Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Nhiệm Vụ
thiết kế tốt nghiệp
*******
Họ và tên sinh viên : Lê Khắc Hng
Lớp : HTĐ1 K43
I. Tên đề tài
Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 1200 MW và khảo sát chế độ
không đối xứng của đờng dây siêu cao áp 500 kV.
II. Các số liệu ban đầu
1. Máy phát điện
Số lợng : 4 do CHLB Nga chế tạo; Kiểu TGB-300-2.
P
Gđm
= 300 MW ; Cos = 0,85 ; U
Gđm
= 20 kV ; X
d

= 0,203 ; X
d

= 0,300 ;
X
d
= 2,195; T
j G
= 1,47 s ; P
NMđm
= 4.P
Gđm

22
% 70 100 90 70
3. Phụ tải trung áp (cấp 220 kV)
P
220m
= 600 MW, Cos = 0,80. Gồm 6 đờng dây, mỗi đờng 100 MW
Biến thiên phụ tải hàng ngày P
220
% = (P
220
/P
220m
).100 :
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
1
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
t(h)
0 ữ 8 8 ữ12 12 ữ 16 16 ữ 24
P
220(t)
% 70 100 80 70
4. Phụ tải cao áp (cấp 500 kV)
Công suất thừa của nhà máy phát lên hệ thống nhờ 2 đờng dây 500 kV nối
nhà máy với hệ thống qua một trạm biến áp 500 kV cách nhà máy 200 km.
Tổng công suất định mức của hệ thống (không kể nhà máy thiết kế ) bằng
18000 MVA với điện kháng tơng đối thứ tự thuận X
HT1
= 0,4 ; thứ tự nghịch
X
HT2

1.1. Đồ thị phụ tải của nhà máy .8
1.2. Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy 9
1.3. Đồ thị phụ tải địa phơng 10
1.4. Đồ thị phụ tải trung áp . .10
1.5. Đồ thị phụ tải cao áp . 11
1.6. Nhận xét chung 13
Chơng II: đề xuất phơng án nối điện chính 16
2.1. Phơng án I 17
2.2. Phơng án II 18
2.3. Phơng án III 19
Chơng III: chọn máy biến áp -tính tổn thất điện năng
21
3.1. Chọn máy biến áp - Phân phối công suất cho máy biến áp 21
3.2. Tính tổn thất điện năng 31
Chơng IV: Tính toán dòng điện ngắn mạch
.36
4.1. Phơng án I . 37
4.2. Phơng án II 50
Chơng V: chọn phơng án tối u . 61
5.1. Chọn máy cắt cho các mạch 61
5.2. Tính toán chỉ tiêu kinh tế của các phơng án 67
5.3. So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chọn phơng án tối -
u . 74
Chơng VI: chọn thiết bị và dây dẫn
75
6.1. Chọn thanh dẫn-thanh góp 75
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
3
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
6.1.1. Chọn thanh dẫn cứng .75

2.3. Quá trình năng lợng trong hệ thống điện không đối xứng 128
Chơng III: phơng pháp nghiên cứu chế độ vận hành không
toàn pha của đờng dây siêu cao áp. 132
3.1. Đặc điểm của đờng dây siêu cao áp 132
3.2. Các phơng pháp nghiên cứu chế độ không toàn pha của đờng
dây siêu cao áp .133
3.2.1. Phơng pháp dịch chuyển điểm đứt 133
3.2.2. Phơng pháp thành phần thứ tự thuận mở rộng.137
Chơng IV: khảo sát chế độ vận hành không toàn pha của đ-
ờng dây siêu cao áp 500 kv 141
4.1. Dòng làm việc bình thờng của đờng dây ở chế độ xác lập
trớc chế sự cố .141
4.2. Điện kháng trong hệ đơn vị tơng đối .142
4.3. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch và không 146
4.4. Tính toán chế độ vận hành không toàn pha .156
4.4.1. áp dụng phơng pháp dịch chuyển điểm đứt để tính chế
độ vận hành không toàn pha .156
4.4.2. áp dụng phơng pháp thành phần thứ tự thuận mở rộng
để tính chế độ không toàn pha 177
4.5. ảnh hởng chế độ vận hành không toàn pha đối với máy phát
điện .186
4.6. Kết luận chung 197
Tài liệu tham khảo 199
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
5
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Lời nói đầu
Ngày nay điện năng nói riêng và năng lợng nói chung đang đóng một vai
trò hết sức quan trọng trong hầu hết các lĩnh lực của nền kinh tế. Đời sống xã hội
càng phát triển thì nhu cầu tiêu thụ điện càng tăng. Chính sách năng lợng cũng

