tổng kết tính toán tổn thất điện năng .................................... 27 Chương 4 Tính toán ngắn mạch- chọn máy cắt điện 4.1 Tính toán ngắn mạch ..................................................................... 28 4.1.1. Phương án 1 ......................................................................... 29 1. Chọn điểm ngắn mạch............................................................. 29 2. Sơ đồ thay thế và tính điện kháng cho các phần tử ................ 30 3 .Tính toán ngắn mạch ............................................................... 32 4.1.2 Phương án 2 ........................................................................... 44 1. Chọn điểm ngắn mạch............................................................. 44 2. Sơ đồ thay thế và tính điện kháng cho các phần tử ................ 44 3.Tính toán ngắn mạch : .............................................................. 46 4.2. Chọn máy cắt điện........................................................................ 54 4.2.1 Chọn máy cắt cho phương án 1 .............................................. 55 1. Tính dòng làm việc cưỡng bức ............................................... 55 2. Bảng tổng hợp chọn máy cắt cho phương án 1 : .................... 57 4.2.2 Chọn máy cắt cho phương án 2 .............................................. 57 1.Tính dòng điện làm việc cưỡng bức ........................................ 57 2. Bảng tổng hợp chọn máy cắt cho phương án 2 ...................... 57 Chương 5 Tính toán kinh tế xác định phương án tối ưu 5.1 Phương pháp tính toán .................................................................. 60 5.2. Phương án 1 ................................................................................. 62 5.2.2. Tính toán kinh tế cho phương án 1 ....................................... 63 1. Tính vốn đầu tư ....................................................................... 63 2. Tính phí tổn vận hành hàng năm............................................ 64 3.Tính chi phí tính toán ............................................................... 64 5.3. Phương án 2 ................................................................................. 64 5.3.1. Chọn sơ đồ thiết bị phân phối ............................................... 64 1. Chọn sơ đồ thiết bị phân phối ................................................ 62 2. Tính phí tổn vận hành hàng năm............................................. 66 3. Tính chi phí tính toán .............................................................. 66 5.4. So sánh các chỉ tiêu kinh tế – lựa chọn phương án tối ưu .......... 64 Chương 6 Chọn khí cụ điện và dây dẫn 6.1. Chọn dao cách ly .......................................................................... 68 6.2. Chọn dây dẫn mềm , thanh dẫn mềm ........................................... 70 6.2.1. Chọn thanh dẫn cho phía điện áp 220KV ............................. 70 6.2.2. Chọn thanh dẫn , thanh góp 110KV ..................................... 72 1. Chọn dây dẫn nối từ phía trung máy biến áp tự ngẫu đến thanh góp 110KV .................................................................................. 72 2. Chọn dây dẫn nối từ máy biến áp 2 dây quấn lên thanh góp 110KV và thanh góp 110KV ...................................................... 74 6.3. Chọn thanh dẫn cứng ................................................................... 74 6.4. Chọn khí cụ điện và thanh cáp cho phụ tải địa phương ............... 78 1. Sơ đồ phụ tải địa phương ........................................................ 79 2 . Chọn cáp ................................................................................. 79 3. Chọn kháng điện cho đường dây phụ tải địa phương ............. 81 6.5. Chọn chống sét cho các cấp điện áp ............................................ 84 6.6. Chọn máy biến dòng điện (BI) và máy biến điện áp (BU) .......... 84 6.6.1. Sơ đồ các dụng cụ đo nối vào biến dòng điện và biến điện áp ......................................................................................................... 