Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
Ch
Chơng I
ơng Itính toán phụ tảI và cân bằng công suất
tính toán phụ tảI và cân bằng công suất
Chất lợng điện năng là một yêu cầu quan trọng của phụ tải. Để đảm bảo chất lợng
điện năng 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 ỏ các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Vì
điện năng ít có khả năng tích luỹ nên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện là rất
quan trọng.
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 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.
Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện thuỷ điện có tổng công suất đặt là 400 MW
gồm có 4 máy phát điện kiểu thủy điện cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp máy phát,
110 KV và nối với hệ thống ở cấp điện áp 220 KV.
Ta chọn máy phát điện loại TB-120-2
có các thông số sau:

công suất biểu kiến nhờ công thức sau:

tb
cos.100
max
P%.P
)t(
S

=

Thiết kế môn học nhà máy điện 1
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
Trong đó :
S
(t)
: Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t tính bằng (MVA)
P% : Công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất cực đại
P
max
: Công suất của phụ tải cực đại tính bằng (MW)
cos
tb
:Hệ số công suất trung bình của từng phụ tải
1-1.Đồ thị phụ tải của toàn nhà máy.
Nhiệm vụ thiết kế đã cho nhà máy gồm 4 tổ máy phát thủy điện có :
P

thời điểm là:

dm
NM
NM
cos
P
S

=
)t(
)t(
với
NMdm
NM
)t(NM
P
100
%P
P
=
Kết quả tính toán cho ở bảng 1-1 và đồ thị vẽ ở hình 1-1:
Bảng 1-1
T 0-8 8-12
12-
14
14-
20
20-24
P%

= 0,09.500 = 45 (MVA)
T
0-8 8-12 12-14 14-20 20-24
S
td
(t)
34,65 40,05 37,35 41,1 31,95
Hỡnh 1.2: th ph t i t dựng to n nh mỏy
1-3.Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát U
F
( 10,5 kV )
Thiết kế môn học nhà máy điện 3
S
td
(MVA)
34,65
40,0
555
37,35
41,1
31,95
8
12
14
20 24
T(h)
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44

T 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24
P% 65 75 100 90 65
S(t) 8,125 9,375 12,5 11,25 8,125

1-4.Đồ thị phụ tải trung áp (110 kV)
Nhiệm vụ thiết kế đã cho P
110max
= 120 MW và cos
tb
= 0,8
gồm 1 kép + 4 đơn. Để xác định đồ thị phụ tải phía trung áp phải căn cứ vào sự
biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức :
Thiết kế môn học nhà máy điện 4
S(MVA)
T(h)
12,5
11,25
8,125
9,375
0
6
10
14
18 24
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
tb
)t(

=3200 MVA với công suất ngắn mạch S
NM
=4500
MVA. Dự trữ quay của hệ thống S
dtHT
=480 MVA . Nh vậy phơng trình cân bằng công
suất toàn nhà máy là:
Thiết kế môn học nhà máy điện 5
112,5
127,5
150
112,5
142,5
14
S(MVA)
T(h)
0
8
12
20 24
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
S
NM(t)
= S
Uf(t)
+ S
T(t)

S
TD
34,65 34,65 40,05 40,05 37,35 41,1 41,1 31,95
S
VHTmax
219,72 203,5 298,1 279,95 232,65 297,65 338.275 172,4
1-6. Nhận xét chung.
Phụ tải nhà máy phân bố không đều trên cả ba cấp điện áp và giá trị công suất cực
đại có trị số là: S
Ufmax
= 12,5MVA
S
Tmax
= 150 MVA
S
VHTmax
= 338.275 MVA
Tổng công suất định mức của hệ thống là 3200 MVA, dự trữ quay của hệ thống
S
dtHT
= 480 MVA. Giá trị này lớn hơn trị số công suất cực đại mà nhà máy phát lên hệ
thống S
VHTmax
= 338.275 MVA.
Phụ tải điện áp trung chiếm phần lớn công suất nhà máy do đó việc đảm bảo cung
cấp điện cho phụ tải này là rất quan trọng.
Từ các kết quả tính toán trên ta xây dựng đợc đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy
nh sau:
Thiết kế môn học nhà máy điện 6
S(MVA)

