thiết kế môn học nhà máy điện

lời nói đầu
Ngày nay, điện năng đợc sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời
sống. Điện năng đợc sản xuất ra từ các nhà máy điện để cung cấp cho các hộ
tiêu thụ. Để đáp ứng nhu cầu phụ tải, cần phải xây dựng thêm nhiều nhà máy
điện. Do đó việc nghiên cứu tính toán kinh tế kĩ thuật trong thiết kế xây
dựng nhà máy điện là công việc hết sức cần thiết.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, cùng với những kiến thức chuyên ngành đã
đợc học, em đã đợc giao thực hiện Đồ án thiết kế môn học Nhà máy điện với
nhiệm vụ thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện công suất 200 MW.
Trong quá trình thiết kế, với sự tận tình giúp đỡ của các thày giáo trong
bộ môn và các bạn trong lớp cùng với nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành
đợc bản đồ án này. Tuy nhiên, do trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bản
đồ án không tránh khỏi có những thiếu sót. Em rất mong nhận đợc sự góp ý
của các thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án này đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn các thầy trong Bộ môn Hệ thống điện, đặc
biệt là GS.TS. Lã Văn út và PGS.TS Nguyến Hữu Khái đã giúp em hoàn
thành bản thiết kế đồ án môn học này.

Hà nội, tháng 10 năm 2004
Sinh viên
Nguyễn Tiến Quỳnh
mục lục
lời nói đầu 1
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 1 -
thiết kế môn học nhà máy điện

mục lục 1
chơng i 4

I. phơng án 1 32
1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán 32
2. xác định điện kháng của các phần tử 33
3. xác định dòng ngắn mạch 34
3.1. Ngắn mạch tại N-1 34
3.2. Ngắn mạch tại N-2 36
3.3. Ngắn Mạch Tại N-3 38
3.4. Ngắn mạch tại N-3 39
3.5. Ngắn Mạch Tại N-4 41
4. Chọn Máy Cắt Điện 41
II. phơng án 2 42
1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán 42
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 2 -
thiết kế môn học nhà máy điện

2. xác định điện kháng của các phần tử 42
3. xác định dòng ngắn mạch 42
3.1. Ngắn mạch tại N-1 42
3.2. Ngắn mạch tại N-2 45
3.3. Ngắn Mạch Tại N-3 47
3.4. Ngắn mạch tại N-3 48
3.5. Ngắn Mạch Tại N-4 50
4. Chọn Máy Cắt Điện 51
Chơng IV 51
I. pHƯƠNG áN 1 53
1. Tính Vốn Đầu T Của Thiết Bị 53
1.1. Vốn Đầu T Mua Máy Biến áp 53
1.2. Vốn Đầu T Xây Dựng Các Mạch Thiết Bị Phân Phối 54
2. Tính Phí Tổn Vận Hành Hàng Năm 54

nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 3 -
thiết kế môn học nhà máy điện

1. sơ đồ cung cấp điện tự dùng 75
2. chọn máy biến áp bậc một 76
2. chọn máy biến áp dự trữ 76
3. chọn máy biến áp công tác bậc hai 77
4. Chọn máy cắt Mạch tự dùng 77
4.1. Chọn MC - 1 77
4.2. Chọn MC - 2 77
tài liệu tham khảo 78
chơng i
tính toán phụ tải và cân bằng công suất
Chọn máy phát điện
Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện là rất cần thiết đảm bảo
cho hệ thống làm việc ổn định, tin cậy và đảm bảo chất lợng điện năng. Công
suất do nhà máy điện phát ra phải cân bằng với công suất yêu cầu của phụ
tải. Trong thực tế lợng điện năng luôn thay đổi do vậy ngời ta phải dùng ph-
ơng pháp thống kê dự báo lập nên đồ thị phụ tải, nhờ đó định ra phơng pháp
vận hành tối u, chọn sơ đồ nối điện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 4 -
thiết kế môn học nhà máy điện

