Tài liệu đồ án thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI, CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY Điện năng tiêu thụ tại các hộ tiêu thụ điện luôn luôn thay đổi theo thời gian. Do vậy người ta phải dùng các phương pháp thống kê dự báo lập nên đồ thị phụ tải từ đó lựa chọn phương thức vận hành, chọn sơ đồ nối điện chính hợp lý đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Người thiết kế căn cứ vào đồ thị phụ tải để xác định công suất và dòng điện đi qua các thiết bị để tiến hành lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, sơ đồ nối điện hợp lý. 1.1.CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN Nhà máy điện gồm 4 máy phát, công suất mỗi máy là 50 MW , tra phụ lục 1 trang 113 sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp”-PGS.TS.Phạm Văn Hoà, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007. Chọn 4 máy phát điện loại TBФ-50-3600 do CHLB Nga chế tạo, các tham số chính của máy phát được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 1.1 chọn máy phát điện Các thông số ở chế độ định mức Loại máy phát TBΦ-503600 n, v/p h 300 0 S, MVA P, MW 62,5 50 U, kV Cos Iđm, φ kA 10, 0,8 5,7 5 3 Điện kháng tương đối Xd” Xd’ Xd 0,13 36 0,17 86 1,40 36 1.2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.2.1. Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát (10.5 kV) Phụ tải cấp điện áp máy phát: P 9 PUFmax= 9 MW; cosφ= 0,86 → SUFmax= UF max   10, 47 MVA. cos  0.86 Áp dụng các công thức: P%(t ) P (t )  Pmax , MW 100 P(t ) S (t )  , MVA cos  Trong đó: Pmax : công suất tác dụng của phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại, MW P(t) : công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t, MW GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 1 S(t) : công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t, MVA cosφ : hệ số công suất của phụ tải. Sẽ tính được công suất của phụ tải ở các khoảng thời gian khác nhau trong ngày. Bảng 1.2 phụ tải cấp điện áp máy phát Thời gian, 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 (h) Công P (%) 90 90 90 100 100 90 100 100 suất P (MW) 8,1 8,1 8,1 9 9 9 9 8,1 S (MVA) 9,42 9,42 9,42 10,47 10,47 10,47 10,47 9,42 Từ đó vẽ được biểu đồ phụ tải: Hình 1.1. Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 1.2.2. Tính toán phụ tải cấp điện áp trung (110 kV) Phụ tải cấp điện áp trung: P 60  71, 43 MVA PUTmax= 60 MW, cosφ= 0.84 → SUTmax= UT max  cos  0.84 Tính toán tương tự như với cấp điện áp máy phát. Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau. Bảng 1.3. Công suất phụ tải cấp điện áp trung Thời gian, 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 (h) Công P (%) 90 80 80 90 90 90 100 90 suất P (MW) 54 48 48 54 54 60 54 54 S (MVA) 64,29 57,14 57,14 64,29 64,29 71,43 64,29 64,29 Từ đó vẽ được biểu đồ phụ tải: GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 2 Hình 1.2. Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 1.2.3 Tính toán phụ tải cấp điện áp trung (220 kV) Phụ tải cấp điện áp trung: PUCmax= 70 MW, cosφ= 0.84 Tính toán tương tự như với cấp điện áp máy phát. Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau. Bảng 1.3. Công suất phụ tải cấp điện áp cao Thời gian 0-5 5-8 (h) Công P (%) 90 90 suất P (MW) 63 63 S (MVA) 75 75 Từ đó vẽ được biểu đồ phụ tải: GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng 8-11 80 56 66,7 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 95 95 95 66,5 66,5 66,5 79,17 79,17 79,17 95 66,5 79,17 90 63 75 SVTH:Lương Văn Huy 3 Hình 1.3. Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao áp 1.2.4. Tính toán công suất phát của nhà máy điện Nhà máy gồm 4 máy phát, mỗi máy có công suất định mức PFđm = 50 MW. Công suất đặt của toàn nhà máy là: PNMmax = 4  50= 200 MW. Công suất phát của Nhà máy điện được tính theo công thức: P% PNM max , MW 100 P (t ) , MVA S NM (t )  NM Cos PNM (t )  PNMmax = 200 MW;Cos = 0.8( bảng 1 trang 1) SNMmax= PNM max cos   200  250 MVA 0.8 Theo bảng biến thiên phụ tải , ta tính được công suất của nhà máy biến thiên theo từng thời điểm, Bảng 1.4 công suất toàn nhà máy Thời gian 0-5 5-8 8-11 (h) Công P (%) 90 80 80 suất P (MW) 180 160 160 S (MVA) 225 200 200 Từ đó vẽ được biểu đồ phụ tải: GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 80 160 200 100 200 250 100 200 250 100 200 250 90 180 225 SVTH:Lương Văn Huy 4 Hình 1.4. Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao áp 1.2.5 Tính toán công suất tự dùng của nhà máy Theo nhiệm vụ thiết kế phụ tải tự dùng của nhà máy chiếm 7% điện năng phát ra của nhà máy. Như vậy lượng tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm trong ngày: Std(t) = Trong đó :  % n.Pdmf . 100 cos td  S (t )    0.4  0.6  NM  S NM     - số phấn trăm lượng điện tự dùng ,  =7% Costd = 0.82  Std(t) : công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t, MVA.  SNM(t) : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t, MVA. Bảng 1.5. Công suất tự dùng của nhà máy Thời gian, (h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 Stnm (MVA) 225 200 200 200 250 250 250 225 Std(MVA) 16,05 15,02 15,02 15,02 17,07 17,07 17,07 16,05 Từ đó vẽ được biểu đồ phụ tải: GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 5 Hình 1.5. Đồ thị phụ tải tự dùng 1.2.6. Công suất phát về hệ thống điện. Công suất của nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm (t) đươcj tính theo công thức SVHT(t) = SNM(t) – [Std(t) + SUF(t) + SUT(t) + SUC] Trong đó: SVHT(t) – Công suất nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA Sau khi tính được công suất phát về hệ thống, lập được bảng cân bằng công suất toàn nhà máy. Bảng 1.6. Bảng cân bằng công suất toàn nhà máy Thời gian, (h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24 Stnm, (MVA) 225 200 200 200 250 250 250 225 Suf, (MVA) 9,42 9,42 9,42 10,47 10,47 10,47 10,47 9,42 Sut, (MVA) 64,29 57,14 57,14 64,29 64,29 71,43 64,29 64,29 Suc, (MVA) 75 75 66,67 79,17 79,17 79,17 79,17 75 Std(MVA) 16,05 15,02 15,02 15,02 17,07 17,07 17,07 16,05 Svht(MVA) 60,25 43,41 51,75 31,06 79,01 71,87 79,01 60,25 Stgc(MVA) 135,25 118,41 118,41 110,22 158,18 151,03 158,18 135,25 GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 6 Hình 1.6. Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy 1.3 LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY Đây là một khâu quan trọng trong thiết kế nhà máy. Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và có hiệu quả kinh tế cao. Theo kết quả tính toán ở phần 1.2 GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 7 Phụ tải địa phương : SUFmax = 10,47 MVA SUFmin = 9,42 MVA Phụ tải trung áp : STmax = 71,43 MVA STmin = 57,14 MVA Phụ tải tự dùng : STdmax = 17,07 MVA STdmin = 15,02 MVA Phụ tải phát vào hệ thống : SVHTmax = 79,01 MVA SVHTmin = 31,06 MVA Tỉ lệ phần trăm công suất phụ tải địa phương so với công suất định mức máy phát là 10, 47 *100 = 8,4 % < 15 % 2* 62,5 phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ hơn 15% công suất của nhà máy điện, nên không dùng thanh góp điện áp máy phát. Phụ tải tự dùng lấy từ đầu cực máy phát.  