lời nói đầu
Trong mọi thời đại, năng lợng là một nhu cầu không thể thiếu của mọi ngời.
Tồn tại rất nhiều loại năng lợng, điện năng là loại năng lợng mới đợc phát hiện cách
đây hơn một thế kỷ. Đến ngày nay thì điện năng là nhu cầu không thể thiếu trong
mọi hoạt động từ sản xuất đến sinh hoạt. Trong quá trình công nghiệp hoá và hiện
đại hoá đất nớc, ngành điện là ngành hạ tầng quan trọng đợc u tiên phát triển để đáp
ứng nhu cầu năng lợng của đất nớc. Nớc ta là nớc đang phát triển, nhu cầu phát triển
phụ tải còn tăng nhiều nên việc thiết kế nhà máy điện để tăng công suất là việc quan
trọng.
Đồ án môn học Nhà máy điện giúp sinh viên áp dụng lý thuyết đã học để áp
dụng vào tính toán thực tế. Đồ án môn học là một phần rất quan trọng của sinh viên
ngành hệ thống điện . Đồ án môn học là bớc tập dợt của sinh viên, nó làm tiền đề
của đồ án tốt nghiệp và là cơ sở cho công việc sau này.
Trong quá trình thực hiện nếu không đợc sự giúp đỡ của các thầy trong bộ
môn và các thầy trực tiếp phụ trách bộ môn thì chắc chắn em không thể hoàn thành
đợc đồ án môn học này. Em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Văn Hoà cùng các
thầy trong nhóm Nhà máy điện đã hớng dẫn em hoàn thành đồ án này.
chơng I:
1
chọn máy phát điện
tính toán phụ tải và cân bằng công suất
1.1. Chọn máy phát điện:
Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện gồm 4 tổ máy công suất mỗi máy là 110
MW.
Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng nh vận hành ta chọn các máy phát điện
cùng loại:
Chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi có các thông số sau: P = 110 MW, S
= 130 MW, cos = 0.85, x
d

= 0.125, U

Giờ
0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24
P%
70 80 70 80 90 100 90 70
P(MW)
21 24 21 24 27 30 27 21
S(MVA)
24.706 28.235 24.706 28.235 31.765 35.294 31.765 24.706
Ta có đồ thị phụ tải nh sau:
2
0
5
8 11 14 17 20 22 24
t (h)
S
UF
(MVA)
24.706
24.706
24.706
28.235
28.235
31.765
31.765
35.294
+ Phô t¶i cÊp ®iÖn ¸p trung :
U
®m
= 110 (kV); P
max

®mF
=4*110 = 440 (MVA)
Tõ b¶ng sè liÖu ta cã b¶ng tÝnh nh sau: :
Giê
0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24
P%
90 90 70 80 90 100 100 90
P(MW)
396 396 308 352 396 440 440 396
S(MVA)
468 468 364 416 468 520 520 468
3
Từ bảng số liệu ta có đồ thị phụ tải nh sau:
0
5
8 11 14 17 20 22 24
468
S
TNM
(MVA)
364
416
468
520
468
t (h)
1.2.3. Phụ tải tự dùng:
Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lợng điện tự dùng chiếm 6% công suất định mức
của toàn nhà máy, cos = 0.85.
Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm có thể tính theo biểu thức sau:

Sau khi tính toán ta có bảng kết quả:
Giờ
0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24
S(MVA)
468 468 364 416 468 520 520 468
S
td
(MVA)
29.19
5
29.19
5 25.468 27.332 29.195 31.059 31.059 29.195
Ta có đồ thị phụ tải nh sau:
4
0
5
8 11 14 17 20 22 24
TD
(MVA)
t (h)
29.195
25.468
27.332
29.195
31.059
29.195

1.2.4. C«ng suÊt ph¸t vÒ hÖ thèng:
C«ng suÊt cña nhµ m¸y ph¸t vÒ hÖ thèng ®îc tÝnh theo c«ng thøc
S

VHT
(MVA)
62.879 59.35 40.655 48.238 94.845 102.43 66.933 62.879
5
0
5
8 1 1 1 4 1 7 2 0 2 2 2 4
4 6 8
3 6 4
4 6 8
4 1 6
5 2 0
4 6 8
S
T N M
S
T
S
V H T
S
U F
S
T D
t ( h )
S
T N M

