Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
Lời nói đầu
Năng lợng, theo cách nhìn tổng quát là rất rộng lớn, là vô tận. Tuy
nhiên, nguồn năng lợng mà con ngời có thể khai thác phổ biến hiện nay đang
càng trở nên khan hiếm và trở thành một vấn đề lớn trên thế giới. Đó là bởi vì
để có năng lợng dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lợng sơ cấp phải trải qua nhiều
công đoạn nh khai thác, chế biến, vận chuyển và phân phối. Các công đoạn
này đòi hỏi nhiều chi phí về tài chính, kỹ thuật và các ràng buộc xã hội. Hiệu
suất các công đoạn kể từ nguồn năng lợng sơ cấp đến năng lợng cuối nói
chung là thấp. Vì vậy đề ra lựa chọn và thực hiện các phơng pháp biến đổi
năng lợng từ nguồn năng lợng sơ cấp đến năng lợng cuối để đạt hiệu quả kinh
tế cao nhất là một nhu cầu và cũng là nhiệm vụ của con ngời.
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lợng, bao gồm các
nhà máy điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó các nhà máy điện
có nhiệm vụ biến đổi năng lợng sơ cấp nh: than, dầu, khí đốt, thuỷ năng
thành điện năng. Hiện nay ở nớc ta lợng điện năng đợc sản xuất hàng năm
bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỉ trọng lớn nh thập kỷ 80. Tuy
nhiên, với thế mạnh nguồn nguyên liệu nh ở nớc ta, tính chất phụ tải đáy của
nhà máy nhiệt điện. thì việc củng cố và xây dựng mới các nhà máy nhiệt điện
vẫn đang là một nhu cầu đối với giai đoạn phát triển hiện nay.
Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán
chế độ vận hành tối u của nhà máy điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự
củng cố khá toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành hệ thống
điện trớc khi thâm nhập vào thực tế.
Với yêu cầu nh vậy, đồ án môn học đợc hoàn thành gồm bản thuyết
minh này kèm theo các bản vẽ phần nhà máy nhiệt điện và phần chuyên đề.
Bản thuyết minh gồm: 5 chơng.
Các chơng này trình bày toàn bộ quá trình tính toán từ chọn máy phát
điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà
máy, đề xuất các phơng án nối điện, tính toán kinh tế - kỹ thuật, so sánh chọn
phơng án tối u đến chọn khí cụ điện cho phơng án đợc lựa chọn. Phần này có

Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện gồm 3 tổ máy công suất mỗi
máy là 150 MW.
Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng nh vận hành ta chọn các máy
phát điện cùng loại, điện áp định mức bằng 18 kV:
Chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi có các thông số sau:
Bảng 1.1
Loại máy
phát
Thông số định mức Điện kháng tơng đối
n
v/ph
S
MVA
P
MW
U
KV
cos
I
KA
X
d
X
d
X
d
TBB-165-2 3000 176,5 150 18 0,85 5,67 0,213 0,304 1,713
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
3
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện

P% 80 90 100 90 80
P (MW) 16 18 20 18 16
S
UF
(MVA) 19,05 21,43 23,81 21,43 19,05
Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
t(h)
S(MVA)
4
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
1.2.2. Cấp điện áp trung (110KV)
Phụ tải bên trung gồm 2 đờng dây kép và 1 đờng dây đơn
P
max
= 150 MW, cos = 0,85
Công thức tính:
P
T
(t) =
( )
100

200
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
t(h)
S(MVA)
5
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
1.2.3. Cấp điện áp cao (220KV)
Phụ tải bên cao gồm 1 đờng dây kép
P
max
= 100 MW, cos = 0,85
Công thức tính:
P
C
(t) =
( )
100
t%P
.P
Tmax
S
C
(t) =
( )
cos
tP
C
Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải
t(h)
0 ữ 6 6 ữ 24

S(MVA)
6
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải toàn nhà máy.
t(h)
0 ữ 8 8 ữ 12 12ữ18 18 ữ 24
P% 80 90 100 90
S
NM
(MVA) 423,6 476,55 529,5 476,55
1.2.5. Tự dùng của nhà máy điện
Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lợng điện tự dùng chiếm 6% công suất
định mức của toàn nhà máy.
Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm có thể tính theo biểu thức sau:









+=
NM
NM
NMtd
S
tS
StS

500
600
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
t(h)
S(MVA)
7
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
1.2.6. Cân bằng công suất toàn nhà máy, công suất phát về hệ thống.
Toàn bộ công suất thừa của nhà máy đợc phát lên hệ thống qua đờng
dây kép dài 100 km .Tổng công suất hệ thống S
HT
=2800 MVA. Dự trữ quay
của hệ thống S
dtHT
= 250 MVA. Nh vậy phơng trình cân bằng công suất toàn
nhà máy là:
S
NM
(t) = S
UF
(t) + S
T
(t) + S
C
(t) +

S
VHT
(t) + S
td

nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
t(h)
8
S(MVA)
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
Từ đó ta có bảng tính phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy:
t(h)
0ữ6 6ữ8 8ữ12
12
ữ14
14ữ
16
16ữ
18
18 ữ
20
20ữ
22
22ữ
24
S

)
117,76
127,1
5
160,5
8
209,24 191,57 193,95 160,58 162,96 180,58
Đồ thị công suất phát về hệ thống
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
t(h)
S(MVA)
9
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
* Nhận xét chung :
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
0
100
200
300

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng
trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Các phơng án phải đảm bảo độ tin cậy
cung cấp điện cho phụ tải, đồng thời thể hiện đợc tính khả thi và đem lại hiệu
quả kinh tế.
Dựa vào số liệu tính toán phân bố công suất đồ thị phụ tải các cấp điện áp
chúng ta vạch ra các phơng án nối điện cho nhà máy.
Theo kết quả tính toán cân cằng công suất ở chơng 1 ta có:
+ Phụ tải địa phơng:
S
UFmax
= 23,81 (MVA)
S
UFmin
= 19,05 (MVA)
+ Phụ tải trung áp:
S
Tmax
= 176,47 (MVA)
S
Tmin
= 141,18 (MVA)
+ Công suất phát vào hệ thống:
S
HTmax
= 209,24 (MVA)
S
HTmin
= 117,76 (MVA)
Từ các nhận xét trên ta vạch ra 1 số phơng án nối điện cho nhà máy thiết
kế:

F
2
S
C
S
T
Phơng án 2:
Phơng án này hai tổ máy đợc nối với thanh góp 220KV qua máy biến áp
liên lạc. Còn phía 110KV đợc ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp.

HT

B
1
B
2
B
3
S
T

F
1
F
2
F
3
S
C
Phơng án 3:

cấp
điện áp thấp hơn, thiết bị rẻ tiền hơn.
Ph ơng án 3
- Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo
- Do ở đây các máy fát có công suất bé, công suất bên trung lại khá lớn
nên việc ta chọn phơng án này tránh gây tổn thất công suất hai lần
Tóm lại: Qua phân tích ở trên ta chọn phơng án 2 và phơng án 3 để tính
toán tiếp, phân tích kỹ hơn về kỹ thuật và kinh tế nhằm chọn ra sơ đồ nối
điện chính cho nhà máy điện đợc thiết kế.
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
13
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
Chơng 2
Tính toán chọn máy biến áp
- Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện . Tổng
công suất các máy biến áp gấp từ 4-5 lần tổng công suất các máy phát điện .
Chọn máy biến áp trong nhà máy điện là chọn loại , số lợng , công suất định
mức và hệ số biến áp. Máy biến áp đợc chọn phải đảm bảo hoạt động an toàn
trong điều kiện bình thờng và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất.
-Nguyên tắc chung để chọn máy biến áp là trớc tiên chọn S
đmB
công
suất cực đại có thể qua biến áp trong điều kiện làm việc bình thờng, sau đó
kiểm tra lại điều kiện sự cố có kể đến hệ số quá tải của máy biến áp. Xác
định công suất thiếu về hệ thống phải nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. Ta
lần lợt chọn máybiến áp cho từng phơng án. Giả thiết các máy biến áp đợc
chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trờng nơi lắp đặt nhà máy điện.
Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất định mức của chúng.
A. Phơng án 2


U
Cđm
kV
U
Hđm
kV
P
0
kW
P
N
kW
I
0
% U
N
%
180 121 18 420 680 3.2 10.5
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
14
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
-Các máy biến áp hai dây quấn trong sơ đồ bộ thờng phát công suất tơng
đối ổn định và bằng phẳng. Do đó, ta không cần kiểm tra điều kiện sự cố.
Máy biến áp tự ngẫu
S
đmB2
= S
đm
3


