Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
nhiệm vụ thiết kế
Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là
100 MW. Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát, phụ
tải điện áp trung và phát công suất thừa lên hệ thống 220 kV.
1. Phụ tải điện áp máy phát 10 kV:
P
max
= 12 MW; cos = 0,87
Gồm 4 đờng dây kép ì 3 MW ì 3 km
Biến thiên phụ tải theo thời gian :
Thời gian 0 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24
P(%) 70 80 100 70
Tại trạm địa phơng đặt máy cắt hợp bộ có dòng cắt 20 kA, thời gian cắt là
0,4 sec, dùng cáp nhôm tiết diện bé nhất là 50 mm
2
.
Điện tự dùng của nhà máy là 5%.
2. Phụ tải điện áp trung 110 kV:
P
max
= 180 MW; cos = 0,85
Gồm 3 đờng dây kép
Biến thiên phụ tải theo thời gian :
Thời gian 0 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24
P(%) 80 90 100 80
3. Phụ tải toàn nhà máy :
Thời gian 0 - 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24
P(%) 70 80 100 70
4. Hệ thống :

thống điện trớc khi xâm nhập thực tế...
Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hớng dẫn : PGS TS Nguyễn Hữu Khái
đã hớng dẫn em tận tình, giúp em hoàn thành bản đồ án này.
Sinh viên
Nguyễn Tuấn Hiệp
CHƯƠNG I
TíNH TOáN PHụ TảI & cân bằng công suất
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 2 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đất nớc ta đang trên đà phát triển mạnh theo con đờng 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 nớc. Số hộ dùng điện và lợng 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 ngời ta sử dụng các phơng pháp thống kê, lập nên
đồ thị phụ tải để từ đó lựa chọn phơng thức vận hành, sơ đồ nối điện hợp lý.
Trong nhiệm vụ thiết kế, ngời ta thờng cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các
cấp điện áp và hệ số công suất của phụ tải tơng 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 thờng vẽ theo công suất biểu
kiến S (MVA) để có đợc độ chính xác hơn vì hệ số công suất của phụ tải ở các
cấp điện áp thờng khác nhau. Nh vậy, dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp

% (t) =
100.
P
)t(P
max
P (t) =
max
P.
100
)t%(P
; S (t) =

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 : là hệ số công suất phụ tải.
1. Phụ tải điện áp máy phát (địa phơng) :
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 3 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
U
đm
= 10 KV ; P
max
= 12 MW ; Cos = 0,87

; S (t) =

Cos
)t(P
.
- Kết quả tính toán cân bằng công suất ở phụ tải trung áp :
t (h)
công suất
0 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24
P % (t)
80 90 100 80
P (t) (MW)
144 162 180 144
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 4 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
S (t) (MVA)
169,41 190,59 211,76 169,41
- Đồ thị phụ tải trung áp :
S (MVA)
211,76
190,59
169,41 169,41

t(h)

.
- Ta có bảng tính toán cân bằng công suất ở phụ tải toàn nhà máy :
t (h)
công suất
0 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24
P % (t)
70 80 100 70
P (t) (MW)
280 320 400 280
S (t) (MVA)
329,41 376,47 470,6 329,41
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 5 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
- Đồ thị phụ tải toàn nhà máy :
S (MVA)
470,6

376,47
329,41 329,41

t(h)
0 7 14 20 24
4. Công suất tự dùng :
- Xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau :

(t)
329,41 376,47 470,6 329,41
S
td
(t)
19,29 20,71 23,53 19,29
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 6 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
- Đồ thị phụ tải tự dùng :

S (MVA)
23,53

20,71
19,29 19,29
t(h)
0 7 14 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) (MVA) 19,29 20,71 23,53 19,29
S
HT
(t) (MVA)
131,05 154,14 221,52 131,05
Theo các số liệu từ bảng trên, ta có đồ thị phụ tải tổng hợp sau :
S (MVA)
470,6

376,47
329,41 329,41

Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 7 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
221,52

190,59 211,76
169,41 169,41
154,14
131,05 131,05
23,53
19,29 20,71 19,29
13,79
9,66 11,03 9,66

t(h)


đfmax
= 13,79 MVA
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 8 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Với: S
đmF
= 117,65 MVA.
- Ta có :

dmF
maxdf
S
S
=
65,117
79,13
= 0,117.
Công suất địa phơng cực đại (S
đfmax
) chỉ bằng 11,7 % công suất định mức phát
(S
đmF
).
* Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh 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.
ch ơng ii

công suất không quá 15 % công suất bộ.
- Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ nh vậy
sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống.
- Cả phía cao và trung áp đều có trung tính trực tiếp nối đất nên ta sử dụng máy
biến áp tự ngẫu để liên lạc.

