Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1 - Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là 100 MW
Thời gian 0 - 8 8 - 11 11 - 20 20 - 24
P(%) 80 90 100 85
Hệ thống tự ding cực đại là 6%.với cosϕ = 0,85
2 - Phụ tải địa phương Uđm = 10 kV:
P
max
= 16 MW; cosϕ = 0,86
Gồm : 3 đường dây kép × 3 MW x ……….km
4 đường dây đơn × 3 MW x ……… km
Biến thiên phụ tải:
Thời gian 0 – 7 7 - 12 12 - 18 18 - 24
P(%) 65 100 80 60
3 - Phụ tải điện áp trung 110 kV:
P
max
= 170 MW; cosϕ = 0,88
Gồm 2 đường dây kép x 40 MW x ……….km
3 đường dây đơn × 35 MW x ……… km
Biến thiên phụ tải:
Thời gian 0 – 8 8 - 12 12 - 18 18 - 24
P(%) 60 85 100 70
4 - Hệ thống :
Uđm = 220 kV ; Sđm = 4100 MVA (khong kể mhà máy thiết kế)
- Điện kháng ngắn mạch Xht = ……….(công suất ngắn mạch Sn = 4500MVA)
- Dự trữ Sdt = 7% = 287 MVA
Nhà máy thiết kế đượ kết nối với hệ thống bằng một đường dây kép dài
125km.

Sinh viên
Lương Văn Chiến – T3 – HTĐ– K44
Lương Văn Chiến – T3 – HTĐ– K44
- 2 -
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Lương Văn Chiến
CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI & CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
Đất nước ta đang trên đà phát triển mạnh theo con đường công nghiệp
hoá, hiện đại hoá, vì thế điện năng đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu
trong quá trình phát triển đất nước. Số hộ dùng điện và lượng điện năng tiêu
thụ không ngừng thay đổi và tăng nhanh chóng. Do vậy, để đảm bảo độ tin cậy
cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế người ta sử dụng các phương pháp thống
kê, lập nên đồ thị phụ tải để từ đó lựa chọn phương thức vận hành, sơ đồ nối
điện hợp lý.
Trong nhiệm vụ thiết kế, người ta thường cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở
các cấp điện áp và hệ số công suất của phụ tải tương ứng, cũng có khi cho đồ
thị phụ tải hàng ngày của toàn nhà máy. Dựa vào đồ thị phụ tải ở các cấp điện
áp mà xây dựng đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy, ngoài phần phụ tải của
hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp, phụ tải phát về hệ thống, còn có phụ tải tự dùng
của nhà máy. Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều
yếu tố (dạng nhiên liệu, áp lực hơi ban đầu, loại tuabin và công suất của
chúng, loại truyền động đối với các máy bơm cung cấp.v..v...) và chiếm khoảng
5 - 8% tổng điện năng phát ra.
Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy thường vẽ theo công suất biểu
kiến S (MVA) để có được độ chính xác hơn vì hệ số công suất của phụ tải ở
các cấp điện áp thường khác nhau. Như vậy, dựa vào đồ thị phụ tải các cấp
điện áp tiến hành tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy theo
thời gian hàng ngày.

- 3 -
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Ρ% (t) =
100.
P
)t(P
max
⇒ P (t) =
max
P.
100
)t%(P
; S (t) =
ϕ
Cos
)t(P
.
Trong đó :
- S : là công suất biểu kiến của phụ tải thời điểm t.
- P : là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t.
- Cos ϕ : là hệ số công suất phụ tải.
1. Phụ tải điện áp máy phát (địa phương) :
U
đm
= 10 kV ; P
max
= 16 MW ; Cos ϕ = 0,86
Gồm : 3 đường dây kép × 3 MW × ……. km ;
4 đường dây đơn × 2 MW × ……. km ;

