Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm
biến áp
Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện
Công suất : 240MW
chơng I
tính toán phụ tải và cân bằng công suất
1.1. Chọn máy phát điện
Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện gồm 4 tổ máy công suất mỗi máy là
60 MW.
Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng nh vận hành ta chọn các máy phát
điện cùng loại:
Chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi có các thông số sau:
Loại máy
S
MVA
P
MW
U
kV
I
kA
Cos
X
d
X
d
X
d
TB-60-2
75 60 10,5 4,125 0,8 0,146 0,22 1,691
1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

.
100
%
)( P
P
tP
=


Cos
tP
tS
)(
)(
=
Sau khi tính toán ta có bảng số liệu:
t(h) 0--8 814 1420 20--24
P% 60 90 100 70
P(MW) 4,8 7,2 8 5,6
S(MVA) 5,58 8,37 9,3 6,5
Đồ thị phụ tải địa phơng:
Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn
1
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm
biến áp
s
(MW)
t
(h)
0

=
Kết quả tính toán cân bằng công suất ở phụ tải trung áp:
Thời gian 0--7 7--14 14--20 20--24
P% 70 90 100 70
P(MW) 84 108 120 84
S(MVA) 97,67 125,58 139,53 97,67
Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung áp:
s(MW)
t(h)
0
7
14
20
24
97,67
125,58
139,53
97,67
+ Phụ tải toàn nhà máy:
Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn
2
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm
biến áp
P
max
= 240 (MW); cos = 0,8

max
100
%

Nhà máy nhiệt điện thiết kế có lợng điện tự dùng chiếm 7% công suất định
mức của toàn nhà máy.
Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm có thể tính theo biểu thức sau:









+=
nm
nmtd
S
tS
StS
)(
6,04,0
100
%
)(

Trong đó:
S
td
(t): Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t
S
NM

15,54
1.2.3. Công suất phát về hệ thống
Công suất của nhà máy phát về hệ thống đợc tính theo công thức:
S
HT
(t) = S
NM
(t) [S
đf
(t) + S
T
(t) + S
td
(t)]
Sau khi tính toán ta có bảng kết quả:
t (h)
công suất
0 - 7 7 - 8 8 - 14 14 -20 20-24
S
NM
(t) (MVA) 210 240 240 300 210
S
đf
(t) (MVA) 5,58 5,58 8,37 9,3 6,5
S
T
(t) (MVA) 97,67 125,58 125,58 139,53 97,67
S
td
(t) (MVA) 15,54 16,8 16,8 19,32 15,54

biến áp
chơng 2
chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện
2.1. Đề xuất các phơng án
Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong
quá trình thiết kế nhà máy điện. Các phơng án phải đảm bảo độ tin cậy cung
cấp điện cho phụ tải, đồng thời thể hiện đợc tính khả thi và đem lại hiệu quả
kinh tế.
Dựa vào số liệu tính toán phân bố công suất đồ thị phụ tải các cấp điện áp
chúng ta vạch ra các phơng án nối điện cho nhà máy.
Theo kết quả tính toán cân cằng công suất ở chơng 1 ta có:
+ Phụ tải địa phơng:
S
max
= 9,3 (MVA)
S
min
= 5,58 (MVA)
+ Phụ tải trung áp:
S
Tmax
= 139,53 (MVA)
S
Tmin
= 97,67 (MVA)
+ Công suất phát vào hệ thống:
S
HTmax
= 131,85 (MVA)
S

2.1.2. Phơng án 2
Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn
7
~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm
biến áp
Phơng án này có u điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp
điện áp.
Nhợc điểm của phơng án là so với phơng án 1 thì bộ máy biến áp - máy
phát điện có B
4
phải chọn với cấp điện áp cao 220 (kV).
2.1.3. Phơng án 3
Phơng án này có u điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp
điện áp.
Nhợc điểm của phơng án là điện áp bên cao và bên trung không chênh
nhau nhiều nên việc sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc không có hiệu
quả là bao. Trong khi đó bên cao dùng 2 bộ MF-MBA là tốn kém ,số lợng máy
biến áp nhiều.
Nhận xét:
Qua phân tích sơ bộ các phơng án đa ra ta nhận thấy phơng án 1và phơng
án 2 có nhiều u điểm hơn. Vì vậy ta giữ lại hai phơng án này để tính toán kinh
tế, kỹ thuật từ đó chọn một phơng án tối u nhất cho nhà máy thiết kế.
2.2. Tính toán chọn MBA
2.2.1. Phơng án 1:
Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn
8
~ ~~ ~
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ nhµ m¸y ®iÖn vµ tr¹m

