Đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, công suất 240 MW

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế nhà máy điện ............, Tháng .... năm ....... ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện Bộ môn : HỆ THỐNG ĐIỆN Ngành học : HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP I. TÊN ĐỀ TÀI Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, công suất 240 MW I. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: - Số tổ máy phát điện: 4x60 MW; cosϕ = 0,80; Uđm = 10,5KV - Nhà máy nối với hệ thống bằng 2 lộ đường dây 220 KV, chiều dài mỗi lộ 90 Km - Công suất hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế): 2800 MVA - Dự trữ công suất hệ thống: 12%/ - Điện kháng ngắn mạch (tính tại thanh cái hệ thống nối với đường dây): 0,7 - Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp cho các phụ tải sau: 1. Phụ tải cấp điện áp máy phát Pmax = 9MW; cosϕ = 0,84. Phụ tải bao gồm các đường dây: 1 kép x 3 MW x 4 km 4 đơn x 1,5 MW x 3 km Đồ thị phụ tải (tính theo % Pmax) Thời gian (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 Công suất (%) 50 80 100 100 70 2. Phụ tải cấp điện áp trung 110KV: Pmax = 120 MW; cosϕ = 0,80 Phụ tải bao gồm các đường dây: 2 kép + 1 đơn Đồ thị phụ tải (tính theo % Pmax) Thời gian (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 Công suất (%) 70 80 100 90 70 3. Nhà máy có nhiệm vụ phát công suất (tổng) theo biểu đồ sau: (tính theo % công suất đặt) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện Thời gian (h) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 Công suất (%) 70 100 100 90 80 4. Các điều kiện khác: - Tự dùng nhà máy: 8% - Tại các trạm địa phương đặtc các loại máy cắt BMΠ-10 có Icắt = 20 KA, thời gian cắt ngắn mạch tcắt = 0,5 sec. III. NỘI DUNG CÔNG VIỆC: - Tính cân bằng công suất, vạch phương án nối dây chọn sơ đồ thiết kế. - Chọn máy biến áp và tính tổn thất công suất, điện năng các phương án. - Tính toán ngắn mạch, lựa chọn các thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phương án. - Tính toán thiết kế, xác định phương án tối ưu. - Chọn sơ đồ tự dùng và một số thiết bị phụ - Vẽ các bản vẽ: Sơ đồ nối điện chính và các bản vẽ cần thiết cho thuyết minh. * Xác định chế độ vận hành tối ưu của nhà máy theo phương pháp quy hoạch động B/P 30 35 40 45 50 55 60 B1 16.7 18.7 20.5 24.3 28.6 33.5 39.7 B2 15.5 16.2 18.3 21.6 26.7 31.7 39.7 B3 17.8 19.3 21.5 23.7 26.5 30.5 37.3 B4 13.3 15.9 17.6 20.3 23.9 28.9 36.5 1. Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của toàn nhà máy tương ứng với chi phí nhiên liệu cực tiểu. 2. Thiết lập bảng phân bố tối ưu công suất gữa các tổ máy, theo bậc công suất phát tổng của nhà máy. 3. Xác định chế độ vận hành tối ưu của nhà máy ứng với biểu đồ công suất đã cho (biểu đồ phát công suất tổng trong ngày). Xác định chi phí nhiên liệu tổng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 4. So sánh chi phí nhiên liệu xác định được theo chế độ vận hành tối ưu và chế độ phân bổ đều công suất cho các tổ máy. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 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 biến, 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 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 lượng cuối 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, thuỷ năng … thành điện năng. Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỉ trọng lớn như thập kỷ 80. Tuy nhiên, với thế mạnh nguồn nguyên liệu như ở nước ta, tính chất phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện… thì việc củng cố và xây dựng mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu đối với giai đoạn phát triển hiện nay. Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành hệ thống điện trước khi thâm nhập vào thực tế. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện Với yêu cầu như vậy, đồ án tốt nghiệp được hoàn thành gồm bản thuyết minh này kèm theo các bản vẽ phần nhà máy nhiệt điện và phần chuyên đề. Bản thuyết minh gồm hai phần: Phần một với nội dung thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện được chia làm sáu chương. Các chương này trình bày toàn bộ quá trình tính toán từ chọn máy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy, đề xuất các phương án nối điện, tính toán kinh tế - kỹ thuật, so sánh chọn phương án tối ưu đến chọn khí cụ điện cho phương án được lựa chọn. Phần này có kèm theo 4 bản vẽ A4. Phần hai là tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy nhiệt điện bằng phương pháp quy họch động. Nội dung phần này gồm: chương một là trình bày lý thuyết về phương pháp quy hoạch động dùng để giải bài toán phân bố tối ưu công suất của nhà máy điện và chương hai là tính toán cụ thể theo yêu cầu của đề tài. Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cảm ơn thầy Lã Văn Út cùng các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện đã hướng dẫn một cách tận tình để em có thể hoàn thành đồ án này. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN .................................................. 1 Chương 1: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất ............................. 1 1.1. Chọn máy phát điện. ........................................................................ 1 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất .......................................... 1 1.2.1. Cấp điện áp máy phát ................................................................ 1 1.2.2. Cấp điện áp trung (110KV) ....................................................... 2 1.2.3. Phụ tải toàn nhà máy ................................................................. 3 1.2.4. Tự dùng của nhà máy điện ........................................................ 4 1.2.5. Cân bằng công suất toàn nhà máy, công suất phát về hệ thống. .... 5 1.3. Chọn các phương án nối dây. ........................................................... 7 Chương 2: Tính toán chọn máy biến áp ............................................... 