1. chọn máy phát điện
Theo nhiệm vụ thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có công suất
200MW, gồm 4 máy phát điện 4 x 50MW,
8,0cos =
, U

Xuất phát từ đồ thị phụ tải ngày ở các cấp điện áp theo phần trăm công
suất tác dụng cực đại P
max
và hệ số công suất cos của phụ tải tơng ứng, ta
xây dựng đợc đồ thị phụ tải các cấp điện áp và toàn nhà máy theo công suất
biểu kiến.
2.1. phụ tải cấp điện áp máy phát
Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm:
1 đờng dây kép x 3,2MW x 4km
6 đờng dây đơn x 1MW x 3km
Phụ tải cấp điện áp máy phát có P
UFmax
= 9,2MW, cos = 0,8. Suy ra:
MW5,11
8,0
2,9
cos
P
S
maxUF
maxUF
==

=
Từ đồ thị phụ tải tính theo %P
max
, ta tính đợc nhu cầu công suất tại từng
thời điểm trong ngày:
maxUFUF
maxUFUF

110
cos
P
S
UT
maxUT
maxUT
==

=
Từ đồ thị phụ tải tính theo %P
max
, ta tính đợc nhu cầu công suất tại từng
thời điểm trong ngày:
maxUTUT
maxUTUT
S).t(p)t(S
P).t(p)t(P
=
=
Kết quả tính toán cho ta bảng cân bằng công suất cấp điện áp máy phát :
bảng 1.3
Thời gian, h
Công suất
0 - 4 4 - 10 10 - 14 14 -18 18 - 24
p, % 70 85 95 100 75
P
UT
, MW 77 93,5 104,5 110 82,5
S

===
Từ biểu đồ phát công suất của nhà máy, ta tính đợc công suất phát ra của
nhà máy tại từng thời điểm trong ngày:
NMNM
NMNM
S).t(p)t(S
P).t(p)t(P
=
=
Kết quả tính toán cho ta bảng cân bằng công suất phát của nhà máy:
bảng 1.4
Thời gian, h
Công suất
0 8 8 12 12 14 14 -20 20 24
p, % 70 90 100 85 70
P
NM
, MW 140 180 200 170 140
S
NM
, MVA 175 225 250 212,5 175
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 7 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Đồ thị phát công suất của nhà máy:
Hình 1.3
2.4. phụ tải tự dùng của nhà máy
Theo nhiệm vụ thiết kế phụ tải tự dùng của nhà máy chiếm 8% điện năng
phát ra của nhà máy. Nh vậy lợng tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm

S
NM
, MVA
175 225 250 212,5 175
S
TD
, MVA
16,4 18,8 20 18,2 16,4
Đồ thị phụ tải tự dùng:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 8 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Hình 1.4
2.5. công suất phát về hệ thống
Nhà máy phát công suất lên hệ thống qua 2 lộ đờng dây 220kV, chiều dài
mỗi lộ 80km.
Công suất phát về hệ thống đợc xác định bằng biểu thức:
( )
TDUTUFNMVHT
SSSSS ++=
trong đó:
NM
S
: công suất đặt của toàn nhà máy.
Dựa vào các kết quả tính toán trớc ta tính đợc công suất phát về hệ thống
của nhà máy tại từng thời điểm trong ngày.
Kết quả tính ở trong bảng 1.6
bảng 1.6
Thời

MVA
16,4 16,4 16,4 18,8 18,8 20 18,2 18,2 16,4
S
VHT
,
MVA
56,02 35,4 32,52 80,12 64,07 87,87 46,45 83,7 48
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 9 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy:
Hình 1.5
3. Một số nhận xét chung
Về tính chất phụ tải ở các cấp điện áp:
Ta thấy phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp:
MW110P
MW2,9P
maxUT
maxUF
=
=
%2,9100.
50
2/2,9
100.
P
2/P
dm.F
UF