0
(kW)
∆P
n
(kW)
Un% I
0
% Lo¹i
80 115 10,5 70 310 10,5 0,55
TP ДцH
80000/110
b. Chän c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p tù ngÉu B
1
, B
2
C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p tù ngÉu ®îc chän theo ®iÒu kiÖn:

thdmbdmb
SSS
⋅≥=
α
1
21






−−∑=

th
=






=

)(76,13438,67
5,0
11
21
MVASSS
thdmBdmB
===

Tra tài liệu Thiết kế nhà máy điện ta chọn máy biến áp tự ngẫu loại
ATTH có S
đm
= 160 (MVA), với các thông số cơ bản sau:
U
C
U
T
U
H
P
0

= 70,17 (MVA)
Đồ thị phụ tải của B
3
và B
4
:
Ta thấy S
B3
= S
B4
= 70,17 < S
đmB3
= 80 (MVA). Vậy ở điều kiện làm việc
bình thờng máy biến áp B
3
và B
4
không bị quá tải.
Đối với các máy biến áp tự ngẫu B
1
và B
2
công suất truyền tải lên các cấp
điện áp đợc tính theo công thức sau:
+ Công suất truyền tải lên cao áp mỗi máy là:
S
CB1
= S
CB2
=

HB2
= S
CB1
+ S
TB1
= S
CB2
+S
TB2
Dựa vào bảng phân bố công suất toàn nhà máy ta tính đợc công suất truyền
tải lên các cấp điện áp cho từng thời điểm, theo các công thức trên ta có:
S
MVA
0--7 7--8 8--14 14--20 20--24
S
B3
=S
B4
70,17 70,17 70,17 70,17 70,17
S
C(B1,B2)
45,61 46,02 44,63 65,93 45,16
S
T(B1,B2)
-21,36 -7,38 -7,38 -0,41 -21,36
S
H(B1,B2)
24,24 38,64 37,25 65,52 23,8
Qua bảng phân bố trên ta nhận thấy:
S

Tmax
= 139,53 MVA
Khi đó S
HT
= 131,85 MVA S
UF
= 9,3 MVA
Ta xét các sự cố sau:
Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn
11
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm
biến áp
- Sự cố B4 (hoặc B3)
- Điều kiện kiểm tra sự cố:
Khi sự cố máy biến áp B4 (hoặc B3) mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải
tải một lợng công suất là:
S =
2
17,7053,139
2
)S - (S
B3Tmax

=
= 34,68 MVA
- Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợng công suất là:
S
B1(B2)
= .S
đmB

4
1
S
tdmax
= 75 -
2
1
.9,3 -
4
1
.19,32 = 65,52 MVA
Lợng công suất phát lên phía cao của MBA B1 (B2)
S
CB1(B2)
= S
HB1(B2)
- S
TB1(B2)
= 65,52 34,68 = 30,84 MVA
Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu
so với lúc bình thờng là:
S
thiếu
=
220
TG
S
- (S
CB1
+ C

đmB
= 0,5.160 = 80 MVA
Ta thấy: S
B1(B2)
= 80 > 0,81 MVA
Công suất định mức của máy biến áp lớn hơn công suất thực cần phải tải
khi sự cố:
Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải.
- Phân bố công suất khi sự cố MBA B1:
Công suất trên cuộn trung của B1 (B2) là:
S
TB1(B2)
= 139,53 - (2ì70,17) = -0,81 MVA
Lợng công suất từ máy phát F2 cấp lên phía hạ của B2 là:
S
HB2
= S
đmF
- S
UF
-
4
1
S
tdmax
= 75 - 9,3 -
4
1
.19,32 = 60,87 MVA
Lợng công suất phát lên phía cao của MBA B2:

