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 200 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 GS.TS. Lã Văn út và PGS.TS Nguyến Hữu Khái đã giúp em hoàn thành bản
thiết kế đồ án môn học này.

Hà nội, tháng 10 năm 2004
Sinh viên
Nguyễn Tiến Quỳnh
mục lục
lời nói đầu............................................................................................................1
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 1 -
thiết kế môn học nhà máy điện

mục lục................................................................................................................1
chơng i.................................................................................................................4

I. phơng án 1..................................................................................................31
1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán.........................................................31
2. xác định điện kháng của các phần tử .......................................................32
3. xác định dòng ngắn mạch.........................................................................33
3.1. Ngắn mạch tại N-1.............................................................................33
3.2. Ngắn mạch tại N-2.............................................................................35
3.3. Ngắn Mạch Tại N-3...........................................................................37
3.4. Ngắn mạch tại N-3...........................................................................38
3.5. Ngắn Mạch Tại N-4...........................................................................39
4. Chọn Máy Cắt Điện..................................................................................40
II. phơng án 2................................................................................................41
1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán.........................................................41
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 2 -
thiết kế môn học nhà máy điện

2. xác định điện kháng của các phần tử........................................................41
3. xác định dòng ngắn mạch.........................................................................41
3.1. Ngắn mạch tại N-1.............................................................................41
3.2. Ngắn mạch tại N-2.............................................................................43
3.3. Ngắn Mạch Tại N-3...........................................................................45
3.4. Ngắn mạch tại N-3............................................................................46
3.5. Ngắn Mạch Tại N-4...........................................................................48
4. Chọn Máy Cắt Điện..................................................................................49
Chơng IV...........................................................................................................49
I. pHƯƠNG áN 1..........................................................................................51
1. Tính Vốn Đầu T Của Thiết Bị ..................................................................51
1.1. Vốn Đầu T Mua Máy Biến áp............................................................51
1.2. Vốn Đầu T Xây Dựng Các Mạch Thiết Bị Phân Phối.......................52
2. Tính Phí Tổn Vận Hành Hàng Năm ........................................................52

nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 3 -
thiết kế môn học nhà máy điện

1. sơ đồ cung cấp điện tự dùng......................................................................73
2. chọn máy biến áp bậc một........................................................................73
2. chọn máy biến áp dự trữ............................................................................74
3. chọn máy biến áp công tác bậc hai...........................................................74
4. Chọn máy cắt Mạch tự dùng.....................................................................74
4.1. Chọn MC - 1......................................................................................74
4.2. Chọn MC - 2......................................................................................75
tài liệu tham khảo..............................................................................................76
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
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 ...
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 4 -
thiết kế môn học nhà máy điện

1. chọn máy phát điện
Theo nhiệm vụ thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có công suất
200MW, gồm 4 máy phát điện 4 x 50MW,
8,0cos
=

62,5 50 0,8 10,5 5,73 0,135 0,3 1,84
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
Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm:
1 đờng dây kép x 3,2MW x 4km
6 đờng dây đơn x 1MW x 3km
Phụ tải cấp điện áp máy phát có P
UFmax
= 9,2MW, cos = 0,8. Suy ra:
MW5,11
8,0
2,9
cos
P
S
maxUF
maxUF
==

=
Từ đồ thị phụ tải tính theo %P
max
, ta tính đợc nhu cầu công suất tại từng
thời điểm trong ngày:

MW5,137
8,0
110
cos
P
S
UT
maxUT
maxUT
==

=
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
Thời gian, h
Công suất
0 - 4 4 - 10 10 - 14 14 -18 18 - 24
p, % 70 85 95 100 75
P
UT

MVA2505,62.4S4S
FNM
===
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:
bảng 1.4
Thời gian, h
Công suất
0 8 8 12 12 14 14 -20 20 24
p, % 70 90 100 85 70
P
NM
, MW 140 180 200 170 140
S
NM
, MVA 175 225 250 212,5 175
Đồ thị phát công suất của nhà máy:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 7 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Hình 1.3
2.4. phụ tải tự dùng của nhà máy

