Mục Lục.
Ch
Ch
ơng I.
ơng I.tính toán phụ tải và cân bằng công suất
tính toán phụ tải và cân bằng công suấtở các cấp điện áp
ở các cấp điện áp
Để đảm bảo vận hành an toàn, tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy phát
điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lợng điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ
kể cả tổn thất điện năng.
Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi.
Việc nắm đợc quy luật biến đổi này tức là tìm đợc đồ thị phụ tải là điều rất quan
trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào công cụ là đồ thị phụ tải mà ta
có thể lựa chọn đợc các phơng án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và
kỹ thuật. nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn
cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối u công suất giữa
các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà
máy điện với nhau.
Ta có sơ đồ chung của một nhà máy điện nh sau :
S
C
HT S
T
Lê văn hùng_lớp htđ3_k46 - 1 -
Máy biến áp
S
ĐP
(t) : Công suất yêu cầu của phụ tải địa phơng tại thời điểm t
S
TD
(t) : Công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t
I. Chọn máy phát điện
Theo yêu cầu thiết kế nhà máy có tổng công suất 4ì50 MW = 200 MW.
Do đã biết số l
Do đã biết số l
ợng và công suất của từng tổ máy ta chỉ cần chú ý một số điểm sau
ợng và công suất của từng tổ máy ta chỉ cần chú ý một số điểm sau
:
:
+Công suất của mỗi bộ máy phát-máy biến áp không d
+Công suất của mỗi bộ máy phát-máy biến áp không d
ợc lớn hơn dự trữ quay của
ợc lớn hơn dự trữ quay của
hệ thống.
hệ thống.
+ Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức , dòng ngắn
+ Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức , dòng ngắn
mạch ở các cấp điện áp sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại khí cụ điện sẽ giảm
mạch ở các cấp điện áp sẽ nhỏ và do đó yêu cầu với các loại khí cụ điện sẽ giảm
thấp.
thấp.
+ Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng nh
+ Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng nh
vận hành nên chọn các máy phát điện
vận hành nên chọn các máy phát điện
Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải của
2
các cấp điện áp dới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng P
max
và hệ số
cos
tb
của từng phụ tải tơng ứng từ đó ta tính đợc phụ tải của các cấp điện áp theo
công suất biểu kiến nhờ công thức sau :
=
cos
t
P
t
S
với
max
P
100
P%
t
P
=
(1)
Trong đó :
S
t
: Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t tính
bằng MVA
Phụ tải địa phơng của nhà máy có U
đm
=10 kV, P
10max
= 8 MW, cos
dp
=
0,89.
Để xác định đồ thị phụ tải địa phơng phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng
ngày đã cho và nhờ công thức :
3
=
cos
P
S
)t(
dp
)t(
dp
với
max)t(dp
P
100
%P
P
=
Kết quả tính đợc theo từng thời điểm t cho ở bảng sau :
t (giờ)
0 ữ 7 7 ữ 12 12 ữ 18 18 ữ 24
T(t)
(MW) 42 60 48 36
S
T(t)
(MVA) 46,67 66,67 53,33 40
4
66,67
46,67
S
t(h)
0
8 12
18 24
4. Phụ tải tự dùng của NMĐ
Tự dùng max của toàn nhà máy bằng 7% công suất định mức của nhà máy
với cos
NM
= 0,85 đợc xác định theo công thức sau:
).
S
)t(S
6,04,0(S)t(S
dm
maxtdtd
ì+=
Với S
tdmax
=
td
.S
0
t(h)
III. Cân bằng công suất trong NMĐ
Phơng trình cân bằng công suất toàn nhà máy:
S
NM
(t) = S
td
(t) + S
đp
(t) +S
T
(t) +S
HT
(t)+S
C
(t).
(ở đây S
C
(t) = 0, phía cao áp không có phụ tải )
Ta bỏ qua tổn thất S(t) trong máy biến áp.
S
HT
(t) = S
NM
(t) - [S
td
(t) + S
đp
(t)].
dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc. Nh vậy có thể tăng tính ổn định của hệ
thống.
Phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp.
Nhà máy thiết kế có 3 cấp điện áp :
7
t(h) 0-7 7-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-24
S
NM
(t) MVA 200 200 250 250 225 225 200
S
dp
(t) MVA 6,3 7,2 7,2 9 9 6,3 6,3
S
td
(t) MVA 13,84 13,84 15,73 15,73 14,79 14,79 13,84
S
T
(t) MVA 46,67 46,67 66,67 53,33 53,33 40 40
S
HT
(t) MVA 133,19 13,29 160,4 171, 94 147,88 163,91 139,86
Cấp điện áp máy phát : U
đm
= 10kV.