Các máy biến áp đã chọn cho phơng án 1 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải.
4. Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp
Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần:
- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn
thất không tải không tải của nó.
- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp.
Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn
dây trong một năm:
A
2cd
= P
0
.t + P
N
2
dm
b
S
S








.t
Đối với máy biến áp tự ngẫu:

b
: Công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời
gian t
i
.
P
NC
= 0,5











+


2
HNT
2
HNC
TNC
PP
P
= 0,5

+


2
HNC
2
HNT
TNC
PP
P
= 0,5








+
22
5,0
380.5,0
5,0
380.5,0
380
=190
P
NH
= 0,5





+
380
5,0
380.5,0
5,0
380.5,0
22
= 570
Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính
tổn thất điện năng trong các máy biến áp nh sau:
Máy biến áp ba pha hai cuộn dây:
Máy biến áp B3 và B4 luôn cho làm việc với công suất truyền tải qua nó
S
b
= 70,17 MVA trong cả năm. Do đó
A
B3
= A
B4
= 8760 (70+ 310
2
2
80
17,70
) = 2702,442.10
3

+ (190.63,15
2
+ 190.(-26,55)
2
+ 570.36,6
2
).2 +
+ (190.59,7375
2
+ 190.(-26,55)
2
+ 570.33,1875
2
).2 +
+ (190.88,8375
2
+ 190.(-26,55)
2
+ 570.62,2875
2
).2 +
+ (190.84,325
2
+ 190.(-21,55)
2
+ 570.62,775
2
).2 +
+ (190.69,775
2

A


= A
B1
+ A
B2
+ A
B3
+ A
B4
= 2. 1648,72.10
3
+ 2. 2702,442.10
3
= 8702,324.10
3
KWh.
2.2.2. Phơng án II
Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn
15
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm
biến áp
1. Chọn máy biến áp
Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây:
S
đmB3, B4
S
đmF
= 75 MVA

MVASSS
thdmBdmB
===

Từ đó ta có bảng tham số máy biến áp cho phơng án 2 nh sau:
Cấp
điện áp
khu
vực
Loại
S
đm
MVA
Điện áp
cuộn dây KV
Tổn thất KW U
N
%
I%
P
0
P
N
C-T C-H
T-
H
C T H A C-T C-H T-H
220
T
80 242 - 10,5 80 - 320 - - 11 - 0,6

T
(t) =
2
1
(S
T
- S
B3
)
Phía cao: S
C
(t) =
2
1
(S
HT
- S
B4
)
Phía hạ: S
H
(t) = S
T
(t) + S
C
(t)
Ta có bảng phân bổ công suất:
3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp
Công suất định mức của MBA chọn lớn hơn công suất thừa cực đại
nên không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thờng.

T
13,75 27,71 27,71 34,68 13,75
S
H
24,27 38,65 37,25 65,52 23,8
17
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm
biến áp
Sự cố B3
Khi sự cố máy biến áp B4 mỗi máy biến áp tự ngẫu cần phải tải một l-
ợng công suất là:
S =
2
53,139
2
max
=
T
S
= 69,77 MVA
Thực tế mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải đợc một lợng công suất là:
S
B2(B3)
= S
đmB
= 0,5.160= 80 MVA
Ta thấy: S
đmB2
= 80 > 69,77 MVA
Do vậy nên máy biến áp không bị quá tải.

1
S
tdmax
= 75 0,5.9,3 - 0,25.19,32 = 65,52 MVA
Lợng công suất phát lên phía cao của B1 (B2):
S
CB1(B2)
= S
HB1(B2)
- S
TB1(B2)
= 65,52 - 69,77 = -4,25 MVA
Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát vào hệ thống là:
S
B4
+ (S
CB1
+ S
CB2
) = 70,17 + 2.(-4,25) = 61,67 MVA
Lợng công suất toàn bộ nhà máy phát lên thanh góp cao áp còn thiếu
so với lúc bình thờng là:
S
thiếu
=
220
TG
S
- 61,67 = 131,85 - 61,67 = 70,18 MVA
- Công suất dự trữ của hệ thống là S