Uc  Ut 220  110   0,5 Ut 220 Do các cấp điện 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp, mặt khác hệ số có lợi  = 0,5 nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống. ST max / ST min  71, 43 / 57,14 mà SđmF = 62,5 MVA, cho nên ghép 1 đến 2 bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây bên trung áp. Với các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau: 1.3.1 phương án 1 Phương án I, phía cao áp thanh góp 220kV bố trí 3 máy biến áp gồm 2 máy biến áp tự ngẫu và 1 máy biến 3 pha 2 dây quấn. Phía trung áp thanh góp 110kV được nối với 1 GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 8 bộ máy phát điện - máy biến áp ba pha hai dây quấn F4-B4. Để cung cấp điện thêm cho các phụ tải này cũng như để liên lạc giữa ba cấp điện áp dùng hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu (F2-B2 và F3-B3). Ưu điểm của phương án: lượng công suất truyền tảigiữa bên cao và bên trung bé, đặc biệt là trong chế độ phụ tải Stmin, do đó tổn thất công suất trong MBA nhỏ, sơ đồ đảm bảo cung cấp điện liên tục và đơn giản trong vận hành Nhược điểm : bộ máy phát – máy biến áp khác loại gây khó khăn trong lắp đặt vận hành bảo dưỡng sửa chữa. Hình 1.7 sơ đồ nối điện phương án 1 1.3.2 phương án 2 Phía cao áp 220kV sử dụng 2 bộ MF-MBA và 2 máy biến áp tự ngẫu để làm máy biến áp liên lạc và cung cấp điện cho phụ tải địa phương. Phía trung áp 110kV sử dụng 2bộ MF-MBA. Phương án này sử dụng nhiều MBA gây tốn kém vốn đầu tư, gây tổn thất công suất trong MBA lớn. GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 9 HT 220kV B1 TD F1 B2 TD B3 F2 B4 TD+ĐP 110kV B5 B6 TD TD F3 F4 Hình 1.8 sơ đồ nối điện phương án 2 1.3.3 phương án 3 Phương án này có hai bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV. Hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV. Ưu điểm: Số lượng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giá thành hạ hơn giá máy biến áp 220kV. Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục. Nhược điểm: Tổn thất công suất lớn khi STmin. GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 10 Hình 1.9 sơ đồ nối điện phương án 3 1.3.4 phương án 4 Ta dùng 2 bộ máy phát – máy biến áp 2 dây quấn phát công suất lên thanh góp cao áp 220kV, dùng 2 bộ máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, làm nhiệm vụ truyền tải công suất cho thanh góp trung áp 110kV Ưu điểm : số lượng và chủng loại máy biến áp ít, vận hành linh hoạt đơn giản Nhược điểm: giá thành máy biến áp 220kV cao hơn giá máy biến áp 110kV, nếu một máy biến áp tự ngẫu hỏng thì máy còn lại làm việc trong tình trạng nặng nề, tổn thất công suất lớn do phải truyền tải công suất 2 lần GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 11 HT 220kV B1 TD B2 F1 TD B3 F2 110kV B4 TD+ĐP F3 TD+ĐP F4 Hình 1.10 sơ đồ nối điện phương án 4 Kết luận : Qua 4 phương án đã được đưa ra ở trên ta có nhận xét rằng 2 phương án 1 và 3 đơn giản và kinh tế hơn so với các phương án còn lại. Hơn nữa, nó vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục; an toàn cho các phụ tải và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật. Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và phương án 3 để tính toán kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện Nhận xét chương 1: -Theo yêu cầu của nhà máy, ta chọn loại máy phát TBФ-50-3600 do CHLB Nga chế tạo có công suất 50MW, công suất biểu kiến 62,5 MVA, điện áp đầu cực là 10,5kV -Tính toán cân bằng công suất của nhà máy, ta có các số liệu sau Phụ tải địa phương : SUFmax = 10,47 MVA ; SUFmin = 9,42 MVA Phụ tải trung áp : STmax = 71,43 MVA ; STmin = 57,14 MVA Phụ tải tự dùng : STdmax = 17.07 MVA ; STdmin = 15,02 MVA GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 12 Phụ tải cấp điện áp cao áp: SCmax= 79,167 MVA ; SCmin=66,67 MVA Công suất phát vào hệ thống : SVHTmax = 79,01 MVA; SVHTmin = 31,06 MVA Nhà máy có đủ khả năng cung cấp công suất cho các phụ tải và phát về hệ thống - Lựa chọn