Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY ĐIỆN

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ ĐẠI HỌC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NMĐ
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Nhật Linh
Lớp: Đ7H2
Ngành: Hệ thống điện
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhất Tùng
TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
I, Các số liệu ban đầu
Thiết kế phần điện cho nhà máy thủy điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ máy
bằng PđmF = 54,4 MW. Hệ số tự dùng αTD = 2 %, cosφ = 0,8, (Smaxmưa = Smaxnhà máy, Smaxkhô
= 100% Smaxnhà máy). Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải hạ áp, trung
áp, cao áp và phát về hệ thống.
1, Phụ tải cấp điện áp máy phát UMPĐ = 11 kV
Pmax = 14 MW, cosφ = 0,87, gồm 2 kép x 5 MW, dài 2 km; và 2 đơn x 2 MW, dài
3km. Biến thiên phụ tải ghi trên bảng. Tại địa phương dùng máy cắt hợp bộ có dòng
điện định mức Icắt = 21 kA, tcắt = 0,7s và cáp nhôm, vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất là 70
mm2.
2, Phụ tải cấp điện áp trung UT = 110 kV
Pmax = 70 MW, cosφ = 0,87, gồm 2 kép x 30 MW và 2 đơn x 5 MW. Biến thiên phụ
tải ghi trên bảng.


P %UT(t)

70

80

90

100

80

90

80

70

P %UC(t)

90

90

90

80

80

em đã hoàn thành đồ án môn học của mình. Song do thời gian và kiến thức còn hạn
chế nên bài làm không tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy kính mong nhận được sự
góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để em có được những kinh nghiệm chuẩn bị cho
công việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 14 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Nhật Linh

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

2


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

CHƯƠNG 1:
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY
CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN
Khi thiết kế phần điện trong nhà máy điện người ta đã định trước số lượng và
công suất máy phát (MF), vậy chỉ cần chọn MF tương ứng theo đề bài cho trước. Ở
đây ta cần chọn MF thủy điện cho nhà máy thủy điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ
máy là 54,4 MW. Máy phát được chọn từ phụ lục 1, trang 114 – Thiết kế phần điện
nhà máy điện và trạm biến áp (PGS.TS.Phạm Văn Hòa). Các thông số ghi theo trong
bảng 1.1
1.1.

Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của máy phát điện

X’d

Xd

0,28

1,19

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
Trong nhiệm vụ thiết kế người ta thường cho công suất cực đại, hệ số công suất
cosφ và biểu đồ biến thiên hàng ngày công suất dạng phần trăm P%(t) đối với phụ tải
từng cấp điện áp, cũng như cho biểu đồ biến thiên phát công suất của toàn nhà máy,
lượng phần trăm điện tự dùng và hệ số công suất cosφ td. Dựa vào các số liệu trên để
xây dựng đồ thị công suất phát của toàn nhà máy, đồ thị pụ tải tự dùng, đồ thị phụ tải
điện áp các cấp và công suất phát về hệ thống. Các tính toán được trình bày cụ thể như
sau đây.
1.2.

Đồ thị phụ tải toàn nhà máy
Nhà máy thủy điện gồm 5 tổ máy phát, công suất mỗi tổ máy P dmF=54,4 MW,
cosφ=0,8. Vậy công suất của toàn nhà máy là:
1.2.1.

Ptnm = 5.54, 4 = 272( MW)

Vì theo đề bài cho là nhà mày thủy điện, có công suất phát của nhà máy vào mùa
mưa (180 ngày) và mùa khô (185 ngày) là 100% công suất định mức của toàn nhà
máy.
Ptnm ( mua ) = Ptnm ( kh ) = 272( MW)


STD =

Trong đó

α % n.PdmF
2 5.54, 4
.
=
.
≈ 6, 25( MVA)
100 cos ϕTD 100 0,87

STD – phụ tải tự dùng.
α% – lượng điện phần trăm tự dùng.
CosφTD – hệ số công suất phụ tải tự dùng.
n – số tổ máy phát.
PdmF – công suất định mức của 1 tổ máy phát.
Hình 1.2. Đồ thị phụ tải tự dùng

1.2.3.

Đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp
Công suất phụ tải ở các cấp điện áp được xác định theo công thức sau:
S (t ) =

Pmax P %(t)
.
( MW)
cos ϕ 100


14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

P %PC (t)

90
51,1
4

90
51,1
4

90

80

80

90

100

90


S 0 −5 =

70 70
.
= 56,32( MW)
0,87 100

Tiến hành tính toán tương tự cho các thời điểm còn lại, ta thu được bảng sau :
Bảng 1.2. Bảng biến thiên phụ tải cấp điện áp trung áp theo thời gian
t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

P %PT (t)

70

Tiến hành tính toán tương tự cấp điện áp 220kV, ta có :
Pmax = 14 MW
cosφ = 0,87
Công suất phụ tải tại thời điểm 0-5 (h) là:
S0−5 =

14 70
.
= 11, 26( MW)
0,87 100

Tiến hành tính toán tương tự cho các thời điểm còn lại, ta thu được bảng sau :
Bảng 1.2. Bảng biến thiên phụ tải cấp địa phương theo thời gian

t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22


11,26

Hình 1.5. Đồ thị phụ tải cấp địa phương

Đồ thị công suất phát về hệ thống
Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm (công suất phát bằng công
suất thu), không xét đến công suất tổn thất trong máy biến áp ta có :
Stnm (t ) + SVHT (t ) + SUC (t ) + SUT (t ) + STD (t ) + S DP (t ) = 0
1.2.4.

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

5


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVHT (t ) = Stnm (t ) − [ S PC (t ) + S PT (t ) + STD (t ) + S DP (t ) ]

Hay
Trong đó

SVHT(t) – công suất phát về hệ thống tại thời điểm t
Stnm(t) – công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t
SĐP(t) – công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t
SUC(t) – công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t
SUT(t) - công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t
Áp dụng công thức cho 5 giờ đầu (0÷5h), ta có:

SVHT(t),
MVA

215,03

204,57

197,33

194,16

210,25

194,11

198,08 215,03

Hình 1.6. Đồ thị công suất phát về hệ thống

Phụ tải thanh góp phía cao áp
Ở phía thanh góp cao (TBPP cao áp) đồng cấp điện cho phụ tải điện áp phía cao
và phát công suất thừ về hệ thống. Vậy công suất tổng tại đây, gọi là phụ tải thanh góp
cao áp STGC(t) sẽ được tính:
STGC (t ) = SVHT (t ) + SUC (t )
1.2.5.

Ta có bảng biến thiên đồ thị phụ tải thanh góp cao áp theo thời gian như
sau:

Bảng 1.4. Bảng biến thiên phụ tải thanh góp cao áp theo thời gian

255,70

245,24

254,90 266,16

Hình 1.7. Đồ thị phụ tải thanh góp cao áp
1.2.6.

Tổng hợp đồ thị phụ tải toàn nhà máy

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

6


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Theo các mục đã tính toán ở trên, ta được bảng tổng hợp đồ thị phụ tải các cấp
như sau:
Bảng 1.5. Bảng tổng hợp đồ thị phụ tải các cấp, MVA

Giờ

0÷5

5÷8


72,41
51,14

14÷17
6.25
13,68
13,68
80,46
64,37
45,45
45,45

16,09
72,41
51,14

14,48
64,37
56,82

11,26
56,32
51,14

204,57

197,33

194,16


250
200

STD

150

SDP

SUC

SUT

100

SUC

SUT

50

SVHT
STD

SDP

0

5


MVA

230

6,25

SĐP,
MVA

SPT,
MVA

SPC,
MVA

SVHT,
MVA

16,09

80,46

56,82

215,03

11,26

56,32


= 0,5
UC
220

Hệ số có lợi:
 Ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp để giảm tổn thất điện năng.
- Xét các tỉ số:
-

max
UUT
80, 46
=
= 1,17
U dmF 68, 75

min
UUT
56,32
=
= 0,82
U dmF 68, 75

;
Do dùng máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc nên ta có thể ghép 1 đến 2 bộ máy phát
– máy biến áp 2 cuộn dây ghép thẳng lên thanh góp phía trung.
-

