Đồ án nhà máy điện
CHƯƠNG I
CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
Chất lượng điện năng là một yêu cầu quan trọng của phụ tải. Để đảm bảo chất
lượng điện năng tại mỗi thời điểm , điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải
hoàn toàn cân bằng với lượng 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 lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi.
Việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được 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 được các
phương 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 ưu 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 224 MW
gồm có 4 máy phát điện kiểu thủy điện cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp: cấp điện
áp máy phát 10 kV, phụ tải trung áp 110 kV và nối với hệ thống ở cấp điện áp 220 kV.
Ta chọn máy phát điện loại CB-465/210-16 có các thông số sau:
S
Fđm
(MVA)
P
Fđm
(MW)
cosϕ
đm
U
Fđm

Nguyễn Ngọc Tài 1
Đồ án nhà máy điện
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)
cosϕ
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
Fđm
= 56 MW , cosϕ
tbđm
= 0,85.
Do đó công suất biểu kiến của mỗi tổ máy là :
65,88
d
φ
= = =
P
56
Fdm
S
Fdm
cos 0,85
m
MVA
Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là:

Kết quả tính toán cho ở bảng 1-1 và đồ thị vẽ ở hình 1-1:
Bảng 1-1
t 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24
P
NM
% 80 85 100 85 100 100 85 85
P
NM
179,2 190,4 224 190,4 224 224 190,4 190,4
S
NM
210,82 224 263,53 224 263,53 263,53 224 224
Nguyễn Ngọc Tài 2
Đồ án nhà máy điện
Đồ thị phụ tải toàn nhà máy:
Hinh1.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy
1-2.Phụ tải tự dùng của nhà máy
Theo nhiệm vụ thiết kế hệ số phụ tải tự dùng của nhà máy α = 1,6% công suất định
mức của nhà máy với cosϕ
tddm
= 0,85 tức là bằng hệ số công suất định mức của nhà máy
và được coi là hằng số với công thức :
S
td(t)
=α.S
NM
= 0,016.263,53 = 4,22 (MVA)
1-3.Đồ thị phụ tải địa phương cấp điện áp U
F
( 10 kV )

%P
P =
Kết quả tính được theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-2 và đồ thị phụ tải địa
phương cho ở hình 1-2. Bảng 1-2
t 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24
P
Uf
% 60 60 100 75 80 85 70 70
P
Uf
5,16 5,16 8,6 6,45 6,88 7,31 6,02 6,02
S
Uf
6,07 6,07 10,12 7,59 8,09 8,60 7,08 7,08
Hình 1.2. Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát
1-4.Đồ thị phụ tải trung áp (110 kV)
Nhiệm vụ thiết kế đã cho P
110max
= 100 MW và cosϕ
tb
= 0,84: gồm 1 kép*32 MW
và 3 đơn*24 MW. 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:
Nguyễn Ngọc Tài 4
S
Uf
(MVA)
t(h)
Đồ án nhà máy điện
110( )

Hình 1.3. Đồ thị phụ tải trung áp 110 kV
1-5.Đồ thị phụ tải về hệ thống (220 kV).
Toàn bộ công suất thừa của nhà máy được phát lên hệ thống qua đường dây kép
dài 86 km. Tổng công suất hệ thống S
HT
=2550 MVA với điện kháng định mức X
HT
=0,9.
Nguyễn Ngọc Tài 5
S
110
(MVA)
t(h)
Đồ án nhà máy điện
Dự trữ quay của hệ thống S
dtHT
=204 MVA. Như vậy phương trình cân bằng công suất
toàn nhà máy là:
S
NM(t)
= S
Uf(t)
+ S
110(t)
+ S
VHT(t)
+ S
td(t)

Từ phương trình trên ta có phụ tải về hệ thống theo thời gian là:

