Đồ án môn học Tìm hiểu thiết kế nhà máy điện

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 1 --- CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 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, hệ số công suất cosφ= 0.8. Công suất biểu kiến định mức của mỗi máy là: SđmF= 5.628.0 50 cos ==ϕ đmFP MVA. Chọn các máy phát điện tua-bin hơi cùng loại, điện áp định mức 10.5 kV.Tra Phụ lục II, trang 99, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”(Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004). 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. Các tham số chính của máy phát điện Loại máy phát Các thông số ở chế độ định mức Điện kháng tương đối n, v/ph S, MVA P, MW U, kV cosφ Iđm, kA Xd” Xd’ Xd TBФ-50-3600 3000 62.5 50 10.5 0.8 5.73 0.1336 0.1786 1.4036 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: PUFmax= 17.6 MW; cosφ= 0.8 → SUFmax= 228.0 6.17 cos max ==ϕ UFP MVA. Áp dụng các công thức: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 2 --- max100 )%()( PtPtP = , MW ϕcos )()( tPtS = , MVA 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 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. Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát Thời gian, (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 Công suất P, (%) 70 80 100 85 65 P, (MW) 12.32 14.08 17.6 14.96 11.44 S, (MVA) 15.4 17.6 22 18.7 14.3 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: PUTmax= 85 MW, cosφ= 0.8 → SUTmax= 25.1068.0 85 cos max ==ϕ UTP MVA 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, (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 Công suất P, (%) 80 90 80 100 75 P, (MW) 68 76.5 68 85 63.75 S, (MVA) 85 95.625 85 106.25 79.6875 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 3 --- Hình 1.2. Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 1.2.3. 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: max100 %)( NMNM P PtP = , MW ϕCos tPtS NMNM )( )( = , MVA PNMmax = 200 MW;Cosϕ = 0.8 ; SNMmax= 2508.0 200 cos max ==ϕ NMP MVA Tõ b¶ng sè liÖu biÕn thiªn phô t¶i toμn nhμ m¸y, ¸p dông c«ng thøc trªn tÝnh cho tõng kho¶ng thêi gian ta cã b¶ng biÕn thiªn c«ng suÊt ph¸t cña nhμ m¸y. Bảng 1.4. Công suất phát của nhà máy Thời gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24 Công suất P, (%) 70 85 95 100 75 P, (MW) 140 170 190 200 150 S, (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5 Hình 1.3. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 1.2.4. Tính toán công suất tự dùng của nhà máy Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 4 --- §iÖn tù dïng nhμ m¸y nhiÖt ®iÖn thiÕt kÕ chiÕm 8% c«ng suÊt ®Þnh møc cña nhμ m¸y. Phô t¶i tù dïng cña nhμ m¸y t¹i c¸c thêi ®iÓm ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Std(t) = ( ). 0.4 0.6 NMNM NM S tS S α ⎛ ⎞× + ×⎜ ⎟⎝ ⎠ Trong đó : • α - số phấn trăm lượng điện tự dùng , α =8% Cosϕtd = 0.8. • 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. 0.4 - l−îng phô t¶i tù dïng kh«ng phô thuéc c«ng suÊt ph¸t. 0.6 - l−îng phô t¶i tù dïng phô thuéc c«ng suÊt ph¸t. Tõ sè liÖu vÒ c«ng suÊt ph¸t cña nhμ m¸y ¸p dông c«ng thøc(1.4) ta cã b¶ng biÕn thiªn c«ng suÊt tù dïng vμ ®å thÞ phô t¶i tù dïng. Bảng 1.5. Công suất tự dùng của nhà máy Thời gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24 Công suất SNM(t) , (%) 70 85 95 100 75 SNM(t) , (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5 Std(t) , (MVA) 16.4 18.2 19.4 20 17 Hình 1.4. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy 1.2.5. Công suất phát về hệ thống điện. C«ng suÊt cña nhμ m¸y ph¸t vÒ hÖ thèng t¹i thêi ®iÓm t ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: SVHT(t) = SNM(t) – [Std(t) + SUF(t) + SUT(t)] Trong đó: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 5 --- 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 1.5. Bảng cân bằng công suất toàn nhà máy Thời gian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SNM(t), (MVA) 175 175 175 212.5 212.5 237.5 250 250 187.5 SUF(t), (MVA) 15.4 15.4 17.6 17.6 22 22 18.7 14.3 14.3 SUT(t), (MVA) 85 95.625 95.625 95.625 85 85 106.25 79.6875 79.6875 Std(t), (MVA) 16.4 16.4 16.4 18.2 18.2 19.4 20 20 17 SVHT(t), ( MVA) 58.2 47.575 45.375 81.075 87.3 111.1 105.05 136.0125 76.5125 Hình 1.5. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy S (t) S (t) S (t) S (t) S (t) Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 6 --- NHẬN XÉT: • Phụ tải cấp điện áp maý phát và tự dùng khá nhỏ (SUFmax=22 MVA, SUFmin=14.3 MVA), phụ tải cấp điện áp trung khá lớn (SUTmax=106.25 MVA,SUTmin=79.6875 MVA), tuy nhiên nhà máy vẫn đáp ứng đủ công suất yêu cầu. Phụ tải các cấp điện áp máy phát và điện áp trung đều là các phụ tải loại 1, được cung cấp điện bằng các đường dây kép. • Công suất của hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế) là 2400 MVA, dự trữ công suất của hệ thống là 15% tức là 360 MVA, giá trị này lớn hơn công suất cực đại mà nhà máy có thể phát về hệ thống SVHTmax=136.0125 MVA và phụ tải cấp điện áp trung nên trong trường hợp sự cố hỏng 1 hoặc vài tổ máy phát thì hệ thống vẫn cung cấp đủ cho phụ tải của nhà máy. Công suất phát của nhà máy vào hệ thống tương đối nhỏ so với tổng công suất của toàn hệ thống ⇒ nhà máy chỉ có thể chạy vận hành nền và không có khả năng điều chỉnh chất lượng điện năng cho hệ thống. • Khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy không cao.Ta tiếp tục duy trì vận hành đúng chỉ tiêu kinh tế – kĩ thuật trong tương lai để đáp ứng một phần nhu cầu điện năng của địa phương và phát lên hệ thống. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 7 --- CHƯƠNG II LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY 2.1. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN 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 chương I Phụ tải cấp điện áp máy phát : SUFmax = 22 MVA. SUFmin = 14.3 MVA. Phụ tải trung áp: SUTmax = 106.25 MVA. SUTmin = 79.6875 MVA. Phụ tải phát về hệ thống : SVHTmax = 136.0125 MVA. SVHTmin = 45.375 MVA. Công suất định mức 1 máy phát : SFđm= 62.5MVA Phụ tải điện tự dùng: Stdmax=20 MVA Dự trữ của hệ thống : SdtHT=360 MVA Nhận thấy: ƒ Phụ tải cấp điện áp máy phát: SUFmax = 22 MVA, 22 112 = MVA 11 100% 62.5 × = 17.6% >15% SFđm . Vì vậy phải có thanh góp cấp điện áp máy phát (TG UF). ƒ SUFmax = 22 MVA, Std1MF = 55.62100 8 100 8 ==dmFS MVA. Nếu ghép 2 máy phát vào thanh góp UF: Công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát là 10 MVA → công suất yêu cầu trên thanh góp UF là 22+10= 32 MVA. Nếu ghép 3 máy phát vào thanh góp UF: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 8 --- Công suất tự dùng cực đại của 3 máy phát là 15MVA → công suất yêu cầu trên thanh góp UF là 22+15= 37 MVA. Trong cả 2 trường hợp này, khi 1 máy phát bị sự cố thì các máy phát còn lại đều đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải tự dùng. Như vậy về lý thuyết ta có thể ghép 2 hoặc 3 máy phát lên thanh góp UF. ƒ Cấp điện áp cao UC= 220 kV Cấp điện áp trung UT= 110 kV Trung tính của cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV đều được trực tiếp nối đất, hệ số có lợi: 220 110 0.5 220 C T C U U U α − −= = = . Vậy nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp. ƒ Phụ tải cấp điện áp trung: SUTmax = 106.25 MVA. SUTmin = 79.6875 MVA. Công suất định mức của 1 máy phát : SFđm= 62.5 MVA → Có thể ghép 1- 2 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây lên thanh góp 110 kV và cho các máy phát này vận hành bằng phẳng. ƒ Công suất phát về hệ thống : SVHTmax = 136.0125 MVA. SVHTmin = 45.375 MVA. → Có thể ghép 2-3 máy phát lên thanh góp cao áp. ƒ Dự trữ công suất hệ thống: SdtHT= 15%×2400= 360 MVA. Công suất của bộ 2 máy phát là : Sbộ= 2×(62.5-5)= 115 MVA. Như vậy về nguyên tắc có thể ghép chung bộ 2 máy phát với máy biến áp 2 cuộn dây. Từ các nhận xét trên vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 9 --- 2.1.1. Phương án 1 Hình 2.1. Sơ đồ nối điện phương án1 Trong phương án này dùng 2 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây cấp điện cho thanh góp điện áp trung 110 kV, 2 máy phát còn lại được nối với các phân đoạn của thanh góp UF. Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp và phát điện lên hệ thống. Kháng điện nối giữa các phân đoạn của thanh góp điện áp máy phát để hạn chế dòng ngắn mạch khá lớn khi xảy ra ngắn mạch trên phân đoạn của thanh góp. Điện tự dùng được trích đều từ đầu cực máy phát và trên thanh góp cấp điện áp máy phát. Ưu điểm của phương án này là đơn giản trong vận hành, ®¶m b¶o cung cÊp ®iÖn liên tục cho c¸c phô t¶i ë c¸c cÊp ®iÖn ¸p, hai m¸y biÕn ¸p tù ngÉu cã dung l−îng nhá, số lượng các thiết bị điện cao áp ít nên giảm giá thành đầu tư. Công suất của các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây ở phía điện áp trung gần bằng phụ tải cấp điện áp này nên công suất truyền tải qua cuộn dây trung áp của máy biến áp liên lạc rất nhỏ do đó giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phí vận hành. 2.1.2. Phương án 2 Trong phương án này dùng 1 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây cấp điện cho thanh góp 110 kV, 3 máy phát còn lại được nối với thanh góp UF. Để hạn chế dòng ngắn mạch lớn sử dụng 2 kháng điện nối các phân đoạn của thanh góp cấp điện áp máy phát. Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp và phát điện lên hệ thống. HTĐ HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 10 --- Ưu điểm của phương án này là số lượng máy biến áp và các thiết bị điện cao áp ít nên giảm giá thành đầu tư. Máy biến áp tự ngẫu vừa làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp vừa làm nhiệm vụ tải công suất của các máy phát tương ứng lên các cấp điện áp cao và trung nên giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phí vận hành. Máy phát cấp điện cho phụ tải cấp điện áp trung vận hành bằng phẳng, công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp liên lạc khá ít. Nhược điểm của phương án này là khi có ngắn mạch trên thanh góp UF thì dòng ngắn mạch khá lớn, khi hỏng 1 máy biến áp liên lạc thì máy còn lại với khả năng quá tải phải tải công suất tương đối lớn nên phải chọn máy biến áp tự ngẫu có dung lượng lớn. 2.1.2. Phương án 3 Hình 2.3. Sơ đồ nối điện phương án 3 Trong phương án này dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc, 1 bộ máy phát- máy biến áp ghép bộ bên phía điện áp cao 220 kV, 1 bộ bên phía điện áp trung 110 kV, 2 phân đoạn thanh góp, phụ tải địa phương lấy từ hai phân đoạn thanh góp, tự dùng lấy trên phân đoạn thanh góp và đầu cực máy phát nối bộ. Ưu điểm là cấp điện liên tục cho phụ tải các cấp điện áp, phân bố công suất giữa các cấp điện áp khá đồng đều. Nhược điểm của phương án là phải dùng 3 loại máy biến áp khác nhau gây khó khăn cho việc lựa chọn các thiết bị điện và vận hành sau này, công suất phát về hệ thống ở chế độ cực tiểu nhỏ hơn nhiều so với công suất của 1 máy phát nên lượng công suất thừa phải truyền tải 2 lần qua các máy biến áp làm tăng tổn hao điện năng. Ngoài ra máy biến áp và các thiết bị điện ở cấp điện áp cao có giá thành cao hơn nhiều so với ở cấp điện áp trung nên làm tăng chi phí đầu tư. HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 11 --- 2.1.4. Phương án 4 Hình 2.4. Sơ đồ nối điện phương án 4 Phương án này ghép bộ 2 máy phát với 1 máy biến áp 2 cuộn dây để cấp điện cho phụ tải trung áp. Ưu điểm của phương án này là giảm được 1 máy biến áp nhưng nhược điểm rất lớn là khi có ngắn mạch thì dòng ngắn mạch lớn, khi máy biến áp 2 cuộn dây hỏng thì cả bộ hai máy phát không phát được công suất cho phụ tải trung áp nên độ tin cậy cung cấp điện không cao bằng các phương án trên. Từ phân tích sơ bộ các ưu nhược điểm của các phương án đã đề xuất, nhận thấy các phương án 1, 2 có nhiều ưu việt hơn hẳn các phương án còn lại nên sử dụng các phương án 1 và 2 để tính toán cụ thể nhằm lựa chọn phương án tối ưu. 2.2. CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO CÁC PHƯƠNG ÁN Để tiết kiệm chi phí đầu tư, các máy biến áp nối bộ máy phát -máy biến áp không cần phải dùng loại có điều áp dưới tải vì các máy phát này vận hành bằng phẳng, khi cần điều chỉnh điện áp chỉ cần điều chỉnh dòng kích từ của máy phát nối bộ là đủ. Các máy biến áp tự ngẫu dùng làm liên lạc là loại có điều áp dưới tải vì phụ tải của chúng thay đổi gồ ghề, trong các chế độ vận hành khác nhau phụ tải thay đổi nhiều nên nêú chỉ điều chỉnh dòng kích từ của máy phát thì vẫn không đảm bảo được chất lượng điện năng. 2.2.1. Chọn máy biến áp cho phương án 1 1. Chän m¸y biÕn ¸p nèi bé ba pha hai d©y quÊn Sơ đồ: HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 12 --- Hình 2.5. Các máy biến áp cho phương án 1 §èi víi m¸y biÕn ¸p ghÐp bé th× ®iÒu kiÖn chän m¸y biÕn ¸p lμ: SB®m≥ S F®m = 62.5 MVA Tra phô lôc III.4, trang 154, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” (Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004), chän hai m¸y biÕn ¸p B1, B2 cã SB®m=80 MVA. C¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p đ−îc tæng hîp trong b¶ng 2.1. 