Đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện gồm 3 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 tả

Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện gồm 3 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. Phụ tải điện áp máy phát 6 kV: Pmax = 11 MW; cos( = 0,86 Gồm 2 đường dây cáp kép ( 3 MW Gồm 2 đường dây cáp đơn (2,5 MW Biến thiên phụ tải theo thời gian : Thời gian  0 – 8  8 - 14  14 - 20  20 - 24   P(%)  60  85  100  70   Điện tự dùng của nhà máy là 6%với cos( = 0,85 Phụ tải điện áp trung 110 kV: Pmax = 105 MW; cos( = 0,88 Gồm 2 đường dây cáp kép ( 30 MW Gồm 2 đường dây cáp đơn ( 25 MW Biến thiên phụ tải theo thời gian : Thời gian  0 – 7  7 - 12  12-18  18 - 24   P(%)  65  100  80  60   Phụ tải toàn nhà máy : Thời gian  0 - 6  6 - 12  12 - 20  20 - 24   P(%)  85  100  90  80   Hệ thống : Tổng công suất hệ thống không kể nhà máy thiết kế là 2500 MVA, dự trữ quay của hệ thống là 200 MVA. Nhà máy nối với hệ thống bằng một đường dây kép dàI 105 km. Công suất ngắn mạch SN =3000 MVA lời nói đầu Trong những năm gần đây, với chính sách kinh tế mới, Đảng và nhà nước ta chú trọng đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các nghành công nghiệp, nghành năng lượng Việt nam đã có những bước tiến vượt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinh tế.Cùng với việc xây dựng thành công đường dây tải điện Bắc – Nam và một số công trình lớn khác ,hệ thống điện nước ta đã từng bước được cải tạo, nâng cấp. Xuất hiện ngày càng nhiều nhà máy điện và các trạm biến áp phân phối điện,do đó sản lượng cũng như chất lượng điện năng ngày càng được nâng cao. Do địa hình nước ta có nhiều đồi núi và các con sông lớn nên ta có thể xây dựng các nhà máy thủy điện. Nhà máy thủy điện đem lại những lợi ích không nhỏ về kinh tế cũng như kỹ thuật. Tuy nhiên, xây dựng nhà máy thủy điện lại cần vốn đầu tư kinh tế lớn và thời gian xây dựng kéo dài nhiều năm.Do đó, để theo kịp tốc độ phát triển của nền kinh tế,để đáp ứng nhu cầu trước mắt về điện năng ta cần thiết phải xây dựng các nhà máy nhiệt điện : có vốn đầu tư ít hơn ,thời gian xây dựng nhanh hơn ... Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế – kỹ thuật sẽ đem lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế và hệ thống điện.Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên nghành hệ thống điện trước khi xâm nhập thực tế... CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI & CÂN BẰNG CÔNG SUẤT I.1 Chọn máy phát điện : Nhà máy nhiệt điện gồm3 tổ máy, công suất mỗi máy là : 100 MW. Chọn máy phát điện đồng bộ tuabin hơi có các thông số sau : Loại máy phát  Thông số định mức  Điện kháng tương đối    n v/ph  S MVA  P MW  U KV  cos (  I KA  X’’d  X’d  Xd   TB(-100-2  3000  117,5  100  6,3  0,85  6,475  0,183  0,263  1,79   I.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất : Ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp, ta có : (( (t) =
( P (t) =
; S (t) =
. 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 phương) : Uđm = 6 KV ; Pmax = 11 MW ; Cos ( = 0,86 - Ta có bảng phụ tải : t(h) công suất  0 – 8  8 - 14  14 - 20  20 - 24   P % (t)  60  85  100  70   P (t) (MW)  6,60  9,35  11,00  7,70   S (t) (MVA)  7,67  10,87  12,79  8,95   - Đồ thị phụ tải địa phương :
2. Phụ tải điện áp trung : Uđm = 110 KV ; Pmax = 105 MW ; Cos ( = 0,88 ; ; P (t) =
; S (t) =
. - Kết quả tính toán cân bằng công suất ở phụ tải trung áp : t (h) công suất  0 – 7  7 - 12  12 - 18  18 - 24   P % (t)  65  100  80  60   P (t) (MW)  68,25  105  84  63   S (t) (MVA)  77,56  119,32  95,45  71,59   - Đồ thị phụ tải trung áp :
3. Phụ tải toàn nhà máy : PNMmax = ( Pđm = n.PđmF = 3.100 =300 (MW) Cos ( = 0,85. P (t) =
; S (t) =
. - Ta có bảng tính toán cân bằng công suất ở phụ tải toàn nhà máy : t (h) công suất  0 – 6  6- 12  12- 20  20 - 24   P % (t)  85  100  90  80   P (t) (MW)  255  300  270  240   S (t) (MVA)  300  352,94  317,65  282,35   - Đồ thị phụ tải toàn nhà máy :