Thời gian, h
Công suất
0 8 8 12 12 14 14 -20 20 24
S
NM
, MVA
175 225 250 212,5 175
S
TD
, MVA
16,4 18,8 20 18,2 16,4
Đồ thị phụ tải tự dùng:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 8 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Hình 1.4
2.5. công suất phát về hệ thống
Nhà máy phát công suất lên hệ thống qua 2 lộ đờng dây 220kV, chiều dài
mỗi lộ 80km.
Công suất phát về hệ thống đợc xác định bằng biểu thức:
( )
TDUTUFNMVHT
SSSSS
++=
trong đó:
NM
S
: công suất đặt của toàn nhà máy.
Dựa vào các kết quả tính toán trớc ta tính đợc công suất phát về hệ thống

TD
,
MVA
16,4 16,4 16,4 18,8 18,8 20 18,2 18,2 16,4
S
VHT
,
MVA
56,0
2
35,4 32,52 80,12 64,07 87,87 46,45 83,7 48
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 9 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy:
Hình 1.5
3. Một số nhận xét chung
Về tính chất phụ tải ở các cấp điện áp:
Ta thấy phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp:
MW110P
MW2,9P
maxUT
maxUF
=
=
%2,9100.
50
2/2,9
100.

%25,3100.
2700
875,87
=
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.
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 10 -
S
NM
S
UF
S
UT
S
TD
S
VHT
thiết kế môn học nhà máy điện

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
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:

phát điện - máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm
vụ phát công suất lên hệ thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho
phía 110kV.
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:
- Số lợng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giá
thành hạ hơn giá máy biến áp 220kV.
- Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục.
Nhợc điểm:
- Tổn thất công suất lớn khi S
Tmin
.
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 12 -
thiết kế môn học nhà máy điện

1.2. Ph ơng án 2
220kV
110kV
B4
F4
F2
B2
B1
F1F3
B3
TD

B6
B5
10,5kV
Nhận xét:
Nhà máy dùng bốn bộ máy phát- máy biến áp: hai bộ nối với thanh góp
220kV, hai bộ nối với thanh góp 110kV. Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để
liên lạc gia thanh góp U
C
và thanh góp U
T
đồng thời để cung cấp điện cho
phụ tải cấp điện áp máy phát U
F
.
Ưu điểm:
- Cũng đảm bảo cung cấp điện liên tục
Nhợc điểm:
- Số lợng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu t lớn, đồng thời trong quá
trình vận hành xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn.
- Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây
chung lớn so với công suất của nó.
1.4. Ph ơng án 4
220kV
110kV
B6
B5
F2
F1
B3
B4

1. Ph ơng án 1
B1
B2 B3
B4
F1 F2
F3
F4
220kV 110kV
1.1. Chọn Máy Biến á p
Chọn MBA 2 cuộn dây B3, B4
Máy biến áp hai dây quấn B3, B4

đợc chọn theo điều kiện:
Fdmdm4Bdm3B
SSS
=
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 15 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Các máy phát F3 và F4 có công suất phát định mức:
MVA5,62SSS
Fdmdm4Fdm3F
===
Do đó ta có thể chọn đợc MBA B3 và B4 có các thông số kĩ thuật:
bảng 2.1
Loại
MBA
S
đm

TC
=

=

=
Do đó :
MVA1255,62
5,0
1
SS
dm2Bdm1B
==
Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu ba pha cho mỗi máy
biến áp B1, B2:
bảng 2.2
Loại
MBA
S
đm
MVA
ĐA cuộn dây, kV Tổn thất, kW U
N
%
I
0
%
C T H
P
0

=
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 16 -
thiết kế môn học nhà máy điện

- Công suất qua cuộn dây điện áp hạ đợc phân bố theo biểu thức sau :
Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của B1, B2 đợc ghi
trong bảng:
bảng 2.3
S
B.C
,
MVA
28,01 17,7 16,26 40,06 32,03 43,93 23,22 41,85 24
S
B.T
,
MVA
-9,37 0,93 0,93 0,93 7,81 7,81 11,25 -5,93 -5,93
S
B.H
,
MVA
16,63 18,63 17,20 41 39,85 51,74 34,47 35,91 18,06
Dấu - trớc công suất của cuộn dây trung có nghĩa là chỉ chiều truyền
tải công suất từ cuộn trung sang cuộn cao áp.
1.3. Kiểm Tra Quá Tải Của Các MBA
i. Các máy biến áp nối bộ B3 và B4
Vì 2 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

