Đồ án tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Chương I tính toán phụ tải và cân bằng công suất Với đề tài thiết kế phần điện nhà máy thuỷ điện công suất: 228 MW, trong chương này ta phải thực hiện các vấn đề sau: I./ Chọn máy phát điện và cân bằng công suất 1)Chọn máy phát điện. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy nhiệt điện gồm có 4 tổ máy phát công suất mỗi máy là 57 MW. Với các số liệu ban đầu đã cho của mỗi tổ máy là: P = 57 MW ; U
= 10,5 kV ; Cos ử = 0,82 Ta có thể dễ dàng tính toán được các thông số của máy phát như sau: - Công suất biểu kiến: S =
- Điện kháng ngắn mạch (tính đến thanh cái hệ thống nối với đường dây)=0,56. - Dòng điện định mức:
Do đó ta có thể chọn máy phát điện với các thông số cho ở bảng sau: Bảng 1.1 Kí hiệu  Sđm MVA  Pđm (MW)  cos(đm  Uđm (kV)  Iđm (kA)  X’d  Xd’’  Xd   CB-660/165-32  67,1  57  0,85  10,5  3,7  0,2  0,29  1,04   2) Tính toán phụ tải và cân bằng công suất. 2.1) Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát.(địa phương ) Phụ tải cấp điện áp máy phát: U
= 10kV  P
= 9 MW và Cosử=0,85 áp dụng các công thức:
;
Ta có bảng tổng kết sau: Bảng 2 TG(h) Công suất  0-6  6-12  12-18  18-24   P(%)  60  100  85  60   P (MW)  5,4  9  7,65  5,4   S (MVA)  6,36  10,6  9  6,36   Dựa vào bảng trên ta có thể vẽ được biểu đồ phụ tải cấp máy phát điện áp: Kiến được xác định theo công thức 2.2) Tính toán phụ tải phía trung áp Phụ tải phía trung áp có: U
= 110 kV  , P
=100 MW và cosử=0,87. Để tính toán và lập biểu đồ phụ tải phía trung áp ta áp dụng các công thức sau:
;
Bảng 1.3 TG(h) Công suất  0-8  8-12  12-18  18-24   P(%)  65  80  100  70   P (MW)  65  80  100  70   S (MVA)  74,7  91,95  114,9  80,5   Hình 1.2: Đồ thị phụ tải cấp trung áp 2.3) Tính công suất phát và phụ tải của toàn Nhà Máy Điện Theo số liệu ban đầu: Nhà máy co 4 tổ máy,công suất mỗi tổ là 57 MW do đó công suất phát của toàn nhà máy: Pmax =4 x57= 228(MW) với Cos( = 0,82 → S
Để tính phụ tải của nhà máy ta sử dụng các công thức sau:
;
Ta có bảng ghi lại kết quả tính toán sau: Bảng 1.4 t(h) Công suất  0 - 7  7 - 12  12 - 18  18 - 24   P%  80  90  100  75   P(t) MW  182,4  205,2  228  171   S(t) MVA  222,4  250  278  208,5   Hình 1.3: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy. 2.4) Tính công suất tự dùng của nhà máy. Theo yêu cầu nhà máy thuỷ điện thiết kế điện tự dùng chiếm 1,6% công suất định mức của nhà máy.(ỏ = 1,6%). Chúng ta có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm theo công thức sau:
Với: Std(t): Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA) SNM : Công suất đặt của toàn nhà máy (MVA) S(t) : Công suất nhà máy phát ra ở thời điểm t (MVA) (: Số phần trăm lượng điện tự dùng(%). Với các số liệu ta có thể dễ dàng tính được các kết quả sau: Bảng 1.5 t(h)  0 - 7  7 - 12  12 - 18  18 – 24   S(t)NM MVA  222,4  250  278  208,5   Std(t) MVA  3,9  4,1  4,3  3,7   Std(MVA) Hình 1.4: Đồ thị công suất tự dùng toàn nhà máy. 2.5) Tính công suất phát về hệ thống.(220 kV) Công suất toàn nhà máy phát ra cung cấp cho các phụ tải còn thừa sẽ được đưa lên hệ thống qua đường dây kép do tổn thất công suất (S trên nhà máy coi là nhỏ (bỏ qua). Công thức tính công suất phát lên hệ thống được tính theo công thức: SHT(t) = S
(t) - {STD(t) + S