Nguyễn Ngọc Tài 6
Đồ án nhà máy điện
Hình 1.4. Đồ thị phụ tải phát về hệ thống
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
= 10,12 MVA
S
110max
= 119,05 MVA
S
VHTmax
= 149,52 MVA
Tổng công suất định mức của hệ thống là 2550 MVA, dự trữ quay của hệ thống
S
dtHT
= 204 MVA. Giá trị này lớn hơn trị số công suất cực đại mà nhà máy phát lên hệ
thống S
VHTmax
= 149,52 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 được đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy
như sau:
Nguyễn Ngọc Tài 7
S
VHT
(MVA)
t(h)

Ufmax
= 10,12 MVA
S
Ufmin= 6,07 MVA
Phụ tải trung áp ở cấp điện áp 110 kV có:
S
110max
= 119,05 MVA
S
110min
= 71,43 MVA
Phụ tải về hệ thống ở cấp điện áp 220 kV có:
S
VHTmax
= 149,52 MVA
S
VHTmin
= 116,96 MVA
Theo nhiệm vụ thiết kế thì phụ tải địa phương phía điện áp máy phát được cấp
bằng điện áp đầu cực máy phát là 10 kV. Công suất được lấy từ đầu cực của hai máy
phát nối với tự ngẫu và mỗi máy cung cấp cho một nửa phụ tải địa phương. Trong
trường 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 phương.
Nhà máy có ba cấp điện áp là 10 kV; 110 kV; 220 kV, trong đó lưới 110kV và
220kV đều là lưới 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 phương án như sau:


Chuyển bộ F4-B4 từ thanh góp 220 kV sang phía 110 kV. Phần còn lại của phương
án II giống như phương án I.
Nhận xét :
- Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm được vốn đầu tư do nối bộ
ở cấp điện áp thấp hơn thiết bị rẻ tiền hơn.
- Phần công suất luôn thừa bên trung được truyền qua máy biến áp tự
ngẫu đưa lên hệ thống (vì tổng công suất các bộ bên trung luôn lớn hơn
phụ tải cực đại bên trung).
- Ưu điểm của phương án này là chỉ dùng hai loại máy biến áp.
Ngoài ra do S
110min
= 71,43MVA > 2S
Fđm
= 2.66 =132 MVA nên 2 bộ nối
với thanh góp 110kV có thể luôn luôn làm việc ở chế độ định mức.
Nguyễn Ngọc Tài 11
F1
B1
F3
F2
F4
B2
B4
B3
HT
S
T
220 KV 110 KV
Hình 2-2

3-1.Chọn máy biến áp - phân phối công suất cho máy biến áp.
Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trường
nơi lắp đặt nhà máy điện. Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất định mức của chúng.
I.Phương án I (hình 2-1).
1. Chọn máy biến áp :
- Công suất định mức của các máy biến áp tự ngẫu B1, B2 được chọn theo điều
kiện sau: S
B1đm
= S
B2đm
≥
α
1
S
Fđm
Trong đó α là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu
5,0
220
110220
U
UU
C
TC
=
−
=
−
=α
Do đó : S
B1đm

H
C-T C-H T-H A C-T C-H T-H
160 230 121 11 11 32 20 85 380 - - 0,5 185
- Máy biến áp B3 được chọn theo sơ đồ bộ :
S
B3đm
≥ S
Fđm
= 66 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha 2 cuộn dây có S
đm
= 80 MVA là loại:
TPДЦH-80 (115/10,5) có các thông số kỹ thuật như ở bảng 3-2
Nguyễn Ngọc Tài 13
Đồ án nhà máy điện
Bảng 3-2
S
đm
(MVA)
U
Cđm
(kV)
U
Hđm
(kV)
∆P
0
(kW)
∆P
N