Lª Kh¾c Hng Líp HT§ 1 – K43
7
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Chơng I
Tính toán Phụ tải và cân bằng công suất
Điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ đợc cung cấp từ các nhà máy điện.
Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là công việc khởi đầu để thiết kế nhà
máy điện.
Nhu cầu tiêu thụ điện của phụ tải biến thiên theo thời gian. Công suất của
nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ (kể cả tổn thất và tự
dùng) tại mỗi thời điểm để đảm bảo chất lợng điện năng.
Nhà máy điện thiết kế có công suất đặt 1200 MW gồm 4 máy kiểu
TGB-300-2, công suất mỗi máy 300 MW. Nhà máy cấp cho phụ tải ở 3 cấp
điện áp: 22 kV, 220 kV, 500 kV và đợc nối với hệ thống điện ở cấp điện áp
500 kV.
Trong nhiệm vụ thiết kế, phụ tải hàng ngày của nhà máy, phụ tải địa phơng
(cấp 22 kV), phụ tải trung áp (cấp 220 kV), cho dới dạng % công suất tác
dụng cực đại (P
max
) và hệ số công suất (cos
tb
) của từng phụ tải tơng ứng. Dựa
vào đó ta tính đợc phụ tải ở các cấp điện áp theo công thức tổng quát:
tb
t
t
P
S

=

Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
8
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Do đó:
S
Gđm
=
dm
Gdm
P
cos
=
85,0
300
= 352,94 MVA
Tổng công suất đặt của nhà máy:
P
NMđm
= 4.P
Gđm
= 4.300 = 1200 MW
hay S
NMđm
= 4.S
Gđm
= 4.352,94 =1411,76 MVA
Đồ thị phụ tải hàng ngày đợc xác định nh sau:
S
NM(t)
=

suất định mức của nhà máy với cos = 0,85
Công suất tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm xác định theo công
thức sau:
S
td(t)
= .S
NMđm
[0,4 + 0,6
NMdm
tNM
S
S
)(

]
Trong đó:
S
NMđm
:

Tổng công suất đặt của nhà máy, tính bằng MVA
S
NM(t)
:

Công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t, tính bằng MVA, lấy
theo bảng 1-1
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
9
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện

với P
22 (t)
=
max22
)t(22
P.
100
%P
Kết quả tính toán phụ tải địa phơng theo từng thời điểm ở trong bảng 1-
3 và đồ thị phụ tải nh hình 1-3.
Bảng 1-3
t(h)
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
P
22
% 70 100 90 70
P
22(t)
(MW) 28 40 36 28
S
22(t)
(MVA) 30,43 43,48 39,13 30,43
1.4. đồ thị phụ tải Trung áp (cấp 220 kV)
theo nhiệm vụ thiết kế:
P
220max
= 40 MW, cos
220
= 0,92
Phụ tải trung áp đợc xác định nh sau:

S
220(t)
(MVA) 525 750 600 525
1.5. đồ thị phụ tải điện áp cao (cấp 500 kv)
Phơng trình cân bằng công suất toàn nhà máy:
S
NM(t)
= S
22(t)
+ S
220(t)
+ S
500(t)
+ S
td(t)
Từ phơng trình này ta tính đợc phụ tải phía cao áp:
S
500(t)
= S
NM(t)
[ S
22(t)
+ S
220(t)
+ S
td(t)
]
Từ đó ta lập bảng tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy ở
bảng 1-5, đồ thị phụ tải phía cao áp ở hình 1-5
Bảng 1-5

500
1000
1500
1129,41
1411,76
1270,59
1129,41
0
H×nh 1-1
S
td(t)
(MVA)
20
40
60
80
0
8
12
16
24
t(h)
62,12
70,59
66,95
62,12
H×nh 1-2
S
22(t)
(MVA)

750
600
525
S
220(t)
(MVA)
Hình 1 - 4
S
500(t)
(MVA)
t(h)
0
8
12
16
24
100
200
300
400
500
600
511,86
547,69
564,52
511,86
Hình 1 - 5
1.6. Nhận xét chung
theo nhiệm vụ thiết kế:
Công suất định mức của nhà máy: S