(t) + ST(t)}. Dựa vào các bảng công suất các phụ tải đã tính ở các mục trên ta lập bảng cân bằng công suất cho toàn nhà máy: Bảng 1.6 t(h) CS  0 - 6  6 - 7  7 - 8  8 -12  12-18  18-20  20-24   STD(t)  3,9  3,9  4,1  4,1  4,3  3,7  3,7   SUF(t)  6,35  10,6  10,6  10,6  9  6,35  6,35   SUT(t)  74,7  74,7  74,7  91,95  114,9  114,9  80,5   SNM(t)  222,4  222,4  250  250  278  208,5  208,5   S VHT(t)  137,45  133,2  160,6  143,35  149,8  83,55  117,95   Hình 1.5: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 2.6). Nhận xét: Công suất đặt của nhà máy là:4x69,5=278 (MVA).Tổng công suất định mức của hệ thống là 3400 MVA tức là nhà máy đóng góp (278/3400)x100=8,18% trong tổng công suất của hệ thống. - Phụ tải địa phương bao gồm cả đường dây kép và đơn do đó phụ tải có cả loại I và loại III còn công suất chiếm khoảng : (12,5/2x69,5)x100%=8,99%<15% - Phụ tải bên trung chiếm phần lớn công suất nhà máy (Stmax=114,9MVA; STMin=74,7( MVA) có 2 lộ dây kép và2 lộ dây đơn nghĩa là có cả phụ tải loại I, do đó việc đảm bảo cấp điện cho phụ tải này là rất quang trọng. -Dự trữ quay của hệ thống là:15%x3400(MVA) =510(MVA) lớn hơn công suất lớn nhất mà nhà máy phát vào hệ thống là SVHTmax = 149,8(MVA) nên nhà máy thiết kế là không ảnh hưởng nhiều trong việc ổn định cấp điện cho phụ tải trong hệ thống. Chương II Lựa chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện Chọn sơ đồ nối điện chính là một khâu quan trọng. Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phương trình đồng thời thể hiện được tính khả thi và đem lại hiệu quả kinh tế. Dựa vào số liệu tính toán phân bố công suất đồ thị phụ tải các cấp điện áp chúng ta vạch ra các phương án nối điện có thể có của nhà máy điện. Theo kết quả tính toán chương I ta có: +Phụ tải cấp điện áp máy phát: SUFmax = 10,6 (MVA). SUFmin = 6,35 (MVA). +Phụ tải trung áp: STmax = 114,9 (MVA). STmin =74,7 (MVA). + Phụ tải phát vào hệ thống: SVHTmax = 179,3(MVA). SVHTmin = 83,55 (MVA). Mặt khác ta đã có nhận xét và các nguyên tắc để xây dựng các phương án: Công suất dự trữ của hệ thống: SDTquay =15%.SHT = 0,15.3400 = 510 (MVA). 2) Phụ tải địa phương chiếm khoảng
. Công suất dịa phương cực đại chỉ bằng 7,9% công suất định mức phát (SđmF). Do đó trong sơ đồ nối điện không có thanh góp điện áp máy phát 3) Vì công suất một bộ máy phát điện _ máy biến áp không lớn hơn dữ trữ quay của hệ thống nên ta dùng sơ đồ bộ một máy phát điện _ một máy biến áp. 4) Do trung tính của cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV được trực tiếp nối đất và hệ số có lợi:
Nên ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp. 5) Phụ tải trung áp: STmax = 114,9 MVA. STmin = 74,7MVA. Do vậy có thể ghép một bộ hoặc hai bộ máy phát điện _ máy biến áp hai dây cuốn lên thanh góp trung áp (110 kV). -Từ các nhận xét trên ta vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế: 1.1)Phương án 1. Nhận xét: Phương án này có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp,công suất hai máy biến áp tự ngẫu có dung lượng nhỏ. 1.2)Phương án 2. Nhận xét: Phương án này có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp và cần ít MBA nhưng dòng ngắn mạch phía 10 kV tương đối lớn và phải chọn hai MBA tự ngẫu làm liên lạc có công suất lớn hơn phương án 1. 1.3) Phương án 3.
