Tài liệu đồ án tốt nghiệp - nhà máy thủy điện

Đồ án tốt nghiệp Nhà máy thủy điện Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng theo cách nhìn là vô tận. Tuy nhiên nguồn năng lượng mà còn người có thể khai thác hiện nay đang trở lên khan hiếm và trở thành một vấn đề lớn trên thế giới. Đó là bởi vì để có năng lượng dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lượng sơ cấp phải trải qua nhiều công đoạn như khai thác, chế biến vận chuyển và phân phối. Các công đoạn này đòi hỏi nhiều chi phí về tài chính, kỹ thuật và các ràng buộc xã hội. Hiệu suất các công đoạn kể từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng nói chung là thấp. Vì vậy đề ra, lựa chọn và thực hiện các phương pháp biến đổi năng lượng từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối để đát hiệu quả kinh tế cao nhất và cũng là nhiệm vụ của con người chúng ta. Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng, bao gồm các nhà máy điện, mạng điện và các tiêu thụ điện. Trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng sơ cấp như than đa, dầu, khí đốt, thuỷ năng… thành điện năng. Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năng bởi các nhà máy nhiệt điện… thì việc củng cố xây dựng và dựng mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu đối với giai đoạn phát triển hiện nay. Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành hệ thống điện trước khi đi vào thực tế làm việc. Với yêu cầu như vậy đồ án tốt nghiệp được hoàn thành với nội dung gồm 6 chương, các chương này trình bày toàn bộ quá trình tính toán từ chọn máy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy đề ra các phương án nối điện, tính toán kinh tế - kỹ thuật, so sánh lựa chọn phương án tối ưu và chọn các khí cụ điện cho phương án đã lựa chọn. 0 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY Chất lượng điện năng là 1 yêu cầu quan trọng của phụ tải. Để đảm bảo chất lượng điện năng tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy phát ra phải hoàn toàn cân bằng với điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Vì điện năng ít có khả năng tích luỹ lên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện là rất quan trọng. Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi. Việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn được những phương án nối điện hợp lý. Dảm bảo được các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép đúng công suất mà MBA và phân bố tối ưu công suất giũa các tổ máy phát điện trong cùng 1 nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy với nhau. 1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy thuỷ điện gồm 4 tổ máy mỗi tổ máy có P =50 MW Chọn máy phát điện đồng bộ có các thông số sau : Loại máy phát Thông số định mức n s p U cosφ v/ph MVA MW KV TB Ф-50-2 3000 62,5 50 10,5 Điện kháng tương đương I X”d X’d Xd 0,135 0,3 1,84 KA 0,8 5.73 1-2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Điện năng là một dạng năng lượng không dự trữ được nên việc sản suất và tiêu thụ phải luôn cân bằng để đảm bảo chất lượng điện năng do nhà máy sản xuất ra, phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải và điện năng do tổn thất. 1 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hiên