các phương án nối dây đảm bảo về mặt kỹ thuật , tiết kiệm đầu tư, đơn giản trong vận hành , trong 4 phương án trên thì phương án 1 và phương án 3 đảm bảo tốt nhất các yêu cầu , vì vậy chọn phương án 1 và phương án 3 để tính toán lựa chọn ra phương án tối ưu GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 13 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP A. PHƯƠNG ÁN 1 2-1a. Chọn máy biến áp -Chọn máy biến áp cho bộ máy phát – máy biến áp 2 dây quấn Công suất MBA 2 dây quấn được chọn theo điều kiện Chọn MBA 2 cuộn dây B1, B4 Máy biến áp hai dây quấn B1, B4 được chọn theo điều kiện: S B1dm  S B 4 dm  S Fdm Các máy phát F1 và F4 có công suất phát định mức: S F 1dm  S F 4 dm  S Fdm  62,5MVA Do đó ta có thể chọn được MBA B1 có các thông số kĩ thuật: Bảng 3.1 chọn máy biến áp B1 Loại MBA TДЦ Sđm MVA 80 ĐA cuộn dây, kV C H 242 10,5 Tổn thất, kW P0 PN 80 320 UN% I0% 11 0,6 MBA B4 có các thông số kĩ thuật: Bảng 3.2 chọn máy biến áp B4 GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 14 Loại MBA Sđm MVA TДЦ 80 ĐA cuộn dây, kV C H 121 Tổn thất, kW P0 PN 70 310 10,5 UN% I0% 10,5 0,55 - Chọn máy biến áp tự ngẫu: Chọn MBA tự ngẫu B2, B3 Máy biến áp tự ngẫu B2, B3 được chọn theo điều kiện: 1 S B 2 dm  S B 3dm  S F 2 dm  S B 2 dm  S B 3dm  1 0,5 62,5  125MVA Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu ba pha cho mỗi máy biến áp B2, B3: Bảng 2.3 chọn máy biến áp B2 Loại MBA Sđm MVA ATДЦ TH 125 ĐA cuộn dây, kV C T H P0 230 121 11 75 Tổn thất, kW PN C-T C-H UN% T-H 290 145 145 C-T C-H T-H I0 % 11 31 19 0,6 2-1a.1 kiểm tra quá tải của các máy biến áp trong các trường hơp sự cố Do công suất của may biến áp 2 cuộn dây đựoc chọn lớn hơn hoặc công suất phát của máy phát nên không cần phải kiểm tra, ta chỉ kiểm tra máy biến áp tự ngẫu trong các trường hợp sự cố a. Sự cố hỏng 1 bộ MF-MBA bên trung tại thời điểm STmax kiểm tra theo công thức : 2.kqtsc . .SdmTN  STmax STmax = 71,43 MVA   0,5 kqtsc  1, 4 SdmTN= 125MVA 2.1,4.0,5.125=175> 71,43 Vậy khi bộ máy phát- máy biến áp bên trung áp hỏng thì hai máy biến áp tự ngẫu vẫn tải công suất lên thanh góp trung áp mà không bị quá tải Để xác định công suất thiếu về Hệ thống cần phân bố công suất cho các MBA khi sự cố GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 15 Phụ tải các phía của MBATN như sau: +Công suất cuộn trung : 1 1 SCT= STmax  .71, 43  35,72 MVA 2 2 + Công suất cuộn hạ áp 1 UT max 1 1 1 SCH  SdmF  Sdp  Std max  62,5  10, 47  .17, 07 =53MVA 2 4 2 4 + Công suất cuộn nối tiếp SCC  SCH  SCT  53  35,72  17,28 MVA Vậy cuộn hạ mang tải nặng nề nhất Ta có Stt=0,5.125= 62,5 MVA SCH 71,43 - 58,23=13,2 Vậy máy biến áp đã chọn thoả mãn . Để xác định công suất thiếu về HT cần tính phân bố công suất cho các MBA khi có sự cố Phụ tải các phía của MBA tự ngẫu + Công suất của cuộn trung áp SCT  STmax  Sbô =71,43- 58,23=13,2 MVA + Công suất của cuộn hạ áp 1 1 UT max SCH  SdmF  S dp  Std max  62,5  10, 47  .17, 07 =47,76 MVA 4 4 + Công suất cuộn nối tiếp SCC  SCH  SCT  47,76  13, 2  34,56 MVA Vậy cuộn hạ mang tải nặng nề nhất Ta có Stt=0,5.125= 62,5 MVA SCH 57,14 - 58,23= -1,09 MVA ( công suất truyền từ bên trung áp sang cao áp) Vậy máy biến áp đã chọn thoả mãn . Để xác định công suất thiếu về HT cần tính phân bố công suất cho các MBA khi có sự cố Phụ tải các phía của MBA tự ngẫu + Công suất của cuộn trung áp GVHD: Th.s. Phạm Ngọc Hùng SVTH:Lương Văn Huy 18 SCT  ST min  Sbô =57,14- 58,23= -1,09MVA + Công suất của cuộn hạ áp 1 1 UT min SCH  SdmF  S dp  Std min  62,5  9, 42  .17,07 = 48,81 MVA 4 4 + Công suất cuộn nối tiếp SCC  SCH  SCT  48,81  1,09  49,9 MVA Vậy cuộn nối tiếp mang tải nặng nề nhất Ta có Stt=0,5.125= 62,5 MVA SCH - Xem thêm -