Ta có:



B1

STD
F1

-

-

B2

STD

SDP

B3

STD

B4

B5

STD

F2
F3
F4
Hình 1.9. Sơ đồ nối điện phương án 1


220kV

B1

STD

STD
F1

-

B2

STD

B3

SDP

B4

110kV

B5

STD

STD


SPT
110kV

220kV

B1

B2

S

S

STD
F1

DP

F2

B3

STD

STD
F3

B4

F4

Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

HT

SPC

SPT

220kV

B1

STD

STD

STD
F1

B2

F2

F3

B3

110kV



Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP
PHÂN BỐ CÔNG SUẤT Ở CÁC CẤP ĐIỆN ÁP CỦA MBA
Việc phân bố công suất cho các MBA cũng như cho các cấp điện áp cho chúng
được tiến hành theo nguyên tắc cơ bản là: phân công suất cho máy biến áp trong sơ đồ
MF – MBA 2 cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ, phần thừa thiếu còn lại do
máy biến áp liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát bằng công
suất thu (phụ tải), không xét đến tổn thất trong máy biến áp. Nguyên tắc trên được đưa
ra để đảm bảo vận hành đơn giản, không cần chọn MBA trong sơ đồ bộ MF – MBA 2
cuộn dây loại không điểu chỉnh dưới tải, làm hạ vốn đầu tư đáng kể.
2.1.

2.1.1. MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây

Công suất của MBA này mang tải bằng phẳng trong suốt 24 giờ/ngày và được
tính theo công thức sau:
1 max
Sbo = SdmF − STD
n

Trong đó

n – số tổ máy.
max

SUT
S VHT

110kV

220kV

S bo

B1

STD
F1

S PT

S PC

B2

SPH

S PC

SPH

F2

B4


 ( t ) 1 (t )
 S PT = ( SUT − 2.Sbo )
2

(t )
(t )
(t )
 S PH = S PC
+ S PT



Trong đó:

(t )
UC

S
S

(t )
PC

,
,

(t )
UT

S


Bảng 2.1.Phân bố công suất cho 2 MBA B2, B3 theo thời gian

t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

S DP

11.26

13.68

12.87

13.68


64.37

72.41

80.46

64.37

72.41

64.37

56.32

STD

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25


67.50

67.50

67.50

67.50

S PC

99.33

94.10

90.48

86.06

94.10

88.87

93.70

99.33

S PT

-39.34


59.99

Dấu (-) thể hiện chiều công suất cuộn trung ngược chiều giả thiết (công suất truyền
từ trung sang cao).
Nhận xét: Công suất của MBA tự ngẫu được truyền từ phía hạ lên lên cuộn cao
và từ phía trung lên cuộn cao. Do đó cuộn nối tiếp sẽ mang tải nặng nhất.
b. Phương án 2
Giả sử chiều công suất như hình 2.2

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

15


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

HT

SUC

SUT
220kV

S bo

S PT



B5

B4
SPH

STD

STD

SDP
F4

F5

Hình 2.2.. Sơ đồ phân bố công suất phương án 2
Ta có:
 (t ) 1 (t )
(t )
 S PC = 2 ( SVHT + SUC − 2.Sbo )

 (t ) 1 (t )
 S PT = ( SUT − Sbo )
2

(t )
(t )
(t )
 S PH = S PC
+ S PT


(t )
S PH

- công suất các phía cao, trung, hạ cả máy biến áp tại

thời điểm t.
(t )
SVHT

- công suất phát về hệ thống tại thời điểm t.
Áp dụng công thức (2.2), ta có bảng sau:
Bảng 2.2.Phân bố công suất cho 2 MBA B3, B4 theo thời gian

t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22


45.45

51.14

56.82

51.14

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

16


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

SUT

56.32

64.37

72.41

80.46

64.37

72.41


194.16

210.25

194.11

198.08

215.03

Sbo

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

S PC


-1.57

-5.59

S PH

59.99

58.79

59.19

58.78

58.78

57.58

58.39

59.99

Nhận xét: Công suất của MBA tự ngẫu được truyền từ phía hạ lên lên cuộn cao
và cuộn trung. Do đó cuộn hạ sẽ mang tải nặng nhất.
2.1.3. Chọn loại và công suất định mức của MBA

Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng. trong hệ thống điện tổng công suất các
MBA rất lớn và bằng khoảng 4 – 5 lần tổng công suất của các máy phát điện. do đó
vốn đầu tư cho MBA cũng rất nhiều. yêu cầu đặt ra là phải cọn số lượng MBA ít và

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

Điện áp cuộn
dây
UC
UH
242
10,5
115
10,5

U%N

I%

∆PN

∆P0

11
10,5

0.6
055

320
310

80
70

10,5
055
310
70
Đối với MBA này ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi một trong hai
phần tử MPĐ hay MBA bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc trong điều kiện sự
cố. Cũng chính vì lý do này chỉ cần dùng máy cắt (MC) phía cao áp là đủ, phía
hạ áp chỉ cần dùng dao cách ly (DCL) phụ cho sửa chữa.
MBA

Loại
máy

Sđm
(MVA)

2. Máy biến áp liên lạc:
a. Loại MBA có điều chỉnh dưới tải

-

Tất cả các phía của MBA mang tải không bằng phẳng nên có nhu cầu điều chỉnh
điện áp tất cả các phía. Nếu dùng TDK chỉ điều chỉnh được phía hạ, nên cần có kết
hợp với điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc thì mới điều chỉnh điện áp tất cả các
phía.
b. Công suất định mức:
Nguyên tắc chung:
Đối với MBA 3 cuộn dây thông thường lõi từ cũng như cuộn dây của ba cấp đều thiết
kế 100% công suất định mức của MBA. Vậy để chọn được công suất định mức cho
chúng trước hết phải xác định được công suất tải lớn nhất trong suôt 24 giờ trong số

18


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

SdmTN ≥

⇒ S dmTN ≥

max
Sthua
S
≈ dmF
α
α

S dmF 68,75
=
= 137,5( MVA)
α
0,5

Tra Phụ lục 2 – thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp (PGS.TS
Phạm Văn Hóa) ta chọn MBA có thông số sau:
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật MBATN (B2, B3 đối với phương án 1 và B3,B4 đối
với phương án 2)

Loại

11
0,5
c. Kiểm tra quá tải của MBA khi sự cố
Đối với MBA liên lạc khi sự cố một trong các MBA trong sơ đồ thì MBA liên
lạc còn lại phải mang tải nhiều hơn cùng với sự huy động công suất dự phòng của hệ
thống thì mới có thể đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải các cấp cũng như phát về
hệ thống lúc bình thường.
Quá tải sự cố tối đa cho phép như sau: k qtsc = 1,4 với điều kiện làm việc không
quá 6 giờ trong ngày và không được quá 5 ngày đêm liên tục.
A. Phương án 1
1, Sự cố 1: Hỏng 1 MBATN (B3) khi phụ tải phía trung cực đại
max
UT max
UT max
UT max
SUT
S DP
, SUC
, SVHT
Ứng với
ta có
tại các thời điểm như sau:
max
SUT
Bảng 2.6: Tổng hợp công suất các cấp ứng với

Giờ

max
SUT


19


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

max
 S PT = SUT
− 2.SboB 4 = 80, 46 − 2.67,5 = −54,54( MVA)

UT max
UT max
S DP
STD
13,68 6, 25

−
= 68,75 −
−
= 60, 66( MVA)
 S PH = S dmF −
2
5
2
5

 S PC = S PH − S PT = 60,66 − ( −54,54) = 115, 2( MVA)


B4

B5

STD

STD

SDP

STD

F1

B3

67,5

F3

F4

STD
F5

Hình 2.3 : Phân bố lại công suất khi sự cố 1 (phương án 1)

- Tải tự ngẫu chế độ cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất
- Ta có


