Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 1 Vấn đề năng lượng hiện đang là vấn đề được toàn thế giới quan tâm, trong đó điện
năng luôn là loại năng lượng quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực
của cuộc sống. Số lượng các nhà máy điện đang tăng lên nhanh chóng. Việc thiết kế các nhà
máy điện là một việc hết sức quan trọng trong quá trình cung cấp năng lượng.
Với sinh viên Hệ thống điện, đồ án môn học sẽ giúp sinh viên củng cố kiến thức đã
học, nâng cao kỹ năng cần thiết mà một kỹ sư điện cần có và dần tiếp cận với thực tế để có
thể vận dụng chúng sau này. Dưới đây là đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
công suất 200 MW gồm 4 tổ máy. Đồ án gồm những nội dung chính như sau:
 Chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất.
 Xác định các phương án nối dây, chọn máy biến áp, và tính toán tổn thất công
suất, điện năng.
 Tính toán ngắn mạch, lựa chọn các thiết bị chính của nhà máy điện.
 Tính toán chọn phương án tối ưu.
 Sơ đồ nối dây và các thiết bị tự dùng.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là
TS.Trương Ngọc Minh và ThS.Nguyễn Thị Nguyệt Hạnh đã tận tình hướng dẫn em hoàn
thành bản thiết kế này. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không
tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong các thầy cô trong bộ môn góp ý để bản thiết kế của
em được hoàn thiện hơn.

Hà Nội, tháng 11 năm 2012
Sinh viên


S
Fđm

MVA
P
Fđm

MW
cos
đm

U
Fđm

kV
I
đm

kA
X
d
’’
X
d
’

X
d

TB-50-2

Nhà máy điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 50MW nên:
Tổng công suất đặt của nhà máy : P
NM
= 4x50 = 200MW  S
NM
= 235,29 MVA
CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG
CÔNG SUẤT
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 3

Theo các công thức (1) và (2) ta có bảng kết quả sau :
Bảng 1.2 Biến thiên phụ tải hàng ngày của nhà máy
t(h)
0 – 8
8– 18
18– 21
21 – 24
P
NM
(%)
90
100
90
80
P
NM
(t),MW
180

Trong đó:

NM
P
- công suất tác dụng định mức của nhà máy,
NM
P
=200 MW

NM
S
- công suất biểu kiến định mức của nhà máy,
NM
S
=250 MVA
 - lượng điện phần trăm tự dùng,  = 8%
cos
TD
- hệ số công suất phụ tải tự dùng, cos
TD
= 0,85 120
140
160
180

19,53
18,33
17,13

Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy

Phụ tải điện áp máy phát có
dm
U
= 10kV;
UFmax
P
= 10 MW; cos = 0,85.
Theo các công thức (1) và (2) ta có bảng kết quả sau :

Bảng 1.4 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải địa phƣơng

t(h)
0 – 10
10 – 18
18 – 21
21 - 24
P
UF
(%)
90
100

22
23
24
0 4 8 12 16 20 24
Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy
Std(MVA)
t(h)
1.2.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 5

Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát Phụ tải trung áp có
dm
U
= 110 kV;
UTmax
P
= 80 MW; cos = 0,85
Theo các công thức (1) và (2) ta có bảng kết quả sau:

Bảng 1.5 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải điện áp trung áp
t(h)
0 – 10
10 – 18
18 – 21
21 - 24 4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
0 4 8 12 16 20 24
Đồ thị phụ tải địa phƣơng
SUF(MVA)
t(h)
1.2.4 Đồ thị phụ tải điện áp trung áp
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 6

Đồ thị phụ tải điện áp cấp trung áp 1.2.5 Đồ thị công suất phát về hệ thống
Công suất phát về hệ thống tại mỗi thời điểm được xác định theo công thức sau :
S

(t)
10,588
10,588
11,765
10,588
8,235
S
UT
(t)
61,2
61,2
68
61,2
54,4
S
TD
(t)
18,33
19,53
19,53
18,33
17,13
S
VHT
(t)
134,882
158,682
150,705
134,882
120,235
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 4 8 12 16 20 24
Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy
Snm
SuF
SuT
Std
SvHT
S(MVA)
t(h)
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 8

