Đồ án môn học
Nhà máy điện Đồ án môn học nhà máy điện
- 1 -

CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Với đề tài thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện công suất: 200 MW, trong
chương này ta phải thực hiện các vấn đề sau:

I
I
.
.
/
/
I
I
Ệ
Ệ
N
NV
V
À
ÀC
C
Â
Â
N
NB
B
Ằ
Ằ
N
N
G
G

= 10,5 kV ; Cos φ = 0,8.
Ta có thể dễ dàng tính toán được các thông số của máy phát như sau:
- Công suất biểu kiến: S =
)(5,62
8,0
50
MVA
Cos
P
==
ϕ

- Điện kháng ngắn mạch (tính đến thanh cái hệ thống nối với đường
dây)=0,56.
- Dòng điện định mức:
).(43,3
5,10.3
5,62
3
kA
U
S
I
F
dm
dm
===

Do đó ta có thể chọn máy phát điện với các thông số cho ở bảng sau:
Bảng 1.1
M
M
V
V
A
AP
P
đ
đ
m
m(
(
M
M
W
W
)
)c
c

I
I
đ
đ
m
m(
(
k
k
A
A
)
)X
X
’
’
d
d

X
X

5
0
00
0
,
,
8
81
1
0
0
,
,
5
53
3
,
,
4
4
3

42) Tính toán phụ tải và cân bằng công suất.
2.1) Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát.

Phụ tải cấp điện áp máy phát: U
F
= 10,5 kV P
max·
= 19 MW và Cosφ=0,8.
ỏn mụn hc nh mỏy in
- 2 -
p dng cỏc cụng thc:
max
.
100
%
)( P
P
tP =
;

Cos
tP
tS
)(
)( =

Ta cú bng tng kt sau: Bng 2

13,06
20,18
21,37
23,75
15.44
Hình 1.1 Đ ồ thị phụ tải cấp điện á p má y phá t
Đồ án môn học nhà máy điện
- 3 -

max
.
100
%
)( P
P
tP =
;
ϕ
Cos
tP
tS
)(
)( =

Bảng 1.3

TG(h)
Công suất
0-4 4-10 10-14 14-18 18-24
P(%) 75 80 100 85 75

MVA
NM
==

Để tính phụ tải của nhà máy ta sử dụng các công thức sau:

max
100
%
)( P
P
tP =
;
ϕ
Cos
tP
tS
)(
)( = Ta có bảng ghi lại kết quả tính toán sau:

Đồ án môn học nhà máy điện

- 4 -
Bảng 1.4
t(h)
Công suất
0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24

Theo yêu cầu nhà máy nhiệt điện thiết kế điện tự dùng chiếm 8% công suất
định mức của nhà máy.(α = 8%).
Chúng ta có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm theo
công thức sau
:

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=
NM
NM
S
tS
StStd
)(
6,04,0.)(
αVới:
S
td
(t): Công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t (MVA)
St(h)

0 8 12 14 20 24

Hình 1.4
:
Đồ thị công suất tự dùng toàn nhà máy.
2.5) Tính công suất phát về hệ thống.(220 kV)

Công suất toàn nhà máy phát ra cung cấp cho các phụ tải còn thừa sẽ được
đưa lên hệ thống qua đường dây kép do tổn thất công suất ΔS trên nhà máy coi
là nhỏ (bỏ qua). Công thức tính công suất phát lên hệ thống được tính theo
công thức:
S
HT
(t) = S
NM
(t) - {S
TD
(t) + S
UF
(t) + S
T
(t)}.
Dựa vào các bảng công suất các phụ tải đã tính ở các mục trên ta lập bảng
cân bằng công suất cho toàn nhà máy: Bảng 1.6

: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

2.6).
Nhận xét:

-

Công suất đặt của nhà máy là:4x62,5=250 (MVA).Tổng công suất định
mức của hệ thống là 2100 MVA tức là nhà máy đóng góp
(250/2100)x100=11,9% trong tổng công suất của hệ thống.
- Phụ tải địa phương bao gồm cả đường dây kép và đơn do đó phụ tải có
cả loại I và loại III còn công suất chiếm khoảng :
(23,75/2x62,5)x100%=19%>15% công suất phát ra của 1máy phát
tương đối lớn nên cần đặt thanh góp điện áp máy phát. Qua đó ta thấy
phụ t
ải địa phương (cấp điện áp máy phát) trong đồ án tương đối quan
trọng.
S(MVA)
t(h)
Snm(t)
Svht(t)
Std(t)
S
uf
(t)
0
4
6
810
12