84 6.6.2. Chọn máy biến dòng ............................................................. 85 Chương 7 Sơ đồ tự dùng 7.1. Chọn khí cụ điện cho cấp điện áp 6KV ....................................... 89 1. Chọn máy biến áp ................................................................... 89 PHẦN 2 XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CỦA NHÀ MÁY THEO PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH ĐỘNG I. Phân tích cơ sở lý thuyết .................................................................. 94 1.1. Đặt vấn đề ................................................................................ 94 1.2. Phương pháp tính toán ............................................................. 95 II. Tính toán cụ thể ............................................................................ 101 2.1. Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của toàn nhà máy ................................................................................................ 101 2.2. Thiết lập bảng phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy ..... 110 2.3. Xác định chế độ vận hành tối ưu của nhà máy ứng với biểu đồ công ............................................................................................... 111 suất đã cho , xác định chi phí nhiên liệu tổng. .............................. 111 2.4. So sánh chi phí nhiên liệu xác định được theo chế độ vận hành tối ưu và chế độ phân bố đều công suất. ....................................... 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 115 Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 1 LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là nguồn năng lượng không thể thiếu được của đời sống xã hội ngày nay , điện đến từng nhà, từng cơ quan, từng xí nghiệp, từ thành phố đến nông thôn, từ đồng bằng đến vùng sâu vùng xa. Có thể nói điện năng luôn sát cánh cùng với công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, bảo vệ tổ quốc. Giữ một vai trò quan trọng như vậy nên nghành điện cần phải được sự quan tâm ưu đãi, đầu tư của nhà nước : Đó là đầu tư về chất xám, đầu tư về tài chính đầu tư về nhân lực …v.v. Hiểu rõ thực trạng như vậy, chúng em những sinh viên nghành Hệ Thống Điện đã và đang tích luỹ những kiến thức cơ bản trong quá trình học tập tại nhà trường, đấy chính là nền tảng là cơ sở để làm việc, công tác khi trở thành kĩ sư sau này. Đồ án tốt nghiệp là một trong những nội dung quan trọng mà sinh viên cần phải hoàn thành tốt, nó giúp sinh viên cũng cố lại những kiến thức đã học. Với đề tài : Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện , bản đồ án của em đã được hoàn thành đúng thời hạn và khối lượng . Trong quá trình thực hiện đồ án em cũng đã cố gắng tham khảo nhiều tài liệu, vận dụng những kiến thức đã học nhưng do nhiều điều kiện khác nhau mà bản đồ án của em chắc chắn còn gặp những sai sót. Nên em rất mong được sự góp ý chỉ bảo của các thầy cô để bản đồ án của em được đầy đủ hơn. Em xin chân thành thầy giáo Lã Văn Út, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án vừa qua. Sinh viên Nguyễn Trí Hiệu Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 2 PHẦN 1: THIẾT KẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NGƯNG HƠI CÔNG SUẤT 400MW. Chương1: CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN –TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT. Khi tính toán thiết kế nhà máy điện thì điều đầu tiên cần chú ý đó là sự cân bằng công suất giữa lượng điện năng phát ra với lượng điện năng tiêu thụ và lượng điện năng tổn thất . Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi . Vì vậy phải dùng phương pháp thống kê dự báo lập nên sơ đồ phụ tải để từ đó lựa chọn phương thức vận hành , sơ đồ nối điện hợp lý để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật . 1.1. Chọn máy phát điện Máy phát điện là thiết bị quan trọng nhất của nhà máy điện. Khi lựa chọn máy phát điên cần chú các điểm sau : - Máy phát điện có công suất càng lớn thì vốn đầu tư tiêu hao nhiên liệu để sản xuất ra một đơn vị điên năng và phí tổn vận hành hằng năm càng bé. - Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọn các máy phát cùng loại. - Chọn điện áp định mức của máy phát thì dòng điện định mức và dòng điện ngắn mạch ở cấp này sẽ bé do đó dễ chọn được khí cụ điện hơn. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy nhiệt điện ngưng hơi công suất 400MW, gồm 4 tổ máy 100MW.Ta chọn các máy phát cùng loại : TBΦ-100-2. Các thông số kĩ thuật : Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 3 Sdm (MVA) P (MW) N (v/p) U (KV) Cosϕ I (KA) Xd” Xd’ Xd 117,5 100 3000 10,5 0,85 6,475 0,183 0,263 1,79 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Nhà máy có 4 cấp phụ tải : Phụ tải phía hệ thống , phụ tải phía trung , phụ tải địa phương và phụ tải tự dùng. Việc cân bằng công suất được thực hiện theo công suất biểu kiến . Công suất biểu kiến được tính từ công suất bởi các công thức : P(t) = 100 P%(t) .Pmax (1-1) S(t) = ϕcos P(t) (1-2) Trong đó : − S(t) : Là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t. − P(t) : Là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t. − Cosϕ : Là hệ số công suất của phụ tải. 1.2.1. Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát Phụ tải cấp này có : Pmax = 24MW , cosϕ =0,85 Bao gồm các đường dây : 3kép x 4MW x 4km , 4đơn x 3MW x 3km , P% cho trong bảng Tính toán theo công thức (1-1) và (1-2) tacó: Thời gian từ 0-6(h) :P%=50% Theo công thức (1-1) : P(t) = max.P100 P%(t) = 0,5 . 24 =12 (MW) Theo (1-2): Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 4 S(t) = 14,12 0,85 12 cos P(t) ==ϕ Tính toán tương tự cho các khoảng thời gian còn lại ta có bảng tổng kết: Thời gian 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 PUF% 50 80 100 85 70 PUF(MW) 12 19,2 24 20,4 16,8 SUF(MVA) 14,12 22,59 28,24 24 19,76 Đồ thị quan hệ: 1.2.2 Tính toán phụ tải cấp điện áp 110 KV Phụ tải phía trung có: Pmax = 250MW , cosϕ = 0,8 Phụ tải bao gồm các đường dây 2kép+ 3đơn , và P% cho trong bảng Tính theo (1-1) và (1-2) có bảng : Thời gian 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 P% 70 80 90 100 70 PT(MW) 175 200 225 250 175 ST(MVA) 218,75 250 281,25 312,5 218,75 t(h) 24161486 5 10 15 20 25 30 S UF (MVA) Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 5 Đồ thị quan hệ : 1.2.3. Tính toán công suất phát của nhà máy Nhà máy có Pmax =400 MW , cosϕ =0,85 Tính toán theo (1-1) , (1-2) có bảng: Thời gian 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 P% 70 85 100 90 80 PNM(MW) 280 340 400 360 320 SNM(MVA) 329,41 400 470,59 423,53 376,47 Đồ thị quan hệ: 8 1412 20 24 t(h) 100 200 300 400 500 S NM(MVA) 300 250 200 150 100 50 4 10 14 18 24 t(h) S T (MVA) Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 6 1.2.4. Tính toán phụ tải tự dùng: Với nhà máy nhiệt điện thì điện năng tự dùng rất quan trong. Đó là điện năng dùng để chuẩn bị nhiên liệu , vận chuyển nhiên liệu vào lò đốt , bơm nước tuần hoàn …v.v. Điện năng tự dùng chiếm khoảng từ (5-8)% tổng điện năng phát ra của toàn nhà máy . Điện năng tự dùng được tính theo công thức : Std = α . SNM (0,4 + 0,6. NM NM S (t)S ) (MVA) (1-3) Trong đó: α : Là phần lượng điện năng sản xuất của nhà máy dùng cho tự dùng , yêu cầu thiết kế lấy α = 8%. SNM : Là tổng công suất lắp đặt của nhà máy. SNM(t) : Là tổng công suất phát ra của nhà máy tại thời điểm t. SNM = NM maxNM cos P ϕ = 85,0 400 =470,59(MVA) Tính toán theo (1-3): Trong khoảng thời gian từ 0-8(h) STD= 0,08. 470,59 (0,4 + 0,6. 59,470 41,329 ) = 30,87(MVA) Tính toán tương tự cho các khoảng thời gian còn lại ta có bảng: Thời gian 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 STD(t) 30,87 34,26 37,65 35,39 33,13 Đồ thị quan hệ: Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 7 1.2.5. Tính toán phụ tải phát về hệ thống Nhà máy phải đảm cân bằng công suất nghĩa là: SHT = SNM(t) – ST(t) –SUF(t) –STD(t) (1-3) Trong đó : SNM(t) : Là công suất phát của nhà máy tại thời điêm t. SHT(t) : Là công suất phát về hệ thống tại thời điểm t. ST(t) : Là công suất phụ tải trung áp tại thời điểm t. STD(t) : Là công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t Tính toán theo công thức (1-3) ta có bảng kết quả tính toán như