Thông số kỹ thuật loại máy biến áp này đợc ghi trong bảng sau:
S
đm
MVA
Điện áp cuộn
dây k V
U
N
%
P
0
kW
P
N
%
I
0
%
U
C
U
T
U
H
C-T C-H T-H C-T C-H T-H
1.4320 242 121 18 13 24 12 550 900 500 560
2.2 Phân bố tải cho các máy biến áp
Để vận hành thuận tiện và kinh tế ta cho B1, B4 làm việc với đồ thị
phụ tải bằng phẳng suốt năm.
S

Phía hạ: S
H
(t) = S
đmF
- S
TD
/3- S
đf
/2
Ta có bảng phân bổ công suất:
t(h)
0ữ6 6ữ8 8ữ12 12 ữ14 14ữ 16 16ữ 18 18 ữ 20 20ữ 22 22ữ 24
S
B3
165,9 165,9 165,9 165,9 165,9 165,9 165,9 165,9 165,9
S
C
145.29 144.1 152.28 150.45 159.29 160.48 152.28 153.47 144.66
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
15
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
S
T
-12.36 -12.36 -3.55 -3.55 5.285 5.285 -3.55 -3.55 -12.36
S
H
157.65 156.46 155.83 154 154 155.19 155.83 157.02 157.02
2.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp
Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại
nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thờng.

1

F
2

F
3

HT

S
C
Khi sự cố máy biến áp B
3
mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một
lợng công suất là:
S =
==
2
47,176
2
maxT
S
88,23 MVA
Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợng công suất là:
S
B3
= K
qt
.. S

Lợng công suất phát lên phía cao của B
1
(B
2
)
S
CB1(B2)
= S
HB1(B2)
- S
TB1(B2)
= 224 - 88,23 = 135,77 MVA
Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là :
S
VHT
= S
CB1(B2)
- S
c
= 135,77 - 105,88 =12,89 MVA
Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với
lúc bình thờng là:
S
thiếu
=
VHT
S
- 35,17 = 193,95 - 12,89 = 181,06 MVA
- Công suất dự trữ của hệ thống là S
dtHT

B3
= 176,47 - 165,9 = 10,57MVA
Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợng công suất là:
S
B1(B2)
= .S
đmB
= 0,5x320 = 160 MVA
Do vậy nên máy biến áp bị quá tải với hệ số quá tải là:
K
qtsc
=
160
57,10
= 0,07 < 1,4
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
17
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
K = 1,4 là hệ số quá tải sự cố cho phép.
Vậy nên máy biến áp thoả mãn điều kiện kiểm tra đảm bảo cung
cấp điện cho phía bên trung
- Lợng công suất nhà máy phát vào hệ thống là:
S
HT
= S
f
- S - S
C
= 176,5x1,4 - 10,57 - 105,88 = 130,65 MVA
- Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với

S
S








.t
Đối với máy biến áp tự ngẫu
A
tn
= P
0
.T +
2
dmB
S
365
.(P
NC
.
2
Ci
S
.t
i
+ P

18
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
P
NC
= 0,5.











+


2
HNT
2
HNC
TNC
PP
P
P
NT
= 0,5.









TNC
2
HNC
2
HNT
P
PP
Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta
tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp nh sau:
Máy biến áp ba pha hai cuộn dây
Máy biến áp B3 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó: S
b
=
165,9 MVA trong cả năm.
Ta có: A
3
= P
0
.T + P
N
2
dm
b







+=


22
5.0

hnthnc
tncNC
PP
PP
330
5.0
560
5.0
500
9005.0
22
=










+
kW
=






+=


tnc
hnthnc
NH
P
PP
P
22
5.0

1670900
5.0
560
5.0
500
5.0

320
365
{(330x145,29
2
+570x12,36
2
+ 1760x157,65
2
)6
+ (330x144,1
2
+570x12,36
2
+ 1760x156,46
2
)2
+ (330x152,28
2
+570x3,55
2
+ 1760x155,83
2
)4+
+ (330x150,45
2
+570x3,55
2
+ 1760x154
2
)2+

)2+
+ (330x144,66
2
+570x12,36
2
+ 1760x157,02
2
)2+
=9133,92.10
3
KWh
Nh vậy, tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp là:
A