Đồ án môn học nhà máy điện

- 8 -
CHƯƠNG II
LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO NHÀ MÁY ĐIỆN
Chọn sơ đồ nối điện chính là một khâu quan trọng. Các phương án
phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phương trình đồng thời
thể hiện được tính khả thi và đem lại hiệu quả kinh tế.

HT
= 0,15.2100 = 315 (MVA).
2) Phụ tải địa phương chiếm khoảng

(%)19100.
5,622
75,23
max
==
xS
S
Fdm
UF
.(19%>15%).
Nên ta phải dùng thanh góp điện áp máy phát và khi đó ghép số lượng máy
phát lên thanh góp phải đảm bảo sao cho khi một máy phát công suất lớn
nhát bị sự cố thì những máy phát còn lại phải đảm bảo công suất cho địa
phương và tự dùng của chúng.
Đồ án môn học nhà máy điện

- 9 -
3) Vì công suất một bộ máy phát điện _ máy biến áp không lớn hơn dữ trữ
quay của hệ thống nên ta dùng sơ đồ bộ một máy phát điện _ một máy biến
áp.
4) Do trung tính của cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV được trực
tiếp nối đất và hệ số có lợi:

5,0
220
110220

3
B
2
B
1

F
4
F
3
F
2
F
1

220KV 110KV
Vht
Đồ án môn học nhà máy điện

- 10 -

Nhận xét
:
Phương án này có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp
điện áp và cần ít MBA nhưng dòng ngắn mạch phía 10 kV tương đối lớn và
phải chọn hai MBA tự ngẫu làm liên lạc có công suất lớn hơn phương án 1.
1.3)
Phương án 3.

HT
F1
F2
F3
F4
B1
B2
B3
B4
S
UT
220 kV
110kV
Đồ án môn học nhà máy điện

- 11 -

Nhược điểm:- Máy biến áp liên lạc phải chịu quá tải nặng nề hơn trong
trường hợp xảy ra sự cố một máy biến áp tự ngẫu do lượng công suất truyền
tải tăng lên gấp hai lần.
1.4) Phương án 4:

Nhận xét:
Phương án này sử dụng nhiều máy biến áp nên vốn đầu tư lớn và
vận hành phức tạp tính kinh tế không đảm bảo.
Kết Luận:
Qua phân tích sơ bộ trên, ta quyết định để lại hai phương án 1 và 2 để so
sánh kinh tế và chọn ra phương án tối ưu.
II)

F1
F2
F3
F4
220 KV
110kV
B1
B2
B3
B4
B5
B6
Đồ án môn học nhà máy điện

- 12 -
1.1) Chọn MBA 2 dây quấn (B3 & B4).
MBA 2 dây quấn được chọn theo điều kiện:

S
B3đm
=

S
B4đm
≥ S
Fđm

=
62,5 (MVA).


- S
tdmax
(*)

∑S
đmF:

Tổng công suất máy phát điện nối vào thanh góp U
F
.
S
UFmin:

Phụ tải cực tiểu cấp điện áp máy phát.
S
tdmax
:
Phụ tải tự dùng cực đại của các máy phát nối vào thanh góp U
F
.
Vậy từ (*) ta suy ra: S
thừa
=
2x 62,5 – 13,06-
2
1
x 20 =101,94 (MVA)

%
C T H P
o
P
N
C-T C-H T-H
A C-T C-H T-H
110
Т
дц

63 115 - 10,5 59 - 245 - - 10,5 - 0,6
220
AТ
дцт
H
125 230 121 11 75 290 145 145 11 31 19 0,6
Đồ án môn học nhà máy điện

- 13 -
1.3.1) Xét phân bố công suất cho các MBA trong trường hợp làm việc bình
thường:
* MBA 2 dây quấn
:
Với điều kiện vận hành bằng phẳng ta có:
S
B3
= S
B4
=S