6
8
10 12
14 18
20
24
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
Ch
Chơng II
ơng IIlựa chọn ph
lựa chọn phơng án nối điện chính
ơng án nối điện chính Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng
trong thiết kế nhà máy điện. Sơ đồ nối điện hợp lý không những đem lại những lợi ích
kinh tế lớn lao mà còn đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật
Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy có 4 tổ máy phát, công suất định mức của mỗi tổ

các đờng cáp kép mà điện áp đầu cực máy phát là 10,5 kV. Công suất đợc lấy từ đầu
cực của hai máy phát nối với tự ngẫu và mỗi máy cung cấp cho một nửa phụ tải địa ph-
ơng. Trong trờng hợp một máy bị sự cố thì máy còn lại với khả năng quá tải sẽ cung
cấp điện cho toàn bộ phụ tải địa phơng.
Nhà máy có ba cấp điện áp là 10,5 KV; 110KV; 220KV, trong đó lới 110KV và
220KV đều là lới có trung tính trực tiếp nối đất vì vậy để liên lạc giữa ba cấp điện áp ta
dùng máy biến áp tự ngẫu .
Từ những nhận xét trên đây ta có thể đề xuất một số phơng án nh sau:
2-1. Ph ơng án I (Hình 2-1).
Thiết kế môn học nhà máy điện 8
F1
B1 B2
F4
F3
B4
F2
B3
HT.
S
T
220 KV
110 KV
Hình 2-1
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
Do phụ tải cao và trung áp lớn hơn nhiều so với công suất định mức của máy phát
nên mỗi thanh góp 110 KV và 220 KV đợc nối với một bộ máy phát điện - máy biến áp
ba pha hai dây quấn lần lợt là F3-B3 và F4-B4. Để cung cấp điện thêm cho các phụ tải


Để khắc phục nhợc điểm phơng án I, chuyển bộ F4-B4 từ thanh góp 220 KV sang
phía 110KV. Phần còn lại của phơng án II giống nh phơng án I.
Nhận xét :
- Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm đợc vốn đầu t do nối bộ ở
cấp điện áp thấp hơn thiết bị rẻ tiền hơn.
- Phần công suất luôn thừa bên trung đợc truyền qua máy biến áp tự
ngẫu đa lên hệ thống (vì tổng công suất các bộ bên trung luôn lớn hơn
phụ tải cực đại bên trung).
- Ưu điểm của phơng án này là chỉ dùng hai loại máy biến áp.
Ngoài ra do S
Tmin
= 112,5 MVA > 2S
Fđm
=2.125 =250 MVA nên 2 bộ nối
với thanh góp 110KV có thể luôn luôn làm việc ở chế độ định mức.
2-3. Ph ơng án III(Hình 2-3).
Nhận xét :
Thiết kế môn học nhà máy điện 10
B3 B4
B5
S
T
S
UF
HT

B6

B2

Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
- Công suất định mức của các máy biến áp tự ngẫu B1, B2 đợc chọn theo điều
kiện sau: S
B1đm
= S
B2đm


1
S
Fđm
Trong đó là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu
5,0
220
110220
U
UU
C
TC
=

=

=
Do đó : S
B1đm
= S

(10
6
Đ)
U
C
U
T
U
H
C-T C-H T-H C-H C-T C-H T-H
250 242 - 13,8 - - 11 210 - 650 -
0,4
5
6480
Nh vậy tổng công suất của tổ hợp 3 tổ máy biến áp tự ngẫu một pha là:
3.125 = 375 MVA
- Máy biến áp B3 đợc chọn theo sơ đồ bộ :
S
B3đm
S
Fđm
= 125 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha 2 cuộn dây có S
đm
= 125 MVA là loại :
T-125 (121/10,5) có các thông số kỹ thuật nh ở bảng 3-2
Bảng 3-2
S
đm
(MVA)

S
Fđm
= 125 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha 2 cuộn dây có S
đm
= 125 MVA là loại :
T-125 (242/10,5) có các thông số nh ở bảng 3-3 .
Bảng 3-3
S
đm
(MVA)
U
Cđm
(KV)
U
Hđm
(KV)
P
0
(KW)
P
N
(KV)
U
N
% I
0
% Giá (10
6
Đ)

