Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện
Chơng I
Chọn máy phát điện tính toán
phụ tải - cân bằng công suất
Để thực hiện tốt nhiệm vụ thiết kế, chúng ta cần phải nắm vững
các số liệu đã cho cũng nh các yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi trong quá
trình thiết kế.
Việc tính toán, xác định phụ tải ở các cấp điện áp và lợng công
suất nhà máy thiết kế trao đổi với hệ thống điện cực kỳ quan trọng, nó
là cơ sở giúp ta xây dựng đợc các bảng phân phối và cân bằng công
suất toàn nhà máy. Từ đó rút ra các điều kiện kinh tế - kỹ thuật để
chọn các phơng án nối điện toàn nhà máy hợp lý nhất với thực tế yêu
cầu thiết kế.
Quá trình tính toán đợc thực hiện nh sau:
1.1 Chọn máy phát điện
Theo yêu cầu thiết kế nhà máy thiết kế là nhà máy nhiệt điện
ngng hơi có công suất tổng là 150MW gồm 3 tổ máy, mỗi tổ máy có
công suất là 50MW.
Phụ tải ở đầu cực máy phát có U
đm
= 10kV cho nên để thuận
tiện cho việc cung cấp điện cho phụ tải này ta chọn kiểu máy phát
TB-50-2 có các thông số sau:
Bảng 1.1
S
đm
P
đm
cos U
đm
I

86,0
16
cos
max
max
===

Từ bảng biến thiên phụ tải địa phơng ta tính đợc công suất phụ tải
theo thời gian trong ngày nh bảng 1.2 bằng cách áp dụng các công
thức:
max
100
)%(
)( Px
tP
tP =
và

cos
)(
)(
tP
tS =
Bảng 1.2
t(h)
Công suất
0 ữ7 7 ữ 12 12 ữ 14 14 ữ 20 20 ữ 24
P% 70 100 80 100 70
S(t), MVA 13,02 18,6 14,88 18,6 13,02
Ta có đồ thị phu tải nh sau:

)(
)(
tP
tS =
Bảng 1.3
t(h)
Công suất
0 ữ8 8 ữ 14 14 ữ 20 20 ữ 24
P% 80 90 100 80
S(t), MVA 74,42 83,72 93,02 74,42
Đồ thị phụ tải:
c) Phụ tải toàn nhà máy
Các số liệu ban đầu: P
max
= 150MW ; cos = 0,8
MVA
P
S 5,187
8,0
150
cos
max
max
===

Nguyễn Thanh Mai
Trang 3
Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện
Từ bảng biến thiên ta tính đợc công suất phụ tải theo thời gian trong
ngày nh bảng 1.4 bằng cách áp dụng các công thức:


với :
MVA
P
S
dat
NM
5,187
8,0
150
cos
===

Nguyễn Thanh Mai
Trang 4
Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện

100
%P
xSS
NMt
=
Ta có bảng công suất tự dùng nh bảng 1.5
Bảng 1.5
t(h)
Công suất
0 ữ8 8 ữ 12 12 ữ 14 14 ữ 20 20 ữ 24
P% 70 90 80 100 80
S
t

: công suất tiêu thụ của phụ tải địa phơng
S
UT
: công suất tiêu thụ của phụ tải trung áp
S
TD
: công suất tự dùng của nhà máy
Thay các số liệu tại các thời điểm trong ngày vào công thức
trên ta tính đợc lợng công suất nhà máy phát về hệ thống. Tổng hợp
các phụ tải và lợng công suất phát về hệ thống ta có bảng cân bằng
công suất toàn nhà máy nh bảng 1.6.
Bảng 1.6
t(h)
S (MVA)
0 ữ 7 7 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 14 14 ữ 20 20 ữ 24
S
UF
13,02 13,02 18,6 14,88 18,6 13,02
S
UT
74,42 74,42 83,72 83,72 93,02 74,42
S
TD
9,225 9,225 10,575 9,9 11,25 9,9
S
NM
131,25 131,25 168,75 150 187,5 150
S
HT
34,585 34,585 55,855 41,5 64,63 52,66