; S (t) =
ϕ
Cos
)t(P
.
- Kết quả tính toán cân bằng công suất ở phụ tải trung áp :
t (h)
công suất
0 – 8 8 - 12 12 - 18 18 - 24
P % (t) 60 85 100 70
P (t) (MW) 102 144,5 170 119
S (t) (MVA) 115,91 164,2 193,18 135,23
- Đồ thị phụ tải trung áp :
S (MVA)
193,18
164,2
115,91 135,23

t(h)
0 7 12 18 24
3. Phụ tải toàn nhà máy :

P
NMmax
= ∑ P
đm
= n.P

công suất
0 – 8 8 - 11 11 - 20 20 - 24
P % (t) 80 90 100 85
P (t) (MW) 320 360 400 340
S (t) (MVA) 376,47 423,53 470,6 400
- Đồ thị phụ tải toàn nhà máy :
S (MVA)
470,6

423,53
376,47 400

t(h)
0 7 11 11 24
4. Công suất tự dùng :
- Xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau :
S
td
(t) = α . S
NMmax
. ( 0,4 + 0,6.
maxNM
NM
S
)t(S
) ;
- Trong đó :

S (MVA)
28,236

26,54
24,85 25,69
t(h)
0 8 11 20 24
5. Cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống :
- Ta xác định công suất của toàn nhà máy theo biểu thức :
S
NM
(t) = S
đf
(t) + S
T
(t) + S
td
(t) + S
HT
(t)
- Công suất phát vào hệ thống :
S
HT
(t) = S
NM
(t) – [S
đf
(t) + S
T
(t) + S


0 8 11 20 24
1.3 Nhận xét :
- Nhà máy thiết kế có tổng công suất là :
S
NMđm
= ∑ S
đm
= n.S
đmF
= 4.117,65 = 470,6 (MVA)
- So với công suất hệ thống S
HT
= 4100 (MVA) thì nhà máy thiết kế chiếm
11,478 % công suất của hệ thống.

S
=
65,117
18,6
= 0,158.
Công suất địa phương cực đại (S
đfmax
) chỉ bằng 15,8 % công suất định mức
phát (S
đmF
).
* Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà
máy, địa bàn phụ tải, nguồn nhiên liệu.....Riêng về phần điện nhà máy hoàn toàn
có khả năng phát triển thêm phụ tải ở các cấp điện áp sẵn có.
Lương Văn Chiến – T3 – HTĐ– K44
Lương Văn Chiến – T3 – HTĐ– K44
- 9 -
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
CHƯƠNG II
CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA NHÀ MÁY
2.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN :
A. Sơ đồ nối điện chính :
Thiết bị, MFĐ, MBA, ....được nối với nhau theo một sơ đồ nhất định gọi là
sơ đồ nối điện chính.
Sơ đồ nối điện phụ thuộc vào số nguồn, số phụ tải, công suất nguồn, công
suất phụ tải,phụ thuộc vào tính chất hộ tiêu thụ, phụ thuộc vào khả năng đầu
tư ....
Sơ đồ phải thỏa mãn điều kiện :
+ Về kỹ thuật :

+ Ưu điểm :
Giảm được tối đa số thiết bị nối vào thanh góp điện áp nên giá thành rẻ có
lợi về mặt kinh tế. Cả hai phía điện áp cao và điện áp trung đều có trung tính
trực tiếp nối đất (U ≥ 110 kV) nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc.
Mặt khác, chủng loại máy biến áp ít nên sơ đồ dễ chọn lựa thiết bị cũng như vận
hành, độ tin cậy cao, cung cấp điện đảm bảo .
+ Nhược điểm :
Lương Văn Chiến – T3 – HTĐ– K44
Lương Văn Chiến – T3 – HTĐ– K44
- 11 -
F3
F1
F2
F4
220 kV
HT
S
T
110 kV
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Có một phần công suất truyền qua hai lần biến áp làm tăng tổn thất công
suất. Nhưng vì sơ đồ trên sử dụng máy biến áp tự ngẫu liên lạc nên tổn thất công
suất không đáng kể, có thể bỏ qua.
2. Phương án II:
+ Ưu điểm :
Về mặt công suất khắc phục được nhược điểm của phương án I, luôn luôn
cung cấp đủ công suất cho các phụ tải cho dù gặp phải sự cố ngừng một trong
các máy. Do đó, độ tin cậy cung cấp điện được nâng cao, cải thiện đáng kể.
+ Nhược điểm :