SS
==

Phụ tải truyền lên phía hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là :
2BCT2BCC1BCT1BCC2BCH1BCH
SSSSSS

+=+==

Kết quả tính toán cho trên bảng 3-4:
t (h)
0-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24
S
B1
=S
B2
125 125 125 125 125 125 125 125
S
CT
(t)
-6,25 1,25 1.25 8,75 8,75 12,5 -6,25 -6,25
S
CC
(t)
47,36 39,25 86,55 77,475 53,82 86,32 106,64 23,7
S
CH
(t) 41,11 40,5 87,8 86,225 62,57
98,82
100,39 17,45

định mức của máy phát điện nên việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét đối với máy biến áp
tự ngẫu.
Coi sự cố nặng nề nhất là lúc phụ tải trung áp cực đại S
Tmax
= 150 MVA.
Khi đó S
VHT
=338.275MVA ; S
Uf
=12,5 MVA
a) Giả thiết sự cố bộ F3-B3.
Kiểm tra điều kiện : 2.K
qtsc
. .S
B1đm
S
Tmax
( 2.1,4.0,5.375 =525 > 338.275 MVA thoả mãn điều kiện )
Lúc này công suất tải lên trung áp qua mỗi máy là:
S
CT-B1
= S
CT-B2
= S
Tmax
/2 = 75 MVA
Cho các máy phát F1và F2 làm việc với giá trị định mức. Do đó công suất qua
cuộn hạ của B1 và B2 là:
S
CH-B1,B2

Thiết kế môn học nhà máy điện 14
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
Qua trên thấy rằng khi sự cố bộ F3-B3,hai máy biến áp tự ngẫu B1,B2 làm việc
không bị quá tải.
b) Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu B1(hoặc B2).
Khi B1sự cố thì F1 ngừng. Trờng hợp này kiểm tra quá tải của B2:
Kiểm tra điều kiện : K
qtsc
. .S
B1đm
S
Tmax
S
B3
( 1,4.0,5.250 =175 >150 125 = 25 MVA thoả mãn điều kiện )
- Công suất tải lên trung áp:
S
CT-B2
= S
Tmax
- S
B3
= 150 - 125 = 25 MVA
- Công suất qua cuộn hạ của B2:
S
CH-B2
= S

=480 MVA
Lợng thiếu này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thốngnên B2 cũng không bị quá tải.
II.Ph ơng án II (hình 2-2) .
1. Chọn máy biến áp.
-Hai máy biến áp B3 và B4 đợc chọn theo sơ đồ bộ .Do hai máy biến áp này cùng
nối với thanh góp điện áp 110 KV nên đợc chọn giống nhau và chọn giống máy biến áp
B3 ở phơng án I là máy biến áp loại : T-125-121/13,8 có các thông số kỹ thuật nh ở
bảng 3-2 (phơng án I ).
-Hai máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 đợc chọn tơng tự nh phơng án I
Công suất định mức của các máy biến áp tự ngẫu B1, B2 đợc chọn theo điều kiện
sau: S
B1đm
= S
B2đm


1
S
Fđm
Thiết kế môn học nhà máy điện 15
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
Do đó : S
B1đm
= S
B2đm

250125

-Do đó công suất tải qua mỗi máy biến áp B3,B4 là:
S
B3
= S
B4
= S
Fđm
= 125 MVA
- Phụ tải qua các máy biến áp tự ngẫu T1và T2 đợc tính nh sau :
Phụ tải truyền lên phía cao áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là :
( )
(t)
VHTB2CC1BCC
S
2
1
SS
==


Phụ tải truyền lên phía trung áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là :
( )
43
)(
21
2
1
BB
t
TBCTBCT

71,86 79,25 126,55 69,98 58,16
148,82
84,57 43,1
Thiết kế môn học nhà máy điện 16
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
Dấu - chứng tỏ công suất đi từ phía thanh góp hệ thống 220KV sang thanh góp
110KV để bổ xung lợng công suất thiếu phía 110KV.
Qua bảng phân bố công suất 3-5 thấy rằng:
S
CCmax
= 169,14 MVA < S
B1,B2đm
=250 MVA
S
CTmax
= 38 MVA < S
M
= .S
B1đm
= 125 MVA
S
CHmax
= 148,82 MVA < S
M
= 125 MVA
Nh vậy các máy biến áp đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thờng.
3. Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố.

