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 đ-
ợc 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 180 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 PGS.TS Nguyến Hữu Khái đã giúp em hoàn thành bản thiết kế đồ án môn
học này.

Hà nội, tháng 11 năm 2004
Sinh viên
Đào Quang Ngọc
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 1 -
thiết kế môn học nhà máy điện

mục lục
lời nói đầu............................................................................................................1
mục lục................................................................................................................2
chơng i.................................................................................................................4

2.5. Tính Dòng Điện Cỡng Bức Của Các Mạch........................................26
Chơng III...........................................................................................................28
I. phơng án 1..................................................................................................28
1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán.........................................................28
2. xác định điện kháng của các phần tử .......................................................29
3.2. Ngắn mạch tại N-2.............................................................................32
3.3. Ngắn Mạch Tại N-3...........................................................................34
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 2 -
thiết kế môn học nhà máy điện

3.4. Ngắn mạch tại N-3............................................................................35
3.5. Ngắn Mạch Tại N-4...........................................................................37
4. Chọn Máy Cắt Điện..................................................................................37
II. phơng án 2................................................................................................38
1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán.........................................................38
2. xác định điện kháng của các phần tử........................................................38
3. xác định dòng ngắn mạch.........................................................................38
3.1. Ngắn mạch tại N-1.............................................................................38
3.2. Ngắn mạch tại N-2.............................................................................41
3.3. Ngắn Mạch Tại N-3...........................................................................43
3.4. Ngắn mạch tại N-3............................................................................44
3.5. Ngắn Mạch Tại N-4...........................................................................46
4. Chọn Máy Cắt Điện..................................................................................47
Chơng IV...........................................................................................................47
I. pHƯƠNG áN 1..........................................................................................49
1. Tính Vốn Đầu T Của Thiết Bị ..................................................................49
1.1. Vốn Đầu T Mua Máy Biến áp............................................................49
1.2. Vốn Đầu T Xây Dựng Các Mạch Thiết Bị Phân Phối.......................50
2. Tính Phí Tổn Vận Hành Hàng Năm ........................................................50

8.1. Cấp Điện áp Máy Phát.......................................................................66
8.2. Cấp Điện áp Cao Và Trung................................................................67
Chơng VI...........................................................................................................67
1. sơ đồ cung cấp điện tự dùng......................................................................68
2. chọn máy biến áp bậc một........................................................................68
2. chọn máy biến áp dự trữ............................................................................69
3. chọn máy biến áp công tác bậc hai...........................................................69
4. Chọn máy cắt Mạch tự dùng.....................................................................69
4.1. Chọn MC - 1......................................................................................69
4.2. Chọn MC - 2......................................................................................70
tài liệu tham khảo..............................................................................................70
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
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 4 -
thiết kế môn học nhà máy điện

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 phơng
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 ...
1. chọn máy phát điện
Theo nhiệm vụ thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có công suất
180MW, gồm 3 máy phát điện 3 x 60MW,
8,0cos
=
, U

75 60 0,8 10,5 4,125 0,146 0,22 1,691
2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất
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 10,5 Kv
Phụ tải cấp điện áp máy phát có P
UFmax
= 16 MW, cos = 0,85. Suy ra:
UF
UF
P
S MW
max
max
16
18,82
cos 0,85

= = =
Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm:
4 đờng dây kép x 2,5MW x2km
4 đờng dây đơn x 1,5MW x 2km
Từ đồ thị phụ tải tính theo %P
max
, ta tính đợc nhu cầu công suất tại từng
thời điểm trong ngày:

UT
P
S MW
max
max
100
117,647
cos 0,85

= = =
Phụ tải cấp điện áp trung bao gồm
3 đờng dây kép x 30MW
1 đờng dây đơn x 10MW
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
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 6 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Thời gian, h

S S MVA3. 3.75 225= = =
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:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 7 -
thiết kế môn học nhà máy điện

bảng 1.4
Thời gian, h
Công suất
0 24
p, % 100
P
NM
, MW 180
S
NM
, MVA 225
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 trong


Thời gian, h
Công suất
0 24
S
NM
, MVA
225
S
TD
, MVA
18
Đồ thị phụ tải tự dùng:
Hình 1.4
2.5. công suất phát về hệ thống
Nhà máy phát công suất lên hệ thống qua 2 lộ đờng dây 110kV, chiều dài
mỗi lộ 60km.
Công suất phát về hệ thống đợc xác định bằng biểu thức:
( )
VHT NM UF UT TD
S S t S S S( )= + +
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
gian, h
0 - 12 12 - 16 16 - 20 20 24
S
NM