nay điện năng tiêu thụ của phụ tải là luôn luôn thay đổi ,vì vậy ta phải biết được biểu đồ phụ tải rồi từ đó có thể chọn các phương án vận hành hợp lý nhằm đảm bảo độ tin cậy của việc cung cấp điện va các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật khác . Do đó phải tính toán phụ tải và cân bằng công suất la nhiệm vụ thiết yếu khi thiết kế nhà máy điện. Từ bảng biến thiên phụ tải ở các cấp điện áp và hệ số cosφ đã cho ở trên ta xác định được công suất phụ tải ở từng thời điểm khác nhau. Theo công thức S (t ) = Pt %.P max 100. cos ϕ .tb Trong đó : S(t):Công suất biểu kiến phụ tải thời điểm t (MVA) Pmax :Công suất tác dụng cực đại của phụ tải (MW) Cosφtb : Hệ số cosφ trung bình của phụ tải a) Phụ tải của nhà máy : Nhiệm vụ thiết kế nhà máy nhiệt điện có tổng công suất định mức là PNMđm =200 MW cung cấp cho phụ tải và tự dùng với hệ số cosφ=0,85 - Phụ tải nhà máy tại từng thời điểm được xác đinh theo công thức : SNM (t) = PN .M %* PN .M .dm 100 x cos ϕ Trong đó SNM(t) : Công suất phát ra của nhà máy tại thời điểm t PNM% : Công suất tác dụng của nhà máy tính theo phần trăm tại thời điểm t (MW) PNMđm :Công suất định mức của nhà máy ( MW) Cosφ :Hệ số công suất của nhà máy 80x 200 khi PNM%=80% ta có S N.M ( t ) = 100x 0,8 kết qủa tính toán ở bảng 1-a và đồ thị 1-a B ảng 1-a Giờ 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 PNM% 80 80 80 80 90 90 100 100 90 90 80 SNM 200 200 200 200 225 225 250 250 225 225 200 2 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đồ thị 1-a SNM (MVA) 250 225 225 200 0 2 4 6 8 200 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) b. Phụ tải tự dùng của nhà máy . Để cho các tổ máy hoạt động bình thường thì phần điện tự dùng la rât quan trọng , ở nhà máy nhiệt điện thì khoảng 40% công suất tự dùng là cố định còn 60% là thay đổi theo phụ tải .Việc xác định phụ tải tự dùng của nhà máy theo công thức : STD ( t ) = S N .M ( t ) ⎤ α%.PNM ⎡ + 0 , 4 0 , 6 . ⎢ ⎥ SN.M.dm ⎦ 100.Cosϕ ⎣ Trong đó : STD(t) : Phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA) SNMđm : Công suất định mức của toàn nhà máy (MVA) 62,5 x 4=250 SNM : Công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t (MVA) 3 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP α% : Số phần trăm tự dùng α%=8% Khi SNM(t)=200 (MVA) STD = 8x 200 ⎡ 200 ⎤ 0 , 4 + 0 , 6 x = 17,17(MVA) 100x 0,82 ⎢⎣ 250 ⎥⎦ Kết qủa tính toán cho ở bảng 1-b và đồ thị 1-b Giờ 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 SNM(t 200 200 200 200 225 225 250 250 225 225 200 17,17 17,17 17,17 17,17 19,32 19,32 21,46 21,46 19,32 19,32 17,17 ) STD đồ thị 1-b STD(MVA) 21,46 19,32 19,32 17,17 0 2 4 6 8 10 12 14 17,17 16 18 20 22 24 t(h) c. Phụ tải điện áp máy phát Theo nhiệm vụ thiết kế phụ tải điện áp máy phát gồm 3 đường dây kép,mỗi đường dây là 3MW dài 3 Km 4 đường dây đơn, mỗi đường dây là 2MW dài 3 Km Điện áp máy phát (phụ tải địa phương ) tại từng thời điểm được tính 4 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP S DP ( t ) = p dP PdP max x 100 cos ϕ Trong đó : SdP(t) : Công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t (MVA) PdPmax : Phụ tải địa phương cực đại (MW) PdP max = 17(MW) PdP% : Phụ tải địa phương tính theo % so