= A
B1
+ A
B2
+ A
B3

= 2x9133,92.10
3
+ 8739,32.10
3
= 27007,16.10
3
KWh
B. Phơng án 3:



=
=
[ ]
MVAx 68,47805,1977,315,1763
5,0.2
1
=
Với =
220
110220
= 0,5
Ta chọn 3 MBA tự ngẫu 1 pha loại AOTH có S
đm
= 160 (MVA), với
các thông số cơ bản sau:
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
20
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
S
đm
MVA
Điện áp cuộn
dây kV
U
N
%
P
0
kW

+ S
C
)
Phía trung: S
T
(t) = S
T
Phía hạ: S
H
(t) = S
T
(t) + S
C
(t)
Ta có bảng phân bổ công suất:
t(h)
0ữ6 6ữ8 8ữ12 12 ữ14 14ữ 16 16ữ 18 18 ữ 20 20ữ 22 22ữ 24
S
C
117.76 116.51 133.23 157.56 148.72 149.91 133.23 134.42 143.23
S
T
141.18 141.18 158.8 158.8 176.47 176.47 158.8 158.8 141.18
S
H
258.88 257.69 292.03 316.36 325.19 326.38 292.03 293.22 284.41
2.3.b. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp:
Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại nên
không cần kiểm tra điều kiện qúa tải bình thờng.
Kiểm tra sự cố

= 176,47 MVA
Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc 1 lợng công suất là:
S
B1(B2)
=K
qt
. .S
đmB
= 1,4x0,5x480 = 336 MV>S
Tmax
=176,47 MVA
Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần phải
tải khi sự cố.Vậy nó luôn đảm bảo cung cấp đủ điện cho bên trung mà không
quá tải
Lợng công suất từ các máy phát cấp lên phía hạ của máy biến áp tự
ngẫu
S
Htn
=








minmax
3
1

c
= 159,53 - 105,88 =53,65 MVA
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
22
Đồ áN MÔN HọC nhà máy điện
Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu so với
lúc bình thờng là:
S
thiếu
=
VHT
S
- 35,17 = 193,95 - 53,65 = 140,3 MVA
- Công suất dự trữ của hệ thống là S
dtHT
= 250 MVA
Ta thấy S
dtHT
> S
thiếu
thoả mãn điều kiện.
Kết luận:
Các máy biến áp đã chọn cho phơng án 3 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu
kỹ thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải.
2.4.b. Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp.
Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần:
- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng
tổn thất không tải không tải của nó.
- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp.
Đối với máy biến áp tự ngẫu.






)
P
N-H
= 0.5*(
2
HT.N
2
HC.N
PP


+



- P
N.C-T
)
Thay số liệu vào tính toán ta có:
P
N-C
= 0.5* (349 +
2
5,0
304283

304283 +
- 205) = 1072 (kW)
Từ đó ta có:
A = 3.P
0
T +
( )
tiSPtiSPtiSP
S
HiNHTiNTCiNC
dm

.3
365
222
2
++
A
TN
=3x205x8760+
2
1603
365
x
{(133x117,76
2
+218x141,18
2
+ 1072x258,88
2

2
)2+
+ (133x149,91
2
+218x176,47
2
+ 1072x326,38
2
)2+
+ (133x133,23
2
+218x158,8
2
+ 1072x292,03
2
)2+
+ (133x134,42
2
+218x158,8
2
+ 1072x293,22
2
)2+
+ (133x143,23
2
+218x141,18
2
+ 1072x284,41
2
)2+

dây đợc tính với điều kiện một đờng dây bị đứt . Khi đó
549,0
220.3
24,209
3
max
===
dm
VHT
lvcb
U
S
I
KA
- Thanh góp cao áp 220kV
Công suất tải lớn nhất khi sự cố đờng dây kép tại thời điểm công suất
phụ tải cao áp lớn nhất:

309.0
220.3
65,117
.3
2
===
U
S
I
uC
cb
kA

I
KA
Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cỡng bức là
62,0
220.3
53,236
3
===
dm
CC
lvcb
U
S
I
KA
Nh vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phơng án I này
là :
I
cbcao
= 0,62 KA
b) Cấp điện áp 110 KV:
- Mạch đ ờng dây:
nguyễn văn tờng - Lớp N1 - k41
25