Từ đó ta đề xuất các phơng án :
B. Các ph ơng án :
1. Phơng án I :
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 10 -
F3F1 F2 F4
220 KV
HT
S
T
110 KV
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
+ Ưu điểm :
Giảm đợc 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 nh vận hành, độ tin
cậy cao, cung cấp điện đảm bảo .
+ Nhợc điểm :
Có một phần công suất truyền qua hai lần biến áp làm tăng tổn thất công suất.
Nhng 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.

220 KV 110 KV
S
T
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Nhận xét :
Tất cả các bộ máy phát điện máy biến áp đều nối vào thanh góp điện áp
cao (220 kV) .Hai máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc và truyền công suất sang
cho thanh góp điện áp trung. Khi xảy ra sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên
lạc, máy biến áp tự ngẫu còn lại không đảm bảo đủ cung cấp cho phụ tải điện áp
bên trung (110 kV).
Số lợng và chủng loại máy biến áp nhiều nên không có lợi về mặt kinh tế và
gây khó khăn trong tính toán thiết kế cũng nh trong vận hành, sửa chữa.
* Kết luận :
So sánh 3 phơng án :
- Hai phơng án đầu đều có u điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các
cấp điện áp và có cấu tạo tơng đối đơn giản, dễ vận hành.
- Phơng 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 phơng án I & II có nhiều u điểm hơn, đảm bảo độ an toàn ,
độ tin cậy, cung cấp điện ổn định , dễ vận hành ... nên ta chọn hai phơng án này
để so sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phơng án tối u.
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 ữ 5 lần tổng công suất các máy
phát điện. Do đó vốn đầu t cho máy biến áp cũng rất nhiều. Yêu cầu đặt ra là phải
chọn số lợng 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 đợc bằng cách thiết kế hệ thống điện

đmF
; : Hệ số có lợi ; (
5,0
220
110220
U
UU
C
TC
=

=

=
)
- Ta có : S
đmB

65,117.
5,0
1

= 235,3 (MVA).
- Bảng tham số máy biến áp cho phơng án I :
Loại
MBA
S
đm
MVA
U

110 KV
S
T
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
2. Phân phối công suất : các máy biến áp và các cuộn dây :
+ Các bộ máy phát máy biến áp hai cuộn dây vận hành với phụ tải bằng phẳng
suốt trong năm :
S
BT
= S
đmF
-
4
1
.S
tdmax
= 117,65 -
4
1
.23,53 = 111,77 (MVA)
+ Công suất truyền qua máy biến áp tự ngẫu :
- Công suất truyền qua cuộn cao :
S
c
(t) =
2
1
.S
HT

220 S
c
65,53 77,07 110,76 65,53
110 S
t
- 27,07 - 16,47 - 5,89 - 27,07
10,5 S
h
38,46 60,6 104,87 38,46
3. Kiểm tra quá tải :
* Khi làm việc bình thờng :
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 thờng .
* Khi sự cố :
a. Sự cố một bộ máy phát máy biến áp bên trung :
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 15 -
50
F1
F2
50
54,87 54,87
HT
220 KV
F3 F4
S
T
= 211,76
110 KV

SS



S
đmTN

4,1.5,0.2
77,11176,211


= 71,42 (MVA)
S
đmTN
= 250 (MVA) > 71,42 (MVA) thỏa mãn điều kiện sự cố .
+ Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố :
- Công suất qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu:
S
T
=
2
1
.(S
Tmax
S
BT
) =
2
1
.(211,76 111,77) = 50 (MVA)

Lợng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200 MVA) nên máy
biến áp đã chọn thoả mãn .
b. Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc (
maxT
S
):
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 16 -
104,87 104,87
111,77
97,98
220 KV
F1 F2
HT
F3 F4
109,76
- 11,78
S
T
= 211,76
110 KV
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
+ Điều kiện kiểm tra sự cố :
.K
qt
.S
đmTN
S

- Công suất truyền qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu :

).MVA(98,9779,1353,23
4
1
65,117SS
4
1
SS
dftddmFH
===
- Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu :

).MVA(76,109)78,11(98,97SSS
THC
===
- Khi đó, công suất phát lên hệ thống là 221,52 (MVA), vì thế lợng công suất
thiếu là :
S
thiếu
=
).MVA(76,11176,10952,221SS
CHT
==
- Lợng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200MVA) nên máy
biến áp đã chọn thoả mãn .
2.2.2. Phơng án II :
- Sơ đồ nối dây :
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ

1

= 235,3 (MVA).
- Bảng tham số máy biến áp cho phơng án II :
Loại
MBA
S
đm
MVA
U
đm
(KV) U
N
%
C T H C-
T
C-H T-
H
P
0
P
N
C-T C-H T-H
I
0
%
T
125
121 _ 10,5 _ 10,5 _ 100 _ 400 _ 0,5
T

1
)t(S
=
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 18 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
- Công suất truyền qua cuộn trung:

[ ]
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)

105,88
105,88
220 KV
110 KV
S
T
= 211,76
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
- Bộ máy phát điện máy biến áp hai dây quấn :

tddmFB
S
4
1
SS
=
= 117,65
4
1
.23,53 = 111,77 (MVA).
+ Điều kiện kiểm tra sự cố :
2
maxTdmTNqt
SS.K