∆P
0
(kW)
∆P
N
(kV)
U
N
% I
0
% Giá (10
3
R)
80 242 10,5 80 320 11 0,6 90
2.Phân bố công suất cho các máy biến áp.
- Để thuận tiện trong vận hành, các bộ máy phát- máy biến áp hai cuộn dây F3-B3
và F4-B4 cho làm việc với đồ thị bằng phẳng suốt cả năm. Do đó công suất tải của mỗi
máy là:
S
B3
= S
B4
= S
Fđm
– ¼ S
tdmax
= 65,88 – ¼ 4,22 = 64,83 MVA< S
B3,B4đm
= 80 MVA
Do đó ở điêù kiện làm việc bình thường B3 và B4 không bị quá tải

S
B3
=S
B4
64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83
Sc
B1
32,14 32,77 41,59 26,06 33,67 42,35 35,25 35,25
St
B1
3,30 9,25 18,18 15,20 27,11 18,18 6,28 6,28
Sh
B1
35,44 42,03 59,77 41,27 60,78 60,53 41,52 41,52
Qua bảng phân bố công suất 3-4 thấy rằng: S
CCmax
= 42,35 MVA; S
CTmax
= 27,11
MVA; S
CHmax
= 60,78 MVA < S
đmB1
= 160 MVA
Như vậy các máy biến áp đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thường.
3. Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố.
Vì công suất định mức của các máy biến áp hai cuộn dây được chọn theo công suất
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

Uf
/2 - S
td
/4
= 65,88 - 8,09/2 - 4,22/4 = 60,78 MVA
Công suất tải lên cao áp của 1 MBA:
S
CC-B1,B2
= S
CH-B1,B2
- S
CT-B1,B2
= 60,78 - 59,53 = 1,25 MVA
Khi đó lượng công suất nhà máy cấp cho phía cao áp còn thiếu một lượng:
S
thiếu
= S
VHT
- S
B4
- 2.S
CC-B1,B2

= 132,17- 65,88- 2x1,25 = 63,79 MVA < S
dtHT
=204 MVA
Với lượng công suất thiếu này nhỏ hơn dợ trữ quay của hệ thống.
Nguyễn Ngọc Tài 15
Đồ án nhà máy điện
Qua trên thấy rằng khi sự cố bộ F3-B3, hai máy biến áp tự ngẫu B1,B2 làm việc


=
= 65,88 - 8,09 - 4,22/4 = 56,735 MVA
- Công suất tải lên phía cao áp:
S
CC-T2
= S
CH-B2
- S
CT-B2
= 56,735 - 53,17 = 3,57 MVA
Khi đó lượng công suất nhà máy cấp cho phía cao còn thiếu là:
S
thiếu
=S
VHT
- S
B4
- S
CC-B2
=
= 132,17 - 65,88 – 3,57 = 62,72 MVA< S
dtHT
=204 MVA
Lượng thiếu này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên B2 cũng không bị quá tải.
II.Phương án II (hình 2-2) .
1. Chọn máy biến áp.
-Hai máy biến áp B3 và B4 được chọn theo sơ đồ bộ .Do hai máy biến áp này cùng
nối với thanh góp điện áp 110 kV nên được chọn giống nhau và chọn giống máy biến áp
B3 ở phương án I là máy biến áp loại: TPДЦH-80 (115/10,5) có các thông số kỹ thuật

A
U
đm
(KV) U
N
%(*)
∆P
0
(KW
∆P
N
%
I
0
(%)
Giá
10
3
R
U
C
U
T
U
H
C-T C-H T-H A C-T C-H T-H
160 230 121 11 11 32 20 85 380 - - 0,5 185
2. Phân phối công suất cho các máy biến áp.
Để đảm bảo kinh tế và thuận tiện trong vận hành, các máy phát F3, F4 cho làm việc
với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm.