Nhận xét: Ưu điểm:- Lượng công suất truyền tải qua máy biến áp liên lạc sang cung cấp điện cho phụ tải bên trung áp chỉ theo một chiều nên giảm được tổn thất công suất (Vì một bộ MF-MBA không đủ cấp điện cho phụ tải phía trung). Nhược điểm:- Máy biến áp liên lạc phải chịu quá tải nặng nề hơn trong trường hợp xảy ra sự cố một máy biến áp tự ngẫu do lượng công suất truyền tải tăng lên gấp hai lần. 1.4) Phương án 4:
Nhận xét: Phương án này sử dụng nhiều máy biến áp nên vốn đầu tư lớn và vận hành phức tạp tính kinh tế không đảm bảo. Kết Luận: Qua phân tích sơ bộ trên, ta quyết định để lại hai phương án 1 và 2 để so sánh kinh tế và chọn ra phương án tối ưu. II) chọn và kiểm tra điều kiện mang tảI của các MBA. 1) Phương án 1 1.1) Chọn MBA 2 dây quấn (B3 & B4). MBA 2 dây quấn được chọn theo điều kiện: S B3đm = S B4đm ≥ S Fđm = 67(MVA). 1.2)Chọn MBA tự ngẫu (MBA liên lạc B1 & B2). + Điều kiện chọn: SđmB1 = SđmB2 (
.Sthừa Trong đó: + (: Hệ số có lợi (( =0,5). + Sthừa: Công suất thừa trên thanh góp máy phát và được xác định: Sthừa = ∑SđmF - SUFmin - Stdmax(*) ∑SđmF: Tổng công suất máy phát điện nối vào thanh góp UF. SUFmin: Phụ tải cực tiểu cấp điện áp máy phát. Stdmax: Phụ tải tự dùng cực đại của các máy phát nối vào thanh góp UF. Vậy từ (*) ta suy ra: Sthừa = 2x 67– 6,35-
x 4,3 =62,75 (MVA) Nên
Cấp điện áp (kV)  Loại  Sđm (MVA)  Điện áp cuộn dây (kV)  Tổn thất (kW)  UN %  Io %      C  T  H  Po  PN  C-T  C-H  T-H          A  C-T  C-H  T-H       110  ềọử  80  115  -  38,5  70  -  310  -  -  10,5  -  0,55   220  AềọửũH  125  230  121  11  75  290  145  145  11  31  19  0,5   Từ các điều kiện trên tra phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ” ta có thể chọn được MBA hai cuộn dây và MBA tự ngẫu với các thông số kỹ thuật sau: Bảng 2.1 1.3) Kiểm tra khả năng quá tải của MBA 1.3.1) Xét phân bố công suất cho các MBA trong trường hợp làm việc bình thường: * MBA 2 dây quấn: Với điều kiện vận hành bằng phẳng ta có: S B3 = S B4 =S Fđm - STD= 67-

= 65,9 (MVA) < 67(MVA). Do đó trong điều kiện bình thường MBA 2 cuộn dây không bị quá tải. *MBA liên lạc: Tính phân bố công suất trong các phía cao,trung, hạ theo các công thức: +Phía trung: S PT =
{ S UT(t) - 2.Sbộ }. +Phía cao : SPC =