( M V A )
ch¬ng 2:
6

+ Dự trữ quay của hệ thống: S
DT
= 200 (MVA)
+ Phụ tải địa phơng có số đờng dây khá lớn(gồm 6 kép và 6 đơn) và công suất khá
lớn (30 MW) nên nhà máy sử dụng thanh góp điện áp máy phát.
+ Công suất một bộ máy phát điện _ máy biến áp không lớn hơn dữ trữ quay của hệ
thống nên ta dùng sơ đồ bộ: máy phát điện _ một máy biến áp.
+ Trung tính của cấp điện áp cao 220 (kV) và trung áp 110 (kV) đợc trực tiếp nối đất
nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp.
+ Số lợng máy phát ghép vào thanh góp điện áp máy phát sao cho khi một tổ máy nào
có sự cố thì tổ máy còn lại phải đủ cung cấp cho tự dùng cực đại và phụ tải địa phơng
cực đại.
+ Phụ tải trung áp:
S
max
= 390.24 (MVA)
S
min
= 273.17 (MVA)
7
Do vậy có thể ghép một bộ hoặc hai bộ: máy phát điện _ máy biến áp hai dây
quốn lên thanh góp trung áp.
+ Từ các nhận xét trên ta vạch ra các phơng án nối điện cho nhà máy thiết kế:
2.1.1. Phơng án 1:

Phơng án này có u điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp,
công suất hai máy biến áp tự ngẫu có dung lợng nhỏ.
2.1.2. Phơng án 2:

Phơng án này có u điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp.

HT
220 kV 110 kV

F
3
F
1

F
2
Nhợc điểm của phơng án là hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc phải chọn có công
suất lớn hơn phơng án 1
2.1.3. Phơng án 3:

Nhợc điểm của phơng án là khi bộ máy phát máy biến áp 4 bị sự cố thì sẽ
không đủ công suất cung cấp cho phụ tải cấp trung vì nếu tự ngẫu có tải hết công suất
của F
1
và F
2
thì cũng không đủ cung cấp cho tải trung phải tải khá nhiều công suất
phía cao về. Mặt khác so với phơng án 1 thì bộ máy biến áp máy phát điện có B
4
phải chọn với cấp điện áp cao 220 (kV), vì vậy phơng án này không chấp nhận đợc.
Nhận xét:
Qua phân tích sơ bộ các phơng án đa ra ta nhận thấy phơng án 1và phơng án 2 có
nhiều u điểm hơn. Vì vậy ta qĩ lại hai phơng án này để tính toán kinh tế
kỹ thuật từ đó chọ một phơng án tối u nhất cho nhà máy thiết kế.
2.2. Tính toán chọn MBA:
2.2.1. Phơng án 1:

1
F
4
F
3
F
2
F
1
220KV 110KV
HT



1. Chọn máy biến áp:
a. Chọn biến áp bộ B
3
, B
4
Công suất của máy biến áp bộ B
3
, B
4
chọn theo điều kiện
S
B3
= S
B4
S
đmF

t = t
i
Thay số ta có:
%02.78%100*
24*320
244*3256*6320*2288*13
% =
+++
=

06594.03*
10
02.78100
3*
10
%100
K
bt
qt
=

=

=
K
qt
bt
= 1+ 0.06594 = 1.06594
Kiểm tra điều kiện quá tải bình thờng : K
qt

125 121 13.8 100 400 10.5 0.5 115
b. Chọn công suất máy biến áp tự ngẫu B
1
, B
2
Công suất của máy biến áp tự ngẫu đợc chọn theo điều kiện:

thừa2dmB1dmB
S*
1
SS

=






=
max
td
min
UF
1n
dmFthùa
S

706.24130*2
2
1
S
thừa
=






=

)MVA(764.219882.109*
5.0
1
S
1
SS
thừa2dmB1dmB
==

=
Tra tài liệu Thiết kế nhà máy điện ta chọn máy biến áp tự ngẫu loại ATTH
có S
đm
= 250 (MVA), với các thông số cơ bản sau:
U
C