= 35,23MVA đợc truyền tải trên đờng
dây kép dài 70km. Công suất của hệ thống (không kể nhà máy thiết
kế) là 1200MVA và dự trữ quay của hệ thống là 80MVA.
Từ các nhận xét trên ta thấy rằng nhà máy cần thiết kế ngoài việc
đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp nó còn có ý
nghĩa quan trọng đối với toàn hệ thống, lợng công suất phát về hệ
thống khá lớn nên nó có ảnh hởng trực tiếp tới độ ổn định của hệ
thống. Vì vậy trong quá trình đề xuất các phơng án nối dây cần chú ý
tới tầm quan trọng của nhà máy với hệ thống.
Nguyễn Thanh Mai
Trang 7
Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện
Chơng II
Các phơng án nối điện chính và
chọn máy biến áp
2.1. Xây dựng các phơng án nối dây
Căn cứ vào bảng cân bằng công suất toàn nhà máy và các nhận
xét ở Chơng I, ta đề ra các yêu cầu đối với các phơng án nối điện
chính của nhà máy cần thiết kế nh sau:
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.
Do tầm quan trọng của nhà máy đối với hệ thống nên các sơ đồ nối
điện ngoài việc đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải còn phải là các
sơ đồ đơn giản, an toàn và linh hoạt trong quá trình vận hành sau này.
1. Ph ơng án 1
Nguyễn Thanh Mai
Trang 8
Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện

Phơng án này luôn đảm bảo cung cấp điện.
Số lợng máy biến áp ít hơn phơng án một song chúng lại có suất
lớn hơn.
Sơ đồ nối dây đơn giản.
3. Ph ơng án 3
Đặc điểm
Ghép bộ máy phát + máy biến áp (F
1
+ B
1
) lên thanh góp điện áp
220kV.
Các máy phát F
2
và F
3
đợc nối vào thanh góp điện áp máy phát,
các máy biến áp tự ngẫu ba pha làm nhiệm vụ liên lạc giữa ba cấp
điện áp.
Nhận xét
Nguyễn Thanh Mai
Trang 10
Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện
Phơng án này đảm bảo cung cấp điện cho các cấp điện áp
Cấp điện áp trung tuy không có máy biến áp nhng luôn đợc đảm
bảo cung cấp điện.
Giá thành các máy biến áp lớn.
4. Sơ bộ đánh giá các ph ơng án
Qua phân tích từng phơng án ta nhận thấy phơng án ba khó thực
hiện vì không đảm bảo yêu cầu cung cấp điện ở phụ tải trung áp. Do

N
%
I
o
%
Giá
tiền
10
3
R
P
o
,Vật
dẫn từ
loại
P
NC-H
C T H
A B
63 121 - 10,5 59 73 245 - 10,5 0,6 91
2. Chọn máy biến áp tự ngẫu B
1
và B
2
ĐK :
thuaBdm
SS

2
1

và B
2
đợc chọn nh sau:
MVASS
thuaBdm
105105
5,0.2
1
2
1
==

Tra bảng ta có thông số của máy biến áp ATTH 125 nh sau :
Bảng 2.2
S
đm
MVA
Điện áp cuộn
dây
Tổn thất , kW
U
N
%
I
o
%
Giá
tiền
10
3

đmF
S
TDmax
= 62,5 3,75 = 58,75 MVA
So với S
đmB3
= 63 MVA ta thấy chế độ bình thờng máy biến áp B
3
không bị quá tải.
b./.Với máy biến áp tự ngẫu B
1
và B
2
Công suất truyền tải trên các cuộn dây của các máy biến áp B
1
và
B
2
đợc tính nh sau:
Cuộn cao : S
CB1
= S
CB2
=
2
1
S
HT
Cuộn trung : S
TB1

58,75 58,75 58,75 58,75 58,75 58,75
S
CB1
= S
CB2
17,293 17,293 27,928 20,75 32,315 26,33
S
TB1
= S
TB2
11,195 11,195 15,845 15,845 20,495 11,195
S
HB1
= S
HB2
28,488 28,488 43,773 36,595 52,81 37,525
Qua bảng phân phối công suất cho các máy biến áp liên lạc B
1
và B
2
ta nhận thấy ở chế độ bình thờng chúng không bị quá tải. Các
máy biến áp B
1
và B
2
chủ yếu truyền công suất từ hạ và trung lên cao.
Nguyễn Thanh Mai
Trang 13
Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện
4. Kiểm tra quá tải khi các máy biến áp bị sự cố

1
. 93,02 = 46,51 MVA
Cuộn hạ : S
HB1
= S
HB2
=
2
1
( 2.S
đmF
S
UF
2.S
TDmax
)
=
2
1
(2.62,518,62.3,75)= 49,45 MVA
Cuộn cao : S
CB1
= S
CB2
= S
HB1
S
TB1
= 49,45 46,51 = 2,94 MVA
Ta nhận thấy khi sự cố bộ máy phát + máy biến áp hai cuộn dây thì