F4
F3
HT
F2
220 kV 110 kV
S
T
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
- Hai phương án đầu đều có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở
các cấp điện áp và có cấu tạo tương đối đơn giản, dễ vận hành.
- Phương án III tập trung quá nhiều chủng loại máy biến áp ,cấu tạo phức tạp
gây nhiều khó khăn trong vận hành và sửa chữa. Bên trung áp không có bộ máy
phát - máy biến áp nên khi sự cố 1 máy biến áp tự ngẫu liên lạc sẽ không cung
cấp đủ cho phụ tải, không đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
Do đó, ta thấy hai phương án I & II có nhiều ưu điểm hơn, đảm bảo độ an
toàn , độ tin cậy, cung cấp điện ổn định , dễ vận hành ... nên ta chọn hai phương
án này để so sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phương án tối ưu.
2.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP :
Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng. Trong hệ thống điện, tổng công
suất các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 ÷ 5 lần tổng công suất các máy
phát điện. Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều. Yêu cầu đặt ra là
phải chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn
cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ. Điều đó có thể đạt được bằng cách thiết kế hệ
thống điện một cách hợp lý, dùng máy biến áp tự ngẫu và tận dụng khả năng quá
tải của máy biến áp, không ngừng cải tiến cấu tạo của máy biến áp.
Trong hệ thống điện người ta thường dùng các máy biến áp tăng áp và giảm
áp, 2 cuộn dây và 3 cuộn dây. Các máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây và 3 cuộn dây
được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện.
Trong hệ thống điện có điện áp cao và trung tính nối đất trực tiếp thường

1
.S
đmF
; α : Hệ số có lợi ; (
5,0
220
110220
U
UU
C
TC
=
−
=
−
=α
)
- Ta có : S
đmB

65,117.
5,0
1
≥
= 235,3 (MVA).
- Bảng tham số máy biến áp cho phương án I :
Loại
MBA
S
đm

4
1
.S
tdmax
= 117,65 -
4
1
.28,236= 110,6 (MVA)
+ Công suất truyền qua máy biến áp tự ngẫu :
- Công suất truyền qua cuộn cao :
S
c
(t) =
2
1
.S
HT
(t)
- Công suất truyền qua cuộn trung :
S
t
(t) =
2
1
.[S
T
(t)

– 2.S
BT

59,16 78,6 103,14 70,975
3. Kiểm tra quá tải :
* Khi làm việc bình thường :
Công suất định mức của các máy biến áp chọn lớn hơn công suất cực đại nên
không cần kiểm tra điều kiện quá tải khi làm việc bình thường .
* Khi sự cố :
a. Sự cố một bộ máy phát – máy biến áp bên trung :
- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung :
S
BT
= S
đmF
-
4
1
S
td
= 117,65 -
4
1
.28,236= 110,6 (MVA)
+ Điều kiện kiểm tra sự cố : 2αK
qt
.S
đmTN
≥ S
Tmax
- S
BT
⇒ S

60,01 60,01
HT
220 kV
F3
110,6
F4
S
T
= 193,18
110 kV
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
S
T
=
2
1
.(S
Tmax
– S
BT
) =
2
1
.(193,18–110,6) = 41,29 (MVA)
- Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu :

).(3,10118,6
2
1

+ Điều kiện kiểm tra sự cố :
α.K
qt
.S
đmTN
≥ S
Tmax
- 2.S
BT
⇒ S
đmTN

qt
BTmaxT
K
S.2S
α
−
≥
S
đmTN
= 250 (MVA)
)(03,40
4,1.5,0
110,6.2193,18
MVA
−=
−
≥
⇒ thỏa mãn điều kiện.