S
CH-B1
= S
CH-B2
= S
Fđm
- S
Uf
/2

- S
td
/4 = 108,475 MVA
- Công suất phát lên phía cao:
S
CC-B1
= S
CC-B2
= S
CH-B1
- S
CT-B1
= 108,475 12,5 = 95,975 MVA
Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lợng công suất là:
S
thiếu
= S
VHT
- (S
CC-B1

- (S
B3
+ S
B4
) = 150 - 2.125 = 0 MVA
- Phía hạ áp:
S
CH-B2
= S
Fđm
- S
Uf
- S
td
/4 = 102,225 MVA
- Phía cao áp:
S
CC-B2
= S
CH-B2
- S
CT-B2
= 102,225 - 0 = 102,225 MVA
Phụ tải hệ thống bị thiếu một lợng công suất là:
S
thiếu
= S
VHT
- S
CC-B2

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
S
B3
: phụ tải của máy biến theo thời gian và đợc lấy theo đồ thị phụ tải
hằng ngày.
Ta có B3 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại T-125-121/10,5 có :
P
0
= 100 kW, P
N
= 400 kW, S
B3
= 125 MVA = hằng số.
Suy ra : A
B3
= 0,1. 8760 + 0,4 .
8760.
125
125
2
2
= 4380 MWh.
2.Tổn thất điện năng hăng năm của máy biến áp B4.
Tơng tự nh tính A
B3
, B4 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại T -125-
242/10,5 có:
P
0

)
PP
P.(5,0P
2
HNCHNT
TNCNT


+=


)
PP
P.(5,0P
2
HNTHNC
TNCNH

+
+=


-Chn máy biến áp tự ngẫu loại : ATTH-250-230/121/11
Có các thông số sau: P
0
= 120kW ; P
N C-H
= 520kW ; I
0
%= 0,5

Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
26,0)
5,0
26,026,0
52,0.(5,0
2
=

+=
NT
P
MW
78,0)
5,0
26,026,0
52,0.(5,0
2
=
+
+=
NC
P
MW
Từ các kết quả bảng 3-4 và công thức tính ở trên ta có công thức tính tổn thất điện
năng của máy biến áp tự ngẫu 3 pha đợc tổ hợp từ 3 máy biến áp một pha nh sau :
A
B1

i
ghi trong bảng 3-4 đã tính ở trên .
T = 8760 h.
P
N
, P
o
, S
Bđm
: là của một máy biến áp một pha.
Viết gọn lại:

=
24
1i
S
iT
.t
i
= (-6,25)
2
.6 + 1,25
2
.2 + 1.25
2
.2+8,75
2
.2+8,75
2
.2+

+ 106,64
2
. 2 + 23,7
2
.4 = 104114,2 MVA
2
.h

=
24
1i
S
iH
.t
i
= 41,11
2
.6 + 40,5
2
.2 + 87,8
2
.2+ 86,225
2
.2+ 62,57
2
.2 +
+ 98,82
2
.4+ 100,39
2

=3.0,12.8760+
2
250.3
365
[0,26. 1406,25 +0,26. 104114,2 +0,78. 111973,76]
= 3824 MWh
Nh vậy tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phơng án I là:
A

= A
B1
+A
B2
+A
B3
+A
B4
=
Thiết kế môn học nhà máy điện 20
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
= 2.3824 + 4380 + 4336,2 = 16364,2 MWh
II-Ph ơng án II (hình 2-2) .
1. Tổn thất điện năng hàng năm của các máy biến áp B3 và B4.
Theo công thức nh ở phơng án I :
A
B3
= A

NT-H
=P
NC-T
/2=260 MW và dựa vào bảng 3-5
Từ đó ta tính đợc :
26,0)
5,0
26,026,0
52,0.(5,0P
2
NC
=