=
công suất toàn hệ thống.
Khả năng phát triển của nhà máy trong tơng lai
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 10 -
S
NM
S
UF
S
UT
S
TD
S
VHT
thiết kế môn học nhà máy điện

Nhà máy có khả năng mở rộng trong tơng lai và tăng lợng công suất phát
về hệ thống và đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải.
Chơng II
CHọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện
Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những khâu quan trọng nhất
trong việc tính toán thiết kế nhà máy điện. Các phơng án đề xuất phải đảm
bảo cung cấp điện liên tục, tin cậy cho các phụ tải, thể hiện đợc tính khả thi
và tính kinh tế.
I. Đề xuất ph ơng án
Từ kết quả tính toán ở chơng I ta có một số nhận xét sau:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 11 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Phụ tải địa phơng U
F
đợc cung cấp điện qua hai máy biến áp nối với hai
cực máy phát điện F1, F2.
Ưu điểm:
- Số lợng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giá
thành hạ hơn giá máy biến áp 220kV.
- Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục.
Nhợc điểm:
- Tổn thất công suất lớn khi S
Tmin
.
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 12 -
thiết kế môn học nhà máy điện

1.2. Ph ơng án 2
220kV
110kV
B4
F4
F2
B2
B1
F1F3
B3
TD
Nhận xét:
Phơng án 2 khác với phơng án 1 ở chỗ chỉ có một bộ máy phát điện -
máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 110 kV. Nh vậy ở phía thanh góp

Nhận xét:
Nhà máy dùng bốn bộ máy phát- máy biến áp: hai bộ nối với thanh góp
220kV, hai bộ nối với thanh góp 110kV. Dùng hai máy biến áp tự ngẫu
để liên lạc gia thanh góp U
C
và thanh góp U
T
đồng thời để cung cấp điện
cho phụ tải cấp điện áp máy phát U
F
.
Ưu điểm:
- Cũng đảm bảo cung cấp điện liên tục
Nhợc điểm:
- Số lợng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu t lớn, đồng thời trong
quá trình vận hành xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn.
- Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn
dây chung lớn so với công suất của nó.
1.4. Ph ơng án 4
220kV
110kV
B6
B5
F2
F1
B3
B4
10,5kV
F3
B1

B4
F1 F2
F3
F4
220kV 110kV
1.1. Chọn Máy Biến á p
Chọn MBA 2 cuộn dây B3, B4
Máy biến áp hai dây quấn B3, B4

đợc chọn theo điều kiện:
Fdmdm4Bdm3B
SSS =
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 15 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Các máy phát F3 và F4 có công suất phát định mức:
MVA5,62SSS
Fdmdm4Fdm3F
===
Do đó ta có thể chọn đợc MBA B3 và B4 có các thông số kĩ thuật:
bảng 2.1
Loại
MBA
S
đm
MVA
ĐA cuộn dây, kV Tổn thất, kW
C H
P

1
SS
dm2Bdm1B
==
Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu ba pha cho mỗi máy
biến áp B1, B2:
bảng 2.2
Loại
MBA
S
đm
MVA
ĐA cuộn dây, kV Tổn thất, kW U
N
%
I
0
%
C T H
P
0
P
N
C-T
C-H
T-H
C-T C-H T-H
ATTH
125 230 121 11 75 290 145 145 11 31 19 0,6
1.2. Phân Bố Công Suất Cho Các MBA