= 2,94 MVA < S
đmB
= 125 MVA
Khi đó công suất nhà máy phát về hệ thống thiếu hụt một lợng là:
S = S
HT
2 . S
CB1
= 64,63 2 . 2,94 = 58,75 MVA
Lợng công suất này vẫn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống là S
DT
= 80
MVA.
b./.Giả sử sự cố máy biến áp B
1
, ta có sơ đồ nh sau:
+ Khi sự cố xảy ra phụ tải trung là cực đại:
S
UTmax
= 93,02 MVA
S
UF
= 18,6 MVA
S
HT
= 64,63 MVA
Trong trờng hợp này ta cần kiểm tra quá tải máy biến áp B
2
, còn máy
biến áp B

không bị quá tải.
Cuộn hạ : Cuộn hạ của máy biến áp B
2
có thể tải trong trờng
hợp sự cố là:
S
HB2
= K
QTSC
. . S
đmB2
= 1,4 . 0,5 . 125 = 87,5 MVA
Cuộn cao : S
CB2
= S
HB2
S
TB2
= 87,5 34,27 = 53,23 MVA
Ta thấy : S
CB2
= 53,23 MVA < S
đmB2
= 125 MVA
Do đó cuộn cao của máy biến áp B
2
không bị quá tải trong trờng hợp
sự cố.
+ Khi sự cố xảy ra phụ tải trung là cực tiểu:
S

đmB
= 1,4.0,5.125 = 87,5 MVA
Do đó cuộn trung áp của máy biến áp B
2
quá tải nằm trong trị số cho
phép.
Nguyễn Thanh Mai
Trang 16
Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện
Cuộn hạ áp : Công suất phát của máy phát F
1
và F
2
:
S = 2S
đmF
2S
TD
S
UF
= 125 2.3,75 13,02 = 104,48 MVA
Khả năng tải của cuộn hạ áp khi sự cố là:
S
HB2
= K
QTSC
. . S
đmB2
= 1,4.0,5.125 = 87,5 MVA
Vậy để cuộn hạ áp của máy biến áp B

DT
= 80 MVA.
Kết luận : các máy biến áp đã chọn đảm bảo cung cấp đầy đủ điện
năng cho các phụ tải ở các chế độ ở phơng án một.
5. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp
Tổn thất điện năng của máy biến áp hai dây quấn
t
S
S
n
P
TPnA
dmB
bN
o

2
1







+=
Trong đó n=1 P
o
= 59 kW
T = t = 8760 h P










+++=
i
dmB
iH
HN
dmB
iT
TN
dmB
iC
CNo
t
S
S
P
S
S
P
S
S
P

P
NC-H
= P
NT-H
= 0,5 . 290 = 145 kW
Vậy
kW
PP
PP
HNTHNC
TNCCN
145
5,0
145
5,0
145
290
2
1
2
1
2222
=








1
2222
=








+=









+=




kWP
PP
P
TNC

+

=




Thay các dữ liệu vào công thức và tính toán ta đợc :
}
kWhA
A
6
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2

145
6
125
81,52
435
125
495,20
145
125
315,32
145
2
125
595,36
435
125
845,15
145
125
75,20
145
4
125
773,43
435
125
845,15
145
125
928,27

+++
+








+++
+








+++
+









Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện
6. Tính dòng điện làm việc cỡng bức và chọn kháng điện
a./.Dòng cỡng bức ở cấp điện áp 220kV
Ta có công suất cực đại nhà máy phát về hệ thống qua một đờng dây
kép là: S
HTmax
= 64,63MVA
kA
U
S
I
cao
HT
cb
17,0
220.3
63,64
.3
max
===
b./. Dòng cỡng bức ở cấp điện áp 110kV
+ Mạch đờng dây:
kA
U
P
I
trung
cb
325,0
110.86,0.33

= S
UTmin
S
B3
= 74,42 58,75 = 15,67 MVA
Vậy
kA
U
S
I
trung
T
cb
082,0
110.3
67,15
.3
max
===
Vậy dòng cỡng bức ở cấp điện áp 110 kV dùng để chọn khí cụ điện
cho các mạch đợc lấy là : I
cb
= 0,344 kA.
c./.Dòng cỡng bức ở cấp điện áp 10,5kV
+ Mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc:
Ta có :
kA
U
S
kI

phân đoạn ta xét hai trờng hợp sau:
Trờng hợp 1: Khi sự cố máy biến áp liên lạc B
2
.
Trong trờng hợp này để tìm công suất qua kháng lớn nhất ta tính lợng
công suất truyền tải qua cuộn hạ áp máy biến áp B
1
trong trờng hợp sự
cố:
S
qB1
= K
QTSC
. . S
đmB1
= 1,4 . 0,5 . 125 = 87,5 MVA
Vậy:
S
qk
=S
qB1
(S
đmF1
S
TD
1/2.S
UF
)=87,5(62,53,751/2.18,6)=38,05MVA
Trờng hợp : Khi sự cố máy phát F
2