SVHT(t). +Phía hạ : S PH = SPT + S PC. (Vì công suất các phía như nhau) Dựa vào kết quả công suất phụ tải phía trung và công suất phát về hệ thống bảng phân bố công suất cho các cuộn dây của 1 MBA liên lạc: Bảng 2-2 Loại máy biến áp  Công suất (MVA)  Thời gian (h)     0 - 6  6 -7  7 - 8  8 - 12  12 - 18  18 - 20  20 - 24   Tự ngẫu  SPC  68,7  66,6  80,3  71,7  74,9  41,8  59    S PT  -28,55  -28,55  -28,55  -19,9  -8,45  -8,45  -25,7    S PH  40,15  38,05  51,8  51,8  66,45  33,4  33,3   Nhận xét: Qua bảng phân bố công suất ta thấy chế độ truyền tải của MBATN là từ phía trung,hạ lên phía cao do đó cần tính: Snt max = ((SH + ST) = 0,5x(66,45- 8,45) = 29 < 0,5x160 = 80 (MVA) Như vậy ở điều kiện vận hành bình thường MBA tự ngẫu không bị quả tải 1.3.2) Xét trong các trường hợp sự cố. Để kiểm tra khả năng quá tải của các MBA ta phải xét trong trường hợp sự cố nặng nề nhất đó là khi phụ tải phía trung cực đại, đồng thời: * Hỏng 1 MBA 2 dây quấn bên phía trung áp. Ta đã có: STmax = 114,9 (MVA) ; SUF = 10,6 (MVA) ; SVHT= 149,8 (MVA). + Điều kiện đối với MBATN(MBA liên lạc) là: 2.Kqtsc.(.SBđm ( STmax - Sbộcòn lại 2x1,4x0,5x125 = 175(MVA) ( 114,9 – 65,9 = 49 (MVA). ( Vậy điều kiện được thoả mãn + Phân bố công suất trong các MBA còn lại: *MBA 2 dây quấn : Sbộcòn lại = 65,9(MVA). *MBA Tự ngẫu: - Công truyền tải từ phía trung MBATN lên thanh góp trung áp 110 kV là: SPT =
(STmax – Sbộ) =
(114,9 – 65,9) = 24,5 (MVA). - Công truyền tải qua cuộn hạ MBATN là: SCH =
(SđmF1 + SđmF2 - SUF – 2.
STDmax) =
(67+67– 10,6 – 2.
4,3) = 60,6(MVA). - Công suất qua phía cao áp của MBATN là: SPC = SCH – SPT = 60,6–24,5 = 36,1(MVA). - Công suất toàn nhà máy phát về hệ thống còn thiếu so với bình thường là: Sthiếu =SVHT – 2.SPC =114,9 – 2x36,1= 42,7 (MVA) ( Sdt = 200(MVA). *Nhận xét: -Trong trường hợp này chế độ truyền tải là từ hạ lên cao và trung và ta thấy: SH = 112(MVA) > Stt = 0,5x1125 = 62,5 (MVA) Tức là máy biến áp tự ngẫu làm việc quá tải với hệ số quả tải
Như vậy trong chế độ truyền tải này máy biến áp tự ngẫu bị quá tải trong giới hạn cho phép ( Từ kết quả trên ta nhận thấy rằng MBATN vẫn làm việc đảm bảo trong trường hợp sự cố ngừng một bộ MF - MBA bên phía trung áp. *Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải bên trung cực đại: +Lúc này MBATN còn lại cần kiểm tra theo điều kiện sau: Kqtsc.(.SBTNđm + (Sbộ ( STmax +Với : S 1bộ = SFđm -
Stdmax = 67-
.4,3 = 64,85 (MVA). Kiểm tra: 1,4 x 0,5 x125 +2x64,85= 217,2 (MVA) ( 114,9 (MVA). ( Điều kiện đặt ra được thoả mãn. + Phân bố công suất khi sự cố MBATN B1: - Công truyền tải qua Phía trung MBATN B2 là: SPT = (STmax – 2.Sbộ) = (114,9 – 2x64,85) = -14,8 (MVA). - Công truyền tải qua cuộn hạ MBATN B2 là: SCH =Min {SFHạ ; SHạtải } Trong đó: SHạF =(∑SđmF-SUF-