).(9218,6236,28
4
1
65,117
4
1
MVASSSS
dftddmFH
=−−=−−=
- Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu :

).(02,120)02,28(92 MVASSS
THC
=−−=−=
- Khi đó, công suất phát lên hệ thống là 234,3 (MVA), vì thế lượng công suất
thiếu là :
S
thiếu
=
).(28.11402,120234,3 MVASS
CHT
=−=−
- Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (287MVA) nên máy
biến áp đã chọn thoả mãn .
2.2.2. Phương án II :
- Sơ đồ nối dây :
1. Chọn máy biến áp cho phương án II :
- Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung :
S
đmB

= 235,3 (MVA).
- Bảng tham số máy biến áp cho phương án II :
Loại
MBA
S
đm
MVA
U
đm
(KV) U
N
%
∆P
0
∆P
N
I
0
%
C T H C-
T
C-H T-
H
C-T C-H T-H
TДЦ
125 121 _ 10,5 _ 10,5 _ 100 _ 400 _ 0,5
TДЦ
125 230 _ 10,5 _ 11 _ 115 _ 380 _ 0,5
ATДЦTH
250 230 121 11 11 32 20 120 520 _ _ 0,5

[ ]
BTTt
S)t(S
2
1
)t(S
−=
- Công suất truyền qua cuộn hạ :)t(S)t(S)t(S
cth
+=
Bảng phân phối công suất :
Loại
MBA
Cấp điện áp
(kV)
Công suất
(MVA)
Thời gian
0 - 8 8 – 11 11- 20 20- 24
Tự ngẫu
220 S
C
56,51 51,79 61,85 58,66
110
t
S
2,655 26,8 41,29 12,315

≥

)(138
4,1.5,0.2
18,193
2
max
MVA
K
S
S
qt
T
dmTN
==≥⇒
α
Ta có :
dmTN
S
= 250 (MVA) > 138 (MVA) nên điều kiện trên thoả mãn .
+ Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố :
- Công suất truyền tải qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu là :

).(59,96
2
18,193
.
2
1
max

220 kV
110 kV
S
T
= 193,18
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
- Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu là :

).(71,459,963,101 MVASSS
THC
=−=−=
(Công suất lấy về từ cao áp (220 kV) nên mang dấu âm)
- Công suất cần phát vào hệ thống là 234,3 (MVA), công suất còn thiếu là :
S
thiếu
=
[ ]
).(28,114.6,110)71,4.(2234,3)2( MVASSS
BCHT
=+−=+−
- Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên máy biến áp
đã chọn thoả mãn .
b. .Sự cố máy biến áp tự ngẫu liên lạc (
maxT
S
) :
- Điều kiện kiểm tra sự cố : α.
qt
K

- Công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp :

).(58,826,110193,18
max
MVASSS
BTT
=−=−=
- Công suất truyền qua cuộn hạ của máy biên áp :

).(3,10118,6
2
1
28,236.
4
1
65,117
2
1
4
1
MVASSSS
dftddmFH
=−−=−−=
- Công suất phía cao của máy biến áp tự ngẫu :

).(72,1858,823,101 MVASSS
THC
=−=−=
(Công suất lấy về từ cao áp (220 kV) nên mang dấu âm)
- Công suất cần phát vào hệ thống là 221,52 MVA ,lượng công suất còn thiếu

- Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (287MVA) nên máy
biến áp đã chọn thoả mãn .
2.2.3 - Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng :
- Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần:
+ Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất
không tải của nó.
+ Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải máy biến áp.
Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong
một năm :
∆A
2cd
= 365.(∆P
o
.t + ∆P
N
.
2
dmB
i
2
i
S
t.S
∑
)

+ Đối với máy biến áp tự ngẫu ba pha :
∆A
TN
=365.∆P

: tổn hao sắt từ.
- ∆P
Nm
: tổn thất ngắn mạch.
* Tổn hao ngắn mạch của các cuộn dây trong máy biến áp tự ngẫu :
∆P
N.C
= 0,5.(∆P
N.C-T
+
)
PP
2
HT.N
2
HC.N
α
∆
−
α
∆
−−
∆P
N.T
= 0,5.(∆P
N.C-T
-
)
PP
2