VHT
(t).
+Phía hạ : S
PH
= S
PT
+ S
PC
. (Vì công suất các phía như nhau)
Dựa vào kết quả công suất phụ tải phía trung và công suất phát về hệ thống
bảng phân bố công suất cho các cuộn dây của 1 MBA liên lạc
:

Bảng 2.2
Nhận xét:
Qua bảng phân bố công suất ta thấy chế độ truyền tải của MBATN là từ phía
trung,hạ lên phía cao do đó cần tính:
S
nt max
= α(S
H
+ S
T
) = 0,5x(46,8- 7,5) = 20,55 < 0,5x125 = 62,5 (MVA)
Như vậy ở điều kiện vận hành bình thường MBA tự ngẫu không bị quả tải
1.3.2) Xét trong các trường hợp sự cố
.

21,22 21,22 17,66 29,56 28,96 46,8 33,73 37,85 20,03
Đồ án môn học nhà máy điện

- 14 -
2.K
qt
sc
.α.S
Bđm
≥ S
Tmax
- S
bộ
còn lại

2x1,4x0,5x125 = 175(MVA) ≥ 100 – 57,5 = 42,5 (MVA).
⇒ Vậy điều kiện được thoả mãn.
+ Phân bố công suất trong các MBA còn lại:
*MBA 2 dây quấn : S
bộ
còn lại
= 57,5 (MVA).
*MBA Tự ngẫu:
- Công truyền tải từ phía trung MBATN lên thanh góp trung áp 110 kV là:
S
PT
=
2
1
(S

1
20) = 46,815(MVA).
- Công suất qua phía cao áp của MBATN là:
S
PC
= S
CH
– S
PT
= 46,815 –21,25 = 25,565(MVA).
- Công suất toàn nhà máy phát về hệ thống còn thiếu so với bình thường là:
S
thiếu
=S
VHT
– 2.S
PC
=108,6 – 2x25,565 = 57,47 (MVA) < S
dt
= 315
(MVA).
*Nhận xét:
-Trong trường hợp này chế độ truyền tải là từ hạ lên cao và trung và ta thấy:

S
H
= 46,815 (MVA) < S
tt
= 0,5x125 = 62,5 (MVA)


1
.20 = 57,5 (MVA).
Kiểm tra: 1,4 x 0,5 x125 +2x57,5 = 202,5 (MVA) ≥ 100 (MVA).
⇒ Điều kiện đặt ra được thoả mãn.
+ Phân bố công suất khi sự cố MBATN B1:
Đồ án môn học nhà máy điện

- 15 -
- Công truyền tải qua Phía trung MBATN B2 là:
S
PT
= (S
Tmax
– 2.S
bộ
) = (100 – 2x57,5) = -15 (MVA).
- Công truyền tải qua cuộn hạ MBATN B2 là:
S
CH
=Min {S
F
Hạ
; S
Hạ
tải
}
Trong đó:
S
Hạ
F

CH
– S
PT
= 87,5 – (-15) = 102,5 (MVA).
- Công suất toàn nhà máy phát về hệ thống còn thiếu so với bình thường
là:
S
thiếu
=S
VHT
– S
PC
=108,6 - 102,5 = 6,1 (MVA) < S
dt
= 315 (MVA).
*Nhận xét:

Trong trường hợp này chế độ truyền tải là từ hạ và trung lên cao và ta
thấy:

S
nt
= α(S
H
+S
T
) = 0,5x(87,5 – 15)= 36,25 < S
tt
= 0,5x125 = 62,5 (MVA)
⇒

* MBA 2 dây quấn được chọn theo điều kiện:

S
B3đm
≥ S
Fđm

=
62,5 (MVA).

2.2)Chọn MBA tự ngẫu (MBA liên lạc B1 & B2).

+
Điều kiện chọn:
S
đmB1
= S
đmB2
/
α
2.
1
.S
thừa

Trong đó:
+ α: Hệ số có lợi (α =0,5).
+
S
thừa

S
thừa
=
3x 62,5 – 13,06-
4
3
x 20 =159,44 (MVA).
Nên :
S
đmB1
= S
đmB2

/ 159,44 (MVA).
Từ các điều kiện trên tra phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm
biến áp ” ta có thể chọn được MBA hai cuộn dây và MBA tự ngẫu với các
thông số kỹ thuật sau:
Bảng 2.32.3)
Kiểm tra khả năng quá tải của MBA

2.3.1) Xét phân bố công suất cho các MBA trong trường hợp làm việc bình
thường:
*) MBA 2 dây quấn
:
Với điều kiện vận hành bằng phẳng ta có:
Cấp
điện áp

Đồ án môn học nhà máy điện

- 17 -
S
B3
=S
Fđm
- S
TD
= 62,5 -
20.
4
1
= 57,5 (MVA) < 63(MVA).
Do đó trong điều kiện bình thường MBA 2 cuộn dây không bị quá tải.
*) MBA liên lạc
:
Tính phân bố công suất trong các cuộn cao,trung, hạ theo các công thức:
+Phía trung: S
PT
=
.
2
1
{ S
UT
(t) - S
bộ
}.
+Phía cao : S


Tự ngẫu
S
PC
41,22 38,72 35,16 47,06 36,46 54,3 48,73 57,85 40,03
S
PT
8,75 11,25 11,25 11,25 21,25 21,25 13,75 8,75 8,75
S
PH
49,97 49,97 46,41 58,31 57,71 75,55 62,48 66,6 48,78 *Nhận xét:

Qua bảng phân bố công suất ta thấy chế độ truyền tải của MBATN là từ hạ
lên cao và trung và lại có:
S
H
max
= 75,55(MVA) < α. S
đmB
= 0,5 x160 = 80(MVA).
Như vậy ở điều kiện vận hành bình thường MBA tự ngẫu không bị quả tải
2.3.2)
Xét trong các trường hợp sự cố.
Để kiểm tra khả năng quá tải của các MBA ta phải xét trong trường hợp sự
cố nặng nề nhất đó là khi phụ tải phía trung cực đại (S
Tmax
=100 MVA), đồng

2
1
S
Tmax
=
2
1
x100 = 50 (MVA).
- Công truyền tải qua cuộn hạ MBATN là:
S
CH
=
2
1
(S
đmF1
+ S
đmF2
+S
đmF3
- S
UF
– 3.
4
1
S
TDmax
)
=
2

đmB
= 0,5 x160 = 80(MVA).
⇒

Từ kết quả trên ta nhận thấy rằng MBATN vẫn làm việc đảm bảo trong
trường hợpsự cố mất bộ MF - MBA bên phía trung áp.
*
Sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu khi phụ tải bên trung cực đại:

Lúc này MBATN còn lại cần kiểm tra theo điều kiện sau:
K
qt
sc
.α.S
BTNđm
+ ΣS
bộ
≥ S
Tmax

Với S
1bộ
= S
Fđm
-
4
1
S
td
max

S
Hạ
F
=(∑S
đmF
-S
UF
-
2
1
S
TD
max
) = (3x62,5 – 21,37 –
4
3
x20) = 151,13
(MVA).
S
Hạ
tải
= K
qt
sc
.α.S
BTNđm
= 1,4 x 0,5 x 160=112 (MVA).
Vậy S
CH
= 112 (MVA).

Cơ sở lý thuyết và công thức tính toán3.1.1)
Tổn thất trong máy biến áp gồm hai phần:
+Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải và bằng tổn thất không tải của
máy biến áp.
+Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp, khi
phụ tải bằng công suất định mức của MBA thì tổn thất đồng bằng tổn thất
ngắn mạch.Với dạng đồ thị phụ tải hình bậc thang ta sử dụng các công thức
sau:
3.1.2)
Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây
trong một năm
:
Δ
A
2cd
= 365.(n.
Δ
P
o
.t +
n
1
.
Δ
P
N
.

2
dmB
{(
Δ
P
N.C
.S
Ci
2
+
Δ
P
N.T
.S
Ti
2
+
Δ
P
N.H
.S
Hi
2
).t
i
}
Trong đó:
+ S
Ci,
S

ΔP
N.T
= 0,5.(ΔP
N.C-T
+
2
H-N.T
P
α
Δ
-
2
H-N.C
P
α
Δ
)
Δ
P
N.H
= 0,5.(
2
H-N.C
P
α
Δ
+
2
H-N.T
P

63
57,5
) = 2304664,074. (KWh).
Vậy:

Δ
A
2CD
=2x
Δ
A
B3
=2x230466,074 = 4609328,148 (KWh) ≈ 4609,33 (MWh).
* Máy biến áp tự ngẫu.
Δ
P
N.C
= 0,5.(
Δ
P
N.C-T
+
2
H-N.C
P
α
Δ
-
2
H-N.T

α
Δ
) = 0,5.(290+
2
5,0
145
-
2
5,0
145
) = 145
(kW).
Đồ án môn học nhà máy điện

-
21
-
Δ
P
N.H
= 0,5.(
2
H-N.C
P
α
Δ
+
2
H-N.T
P

Nên
:
Δ
A
TN
= 2x
ΣΔ
A
i
+ 2x
Δ
P
0
.T = 2x390447,3 + 2x75x8760
= 2094894,6 (kWh) ≈ 2094,89 (MWh).
- Như vậy tổng tổn thất điện năng một năm trong các máy biến áp của
phương án 1 là:

Δ
A
p aI
=
Δ
A
TN
+
Δ
A
2CD
=2094,89 + 4609,33 = 6704,22 (MWh).

Máy biến áp tự ngẫu.
+ Tính tương tự như phương án 1 ta có:
Δ
P
N.C
= 190 (kW).
Δ
P
N.T
= 190 (kW).

Δ
P
N.H
= 570 (kW).
Và ta cũng được bảng tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu:
Bảng 2.7

Đồ án môn học nhà máy điện

-
22
-
T(h)
0 - 4 4 - 6 6 - 8 8 - 10 10 - 12 12 - 14 14 - 18 18 – 20 20 - 24
Δ
A
i

100413

TN
+
Δ
A
2CD
= 3040,99 + 2304,66 = 5381,65 (MWh).
Nhận xét:

Qua tính toán ở trên ta thấy mặc dù có tổn thất điện năng trong MBATN
lớn hơn nhưngtổng tổn thất điện năng một năm trong các MBA của phương
án 2 lại nhỏ hơn phương án 1, sở dĩ như vậy là vì phương án 2 có số lượng
MBA ít hơn.

IV)
TÍNH DÒNG ĐIỆN CƯỠNG BỨC CỦA CÁC MẠCH.
4.1).
Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức Phương án 1.
4.1.1)

Các mạch cấp điện áp 220 kV:
+ Đường dây kép (1): S
VHTmax
= 115,7(MVA).
∼
∼
∼ ∼
B
4
B
3

S
dm
VHT
==

+
Cuộn cao áp MBAB1 khi sự cố B2(2):

I
cb2
=
).(067,0
220.3
565,25
3
kA
U
S
dm
CC
==

Vậy I
cb
(220)
= max (I
cb1
; I
cb2
) = 0,304 (kA).

dmF
==

+Trung áp máy biến áp liên lạc,dòng cưỡng bức được xét khi sự cố một
máy biến áp tự ngẫu liên lạc (B
1
) hoặc 1 MBA 2 cuộn dây B3 (5):
* Khi B3 sự cố:

I
cb5
= [S
Tmax
- S
B4
]
dm
U.32
1
=
).(111,0
110.32
5,57.100
kA=
−

* Khi sự cố MBATN(B1):
I’
b5
= [S


Mạch cấp điện áp máy phát (10,5 kV).
+Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc(6):
I
cb6
= k
qtSC
.
dm
dmB
U
S
.3
.
1
α
= 1,4.0,5.
5,10.3
125
= 4,812 (kA).
+Mạch máy phát(7):
I
cb7
= 1,05
dm
dmF
U3
S
= 1,05.
5,10.3

quaBA
+
2
1
S
đp
+
4
1
S
tđ
- S
đmF
→ S
quaK
= 87,5 +
2
1
.23,75 +
4
1
.20 - 62,5 = 41,875(MVA).
*)Trường hợp 2

+ Xét sự cố một máy phát (F
1
hoặc F
2
)
S

2
1
s
đp
= 16,875 +
2
1
.23,75 = 28,75 (MVA).
Vậy dòng cưỡng bức qua kháng là:
I
cb8
=
5,10.3
875,41
3
=
dm
qK
U
S
= 2,302(kA).
∼
∼
S
qB
S
qK
S
td
1/2S