sau: t(h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SNM(t) 329,41 329,41 329,41 400 400 470,59 423,53 423,53 376,47 ST(t) 218,75 250 250 250 281,25 281,25 312,5 218,75 218,75 SUF(t) 14,12 14,12 22,59 22,59 28,24 28,24 24 19,76 19,76 STD(t) 30,87 30,87 30,87 34,26 34,26 37,765 35,39 35,39 33,13 t(h) 24 2014128 31 33 35 37 STD(MVA) Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 8 SHT(t) 65,67 34,42 25,95 93,15 56,25 123,45 51,64 149,63 104,83 Đồ thị quan hệ: • Biểu đồ công suất toàn nhà máy: 300 250 500 450 400 350 S (MVA) S UF+STD+ST S NM 50 200 150 100 S UF+STD S UF t(h)24 2018141210864 20 40 60 80 100 120 140 160 S HT (MVA) Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 9 1.2.6. Nhận xét: - Nhà máy cung cấp đủ điện năng cho các loại phụ tải. - Phụ tải phía trung là lớn nhất và quan trong nên ưu tiên cung cấp đủ điên năng cho bên trung rồi mới đưa vào hệ thống. - Phụ tải địa phương lớn nhất P = 24 (MW) còn nhỏ hơn 30% công suất của một tổ máy là P = 30%.100 = 30 (MW) nên phụ tải địa phương có thể được cung cấp điện bằng cách lấy rẽ nhánh từ đầu cực máy phát. - Hai cấp điện áp cao và trung đều là mạng trung tính trực tiếp nối đất nên có thể dùng máy biến áp tự ngẫu làm máy biến áp liên lạc. Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 10 Chương 2 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện . Vì vậy cần phải nghiên cứu kĩ nhiệm vụ thiết kế , nắm vững các số liệu ban đầu , dựa bảng cân bằng công suất và các nhận xét để tiến hành vạch các phương án nối dây có thể . Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối các máy biến áp với các cấp điện áp , về số lượng dung lượng các máy biến áp , về số lượng máy phát nối vào thanh góp điện áp máy phát , số máy phát ghép bộ với máy biến áp . Sơ đồ nối diện giữa các cấp điện áp cần thoả mãn các yêu cầu kĩ thuật sau: - Số lượng máy phát nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thoả mãn điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất thì các máy phát còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải ở điện áp máy phát và phụ tải điện áp trung ( trừ phần phụ tải do các nguồn khác nối vào thanh góp điện áp trung có thể cung cấp được). - Công suất mỗi bộ máy phát điện – máy biến áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. - Chỉ được ghép bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn vào thanh góp điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này ,có như vậy mới tránh được trường hợp lúc phụ tải cực tiểu bộ này không phát hết công suất hoặc công chuyển qua hai lần biến sẽ làm tăng tổn hao và gây quá tải cho máy biến áp hai cuộn dây. Đối với máy biến áp tự ngẫu thì không cần dùng điều kiện này. - Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ , để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp ,nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được vượt quá 15% công suất của bộ. Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 11 - Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết bị phân phối sẽ phức tạp hơn. - Khi công suất tải lên điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì phải đặt ít nhất hai máy biến áp. Sau khi đã chọn được một số phương án , cần phân tích sơ bộ các phương án về mặt kĩ thuât và kinh tế để loại trừ một số phương án rõ ràng bất hợp lý và chỉ giữ lại các phương án hợp lý. Qua các nguyên tắc trên ta đưa ra các phương án nối điện như sau: 2.1 Phương án 1 Để liên lạc giữa ba cấp điện áp : 220KV;110KV; 10,5KV ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu. Một bộ máy phát – máy biến áp 2 cuộn dây được nối vào thanh góp trung áp và một bộ được nối vào thanh góp cao áp. *Sơ đồ: Nhận xét: F1 F2 F3 F 4 B1 B2 B3 B4 220KV 110KV HT Đồ án tốt nhgiệp : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trí Hiệu – LỚP HTĐ - K41 12 Ưu điểm : Sơ đồ đơn giản , dòng ngắn mạch nhỏ hơn nên chọn được các thiết bị dễ dàng. Nhược điểm: Nhiều chủng loại máy biến áp nên vốn đầu tư tăng. Số mạch nối bên cao nhiều gây tổn thất lớn. 2.2. Phương án 2 Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm máy biến áp