= S
B4
= S
đmF
-
4
S
maxtd
= 130 -
4
059.31
= 122.235 (MVA)
Đồ thị phụ tải của B
3
và B
4
Ta thấy S
B3
= S
B4
= 122.235 < S
đmB3
= 125 (MVA). Vậy ở điều kiện làm việc bình
thờng máy biến áp B
3
và B
4
không bị quá tải
b, MBA liên lạc
Đối với các máy biến áp tự ngẫu B

CC1
+ S
CT1
= S
CC2
+S
CT2
Dựa vào bảng phân bố công suất toàn nhà máy ta tính đợc công suất truyền tải lên
các cấp điện áp cho từng thời điểm, theo các công thức trên ta có:
t (h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24
12
S(MVA)
t(h)
0
122.235
24
S
B4
=S
B3
122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235
S
cc(B1,B2)
31.44 29.675 20.328 24.119 47.422 51.214 33.466 31.44
S
ct(B1,B2)
53.375 53.375 14.35 33.863 33.863 53.375 72.887 53.375
S
ch(B1,B2)
84.814 83.05 34.678 57.981 81.285 104.59 106.35 84.814

S
T
max
= 390.24 (MVA)
Điều kiện kiểm tra sự cố nh sau:
2..K
qtsc
.S
đmB1
+ S
B4
S
T
max
Trong đó:
: Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu; = 0.5.
K
qtsc
: Hệ số quá tải sự cố; K
qt
sc
= 1,4.
S
B4
: Công suất MBA B
4
làm việc với đồ thị phị tải bằng phẳng cả năm
với S
B4
= 122.235 (MVA)

) nh sau:
MBA B1 và B2 cung cấp cho phụ tải phía trung áp là

003.134)235.12224.390(
2
1
)SS(
2
1
S
4
T
max)2B,!B(CT
===
(MVA)
Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp B
1
, B
2
là:
588.104)059.31
2
1
294.35130*2(
2
1
)S
4
2
SS*2(

qt
sc
*S
đm(B1,B2)
= 0.5*1.4*250 =175 (MVA)
S
CC
= 29.415 < K
qt
sc
*S
đm(B1,B2)
= 1.4*250 =350(MVA)
Vậy các cuộn dây của MBA tự ngẫu thoả mãn điều kiện quá tải
Công suất thiếu của hệ thống :
S
thiếu
= S
VHT
max
-S
CC
= 102.43 (-29.415) = 131.845 (MVA)
Công suất thiếu của hệ thống nhỏ hơn công suất dự phòng quay của hệ thống
(200MVA) nên MBA đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố.
* Giả thiết sự cố một máy biến áp B
1
(hoặcB
2
), trong trờng hợp này chúng ta kiểm tra

S
B3
, S
B4
: Công suất MBA bộ làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng cả năm.
Thay số ta có:
0.5*1.4*250 + 122.235 + 122.235 = 419.47 (MVA) > 390.24 (MVA)
Vậy điều kiện trên đợc thoả mãn.
14
+ Phân bố công suất khi sự cố MBATN B
1
(hoặc B
2
) nh sau:
Trong cuộn trung
S
CT
= S
max
T
- S
B3
- S
B4
= 390.24 122.235 122.235 =145.77 (MVA)
Trong cuộn hạ:
S
CH
= min(S
phát,

CC
= S
CH
S
CT
= 175 145.77 = 29.23 (MVA)
Ta thấy S
CC
, S
CT
đều nhỏ hơn 175 (MVA) nên thoả mãn điều kiện quá tải sự cố
Công suất thiếu của hệ thống :
S
thiếu
= S
VHT
max
-S
CC
= 102.43 29.23 = 73.2 (MVA)
Công suất thiếu của hệ thống nhỏ hơn công suất dự phòng quay của hệ thống
(200MVA) nên MBA đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố.
2.2.2. Phơng án 2:
15

B
4
B
3
B

1

1. Chọn máy biến áp:
a. Chọn biến áp bộ B
3
, B
4
Công suất của máy biến áp bộ B
3
chọn nh phơng án 1
b. Chọn công suất máy biến áp tự ngẫu B
1
, B
2
Công suất của máy biến áp tự ngẫu đợc chọn theo điều kiện:

thừa2dmB1dmB
S*
1
SS

=






n: Tổng số máy phát điện.
n
1
: Số máy phát nối vào thanh góp máy phát.
Thay số ta có:

)MVA171059.31*
4
3
706.24130*3
2
1
S
thừa
=






=
16
Ta chọn 3 MBA tự ngẫu 1 pha loại ATTH có S
đm
= 135 (MVA), với các thông
số cơ bản sau:
U
C
U

Để đảm bảo vận hành kinh tế các máy biến áp ta cho MBA bộ B
3
làm việc với đồ
thị phụ tải bằng phẳng cả năm nh sau:
S
B3
= S
đmF
-
4
S
maxtd
= 130 -
4
059.31
= 122.235 (MVA)
Đồ thị phụ tải của B
3
và B
4
b, MBA liên lạc
Đối với các máy biến áp tự ngẫu B
1
và B
2
công suất truyền tải lên các cấp điện áp
đợc tính theo công thức sau:
+ Công suất truyền tải lên cao áp mỗi máy là:
S
CC1

= S
CC2
+S
CT2
Dựa vào bảng phân bố công suất toàn nhà máy ta tính đợc công suất truyền tải lên
các cấp điện áp cho từng thời điểm, theo các công thức trên ta có:
t (h) 0-5 5-8 8-11 11-14 14-17 17-20 20-22 22-24
S
B3
122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235 122.235
S
cc(B1,B2)
31.44 29.675 20.328 24.119 47.422 51.214 33.466 31.44
S
ct(B1,B2)
114.49 114.49 75.468 94.98 94.98 114.49 134 114.49
S
ch(B1,B2)
145.93 144.17 95.795 119.1 142.4 165.71 167.47 145.93
Qua bảng phân bố trên ta nhận thấy:
S
Cmax
= 51.214 < S
đm B1,B2
= 405 (MVA)
S
Tmax
= 134 < S
max
= *S

3
B
2
B
1
F
4
HT
220 kV 110 kV

F
3
F
1

Trong đó:
: Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu; = 0.5.
K
qtsc
: Hệ số quá tải sự cố; K
qt
sc
= 1.4.
Thay số ta có:
2*0.5*1.4*405 = 607.5 (MVA) > 390.24 (MVA)
Vậy điều kiện trên đợc thoả mãn
+ Phân bố công suất khi sự cố B
3
nh sau:
MBA B1 và B2 cung cấp cho phụ tải phía trung áp là

max
TDUFdmFCH
===
(MVA)
Công suất cuộn cao của MBA B
1
,B
2
là
S
CC
= S
CH
S
CT
= 165.706 195.12 = - 29.414 (MVA)
Ta thấy S
CH
= 165.706 < *K
qt
sc
*S
đm(B1,B2)
= 0.5*1.4*405 =283.5 (MVA)
S
CT
= 195.12 < *K
qt
sc
*S

3
và B
4
vẫn tải công suất bình thờng
Điều kiện kiểm tra sự cố nh sau:
*K
qtsc
*S
đmB2
+ S
B3
S
T
max
Trong đó:
: Hệ số có lợi của MBATN; = 0.5.
K
qtsc
: Hệ số quá tải sự cố; K
qtsc
= 1.4.
S
T
max
: Phụ tải max ở cấp điện áp trung áp.
S
B3
: Công suất MBA bộ làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng cả năm.
19
Thay số ta có:

3
294.35130*3()S
4
3
SS*3(
max
TDUFdmF
==
(MVA)
S
tải
= *K
qtsc
*S
đmB2
= 0.5*1.4*405 = 283.5 (MVA)
Vậy ta chọn S
CH
= 283.5 (MVA)
Trong cuộn cao
S
CC
= S
CH
S
CT
= 283.5 268.005 = 15.495 (MVA)
Ta thấy S
CC
, S

(200MVA) nên MBA đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố.
2.3. Tính toán tổn thất:
2.3.1. Phơng án 1
1. Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây:
Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp hai cuộn dây B
3
, B
4
đợc tính theo
công thức:
A
B3
= A
B4
= P
0
*T + P
N
*
2
dmB
2
b
S
S
*T
Trong đó:
P
0
, P