Cấp điện áp trung : U
đm
= 110kV.
Cấp điện áp cao : U
đm
= 220kV.
Phụ tải máy phát co thể lấy từ đầu cực của mỗi máy phát.
Nh vậy ta có thể đề xuất 3 phơng án sau để lựa chọn :
1. Phơng án 1
8
Nhận xét:
Trong phơng án này chỉ dùng 3 loại máy biến áp. Bộ máy phát máy
biến áp 2 cuộn dây phía trung áp không có khả năng cung cấp đủ công suất cho
phụ tải trung áp trong trờng hợp cực đại. Khi đó phải lấy công suất từ phía hệ
thống hoặc từ phía hạ áp của MBALL gây ra tổn thất trong MBALL. Vì số lợng
máy phát, máy biến áp đặt bên phía cao áp nhiều nên chí phí đầu t có thể lớn.
2. Phơng án 2
Nhận xét:
Trong phơng án này chỉ phải chọn 2 loại máy biến áp là 1 loại MBATN và
1 loại MBA 2 cuộn dây. Số lợng thiết bị đặt bên phía cao áp ít, nên vốn đầu t sẽ
giảm hơn so với phơng án 1. Do có 2 bộ máy phát máy - biến áp 2 cuộn dây dặt
bên phía trung áp, chúng có khả năng cung cấp đủ công suất cho phía trung áp
trong trờng hợp phụ tải cực đại. Và phần công suất thừa đợc đa sang bên cao áp
và đa về hệ thống. Chế độ truyền tải từ trung áp sang cao áp đối với MBATN là
rât có lợi. Tất nhiên vẫn có tổn thất trong MBALL.
3. Phơng án 3
9
B1 B2
B3
B4
S
T
S
dp
HT
phức tạp. Số long thiết bị nhiều hơn 2 phơng án trên, mặt khác số thiết bị bên
phía cao áp cũng nhiều hơn 2 phơng án trên, dẫn đến chí phí tăng cao hơn. Cũng
nh ở phơng án 2, phía trung áp có 2 bộ máy phát máy - biến áp 2 cuộn dây dặt
bên phía trung áp, chúng có khả năng cung cấp đủ công suất cho phía trung áp
trong trờng hợp phụ tải cực đại. Và phần công suất thừa đợc đa sang bên cao áp
và đa về hệ thống. Chế độ truyền tải từ trung áp sang cao áp đối với MBATN là
rât có lợi. Tất nhiên vẫn có tổn thất trong MBALL nhng tổn thất trong MBALL ít
hơn.
* Kết luận:
Từ các phơng án đã đa ra, mỗi phơng án đều có nhng u nhợc điểm riêng
của nó. Trong các phơng án trên thì hai phơng án 1 và 2 đơn giản và dễ vận hành
hơn phơng án 3. Tuy nhiên hai phơng án đó vẫn đảm bảo đợc việc cung cấp điện
liên tục cho các phụ tải và thoả mãn đợc các yêu cầu kỹ thuật. Do đó ta giữ lại hai
phơng án 1 và 2 để tiếp tục tính toán và phân tích, lựu chọn để có thể đa ra phơng
án nối dây tối u nhất.
II. Chọn máy biến áp cho các phơng án
Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, công suất
của chúng rất lớn, bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện. Do
đó vốn đầu t cho máy biến áp nhiều nên ta mong muốn chọn số lợng máy biến áp
ít, công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo cung cấp điện cho hộ tiêu thụ.
Công suất của các MBA đợc chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình
trạng làm việc bình thờng tơnag ứng với phi tải cực đại khi tất cả các MBA đều
làm việc.
Mặt khác khi có một MBA bất kỳ nào phải nghỉ do sự cố hoặc do sữa chữa thì
các MBA còn lại với khả năng quá tải sự cố phải tải đủ công suất cần thiết đảm
bảo cho việc cung cấp liên tục cho các phi tải và hệ thống.