STDmax) = (2x67– 10,6 –
x4,3) = 121,25 (MVA). SHạtải= Kqtsc.(.SBTNđm = 1,4 x 0,5 x 125 =87,5 (MVA). Vậy SCH = 87,5 (MVA). - Công suất qua phía cao áp của MBATN là: SPC = SCH – SPT = 87,5 – (-14,8) = 102,3 (MVA). - Công suất toàn nhà máy phát về hệ thống còn thiếu so với bình thường là: Sthiếu =SVHT – SPC =114,9 – 102,3 = 12,6 (MVA) ( Sdt = 315 (MVA). *Nhận xét: Trong trường hợp này chế độ truyền tải là từ hạ và trung lên cao và ta thấy: Snt = ((SH +ST) = 0,5x(87,5 –14,8)= 36,35 > Stt = 0,5x125 = 62,5 (MVA) ( Từ kết quả trên ta nhận thấy rằng MBATN còn lại vẫn làm việc đảm bảo trong trường hợp sự cố ngừng một MBATN. 2) Phương án 2. 2.1) Chọn MBA 2 dây quấn (B3). * MBA 2 dây quấn được chọn theo điều kiện: S B3đm ≥ S Fđm = 67(MVA). 2.2)Chọn MBA tự ngẫu (MBA liên lạc B1 & B2). + Điều kiện chọn: SđmB1 = SđmB2 (
.Sthừa Trong đó: + (: Hệ số có lợi (( =0,5). + Sthừa: Công suất thừa trên thanh góp máy phát và được xác định: Sthừa = ∑SđmF - SUFmin - Stdmax(*) ∑SđmF: Tổng công suất máy phát điện nối vào thanh góp UF. SUFmin: Phụ tải cực tiểu cấp điện áp máy phát. Stdmax: Phụ tải tự dùng cực đại của các máy phát nối vào thanh góp UF. Vậy từ (*) ta suy ra: Sthừa = 3x 67– 10,6-
x 4,3 =187,2 (MVA). Nên : SđmB1 = SđmB2 ( 187,2 (MVA). Từ các điều kiện trên tra phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ” ta có thể chọn được MBA hai cuộn dây và MBA tự ngẫu với các thông số kỹ thuật sau: Bảng 2.3 Cấp điện áp (kV)  Loại  Sđm (MVA)  Điện áp cuộn dây (kV)  Tổn thất (kW)  UN %  Io %      C  T  H  Po  PN  C-T  C-H  T-H          A  C-T  C-H  T-H       110  ềọử  80  115  -  38,5  70  -  310  -  -  10,5  -  0,55   220  AềọửũH  200  230  121  11  105  430  190  190  11  32  20  0,5   2.3) Kiểm tra khả năng quá tải của MBA 2.3.1) Xét phân bố công suất cho các MBA trong trường hợp làm việc bình thường: *) MBA 2 dây quấn: Với điều kiện vận hành bằng phẳng ta có: S B3 =SFđm - STD= 67-

= 65,9 (MVA) < 67 (MVA). Do đó trong điều kiện bình thường MBA 2 cuộn dây không bị quá tải. *) MBA liên lạc: Tính phân bố công suất trong các cuộn cao,trung, hạ theo các công thức: +Phía trung: S PT =
{ S UT(t) - Sbộ }. +Phía cao : SPC =