với PdP max*cosφ =0,86 Khi PdP = 70% PF(t)= SDP( t ) = P% 70 .Pmax = .17 = 11,9MW 100 100 pdP PdP max 70 17 * = * = 13,84(MVA) 100 cos ϕ 100 0,86 Kết quả tính toán ở bảng 1-c và đồ thị 1Giờ 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 SdP% 80 80 80 70 70 80 90 100 90 90 80 SdP(t) 15,82 15,82 15,82 13,84 13,84 15,82 17,79 17,79 17,79 17,79 15,82 PF(t) 13,6 13,6 13,6 11.9 11.9 13,6 15,3 17 15,3 15,3 13,6 5 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đồ thị 1-c SD 19,77 17,79 15,82 17,79 15,82 13,84 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) d. Phụ tải trung áp 110 KV Phụ tải trung áp với Pmax=90MW, cosφ=0,84 Gồm 1 đường dây kép 60(MW) và một đường dây đơn là 30 (MW) Phụ tải trung áp tại từng thời điểm được tính theo công thức ST (t) = PT % xPmax 100x cos ϕ Trong đó : ST(t) : Phụ tải trung áp tại thời điểm t(MVW) PTmax : Phụ tải cực đại điện áp trung áp PT% : Phụ tải trung áp tính theo % với PTmax cosφ= 0,84 Khi PT%=80 ; ST ( t ) = 80 90 x = 85,71(MVA) 100 0,84 Kết quả tính toán cho ở bảng 1-d và đồ thị 1-d Giờ Sđp 0-4 90 4-6 90 6-8 80 8-10 80 10-12 90 12-14 14-16 16-18 18-20 90 100 90 90 20-22 80 22-24 80 6 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP % ST(t) 96,42 96,42 85,71 85,71 96,42 96,42 107,14 96,42 96,42 85,71 85,71 đồ thị 1-d ST(t) 107,14 96,42 96,42 96,42 85,71 0 2 4 6 8 85,71 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) e. Công suất của hệ thống SVHT(t)= SNM(t)- (STD+SĐP+St) Khi t=0-4h SVHT(t)= 200-(17,17+15,82+96,42)=70,59(MVA) Kết quả tính toán cho ở bảng 1-e và đồ thị 1-e Bảng 1-e Giờ 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 SNM 200 200 200 200 225 225 250 250 225 225 200 SĐp 15,82 15,82 15,82 13,84 13,84 15,82 17,79 17,79 17,79 17,79 15,82 STD 17,17 17,17 17,17 17,17 19,32 19,32 21,46 21,46 19,32 19,32 17,17 ST(t) 96,42 96,42 85,71 85,71 96,42 96,42 107,14 96,42 96,42 85,71 85,71 SVHT(t 70,59 70,59 81,30 83,28 95,42 93,44 103,61 122,35 91,47 102,18 81,30 ) g. công suất của thanh góp STGcao=SVHT(t) 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhà máy thủy điện 8 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sơ đồ phụ tải toàn nhà máy SVHT (MVA) SĐP + STD + SVHT + ST +SMN SĐP + HT ST SĐP + STD STD SĐP 15,82 0 2 4 13,84 6 8 17,7919,77 15,82 10 12 14 16 18 17,79 20 22 24 t(h) 1.3. CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY Đây là nhiệm vụ chính trong thiết kế nhà máy điện Một phương án nối dây được coi là tối ưu khi phương án đó đáp ứng được nhiều yêu cầu như sơ đồ đơn giản linh hoạt, làm việc tin cậy. Kinh tế và an toàn Để đáp ứng các yêu cầu trên phương án nối dây phải dựa trên cơ sở 1. Phụ tải địa phương SĐPmax= 19,77 SĐPmin= 13,84 9 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SF ⇒ = 62,5MVA S DP max 19,77 .100 = .100 = 31,63% SF 62,5 Công suất địa phương cực đại (SĐPmax)=31,63% công suất định mức phát (SdmF) cần có thời gian UF. Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà máy địa bàn phụ tải nguồn nhiên liệu ..... riêng về phần điện nhà máy hoàn toàn có khả năng phát triển thêm phụ tải ở cấp điện áp sẵn có. 2. Số lượng máy phát ghép vào thanh góp, điện áp máy phát Được chọn sao cho khi sự cố 1 tổ máy phát thì các toỏ máy còn lại vẫn đủ điện câp cho phụ tải. Do đó ta đặt ít nhất là hai máy phát len thanh góp điện áp máy phát. 3. Để liên lạc giũa các cấp điện áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu vì lưới cao áp và trung áp là lưới trung tính trực tiếp nối đất: α: Hệ số có lợi ( α = U C − U T 220 − 110 = = 0,5 ) UC 220 Do đó ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp 4. Phụ tải trung áp STmax= 107,14MVA; STmin=85,71MVA, SVF = 62,5MVA ST = 107,14 =1,25 MVA 85,71 Do đó ta ghép 1 đến hai bộ μF-MBA hai cuộn dây và thanh góp trung 10 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP a. Phương án 1 HT 110KV 220KV B1 ∼ ∼ F1 B4 B3 B2 F3 F2 ∼ ∼ b. Phương án 2 HT 220KV 110KV B3 B2 B1 10,5K ∼ F1 ∼ F2 ∼ F3 ∼ 11 F4 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phương án 3. HT 220K B1 B3 B2 ∼ F1 XÉT CHUNG ∼ F2 : NHẬN 110K ∼ F3 B4 ∼ F4 a) Phương án 1 Có hai máy biến áp bộ bên trong do vậy khi ST min công suất của F3, F4, phải truyền qua hai lần MVA.Gây ra tổn thất điện năng lớn. Tuy vậy phương án này đảm bảo cung cấp cho phụ tải ở các cấp điện áp số chủng loại MBA ít vận hành và sửa chữa thuận tiện linh hoạt và khá đơn giản. b) Phương án 2 Bố trí máy phát μF- MBA cân đối với phụ tải số lượng máy biến áp ít do đó vận hành dễ nhưng so với phương án 1 thì có nhược điểm thiết bị phân phối điện áp máy phức tạp, có số lượng máy biến áp giảm so với các phương án trước. c) phương án 3 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhà máy thủy điện Phương án này đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp .Nhưng so với phương án 1 thì có nhược điểm là máy biến áp phía cao đắt tiền hơn và phải sử dụng đến 3 loại máy biến áp nhưng lại tránh được công suất tải qua hai lần máy biến áp khi phụ tải trung áp cực tiểu cuối cùng ta thấy phương án 1 và hai có nhiều ưu điểm hơn ta giữ lại để so sánh kinh tế kỹ thuật. 13 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II TÍNH TOÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP Trong nhà máy điện, máy biến áp là một thiết bị quan trọng nó đảm bảo sự cung cấp điện cho phụ tải, đồng thời nó ảnh hưởng tói chỉ tiêu kinh tế của nhà máy. Điện năng được sản xuất tại nhà máy điện được truyền tải để cugn cấp cho phụ tải phải thường phải qua nhiếu biến đổi bằng các máy biến áp. Do đó tổn thất điện năng trong các loại máy biến áp rất lớn dẫn đến làm giảm chát lượng điện năng và làm tăng gía thành vận hành hàng năm. Vì vậy khi thiết kế lựa chọn máy biến áp cho nhà máy cần phải thực hiện một cách kỹ lưỡng và cân nhắc thận trọng trong các máy biến áp được chọn phải đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật. Máy biến áp được chọn theo các điều kiện sau : Chọn máy biến áp bộ : Các máy biến áp bộ là các máy biến áp hai dây quấn không cần điều chỉnh dưới tải. Vì với bộ máy phát – máy biến áp chúgn ta có thể thực hiện điều áp băng điều chỉnh kích thích của máy phát. Điều kiện chọn SđmB> SđmF Trong đó SđmB công suất định mức của máy biến áp SđmF công suất định mức của máy phát . Chọn máy biến áp liên lạc. Các máy biến áp liên lạc là các máy biến áp tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải vì nếu ta điều chỉnh điện áp bằng kích thích từ máy phát sẽ không đảm bảo yêu cầu. Điều kiện chọn : SđmB ≥ 1 × Sthừa α Trong đó: α là hệ số có lợi của máy biến áp. tự ngẫu α=0,5. 