Ii.1. Phơng án 1
10
B1 B2
B3
Máy biến áp đã chọn có mã hiệu là TDH-6300/110 và TDH-6300/230 tham số
cho trong bảng sau:
Máy biến áp B
4
:
S
đm
MVA
U
Cđm
(Kv)
U
Hđm
(Kv)
P
O
(Kw)
P
N
(Kw)
U
N
% I
O
%
63 115 10,5 59 260 10,5 0,65
Máy biến áp B
3
1
max
thua
S
Trong đó:
là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu
0,5
220
110220
U
UU
C
TC
=
=
=
max
thua
S
là công suất tính toán (công suất tải qua cuộn hạ áp của MBATN)
max
thua
S
=S
dmF
-
bảng sau :
S
đm
M
VA
Điện áp cuộn dây
KV
U
N
%
P
0
KW
P
N
%
I
0
% Giá
10
6
VNĐ
U
C
U
T
U
H
C-T C-H T-H C-T C-H T-H
Công suất qua phía trung áp :
Công suất qua phía cao :
Công suất qua cuộn hạ : S
CH1
= S
CH2
= S
CC2
+ S
CT1
= S
CC2
+ S
CT2
12
0
24
58,57
t (h)
S(MVA)
)(
2
1
321 BVHTCCCC
SSSS
==
( )
421
2
1
=0,5.125=62,5MVA
S
CHmax
=54,965MVA<S
dmB
=62,5MVA
Ta thấy lúc làm việc bình thờng các MBA đều không bị quá tải.
3. Kiểm tra quá tải của máy biến áp
a.Các máy biến áp bộ B
3
và B
4
Vì 2 MBA này đã đợc chọn lớn hơn hoặc bằng 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 nh phần trớc, nên đối với 2 máy biến áp này ta không cần
kiểm tra quá tải.
b.Các máy biến áp bộ B
1
và B
2
* Quá tải thờng xuyên: Công suất định mức của B
1
và B
2
đã dợc chọn lớn hơn
công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải thờng xuyên.
* Quá tải sự cố:
Sự cố 1: Giả thiết máy biến áp B
4
bị sự cố vào lúc phụ tải trung áp lớn nhất.
13
Thay số vào ta có:
2.0,5.1,4.125=175MVA>66,67MVA
Vậy điều kiện trên luôn đợc thoả mãn.MBATN không bị quá tải khi sự cố B
4
.
* Phân bố công suất khi có sự cố B
4
nh sau:
Cuộn trung của B
1
(B
2
) phải tải sang thanh góp 110KV .
S
TB1
=
2
maxT
S
=
2
67,66
=33,33MVA
Cuộn hạ của B
1
(B
2
) phải tải một lợng công suất là .
S
-S
CT
=54,97-33,33 = 21,64MVA.
Lợng công suất của nhà máy phát vào hệ thống là:
S=S
B1
+2.S
CC
=58,57+2.21,64=101,85MVA
Công suất thiếu của hệ thống.
S
thiếu
=
max
VHT
S
-S
cc
= 160,4-101,85 =58,55MVA
Nh vậy, khi có sự cố xảy ra thì nhà máy cung cấp cho hệ thống thiếu một lợng so
với lúc bình thờng là S
thiếu
= 58,55MVA<S
dtq
=188MVA, nên MBA đã chọn thoả
mãn điều kiện sự cố.
Sự cố 2: Giả thiêt sự cố một MBA B
3
(hoặc B
2
là công suất MBA bộ làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng
cả năm (S
B4
=S
B3
= 58,57MVA).
Ta có:
0,5.1,4.125+58,57=146,07MVA>66,67MVA
Điều kiện trên luôn thoả mãn.Máy biến áp B
2
không bị quá tải.
Khi sự cố B
3
thì ta coi nh hai MBA bộ vẫn làm việc bình thờng cung cấp cho
thanh cái trung áp và cao áp là: S
bộ
=57,58MVA.
Cuộn trung của B
1
(B
2
) phải tải sang thanh góp 220KV .
S
TB1
=
4max BT
SS
=
57,5867,66
=S
CH
-S
CT
=51,37+8,1 = 43,27MVA.
Công suất thừa từ bên trung áp về hệ thống.
14
S
thừa
=
max
VHT
S
-S
cc
-S
B1
= 160,4-43,27-58,57=58,56MVA
Nh vậy, khi có sự cố xảy ra thì nhà máy cung cấp cho hệ thống một lợng công
suất là S = 58,56MVA<S
dtq
=188MVA, nên MBA đã chọn thoả mãn điều kiện sự
cố.
Ii.2. Phơng án 2
2.1. Chọn công suất cho các MBA
a. Chọn MBA nối bộ B3 và B4
Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây phải thoả mãn điều kiện:
S
đmB
S
U
N
% I
O
%
63 115 10,5 59 260 10,5 0,65
b. Máy biến áp liên lạc
Với các nhận xét nh trên, ta chọn MBATN làm MBALL.Công suất của
MBATN đợc chọn t heo điều kiện sau.