+=
MW
26,0)
5,0
26,026,0
52,0.(5,0P
2
NT
=

+=
MW
78,0)
5,0
26,026,0
52,0.(5,0P
2



=
24
1i
S
iT
.t
i
= (-38)
2
.6 + (-22,5)
2
.2 + (-22,5)
2
.2 +(-7,5)
2
.2+(-7,5)
2
.2+
+ 0
2
.4 +(-38)
2
.2 +(-38)
2
.4= 19578 MVA
2
.h


2
.h

=
24
1i
S
iH
.t
i
= 71,86
2
.6 + 79,25
2
.2 + 126,55
2
.2+ 69,98
2
.2+ 58,16
2
.2 +
+ 148,82
2
.4+ 84,57
2
.2+ 43,1
2
.4 = 202457,84 MVA
2
.h

Bảng so sánh tổn thất điện năng giữa hai phơng án:
Bảng 3-6:
Tổn thất điện năng
A

(MWh)
Phơng án I 16364,2
Phơng án II 13918,26
Ch ơng IV
Tính toán kt-kt Chọn ph
Tính toán kt-kt Chọn phơng án tối
ơng án tối u
u
Việc quyết định bất kỳ một phơng án nào cũng đều phải dựa trên cơ sở so sánh về
mặt kinh tế và kỹ thuật, nói khác đi là dựa trên nguyên tắc đảm bảo cung cấp điện và
kinh tế để quyết định sơ đồ nối dây chính cho nhà máy điện.
Trên thực tế vốn đầu t vào thiết bị phân phối chủ yếu phụ thuộc vào vốn đầu t máy
biến áp và các mạch thiết bị phân phối. Nhng vốn đầu t của các mạch thiết bị phân phối
chủ yếu phụ thuộc vào máy cắt, vì vậy để chọn các mạch thiết bị phân phối cho từng
phơng án phải chọn các máy cắt.Trong tính toán chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật ta chỉ cần
chọn sơ bộ các máy cắt.

220.3
125.05,1
3
.05,1
===
dm
Fdm
lvcb
U
S
I
KA
-Mạch máy biến áp tự ngẫu B3(B4) :
Khi làm việc bình thờng thì dòng cỡng bức của mạch này là :
28,0
220.3
64,106
3
max
===
dm
CC
lvcb
U
S
I
KA
Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cỡng bức là
0878,0
220.3

Dòng điện làm việc cỡng bức là :
Thiết kế môn học nhà máy điện 23
Đồ án môn học

Phm c Thng
- Lớp HTĐ - K44
787,0
110.3.8,0
120
.3.cos
.2
max
====
dm
kep
lvlvcb
U
P
II

KA
-Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây :
69,0
110.3
125.05,1
3
.05,1
===
dm
Fdm

S
I
KA
Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cỡng bức là
131,0
110.3
25
3
===
dm
CT
lvcb
U
S
I
KA
Vậy dòng điện làm việc cỡng bức lớn nhất ở phía 220 kV đợc lấy là :
I
cbtrung
= 0,787 KA
c) Cấp điện áp 10,5 kV.
Dòng điện làm việc cỡng bức ở mạch này chính là dòng điện làm việc cỡng bức
của máy phát điện nên ta có :
22,7
5,10.3
125.05,1
3
.05,1
===
dm

dm
CC
lvcb
U
S
I
KA
Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cỡng bức là
268,0
220.3
102,225
3
===
dm
CC
lvcb
U
S
I
KA
Vậy dòng điện làm việc cỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phơng án II
là : I
cbcao
= 0,444 KA
b) Cấp điện áp 110 kV.
-Mạch đờng dây tơng tự nh phơng án I ta có : I
lvcb
= 0,69 KA
-Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây nh phơng án I ta có: I
lvcb

656,0
110.3
125
3
===
dm
CT
lvcb
U
S
I
KA
Nh vậy dòng điện làm việc cỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 110 kV là:
I
lvcb
= 0,69 KA
c) Cấp điện áp 13,8 kV.
Dòng điện làm việc cỡng bức ở mạch này chính là dòng điện làm việc cỡng bức
của máy phát điện nên ta có :
49,5
8,13.3
125.05,1
3
.05,1
===
dm
Fdm
lvcb
U
S