14 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Căn cứ vào các điều kiện ta chọn các máy biến áp cho từng phương án như sau : A. Phương án1 1. Sơ đồ HT 110KV 220KV B1 ∼ ∼ F1 B4 B3 B2 F3 F2 ∼ ∼ 2.1a Chọn máy biến áp a) Chọn máy biến áp bộ Để vận hành thuận tiện và kinh tế ,các máy biến áp B3 và B4 được nối theo sơ đồ bộ và chọn theo điều kiện sau : SB3đm=SB4đm>SFđm=62,5MVA. Tra bảng chọn máy biến áp loại TДЦ 63 (sách thiết kế nhà máy) bảng tham số MBA Loại Sđm MVA UC KV UH KV P0 KW PN KW UN% IN% Giá VNĐ 15 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TДЦ 63 121 10,5 59 245 10,5 45x10340.10 0,6 3 b) Chọn máy biến áp tự ngẫu B1,B2 SdmTN ≥ 1 Max xSThua α Max S Thua = 1 n * max (ΣS dmF − S min − xS td ) UF 2 n α :hệ số có lợi trong đó: n*:số máy phát nôi với máy biến áp n :Tổng số máy phát => Max SThua = 1 1 (2.62,5 − 13,84 − .21,46) = 50,22MVA 2 2 1 max 1 = .50,22 = 100,43(MVA) Ta có SđmB≥ .SThua 2 0,5 Tra bảng theo sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn loại máy BA có thông số sau : cấp điện áp khu vực 220 Sđm UH P0 Tổn thất KW PN UN % C- C- T- KV KV KV K W C- C- T- T H H I0 % T H H 11 31 19 0,5 UC UT loại MVA ATДЦTH 100 230 121 11 65 260 - - Giá R 150.103 Giá của loại máy này là : V=150.103. 40. 103VNĐ c) Phân phối công suất : Các máy biến áp và cuộn dây . Để vận hành kinh tế cho các máy biến áp B3 và B4 ghép với bộ máy phát điện luôn làm việc với phụ tải không đổi. Do đó công suất của mỗi máy biến áp là : SB3= SB4= SđmF − STd max 21,46 = 62,5 − = 57,14MVA 4 4 *Phân phối phụ tải cho 2 máy biến áp tự ngẫu B1,B2. 16 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Công suất truyền qua cá phía của máy biến áp tự ngẫu trong từng thời điểm xác định. + Công suất cuộn cao: 1 SCB1= SCB2= SVHT 2 Khi t= 0-4h SCB1= SCB2= 1 70,59= 35,30MVA 2 + Công suất cuộn trung STB1=STB2= 1 [ (S TT − (S B3 + S B4 ) 2 STB1=STB2= 1 [ (96,42 − (57,14 + 57,14) ] = −8,93(MVA) 2 ] Khi t= 0-4h + Công suất cuộn hạ SHB1 = SHB2= SCB1 +STB1= SCB2 +STB2 Khi t= 0-4h SHB1 = SHB2=35,30+(-8,93)= 26,37(MAV) α Kết quả tính toán được ghi ở bảng sau: Giờ 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 B1=S B2 35,30 35,30 40,65 41,64 47,71 46,72 51,81 56,18 45,74 51,09 40,65 STB1=STB2 -8,93 -8,93 -14,29 -14,29 -8,93 -8,93 -3,57 -8,93 -8,93 -14,29 -14,29 26,37 26,37 26,36 27,35 38,78 37,79 48,24 47,25 36,81 36,80 26,36 C S C SHB1 = SHB2 Qua bảng phân phối công suất cho các máy biến áp ta thấy khi làm việc bình thường máy biến áp không bị quá tải. d) Kiểm tra sự cố 17 Nhà máy thủy điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chọn thời điểm xảy ra sự cố nguy hiểm nhất là khi phụ tải trung áp cực đại (T=14-16h) Stmax=107,14(MVA) Tương ứng với thời điểm đó SĐP =17,79MVA SVHT =103,61 MVA Xét cụ thể các sự cố 1. Sự cố 1 trong 2 máy biến áp B3 hoặc B4 B12 + S B3, 4 ≥ S Tmax 2 αKqt SC .S dm +Điều kiện 2x0,5x1,4x125+(62,5- 21,46 ) = 232,24 > STMax = 107,14MVA 4 Điều kiện thoả mãn + Phân bố công suất khi sự cố máy biến áp bộ Lượng công suất mỗi máy biến áp truyền sang bên trung là 1 1 STB1=STB2= (STmax − SB3 ) = (107,14 − 57,14) = 25MVA - Xem thêm -