2. Chän m¸y biÕn ¸p liên lạc Chọn 2 máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu có các cấp điện áp 220/110/10 kV. Điều kiện chọn máy biến áp máy biến áp tự ngẫu STNđm ≥ α2 1 Sthừa Trong đó : α : là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu, α = 0.5 Sthừa : là công suất thừa trên thanh góp UF. Sthừa= 2.SFđm – (SUFmin + mtdS 2 max ) SFđm: là công suất định mức của máy phát SUFmin: công suất của phụ tải điện áp máy phát trong chế độ cực tiểu. mtdS 2 max : công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát. HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 13 --- Ta có: Sthừa = 2×62.5 – (14.3 + 2 204 × ) = 100.7 MVA 1 1 100.7 100.7. 2 2 0.5th a S MVAα = × =×u . → STNđm ≥ α2 1 Sthừa = 100.7 MVA Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có công suất STNđm = 125 MVA. Các thông số kỹ thuật chính của các máy biến áp được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 2.1. Các thông số cơ bản của các máy biến áp cho phương án 1 CÊp ®iÖn ¸p, kV Lo¹i S®m MVA §iÖn ¸p cuén d©y, kV Tæn thÊt c«ng suÊt, kW UN % Io % Gi¸, 103R C T H Po PN C-T C-H T-H A C-T C-H T-H 110 Тдц 80 115 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.55 91 220 ATдцтH 125 230 121 11 75 290 145 145 11 32 20 0.5 185 2.2.1. Chọn máy biến áp cho phương án 2 Hình 2.6. Các máy biến áp cho phương án 2 1. Chän m¸y biÕn ¸p nèi bé ba pha hai d©y quÊn Máy biến áp bộ hoàn toàn như của phương án 1. 2. Chän m¸y biÕn ¸p liên lạc Chọn 2 máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu có các cấp điện áp 220/110/10 kV. HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 14 --- Sthừa = 3×62.5 – (14.3 + 3 204 × ) = 158.2 MVA 1 1 158.2 158.2 2 2 0.5th a Sα = × =×u MVA. Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có công suất STNđm = 160 MVA. Các thông số kỹ thuật chính của máy biến áp tự ngẫu được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 2.2. Các thông số cơ bản của các máy biến áp cho phương án 2 CÊp ®iÖn ¸p, kV Lo¹i S®m MVA §iÖn ¸p cuén d©y, kV Tæn thÊt c«ng suÊt, kW UN % Io % Gi¸, 103R C T H Po PN C-T C-H T-H A C-T C-H T-H 110 Тдц 80 115 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.55 91 220 ATдцтH 160 230 121 11 85 380 190 190 11 32 20 0.5 200 2.3. KIỂM TRA KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP 2.3.1. Phương án 1 1. Tính phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp Quy ước chiều dương của dòng công suất là chiều đi từ máy phát lên thanh góp đối với máy biến áp hai cuộn dây và đi từ cuộn hạ lên phía cao và trung, từ phía trung lên phía cao đối với máy biến áp liên lạc. a) Với máy biến áp hai dây quấn Trong vận hành luôn cho vận hành bằng phẳng với công suất định mức của chúng. Dòng công suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là: SB1 = SB2 =SFđm - 1 4 td S× = 62.5- 1 20 4 × = 57.5< SBđm= 62.5 MVA. b) Với máy biến áp liên lạc Dòng công suất qua các phía của máy biến áp liên lạc được xác định theo công thức: ST(t) = [ ])()()(2 1 21 tStStS BBUT −− . SC(t) = )(2 1 tSVHT SH(t) = ST(t) + SC(t). Trong đó: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 15 --- SC(t), ST(t) , SH(t): Công suất tả iqua phía cao, trung, hạ của một máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm t SUT(t), SVHT(t): Công suất của phụ tải cấp điện áp trung và công suất phát về hệ thống tại thời điểm t. Công suất mẫu của máy biến áp tự ngẫu là: Stt= α.STNđm= 0.5×125= 62.5 MVA. Dùa vμo tÝnh to¸n c©n b»ng c«ng suÊt cña ch−¬ng I, tÝnh theo tõng kho¶ng thêi gian t ta cã b¶ng kÕt qu¶ ph©n bè dßng c«ng suÊt qua c¸c phía cña c¸c m¸y biÕn ¸p nh− sau. Bảng 2.3. Bảng phân bố công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu trong chế độ làm việc bình thường (phương án 1) Thờigian, h 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SC(t), MVA 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 ST(t), MVA -15 -9.6875 -9.6875 -9.6875 -15 -15 -4.375 -17.65625 -17.65625 SH(t), MVA 14.1 14.1 13 30.85 28.65 40.55 48.15 50.35 20.6 Từ bảng tổng hợp số liệu có thể thấy trong chế độ làm việc bình thường tất cả các máy biến áp đều hoạt động non tải. 2. Xét các trường hợp sự cố Xét 2 tình huống sự cố hỏng máy biến áp nặng nề nhất là khi ở cấp điện áp trung có phụ tải cực đại. Trong chế độ này, theo tính toán ở chương I: SUTmax=106.25 MVA, SVHT= 105.05 MVA, SUF = 18.7 MVA, Std= 20 MVA a) Hỏng 1 máy biến áp hai dây quấn bên trung áp Sơ đồ: Trong trưòng hợp có sự cố hỏng 1 máy biến áp, để duy trì công suất thì cho các tổ máy còn lại được vận hành với công suất định mức. Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là: 2KqtSCα.STNđm+ Sbộ ≥ SUTmax HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 16 --- Trong ®ã: KqtSC : HÖ sè qu¸ t¶i sù cè cho phÐp; KqtSC= 1.4 Sbộ: C«ng suÊt truyền qua máy biến áp bộ còn lại. Sbộ=57.5 MVA. Thay sè vo: 2KqtSCα.STNđm+Sbộ = 2×1.4×0,5×125+ 57.5 = 232.5 MVA > SUTmax =106.25 MVA VËy ®iÒu kiÖn trªn ®−îc tho¶ m·n. Phân bố công suất: ◊ Công suất qua máy biến áp bộ B2: Sbộ= SFđm - max4 1 tdS = 62.5- 204 1 = 57.5 MVA ◊ Công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu: ST = 2 1 (SUTmax-Sbộ)= 0.5×(106.25-57.5)= 24.375 MVA SH = min{Shạphát , Shạtải} Trong đó: Shạphát :công suất mà các máy phát có thể phát lên cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu, được xác định theo biểu thức: Shạphát = 2 1 ∑1 1 n FdmS - 2 1 SUF- n n 2 1 maxtdS , n- là tổng số máy phát của nhà máy, n1- là số máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát. Shạtải :công suất cực đại mà cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu có thể tải được trong chế độ sự cố, được xác định theo biểu thức: Shạtải = KqtSCα.STNđm Trong trường hợp này n= 4, n1= 2→ Shạphát= SFđm- 2 1 SUF- 4 1 maxtdS = 62.5- 2 1 18.7- 4 1 20= 48.15 MVA Shạtải= 1.4×0.5×125= 87.5 MVA Vì vậy công suất qua cuộn hạ là: Shạ = SH = min{48.15 ,87.5}= 48.15 MVA SC = SH - ST= 48.15- 24.375= 23.775 MVA Trong chế độ sự cố này đối với máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ cuộn hạ lên cuộn cao và cuộn trung→ trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tải công suất lớn nhất. Shạ = SH = 48.15 MVA<Stt= α.STNđm= 0.5×125= 62.5 MVA Tức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải. ◊ Công suất thiếu: Sthiếu= SVHT- 2SCC= 105.05- 2×23.775= 57.5 MVA Sthiếu= 57.5 MVA< SdtHT = 360 MVA. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 17 --- Như vậy khi một trong hai máy biến áp bộ bị hư hỏng thì các máy biến áp còn lại không bị quá tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 57.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống. b) Hỏng 1 máy biến áp liên lạc Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là: KqtSCα.STNđm+ 2Sbộ ≥ SUTmax Thay sè vo: KqtSCα.STNđm+2Sbộ =1.4×0,5×125+2×57.5=202.5MVA >SUTmax=106.25 MVA VËy ®iÒu kiÖn trªn ®−îc tho¶ m·n. Phân bố công suất: ™ Công suất qua mỗi máy biến áp bộ: Sbộ= SFđm - max 1 4 td S× = 62.5- 20* 4 1 = 57.5 MVA ™ Công suất qua các phía của máy biến áp tự ngẫu còn lại: ST = SUTmax-2Sbộ= 106.25-2*57.5= -8.75 MVA SH = min{Shạphát , Shạtải} Shạphát= 2SFđm- SUF- 2 1 maxtdS = 2×62.5- 18.7- 2 1 20= 96.3 MVA Shạtải= 1.4×0.5×125= 87.5 MVA → SH= min{96.3 , 87.5}= 87.5 MVA SC = SH - ST =87.5- (-8.75)= 96.25 MVA Trong chế độ sự cố này , các máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía hạ và trung lên phía cao của nó, công suất làm việc của máy biến áp bị giới hạn bởi phía hạ áp và phía cao áp tức là bị giới hạn bởi khả năng tải của cuộn hạ và cuộn nối tiếp. Công suất của cuộn nối tiếp là: Snt= ( ) 0.5(87.5 ( 8.75)) 48.125H TS Sα + = + − = MVA < Stt= α.STNđm = 62.5 MVA Công suất của cuộn hạ là: HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 18 --- Shạ= SH= 87.5 MVA Trong 3 cuộn dây thì công suất qua cuộn hạ: Shạ= 87.5 MVA> Stt= α.STNđm= 0.5×125= 62.5 MVA Tức là máy biến áp tự ngẫu làm việc quá tải với hệ số quá tải: KqtSC= 1.4= KqtSC cp Như vậy trong chế độ truyền tải này máy biến áp tự ngẫu quá tải trong giới hạn cho phép. ™ Công suất thiếu: Sthiếu= SVHT- SCC= 105.05- 96.25= 8.8 MVA Kết luận: Khi một trong các máy biến bộ hư hỏng thì các máy biến áp còn lại không bị quá tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 57.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống. Nếu 1 máy biến áp liên lạc bị sự cố thì máy còn lại bị quá tải với hệ số quá tải KqtSC= 1.4= KqtSC cp . Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu =8.8 MVA là không đáng kể. Như vậy các máy biến áp đã lựa chọn lμm viÖc tèt trong ®iÒu kiÖn b×nh th−êng còng nh− sù cè. 2.3.2. Phương án 2 1. Tính phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp a) Với máy biến áp hai dây quấn Trong vận hành cho vận hành bằng phẳng với công suất định mức của chúng. Dòng công suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là: Sbộ =SFđm - 1 4 td S× = 62.5- 1 20 4 × = 57.5< SBđm= 62.5 MVA. b) Với máy biến áp liên lạc Dòng công suất qua các phía của máy biến áp liên lạc được xác định theo công thức: ST(t) = [ ]BUT StS −)(2 1 . SC(t) = )(2 1 tSVHT SH(t) = ST(t) + SC(t). Dùa vμo tÝnh to¸n c©n b»ng c«ng suÊt cña ch−¬ng 1, tÝnh theo tõng kho¶ng thêi gian t ta cã b¶ng kÕt qu¶ ph©n bè dßng c«ng suÊt qua c¸c phía cña c¸c m¸y biÕn ¸p nh− sau. Bảng 2.4. Bảng phân bố công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu trong chế độ làm việc bình thường Thờigian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SC(t), (MVA) 13.75 19.0625 19.0625 19.0625 13.75 13.75 24.375 11.09375 11.09375 ST(t), (MVA) 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 SH(t), (MVA) 42.85 42.85 41.75 59.6 57.4 69.3 76.9 79.1 49.35 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 19 --- 2. Xét các trường hợp sự cố Xét 2 tình huống sự cố hỏng máy biến áp nặng nề nhất là khi ở cấp điện áp trung có phụ tải cực đại. Trong chế độ này, theo tính toán ở chương I: SUTmax=106.25 MVA, SVHT= 105.05 MVA, SUF = 18.7 MVA, Std= 20 MVA. a) Hỏng 1 máy biến áp hai dây quấn bên trung áp Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là: 2KqtSC .αSTNđm≥ SUTmax Thay sè vo: 2KqtSC .αSTNđm= 2×1.4×0,5×160= 224 MVA > SUTmax =106.25 MVA VËy ®iÒu kiÖn trªn ®−îc tho¶ m·n Phân bố công suất: ™ Công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu: ST = 2 1 SUTmax= 0.5×106.25= 53.125 MVA SH = 2 3 SFđm - =−−=− 204 37.18 2 15.62 2 3 4 3 2 1 max F tdU SS 69.4 MVA SC = SH - ST= 69.4- 53.125= 16.275 MVA Như vậy trong chế độ sự cố này, các máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía hạ lên phía cao và trung của nó → trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tải công suất lớn nhất. Shạ= SH = 69.4 MVA< Stt= α.STNđm= 0.5×160= 80 MVA Tức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải ™ Công suất thiếu: Sthiếu= SVHT- 2SCC= 105.05- 2×16.275= 72.5 MVA Sthiếu= 72.5 MVA< SdtHT = 360 MVA. Như vậy khi một trong hai máy biến áp bộ bị hư hỏng thì các máy biến áp liên lạc vẫn làmviệc non tải. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 72.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống. b) Hỏng 1 máy biến áp liên lạc HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 20 --- Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là: KqtSC .