Về tính chất phụ tải ở các cấp điện áp:
Ta thấy phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp:
UF
UT
P MW
P MW
max
max
16
100
=
=
UF
F dm
P
P
.
/ 2
16 / 2
.100 .100 13,3%
60
= =
Phụ tải ở cấp điện áp máy phát nhỏ hơn 15% công suất của một tổ máy.
Nhà máy không có phụ tải ở cấp điện áp cao.
Nhà máy có đủ khả năng cung cấp cho phụ tải ở các cấp điện áp.
Về vai trò của nhà máy đối với hệ thống:
Công suất đặt của nhà máy: 3 x 60MW
Công suất hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế):
HT
S MVA= 900

công suất dự trữ quay của hệ thống và
chiếm
111 47
100 12 38
900
=
,
. , %
công suất toàn hệ thống.
Khả năng phát triển của nhà máy trong tơng lai
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
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 11 -
thiết kế môn học nhà máy điện

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:
Đây là nhà máy nhiệt điện, phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ hơn 15%
công suất của nhà máy điện, nên không dùng thanh góp điện áp máy phát. Phụ
tải tự dùng lấy từ đầu cực máy phát.
Do có cấp điện áp cao 110kV và trung áp 35kV nên ta dùng máy biến
áp 3 dây quấn để liên lạc giữa các cấp điện áp cao và trung .
Không nối song song máy biến áp 2 cuộn dây với máy biến áp 3 cuộn

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 35kV có giá
thành hạ hơn giá máy biến áp 110kV.
- Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục.
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 bộ máy phát điện - máy biến áp 2
cuộn dây đợc nối lên thanh góp 110 kV.
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:
- Đảm bảo về mặt kỹ thuật, cung cấp điện liên tục
- Vận hành đơn giản
Nhợc điểm:
- Tổn thất công suất cao hơn so với phơng án 1
- Có một bộ máy phát điện - máy biến áp bên cao nên đắt tiền hơn.

Nhợc điểm:
- Tổn thất công suất lớn cả khi S
UT
max & khi S
UT
min.

1.4. Ph ơng án 4
220kV
110kV
B6
B5
F2
F1
B3
B4
10,5kV
F3
B1
F4
B2
Nhận xét
Nhà máy chỉ dùng 1 máy biến áp 3 cuộn dây liên lạc giữa các cấp điện áp
và cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát.
Nhợc điểm:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 14 -
thiết kế môn học nhà máy điện

- Nếu xảy ra sự cố đối với máy biến áp liên lạc thì 1 bộ máy phát

Do đó ta có thể chọn đợc MBA B3 có các thông số kĩ thuật:
bảng 2.1
Loại
MBA
S
đm
MVA
ĐA cuộn dây, kV Tổn thất, kW
U
N
% I
0
%
C H
P
0
P
N
T
80 38,5 10,5 53 280 9,5 0,3

Chọn MBA 3 cuộn dây B1, B2
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 15 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Máy biến áp 3 cuộn dây B1, B2 đợc chọn theo điều kiện:
B dm B dm Fdm
S S S=
1 2

TTH
80 115 38,5 11 82 195 390 195
10,
5
17 6,6 0,6
Nhận xét :
bT dq
dm dq
S
S
max
.
%= =
3
3
24 324
30
80
nên ta chọn MBA 3 dây quấn B1,B2 100/66.7/100
tức là
Tdm dq dm dq
S S=
3 3
2
3
1.2. Phân Bố Công Suất Cho Các MBA
i. Đối với máy biến áp hai cuộn dây B3
Để vận hành kinh tế và thuận tiện, đối với bộ máy phát điện - máy biến áp
hai cuộn dây, ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là làm
việc liên tục với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua mỗi máy biến áp

bảng 2.3
Thời gian, h 0 - 12 12 - 16 16 - 20 20 24
S
B.C
, MVA
55.735 52.912 38.088 55.735
S
B.T
, MVA
6.667 6.667 24.324 6.667
S
B.H
, MVA 62.412 59.588 62.412 62.412
1.3. Kiểm Tra Quá Tải Các MBA
i. Máy biến áp nối bộ B3
Vì 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 máy biến áp B3 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 ta thấy công suất cuộn hạ là lớn
nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình thờng là:
B H bt dm dq
S k S
.

3
Có :
BH

.= 117 647
Hệ số quá tải sự cố:
sc
sc Tdm dq UT
k
k S MVA S
.max
,
. . , . . ,
=
= = >
3
1 4
2
2 2 1 4 80 149 3
3
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 17 -
thiết kế môn học nhà máy điện

nên máy biến áp không bị quá tải sự cố.
Xét trờng hợp sự cố máy biến áp liên lạc B2.
Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố là:
sc Tdm dq T b UT
k S S S
. .max
+
3
trong đó:
UT

N
Bdm
S
A P P
S
.
. . .

= +
ữ

2
0
8760 8760

trong đó:
0
P

: tổn thất không tải của máy biến áp, kW
N
P

: tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW
b
S
: công suất của bộ máy biến áp máy phát, kVA
Bdm
S
: công suất định mức của máy biến áp, kVA

+++=
i
2
Bdm
2
iH
H
N
2
Bdm
2
iT
T
N
2
Bdm
2
iC
C
N0
t.
S
S
.P
S
S
.P
S
S
.P.365T.PA

N
P P P P
P kW
,
, .