4. Công suất tự dùng : - Xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau : S td (t) = ( . S NMmax. ( 0,4 + 0,6.
) ; - Trong đó : S td(t) : phụ tải tự dùng tại thời điểm t. S NMmax : công suất đặt của toàn nhà máy. S NM(t) : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t. : số phần trăm lượng điện tự dùng. S NMmax = 352,94(MVA) ; Tự dùng của nhà máy : ( = 6 % ; - Tính toán theo công thức trên ta có bảng kết quả sau : t (h) công suất  0 – 6  6 – 12  12 - 20  20 - 24   S NM (t)  300  352,94  317,65  282,35   S td (t)  19,27  21,17  19,91  18,63   - Đồ thị phụ tải tự dùng :
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 : SNM(t) = Sđf (t) + ST (t) + Std (t) + SHT (t) - Công suất phát vào hệ thống : SHT (t) = SNM (t) – (Sđf (t) + ST (t) + Std (t)( - Bảng tính toán cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống : t (h) công suất  0 – 6  6 - 7  7-8  8-12  12-14  14-18  18-20  20-24   SNM(t) (MVA)  300  352,94  352,94  352,94  317,65  317,65  317,65  282,35   Sđf (t) (MVA)  7,67  7,67  7,67  10,87  10,87  12,79  12,79  8,95   ST (t) (MVA)  77,56  77,56  119,32  119,32  95,45  95,45  71,59  71,59   Std (t) (MVA)  19,27  21,17  21,17  21,17  19,91  19,91  19,91  18,63   SHT (t) (MVA)  195,5  246,54  204,78  201,58  191,42  189,5  213,36  183,18   Theo các số liệu từ bảng trên, ta có đồ thị phụ tải tổng hợp sau :
1.3 Nhận xét : - Nhà máy thiết kế có tổng công suất là : SNMđm = ( Sđm = n.SđmF = 3.117,5 = 352,5 (MVA) - So với công suất hệ thống S HT = 2500 (MVA) thì nhà máy thiết kế chiếm 14,41 % công suất của hệ thống. - Công suất phát vào hệ thống: S HTmax =246,54 MVA từ :6 h - 7 h S HTtmin = 183,18 MVA từ :20 h –24 h - Phụ tải trung áp : + STmax = 119,32 MVA từ 7h –12 h chiếm 33,84 % công suất nhà máy. + STmin = 71,591 MVA từ 18h – 20h chiếm 20,30 % công suất nhà máy. - Nhà máy được thiết kế cung cấp điện cho phụ tải điện áp trung 110 kV và cấp lên hệ thống 220 kV . Do vậy ta sử dụng các máy biến áp tự ngẫu.(ở những cấp điện áp này có trung tính trực tiếp nối đất) - Phụ tải địa phương có : S đfmax= 12,79 MVA Với: S đmF = 117,5 MVA. - Ta có :
=
= 10,88. Công suất địa phương cực đại (Sđfmax) chỉ bằng 10,88% công suất định mức phát (SđmF). * Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như 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. CHƯƠNG II CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA NHÀ MÁY 2.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN : A. Sơ đồ nối điện chính : Thiết bị, MFĐ, MBA, ....được nối với nhau theo một sơ đồ nhất định gọi là sơ đồ nối điện chính. Sơ đồ nối điện phụ thuộc vào số nguồn, số phụ tải, công suất nguồn, công suất phụ tải,phụ thuộc vào tính chất hộ tiêu thụ, phụ thuộc vào khả năng đầu tư .... Sơ đồ phải thỏa mãn điều kiện : + Về kỹ thuật : Đảm bảo an toàn cung cấp điện theo yêu cầu. Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. + Về kinh tế : Vốn đầu tư ít . Dễ vận hành, thay thế, lắp đặt, sửa chữa. Sự linh hoạt trong vận hành (vận hành theo nhiều phương pháp). Có khả năng phát triển về sau. Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy biến áp với các cấp điện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát, số máy phát điện ghép bộ với máy biến áp v.v... - Công suất mỗi bộ máy phát điện - máy biến áp không lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. - Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp với 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 như 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. -Đây là nhà máy nhiệt điện, phụ tải cấp điện áp máy
nên không cần dùng thanh góp cấp điện áp máy phát. Phụ tải cấp điện áp máy phát (SUF) và tự dùng (STD) lấy từ đầu cực máy phát. Từ đó ta đề xuất các phương án B. Các phương án : Phương án I :
+ Ưu điểm : Giảm được 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 như vận hành, độ tin cậy cao, cung cấp điện đảm bảo . + Nhược điểm : Có một phần công suất truyền qua hai lần biến áp làm tăng tổn thất công suất. Nhưng 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. 2.Phương án 2