ợng công suất:
S
TB2(B3)
= S
Tmax
- S
B4
= 139,53 70,17 = 69,36 MVA
- Lợng công suất từ máy phát F
2
cấp lên phía hạ của B
2
:
S
HB2(B3)
= S
đmF
- S
UF
-
4
1
.S
tdmax
= 75 - 9,3 -
4
1
.19,32 = 60,87 MVA
- Lợng công suất phát lên phía cao của B2:
S

thoả mãn điều kiện.
Kết luận:
Các máy biến áp đã chọn cho phơng án 1 hoàn toàn đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật, làm việc tin cậy, không có tình trạng máy biến áp làm việc quá tải.
4. Tính toán tổn thất điện năng tổng các máy biến áp
Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần:
- Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn
thất tải của nó.
- Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp.
Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn
dây trong một năm:
A
2cd
= P
0
.T + P
N
2
dm
b
S
S









S
.ti)
Trong đó:
S
Ci
, S
Ti
. S
Hi
: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp tự
ngẫu trong tổng thời gian ti.
S
b
: công suất tải qua mỗi máy biến áp hai cuộn dây trong khoảng thời
gian ti.
P
NC
= 0,5.











+

TNC
PP
P
P
NH
= 0,5.














TNC
2
HNC
2
HNT
P
PP
Dựa vào bảng thông số máy biến áp và bảng phân phối công suất ta tính
tổn thất điện năng trong các máy biến áp nh sau:
Máy biến áp ba pha hai cuộn dây





+
2
2
80
17,70
32080
= 2857,437.10
3
KWh
A
B3
= 8760.








+
2
2
80
17,70
31070





+
22
5,0
190
5,0
190
380
= 190 KW
P
NH
= 0,5






+
380
5,0
190
5,0
190
22
= 570 KW
Từ đó ta có: A = P

+ 190.(18,45)
2
+ 570.45,83
2
).2 +
+ (190.23,96
2
+ 190.(18,45)
2
+ 570.42,41
2
).2 +
+ (190.53,06
2
+ 190.(18,45)
2
+ 570.71,51
2
).2 +
+ (190.48,55
2
+ 190.(28,45)
2
+ 570.77
2
).2 +
+ (190.34
2
+ 190.(28,45)
2

= A
B1
+ A
B2
+ A
B3
+ A
B4
= 2ì1449,044.10
3
+ 2702,442.10
3
+ 2857,437.10
3
= 8457,967.10
3
KWh
Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn
21
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện và trạm
biến áp
Chơng 3
Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị
của sơ đồ nối điện chính các phơng án
A. Tính toán ngắn mạch.
Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và
dây dẫn của nhà máy đảm bảo các chỉ tiêu ổn định động và ổn định nhiệt khi
ngắn mạch.
Khi chọn sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ
điện cần chọn 1 chế độ làm việc nặng nề nhất nhng phải phù hợp với điều kiện

E
X
HT
HT
F
X
X
T
H
X
X
31
X
C
T
X
3 4
F
X
FF
X
B4
X
B4
X
N1
N1
N1
N1
D

= 0,026
X
D
=
22
0
230
100
.98.4,0.
2
1
...
2
1
=
TB
cb
U
S
LX
= 0,037
Điện kháng máy phát.
X
F
= X
d
.
dmF
cb
S

C
=
( )
dmF
cb
HNTHNCTNC
S
S
.UUU
200
1

+
=
( )
160
100
.203211
200
1
+
= 0,0718
+ Điện kháng cuộn trung áp
X
T
=
( )
dmB
cb
HNTHNCTNC

+
=
( )
160
100
.112032
200
1
+
= 0,128
3.1.3. Tính toán ngắn mạch theo điểm
a. Tính dòng ngắn mạch tại N1
Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện
thiết kế.
Sơ đồ thay thế:
Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn
24
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ nhµ m¸y ®iÖn vµ tr¹m
biÕn ¸p
1
E
X
F
2
E
X
F
F
3
X

X
1
= X
HT
+ X
D
= 0,026 + 0,037 = 0,063
X
2
= X
CB1
// X
CB2
=
2
0718,0
2
=
C
X
= 0,036
X
3
= (X
HB1
+ X
F1
) // (X
HB2
+ X