,
MVA
28,01 17,7 16,26 40,06 32,03 43,93 23,22 41,85 24
S
B.T
,
MVA
-9,37 0,93 0,93 0,93 7,81 7,81 11,25 -5,93 -5,93
S
B.H
,
MVA
16,63 18,63 17,20 41 39,85 51,74 34,47 35,91 18,06
Dấu - trớc công suất của cuộn dây trung có nghĩa là chỉ chiều truyền
tải công suất từ cuộn trung sang cuộn cao áp.
1.3. Kiểm Tra Quá Tải Của Các MBA
i. Các máy biến áp nối bộ B3 và B4
Vì 2 máy biến áp này đã đợc chọn lớn hơn công suất định mức của máy
phát điện. Đồng thời từ 0 - 24h luôn cho 2 bộ này làm việc với phụ tải bằng
phẳng nh đã trình bày trong phần trớc, nên đối với 2 máy biến áp B3 và B4 ta
không cần phải kiểm tra quá tải.
ii. Các máy biến áp liên lạc B1 và B2
Quá tải bình thờng
- Từ bảng phân bố công suất các cuộn dây của tự ngẫu ta thấy trong
những khoảng thời gian từ 0 - 4h và từ 18 - 24h: chế độ làm việc của tự ngẫu
là công suất đợc truyền từ
CAHA&TA
, phụ tải phía cao là lớn nhất. Do
đó công suất qua cuộn nối tiếp là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình
thờng là:

THmax.nt
=<=
+=+=
nên khi làm việc bình thờng trong những khoảng thời gian trên máy biến áp
tự ngẫu không bị quá tải
- Trong các khoảng thời gian còn lại: chế độ làm việc của tự ngẫu là công
suất đợc truyền từ
CA&TAHA
, phụ tải phía hạ là lớn nhất. Do đó công
suất qua cuộn hạ là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình thờng là:
ttbtH
SkS
Ta có
MVA25,81SkMVA74,51S
ttbtmax.H
=<=
nên khi làm việc bình th-
ờng trong những khoảng thời gian trên máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải
Nh vậy máy biến áp tự ngẫu đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc quá tải
bình thờng.
Quá tải sự cố
Xét trờng hợp sự cố máy biến áp nối bộ B4
Khi đó do
min.UT3b
SS <
nên lợng công suất lớn nhất tải qua mỗi máy biến
áp tự ngẫu để đa sang trung áp là:
( ) ( )
MVA405,575,137
2

Nh vậy máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ truyền công suất
CA&TAHA
, phụ tải phía hạ là lớn nhất. Do đó công suất qua cuộn hạ
là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải sự cố là:
ttscH
SkS
trong đó:
Hệ số quá tải sự cố:
MVA5,875,62.4,1Sk
4,1k
ttsc
sc
==
=
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 18 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Ta nhận thấy
MVA5,87SkMVA338,54S
ttqtmax.H
=<=
nên máy biến áp
tự ngẫu không bị quá tải sự cố.
Xét trờng hợp sự cố máy biến áp liên lạc B2.
- Trong khoảng thời gian từ 0 - 4h và từ 18 - 24h:
UTbT
SS >
, chế độ làm
việc của tự ngẫu là công suất đợc truyền từ

- Trong các khoảng thời gian còn lại:
UTbT
SS <
, lợng công suất lớn nhất
tải qua máy biến áp tự ngẫu để đa sang trung áp là:
MVA805,575,137SSS
3bmax.UTmax.T
===
Công suất tải qua cuộn hạ cực đại đã tính trong phần trớc là:

MVA80MVA338,54S
max.H
<=
Lợng công suất cần tải qua tự ngẫu từ cao áp sang trung áp là:
MVA612,25388,5480SSS
max.Hmax.Tmax.C
===
Nh vậy chế độ làm việc của tự ngẫu là công suất đợc truyền từ
TACA&HA
, phụ tải phía trung là lớn nhất. Do đó công suất qua cuộn
chung là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình thờng là:
ttscch
SkS
Do hệ số công suất

nên công suất qua cuộn chung bằng:
CHch
SSS +=
Suy ra lợng công suất lớn nhất tải qua cuộn chung:


S
S
.P8760.PA
2
Bdm
max.H
H
N
2
Bdm
max.C
C
N0
















+

Bdm
S
: công suất định mức của máy biến áp, kVA
C
N
P
: tổn thất ngắn mạch cuộn cao,
N
C
N
P5,0P =
H
N
P
: tổn thất ngắn mạch cuộn hạ,
N
H
N
P5,0P =
8760.
S
S
.P8760.PA
2
Bdm
b
N0












+++=
i
2
Bdm
2
iH
H
N
2
Bdm
2
iT
T
N
2
Bdm
2
iC
C
N0
t.
S

Tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây
- Tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao
kW190
5,0
190
5,0
190
380.5,0P
PP
P5,0P
22
C
N
2
HT
N
2
HC
N
TC
N
C
N
=







HC
N
2
HT
N
TC
N
T
N
=






+=

















+=











+


=


bảng 2.4
Thời
gian
0_4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_18 18_20 20_24
S
B.C
,
MVA
28,01 17,7 16,26 40,06 32,03 43,93 23,22 41,85 24

==+=
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 21 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Tổn thất điện năng của phơng án 1
Tổn thất điện năng của phơng án 1 bằng:
MWh65428,19322,4609AAA
TNb1
=+=+=
1.5. Tính Dòng Điện C ỡng Bức Của Các Mạch
B1
B2 B3
B4
F1
F3
F4
220kV
110kV
F2
HTĐ
dây kép
dây đơn
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)

====
Vậy dòng làm việc cỡng bức ở phía điện áp cao là:
kA44,0}I,Imax{I
)2(
cb
)1(
cb
C
cb
==
Các mạch phía điện áp trung 110kV
Đờng dây tải:
kV14,0
110.3
5,27
U3
S
I
T
max
)3(
cb
===
Bộ máy phát máy biến áp B3:
A33,0
110.3
5,62
.05,1
U3
S

T
4bmaxT
=

=

Khi B2 sự cố, dòng cỡng bức qua mạch 5 là:
kA11,0
110.3
5,57.25,137
U3
SSS
T
4b3bmaxT
=

=

Do đó
kA20,0I
)5(
cb
=
Vậy dòng làm việc cỡng bức phía 110kV là:
kA33,0}I,I,Imax{I
)5(
cb
)4(
cb
)3(

cb
===
Vậy dòng điện làm việc cỡng bức phía điện áp máy phát là:
kA96,0}I,Imax{I
)7(
cb
)6(
cb
F
cb
==
2. Ph ơng án 2
220kV
110kV
B4
F4
F2
B2
B1
F1F3
B3
TD
2.1. Chọn máy biến áp
Chọn MBA 2 cuộn dây B3, B4
Máy biến áp hai dây quấn B3, B4

đợc chọn theo điều kiện:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 23 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Loại
MBA
S
đm
MVA
ĐA cuộn dây, kV Tổn thất, kW
C H
P
0
P
N
TPH
63 115 10,5 59 245 10,5 0,6

Chọn MBA tự ngẫu B1, B2
Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 đợc chọn hoàn toàn tơng tự phơng án 1 theo
điều kiện:
MVA1255,62
5,0
1
SS
S
1
SS
dm2Bdm1B
dm2Fdm2Bdm1B
==

=
Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu ba pha cho mỗi

1
SS
TDdm.Fb
===
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 24 -
thiết kế môn học nhà máy điện

ii. Đối với máy biến áp tự ngẫu B1 và B2
- Công suất qua cuộn dây điện áp cao đợc phân bố theo biểu thức sau :
( )
3bVHTC.B
SS
2
1
S =
- Công suất qua cuộn dây điện trung đợc phân bố theo biểu thức sau :
( )
4bUTT.B
SS
2
1
S =
- Công suất qua cuộn dây điện áp hạ đợc phân bố theo biểu thức sau :
T.BC.BH.B
SSS +=
Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của B1, B2 đợc ghi
trong bảng:
bảng 3.4
Thời


, phụ tải phía trung là lớn nhất. Do đó
công suất qua cuộn chung là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình th-
ờng là:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 25 -