SVHT(t). +Phía hạ : S PH = SPT + S PC. Dựa vào kết quả công suất phụ tải phía trung và công suất phát về hệ thống bảng phân bố công suất cho các cuộn dây của 1 MBA liên lạc: Bảng 2.4 Loại máy biến áp  Công suất (MVA)  Thời gian (h)     0 - 6  6 - 7  7 - 8  8 - 12  12 - 18  18 - 20  20 - 24   Tự ngẫu  SPC  68,7  66,6  80,3  71,7  74,9  41,8  59    S PT  4,4  4,4  4,4  13  24,5  24,5  7,3    S PH  73,1  71  84,7  84,7  99,4  66,3  66,3   *Nhận xét: Qua bảng phân bố công suất ta thấy chế độ truyền tải của MBATN là từ hạ lên cao và trung và lại có: SHmax = 99,4(MVA) ( (. SđmB = 0,5 x200 = 100(MVA). Như vậy ở điều kiện vận hành bình thường MBA tự ngẫu không bị quả tải 2.3.2) Xét trong các trường hợp sự cố. Để kiểm tra khả năng quá tải của các MBA ta phải xét trong trường hợp sự cố nặng nề nhất đó là khi phụ tải phía trung cực đại (STmax=114,9MVA), đồng thời: *) Hỏng MBA 2 dây quấn bên phía trung áp. Ta đã có: STmax = 114,9 (MVA) ; SUF = 10,6 (MVA) ; SVHT= 149,8 (MVA). + Điều kiện đối với MBATN(MBA liên lạc) là: 2.Kqtsc.(.SBđm ( STmax 2x1,4x0,5x200 = 280(MVA) ( 100 (MVA). Vậy điều kiện được thoả mãn. + Phân bố công suất trong MBATN được xác định: - Công truyền tải từ Phía trung MBATN lên thanh góp trung áp 110 kV là: SPT =
STmax =
x114,9 = 57,45 (MVA). - Công truyền tải qua cuộn hạ MBATN là: SCH =
(SđmF1 + SđmF2+SđmF3 - SUF – 3.
STDmax) =
(67+67+67– 10,6 – 3.
4,3) = 93,6(MVA). - Công suất qua phía cao áp của MBATN là: SPC = SCH – SPT = 93,6 –57,45 = 36,15(MVA). - Công suất toàn nhà máy phát về hệ thống còn thiếu so với bình thường là: Sthiếu =SVHT– 2.SCC =114,9 – 2x36,15= 42,6(MVA) ( Sdt = 315(MVA). *Nhận xét: Chế độ truyền tải của MBATN là từ hạ lên cao và trung và lại có: S H = 93,6 (MVA) ( (. SđmB = 0,5 x200 = 100(MVA). ( Từ kết quả trên ta nhận thấy rằng MBATN vẫn làm việc đảm bảo trong trường hợpsự cố mất bộ MF - MBA bên phía trung áp. *Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải bên trung cực đại: Lúc này MBATN còn lại cần kiểm tra theo điều kiện sau: Kqtsc.(.SBTNđm + (Sbộ ( STmax Với S 1bộ = SFđm -
Stdmax = 67-
.4,3 = 65,9 (MVA). + Kiểm tra: 1,4 x 0,5 x200 +65,9 = 205,9 (MVA) ( 100 (MVA). ( Điều kiện đặt ra được thoả mãn. + Phân bố công suất khi sự cố MBATN B1: - Công truyền tải qua phía trung MBATN B2 là: SPT = (STmax – Sbộ) = (114,9 – 65,9) = 49 (MVA). - Công truyền tải qua cuộn hạ MBATN B2 là: SCH =Min {SFHạ ; SHạtải } Trong đó: SHạF =(∑SđmF-SUF-
STDmax) = (3x67– 10,6 –
x4,3) = 187,2 (MVA). SHạtải= Kqtsc.(.SBTNđm = 1,4 x 0,5 x 200=140 (MVA). Vậy SCH = 140(MVA). - Công suất qua Phía cao áp của MBATN là: SPC = SCH – SPT = 140 – 49= 91 (MVA). - Công suất toàn nhà máy phát về hệ thống còn thiếu so với bình thường là: Sthiếu =SVHT – SPC =114,9 - 91 = 23,9 (MVA).