1.3. Nhận xét


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội


α = 1 - = 1 - = 0,5
U 220

nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp
điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống.
- Công suất một bộ máy phát điện - máy biến áp không lớn hơn dữ trữ quay của hệ
thống nên ta có thể dùng sơ đồ bộ máy phát điện - máy biến áp.
- Có thể ghép chung một số máy phát vào cùng một MBA nếu đảm bảo tổng công suất các tổ
máy phát nhỏ hơn công suất dự trữ nóng của hệ thống.
- Sơ đồ nối điện cần phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cung cấp điện an toàn, liên tục cho
các phụ tải ở các cấp điện áp khác nhau, đồng thời khi bị sự cố không bị tách rời các phần có điện
áp khác nhau.
Với các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau:
2.1. Đề xuất các phƣơng án
2.1.1. Phƣơng án 1
- Nối một bộ MF - MBA hai cuộn dây vào thanh góp 220kV
- Nối một bộ MF - MBA hai cuộn dây vào thanh góp 110kV
- Nối hai bộ MF- MBA tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp: vừa
truyền tải công suất về hệ thống vừa truyền công suất giữa hai cấp điện áp cao- trung.
- Phụ tải địa phương được cung cấp điện từ đầu cực của hai máy phát nối với MBA
tự ngẫu
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 10

- Điện tự dùng lấy từ đầu cực của mỗi máy phát

HTĐ
220kV
110kV

B1 B2 B3
S
UT
F2
1/2S
UF
B5
F1
B4
F41/2S
UF- Ưu nhược điểm của sơ đồ
+ Ưu điểm: Có độ tin cậy cung cấp điện cao. Công suất truyền qua MBA liên lạc
nhỏ nên tổn thất trong các MBA tự ngẫu thấp.
+ Nhược điểm: Số lượng thiết bị nối với phía cao áp nhiều nên vốn đầu tư lớn.
Dùng ba loại MBA nên khó khăn trong việc vận hành và bảo vệ. Sơ đồ phức tạp nên khó
khăn khi vận hành và sửa chữa.

2.1.3. Phƣơng án 3
- Hai bộ MF - MBA hai cuộn dây nối vào thanh góp 110kV
- Nối hai bộ MF- MBA tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp: vừa
truyền tải công suất về hệ thống vừa truyền công suất giữa hai cấp điện áp cao - trung.
- Phụ tải địa phương được cung cấp điện từ đầu cực của hai máy phát nối với MBA
tự ngẫu
- Điện tự dùng lấy từ đầu cực của mỗi máy phát
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 12

Do đó yêu cầu đặt ra là chọn lựa MBA sao cho mang lại tính kinh tế cao mà vẫn đảm
bảo được độ tin cậy cung cấp điện. 2.3.1. Phƣơng án A

Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 13

Sơ đồ nối điện phƣơng án A

HTĐ
220kV
110kV
B3
F1 F2 F4
B1 B2 B4
S
UT
1/2S
UF
F3
1/2S
UF 2.3.1.1. Chọn loại và công suất định mức của MBA
 Chọn MBA 2 cuộn dây B3, B4
Công suất định mức của MBA hai cuộn dây được chọn theo công thức sau

Loại
MBA
S
đm

MVA
Điện áp cuộn dây
U
N
%
∆P
0

∆P
N

I
0
%
C
T
H
C-T
C-H
T-H
C-T
C-H
T-H
TДЦ
80

11
32
20
85
380
-
-
0,5

2.3.1.2. Kiểm tra khả năng quá tải của MBA
a. Phân bố dòng công suất trong các MBA
Ta quy ước chiều đi từ MFĐ lên thanh góp đối với MBA hai cuộn dây và chiều đi
từ phía cuộn hạ lên cuộn cao và trung đối với MBA tự ngẫu là chiều dương.
MBA bộ MFĐ – MBA hai cuộn dây luôn vận hành liên tục với phụ tải bằng phẳng.
Khi đó công suất tải qua cuộn dây MBA là

B3 B4 dmF tdmax
11
S = S = S - .S = 62,5 - .19,53 = 57,618
44
MVA
MBA tự ngẫu B1 và B2:
+ Dòng công suất truyền qua phía cao của MBA tự ngẫu
CTN VHT B3
1
S (t) = [S (t) - S (t)]
2

Trong đó :
S

(t) + S
CTN
(t)
Trong đó:
S
HTN
(t): công suất truyền từ phía hạ của MBA tự ngẫu B1, B2
Dựa vào kết quả tính toán ở chương I ta có bảng sau

Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 15

Bảng 2.2 Phân bố công suất phƣơng án 1
t(h)
0 – 8
8 – 10
10 – 18
18 – 21
21 - 24
S
B3
,S
B4

57,618
57,618
57,618
57,618
57,618

MBA trong chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cố của MBA. Tùy vào chế độ truyền
công suất của MBA mà ta kiểm tra khả năng quá tải của các cuộn dây tương ứng.
Máy biến áp tự ngẫu:
+ Công suất định mức S
TNđm
: tải lớn nhất không đổi có thể truyền liên tục từ cao
sang trung và ngược lại.
+ Công suất tính toán S
tt
: công suất chế tạo MBA tự ngẫu

tt TNdm
S = αS

trong đó: α: hệ số có lợi,
CT
C
U - U
220 - 110
α = = = 0,5
U 220

Do đó công suất tính toán của MBA tự ngẫu đã chọn

tt
S
= 0,5.160 = 80MVA
Máy biến áp tự ngẫu có 3 cuộn dây : cuộn hạ, cuộn chung, cuộn nối tiếp có công
suất định mức bằng nhau và chỉ bằng α lần công suất định mức của MBA tự ngẫu.
 Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 trong chế độ làm việc bình