)MVA(26,151
4,1.5,0.2
76,211

53,23
4
1
65,117S
2
1
S
4
1
SS
dftddmFH
===
- Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu là :

).MVA(01,188,10587,104SSS
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), công suất còn thiếu là :
S
thiếu
=
[ ]
).MVA(77,111.77,111)01,1.(252,221)SS2(S
BCHT
=+=+
- Lợng 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

B

)MVA(84,142
4,1.5,0
77,11176,211
K
SS
S
qt
BmaxT
dmTN
=

=



Máy biến áp đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải vì
.84,142250S
dmB
>=
- Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA trong điều kiện sự cố :
- Công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp :

).MVA(10077,11176,211SSS
BmaxTT
===
- Công suất truyền qua cuộn hạ của máy biên áp :

).MVA(98,9779,1353,23

+ 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
o
.t +

++
)t.S.Pt.S.Pt.S.P(.
S

- 21 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
* 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






P
N.T
= 0,5.(P
N.C-T
-
)
PP
2
HT.N

B
=111,77(MVA)
trong cả năm , do đó :
A
B
= 8760.(100 + 400.
2
2
125
77,111
) = 3677525,458(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.
P
NC
= 0,5.(520 +
22
5,0
260

2
.7 + 77,07
2
.7 + 110,76
2
.6 + 65,53
2
.4 = 162421,1498.

i
2
Ti
t.S
= (-27,07)
2
.7 + (- 16,47)
2
.7 + (- 5,89)
2
.6 + (- 27,07)
2
.4 = 10167,6128.

i
2
Hi
t.S
= 38,46
2
.7 + 60,6

B4
=2 .3677525,458 + 2 . 1805055,064 =10965161,04 (KWh).
II. Phơng 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
=111,77 (MVA)
trong cả năm , do đó :
Máy biến áp 4 bên trung áp :
A
B4
= 8760.(100 + 400.
2
2
125
77,111
) = 3677525,458 (KWh).
Máy biến áp 3 bên cao :
A
B3
= 8760.(115 +380.
2
2
125
77,111
) = 3668849,185 (KWh).
b. Máy biến áp tự ngẫu :
Có P
NC-T
do đó ta lấy P

NH
= 0,5.(-520 +
22
5,0
260
5,0
260
+
) = 780 KW.

i
2
Ci
t.S
= 9,64
2
.7 + 21,19
2
.7 + 54,87
2
.6 + 9,64
2
.4 = 22229,6397.

i
2
Ti
t.S
= 28,82
2

Phơng 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. 1629906,759+ 3677525,458 + 3668849,185 = 10606188,16 (KWh).
2.2.4 .Tính dòng điện làm việc bình thờng và dòng điện làm việc cỡng bức
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
Nguyễn Tuấn Hiệp H10A HTĐ
- 23 -
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ nhµ m¸y ®iÖn
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ nhµ m¸y ®iÖn
I. Ph¬ng ¸n I :
a. C¸c m¹ch phÝa cao ¸p 220 KV:
- M¹ch ®êng d©y :
I
bt
=
)KA(29,0
220.32
52,221
U.32
S
dm

dm
C
==
+ Khi sù cè m¸y biÕn ¸p tù ngÉu (S
Tmax
):
I
cb
=
)KA(288,0
220.3
76,109
U.3
S
dm
C
==
⇒I
cb
= max (0,58; 0,144 ; 0,288) = 0,58 (KA).
b. C¸c m¹ch phÝa 110 KV :
* M¹ch ®êng d©y : ( gåm 3 ®êng d©y kÐp )
I
bt
=
110.3
3
76,211
.
2

= 1,05.I
bt
=1,05.0,62 = 0,65 (KA).
* M¸y biÕn ¸p liªn l¹c :
- Cuén trung cña m¸y biÕn ¸p liªn l¹c khi lµm viÖc b×nh thêng :
I
bt
=
).KA(142,0
110.3
07,27
U.3
S
dm
T
==
NguyÔn TuÊn HiÖp H10A HT§– –
NguyÔn TuÊn HiÖp H10A HT§– –
- 24 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện
Dòng cỡng bức đợc xét trong các trờng hợp sau :
+ khi sự cố máy biến áp bên trung :
I
cb
=
)KA(262,0
110.3
50
U.3

S
dm
dmF
==
I
cb
= 1,05.I
bt
=1,05. 6,47 = 6,79 (KA).
Tổng hợp kết quả ta có bảng sau:
Cấp điện áp 220 KV 110 KV 10,5 KV
Dòng điện
I
cb
(kA)
0,58 KA
0,65 KA 6,79 KA
II. Phơng án II :
a. Các mạch phía cao áp 220 KV:
- Mạch đờng dây :
I
bt
=
)KA(29,0
220.32
52,221
U.32
S
dm
maxHT