−−
Phụ tải phía hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là :
2BCT2BCC1BCT1BCC2BCH1BCH
SSSSSS
−−−−−−
+=+==

Dựa vào bảng 1-5 đã tính ở chương I và các công thức ở trên ta tính được phụ tải
cho từng thời điểm , kết quả ghi trong bảng 3-5
Bảng 3-5
t(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24
S
B3
=S
B4
64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83
Scc
B1
64,55 65,19 74,00 58,48 66,09 74,76 67,66 67,66
Sct
B1
-29,12 -23,16 -14,23 -17,21 -5,31 -14,23 -26,14 -26,14
Sch
B1
35,44 42,03 59,77 41,27 60,78 60,53 41,52 41,52
Nguyễn Ngọc Tài 17
Đồ án nhà máy điện
Dấu ’-‘ chứng tỏ công suất đi từ phía thanh góp 110 kV sang thanh góp 220kV để
bổ xung lượng công suất thiếu phía 220kV.
Qua bảng phân bố công suất 3-5 thấy rằng:

CT-B2
=
2
1
( S
110max
- S
B4
)=
2
1
(119,05 - 64,83) = 27,11 MVA
- Công suất qua cuộn hạ:
S
CH-B1
= S
CH-B2
= S
Fđm
- S
Uf
/2

- S
td
/4 = 60,78 MVA
- Công suất phát lên phía cao:
S
CC-B1
= S

B3
Nguyễn Ngọc Tài 18
Đồ án nhà máy điện
(1,4.0,5.160 =112 >119,05 -2.64,83 = -10,61 MVA →thoả mãn điều kiện )
Công suất tải qua các phía của B2 như sau:
- Phía trung áp:
S
CT-B2
= S
110max
- (S
B3
+ S
B4
) = 119,05 - 2.64,83 = -10,61 MVA
- Phía hạ áp:
S
CH-B2
= S
Fđm
- S
Uf
- S
td
/4 = 56,735 MVA
- Phía cao áp:
S
CC-B2
= S
CH-B2

2
B3dm
2
B3
N0B3
+=
Trong đó: T: là thời gian làm việc của máy biến áp, T= 8760h.
S
B3
: phụ tải của máy biến theo thời gian và được lấy theo đồ thị phụ tải
hằng ngày.
Ta có B3 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại TPДЦH-80-115/10,5 có :
∆P
0
= 70 kW, ∆P
N
= 310 kW, S
B3
= 64,83 MVA = hằng số.
Suy ra : ∆A
B3
= 0,07. 8760 + 0,31 .
2
2
64,83
.8760
80
= 2396,56 MWh.
Nguyễn Ngọc Tài 19
Đồ án nhà máy điện

HNTHNC
TNCNC
α
∆−∆
+∆=∆
−−
−
)
PP
P.(5,0P
2
HNCHNT
TNCNT
α
∆−∆
+∆=∆
−−
−
)
PP
P.(5,0P
2
HNTHNC
TNCNH
α
∆+∆
+∆−=∆
−−
−
Máy biến áp tự ngẫu 3 pha loại : ATДЦTH-160-230/121/11 có

∆A
B1
=∆A
B2

24
2 2 2
0 NC iC i NT iT i NH iH i
2
i=1
Bdm
365
=ΔP .T+ . (ΔP .S .t +ΔP .S .t +ΔP .S t )
S
∑
Ở đây: S
iC
, S
iT
, S
iH
là phụ tải phía cao áp, trung áp và hạ áp của mỗi máy biến áp tự
ngẫu tại thời điểm t
i
ghi trong bảng 3-4 đã tính ở trên.
Nguyễn Ngọc Tài 20
Đồ án nhà máy điện
T = 8760 h.
∆P
N

2
iC
S
+ ∆P
N-T
.
2
iT
S
+ ∆P
N-H
.
2
iH
S
).t
i
Dựa vào bảng phân bố công suất ta tính được thành phần thứ hai như sau:
t(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24
S
B3
=S
B4
64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83
Sc
B1
32,14 32,77 41,59 26,06 33,67 42,35 35,25 35,25
St
B1
3,30 9,25 18,18 15,20 27,11 18,18 6,28 6,28