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

2, Sự cố 2: Hỏng 1 MBATN (B3) khi phụ tải phía trung cực tiểu
min
UT min
UT min
UT min
S PT
S DP
, SUC
, SVHT
Ứng với
ta có
tại các thời điểm như sau:
min
SUT
Bảng 2.6: Tổng hợp công suất các cấp ứng với

Giờ

min
SUT

U T min
S DP

UT min
S PC

UT min
S DP
STD
11, 26 6, 25

S
=
S
−
−
= 68, 75 −
−
= 61,87( MVA)
 PH
dmF
2
5
2
5

 S PC = S PH − S PT = 61,87 − ( −78,68) = 140,55( MVA)


(Dấu – chỉ chiều công suất đi từ trung sang cao).

HT

SUC

SUT

F2

STD

STD

SDP
F3

F4

STD
F5

Hình 2.4 : Phân bố lại công suất khi sự cố 2 (phương án 1)

- Tải tự ngẫu chế độ cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

H
⇒C
T 

21


Thiết kế phần điện nhà máy điện

- Ta có

S DP
, SUC
, SVHT
Ứng với
ta có
tại các thời điểm như sau:
max
SUT
Bảng 2.7: Tổng hợp công suất các cấp ứng với
max
SUT
(MVA)

Giờ

UT max
S DP
(MVA)

UT max
S PC
(MVA)

UT max
SVHT
(MVA)

11÷14
80,46
13,68

UT max
UT max
S DP
STD
13,68 6, 25

S
=
S
−
−
= 68,75 −
−
= 60,66( MVA)
 PH
dmF
2
5
2
5

 S PC = S PH − S PT = 60,66 − 6, 48 = 54,18( MVA)



(

)

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

B1

STD
F1

B2
60,66

STD

SDP

F2

B4

B3

60,66

B5

STD

STD
F3

F4

STD

 Kết luận: Máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu.

B. Phương án 2
Tương tự như phương án 1, ta lần lượt xét các trường hợp sự cố nặng nề nhất
để kiểm tra quá tải MBA. Ở đây ta xét 3 trường hợp sự cố sau:
1, Sự cố 1: Hỏng 1 MBATN (B4) khi phụ tải phía trung cực đại
SV: NGUYỄN NHẬT LINH

23


Thiết kế phần điện nhà máy điện

Ứng với

max
SUT

ta có

TS. Nguyễn Nhất Tùng

UT max
UT max
UT max
S DP
, SUC
, SVHT

tại các thời điểm như sau:


194,16

- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cung cấp đủ cho phụ tải phía trung:
max
kqtsc .α .S dmBTN + SboB 5 ≥ SUT

⇔ 1, 4.0,5.160 + 67,5 = 179,5( MVA) > 80, 46(MVA)

=> thỏa mãn

- Phân bố công suất sau sự cố :
max
 S PT = SUT
− SboB 5 = 80, 46 − 67,5 = 12,96( MVA)

UT max
UT max
S DP
STD
13,68 6, 25

−
= 68,75 −
−
= 60, 66( MVA)
 S PH = S dmF −
2
5
2


67,5

47,7

B3

STD
F2

F3

B4

B5

STD

STD

SDP
F4

F5

Hình 2.6: Phân bố lại công suất khi sự cố 1 (Phương án 2)

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

24

Kiểm tra điều kiện:
=> Thỏa mãn
2, Sự cố 2: Hỏng 1 MBATN (B4) khi phụ tải phía trung cực tiểu
min
UT min
UT min
UT min
S PT
S DP
, SUC
, SVHT
Ứng với
ta có
tại các thời điểm như sau:
min
SUT
Bảng 2.6: Tổng hợp công suất các cấp ứng với

Giờ

min
SUT

U T min
S DP

UT min
S PC

0 ÷5

STD
11, 26 6, 25

−
= 68, 75 −
−
= 61,87( MVA)
 S PH = S dmF −
2
5
2
5

 S PC = S PH − S PT = 61,87 − ( −11,18) = 73,05( MVA)


(Dấu – chỉ chiều công suất đi từ trung sang cao).

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

25