+ Điều kiện chọn : S
TN1,TN2đm
1
max
thua
S
Trong đó:
là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu
0,5
220
110220
U
UU
C
TC
=
=
1
max
td
S
= 62,5
2
1
6,3
4
1
15,73 = 51,485 MVA
do đó : S
TN1,TN2đm
485,51
5,0
1
=102,97 MVA
Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu loại : ATTH-125 có
các thông số kỹ thuật nh
các thông số kỹ thuật nh
bảng sau :
bảng sau :
S
đm
M
VA
Điện áp cuộn dây
KV
U
làm việc với đồ thị phụ
tải bằng phẳng cả năm nh sau.
S
B3
= S
B4
= S
dm
-
n
1
max
td
S
= 62,5
4
73,15
= 58,57MVA
Đồ thị phụ tải của MBA 2 cuộn dây nh sau :
b. Máy biến áp tự ngẫu
Phân bố công suất trong mba tự ngẫu là phân bố công suất cho các phía
cao, trung, phía hạ áp.
Công suất qua phía trung áp :
Công suất qua phía cao :
Công suất qua cuộn hạ : S
CH1
= S
CH2
= S
CC2
58,57 58,57 58,57 58,57 58,57 58,57 58,57
S
CC
66,595 66,145 80,2 85,97 73,94 81,955 69,93
S
CT
-35,235 -35,235 -25,235 -31,905 -31,905 -38,57 -38,57
S
CH
31,36 30,91 54,965 54,065 42,035 43,385 31,36
Dấu - chứng tỏ công suất đi từ phía thanh góp trung áp 110KV sang thanh
góp 220KV để bổ xung lợng công suất về hệ thống.
Qua bảng phân bố công suất ta nhận thấy :
S
CCmax
=81,955MVA<S
dmB
=125MVA
S
CTmax
=38,57MVA< S
dmB
=0,5.125=62,5MVA
S
CHmax
=54,965MVA<S
dmB
=62,5MVA
Ta thấy lúc làm việc bình thờng các MBA đều không bị quá tải.
2.3. Kiểm tra quá tải của máy biến áp
VHT
=160,4MVA
Lúc xảy ra sự cố, máy biến áp B
4
lam việc với công suất bộ là 58,57MVA và
công suất của MF1 và MF2 đợc tải qua MBALL.
Điều kiện kiểm tra sự cố nh sau:
2..K
qtsc
.S
dmB1
+S
B4
max
T
S
Trong đó:
là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu( =0,5).
K
qtsc
Hệ số quá tải sự cố (K
qtsc
=1,4).
Thay số vào ta có:
2.0,5.1,4.125+58,57=233,57>66,67MVA
Vậy điều kiện trên luôn đợc thoả mãn.
* Phân bố công suất khi có sự cố B
3
hoặc B
S
=S
dmF
-
2
1
S
dp
-
4
1
max
td
S
= 58,57-
2
1
.6,3-
4
1
15,73 =51,485MVA
Công suất của cuộn cao áp của MBATN truyền về hệ thống là.
S
CC
=S
CH
-S
CT
=51,485-4,05 = 47,435MVA.
Công suất thiếu của hệ thống.
qtsc
.S
dmB1
+S
B4
+S
B3
max
T
S
Trong đó:
là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu( =0,5).
K
qtsc
Hệ số quá tải sự cố (K
qtsc
=1,4).
S
B4
, S
B3
là công suất MBA bộ làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng
cả năm (S
B4
=S
B3
= 58,57MVA).
Điều kiện trên luôn thoả mãn, vì S
B4
Cuộn hạ của B
1
(B
2
) phải tải một lợng công suất là .
S
CH
=
max
thua
S
=S
dmF
- S
dp
-
4
1
max
td
S
= 58,57-7,2-
4
1
15,73 =51,37MVA
Công suất của cuộn cao áp của MBATN truyền về hệ thống là.
S
CC
=S
CH
3
bị sự cố thì B
4
vẫn cung cấp đủ công suất cho phía trung áp.Phần công
suất thừa còn lại đơc đa sang phía cao áp (S
thừa
=58,57-40=18,57MVA).
Vậy trong trờng hợp phụ tải phía trung áp cực tiểu, Nừu có một MBA bất kỳ bị sự
cố thì MBATN không bị quá tải, nhà máy vẫn đủ khả năng cung cấp điện cho các
phụ tải và hệ thống.
IIi. Tính toán tổn thất điện năng trong các MBA
Tổn thất công suất trong máy biến áp gồm hai phần là :
+ Tổn thất sắt không phụ thuộc vào công suất phụ tải và bằng tổn thất
không tải của máy biến áp.