53,13% công suất toàn nhà máy. Vì vậy việc cung cấp
điện cho phụ tải này rất quan trọng.
Từ các kết quả trên ta có đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy trên hình
1-6:
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
14
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n HÖ thèng ®iÖn

S
(t)
(MVA)

1411,76
1270,59
1500
1129,41
1129,41
1000
S
NM(t)
500
525
525
750
600
511,86
547,69
564,52
511,86
S

cho ngời.
Tính đảm bảo làm việc tin cậy của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng
của hộ tiêu thụ điện. Trong nhiệm vụ thiết kế, phần lớn các hộ tiêu thụ thuộc
loại I nên phải đợc cung cấp bằng 2 đờng dây từ 2 nguồn, mỗi nguồn phải đủ
công suất khi nguồn kia ngừng làm việc.
Tính linh hoạt của sơ đồ thể hiện ở khả năng thích ứng với nhiều trạng
thái vận hành khác nhau. Do đó sơ đồ phải có nhiều thiết bị, điều này dẫn đến
xác suất sự cố tăng lên. Vì vậy tùy từng trờng hợp cụ thể mà chọn sơ đồ có
tính đảm bảo tin cậy và linh hoạt nhất định.
Tính kinh tế của sơ đồ nối điện chính quyết định bởi hình thức thanh góp,
số lợng và chủng loại khí cụ dùng trong sơ đồ.
Tính an toàn cho ngời thể hiện ở cách bố trí thiết bị trong sơ đồ.
Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy có 4 máy, mỗi máy có công suất định
mức là 300 MW, cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp nh sau:
- Phụ tải địa phơng (cấp 22 kV): S
22max
= 43,48 MVA
S
22min
= 30,43 MVA
- Phụ tải điện áp trung (cấp 220 kV): S
220max
=750 MVA
S
220min
= 525 MVA
- Phụ tải cấp điện áp cao (cấp 500 kV): S
500max
= 564,52 MVA
S

1
T
2
T
3
G
4
G
1
G
2
G
3
20/24(kV)
S
22max
= 43,48 MVA
S
22min
= 30,43MVA
Hình 2-1

S
500max
= 564,52 MVA
S
500min
= 511,86MVA
~
~

với máy biến áp tự ngẫu.
Phơng án này có u điểm là bố trí nguồn và tải cân đối nhng phải dùng
đến ba chủng loại máy biến áp.
2.2. phơng án II (hình 2-2)

220 kV
HT
S
500max
= 564,52 MVA
S
500min
= 511,86 MVA
S
220max
= 750 MVA
S
220min
= 525 MVA
500 kV
T
1
T
2
T
3
T
4
G
1

và G
4
-
T
4
phải phát công suất định mức thì hệ thống nhận đợc phần công suất thừa
phải qua hai lần máy biến áp: lần thứ nhất qua T
3
, T
4
, lần thứ hai qua T
1
, T
2
.
Truyền tải nh vậy tổn thất trong cuộn nối tiếp của máy biến áp tự ngẫu tăng
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
18
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
lên nhng trong cuộn dây chung lại giảm xuống. Ngoài ra phần công suất thừa
trong trờng hợp nói trên cũng không lớn lắm và bằng:
S
th
= 2.(S
Gđm
-
4
1
S
tdmax

1
G
2
G
3
G
4
20/24 (kV)
S
22max
= 43,48 MVA
S
22min
= 30,43 MVA
Hình 2-3
~
~
~
~
Do dự trữ qay của hệ thống (S
dtqHT
= 1440 MVA) lớn hơn tổng công suất
của hai máy phát (2.S
Gđm
= 2.352,94 = 705,88 MVA) nên dùng hai bộ
2 máy phát điện-1 máy biến áp tự ngẫu (G
1
, G
2
-T

94352
53
U3
S
Gdm
Gdm
,
.
,
.,
.
==
kA. Trong khi đó riêng máy phát nối lên
thanh góp đang làm việc cho dòng quá độ bằng:
72401810
30
21
I
X
E
I
Gdm
d
d
G
,,.
,
,
.
'

áp khác với nhiệt độ đó thì công suất định mức của máy biến áp lại khác.
Trong thiết kế này, giả thiết các máy biến áp đợc chọn phù hợp với nhiệt độ
môi trờng tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh công suất của chúng.
Trong hai phơng án nối điện chính giữ lại ở chơng II, các máy biến áp
đều đợc nối bộ với máy phát điện.
3.1.1. Phơng án I
1. Chọn máy biến áp
- Máy biến áp tự ngẫu T
1
và T
2
đợc chọn theo điều kiện:
S
T1,T2đm