UFmax
:
Ta có :
S
qB
= 1/2.(S
đmF
S
UFmax
S
TD
)= 1/2.(62,5 18,6 3,75) = 20,075 MVA
S
qk
= S
qB
+ 1/2. S
UFmax
= 20,075 + 9,3 = 29,375 MVA
Vậy dòng cỡng bức qua kháng đợc xét trong trờng hợp máy biến áp sự
cố máy biến áp B
2
:
kA
U
S
I
dm
qk
cb

Trang 21
Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện
1. Chọn công suất máy biến áp tự ngẫu B
2
và B
3
Điều kiện :
thuaBdm
SS

2
1

Với là hệ số có lợi :
5,0
220
110220
=

=

=
C
TC
U
UU

S
thừa
_ công suất truyền qua 2 cuộn hạ áp của các máy biến áp liên lạc.

Tổn thất, kW U
N
%
I
o
%
Giá
tiền
10
3
R
P
o
P
NC-T
C-T C-H T-H
C T H A B
160 230 121 10,5 85 100 380 11 32 20 0,5 205
2. Phân bố công suất cho các máy biến áp
Nguyễn Thanh Mai
Trang 22
Đồ án tốt nghiệp Ngành Hệ thống điện
Với máy biến áp tự ngẫu B
2
,B
3
Công suất truyền tải trên các cuộn dây của các máy biến áp B
1
và B
2

của các máy biến áp tự ngẫu cũng thay đổi.
Qua tính toán ta lập đợc bảng phân phối công suất truyền tải trên
các cuộn dây của các máy biến áp liên lạc tại từng thời điểm trong
ngày nh bảng 2.6.
Bảng 2.6
t (h)
S (MVA)
0 ữ 7 7 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 14 14 ữ 20 20 ữ 24
S
CB1
= S
CB2
17,293 17,293 27,928 20,75 32,315 26,33
S
TB1
= S
TB2
37,21 37,21 41,86 41,86 46,51 37,21
S
HB1
= S
HB2
54,503 54,503 69,788 62,61 78,825 63,54
Qua bảng phân phối công suất cho các máy biến áp liên lạc B
1
và B
2
ta nhận thấy ở chế độ bình thờng chúng không bị quá tải. Các
máy biến áp B
1

= .S
đmB
= 0,5 . 160 = 80 MVA
Do đó để cuộn trung của máy biến áp không bị quá tải thì ta phải bớt
đi một lợng công suất là :
S = 93,02 80 = 13,02 MVA.
Cuộn hạ : công suất các máy phát có phát lên cuộn hạ của máy
biến áp B
2
là:
S = 3S
đmF
3S
TD
S
UF
= 187,5 11,25 18,6 = 157,65 MVA
Cuộn hạ của máy biến áp B
2
có thể tải trong trờng hợp sự cố là:
S
H
= K
QTSC
. . S
đmB2
= 1,4 . 0,5 . 200 = 140 MVA
Vậy để cuộn hạ áp của máy biến áp B
2
không bị quá tải vợt trị số cho

tải, cuộn hạ tải công suất tải cho phép.
Do giảm công suất của các máy phát F
1
, F
2
và F
3
đi với một lợng
là S = 13,02 + 17,65 = 30,67 MVA trong khi vẫn giữ nguyên công
suất cuộn trung, tức là công suất nhà máy phát về hệ thống thiếu hụt
một lợng là S = 30,67 MVA. Lợng công suất này vẫn nhỏ hơn dự trữ
quay của hệ thống là S
DT
= 80 MVA.
Kết luận : các máy biến áp đã chọn cho phơng án hai đảm bảo yêu
cầu kỹ thuật.
4. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp
Tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu









+++=
i
dmB

.2
Trong đó n = 2 P
o
= 85 kW
S
đmB
= 200 MVA T = 8760 h
Ta tính : P
N-C
, P
N-T
, P
N-H
( tổn thất ngắn mạch trong các cuộn
cao , trung , hạ )
Nhà chế tạo cho : P
NC-T
= 380 kW
P
NC-H
= P
NT-H
= 0,5 . 380 = 190 kW
Vậy
kW
PP
PP
HNTHNC
TNCCN
190





kW
PP
PP
HNCHNT
TNCTN
190
5,0
190
5,0
190
380
2
1
2
1
2222
=








+=