+ Ưu điểm : Về mặt công suất khắc phục được nhược điểm của phương án I, luôn luôn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải cho dù gặp phải sự cố ngừng một trong các máy. Do đó, độ tin cậy cung cấp điện được nâng cao, cải thiện đáng kể. + Nhược điểm : Chủng loại máy biến áp nhiều gây khó khăn trong vận hành và sửa chữa. Vốn đầu tư máy biến áp đắt hơn so với phương án một. 3.phương án 3
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 lượng 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 như trong vận hành, sửa chữa. * Kết luận : So sánh 3 phương án : - Hai phương án đầu đều có ưu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp và có cấu tạo tương đối đơn giản, dễ vận hành. - Phương 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 phương án I & II có nhiều ưu điểm hơn, đảm bảo độ an toàn , độ tin cậy, cung cấp điện ổn định , dễ vận hành ... nên ta chọn hai phương án này để so sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phương án tối ưu. 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 ( 5 lần tổng công suất các máy phát điện. Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều. Yêu cầu đặt ra là phải chọn số lượng 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 được bằng cách thiết kế hệ thống điện một cách hợp lý, dùng máy biến áp tự ngẫu và tận dụng khả năng quá tải của máy biến áp, không ngừng cải tiến cấu tạo của máy biến áp. Trong hệ thống điện người ta thường dùng các máy biến áp tăng áp và giảm áp, 2 cuộn dây và 3 cuộn dây. Các máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây và 3 cuộn dây được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện. Trong hệ thống điện có điện áp cao và trung tính nối đất trực tiếp thường dùng máy biến áp tự ngẫu. Loại MBA này có điểm ưu việt hơn MBA thường : giá thành chi phí vật liệu và tổn hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn so với MBA thường có cùng công suất. I.phương án 1
1.Chọn máy biến áp cho phương án I : - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây : SđmB ( SđmF = 117,5 (MVA). - Bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu : SđmTN (
.SđmF ; ( : Hệ số có lợi ; (
) - Ta có : SđmB
= 235 (MVA). - Bảng tham số máy biến áp cho phương án I : Loại MBA  Sđm MVA  Uđm (KV)  UN%  (P0  (PN  I0%     C  T  H  C-T  C-H  T-H   C-T  C-H  T-H   
TÄệ  125  121  _  10,5  _  10,5  _  100  _  400  _  0,5   ATÄệTH  250  230  121  11  11  32  20  120  520  _  _  0,5   2. Phân phối công suất : các máy biến áp và các cuộn dây : + Với máy biến áp đấu bộ B3 S 3 = S đmF -
.S tdmax = 117,5 -
.21,17 = 110,44 (MVA) + Với máy biến áp tự ngẫu B1 ,B2 : - Công suất truyền qua cuộn cao : S CB1(t) =SCB2 (t)=
.S HT(t) - Công suất truyền qua cuộn trung : S TB1(t) =STB2 (t) =
.(S T(t) –S B3( - Công suất truyền qua cuộn hạ : S HB1(t) =SHB2 (t) = S T B1 (t) + S CB1(t) - Sau khi tính toán ta có Bảng phân phối công suất : t (h) S (MVA)  0(6  6(7  7(8  8(12  12(14  14(18  18(20  20(24   SB3  110,44  110,44  110,44  110,44  110,44  110,44  110,44  110,44   SCB1 = SCB2  97,75  123,27  102,39  100,79  95,71  94,75  106,68  91,59   STB1 = STB2  -16,44  -16,44  4,44  4,44  -7,49  -7,49  -19,43  -19,43   SHB= SHB2  81,31  106,83  106,83  105,23  88,22  87,26  87,26  72,16   3. Kiểm tra quá tải : * Khi làm việc bình thường : 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 thường *sự cố một máy phát bên trung và xét phụ tảI trung max
+ Điều kiện kiểm tra sự cố : 2(Kqt .SđmTN ( STmax ( SđmTN
SđmTN
= 82,22 (MVA) SđmTN = 250 (MVA) > 82,22 (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: STB1 =STB2 =
=59,66 (MVA) - Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu :
- Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu :
MBA liên lạc B1 và B2 vẫn làm việc non tải. Khi đó, công suất phát lên hệ thống là