( )
THnt
SSS
+=
Do đó:
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 17 -
thiết kế môn học nhà máy điện

( ) ( )
MVA25,81S.kMVA925,20S
93,591,35.5,0SSS
ttbtmax.nt
max
THmax.nt
=<=
+=+=
nên khi làm việc bình thờng trong những khoảng thời gian trên máy biến áp tự
ngẫu không bị quá tải
- Trong các khoảng thời gian còn lại: chế độ làm việc của tự ngẫu là công
suất đợc truyền từ
CA&TAHA

, phụ tải phía hạ là lớn nhất. Do đó công suất
qua cuộn hạ là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình thờng là:
ttbtH
SkS

Ta có
MVA25,81SkMVA74,51S

20
5,62S
S
2
1
S
4
1
SS
max.H
min.UFmax.TDdm.Fmax.H
>==
=
Suy ra lợng công suất cực đại truyền qua mỗi máy biến áp lên cao áp:
MVA338,1440338,54SSS
max.Tmax.Hmax.C
===
Nh vậy máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ truyền công suất
CA&TAHA

, phụ tải phía hạ là lớn nhất. Do đó công suất qua cuộn hạ là lớn
nhất và điều kiện kiểm tra quá tải sự cố là:
ttscH
SkS

trong đó:
Hệ số quá tải sự cố:
MVA5,875,62.4,1Sk
4,1k
ttsc

HTnt
SSS
+=
Lợng công suất thừa cực đại bên trung áp là:
MVA75,1825,965,57.2SSS
min.UTbTmax.T
===
Công suất tải từ máy phát qua cuộn hạ của tự ngẫu cực đại đã tính ở phần
trớc bằng:
MVA338,54S
max.H
=
Suy ra công suất lớn nhất tải qua cuộn hạ:
( ) ( )
MVA544,36338,5475,185,0SSS
max.Hmax.Tmax.nt
=+=+=
Ta thấy:
MVA5,87SkMVA544,36S
ttqtmax.nt
=<=
nên máy biến áp không bị
quá tải sự cố.
- Trong các khoảng thời gian còn lại:
UTbT
SS
<
, lợng công suất lớn nhất
tải qua máy biến áp tự ngẫu để đa sang trung áp là:
MVA805,575,137SSS

=+=+=
Ta nhận thấy
MVA5,87SkS
ttscmax.ch
=<
nên máy biến áp tự ngẫu không bị
quá tải sự cố.
Tóm lại, các máy biến áp đã chọn hoàn toàn đảm bảo điều kiện quá tải
bình thờng lẫn quá tải sự cố.
1.4. Tính Tổn Thất Điện Năng
Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai dây quấn B3 và B4
Do bộ máy biến áp - máy phát làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt
cả năm
MVA5,57S
b
=
nên tổn thất điện năng trong mỗi máy biến áp hai dây
cuốn có hai cuộn dây phân chia điện áp là:
8760.
S
S
.P
S
S
.P8760.PA
2
Bdm
max.H
H
N

+=

nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 19 -
thiết kế môn học nhà máy điện

trong đó:
0
P

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

: tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW
max.C
S
: công suất cuộn cao cực đại,
bmax.C
SS
=
max.H
S
: công suất cuộn hạ cực đại,
bmax.H
SS
=
b
S
: công suất của bộ máy biến áp máy phát, kVA

N0








+=
Thay số ta có:
MWh6,2304kWh2304664AA
8760.
63
5,57
.2458760.59AA
4B3B
2
4B3B
==






+==
Vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp hai dây quấn là:
MWh2,46096,2304.2AAA
4B3Bb

C
N0
t.
S
S
.P
S
S
.P
S
S
.P.365T.PA
trong đó:
-
H
N
T
N
C
N
P,P,P

: tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao, trung, hạ
của máy biến áp tự ngẫu, kW
-
iHiTiC
S,S,S
: công suất qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp tự
ngẫu vận hành với thời gian t
i


+=













+=


- Tổn thất ngắn mạch trong cuộn trung
kW190
5,0
190
5,0
190
380.5,0P
PP
P5,0P
22
T
N