αSTNđm+Sbộ≥ SUTmax Thay sè vo: 1.4×0,5×160+57.5= 169.5 MVA > 106.25 MVA VËy ®iÒu kiÖn trªn ®−îc tho¶ m·n. Phân bố công suất: ◊ Công suất qua máy biến áp bộ: Sbộ= SFđm - max4 1 tdS = 62.5- 204 1 = 57.5 MVA ◊ Công suất qua phía của máy biến áp tự ngẫu còn lại: ST = SUTmax-Sbộ= 106.25-57.5= 48.75 MVA SH = min{Shạphát , Shạtải} Shạphát =∑1 1 n FdmS - SUF- n n1 maxtdS Shạtải = KqtSCα.STNđm Trong trường hợp này n= 4, n1= 3→ Shạphát= 2 3 SFđm- SUF- 4 3 maxtdS = 3×62.5- 18.7- 4 3 20= 153.8 MVA Shạtải= 1.4×0.5×160= 112 MVA Vì vậy công suất qua cuộn hạ là: Shạ = SH = min{153.8 ,112}= 112 MVA SC = SH - ST= 112- 48.75= 63.25 MVA Trong chế độ sự cố này đối với máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía hạ lên phía cao và trung→ trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tải công suất lớn nhất. Shạ = SH = 112 MVA>Stt= α.STNđm= 0.5×160= 80 MVA Tức là máy biến áp tự ngẫu làm việc quá tải với hệ số quá tải: KqtSC= 1.4= KqtSC cp ™ Công suất thiếu: Sthiếu= SVHT- SCC= 105.05- 63.25= 41.8 MVA HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 21 --- Sthiếu= 41.8 MVA< SdtHT = 360 MVA. Kết luận: Khi máy biến bộ hư hỏng thì các máy biến áp liên lạc không bị quá tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 72.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống. Nếu 1 máy biến áp liên lạc bị sự cố thì máy còn lại bị quá tải với hệ số quá tải trong giới hạn ho phép. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu =41.8 MVA< SdtHT = 360 MVA. Như vậy các máy biến áp đã lựa chọn lμm viÖc tèt trong ®iÒu kiÖn b×nh th−êng còng nh− sù cè. 2.4. TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MÁY BIẾN ÁP Tæn thÊt c«ng suÊt trong m¸y biÕn ¸p bao gåm hai thμnh phÇn: -Tæn thÊt s¾t kh«ng phô thuéc vμo phô t¶i cña m¸y biÕn ¸p vμ b»ng tæn thÊt kh«ng t¶i. -Tæn thÊt ®ång trong d©y dÉn phô thuéc vμo phô t¶i cña m¸y biÕn ¸p. 2.4.1.Phương án 1 1. Tổn thất điện năng hàng năm của mỗi máy biến áp bộ hai cuộn dây B1, B2 được tính theo công thức: ΔAbộ = ΔP0× t + ΔPN 2 2 dmB bo S S × t, kWh Trong đó: ΔP0, ΔPN : Tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW. t : Thời gian vận hành của máy biến áp trong năm, h. SBđm : Công suất định mức của máy biến áp, MVA. Sbộ : Công suất tải của máy biến áp bộ, MVA. Do máy biến áp B1 và B2 luôn làm việc bằng phẳng với công suất truyền tải Sbộ=57.5 MVA suốt cả năm với t = 8760 h nên: ΔAbộ = ΔAB1= ΔAB2 = 70× 8760 + 310 2 2 80 5.57 8760 = 2016.083×103 kWh. 2. Tổn thất điện năng của bộ 2 máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2 được tính theo công thức: ΔATN= Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 22 --- 2ΔP0× t+ 2 1 365∑24 ti [ΔPN(C) +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ti )( 2 TNdm CC S tiS ΔPN(H) ti)( 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ TNdm S tiSCH +ΔPN(T) tiS tiS TNdm Ci 2 )( ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ] Trong đó: ΔP0: Tổn thất không tải của mỗi máy, ΔP0= 75 kW ΔPN(C): Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao áp của mỗi máy, kW. ΔPN(H): Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây hạ áp của mỗi máy, kW. ΔPN(T): Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây trung áp của mỗi máy, kW. SCC(ti), SCT(ti), SCH(ti): Công suất tải qua các phía cao, trung, hạ của cả bộ 2 máy biến áp tự ngẫu ở thời điểm ti ®· tÝnh ®−îc ë phÇn ph©n bè c«ng suÊt, MVA. Trước tiên tính ΔPN(C), ΔPN(T), ΔPN(H): ΔPN(C) = 0.5(ΔPN(C-T) + ΔPN(C-H) -ΔPN(T-H) ) ΔPN(T) = 0.5(ΔPN(C-T) +ΔPN(T-H) -ΔPN(C-H) ) ΔPN(H) = 0.5(ΔPN(C-H) +ΔPN(T-H) - ΔPN(C-T) ) Thay số liệu từ bảng thông số của máy biến áp tự ngẫu (bảng 2.3) vào tính toán được: ΔPN(C) = 12 (290 + 145-145) = 145 kW ΔPN(T) = 12 (290 + 145-145) = 145 kW ΔPN(H) = 12 (145+145-290) =0 Từ bảng phân bố công suất qua các cuộn dây của mỗi máy biến áp tự ngẫu (bảng 2.2), thay số liệu vào công thức trên sẽ tính được tổn thất điện năng trong bộ 2 máy biến áp tự ngẫu trong từng khoảng thời gian có phụ tải khác nhau. Ví dụ trong khoảng thời gian t1= 4h (từ 0- 4h), SCC(t1)=29.1 MVA, SCT(t1)= - 15MVA, SCH(t1)= 14.1 MVA. Tổn thất điện năng trong bộ 2 máy biến áp tự ngẫu là: ΔATN (t1)= 2ΔP0×365× ti+ 2 1 365[ΔPN(C) +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ t1 )1( 2 TNdm CC S tS ΔPN(H) t1)1( 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ TNdm S tSCH + ΔPN(T) 1)1( 2 t S tS TNdm CT ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ] ΔATN (t1)= 2×75×365×4 + 2 1 ×365×[145 2) 125 1.29( ×4+145 2) 125 15(− ×4+0]= 226.261×103 , kWh Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 23 --- Tính toán tương tự như trên, tổn thất điện năng hàng năm trong bộ 2 máy biến áp tự ngẫu tính theo từng khoảng thời gian trong ngày được cho trong bảng sau. Bảng 2.5. Tổn thất điện năng mỗi năm trong các máy biến áp tự ngẫu theo từng khoảng thời gian trong ngày. Thờigian, h 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SC(t), (MVA) 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 ST(t), (MVA) -15 -9.6875 -9.6875 -9.6875 -15 -15 -4.375 -17.65625 -17.65625 SH(t), (MVA) 14.1 14.1 13 30.85 28.65 40.55 48.15 50.35 20.6 ΔATN (t), 103 kWh 248.043 118.438 117.745 133.036 138.363 154.357 294.278 176.385 267.106 Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp tự ngẫu: ΔATN = ΔATN (t1)+ ΔATN (t2)+ ΔATN (t3)+ ΔATN (t4)+ ΔATN (t5)+ ΔATN(t6) + ΔATN (t7)+ ΔATN (t8)+ ΔATN (t9) = 248.043+ 118.438+ 117.745+ 133.036+ 138.363+ 154.357+ 294.278 + 176.385+ 267.106 = 1647.752×103 kWh 3. Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong tất cả các máy biến áp của phương án 1 là: ΔA∑ = ΔAB1 + ΔAB2 + ΔATN = 2×2016.08+ 1647.752 = 5679.918×103 kWh 2.4.1. Phương án 2 1. Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp bộ hai cuộn dây: ΔAbộ = 70×8760 + 310 2 2 80 5.57 8760 = 2016.083×103 kWh. 2. Tổn thất điện năng của bộ 2 máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2 được tính hoàn toàn như phần trên. Trước tiên tính ΔPN(C), ΔPN(T), ΔPN(H): ΔPN(C) = 12 (380 + 190-190) = 190 kW Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 24 --- ΔPN(T) = 12 (380 + 190-190) = 190 kW ΔPN(H) = 12 (190+190-380) =0 Từ bảng phân bố công suất qua các cuộn dây của mỗi máy biến áp tự ngẫu (bảng 2.2), thay số liệu vào công thức trên sẽ tính được tổn thất điện năng trong bộ 2 máy biến áp tự ngẫu trong từng khoảng thời gian có phụ tải khác nhau. Tính toán hoàn toàn tương tự như phương án 1, số liệu tính toán được cho trong bảng sau. Bảng 2.6. Tổn thất công suất mỗi năm trong các máy biến áp tự ngẫu theo từng khoảng thời gian trong ngày. Thờigian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SC(t), (MVA) 13.75 19.0625 19.0625 19.0625 13.75 13.75 24.375 11.09375 11.09375 ST(t), (MVA) 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 SH(t), (MVA) 42.85 42.85 41.75 59.6 57.4 69.3 76.9 79.1 49.35 ΔATN (t), 103 kWh 270.649 134.169 133.615 145.844 146.795 159.586 320.866 175.548 282.585 Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp tự ngẫu: ΔATN = ΔATN (t1)+ ΔATN (t2)+ ΔATN (t3)+ ΔATN (t4)+ ΔATN (t5)+ ΔATN(t6) + ΔATN (t7)+ ΔATN (t8)+ ΔATN (t9) = 270.649+ 134.169+ 133.615+ 145.844+ 146.795+ 159.586+ 320.866 + 175.548+ 282.585 = 1769.658×103 (kWh) 3. Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong tất cả các máy biến áp của phương án 2 là: ΔA∑ = ΔAB1 + ΔAB2 + ΔATN = 2016.083+ 1769.658 = 3785.741×103 kWh 2.5. TÍNH DÒNG ĐIỆN LÀM VIỆC CƯỠNG BỨC CỦA CÁC MẠCH Tình trạng làm việc cưỡng bức của mạng điện là tình trạng mà trong đó có một phần tử của mạng không làm việc so với thiết kế ban đầu. Một mạng điện gồm Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 25 --- nhiều phần tử có thể có rất nhiều tình trạng cưỡng bức. Dòng điện lớn nhất vó thể đi qua thiết bị đang xét trong các tình trạng cưỡng bức của mạng được gọi là dòng điện cưỡng bức Icb của phần tử đó.Dòng điện làm việc bình thường và dòng điện cưỡng bức của 1 phần tử được gọi chung là dòng điện làm việc tính toán lâu dài. Thường dòng điện cưỡng bức có trị số lớn hơn dòng điện bình thường vì vậy dựa vào dòng điện này người trung áp có thể tiến hành chọn dây dẫn và các khí cụ điện có dòng điện đi qua. Dòng điện cưỡng bức được dùng để kiểm tra các khí cụ điện và dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài, tức là nó là cơ sở để xác định dòng định mức của các thiết bị và dòng điện cho phép của dây dẫn...Thông thường để đồng bộ trong vận hành ở các cấp UC, UT chỉ chọn các thiết bị cùng loại. 2.4.1. Tính dòng điện cưỡng bức cho phương án 1 Sơ đồ: Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm các đường dây: 2 kép ×3.8MW 5 đơn ×2 MW Để giảm dòng công suất tải qua các kháng phân đoạn và độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải địa phương, SUF được trích đều trên các phân đoạn của thanh góp 10 kV. HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 26 --- 1. C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p cao (220 kV) ™ §−êng d©y kÐp nèi vÒ hÖ thèng: Phụ tải cực đại phát về hệ thống SVHTmax = 136.0125 MVA Dòng điện cưỡng bức qua dây dẫn là khi bị hỏng 1 đường dây: Icb1 = max 136.0125 0.357 3 3 220 VHT C dm S U = =× kA ™ Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc TN1 và TN2: Công suất qua phía cao của máy biến áp liên lạc: - Chế độ thường: SCmax = 68.00625 MVA - Chế độ sự cố hỏng B1 (hoặc B2): SCcb = 23.775 MVA - Chế độ sự cố hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu: SCcb = 96.25 MVA Icb2 = 3 Ccb C dm S U = 96.25 3 220× = 0.253 kA Vậy dòng cưỡng bức phía cao áp là Icb220 = max{Icb1, Icb2} = max{0.357, 0.253} = 0.353 kA. 2. C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p 110 kV ™ Đường dây phụ tải trung áp: Gồm 1 dây kép và 4 dây đơn, trong tính toán coi tương đương 6 dây đơn. Pmax = 85 MW ; cosϕ = 0.8 ; SUTmax= 106.25 MVA Ibt = dm TU S 36 1 max = 1 106.25 6 3 110× = 0.093 kA Icb3 = 2Ibt = 2*0,093 = 0.186 kA ™ Bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn: Icb5 = 62.51.05 1.05 3 3 110 Fdm T dm S U = × = 0.344 kA ™ Phía trung áp các máy biến áp liên lạc B1 và B2: - Chế độ thường: STmax = 17.65625 MVA - Chế độ sự cố hỏng B1 (hoặc B2): STcb = 24.375 MVA. - Chế độ sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc: STcb = 8.75 MVA Icb4 = 3 Tcb T dm S U = 24.375 3 110× = 0,128 kA Vậy dòng cưỡng bức ở cấp điện áp trung áp lấy là Icb110 = max{Icb3, Icb4, Icb5} = max{0.186, 0.128, 0.344}= 0.344 kA. 3. Các mạch cấp điện áp 10 kV Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 27 --- ™ Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc: Icb7 = KqtSC.α dm TNdm U S 3 = 1.4×0.5 125 3 10.5× = 4.81 kA ™ Mạch máy phát: Icb6 = 1.05 dm Fdm U S 3 = 1.05 62.5 3 10.5× = 3.61 (kA) ™ Mạch qua kháng phân đoạn: Do phụ tải điện tự dùng và địa phương không lớn, chênh lệch giữa phụ tải cực đại và cực tiểu không nhiều nên để dơn giản trong tính toán trung áp chỉ xét đối với trường hợp phụ tải cực đại. Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn Icb8 được xét theo 2 trường hợp ƒ Trường hợp 1: Khi sự cố hỏng 1 máy biến áp liên lạc (TN1 hoặc TN2) Công suất tải qua máy biến áp tự ngẫu : SquaTN = KqtSC.α. STNđm = 1.4×0.5×125 = 87.5 MVA Công suất qua kháng: SquaK = SquaTN + 4 1 Std + 6 3.8 cosϕ + -SFđm= = 87.5+ 4 1 ×20+ 9.8 0.8 - 62.5= 42.25 MVA ƒ Trường hợp 2: Xét sự cố một máy phát (MF1 hoặc MF2) Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 28 --- SquaTN = 2 1 (SFđm - SUF - 4 1Std) = 2 1 (62.5 -22 - 4 1 ×20) = 17.75 MVA Lúc này công suất qua kháng là: SquaK = SquaTN + 6 3.8 osc ϕ + = 17.75 + 9.8 0.8 = 30 MVA. Vậy dòng cưỡng bức qua kháng được xét khi sự cố một máy biến áp liên lạc: Icb8 = 42.25 3 3 10.5 quaK dm S U = × = 2.32 kA. 4. Chọn kháng điện phân đoạn Chọn kháng điện phân đoạn theo điều kiện sau: UKđm ≥ Umạng = 10 kV. IKđm ≥ IcbK = 2.32 kA. Tra sổ tay “Lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” (Ngô Hồng Quang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -10-3000-10. Các thông số kỹ thuật của kháng điện này: Uđm =10 kV. IKđm = 3 kA. XK% = 10%. 2.4.2. Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức cho phương án 2 Sơ đồ: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 29 --- Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm các đường dây: 2 kép ×3.8MW 5 đơn×2 MW Để giảm dòng công suất tải qua các kháng phân đoạn và độ tin cậy cung cấp điẹn cho phụ tải địa phương, SUF được trích nhiều nhất trên phân đoạn giữa của thanh góp 10 kV. 1. C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p 220 kV ™ §−êng d©y kÐp nèi vÒ hÖ thèng: Phụ tải cực đại phát về hệ thống SVHTmax = 136.0125 MVA Dòng điện cưỡng bức qua dây dẫn là khi bị hỏng 1 đường dây: Icb1 = max 136.0125 0.357 3 3 220 VHT C dm S U = =× kA ™ Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc TN1 và TN2: Công suất qua phía cao của máy biến áp liên lạc: - Chế độ thường: SCmax = 24.375 MVA - Chế độ sự cố hỏng máy biến áp bộ: SCcb = 16.275 MVA - Chế độ sự cố hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu: SCcb = 63.25 MVA Icb2 = 3 Ccb C dm S U = 63.25 3 220× = 0.166 kA Vậy dòng cưỡng bức phía cao áp là Icb220 = max{Icb1, Icb2} = max{0.357, 0.166} = 0.357 kA. 1. C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p 110 kV HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 30 --- ™ Đường dây phụ tải trung áp: Gồm 1 dây kép và 4 dây đơn, trong tính toán coi tương đương 6 dây đơn. PUTmax = 85 MW ; cosϕ = 0.8 ; SUTmax= 106.25 MVA Ibt = dm TU S 36 1 max = 1 106.25 6 3 110× = 0.093 kA Icb3 = 2Ibt = 2×0.093 = 0.186 kA ™ Bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn: Icb5 = 62.51.05 1.05 3 3 110 Fdm T dm S U = × = 0.344 kA ™ Phía trung áp các máy biến áp liên lạc TN1 và TN2: - Chế độ thường: STmax = 19.00625 MVA - Chế độ sự cố hỏng máy biến áp bộ: STcb = 53.125 MVA. - Chế độ sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc: STcb = 48.75 MVA Icb4 = 3 Tcb T dm S U = 53.125 3 110× = 0.279 kA Vậy dòng cưỡng bức ở cấp điện áp trung áp lấy là Icb110 = max{Icb3, Icb4, Icb5} = max{0.186, 0.279, 0.344}= 0.344 kA. 2. Các mạch cấp điện áp 10 kV ™ Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc: Icb7 = KqtSC.α dm F TNdm U S 3 = 1.4 ×0.5 160 3 10.5× = 8.798 kA ™ Mạch máy phát: Icb6 = 1.05 dm F Fdm U S 3 = 1.05 62.5 3 10.5× = 3.61 (kA) ™ Mạch qua các kháng phân đoạn: Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn Icb8 được xét theo 2 trường hợp ƒ Trường hợp 1: Khi sự cố hỏng 1 máy biến áp liên lạc (TN1 hoặc TN2) Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 31 --- Công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu: SquaTN = KqtSC.α. STNđm = 1.4×0.5×160 = 112 MVA Công suất qua kháng: SquaK = SquaTN + 4 1 Std + ϕcos 2/8.34 + -SFđm= = 112+ 4 1 ×20+ 8.0 9.5 - 62.5= 61.875 MVA ƒ Trường hợp 2: Khi sự cố một máy phát (MF1 hoặc MF3) Công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu: SquaTN = 2 1 (2SFđm - 2 1 Std - SUF )= 2 1 (2×62.5- 2 1 ×20-22)= 46.5 MVA Công suất qua kháng: SquaK = SquaTN- ϕcos 2/8.34 + = 46.5- 8.0 9.5 = 39.125 MVA Vậy dòng cưỡng bức qua kháng được xét khi sự cố máy biến ápTN1 (hoặc TN2) Icb8 = 61.875 3 3 10 quaK F dm S U = × = 3.57 kA 3. Chọn kháng điện phân đoạn Chọn kháng điện phân đoạn theo điều kiện sau: W W W W W WW WW W Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 32 --- UKđm ≥ Umạng = 10 kV. IKđm ≥ IcbK = 3.57 kA. Tra sổ tay “Lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” (Ngô Hồng Quang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -10-4000-10. Các thông số kỹ thuật của kháng điện này: Uđm =10 kV. IKđm = 4 kA. XK% = 10% Từ các tính toán cụ thể ở trên, lập bảng tính dòng điện cưỡng bức cho các phương án. Bảng 2.8. Dòng điện cưỡng bức đi qua các mạch điện của phương án 2. Dòng cưỡng bức 220 cbI , kA 110 cbI , kA H TN cbI − , kA FcbI , kA quaK cbI , kA Phương án 1 0.353 0.344 4.81 3.61 2.32 Phương án 2 0.357 0.344 8.798 3.61 3.57 220 cbI : dòng cưỡng bức cấp điện áp cao (220 kV) 110 cbI : dòng cưỡng bức cấp điện áp trung (110 kV) H TN cbI − : dòng cưỡng bức qua phía hạ áp máy biến áp liên lạc(10.5 kV). F cbI : dòng cưỡng bức qua máy phát (10.5 kV). quaK cbI : dòng cưỡng bức qua kháng (10.5 kV). Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 33 --- CHƯƠNG III TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn ổn định động, ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch dùng để tính toán, lựa chọn các khí cụ điện và dây dẫn là dòng ngắn mạch ba pha. 3.1. CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN Để thuận tiện cho việc tính toán ta dùng phương pháp gần đúng với đơn vị tương đối cơ bản. Chọn các đại lượng cơ bản: Scb = 100 MVA Ucb = Utb các cấp điện áp. Cụ thể: đối với cấp điện áp máy phát (10 kV) là Ucb = U Ftb = 10.5 kV đối với cấp điện áp trung (110 kV) là Ucb = U Ttb = 115 kV đối với cấp điện áp cao (220 kV) là Ucb = U Ctb = 230 kV ™ Dòng điện cơ bản ở cấp điện áp 10 kV I Fcb = 5.103 100 3 3 × = cb cb U S = 5.499 kA ™ Dòng điện cơ bản cấp điện áp 110 kV I Tcb = 1153 100 3 2 × = cb cb U S = 0.502 kA ™ Dòng điện cơ bản cấp điện áp 220 kV I Ccb = 2303 100 3 3 × = cb cb U S = 0.251 kA 3.2. TÍNH CÁC DÒNG NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN 1 3.2.1. Chọn các điểm tính toán ngắn mạch Như đã đề cập ở trên, việc tính toán các dòng ngắn mạch là để lựa chọn các khí cụ điện, dây dẫn...Vì vậy trong sơ đồ nối điện của nhà máy cần phải lựa chọn các điểm cụ thể để tính dòng ngắn mạch phục vụ cho lựa chọn các thiết bị điện Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 34 --- mà dòng ngắn mạch đi qua.Trong sơ đồ này phải chọn 7 điểm để tính ngắn mạch. 1. Điểm N1: Chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. 2. Điểm N2: Chọn khí cụ điện cho mạch 110 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. 3. Điểm N3: Chọn máy cắt điện cho mạch hạ áp máy biến áp tự ngẫu. Nguồn cung cấp là nhà máy và hệ thống khi máy biến áp tự ngẫu TN1 nghỉ. 4. Điểm N4: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát. Nguồn cung cấp là máy phát điện F1. 5. Điểm N4’: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát, nguồn cung cấp là toàn bộ nhà máy và hệ thống trừ máy phát MF1. 6. Điểm N5: Chọn khí cụ điện cho mạch phân đoạn điện áp 10 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. 7. Điểm N6: Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng IN6 = IN4 + IN4’ 3.2.2. Tính điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối cơ bản 1. Điện kháng của hệ thống là: XHT = XHTđm 2400 10068.0= HT cb S S = 0.0283 2. Điện kháng của đường dây kép nối với hệ thống: HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 35 --- Đường dây nối nhà máy với hệ thống là đường dây quan trọng nhất, điện kháng của dây dẫn này lấy là x0 ≈ 0.4 Ω/km. XD = 2 1 x0.L 2 cb cb U S = 2 1 ×0.4×86 2230 100 = 0.0325 3. Điện kháng của mỗi máy phát điện: XF = X’’d Fdm cb S S = 0.1336 5.62 100 = 0.2138 4. Điện kháng của kháng điện: XK = % 10 5.499 100 100 3 cbK dmK IX I × = × = 0.1833 5. Điện kháng của máy biến áp hai dây quấn: XB = % 10.5 100 100 100 80 n cb Bdm U S S ×× = × = 0.1313 6. Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2 ◊ Điện kháng phía cao: XC = 2 1 (UN(C-T) + UN(C-H) – UN(T-H) )100 cb TNdm S S× = 2 1 (11 + 32 - 20) 100 100 125× = 0.092 ◊ Điện kháng phía hạ: XH = 2 1 (UN(C-H) + UN(T-H) - UN(C-T) )100 cb TNdm S S× = 2 1 (20 + 32 - 11) 100 100 125× = 0.164 ◊ Điện kháng phía trung: XT = 2 1 (UN(C-T) + UN(T-H) - UN(C-H) )100 cb TNdm S S× = 2 1 (11 + 20 - 32) 100 100 125× = - 0.004 < 0 Vì XT = - 0,004 < 0 và có giá trị tuyệt đối không đáng kể so với XC và XH ⇒ để đơn giản trong tính toán có thể bỏ qua điện kháng phía trung. 3.2.3. Lập sơ đồ thay thế tính ngắn mạch Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 36 --- Sơ đồ thay thế tổng quát để tính ngắn mạch như hình dưới đây. X1 = XHT + XD = 0.0283+0.0325 = 0.0608 X2 = X3 = XC = 0.092 X4 = X5 = XH = 0.164 X6 = XK = 0.1833 X7 = X8 = XB = 0.1313 X9 = X10 = X11 = X12 = XF = 0.2138 X13 = (X7 + X11) // (X8 + X12 ) = 7 11 0.1313 0.2138 2 2 X X+ += = 0.1726 Sơ đồ rút gọn. 1. Tính dòng ngắn mạch tại N1. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 37 --- Ngắn mạch tại N1 , sơ đồ có tính chất đối xứng nên dòng ngắn mạch không đi qua kháng điện. Vậy trong sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại N1 có thể bỏ qua kháng điện. X14 = X2 // X3 = 2 0.092 2 2 X = = 0.046 X15 = X4 // X5 = 2 164.0 2 4 =X = 0.082 X16 = X9 // X10 = 2 2138.0 2 9 =X = 0.1069 Sơ đồ rút gọn Ghép các nguồn E1,2 và E3,4: X17 = X15 + X16 = 0.082 + 0.1069 = 0.1889 X18 = X17 // X13 = 17 13 17 13 X 0.1889 0.1726 0.1889 0.1726 X X X × ×=+ + = 0.0902 X19 = X18 + X14 = 0.0902 + 0.046 = 0.1362 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 38 --- Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X1 cb HT S S = 0.0608 100 2400 = 1.4603 Tra đường cong tính toán được : K(0) = 0.685 ; K (∞) = 0.75 Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống: I”HT(0) = K(0) tb HT U S 3 = 0.685 2400 3 230× = 4.127 kA I”HT(∞) = K (∞) tb HT U S 3 = 0.75 2400 3 230× = 4.518 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy quy đổi về hệ tương đối định mức: XttNM.đm= X19 cb NM S S = 0.1362 4 62.5 100 × = 0.3405 Tra đường cong tính toán được: K(0) = 2.95 ; K (∞) = 2.15 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) tb NM U S 3 = 2.95 4 62.5 3 230 × × = 1.851 kA I”NM(∞) = K(∞ ) tb NM U S 3 = 2.15 4 62.5 3 230 × × = 1.349 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N1 là: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4.127 + 1.851= 5.978 kA I”N1(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 4.518 + 1.349 = 5.868 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N1 là: ixk = Kxk 2 I”N1(0) Trong đó: Kxk : hệ số xung kích, lấy Kxk= 1.8 ixk= 2 ×1.8×5.978 = 15.218 kA 2. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 39 --- Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ của điểm ngắn mạch N1 ta có sơ đồ rút gọn cho điểm ngắn mạch N2 X20 = X1 + X14 = 0.0608 + 0.046 = 0.1068 Ghép các nguồn E1,2 và E3,4 : X21 = X13 // X17 = 17 13 17 13 X 0.1889 0.1725 0.1889 0.1725 X X X × ×=+ + = 0.0902 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X20 cb HT S S = 0.1608 100 2400 = 3.8592 Do XttHT.đm = 3.8592 > 3 nên điểm ngắn mạch được coi là xa nguồn và dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(∞) = 1 3 HT ttHTdm tb S X U × = 1 2400 3.8592 3 115 × × = 3.122 kA Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 40 --- - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X21 cb NM S S = 0.0902 4 62.5 100 × = 0.2255 Tra đường cong tính toán ta được: K0 = 4.6; K∞ = 2.45 -Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) tb NM U S .3 = 4.6 4 62.5 3 115 × × = 5.774 kA I”NM(∞) = K(∞ ) tb NM U S .3 = 2.45 4 62.5 3 115 × × = 3.075 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N2 là: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3.122 + 5.774 = 8.896 kA I”N2(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 3.122 + 3.075 = 6.197 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N2 là: ixk = Kxk 2 I”N2(0) = 2 ×1.8×8.896 = 22.645 kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Nguồn cung cấp là nhà máy và hệ thống khi máy biến áp tự ngẫu TN1 nghỉ. Sơ đồ thay thế X22 = X1 + X3 = 0.0608+ 0.092= 0.1528 Sơ đồ sau khi đã biến đổi: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 41 --- Biến đổi Y( X22, X5, X13) sang Δ thiếu (X23, X24) X23 = X22 + X5 + 22 5 13 X X X × = 0.1528 + 0.164 + 0.1528 0.164 0.1726 × = 0.4621 X24 = X5 + X13 + 5 13 22 X X X × = 0.164 + 0.1726 + 0.164 0.1726 0.1528 × = 0.5217 Sơ đồ rút gọn: Ghép E2 vào E3,4: X25 = X10 // X24 = 10 24 10 24 X X X X × + = 0.2138 0.5217 0.2138 0.5217 × + = 0.1517 Biến đổi Y( X25, X23, X6) sang Δ thiếu (X26, X27): X26 = X6 + X23 + 6 23 25 X X X × = 0.1833 + 0.4621 + 0.1833 0.4621 0.1517 × = 1.204 X27 = X6 + X25 + 6 25 23 X X X × = 0.1833 + 1.204 + 0.1833 0.1517 0.4621 × = 0.3951 Ghép E1 vào E2,3,4 X28 = X9 // X27 = 9 27 9 27 X X X X × + = 0.2138 0.3951 0.2138 0.3951 × + = 0.1387 Ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 42 --- - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X26 cb HT S S = 1.204× 100 2400 = 28.896 Do XttHT.