Máy biến áp 3&4 luôn làm việc với công suất truyền qua nó S
B
=110,6(MVA)
trong cả năm , do đó :
Lương Văn Chiến – T3 – HTĐ– K44
Lương Văn Chiến – T3 – HTĐ– K44
- 22 -
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
∆A
B
= 8760.(100 + 400.
2
2
125
6,110
) = 3619180,124(kWh).
b. Máy biến áp tự ngẫu :
Có ∆P
NC-T
do đó ta lấy ∆P
NC-H
= ∆P
NT-H
=
2
1
∆P
NC-T
= 260 kW.

∑
i
2
Ci
t.S
= 111,805
2
.8 + 107,1
2
.3 + 117,15
2
.9 + 113,96
2
.4 = 519733195,2
∑
i
2
Ti
t.S
= (-52,645)
2
.8 + (-28,5)
2
.3 + (-14,01)
2
.9 + (-42,985)
2
.4 = 33766,08
∑
i

+ ∆A
B4
=2 . 3619180,124+ 2 . 791005226,3 = 1589248813 (kWh).
II. Phương án II :
a. Máy biến áp ba pha hai dây quấn :
Máy biến áp luôn làm việc với công suất truyền qua nó S
B
=110,6 (MVA)
trong cả năm , do đó :
Máy biến áp 4 bên trung áp :
∆A
B4
= 8760.(100 + 400.
2
2
125
6,110
) = 3619180,124(kWh).
Máy biến áp 3 bên cao :
∆A
B3
= 8760.(115 +380.
2
2
125
6,110
) = 3613421,12 (kWh).
b. Máy biến áp tự ngẫu :
Có ∆P
NC-T

260
5,0
260
+
) = 260 kW
∆P
NH
= 0,5.(-520 +
22
5,0
260
5,0
260
+
) = 780 kW.
∑
i
2
Ci
t.S
= 56,51
2
.8 + 51,79
2
.3 +61,85
2
.9 +58,66
2
.4 = 81786,44
∑

=365.24.120 +
2
250
365
(260. 81786,44+ 260. 18161,53+ 780. 162423,68) =
1051200 + 891633,345 = 1942833,345 (kWh).
Phương án II có tổng tổn thất điện năng của các máy biến áp trong một năm là :
∆A
II
= ∆A
B1
+ ∆A
B2
+ ∆A
B4
+ ∆A
B3
= 2. 1942833,345 + 3677525,458 + 3613421,12 = 11176613,27 (kWh).
2.2.4 .Tính dòng điện làm việc bình thường và dòng điện làm việc cưỡng
bức
I. Phương án I :
a. Các mạch phía cao áp 220 kV:
- Mạch đường dây :
I
bt
=
)(31,0
220.32
234,3
.32

I
cb
=
)(157,0
220.3
01,60
.3
kA
U
S
dm
C
==
+ Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu (S
Tmax
):
I
cb
=
)(315,0
220.3
120,02
.3
kA
U
S
dm
C
==
⇒I

I
cb
= 2.I
bt
=2.0,17= 0,34 (kA).
* Mạch máy biến áp nối bộ MFĐ - MBA hai dây quấn :
I
bt
=
)(62,0
110.3
65,117
.3
kA
U
S
dm
dmF
==
I
cb
= 1,05.I
bt
=1,05.0,62 = 0,65 (kA).
* Máy biến áp liên lạc :
- Cuộn trung của máy biến áp liên lạc khi làm việc bình thường :
I
bt
=
).(276,0

)(147,0
110.3
02,28
.3
kA
U
S
dm
T
==
⇒I
cb
= max (0,34 ; 0,65 ; 0,22 ; 0,147 ) = 0,65 (kA).
c. Các mạch phía 10,5 kV :
- Mạch máy phát :
I
bt
=
)(47,6
5,10.3
65,117
.3
kA
U
S
dm
dmF
==
I
cb