(MVA), Vì thế lượng công suất thiếu là : Sthiếu =
Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200 MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn . * xét sự cố một máy biến áp liên lạc
Xét 2 trường hợp :STmax và STmin Vì vai trò của hai máy biến áp liên lạc là như nhau nên ta chỉ xét trường hợp hỏng máy biến áp B1.Cần kiểm tra quá tảI máy biến áp B2, còn máy biến áp B3 vẫn tảI công suất ở chế độ bình thường và cung cấp cho thanh góp điện áp trung một lượng công suất là SB3=110,44(MVA). + Điều kiện kiểm tra sự cố : (.Kqt .SđmTN ( STmax- .SBT ( SđmTN
SđmTN = 250 (MVA)
( thỏa mãn điều kiện. *Khi STmax + Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA tự ngẫu khi sự cố : - Công suất truyền qua cuộn trung :
- Công suất truyền qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu :
- Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu :
MBA liên lạc B2 vẫn làm việc non tải. Khi đó, công suất phát lên hệ thống là
(MVA), Vì thế lượng công suất thiếu là : Sthiếu =
Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200 MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn . *Khi STmin + Xét phân bố công suất trên các cuộn dây của MBA tự ngẫu khi sự cố : - Công suất truyền qua cuộn trung :
- Công suất truyền qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu :
- Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu :
MBA liên lạc B2 vẫn làm việc non tải. Khi đó, công suất phát lên hệ thống là
(MVA), Vì thế lượng công suất thiếu là : Sthiếu =
Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200 MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn . II.phương án 2
1. Chọn máy biến áp cho phương án II : - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên cao : SđmB ( SđmF = 117,5(MVA). - Bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu : SđmB
= 235 (MVA). - Bảng tham số máy biến áp cho phương án II : Loại MBA  Sđm MVA  Uđm (KV)  UN%  (P0  (PN  I0%     C  T  H  C-T  C-H  T-H   C-T  C-H  T-H   
TÄệ  125  121  _  10,5  _  10,5  _  100  _  400  _  0,5  
TÄệ  125  230  _  10,5  _  11  _  115  _  380  _  0,5   ATÄệTH  250  230  121  11  11  32  20  120  520  _  _  0,5   2. Tính dòng phân phối cho 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 : SB3 = S BT = S đmF -
.S tdmax = 117,5 -
.21,17 = 110,44 (MVA) + Công suất truyền qua máy biến áp tự ngẫu B1 và B2: - Công suất truyền qua cuộn cao :
- Công suất truyền qua cuộn trung:
- Công suất truyền qua cuộn hạ :
Bảng phân phối công suất : t (h) S (MVA)  0(6  6(7  7(8  8(12  12(14  14(18  18(20  20(24   SB3  110,44  110,44  110,44  110,44  110,44  110,44  110,44  110,44   SCB1= SCB2  42,53  68,05  47,17  45,57  40,49  39,53  51,46  36,37   STB1= STB2  38,78  38,78  59,66  59,66  47,73  47,73  35,79  35,79   SHB1=SHB2  81,31  106,83  106,83  105,23  88,22  87,26  87,25  72,16   3. kiểm tra điều kiên quá tải Khi làm việc bình thường 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 thường . * Khi sự cố :
.Sự cố máy biến áp tự ngẫu liên lạc . Xét 2 trường hợp: . Trường hợp Stmax - Điều kiện kiểm tra sự cố : (.
.SđmTN ( STmax
Máy biến áp đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải vì
- 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 :
- Công suất truyền qua cuộn hạ của máy biên áp :
- Công suất phía cao của máy biến áp tự ngẫu :
(Công suất lấy về từ cao áp (220 kV) nên mang dấu âm) Khi đó, công suất phát lên hệ thống là
(MVA), Vì thế lượng công suất thiếu là : Sthiếu =
Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200 MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn . . Trường hợp Stmin - 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 :
- Công suất truyền qua cuộn hạ của máy biên áp :
- Công suất phía cao của máy biến áp tự ngẫu :
Khi đó, công suất phát lên hệ thống là
(MVA), Vì thế lượng công suất thiếu là : Sthiếu =
Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (200 MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn .