Đồ án tốt nghiệp

Tính toán phụ tải và
cân bằng công suất 1
LỜI NÓI ĐẦU
Năng lượng theo cách nhìn tổng quát là rất rộng lớn, là vô tận. Tuy nhiên,
nguồn năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay đang càng trở
nên khan hiếm và trở thành một vấn đề lớn trên thế giới. Đó là bởi vì để có năng
lượng dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lượng sơ cấp phải trải qua nhiều công đoạn như
khai thác, chế biế
n vận chuyển và phân phối. Các công đoạn này đòi hỏi nhiều chi
phí về tài chính, kỹ thuật và các ràng buộc xã hội. Hiệu suất các công đoạn kể từ
nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối cùng nói chung là thấp. Vì vậy đề ra
lựa chọn và thực hiện các phương pháp biến đổi năng lượng từ nguồn năng lượng
sơ cấp đến năng l
ượng cuối cùng để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất là một nhu cầu
và cũng là nhiệm vụ của con người.
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng, bao gồm các nhà
máy điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó các nhà máy điện có nhiệm
vụ biến đổi năng lượng sơ cấp như
: than, dầu, khí đốt, thủy năng, .. . thành điện
năng. Hiện nay ở nước ta lượng điện năng sản xuất hàng năm bởi các nhà máy


CHƯƠNG I
.
TOÁN PHỤ TẢI VÀ
CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

3
Việc cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện là một điều vô cùng
cần thiết. Điện năng do nhà máy điện phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ
tại các hộ dùng điện và lượng điện năng tổn thất. Trong thực tế lượng điện năng
luôn luôn thay đổi do vậy người ta phải dùng phương pháp thống kê d
ự báo lập nên
đồ thị phụ tải nhờ đó có thể lấp nên phương thức vận hành hợp lý,chọn sơ đồ nối
điện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.

1.1 Chọn máy phát điện.
Nhà máy điện gồm bốn máy phát, công suất mỗi máy là 50 MW. Ta sẽ chọn các
máy phát cùng loại, điện áp định mứ
c bằng 10,5 kV.
Bảng 1.1. Bảng tham số máy phát điện.


t
=
ϕcos
P
t

1.2.1Tính toán phụ tải và cân bằng công suất nút điện áp máy phát
Ta có:
P
max
=14,2 MW
cosϕ = 0,8
Phụ tải bao gồm các đường dây: 4 đơn x 1,8MW x 3km; 2 kép x 3,5 MW x 4km
Ta tính theo công thức:
4

maxUFUF
P.
100
)t%(P
)t(P =ϕ
=
cos
)t(P
)t(S
UF
UF

Ta có bảng:
Thời gian (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24
P
UT
% 70 90 85 100 70
Phô t¶i cÊp ®iÖn ¸p m¸y ph¸t
0
6
10 14 18 24
S
UF
[MWA]
t, [h]
10,65
13,31
17,75
15,98
12,43
5
S
UT
MVA 112.5 135 127.5 150 120
Từ bảng ta có đồ thị: 1.2.3.Công suất phát toàn nhà máy
Công suất đặt toàn nhà máy 250 MVA
Số lượng máy phát: 4 tổ
P
đmF

S
tdt
=αS
NM
.(0,4+0,6.S
t
/S
NM
)
Trong đó:
S
tdt
: Phụ tải tự dùng tạ thời điểm t
S
NM
: ông suất đặt toàn nhà máy
S
t
: Công suất của nhà máy phát ra tại thời điểm t
α: Số phần trăm lượng điện tự dùng
Ta có: P
NM
=200 MW → S
NM
= 250
8.0
200
= MVA
α=8%
Ta có bảng :

td
(t) + S
UF
(t) + S
T
(t) + S
HT
(t)
⇒S
HT
=S
NM
(t) – [S
td
(t) + S
đp
(t) + S
T
(t)]
Ta có bảng:

Thời
gian (h)
0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24
S
NM
(t) 187,5 187,5 187,5 225 225 250 215,5 212,5 175
S
td
(t) 17 17 17 18,8 18,8 20 18,2 18,2 16,4

1.3.Chọn sơ đồ nối điện chính
Chọn sơ đồ nối điện chính là một khâu quan trọng. Các phương án vạch ra phải
đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu dùng điện, thể hiện được tính khả
thi và kinh tế. Cơ sở để vạch ra các phương án là bảng phụ tải tổng hợp, đồng thời
tuân theo những yêu cầu kỹ thuật chung.
Vớ
i nhiệm vụ thiết kế đặt ra nhà máy gồm có 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất đặt
là 50 MW.

Theo kết quả tính toán ta có:
+Phụ tải cấp điện áp máy phát:
S
UFmax
=17,75 MVA; S
UFmin
=10,65 MVA
+Phụ tải cấp điện áp trung:
S
Tmax
=100 MVA; S
Tmin
=70 MVA
+Phụ tải tự dùng:
S
tdmax
=20 MVA; S
tdmin
=16,4 MVA
+Phụ tải phát vào hệ thống:
C«ng suÊt ph¸t vμo hÖ thèng

maxUF
== <15% nên ta không dùng thanh góp điện áp máy
phát. Phụ tải địa phương và tự dùng lấy từ đầu cực của máy phát.
Do các cấp điện áp 220kV và 110kV là lưới đều có trung tính nối đất trực tiếp, mặt
khác hệ số có lợi α=0,5 nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất
liên lạc giữa các cấp điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống.
Do S
Tmax
/S
Tmin
=100/70 mà S
đmF
=62,5 MVA, cho nên ghép 1 đến 2 bộ máy phát
điện-máy biến áp hai cuộn dây bên trung áp.
Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy sẽ
lớn hơn dự trữ quay của hệ thống.
Với các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau:
1.Phương án 1
Nhận xét sơ đồ nối điện của phương án 1 :

Phương án này có 2 bộ máy phát điện-máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp
điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV. Hai bộ máy phát điện - máy
biến áp tụ ngẫu liên lạc giữa các cấp điện, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ
thống, vưa tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV.
+Ưu điểm:
Số lượng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giá
thành hạ hơn so với máy biến áp 220kV.
Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục.
+Nhược điểm: Tổn thất công suất lớn khi S
TminNhận xét sơ đồ nối điện của phương án 2 :



12
CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

~
F2 F3
F4
TD+ĐP
TD+ĐP
TD TD
B1
B2
B3
B4
220
kV
110
kV
13
a) Chọn máy biến áp nối bộ B
3
và B
4
Công suất máy biến áp nối bộ 2 cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện:
S
đmB
≥ S
đmF

Căn cứ vào điều kiện trên ta chọn được máy biến áp có thông số sau:


S
S
Trong đó: S
đmB
là công suất của máy biến áp đang chọn
S
đmF
là công suất của máy phát
α là hệ số có lợi,
5,0
220
110220
U
UU
C
TC
=
−
=
−
=α
→ S
đmB
=
125
5,0
5,62
=
MVA
Theo điều kiện trên ta chọn được máy biến áp liên lạc có thông số sau:

3
, B
4

14
Đối với bộ máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0-24 giờ lên
thanh góp, tức là bộ này làm việc với phụ tải bằng phẳng. Khi đó công suất tải qua
máy biến áp mỗi bộ được tính:
S
B3
=S
B4
=
5,57
4
20
5,62
4
S
S
maxtd
dmF
=−=−
MVA
Tổng công suất của hai máy:
S
B3
+S
B4
=2.57,5=115 MVA

được ghi trong
bảng sau:

MBA
S,
MVA
Thời gian (t)
0-4 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24
B3, B4 SC=ST 57,5 57,5 57,5 57,5 57,5 57,5 57,5 57,5
B1, B2
SC 44,925 34,925 33,595 51,45 51,75 63,65 39,165 55,95
ST -22,5 -12,5 -12,5 -12,5 -15 -15 -7,5 -22,5
SH 22,425 22,425 21,095 38,95 36,75 48,65 31,665 33,45

2.13.Kiểm tra quá tải máy biến áp.
Vì các máy biến áp có công suất định mức lớn hơn công suất định mức của máy
phát nên không cần kiểm tra quá tải, chỉ kiểm tra MBA liên lạc.
15
Các máy biến áp liên lạc đã chọn có công suất định mức lớn hơn công suất thừa cực
đại nên ta không phải kiểm tra quả tải bình thường. Ta chỉ kiểm tra quá tải sự cố.
a.Sự cố B
3
(hoặc B
4
)
Trường hợp nguy kiểm nhất là S
T
=S
Tmax
=100 MVA (14-18h).

75,17
55,62
2
S
4
S
maxUFmaxtd
=−−=−
MVA
-Công suất qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu truyền lên hệ thống:
S
CB1
=S
HB1
-S
TB1
=48,625-21,25=27,375 MVA
-Lượng công suất phát về hệ thống:
S
HT
=2.S
CB1
=2.27,375=54,75 MVA
So với công suất phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì
công suất thiếu hụt là:
S
th
=
2CB1CB
TG

F2 F3
F4
TD+Đ
TD
B1
B2
B3
B4
220
kV48,625
48,625
54,75
27,375
21,25
21,25
16

b.Sự cố máy biến áp tự ngẫu B
1
hoặc B
2
.
Ta có S
Tmax
/S
Tmin
=100/70 nếu ta vẫn cho hai máy phát F

B3
+S
B4
)=70-115= -45 MVA
Lượng công suất này nhỏ hơn công suất định mức của cuộn dây điện áp trung áp
như ta đã tính. Do đó các máy biến áp đã chọn không bị quá tải.
Khi đó nếu máy phát F
2
phát công suất định mức thì cuộn hạ của máy biến áp tự
ngẫu sẽ tải một lượng công suất là:
S
HB2
=S
đmF
-
75,3975,1755,62S
4
S
maxUF
tdmax
=−−=−
MVA
Công suất qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu lên hệ thống:
S
CB2
=S
HB2
+S
TB2
=45+39,75=84,75 MVA

kV
110
kV84,75
39,75
45
172.14.tính tổn thất điện năng
+Tổn thất diện năng của máy biến áp B
3
,B
4
:
Δ
A=8760.
Δ
P
0
+8760.
Δ
P
N
.S
B
2
/S

Tổn thất điện năng của máy biến áp liên lạc được tính theo công thức:
365t
S
S
S
S
S
S
.T.
i
dmB
H
i
H
N
dmB
T
i
T
N
dmB
C
i
C
N02
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢

⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
ΔΡ∑+ΔΡ=ΔΑ

Trong đó:+
ΔΑ
:Tổn thất điện áp trong máy biến áp (kWh)
+
0
ΔΡ
:Tổn thất không tải máy biến áp (kW)
+
H
N
T
N
C
N
,, ΔΡΔΡΔΡ
:Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao, trung , hạ của
máy biến áp tự ngắu.
+
H
i
T
i
C

19,0
38,05,05,0
222
HT
N
2
HC
N
TC
N
C
N
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−+=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
α
ΔΡ
−
α

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
α
ΔΡ
−
α
ΔΡ
+ΔΡ=ΔΡ
−−
−
MW
14,1
5,0
19,0
5,0
19,0
38,05,05,0
222
HC
N
2
HT
N
TC
N
H

⎣
⎡
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎠
⎞
⎜

MWh.
Tổng điện năng do nhà máy phát ra trong 1 năm.
)4.1756.5,2122.2504.2258.5,187(365t.365
inm
++++=Ρ∑=Α

= 1779375 (MWh)
Tổn thất điện năng phương án 1 tính theo phần trăm:
%46,0100.
1779375
1,8176
100.% ==
Α
ΔΑ
=ΔΑ2.1.5.tính dòng cưỡng bức
a) Mạch 10,5 kV :
* Tại cực máy phát điện :

)1(
cb
I
= 1,05. I
đm
= 1,05 .
5,10.3
5,62
= 3,608 (kA)

= S
max
{sự cố máy biến áp liên lạc,1 MBA bộ bên trung}
S
cb
= max(45 và 21,5)
⇒
I
cb
(3)
=
236,0
110.3
45
=
(kA)
*Mạch phụ tải bên trung:
I
cb
(4)
=
T
tmax
U.3.n
S.2

Trong đó: P
maxt
: công suất cực đại bên trung.
N : số mạch đường dây đơn (gồm có 1 kép và 4 đơn)

334.0
220.3
3,127
U.3
S
c
maxHT
==
(kA)
*Mạch nối với máy biến áp tự ngẫu:
I
cb
(6)
=
C
U.3
S
cb

Trong đó thì S
cb
= Max{sự cố máy biến áp liên lạc,1 MBA bộ }
S
cb
= (27,375 và 84,75)
⇒
I
cb
(6)
=

Điện áp cuộn dây
kV
Tổn thất công suất
kW
U
N
% I
0
%
C H
0
PΔ

N
PΔ

TPДЦH 63 115 10,5 59 245 10,5 0,5

b) Chọn máy biến áp nối bộ B
4
Công suất máy biến áp nối bộ 2 cuộn dây được lựa chọn theo điều kiện:
S
đmB
≥ S
đmF

Căn cứ vào điều kiện trên ta chọn được máy biến áp có thông số sau:

Loại
máy

S
Trong đó: S
đmB
là công suất của máy biến áp đang chọn
S
đmF
là công suất của máy phát
α là hệ số có lợi,
5,0
220
110220
U
UU
C
TC
=
−
=
−
=α

21
→ S
đmB
=
125
5,0
5,62
=
MVA

2.2.2.Kiểm tra quá tải máy biến áp.
Giống như phương án 1, công suất định mức của máy biến áp chọn lớn hơn công
suất cực đại nên ta không phải kiểm tra quá tải bình thường.
Với máy biến áp nối bộ B
1
và B
4
không phải kiểm tra quá tải sự cố vì các máy biến
áp luôn luôn làm việc với đồ thị bằng phẳng nhỏ hơn công suất định mức. Ta kiểm
tra quá tải sự cố đối với máy biến áp tự ngẫu.
1.Sự cố B
4
.
Trường hợp nguy hiểm nhất là khi S
T
=S
Tmax
=100MVA(14-18h).
Trong trường hợp này để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải điện áp trung thì cuộn
dây điện áp trung của máy biến áp B
2
(B
3
) phải tải một lượng công suất là:
S
TB2(B3)
=S
Tmax
/2=100/2=50 MVA
Trong khi đó công suất định mức của cuộn dây điện trung áp là:

S
CB2
= S
CB3
= S
HB2
- S
TB2
= 48,375-50 = -1,625 MVA.
Vậy công suất luôn được lấy từ hệ thống xuống phía thanh góp trung áp.
Công suất đưa lên hệ thống:
S
HT
= S
B1
-2.S
CB2
= 62,5-2.1,625 = 59,3 MVA.
So với công suất phát lên hệ thống lúc bình thường vào thời điểm này thì còn thiếu
là:
S
th
=78,33-59,3 =19 MVA
Qua phân tích và tính toán ta thấy máy biến áp đă chọn đạt yêu cầu.

/5=62,5-5=57,5MVA<S
Tmin
. Do đó công suất luôn luôn
F1
~
~
~
~
F2 F3 F4
TD TD TD
TD
B2
B3
B4
B1
220
kV
110
kV

59,3
62,5
62,5
48,375
1,625
1,625
50
50
23
truyền từ phía trung của máy biến áp tự ngẫu sang thanh góp trung áp. Khi S

4
S
mf
maxtd
=−−=−
MVA
Công suất truyền từ phía cao của máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp:
S
CB3
= S
HB3
-S
TB3
= 39,75-42,5= -2,75 MVA
Vậy công suất luôn lấy từ hệ thống xuống.
Lượng công suất phát lên hệ thống:
S
HT
= S
CB3
+S
đmF
-S
tdmax
/4 = 62,5-2,75-5 = 54,75 MVA
So với công suất phát lên hệ thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì
lượng công suất thiếu hụt là:
S
th
= 78,33-54,75 = 23,58 MVA

39,75
2,75
242.2.3.Tính tổn thất điện năng.
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 không tải của nó.
-Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp.
*MBA 2 dây quấn B
1
.
Tổn thất trong máy biến áp được tính theo công thức:
t.
S
S
..
2
dm
B
N01
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

=ΔΑ
kWh
*Đối với máy biến áp tự ngẫu B
2
, B
3
:
Theo phương án 1 ta tính được
19,0
TC
N
HC
N
=ΔΡ=ΔΡ
−−
MW, 38,0
TH
N
=ΔΡ
−
MW
Tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp:
19,0
T
N
C
N
=ΔΡ=ΔΡ
MW,
14,1

⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Ρ+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Ρ+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