1
S
Gđm
Trong đó là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:
=
C
TC
U
UU
=
525
242525
= 0,539
Vì vậy: S

Giá
(10
3
USD)
267
U
C
U
T
U
H
C-T C-H T-H
130
C-T C-H T-H
3
525
3
242
20 8,5 23 12,5 420 120 95

Tổng công suất của tổ hợp 3 máy biến áp tự ngẫu 1 pha là:
S
T1đm
= S
T2đm
= 3.267 = 801 MVA
- Máy biến áp T
3
đợc chọn theo điều kiện:
S

USD
D
400 242 20 280 880 11 325
- Máy biến áp T
4
đợc chọn theo điều kiện:
S
T4đm
S
G4đm
=352,94 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp 3 pha 2 dây quấn có S
đm
= 400 MVA loại
T-400 /525 có các thông số ở bảng 3-3
Bảng 3-3
S
đm
(MVA)
U
Cđm
(kV)
U
Hđm
(kV)
P
0
(kW)
P
N

T3
= S
T4
= S
Tđm
-
4
1
S
tdmax
= 352,94 -
4
1
.70,59 = 335,29 MVA
Đồ thị phụ tải của máy biến áp T
3
và T
4
cho trên hình 3-1:

0
24
S
T3
=S
T4
(MVA)
335,29
Hình 3 1
t (h)

)
- Phụ tải của cuộn hạ áp của mỗi máy:
S
H-T1(t)
= S
H-T2(t)
= S
T-T1(t)
+ S
C-T1(t)
= S
T-T2(t)
+ S
C-T2(t)
Từ bảng 1-5 và các công thức trên ta tính đợc phụ tải của các máy T
1
và T
2
ở từng thời điểm nh bảng 3-4:
Bảng 3-4
t(h)
MVA
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
S
T3
= S
T4
335,29 335,29 335,29 335,29
S
C-T1

S
H-T1,T2đm
nên T
1
và T
2
không bị quá tải trong chế độ
bình thờng.
3. Kiểm tra các máy biến áp khi sự cố
Sự cố nặng nề nhất xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại S
220max
= 750 MVA,
tơng ứng với thời điểm đó ta có:
S
500
= 547,69 MVA
S
22
= 43,48 MVA
Đối với máy biến áp hai dây quấn T
3
và T
4
ta không cần kiểm tra quá tải
vì công suất định mức của nó chọn theo công suất định mức của máy biến áp
(S
T3,T4đm
S
Gđm
).Vì vậy việc kiểm tra quá tải chỉ xét với máy biến áp tự ngẫu

S
H-T1
= S
H-T2
=
2
1
(2.S
Gđm
S
22
-
2
1
S
tdmax
) =
=
2
1
(2.352,94 43,48 -
2
1
.70,59) = 313,55 MVA
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
24
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Nhận thấy S
T-T1
= S

hệ thống còn thiếu:
S
C-Thiếu
= S
500
S
T4
+ (S
C-T1
+ S
C-T2
)
= 547,69 335,29 + 2.61,45 = 335,29 MVA
Lợng công suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống:
S
C-Thiếu
= 335,29 MVA

S
dtq HT
=1440 MVA
Trong chế độ sự cố này máy biến áp tự ngẫu T
1
và T
2
làm việc theo chế
độ tải từ hạ áp và cao áp sang trung áp:
- Tải từ hạ áp lên trung áp:
S
H

+ . S
C

T
=375 + 0,539.61,45 = 408,12 MVA
- Công suất định mức của cuộn chung:
S
chđm
= .S
T1,T2đm
= 0,539.801 = 431,74 MVA
Nhận thấy S
ch
S
chđm
nên cuộn chung không bị quá tải. Do đó các máy
biến áp T
1
và T
2
không bị quá tải trong trờng hợp sự cố này.
b. Sự cố bộ máy phát điện-máy biến áp G
4
-T
4

Trong trờng hợp này, máy phát G
4
ngừng làm việc. Từ đồ thị phụ tải tổng
hợp ta thấy bình thờng phụ tải trung áp cực đại vào lúc các máy phát của nhà