, B
2
:
A
2
= A
1
=P
0
*T + 365*

24
1
[P
N-C
*
2
dm
Ci
S
S








*t




* t
i
]
A
2
= P
0
*T +
2
dm
S
365
*(P
N-C
*

24
1
S
Ci
2
*t
i
+ P
N-T
*


N-T
: Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây trung áp.
S
Ci
, S
Ti
, S
Hi
: Công suất tải qua cấp cao, cấp trung, cấp hạ của MBATN.
Tính P
N-C
, P
N-H
, P
N-T
:
21
P
N-C
= 0.5*

(P
N.C-T
+
2
HT.N
2
HC.N
PP


PP


+



- P
N.C-T
)
Trong đó là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu, = 0.5
Thay số liệu vào tính toán ta có:
P
N-C
= 0.5* (520 +
2
5.0
260260

) = 260 (kW) = 0.26 (MW)
P
N-T
= P
N-C
= 260 (kW) = 0.26 (MW)
P
N-H
= 0.5* (
2
HT.N

*3 + 20.328
2
*3 + 24.119
2
*3 + 47.422
2
*3 +
51.214
2
*3 + 33.466
2
*2 + 31.44
2
*2 = 29401.1 (MVA
2
h)


24
1
S
Ti
2
= 53.375
2
*5 + 53.375
2
*3 + 14.35
2
*3 + 33.863

2
*3
+ 106.35
2
*2 + 84.814
2
*2 = 159998.5 (MVA
2
h)
A
2
= 0.12*8760 +
2
250
365
*(0.26*29401.1 + 0.26*55158.59 + 0.78*159998.5)
A
1
= A
2
= 1908.423 (MWh)
Ta có tổng tổn thất điện năng trên các MBA là :
A

= A
1
+ A
2
+ A
3

*(P
N-C
*

24
1
S
Ci
2
*t
i
+ P
N-T
*

24
1
S
Ti
2
*t
i
+ P
N-H
*

24
1
S
Hi

N-H
, P
N-T
:
P
N-C
= 0.5*

(P
N.C-T
+
2
HT.N
2
HC.N
PP






)
P
N-T
= 0.5* (P
N.C-T
+
2
HC.N

= 0.5* (349 +
2
5.0
304283

) = 132.5 (kW) = 0.1325 (MW)
P
N-T
= 0.5* (349 +
2
5.0
283304

) = 216.5 (kW) = 0.2165 (MW)
P
N-H
= 0.5* (
2
HT.N
2
HC.N
PP


+



-P
N.C-T

*2 + 31.44
2
*2 = 29401.1 (MVA
2
h)
23


24
1
S
Ti
2
= 114.49
2
*5 + 114.49
2
*3 + 75.468
2
*3 + 94.98
2
*3 + 94.98
2
*3 + 114.49
2
*3
+ 134
2
*2 + 114.49
2

2
= 3*0.205*8760 +
2
405*3
365
*(0.1325 *29401.1 + 0.2165 *277538.05 +
1.0715 *358593.49)
A
1
= A
2
= 5719.868 (MWh)
Ta có tổng tổn thất điện năng trên các MBA là :
A

= A
1
+ A
2
+ A
3
= 15666.434 (MWh)
Ta có bảng tổng kết tổn thất 2 phơng án
Tổn thất điện năng
A

(MWh)
Phơng án 1 12270.242
Phơng án 2 15666.434
2.4. Xác định dòng điện làm việc cỡng bức, chọn sơ bộ máy cắt và

cb
=
2203
43.102
U3
S
dm
maxHT

=

= 0.269 (kA)
+ Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc B
1
và B
2
:
- Chế độ thờng: S
Cmax
= 51.214 (MVA)
- Chế độ sự cố B
3
(hoặc B
4
): S
CB1
= S
CB2
= 29.415 (MVA)
- Chế độ sự cố B

=
110*3*82.0
80
=0.512 (KA)
+ Bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây:
I
cb
=
110*3
130*05.1
U*3
S*05.1
dm
dmF
=
= 0.716 (kA)
+ Phía trung áp máy biến áp liên lạc B
1
và B
2
:
- Chế độ thờng: S
Tmax
= 72.887 (MVA)
- Chế độ sự cố B
3
(hoặc B
4
): S
T

8.13*3
250
= 7.321 (kA)
+ Mạch máy phát:
25