1. Tổn thất điện năng hàng năm của các máy biến áp B3 và B4.
Theo công thức như ở phương án I :
∆A
B3
= ∆A
B4
= T.
S
S
.PT.P
dm3B
2
2
4B,3B
N0
∆+∆
Máy biến áp B3 và B4 đã chọn là máy biến áp kiểu TДЦ-80-115/10,5 có thông số
như ở bảng 3-2 do đó tổn thất điện năng của máy biến áp B3 và B4 ở phương án này
bằng nhau và đúng bằng tổn thất trong máy biến áp B3 ở phương án I trên:
∆A
B3
= ∆A
B4
= 2396,56 MWh
2. Tính tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp tự ngẫu B1 và B2.
Tương tự ta phương án I, ta có:
Máy biến áp tự ngẫu 3 pha: ATДЦTH-160-230/121/10,5 có ∆P
0
=85 kW và ∆P
NC-T

S
(∆P
N-C
.
2
iC
S
+ ∆P
N-T
.
2
iT
S
+ ∆P
N-H
.
2
iH
S
).t
i
Dựa vào bảng phân bố công suất ta tính được thành phần thứ hai như sau:
t(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24
Sc
B2
64,55 65,19 74,00 58,48 66,09 74,76 67,66 67,66
St
B2
-29,12 -23,16 -14,23 -17,21 -5,31 -14,23 -26,14 -26,14
Sh

Tổn thất điện năng
∆A
Σ
(MWh)
Phương án I 6800,61
Phương án II 8823,17
Nguyễn Ngọc Tài 22
Đồ án nhà máy điện
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN KT-KT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
TÍNH TOÁN KT-KT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Việc quyết định bất kỳ một phương 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 tư vào thiết bị phân phối chủ yếu phụ thuộc vào vốn đầu tư
máy biến áp và các mạch thiết bị phân phối. Nhưng vốn đầu tư 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 phương án phải chọn các máy cắt.Trong tính toán chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật ta
chỉ cần chọn sơ bộ các máy cắt.
4-1. Chọn sơ bộ máy cắt của các phương án.
I-Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch.
1-Phương án I (Hình 2-1).
a) Cấp điện áp về hệ thống 220 kV.
- Mạch đường dây nối với hệ thống: Phụ tải cực đại của hệ thống là S
VHTmax
=149,52
MVA. Vì vậy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính với điều
kiện một đường dây bị đứt. Khi đó:


kA
Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là

CC
lvcb
dm
S
1,25
I = = =0,0033
3U 3.220
kA
Nguyễn Ngọc Tài 23
Đồ án nhà máy điện
Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là

CC
lvcb
dm
S
3,57
I = = =0,094
3U 3.220
kA
Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phương án I này là :
I
cbcao
= 0,392 kA
b) Cấp điện áp trung 110 kV.
-Mạch đường dây: Phụ tải trung áp được cấp bởi 2 đường dây kép*45MW,
3 đơn*30MW, ta có:

Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là
CT
lvcb
dm
S
59,53
I = = =0,313
3U 3.110
kA
Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là
CT
lvcb
dm
S
53,57
I = = =0,2812
3U 3.110
kA
Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở phía 220 kV được lấy là :
I
cbtrung
= 0,357 kA
c) Cấp điện áp 10,5 kV.
Dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch này chính là dòng điện làm việc cưỡng bức
của máy phát điện nên ta có :
Fdm
lvcb
dm
1,05.S
1,05.65,88

S
67,345
I = = =0,177
3U 3.220
kA
Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phương án II
là: I
cb220kV
= 0,392 kA
b) Cấp điện áp 110 kV.
-Mạch đường dây tương tự như phương án I ta có: I
lvcb
= 0,265 kA
-Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây như phương án I ta có: I
lvcb
= 0,357 kA
-Mạch máy biến áp tự ngẫu :
Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là :
CTmax
lvcb
dm
S
29,12
I = = =0,153
3U 3.110
kA
Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là
CT
lvcb
dm