đm = 28.896 > 3 nên được coi là ngắn mạch xa nguồn và dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(∞) = 1 3. HT ttHTdm tb S X U × = 1 240028.896 3 10.5× × = 4.567 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X28 cb NM S S = 0.1387 4 62.5 100 × = 0.3468 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 2.85 ;K(∞ )= 2.17 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) tb NM U S .3 = 2.85 4 62.5 3 10.5 × × = 39.177 kA I”NM(∞) = = K(∞ ) tb NM U S .3 = 2.17 4 62.5 3 10.5 × × = 29.83 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 là: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4.567+ 39.177 = 43.744 kA I”N3(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 4.567+ 29.83 = 34.397 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N3 là: ixk = Kxk 2 I”N3(0) = 2 ×1.8×43.744 = 111.355 kA 4. Tính dòng ngắn mạch tại N4 Vì nguồn cung cấp chỉ có máy phát F1 nên sơ đồ thay thế: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 43 --- - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X9 Fdm cb S S = 0.2138 62.5 100 = 0.1336 Tra đường cong tính toán được: K(0) = 7.5 ; K(∞) = 2.7 Dòng ngắn mạch tại N4 I”NM(0) = K(0) 3. Fdm tb S U = 7.5 62.5 3 10.5× = 25.775 kA I”NM(∞) = = K(∞ ) tb NM U S .3 = 2.7 62.5 3 10.5× = 9.279 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4 là: ixk = Kxk 2 I”N4(0) = 2 ×1.8×25.775 =65.612 kA 5. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4’ Từ sơ đồ trên, rút gọn X29 = X1 + X2 // X3 = X1 + 2 2X = 0.0608 + 0.092 2 = 0.1068 Biến đổi Δ(X4, X5, X6) thành sao Y (X30, X31, X32) X30 = 4 5 4 5 6 0.164 0.164 0.164 0.164 0.1833 X X X X X × ×=+ + + + = 0.0526 X31 = 4 6 4 5 6 0.164 0.1833 0.164 0.164 0.1833 X X X X X × ×=+ + + + = 0.0588 X32 = 5 6 4 5 6 0.164 0.1833 0.164 0.164 0.1833 X X X X X × ×=+ + + + = 0.0588 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 44 --- Sơ đồ rút gọn X33 = X32 + X10 = 0.0588+ 0.2138 = 0.2726 Biến đổi sao Y (X29, X30, X13) thành Δ thiếu (X34, X35) X34 = X29 + X30 + 29 30 13 X X X × = 0.1068 + 0.0526 + 0.1068 0.0526 01726 × = 0.192 X35 = X30 + X13 + 30 13 29 X X X × = 0.0526 + 0.1726 + 0.0526 0.1726 0.1068 × = 0.3101 Ghép E2 vào E3,4: X36 = X33 // X35 = 33 35 33 35 0.2726 0.3101 0.2726 0.3101 X X X X × ×=+ + = 0.1451 Sơ đồ còn lại Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 45 --- Biến đổi sao Y (X31, X34, X36) thành Δ thiếu (X37, X38) X37 = X31 + X34 + 31 34 36 X X X × = 0.0588 + 0.192 + 0.0588 0.192 0.1451 × = 0.3286 X38 = X31 + X36 + 31 36 34 X X X × = 0.0588 + 0.1451+ 0.0588 0.1451 0.192 × = 0.2483 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X37 cb HT S S = 0.3286× 100 2400 = 7.8864 Do XttHT.đm = 7.8864 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(∞) = 1 3. HT ttHTdm tb S X U × = 1 7.8864 × 2400 3 10.5× = 16.733 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X38 cb NM S S = 0.2483 3 62.5 100 × = 0.8208 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1.21 ; K(∞ )= 1.32 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 46 --- I”NM(0) = K(0) 3 3. Fdm tb S U × = 1.21 3 62.5 3 10.5 × × = 12.475 kA I”NM(∞) = = K(∞ ) 3 3. Fdm tb S U × = 1.32 3 62.5 3 10.5 × × = 13.609 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N4’ là: I”N4’(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 16.733 + 12.475 = 29.208 kA I”N4’(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 16.733 + 13.609 = 30.342 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4’ là: ixk = Kxk 2 I”N4’(0) = 2 ×1.8×29.208 = 74.352 kA 6. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N5 Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. Dựa vào kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ tính cho điểm ngắn mạch N3 bỏ đi máy phát MF1, được sơ đồ: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X26 cb HT S S = 1.204× 100 2400 = 28.896 Do XttHT.đm = 28.896 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(∞) = 1 3. HT ttHTdm tb S X U × = 1 28.896 × 2400 3 10.5× = 4.567 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 47 --- XttNM.đm= X27 3 Fdm cb S S × = 0.3951 3*62.5 100 = 0.9878 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1 ;K(∞ )= 1.15 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) 3* 3. Fdm tb S U = 1 3 62.5 3 10.5 × × = 10.31 kA I”NM(∞) = = K(∞ ) tb NM U S .3 = 1.15 3 62.5 3 10.5 × × = 11.856 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N5 là: I”N5(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4.567 + 10.31 = 14.877 kA I”N5(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 4.567 + 11.856 = 16.423 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N5 là: ixk = Kxk 2 I”N5(0) = 2 ×1.8×14.877 = 37.87 kA 7. Tính toán điểm ngắn mạch N6 I’’N6(0) = I’’N4(0) + I’’N4’(0) = 25.775 + 29.208 = 54.983 kA I’’N6(∞) = I’’N4(∞) + I’’N4’(∞) = 9.279 + 30.342 = 39.621 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N6 là: ixk = Kxk 2 I”N3(0) = 2 ×1.8×54.983 = 139.964 kA Kết quả tính toán ngắn mạch của phương án 1 được tổng hợp trong bảng dưới đây: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 48 --- Bảng 2.6. Tính toán ngắn mạch cho phương án 1. Cấp điện áp, kV Điểm ngắn mạch I”(0), kA I”(∞) , kA ixk , kA 220 N1 6.189 5.868 15.754 110 N2 8.896 6.197 22.645 10 N3 43.744 34.397 111.355 N4 25.775 9.279 65.612 N4’ 29.208 30.342 74.352 N5 14.877 16.423 37.87 N6 54.983 39.621 139.964 Qua các số liệu đã tính toán được trong bảng trên ta thấy, dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đầu cực máy phát là I”F = max{I”N4; I”N4’ }= I”N4’= 29.208 kA . 3.3. TÍNH CÁC DÒNG NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN 2 3.3.1. Chọn các điểm tính toán ngắn mạch Trong sơ đồ này phải chọn 7 điểm để tính ngắn mạch. 1. Điểm N1: Chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. 2. Điểm N2: Chọn khí cụ điện cho mạch 110 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. 3. Điểm N3: Chọn máy cắt điện cho mạch hạ áp máy biến áp tự ngẫu. Nguồn cung cấp là nhà máy và hệ thống khi máy biến áp tự ngẫu TN1 nghỉ. HTĐ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 49 --- 4. Điểm N4: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát. Nguồn cung cấp là máy phát điện F1. 5. Điểm N4’: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát, nguồn cung cấp là toàn bộ nhà máy và hệ thống trừ máy phát MF1. 6. Điểm N5: Chọn khí cụ điện cho mạch phân đoạn điện áp 10 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. 7. Điểm N6: Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng IN6 = IN4 + IN4’ 3.3.2. Tính điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối cơ bản 1. Điện kháng của hệ thống: XHT = XHTđm 2400 10068.0= HT cb S S = 0.0283 2. Điện kháng của đường dây kép nối với hệ thống: Đường dây nối nhà máy với hệ thống là đường dây quan trọng nhất, điện kháng của dây dẫn này lấy là x0 ≈ 0.4 Ω/km. XD = 2 1 x0.L 2 cb cb U S = 2 1 ×0.4×86 2230 100 = 0.0325 3. Điện kháng của máy phát điện: XF = X’’d Fdm cb S S = 0.1336 5.62 100 = 0.2138 4. Điện kháng của kháng điện: XK = % 10 5.499 100 100 4 cbK dmK IX I × = × = 0.1375 7. Điện kháng của máy biến áp hai dây quấn: XB = % 10.5 100 100 100 80 n cb Bdm U S S ×× = × = 0.1313 8. Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2 ◊ Điện kháng cuộn cao: XC = 2 1 (UN(C-T) + UN(C-H) – UN(T-H) )100 cb TNdm S S× = 2 1 (11 + 32 - 20) 100 100 160× = 0.0719 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 50 --- ◊ Điện kháng cuộn hạ: XH = 2 1 (UN(C-H) + UN(T-H) - UN(C-T) )100 cb TNdm S S× = 2 1 (20 + 32 - 11) 100 100 160× = 0.1281 ◊ Điện kháng cuộn trung: XT = 2 1 (UN(C-T) + UN(T-H) - UN(C-H) )100 cb TNdm S S× = 2 1 (11 + 20 - 32) 100 100 160× = - 0.003 < 0 Vì XT = - 0.003 < 0 và có giá trị tuyệt đối không đáng kể so với XC và XH ⇒ để đơn giản trong tính toán có thể bỏ qua điện kháng cuộn trung. 3.2.3. Lập sơ đồ thay thế tính ngắn mạch Sơ đồ thay thế tổng quát để tính ngắn mạch như hình dưới đây. X1 = XHT + XD = 0.0283+0.0325 = 0.0608 X2 = X3 = XC = 0.0719 X4 = X5 = XH = 0.1281 X6 = X7 = XK = 0.1375 X8 = XB = 0.1312 X9 = X10 = X11 = X12 = XF = 0.2138 1. Tính dòng ngắn mạch tại N1. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 51 --- Vì ngắn mạch tại điểm N1 sơ đồ có tính chất đối xứng nên dòng ngắn mạch không đi qua kháng điện. Vậy trong sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại N1có thể bỏ qua kháng điện. X13 = X2 // X3 = 2 0.0719 2 2 X = = 0.036 X14 = X4 // X5 = 4 0.1281 2 2 X = = 0.0641 X15 = X6 // X7 = 6 0.1375 2 2 X = = 0.0688 X16 = X9 // X11 = 9 0.2138 2 2 X = = 0.1069 X17 = X8 + X12 = 0.1312+ 0.2138 = 0.3451 Sơ đồ rút gọn Ghép các nguồn E1,3 và E2 được: X18 = X15 + X10 = 0.0688 + 0.2138 = 0.2826 X19 = X16 // X18 = 16 18 16 18 X 0.1069 0.2826 0.1069 0.2826 X X X × ×=+ + = 0.0776 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 52 --- X20 = X14 + X19 = 0.0641 + 0.0776 = 0.1416 Ghép các nguồn E1,2,3 và E4 ta có: X21 = X20 // X17 = 20 17 20 17 X 0.1416 0.3451 0.1416 0.3451 X X X × ×=+ + = 0.1004 X22 = X21 + X13 = 0.1004 + 0.036 = 0.1364 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X1 cb HT S S = 0.0608 100 2400 = 1.4603 Tra đường cong tính toán được : K(0) = 0.685 ; K (∞) = 0.75 Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống: I”HT(0) = K(0) tb HT U S 3 = 0.685 2400 3 230× = 4.127 kA I”HT(∞) = K (∞) tb HT U S 3 = 0.75 2400 3 230× = 4.518 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy quy đổi về hệ tương đối định mức: XttNM.đm= X19 cb NM S S = 0.1364 4 62.5 100 × = 0.341 Tra đường cong tính toán ta được: K(0) = 2.9 ; K (∞) = 2.17 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) tb NM U S 3 = 2.9 4 62.5 3 230 × × = 1.82 kA I”NM(∞) = K(∞ ) tb NM U S 3 = 2.17 4 62.5 3 230 × × = 1.362 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N1 là: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4.127 + 1.82 = 5.947 kA I”N1(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 4.518 + 1.362 = 5.88 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N1 là: ixk = Kxk 2 I”N1(0) = 2 ×1.8×5.947 = 15.138 kA Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 53 --- 2. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ của điểm N1 ta được sơ đồ rút gọn cho điểm N2 X23 = X1 + X13 = 0.0608 + 0.036 = 0.0968 Ghép các nguồn E1,3 và E2: X24 = X15 + X10 = 0.1069+ 0.2138= 0.2826 X25 = X16 // X24 = 16 24 16 24 X 0.1069 0.2826 0.1069 0.2826 X X X × ×=+ + = 0.0776 X26 = X25 + X14 = 0.0776 + 0.0641 = 0.1416 Ghép các nguồn E1,2,3 và E4 ta có: X27 = X17 // X26 = 17 26 17 26 X 0.3451 0.1416 0.2826 0.1416 X X X × ×=+ + = 0.1004 Sơ đồ rút gọn Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 54 --- - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X23 cb HT S S = 0.0968 100 2400 = 2.3232 Tra đường cong tính toán được : K(0) = 0.42 ; K (∞) = 0.445 Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống: I”HT(0) = K(0) tb HT U S 3 = 0.42 2400 3 115× = 5.061 kA I”HT(∞) = K (∞) tb HT U S 3 = 0.445 2400 3 115× = 5.362 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X27 cb NM S S = 0.1004 4 62.5 100 × = 0.251 Tra đường cong tính toán ta được: K0 = 2.97; K∞ = 2.37 -Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) tb NM U S .3 = 2.97 4 62.5 3 115 × × = 3.728 kA I”NM(∞) = K(∞ ) tb NM U S .3 = 2.37 115*3 5.62*4 = 2.975 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N2 là: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5.061 + 3.728 = 8.788 kA I”N2(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 5.362 + 2.975 = 8.336 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N2 là: ixk = Kxk 2 I”N2(0) = 2 ×1.8×8.788 = 22.371 kA 3. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 55 --- Biến đổi sơ đồ: X28 = X1 + X3 = 0.0608 + 0.0719 = 0.1327 X29 = X8 + X12 = 0.1313 + 0.2138 = 0.3451 Nhập E2 và E3 rồi biến đổi Δ ( X10, X7, X11) sang Y (X30, X31, X32 ) ta có: X30 = 7 10 7 10 11 X 0.1313 0.2138 0.1313 0.2138 0.2138 X X X X × ×=+ + + + = 0.052 X31 = 7 11 7 10 11 X 0.1313 0.2138 .1313 0.2138 0.2138 X X X X × ×=+ + + + = 0.052 X32 = 10 11 7 10 11 X 0.2138 0.2138 0.1313 0.2138 0.2138 X X X X × ×=+ + + + = 0.0809 Sơ đồ rút gọn Biến đổi tiếp: X33 = X5 + X31 = 0.1281 + 0.052 = 0.1801 X34 = X6 + X30 = 0.1375+ 0.052 = 0.1895 Biến đổi Y( X28, X29, X33) thành Δ thiếu (X35, X36) ta có: X35 = X28 + X33 + 28 33 29 X X X × Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 56 --- = 0.1327 + 0.1801 + 0.1327 0.1801 0.3451 × = 0.3822 X36 = X29 + X33 + 29 33 28 X X X × = 0.3451 + 0.1801 + 0.3451 0.1801 0.1327 × = 0.9935 Sơ đồ còn lại: X37 = X32 // X36 = 32 36 32 36 X X X X × + = 0.0809 0.9935 0.0809 0.9935 × + = 0.0748 Biến đổi Y( X34, X35, X37) thành Δ thiếu (X38, X39) ta có: X38 = X34 + X35 + 34 35 37 X X X × = 0.1895+ 0.3822 + 0.1895 * 0.3822 0.0748 = 1.54 X39 = X34 + X37 + 34 37 35 X X X × = 0.1895 + 0.0748 + 0.1895 0.0748 0.3822 × = 0.3014 Ghép các nguồn E1 và E2,3,4: X40 = X39 // X9 = 39 9 39 9 X X X X × + = 0.3014 0.2138 0.3014 0.2138 × + = 0.1251 Sơ đồ rút gọn cuối cùng - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X38 cb HT S S = 1.54× 100 2400 = 36.26 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 57 --- Do XttHT.đm = 36.26 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(∞) = 1 3. HT ttHTdm tb S X U × = 1 240036.26 3 10.5× × =3.639 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM.đm= X40 cb NM S S = 0.1251 4 62.5 100 × = 0.3123 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 3.2 ;K(∞ )= 2.23 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy: I”NM(0) = K(0) tb NM U S .3 = 3.2 4 62.5 3 10.5 × × = 3.639 kA I”NM(∞) = = K(∞ ) tb NM U S .3 = 2.23 4 62.5 3 10.5 × × = 30.655 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 là: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3.639 + 35.741 = 47.627 kA I”N3(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 3.639 + 30.655 = 34.293 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N3 là: ixk = Kxk 2 I”N3(0) = 2 ×1.8×47.627 = 121.24 kA 4. Tính dòng ngắn mạch tại N4 Víi nguån cung cÊp chỉ cã m¸y ph¸t MF1, ta ®· cã kÕt qu¶ tÝnh to¸n nh− ë ph−¬ng ¸n 1 Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N4 là: I”N4(0) = 25.775 kA I”N4(∞) = 9.279 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4 là: ixk = 65.612 kA 5. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4’ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 58 --- Áp dụng các kết quả tính toán và biến đổi trên, nhập E2 và E3 rồi biến đổi Δ ( X10, X7, X11) sang Y (X30, X31, X32 ) ta đã có: X30 = X31 = 0.052 X32 = 0.0809 Biến đổi tiếp: X40’ = X6 + X30 = 0.1375+ 0.052 = 0.1895 X41 = X5 + X31 = 0.1281 + 0.052 = 0.1801 X42 = X1 + X2 // X3 = X1 + 2 2X = 0.0608 + 0.0719 2 = 0.0968 Vậy sơ đồ còn lại: Biến đổi Δ(X4, X40’, X41) thành Y(X43, X44, X45) X43 = 4 40 ' 4 40 ' 4 1 0 .1281 0 .1895 0 .1281 0 .1895 0 .1801 X X X X X × ×=+ + + + = 0.0488 X44 = 4 4 1 4 4 0 ' 4 1 0 .1 2 8 1 0 .1 8 0 1 0 .1 2 8 1 0 .1 8 9 5 0 .1 8 0 1 X X v X X X × ×=+ + + + = 0.0464 X45= 4 0 ' 4 1 4 4 0 ' 4 1 0 .1 8 9 5 0 .1 8 0 1 0 .1 2 8 1 0 .1 8 9 5 0 .1 8 0 1 X X X X X × ×=+ + + + =0.0686 X46 = X45 + X32 = 0.0686 + 0.0809 = 0.1495 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 59 --- Sơ đồ rút gọn: Biến đổi sao Y(X42, X17, X44) thành Δ thiếu (X47, X48) X47 = X42 + X44 + 42 44 17 X X X × = 0.0968 + 0.0464 + 0.0968 0.0464 0.3451 × = 0.1562 X48 = X44 + X17 + 44 17 42 *X X X = 0.0464 + 0.3451+ 0.0464 0.3451 0.0968 × = 0.5567 X49 = X46 // X48 = 46 48 46 48 0.1495 0.5567 0.1495 0.5567 X X X X × ×=+ + = 0.1178 Sơ đồ còn lại: Biến đổi Y(X43, X47, X49) thành Δ thiếu (X50, X51): X50 = X43 + X47 + 43 47 49 X X X × = 0.0488 + 0.1562 + 0.0488 0.1562 0.1178 × = 0.2696 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 60 --- X51 = X43 + X49 + 43 49 47 X X X × = 0.0488 + 0.1178 + 0.0488 0.1178 0.1562 × = 0.2034 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: XttHT.đm = X50 cb HT S S = 0.2696× 100 2400 = 6.4584 Do XttHT.đm = 7.8864 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(∞) = 1 3. HT ttHTdm tb S X U × = 1 6.4584 × 2400 3 10.5× = 20.433 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM.đm= X51 cb NM S S = 0.2034 3 62.5 100 × = 0.5083 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1.96 ; K(∞ )= 1.8. Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy: I”NM(0) = K(0) 3 3. Fdm tb S U × = 1.96 3 62.5 3 10.5 × × = 20.207 kA I”NM(∞) = = K(∞ ) 3 3. Fdm tb S U × = 1.8 3 62.5 3 10.5 × × = 18.558 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N4’ là: I”N4’(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 20.433 + 20.207 = 40.64 kA I”N4’(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 20.433 + 18.558 = 38.991 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4’ là: ixk = Kxk 2 I”N4’(0) = 2 ×1.8×40.64 = 103.454 kA 6. Tính dòng ngắn mạch tại điểm N5 Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 61 --- Dựa vào kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ tính cho điểm ngắn mạch N3 bỏ đi máy phát MF1, được sơ đồ: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X38 cb HT S S = 1.54× 100 2400 = 36.26 Do XttHT.đm = 36.2664> 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(∞) = 1 3. HT ttHTdm tb S X U × = 1 240036.2664 3 10.5× × = 3.639 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X39 cb NM S S = 0.3014 3 62.5 100 × = 0.7808 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1.26 ;K(∞ )= 1.37 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) tb NM U S .3 = 1.26 3 62.5 3 10.5 × × = 12.99 kA I”NM(∞) = = K(∞ ) tb NM U S .3 = 1.37 3 62.5 3 10.5 × × = 14.124 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 là: I”N5(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3.639 + 12.99 = 16.629 kA I”N5(∞) = I”HT(∞) + I”NM(∞) = 3.639 + 14.124 = 17.763 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N5 là: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 62 --- ixk = Kxk 2 I”N3(0) = 2 ×1.8×16.629 = 42.331 kA 8. Tính toán điểm ngắn mạch N6 I’’N6(0) = I’’N4(0) + I’’N4’(0) = 25.775 + 40.64 = 56.181 kA I’’N6(∞) = I’’N4(∞) + I’’N4’(∞) = 9.279 + 31.127 = 40.406 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N6 là: ixk = Kxk 2 I”N3(0) = 2 ×1.8×56.181 = 143.013 kA Bảng 3.7. Tính toán ngắn mạch cho phương án 2 Cấp điện áp, kV Điểm ngắn mạch I”(0), kA I”(∞) , kA ixk , kA 220 N1 5.947 5.88 15.138 110 N2 8.788 8.336 22.371 10 N3 47.627 34.293 121.24 N4 25.775 9.279 65.612 N4’ 40.64 38.991 103.454 N5 16.629 17.763 42.331 N6 56.181 40.406 143.013 Qua các số liệu đã tính toán được trong bảng trên ta thấy, dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đầu cực máy phát là I”F = max{I”N4; I”N4’ }= I”N4’= 40.64 kA . Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 63 --- CHƯƠNG IV SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Mục đích của chương này là so sánh đánh giá các phương án về mặt kinh tế, kỹ thuật từ đó lựa chọn phương án tối ưu đảm bảo các điêù kiện kỹ thuật, các chỉ tiêu kinh tế cao. Thực tế, chênh lệch vốn đầu tư vào thiết bị giữa các phương án chủ yếu phụ thuộc chênh lệch vốn đầu tư vào các máy biến áp và các mạch của thiết bị phân phối mà vốn đầu tư cho thiết bị phân phối chủ yếu là máy cắt điện và dao cách ly. Nhưng do số lượng dao cách ly của 2 phương án khác nhau không nhiều và giá dao cách ly là không đáng kể so với máy biến áp và máy cắt điện. Vì thế để tính toán vốn đầu tư cho thiết bị phân phối trước hết ta chọn máy cắt điện cho từng phương án. 4.1. CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN. Chủng loại máy cắt điện được chọn phù hợp với nơi đặt và nhiệm vụ của nó. Thông thường các máy cắt cùng cấp điện áp được chọn cùng chủng loại. Các máy cắt điện được chọn theo những điều kiện sau: • Điện áp định mức của máy cắt UđmMC phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của mạng điện UđmMC ≥ Uđm.lưới • Dòng điện định mức của máy cắt IđmMC phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức đi qua máy cắt Icb IđmMC ≥ Icb • Dòng ngắn mạch tính toán IN không được vượt quá dòng điện cắt định mức của máy cắt Icđm Icđm ≥ IN • Dòng điện ổn định lực động điện: Iđ.đm ≥ ixk Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 64 --- Ngoài ra các máy cắt được chọn cần thoả mãn điều kiện về ổn định nhiệt. Tuy nhiên các máy cắt nói chung khả năng ổn định nhiệt khá lớn, đặc biệt với những loại máy cắt có dòng điện định mức lớn hơn 1000A. Khi đó không cần xét đến điều kiện ổn định nhiệt của máy cắt. 4.1.1. Phương án 1 1. Phía điện áp cao (220 kV) Trong phương án này cần phải chọn 5 máy cắt ở cấp điện áp 220 kV: 2 máy cho đường dây kép nối nhà máy với hệ thống, 2 máy cho phía cao của máy biến áp liên lạc, 1 máy cắt liên lạc giữa 2 thanh góp 220 kV . Từ kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức (cho ở bảng 2.7, trang 40) và dòng ngắn mạch phía cao áp (bảng 3.1, trang ): 220 cbI = 0.353 kA; " 1(0)NI = 6.189 kA; ixk = 15.754 kA Tra sách “Thiết kế Nhà máy điện và Trạm biến áp” (Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004), phụ lục V.III, trang 234, chọn các máy cắt điện SF6 của hãng SIEMENS loại 3AQ1 với các thông số chính được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 4.1. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 220 kV Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103USD/cái 3AQ1 245 4 40 100 80 2. Phía điện áp trung (110 kV) Do phụ tải ở phía điện áp trung gồm 4 đường dây đơn, 1 đường dây kép (coi tương đương 6 lộ), nên ta sử dụng hệ 2 thanh góp có thanh góp vòng. Phải chọn 10 máy cắt điện ở cấp điện áp này: 6 máy cho các đường dây cung cấp cho phụ tải trung áp, 2 máy cho phía 110 kV của 2 máy biến áp bộ, 1 máy Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 65 --- liên lạc giữa 2 thanh góp 110 kV, 1 máy liên lạc giữa thanh góp vòng và các thanh góp chính . Tương tự như trên, kết quả tính toán các dòng điện cưỡng bức, dòng ngắn mạch đi qua máy cắt ở cấp diện áp 110 kV: 110 cbI = 0.344 kA; " 2 (0)NI = 8.896 kA; ixk = 22.645 kA Chọn các máy cắt điện SF6 của hãng SIEMENS loại 3AQ1 với các thông số chính được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 4.2. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 110 kV Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103USD/cái 3AQ1 123 4 40 100 50 3. Phía hạ áp (10 kV) Ở cấp điện áp 10 kV cần chọn 5 máy cắt: 1 máy cắt giữa 2 phân đoạn của thanh góp UF , 2 máy cắt nối máy phát với thanh góp UF , 2 máy cho phía hạ của 2 máy biến áp liên lạc. ◊ Các dòng điện cưỡng bức phía điện áp thấp: - Dòng đi qua đầu cực máy phát: FcbI = 3.61kA - Dòng qua phía hạ của máy biến áp liên lạc: H TNcbI − = 4.81 kA - Dòng qua kháng phân đoạn: quaKcbI = 2.32 kA ◊ Các dòng điện ngắn mạch: -Dòng ngắn mạch qua đầu cực máy phát: I”(0)= 29.208 kA, ixk= 74.352 kA -Dòng ngắn mạch qua phía hạ của máy biến áp liên lạc: I”(0)= 43.744 kA, ixk= 111.355 kA -Dòng ngắn mạch qua kháng phân đoạn: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 66 --- I”(0)= 14.877 kA, ixk= 37.87 kA Mạch qua kháng phân đoạn chọn máy cắt SF6 loại 8DA10 của hãng SIEMENS. Mạch máy phát chọn máy cắt ít dầu MГГ- 10- 4000- 45УЗ, mạch phía hạ máy biến áp tự ngẫu chọn máy cắt ít dầu MГГ- 10- 5000- 63КУЗ đều do CHLB Nga sản xuất. Bảng 4.3. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 10 kV Mạch điện Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103 USD/cái Mạch máy phát MГГ-10-4000-45УЗ 10 4 45 120 30 Mạch MBA liên lạc MГГ-10-5000-63УЗ 10 5.6 63 170 30 Mạch qua kháng 8DA10 12 2.5 40 110 25 4.1.2. Phương án 2 1. Phía điện áp cao (220 kV) Chọn 5 máy cắt ở cấp điện áp 220 kV: 2 máy cho đường dây kép nối nhà máy với hệ thống, 2 máy cho phía cao của máy biến áp liên lạc, 1 máy cắt liên lạc giữa 2 thanh góp 220 kV. Từ kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức: 220 cbI = 0.357 kA; " 1(0)NI = 5.947 kA; ixk = 15.138 kA Chọn các máy cắt điện SF6 của hãng SIEMENS loại 3AQ1 với các thông số chính được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 4.4. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 220 kV Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103USD/cái 3AQ1 245 4 40 100 80 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 67 --- 2. Phía điện áp trung (110 kV) Phải chọn 9 máy cắt điện ở cấp điện áp này: 6 máy cho các đường dây cung cấp cho phụ tải trung áp, 1 máy cho phía 110 kV của máy biến áp bộ,1 máy liên lạc giữa 2 thanh góp 110 kV, 1 máy liên lạc giữa thanh góp vòng và các thanh góp chính . Tương tự như trên, kết quả tính toán các dòng điện cưỡng bức, dòng ngắn mạch đi qua máy cắt ở cấp diện áp 110 kV: 110 cbI = 0.344 kA; " 2 (0)NI = 8.788 kA; ixk = 22.371 kA Chọn các máy cắt điện SF6 của hãng SIEMENS loại 3AQ1 với các thông số chính được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 4.5. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 110 kV Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103USD/cái 3AQ1 123 4 40 100 50 3. Phía hạ áp (10 kV) Ở cấp điện áp 10 kV cần chọn 7 máy cắt: 2 máy cắt giữa 3 phân đoạn của thanh góp UF , 3 máy cắt nối 3 máy phát với thanh góp UF , 2 máy cho phía hạ của 2 máy biến áp liên lạc. ◊ Các dòng điện cưỡng bức phía điện áp thấp: - Dòng đi qua đầu cực máy phát: FcbI = 3.61kA - Dòng qua phía hạ của máy biến áp liên lạc: H TNcbI − = 8.978 kA - Dòng qua kháng phân đoạn: quaKcbI = 3.57 kA ◊ Các dòng điện ngắn mạch: -Dòng ngắn mạch qua đầu cực máy phát: I”(0)= 40.64 kA, ixk= 103.454 kA -Dòng ngắn mạch qua phía hạ của máy biến áp liên lạc: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 68 --- I”(0)= 47.627 kA, ixk= 121.24 kA -Dòng ngắn mạch qua kháng phân đoạn: I”(0)= 16.629 kA, ixk= 42.331 kA Mạch qua kháng phân đoạn và mạch máy phát chọn máy cắt chân không loại 3AH* của hãng SIEMENS. Mạch phía hạ máy biến áp tự ngẫu chọn máy cắt ít dầu MГГ- 10- 9000/1800 do CHLB Nga sản xuất. Bảng 4.6. Các tham số chính của máy cắt điện cấp điện áp 10 kV Mạch điện Loại máy UđmMC, kV IđmMC, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA Giá, 103 USD/cái Mạch máy phát 3AH* 12 4 - - 30 Mạch MBA liên lạc MГГ- 10- 9000/1800 10 9 90 - 35 Mạch qua kháng 3AH* 12 4 - - 30 Các loại máy cắt cho các phương án được tổng hợp trong bảng dưới đây. Bảng 4.7. Lựa chọn máy cắt điện cho cả 2 phương án P/A Cấp điện áp Mạch điện Đại lượng tính toán Lo¹i m¸y c¾t Đại lượng định mức 220 cbI , kA I”(0), kA ixk, kA Uđm, kV Iđm, kA Icđm, kA Iđ.đm, kA 1 220 Mạch cao áp 0.353 6.189 15.754 3AQ1 245 4 40 100 110 Mạch trung áp 0.344 8.896 22.645 3AQ1 123 4 40 100 10.5 Mạch máy phát 3.61 29.208 74.352 MГГ-10- 4000- 45УЗ 10 4 45 120 Mạch MBA liên lạc 4.81 43.744 111.355 MГГ-10- 5000- 63УЗ 10 5.6 63 170 Mạch qua kháng 2.32 14.877 37.87 8DA10 12 2.5 40 110 2 220 Mạch cao áp 0.357 5.947 3AQ1 245 4 40 100 110 Mạch trung áp 0.344 22.371 8.788 3AQ1 123 4 40 100 10.5 Mạch máy phát 3.61 40.64 103.454 3AH* 12 4 - - Mạch MBA liên lạc 8.978 47.627 121.24 MГГ- 10- 9000/1800 10 9 90 - Mạch qua kháng 3.57 16.629 42.331 3AH* 12 4 - - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 69 --- 4.2. TÍNH TOÁN KINH TẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Để tính toán so sánh kinh tế, cần tính đến vốn đầu tư và phí tổn vận hành của các phương án. Khi tính vốn đầu tư của các phương án chỉ xét đến máy biến áp và thiết bị phân phối. Vốn đầu tư các thiết bị phân phối ở các cấp điện áp chủ yếu do máy cắt điện quyết định. Như vậy vốn đầu tư cho một phương án được xác định theo biểu thức sau V = KT×VT + VTBPP Trong đó VT : là vốn đầu tư cho các máy biến áp. KT : là hệ số tính đến tiền vận chuyển và xây lắp máy biến áp, hệ số này phụ thuộc vào điện áp định mức của cuộn cao áp và công suất định mức của máy biến áp. VTBPP : Vốn đầu tư thiết bị phân phối. - Chi phí vận hành hàng năm P được xác định theo công thức sau: P = Pk + PP + Pt Trong đó: - Pk : Tiền khấu hao về vốn đầu tư và sửa chữa lớn. Pk được xác định theo công thức Pk = a V 100 × V: là vốn đầu tư cho một phương án a: là % định mức khấu hao, lấy a= 8.4% - Pt : chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện. Pt được xác định theo công thức: Pt= β .ΔA β : Giá thành trung bình điện năng trong hệ thống điện, lấy β = 500 VND/kWh. ΔA : Tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện (kWh), chủ yếu là tổn thất trong máy biến áp . - Chi phí phục vụ thiết bị (sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ, trả lương công nhân,... ), chi phí này không đáng kể so với chi phí sản xuất, nó cũng ít khác Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 70 --- nhau giữa các phương án. Do đó khi đánh giá hiệu quả các phương án ta bỏ qua nó. Để so sánh kinh tế giữa các phương án ta xác định chi phí tính toán hàng năm của các phương án C = YP T V dm ++ . Trong đó: Tdm - là thời gian thu hồi vốn tiêu chuẩn, đối với Việt Nam quy định, Tdm = 8 năm Y - là thiệt hại do mất điện gây ra. P - Phí tổn vận hành hàng năm. 4.2.1. Phương án 1 1. Sơ đồ thiết bị phân phối 2. Vốn đầu tư cho thiết bị. 110 kV ~~ 220 kV ~~ MF2 ®uêng d©y kÐp MF1 MF3 MF4 10 kV Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 71 --- a) Vốn đầu tư cho máy biến áp Trong phương án 1 sử dụng các máy biến áp và giá của như bảng dưới đây. Loại máy biến áp Số lượng máy, cái Đơn giá, 103Rub/cái KT ATдцтH – 125/220 2 185 1.4 Тдц – 80/110 2 91 1.5 Vậy tổng vốn đầu tư mua máy biến áp (kể cả chi phí chuyên chở, xây lắp) của phương án 1 là : VT = (2×1.4×185 + 2×1.3×91)×103 = 754.6×103 Rub Quy đổi ra tiền Việt nam với tỷ giá: 1 Rub = 40000 VND VT = 754.6×103 Rub = 754.6×103 ×40000 = 30.184×109 VND b) Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Vốn đầu tư thiết bị phân phối theo từng cấp điện áp được tính ở bảng sau. Cấp điện áp, kV Mạch điện Kiểu máy cắt Số lượng, cái Đơn giá, 103 USD/cái Thành tiền, 103 USD 220 kV Mạch cao áp 3AQ1 5 80 400 110 kV Mạch trung áp 3AQ1 10 50 500 10 kV Mạch máy phát MГГ-10-4000-45УЗ 2 30 60 Mạch MBA liên lạc MГГ-10-5000-63УЗ 2 30 60 Mạch qua kháng 8DA10 1 25 25 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VTBPP = ( 400 + 500+ 60 + 60 + 25 )×103 = 1045×103 USD Quy đổi ra tiền Việt nam với tỷ giá: 1 USD = 15000 VND Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VTBPP = 865×103 USD = 1045×103 ×15000 = 15.675×109VND Tổng vốn đầu tư cho phương án 1 V1 = VT + VTBPP = ( 30.184+ 15.675)×109= 45.859×109 VND c) Tính phí tổn vận hành hàng năm - Chi phí do tổn thất điện năng: Pt = β.ΔA Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 72 --- Với : β = 500 VND/kWh ΔA = 5679.918×103 kWh Vậy: Pt = 500×5679.918×103 = 2.84×109 VND - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk) : 9 1 k a V 8.4 45.859 10P 100 100 × × ×= = = 3.852×109 VND Vậy chi phí vận hành hàng năm : P1 = Pt + Pk = 2.84×109 + 3.852×109 = 6.69×109 VND d) Chi phí tính toán hàng năm C1 = 1 dm V T + P1 = 9 945.859 10 6.69 10 8 × + × = 12.42×109 VND 4.2.2.Phương án 2 1. Sơ đồ thiết bị phân phối 110 kV ~~ 220 kV ~ MF3 ®uêng d©y kÐp MF1 MF4 10 kV ~ MF2 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 73 --- 2. Vốn đầu tư cho thiết bị a) Vốn đầu tư cho máy biến áp Trong phương án 2 sử dụng các máy biến áp và đơn giá như bảng dưới đây. Loại máy biến áp Số lượng máy, cái Đơn giá, 103Rub/cái KT ATдцтH – 160/220 2 200 1.4 Тдц – 80/110 1 91 1.5 Vậy tổng vốn đầu tư mua máy biến áp (kể cả chi phí chuyên chở, xây lắp) của phương án 1 là : VT = (2×1.4×200 + 1×1.3×91)×103 = 678.3×103 Rub Quy đổi ra tiền Việt nam với tỷ giá: 1 Rub = 40000 VND VT = 678.3×103 Rub= 678.3×103 ×40000 = 27.132×109 VND b) Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Vốn đầu tư thiết bị phân phối theo từng cấp điện áp được tính ở bảng sau. Cấp điện áp, kV Mạch điện Kiểu máy cắt Số lượng, cái Đơn giá, 103 USD/cái Thành tiền, 103 USD 220 kV Mạch cao áp 3AQ1 5 80 400 110 kV Mạch trung áp 3AQ1 9 50 450 10 kV Mạch máy phát 3AH* 3 30 90 Mạch MBA liên lạc MГГ- 10- 9000/1800 2 35 70 Mạch qua kháng 3AH* 2 30 60 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VTBPP = ( 400+ 450 + 90 + 70 + 60 )×103 = 1070×103 USD Quy đổi ra tiền Việt nam với tỷ giá: 1 USD = 15000 VND Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VTBPP = 1070×103 USD= 1070×103 ×15000 = 16.05×109VND Tổng vốn đầu tư cho phương án 2 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 74 --- V2 = VT + VTBPP = ( 27.132+ 16.05)×109= 43.182×109 VND e) Tính phí tổn vận hành hàng năm - Chi phí do tổn thất điện năng: Pt = β×ΔA Với: β = 500 VND/kWh ΔA = 3785.741×103 kWh Vậy: Pt = 500×3785.741×103 = 1.9×109 VND - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk) : 9 2 k a V 8.4 43.182 10P 100 100 × × ×= = =3.63×109 VND Vậy chi phí vận hành hàng năm : P2 = Pt + Pk = 1.9×109 + 3.4×109 = 5.53×109 VND f) Chi phí tính toán hàng năm C2 = 2 dm V T + P2 = 9 943.182 10 5.53 10 8 × + × = 10.93×109 VND 4.3.3. So sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và chọn phương án tối ưu Từ các kết quả tính toán các chỉ tiêu kinh tế cho 2 phương án, ta có bảng so sánh về mặt kinh tế giữa 2 phương án : Phương án Vốn đầu tư, 109 VND Phí tổn vận hành hàng năm, 109 VND Chi phí tính toán hàng năm, 109 VND 1 45.859 6.69 2.42 2 43.182 5.53 10.93 Nhận thấy: 1 2 1 45.859 43.182 0.0584 45.859 V V V − −= = = 5.84% > 5%. 1 2 1 6.69 5.53 0.1734 6.69 P P P − −= = = 17.34% >5%. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 75 --- Hai phương án có những chỉ tiêu kỹ thuật gần tương đương nhau. Phương án 2 có vốn đầu tư, phí tổn vận hành hàng năm cũng như chi phí tính toán hàng năm đều thấp hơn nhiều so với phương án 1. Vậy quyết định chọn phương án 2 để thiết kế nhà máy được giao. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 76 --- CHƯƠNG V CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN Những thiết bị chính trong nhà máy điện ( máy phát, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly,... ) được nối với nhau bằng hệ thống các thanh góp và cáp điện lực. 5.1. CHỌN THANH DẪN, THANH GÓP Để nối từ đầu cực của các máy phát lên máy biến áp, thanh góp cấp điện áp máy phát người ta dùng hệ thống thanh dẫn cứng. Còn để nối từ máy biến áp lên thanh góp 220 kV và 110 kV cũng như các thanh góp này sử dụng thanh dẫn mềm. 5.1.1.Chọn thanh dẫn cứng 1. Chọn tiết diện thanh dẫn Như đã xác định ở phần tính toán dòng điện cưỡng bức, đã xác định được dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch máy phát là : FcbI = 3.61 kA. Với giả thiết nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn bằng đồng là θcp = 70oC, nhiệt độ môi trường xung quanh là θo’= 42oC, và nhiệt độ khi tính toán là θ0 = 25oC. Từ đó có hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ là: khc = ' cp 0 cp 0 θ θ 70 42 0.789 θ θ 70 25 − −= =− − Tiết diện của thanh dẫn cứng được chọn theo dòng điện lâu dài cho phép: Icb ≤ Icp×khc. Do đó: cbcp hc I 3.61I k 0.789 ≥ = = 4.575 kA Tra phụ lục, chọn thanh dẫn bằng đồng, có tiết diện hình máng như hình vẽ, quét sơn và có các thông số như bảng dưới đây. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 77 --- Kích thước , mm Tiết diện một cực, mm2 Mômen trở kháng, cm3 Dòng điện Icp cả hai thanh, A h b c R Một thanh Hai thanh 125 55 6.5 10 1370 Wx-x Wy-y wyo –yo 5500 50 9.5 100 Hình 6.1. Tiết diện hình máng. 2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Thanh dẫn có dòng cho phép Icp = 4.575 kA > 1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. 3. Kiểm tra ổn định động Với cấp điện áp 10 kV, lấy khoảng cách giữa các pha là a = 45 cm, khoảng cách giữa 2 sứ L = 180 cm. ™ Xác định lực tác dụng lên một nhịp thanh dẫn. 8 2 8 3 2tt xk L 180F 1.76 10 i 1.76 10 (74.352 10 ) a 45 − −= × × × = × × × × =389.187 kG ™ Mômen uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn. 389.187 180 7005 10 10 F LM × ×= = = KG.cm ™ Ứng suất tác dụng xuất hiện trên tiết diện thanh dẫn: 2 7005 70.05( ) 100tt yo yo M Kg cmW δ − = = = σtt < σcpCu = 1400 kG/cm2 nên điều kiện này được thoả mãn. ™ Xác định khoảng cách L1 giữa các miếng đệm: f )(W.12 L 1cpCuyy1 σ−σ= − Trong đó : Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 78 --- σcpCu : ứng suất chịu uốn cho phép của đồng, σcpCu = 1400 kG/cm2 f : lực tác dụng trên 1 cm chiều dài thanh dẫn, kG/cm. Do đó f có thể xác định như sau : 8 2xk 1f 1.76 10 (0.5i ) b −= × × × = 8 3 21f 1.76 10 (0.5 74.352 10 ) 4.423 5.5 −= × × × × × = kG/cm Vậy: L1 = 12 9.5(1400 70.05) 4.423 × − = 185.52 cm Ta thÊy L1 = 185.52 cm > L = 180 cm do ®ã gi÷a 2 sø ®ì cña mét nhÞp thanh dÉn kh«ng cÇn ®Æt thªm miÕng ®Öm mμ thanh dÉn ®· chän vÉn ®¶m b¶o æn ®Þnh ®éng khi ng¾n m¹ch. ™ Kiểm tra có xét đến dao động riêng của thanh dẫn : Tần số dao động riêng của thanh dẫn được xác định theo biểu thức 6 2 .103.56 o oy y r E J f L S γ −×= × Trong đó : L : Độ dài thanh dẫn giữa 2 sứ , L =180 cm E : Mô men đàn hồi của vật liệu thanh dẫn, ECu = 1.1×106 kG/cm2 00 yy J − : Mô men quán tính đối với y0- y0, 00 yyJ − = 100 cm 4 S : Tiết diện ngang của thanh dẫn, S = 13.7 cm2 γ : Khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn γCu = 8.93 g/cm3 Do đó ta có : 6 6 r 2 3 3.56 11 10 625 10f 180 2 13.7 8.93 10− × × ×= =× × × 15489 Hz Giá trị này nằm ngoài khoảng tần số cộng hưởng ω = (45÷55) Hz và 2ω = (90÷110) Hz.Vì vậy thanh dẫn đã chọn thoã mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động thanh dẫn . 