+ Tổn thất đồng phụ thuộc vào công suất phụ tải, khi phụ tải bằng
công suất định mức của máy biến áp thì tổn thất đồng bằng tổn thất
ngắn mạch.
* Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong
một năm :
Trong đó:
S
dmB
: Công suất định mức của máy biến áp
S
bộ
: Công suất qua máy biến áp
P
0
: Tổn thất công suất không tải
P
NC
, P
NT
, P
NH
là tổn thất công suất ngắn mạch trong cuộn dây điện áp
cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu.
Ta có:
19
.t
S
S
P.TP.A
2
dmB
bo
N0
+=
=
+=
24
1i
i
2
dmB
CH
NH
2
dmB
iT
NT
2
dmB
iC
NC0TN
.t
S
S
.P
S
S
.P
S
S
.P365..tPA
+
=
CT
N
P
2
TH
N
P
CH
N
P
2
1
NH
P
1. Phơng án 1
Máy biến áp B
1
và B
4
luôn cho làm việc với công suất truyền tải là S
Bô
=
58,57MVA trong cả năm.
Ta có:
A = P
0
.T+P
N
2
dmB
B
S
S
.T
*Tổn thất điện năng trong máy biến áp B
1
=2485391,6KW
*Tổn thất điện năng trong máy biến áp B
2
và B
3
:
Ta có tổn thất công suất ngắn mạch trong từng cuộn dây của máy biến áp
tự ngẫu nh sau:
P
NC
=P
NH
=580KW
P
NT
= -580KW
Thay các giá trị trên vào công thức sau:
A
TN
= 85.8760 + 365(1782,92 -33,68 +1504,71) = 1932291,75KW.
A
TN
=A
B2
=A
B3
.
Nh vậy tổng tổn thất điện năng trong một năm của các máy biến áp là:
A= A
dmB
B
S
S
.T
*Tổn thất điện năng trong máy biến áp B
3
và B
4
:
20
=
2
dmB
iC
NC0TN
.t
S
S
.P
S
S
.P
S
S
.P365..tPA
A
B4
=A
B3
=59.8760+260
8760.
63
57,58
2
=2485391,6KW
Chơng IIi.
Tính DòNG ĐIệN NGắN MạCH
Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây
dẫn của nhà máy đảm bảo các chỉ tiêu ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn
mạch.
Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện cần
chọn 1 chế độ làm việc nặng nề nhất nhng phải phù hợp với điều kiện làm việc
thực tế. Dòng điện tính toán ngắn mạch để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3
pha.
Khi tính toán ngắn mạch ta phải sử dụng phơng pháp đờng cong tính toán vì nó
có sai số từ 5-10% so thực tế. Ta coi các máy phát điện không có cuộn cản.
Chọn các đại lợng cơ bản.
S
cb
= 108MVA
U
cb
= U
tb
Trong đó U
tb
là điện áp trung bình các cấp (230KV; 115KV;10,5KV).
Từ đó ta xác định đợc:
I
cb
=
dm
cb
U
S
§iÖn kh¸ng cña hÖ thèng ®iÖn :
x
1
= x
HT
=
N
cb
S
S
=
2500
180
= 0,072
§iÖn kh¸ng cña ®êng d©y kÐp cña ®êng d©y kÐp 220KV nèi NM víi HT cã chiÒu
dµi lµ l=125Km :
x
2
= x
D
=
2
1
.x
o
.l.
2
cb
cb
U
= x
10
= x
D
=0,389
§iÖn kh¸ng cña m¸y biÕn ¸p ba pha hai cuén d©y :
x
B
=
dmB
cbN
S
S
.
100
%u
x
11
=
220
B
x
=
63
180
.
100
12
= 0,343
x
−−−
−+
=
( )
125
180
.193111
200
1
−+
= 0,1615
+ §iÖn kh¸ng cuén trung ¸p
X
T
=
( )
dmB
cb
HNTHNCTNC
S
S
.UUU
200
1
−−−
−+
=
( )
125
180
x
3
= x
4
= 0,1615
x
5
= x
6
=0,281
a.TÝnh dßng ng¾n m¹ch t¹i ®iÓm N
1
C¸c s¬ ®å biÕn ®æi t¬ng ®¬ng nh sau:
C¸c bíc biÕn ®æi c¸c ®iÖn kh¸ng t¬ng ®¬ng :
24
X
13
= X
1
+ X
2
= 0,157
X
14
= X
11
+ X
7
= 0,732
X
= 0,2254
X
19
= X
15
+ X
18
= 0,3082
X
20
= X
19
// X
14
= 0,217
25
Copyright: Tài liệu đại học ©