. 31,309 1,4.160
C qtbt dmB
S k S  
= 224 MVA
Vậy MBA B1 và B2 không bị quá tải ở chế độ bình thường trong khoảng 21-24h

 Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 trong chế độ sự cố
Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 trong chế độ sự cố ta kiểm tra
chế độ làm việc nặng nề nhất.
* Xét trường hợp hỏng bộ MF – MBA 2 cuộn dây F4-B4
Trường hợp nguy hiểm nhất là trường hợp mà phụ tải bên trung áp S
UT
đạt cực đại,
lúc đó thì MBA tự ngẫu B1 và B2 phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải điện áp
trung áp
+ Với thời điểm phụ tải bên trung đạt cực đại ( 10 - 18h)
UTmax
S
= 68 MVA. Tương
ứng với thời điểm này thì phụ tải địa phương là S
UF
= 11,765 MVA.
- Phân bố công suất cho MBA tự ngẫu
 Công suất qua cuộn phía trung

max
T UT

=
TNdm
αS
= 0,5.160 = 80MVA
 MBA không bị quá tải.
- Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng
10 - 18h: S
thiếu
= S
VHT
– (S
B3
+ 2S
C
) = 150,705 – (57,618 +2.17,735)
= 57,617MVA
- Công suất dự trữ của hệ thống:
HT
dt
S =240MVA

Ta thấy lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống
làm việc ổn định khi sự cố.
+ Với thời điểm phụ tải bên trung đạt cực tiểu là 21 – 24h: S
UTmin
= 54,4 MVA
Tương ứng lúc này thì phụ tải địa phương là S
UF
= 8,235 MVA
Ta thấy với trường hợp phụ tải phía trung max mà MBA thỏa mãn điều kiện quá tải

B3
+ 2S
C
) = 120,235 – (57,618 + 2.26,3) = 9,819 MVA
Ta thấy trong các khoảng thời gian 21 - 24h thì không cần phát tối đa công suất định
mức của các máy phát lúc sự cố. Hệ thống bù đủ công suất thiếu hụt. * Xét trường hợp hỏng MBA liên lạc ( hỏng B2)
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 18

HTĐ
220kV 110kV
B3
F1 F2 F4
B1 B2 B4
S
UT
1/2S
UF
F3
1/2S
UF

+ Với thời điểm phụ tải trung áp đạt cực đại ( 10 - 18h)
UTmax
S
= 68 MVA. Tương

= 45,853 MVA <
Hdm
S
=
TNdm
αS
= 0,5.160 = 80MVA
 MBA không bị quá tải.
- Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng
10 - 18h: S
thiếu
= S
VHT
– (S
B3
+ S
C
) = 134,882 – (57,618 +35,471) = 41,793 MVA
- Công suất dự trữ của hệ thống

HT
dt
S = 240 MVA

Ta thấy lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống làm
việc ổn định khi sự cố.
+ Với thời điểm phụ tải bên trung đạt cực tiểu là 21 - 24h: S
UTmin
= 54,4 MVA.
Tương ứng lúc này thì phụ tải địa phương là S

= S
VHT
– (S
B3
+ S
C
) = 120,235 – (57,618 + 52,601) = 10,016 MVA
Ta thấy trong các khoảng thời gian 21 - 24h thì không cần phát tối đa công suất định
mức của các máy phát lúc sự cố. Hệ thống bù đủ công suất thiếu hụt.
2.3.1.3. Tính tổn thất điện năng trong MBA
a. Tính tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây
Do các MBA hai cuộn dây vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng nên tổn thất
điện năng trong các MBA hai cuộn dây được tính như sau:

2
B
B 0 N
2
dmB
S
1
ΔA = n.ΔP .t + .ΔP . .τ
nS

trong đó:
+ ∆A
B
: tổn thất công suất trong máy biến áp hai cuộn dây
+ n : số máy biến áp làm việc song song
+ ∆P

57,618
ΔA = (80.8760 + 320. .8760)
80
= 2154887,259 kWh
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 20

b. Tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu
Giả thiết có n MBA làm việc song song thì tổn thất điện năng hàng năm của MBA
tự ngẫu được xác định theo công thức:

2
22
iC
iT iH
0 NC NT NH i
2 2 2
đmB đmB đmB
S
SS
365
ΔA = n.ΔP .t + .Σ (ΔP + ΔP + ΔP ).t
n S S S




trong đó:
+

MBA tự ngẫu
+
iH
S
: công suất tải qua cuộn hạ của
n
MBA tự ngẫu
+
đmB
S
: công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu
Tổn thất điện áp trong các cuộn dây điện áp cao, trung, hạ của MBA tự ngẫu được
xác định theo công thức