+=


- Tổn thất ngắn mạch trong cuộn hạ
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 20 -
thiết kế môn học nhà máy điện

kW570380
5,0
190
5,0
190
.5,0P
P
PP
5,0P
22
H
N
TC
N
2
HT
N
2
HC
N
H

S
B.C
,
MVA
28,01 17,7 16,26 40,06 32,03 43,93 23,22 41,85 24
S
B.T
,
MVA
-9,37 0,93 0,93 0,93 7,81 7,81 11,25 -5,93 -5,93
S
B.H
,
MVA
16,63 18,63 17,20 41 39,85 51,74 34,47 35,91 18,06
A
N
,
kWh
63,18 25,16 21,4 123,4
108,5
8
185,0
3
157,0
3
104,96 59,01
Tổn thất điện năng ngắn mạch trong ngày:
kWh75,847AA
iN24N

110kV
F2
HTĐ
dây kép
dây đơn
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
Các mạch phía điện áp cao 220kV
Đờng dây nối với hệ thống:
kA22,0
220.3
87,87
U3
S
I
C
max
VHT
)1(
cb
===
Cuộn cao áp máy biến áp liên lạc:
kA44,0
220.3
125.4,1

T
max
)3(
cb
===
Bộ máy phát máy biến áp B3:
A33,0
110.3
5,62
.05,1
U3
S
05,1I
T
Fdm
)4(
cb
===
Trung áp máy biến áp liên lạc:
T
cbT
)5(
cb
U3
S
I
=
Khi B4 sự cố, dòng cỡng bức qua mạch 5 là:
kA20,0
110.3


Do đó
kA20,0I
)5(
cb
=
Vậy dòng làm việc cỡng bức phía 110kV là:
kA33,0}I,I,Imax{I
)5(
cb
)4(
cb
)3(
cb
T
cb
==
Các mạch phía điện áp máy phát 10,5kV
Hạ áp máy biến áp liên lạc:
kA96,0
5,10.3
125
.4,1
U3
S
.kI
F
dm1B
sc
)6(

B2
B1
F1F3
B3
TD
2.1. Chọn máy biến áp
Chọn MBA 2 cuộn dây B3, B4
Máy biến áp hai dây quấn B3, B4

đợc chọn theo điều kiện:
Fdmdm4Bdm3B
SSS
=
Các máy phát F3 và F4 có công suất phát định mức:
MVA5,62SSS
Fdmdm4Fdm3F
===
Do đó ta có thể chọn đợc MBA B3 có các thông số kĩ thuật:
bảng 3.1
Loại
MBA
S
đm
MVA
ĐA cuộn dây, kV Tổn thất, kW
U
N
% I
0
%

TPH
63 115 10,5 59 245 10,5 0,6

Chọn MBA tự ngẫu B1, B2
Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 đợc chọn hoàn toàn tơng tự phơng án 1 theo
điều kiện:
MVA1255,62
5,0
1
SS
S
1
SS
dm2Bdm1B
dm2Fdm2Bdm1B
==

=
Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu ba pha cho mỗi máy
biến áp B1, B2:
bảng 3.2
Loại
MBA
S
đm
MVA
ĐA cuộn dây, kV Tổn thất, kW U
N
%
I

S
=
- Công suất qua cuộn dây điện trung đợc phân bố theo biểu thức sau :
( )
4bUTT.B
SS
2
1
S
=
- Công suất qua cuộn dây điện áp hạ đợc phân bố theo biểu thức sau :
T.BC.BH.B
SSS
+=
nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 24 -
thiết kế môn học nhà máy điện

Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của B1, B2 đợc ghi
trong bảng:
bảng 3.4
Thời
gian
0_4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_18 18_20 20_24
S
B.C
,
MVA
-0,74 -11,05 -12,49 11,31 2,28 15,18 -5,53 13,1 -4,75
S

coscos
=
nên công suất qua cuộn dây chung:

Do đó:
( )
MVA235,3753,5.5,047,34SSS
max
CHmax.ch
=+=+=
Nhận thấy
MVA25,81S.kS
ttbtmax.ch
=<
nên khi làm việc bình thờng trong
những khoảng thời gian trên máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải.
- Trong các khoảng thời gian còn lại: chế độ làm việc của tự ngẫu là công
suất đợc truyền từ
CA&TAHA

, phụ tải phía hạ là lớn nhất. Do đó công suất
qua cuộn hạ là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình thờng là:
ttbtH
SkS

nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45
- 25 -