5.1.2.Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 79 --- Chọn loại sứ đặt trong nhà với điều kiện: Uđm sứ ≥ Uđmlưới =10 kV. Tra bảng chọn loại sứ ta chọn loại sứ đỡ OΦ- 10 - 1250-KBY3 có: Uđm = 10 kV. Fph = 1250 kG. H = 225mm = 22.5cm. 1. Kiểm tra ổn định động : Dựa trên điều kiện: Độ bền sứ : Ftt' ≤ Fcp = 0.6×Fph = 0.6×1250=750 kG. Trong đó: Fcp – lực cho phép tác dụng trên đầu sứ, kG Fph – lực phá hoại cho phép của sứ, kG Ftt' được xác định theo công thức: Ftt' = Ftt × H H' Ftt đã tính ở trên Ftt = 389.187 kG. h = 12.5 => H ' = H + 2 h = 22.5 + 6.25 = 28.75cm. Ftt' = Ftt × H H' = 389.187 × 5.22 75.28 = 497.3 kG. Ta thấy rằng Ftt' = 497.3 kG < 0.6×Fph = 750 kG. Vậy sứ đã chọn đảm bảo yêu cầu . 5.1.3.Chọn dây dẫn mềm Trong nhà máy nhiệt điện khoảng cách giữa các máy biến áp với hệ thống thanh góp cao áp, trung áp cũng như chiều dài các thanh góp là nhỏ, do đó ta chọn dây dẫn mềm theo dòng điện làm việc cho phép qua nó trong tình trạng làm việc cưỡng bức. khc.Icp ≥ Icb H' H h Ftt F'tt Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 80 --- Hay cbcp hc II k ≥ Trong đó : Icb : Dòng làm việc cưỡng bức tính toán ở cấp điện áp đang xét Icp : Dòng làm việc cho phép của dây dẫn sẽ chọn. khc : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh. 1. Dây dẫn từ máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp 220 kV Như ở chương 2 đã xác định được dòng điện làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong trường hợp này là Icb = 0.357 kA. Do đó : cbcp hc I 0.357I 0.452 k 0.789 = = = kA Với Icp= 0.452 kA, chọn loại dây nhôm lõi thép ACO - 300 có Icp = 690 A, đường kính dây dẫn bằng 24 mm, đặt dây dẫn 3 pha trên đỉnh một tam giác đều. Khoảng cách giữa các pha phụ thuộc vào cấp điện áp tại nơi đặt dây dẫn mềm. Cụ thể:Cấp điện áp 220 kV tương ứng với D = 4 ÷ 5 m. Chọn D = 5 m = 500 cm. a) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt của cấp điện áp 220 kV. .min FC B F N ≤= Với: C: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, với dây dẫn AC có C = 88 ).( 2mm sA . BN: là xung lượng nhiệt khi ngắn mạch. Ta có: BN = BNCK + BNKCK Trong đó: BNCK : là xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ. Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 81 --- BNKCK : là xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch không chu kỳ - Để xác định xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ ta sử dụng phương pháp giải tích đồ thị. Khi đó: BNCK = i n 1i 2 tbiΔtI∑ = với 1iii 2 i 2 1i2 tbi ttΔt,2 III −− −=+= Từ kết quả tính toán dòng ngắn mạch ở chương III, xác định được giá trị hiệu dung của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ tại các thời điểm tại điểm N1 như trong bảng sau: t , s 0 0.1 0.2 KHT(t) 0.685 0.66 0.625 KNM(t) 2.9 2.45 2.25 IHT(t), kA 4.127 3.976 3.765 INM(t), kA 1.820 1.538 1.412 IN1(t), kA 5.947 5.514 5.177 Từ bảng kết quả trên tính được 2 2 2 2 2 20 0.1 tb1 2 2 2 2 2 20.1 0.2 tb2 I I 5.947 5.514I 32.882 kA 2 2 I I 5.514 5.177I 28.603 kA 2 2 + += = = + += = = Ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ BNCK = 2 2 tbi i i 1 I Δt = ∑ = 32.822×0.1 + 28.603×0.1 = = 26.585 kA2.s = 6.148×106 A2.s -Xác định xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ: BNKCK = I(o)2 ×Ta Trong ®ã : Ta h»ng sè thêi gian t−¬ng ®−¬ng cña l−íi, víi l−íi ®iÖn cã U ≥ 1000(V) cã thÓ lÊy Ta = 0.05 sec. BNKCK = I 2 1N (0) ×Ta = (5.947×103)2× 0.05 = 1.768×106 A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N1 là: BN = BNCK + BNKCK = ( 6.148+ 1.768).106 = 7.197×106 A2.s Do đó 6 min 7.197 10 31.97 88 F ×= = mm2 < F = 300 mm2 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 82 --- Vậy dây dẫn phía 220 kV đã chọn đảm bảo ổn định nhiệt. b) Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Để đảm bảo không phát sinh vầng quang thì: Uvq > Uđm =220 kV Trong đó : UVQ = 84×m×r× r alg m: hệ số xét tới bề mặt nhẵn của dây dẫn, chọn m = 0.95 r : bán kính dây dẫn r = 1.2 cm. a : khoảng các giữa các trục dây dẫn a = 500 cm. Thay vào công thức trên ta có : UVQ = 84×0.95×1.2× 2.1 500lg = 250.87kV. Ta thấy UVQ > Uđm lưới =220 kV thoả mãn. Vậy dây dẫn mềm đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất vầng quang. 2. Chọn dây dẫn mềm từ máy biến áp lên thanh góp 110 kV Dòng điện làm việc cưỡng bức của dây dẫn là Icb = 0.344 kA. Do đó : cbcp hc I 0.344I 0.436 k 0.789 = = = kA - Với Icp= 0.436 kA ta chọn loại dây ACO - 450có Icp = 835 A, đường kính dây dẫn bằng 28.8 mm. Khoảng cách giữa các pha là D= 4m = 400 cm. a) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt của cấp điện áp 110 kV. .min FC B F N ≤= - Để xác định xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ ta sử dụng phương pháp giải tích đồ thị. Khi đó BNCK = i n 1i 2 tbiΔtI∑ = với 1iii 2 i 2 1i2 tbi ttΔt,2 III −− −=+= Từ sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại N2 t , s 0 0.1 0.2 KHT(t) 0 0.685 0.685 KNM(t) 4.6 3.5 3.1 IHT(t), kA 3.122 3.122 3.122 INM(t), kA 5.774 4.393 3.891 IN1(t), kA 8.896 7.515 7.013 Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 83 --- Từ bảng kết quả trên ta tính được 2 2 2 2 2 20 0.1 tb1 2 2 2 2 2 20.1 0.2 tb2 I I 8.896 7.515I 67.804 kA 2 2 I I 7.515 7.013I 52.829 kA 2 2 + += = = + += = = Ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ BNCK = 2 2 1 tbi i i I t = Δ∑ = 67.804×0.1 + 52.829×0.1 = = 12.063 kA2.s = 12.063×106 A2.s - Xác định xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ BNKCK = I 2 2N (0) × Ta = (8.896×103)2× 0.05 = 3.957×106 A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N2 là: BN = BNCK + BNKCK = ( 12.063+ 3.957)×106 = 16.02×106 A2.s Do đó 6 min 16.02 10 45.48 88 F ×= = mm2 < F = 300 mm2 Vậy dây dẫn phía 110 kV đã chọn đảm bảo ổn định nhiệt b) Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Để đảm bảo không phát sinh vầng quang thì Uvq > Uđm =110 kV vq 400U 84 0.92 1.44 lg( ) 1.44 = × × × = 202.6 kV > 110 kV Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang 3. Chọn thanh góp 220 kV Thanh góp 220 kV chọn giống như dây dẫn mềm nối từ máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp 220 kV tức là chọn dây ACO - 300. Các điều kiện kiểm tra như với dây dẫn mềm ở cấp điện áp 220 kV và đều thoả mãn 4. Chọn thanh góp 110 kV Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 84 --- Thanh góp 110 kV chọn giống như dây dẫn mềm nối từ máy biến áp lên thanh góp 110 kV. Tức là chọn dây ACO – 300. Các điều kiện kiểm tra như với dây dẫn mềm ở cấp điện áp 110 kV và đều thoả mãn 5.2.CHỌN MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LI. 1. Chọn máy cắt Máy cắt đã được chọn giống như trong bảng 4.7 trong chương V. 2. Chọn dao cách li Dao cách li được chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức : Uđm CL > UđmL - Dòng điện định mức: Iđm CL > Icb - ổn định nhiệt : I 2nh .tnh > BN - ổn định lực động điện : ildd > ixk Đối với dao cách li có Iđm > 1000 A thì không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Dao cách li được chọn như bảng sau. Cấp điện áp, kV Mạch điện Đại lượng tính toán Loại dao cách ly Đại lượng định mức cbI , kA I”(0), kA ixk, kA Uđm, kV Iđm, kA Ixk, kA Iđ.đm, kA 220 Mạch cao áp 0.357 5.947 15.138 SGCT-245/800 245 0.8 31.5 80 110 Mạch trung áp 0.344 8.788 22.371 SGCPT-123/800 123 0.8 31.5 80 10 Mạch máy phát 3.61 40.64 103.454 PBP-10/4000 10 4 - - Mạch MBA liên lạc 8.978 47.627 121.24 PBK-20-12500 20 12.5 - - Mạch qua kháng 3.57 16.629 42.331 PBP-10/4000 10 4 - - 5.3. CHỌN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU) VÀ MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI). Trong nhà máy điện, máy biến điện áp và máy biến dòng điện được sử dụng với nhiều mục đích như đo lường, bảo vệ rơ le, tự động hoá, tín hiệu điều khiển, Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 85 --- kiểm tra cách điện, hoà đồng bộ, theo dõi các thông số. Chúng có mặt ở các cấp điện áp trong nhà máy. Việc chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện phụ thuộc vào tải của nó. Điện áp định mức của chúng phải phù hợp với điện áp định mức của mạng. 5.3.1.Chọn máy biến điện áp. 1. Cấp điện áp 220 kV Ở cấp điện áp 220 kV để kiểm tra cách điện, cung cấp cho bảo vệ rơ le, tự động hoá, ta chọn 3 biến điện áp 1 pha nối dây theo sơ đồ , loại HKΦ - 220 - 58 có các thông số kỹ thuật sau: - Điện áp sơ cấp: USdm = 3 220000 , V - Điện áp thứ cấp chính: UT1dm = 3 100 , V - Điện áp thứ cấp phụ: UT2 dm = 100, V - Cấp chính xác 0.5 và công suất: S = 400, VA 2. Cấp điện áp 110 kV Chọn 3 biến điện áp 1 pha loại HKΦ - 110 - 58 có các thông số kỹ thuật sau: - Điện áp sơ cấp: USđm = 3 110000 , V - Điện áp thứ cấp chính: UT1dm = 3 100 , V - Điện áp thứ cấp phụ: UT2 dm = 3 100 , V - Cấp chính xác 0.5 và công suất S = 400, VA 3. Cấp điện áp mạch máy phát Máy biến điện áp chọn phải thoả mãn điều kiện sau: - Điện áp định mức: UBU dm > UdmL= 10 kV - Công suất định mức: Tổng phụ tải S2 nối vào BU phải bé hơn hoặc bằng phụ tải định mức của BU, với cấp chính xá đã chọn, tức là : S2 < SBU dm với S2 = ∑ ∑+ 2dc2dc )Q()P( Yo /Yo/ Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 86 --- Trong đó ΣPdc và ΣQdc là tổng công suất tác dụng và công suất phản kháng các dụng cụ đo mắc vào biến điện áp. Dụng cụ phía thứ cấp của máy biến điện áp là công tơ nên dùng hai máy biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V Các dụng cụ đo lường sử dụng qua máy biến điện áp được ghi ở bảng sau. Số TT Phần tử Ký hiệu Phụ tải BU: AB Phụ tải BU: BC P, (W) Q,(VAR) P, (W) Q,(VAR) 1 Vôn kế B - 2 7.2 - - - 2 Oát kế tác dụng Д-341 1.8 - 1.8 - 3 Oát kế phản kháng Д-342/1 1.8 - 1.8 - 4 Oát kế tự ghi H - 348 8.3 - 8.3 - 5 Oát kế phản kháng tự ghi H - 348 8.3 - 8.3 - 6 Tần số kế ∃ - 340 - - 6.5 - 7 Công tơ tác dụng Д-670 0.66 1.62 0.66 1.62 8 Công tơ phản kháng ИT-672 0.66 1.62 0.66 1.62 9 Tổng 28.72 3.24 28.02 3.24 Phụ tải máy biến điện áp pha A: S2 = SAB = 2 2 2 2( ) ( ) 28.72 3.24 28.9AB ABP Q+ = + =∑ ∑ VA Cosϕ = 28.72 0.99 28.9 AB AB P S = = Phụ tải máy biếnđiện áp pha C: S2 = SBC = 2 2 2 2( ) ( ) 28.02 3.24 28.21BC BCP Q+ = + =∑ ∑ VA Cosϕ = BC BC Q P = 28.02 0.99 28.21 = Vì phụ tải của các biến điện áp là các dụng cụ đo lường nên ta chọn máy biến điện áp kiểu HOM – 10 có các thông số sau: - Điện áp định mức cuộn sơ cấp: USdm = 10500 V - Điện áp định mức cuộn thứ cấp: UTdm = 100 V - Công suất định mức: S = 75 VA - Công suất định mức cực đại: S = 640 VA - Cấp chính xác: 0.5 Để chọn dây dẫn nối từ biến điện áp đến các đồng hồ ta xác định dòng trong các pha A, B, C như sau: Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện --- 87 --- IA = AB AB U S = 28.9 0.289 100 A= IC = BC BC U S = 28.21 0.282 100 A= Để đơn giản trong tính toán coi: IA = IB ≈ 0.289 A, cosϕAB = cosϕBC ≈ 1 Khi đó ta có: IB = 3 IA = 3 ×0.289 = 0.5 A Điện áp giáng trong dây A và B là: . . . . . ( ) ( )A B A B lU I I r I I F ρ ×Δ = + = + Để đơn giản bỏ qua góc lệch pha giữa IA và IB, mặt khác ta lấy khoảng cách từ BU đến các đồng hồ đo là 50 m. Theo điều kiện ΔU% < 5% ta có: (IA + IB) l F ρ × ≤ 5% Hay thiết diện của dây dẫn phải thoả mãn: F ≥ ( ) (0.289 0.5) 0.0175 50 0.5 0.5 A BI I lρ+ × + × ×= = 1.381 mm2 Để đảm bảo độ bền cơ ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện F = 1.5 mm2 5.3.2.Chọn máy biến dòng điện. 1. Cấp điện áp