NC-H NT-H
NC NC-T
22
ΔP ΔP
ΔP = 0,5(ΔP + - )
ααNT-H NC-H
NT NC-T
22
ΔP ΔP
ΔP = 0,5(ΔP + - )
αα
NC-H
ΔP
=
NC-T
1
ΔP
2

Từ bảng 2.1 ta có
NC-T
ΔP
= 380kW 
NT-H
ΔP
=
NC-H
ΔP
= 190kW
Do đó:
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 21 NC
22
190 190
ΔP = 0,5.(380 + - ) = 190
0,5 0,5
kW


Dựa vào bảng 2.2 ta có tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu là

2 2 2
2 2 2
2 2 2
2 2 2
2 2 2
2 2 2
B1
38,632 1,791 40,423
190. + 190. + 570. .8 +
160 160 160
50,532 1,791 52,323
+ 190. +190. +570. .2+
160 160 160
46,544 5,191 51,735
+ 190. +190. +570. .8+
ΔA = 85.8760 + 365.
160 160 160
38
+ 190.
















∆A
TN
= 1244634,234 kWh

Tổng tổn thất điện năng trong MBA ở phương án A là

Σ B4 B3 TN
ΔA = ΔA + ΔA + 2.ΔA= 2021847,032 + 2154887,259 + 2.1244634,234 = 6666002,759
kWh Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 22

2.3.2. Phƣơng án B
HTĐ

S (t) = S (t)
2

Trong đó :
S
CTN
(t): công suất truyền sang cao áp của MBA tự ngẫu B1, B2
S
VHT
(t): công suất về hệ thống tại thời điểm t
+ Dòng công suất truyền qua phía trung áp của MBA tự ngẫu

TTN UT B4 B3
1
S (t) = (S (t) - S - S )
2

Trong đó: S
TTN
(t): công suất truyền sang trung áp của MBA tự ngẫu B1, B2
S
UT
(t) : công suất của phụ tải trung áp tại thời điểm t
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 23

S
B3
(t) : công suất truyền qua MBA B3

57,618
57,618
S
CTN
(t)
67,441
79,341
75,353
67,441
60,112
S
TTN
(t)
-27,017
-27,018
-23,618
-27,018
-30,418
S
HTN
(t)
40,423
52,323
51,735
40,423
29,7

Nhận xét: Trong chế độ làm việc bình thường công suất truyền từ phía hạ và phía
trung lên phía cao nên cuộn nối tiếp là cuộn mang tải nặng nề nhất.
b. Kiểm tra chế độ làm việc của MBA liên lạc

HTĐ
220kV 110kV
F1 F2 F3
B1 B2 B3
S
UT
1/2S
UF
1/2S
UF
B4
F4

Trường hợp nguy hiểm nhất là trường hợp mà phụ tải bên trung áp S
UT
đạt cực đại
hoặc cực tiểu. Do
UTmax
S
= 68 MVA; S
UTmin
= 54,4 MVA và S
B3
= 57,618 MVA nên ta chỉ
cần xét trường hợp phụ tải trung áp đạt cực đại.
+ Với thời điểm phụ tải bên trung đạt cực đại ( 10 - 18h)
UTmax
S
= 68 MVA. Tương
ứng với thời điểm này thì phụ tải địa phương là S

= 51,735 – 5,191 = 46,544 MVA
Như vậy trong chế độ này thì MBA truyền công suất từ phía hạ lên phía cao và phía
trung nên cuộn hạ là cuộn chịu tải lớn nhất.
S
H
= 51,735 <
Hdm
S
=
TNdm
αS
= 0,5.160 = 80MVA
 MBA không bị quá tải.
- Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng
10 - 18h: S
thiếu
= S
VHT
– 2S
C
= 150,705 – 2.46,544 = 57,617 MVA
Ta thấy S
thiếu
<
HT
dt
S
= 240 MVA nên hệ thống làm việc ổn định khi có sự cố.
Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội


 Công suất qua cuộn phía hạ

max
H dmF UF td
11
S = S -S - .S = 62,5 - 11,765 - .19,53 = 45,853MVA
44

 Công suất qua cuộn phía cao
S
C
= S
H
– S
T
= 45,853 + 47,236 = 93,089 MVA
Như vậy trong chế độ này thì MBA truyền công suất từ phía hạ và phía trung sang
phía cao nên cuộn nối tiếp là cuộn chịu tải lớn nhất. Kiểm tra quá tải MBA trong trường hợp
này là kiểm tra quá tải cuộn hạ và cuộn nối tiếp.
S
H
= 45,853MVA <
Hdm
S
=
TNdm
αS
= 0,5.160 = 80MVA

nt c Hdm