= +
= + =
0 5
0 5 195 390 195 195
- Tổn thất ngắn mạch trong cuộn trung
( )
( )
T C T T H C H
N N N N
T
N
P P P P
P kW
,
, .



= +
= + =
0 5
0 5 195 195 390 0

B.H
, MVA 62.412 59.588 62.412 62.412
Tổn thất điện năng trong 1 năm của mỗi máy biến áp 3 dây quấn:
B B
A A kWh = =
1 2
2484483
Tổn thất điện năng của phơng án 1
Tổn thất điện năng của phơng án 1 bằng:
B B B
A A A A kWh* = + + = + =
1 1 2 3
2484483 2 2288933 7257899
1.5. Tính Dòng Điện C ỡng Bức Của Các Mạch
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 19 -
thiết kế môn học nhà máy điện

B1
B2 B3
B4
F1
F3
F4
220kV
110kV
F2
HTĐ
dây kép
dây đơn

.= =
2
55 735
cb BC
cb
C C
S S
I kA
U U
( ) max
( )
.
.
.
= = = =
2
2
55 735
0 293
3 3 3 110
Vậy dòng làm việc cỡng bức ở phía điện áp cao là:
C
cb cb cb
I I I kA
( ) ( )
max{ , } .= =
1 2
0 585
Các mạch phía điện áp trung 35kV
Đờng dây tải:

Trung áp máy biến áp liên lạc:
T
cbT
)5(
cb
U3
S
I
=
Khi bình thờng :
( )
T Tb
S S S MVA
( )
max
.= =
5
1
24 324
2
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 20 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Khi B3 sự cố :
T
S S MVA
( )
max
.= =

Vậy dòng làm việc cỡng bức phía 35kV là:
T
cb cb cb cb
I I I I kA
( ) ( ) ( )
max{ , , } .= =
3 4 5
1 299
Các mạch phía điện áp máy phát 10,5kV
Hạ áp máy biến áp liên lạc:
cb cb
I I
( ) ( )
<
6 7
Mạch máy phát:
F dm
cb
F
S
I kA
U
( )
. . . . .
. .
= = =
7
1
75
1 05 1 05 4 330

F2
B2
B1
F1F3
B3
TD
2.1. Chọn máy biến áp
Chọn MBA 2 cuộn dây B3
Máy biến áp hai dây quấn B3

đợc chọn theo điều kiện:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 21 -
thiết kế môn học nhà máy điện

B dm Fdm
S S
3
Máy phát F3 có công suất phát định mức:
F dm Fdm
S S MVA= =
3
75
Do đó ta có thể chọn đợc MBA B3 có các thông số kĩ thuật:
bảng 3.1
Loại
MBA
S
đm
MVA

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
TTH
80 115 38,5 11 82 195 390 195
10,
5
17 6,6 0,6
Nhận xét :
bT dq
dm dq
S
S
max

3
1
2
- Công suất qua cuộn dây điện áp trung đợc phân bố theo biểu thức sau :
B T UT
S S
.
=
1
2
- Công suất qua cuộn dây điện áp hạ đợc phân bố theo biểu thức sau :
B H B C B T
S S S
. . .
= +
Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của B1, B2 đợc ghi
trong bảng:
bảng 3.3
Thời gian, h 0 - 12 12 - 16 16 - 20 20 24
S
B.C
, MVA
21.235 18.412 3.588 21.235
S
B.T
, MVA
41.177 41.177 58.824 41.177
S
B.H
, MVA 62.412 59.588 62.412 62.412

,
, .
=
= = >
3
1 3
1 3 80 104
nên khi làm việc bình thờng máy biến áp không bị quá tải
Quá tải sự cố
Xét trờng hợp sự cố máy biến áp nối bộ B3
Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố là:
sc Tdm dq UT
k S S
.max

3
2
trong đó:
UT
S MVA
.max
.= 117 647
Hệ số quá tải sự cố:
sc
sc Tdm dq UT
k
k S MVA S
.max
,
. . , ..

Tóm lại, các máy biến áp đã chọn hoàn toàn đảm bảo điều kiện quá tải
bình thờng lẫn quá tải sự cố.
2.4. Tính Tổn Thất Điện Năng
Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai dây quấn B3
Do bộ máy biến áp máy phát làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt
cả năm
b
S MVA= 69
nên tổn thất điện năng trong mỗi máy biến áp hai cuộn
dây có hai cuộn dây phân chia điện áp thấp là:
8760.
S
S
.P8760.PA
2
Bdm
b
N0








+=
Thay số ta có, tổn thất điện năng trong máy biến áp B3:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 24 -


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




= +
= + =
0 5
0 5 195 390 195 195
- Tổn thất ngắn mạch trong cuộn trung
( )
( )
T C T T H C H
N N N N
T
N
P P P P
P kW
,
, .



= +
= + =
0 5
0 5 195 195 390 0
- Tổn thất ngắn mạch trong cuộn hạ
( )
( )
H C H T H C T
N N N N

1 2
2226546
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 25 -