11 A. Phương án I ...................................................................................... 11 2.1.a. Chọn máy biến áp .................................................................... 11 2.2.a. Phân bố tải cho các máy biến áp ............................................. 12 2.3.a. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp ................... 12 2.4.a. Tính toán tổn thất điện năng tỏng các máy biến áp. ............... 16 B. Phương án II: .................................................................................... 18 2.1.b. Chọn máy biến áp. .................................................................. 18 2.2.b. Phân bố tải cho các máy biến áp ............................................. 19 2.3.b. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp: ................. 19 2.4.b. Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp. .............. 23 Chương 3: Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn thiết bị của sơ đồ nối điện chính các phương án ......................................... 25 A. Tính toán ngắn mạch. ....................................................................... 25 3.1. Phương án I. ............................................................................... 25 3.2. Phương án 2 ............................................................................... 38 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện B. Lựa chọn các thiết bị của sơ đồ nối điện chính. ............................... 50 1. Chọn máy cắt điện. ........................................................................ 50 2.a. Tính toán dòng cưỡng bức ......................................................... 50 2.b. Tính toán dòng cưỡng bức ......................................................... 52 3. Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối .................................... 54 Chương 4: Tính toán kinh tế - kỹ thuật. Chọn phương án tối ưu ...... 57 1. Phương án 1....................................................................................... 58 2. Phương án 2....................................................................................... 59 Chương 5: Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn, thanh góp .................... 62 5.1. Chọn máy cắt điện và dao cách ly.................................................. 62 5.2. Chọn thanh dẫn cứng ..................................................................... 64 5.2.1. Chọn tiết diện .......................................................................... 64 5.2.2. Kiểm tra ổn định động. ........................................................... 65 5.3. Chọn sứ đỡ thanh dẫn.................. ................................................... 67 5.4. Chọn dây dẫn và thanh góp mền .................................................... 68 5.4.1. Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mền ............................... 68 5.4.2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. ................................... 69 5.4.3. Kiểm tra điều kiện vầng quang. .............................................. 73 5.5. Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng. .................................... 75 5.5.1. Cấp điện áp 220KV ................................................................. 75 5.5.2. Cấp điện áp 110KV. ................................................................ 75 5.5.3. Mạch máy phát. ....................................................................... 76 5.6. Chọn cáp, kháng và máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phương. ....... 79 5.6.1. Chọn cáp cho phụ tải địa phương ........................................... 79 5.6.2. Chọn kháng điện. .................................................................... 81 5.6.3. Kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương. .................. 84 5.7. Chọn chống sét van. ....................................................................... 85 1. Chọn chống sét van cho thanh góp. .............................................. 85 2. Chọn chống sét van cho máy biến áp. ........................................... 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện Chương 6: Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng ........................................... 87 6.1. Chọn máy biến áp tự dùng. ............................................................ 87 6.1.1. Chọn máy biến áp cấp 1. ......................................................... 87 6.1.2. Chọn máy biến áp cấp 2: ......................................................... 89 6.2.Chọn khí cụ điện tự dùng. ............................................................... 89 PHẦN II: XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CỦA NHÀ MÁY THEO PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH ĐỘNG. .............................................. 92 A. Phương pháp tính. ........................................................................ 92 B. Tính toán cụ thể ............................................................................ 95 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện PHẦN 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là một phần rất quan trọng trong nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp. Nó quyết định tính đúng, sai của toàn bộ quá trình tính toán sau. Ta sẽ tiến hành tính toán cân bằng công suất theo công suất biểu kiến S dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp hàng ngày vì hệ số công suất cấp các cấp không giống nhau. 1.1. CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN. Nhà máy điện gồm bốn máy phát, công suất mỗi máy là 60MW. Ta sẽ chọn các máy phát cùng loại, điện áp định mức bằng 10,5 KV. Bảng tham số máy phát điện. Bảng 1.1 Thông số định mức Điện kháng tương đối Loại máy n S P U phát cosϕ I KA X”d X’d Xd v/ph MVA MW KV TBΦ-60- 3000 75 60 10.5 0.8 4.125 0.146 0.22 1.691 2 1.2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.2.1. Cấp điện áp máy phát Ta tính theo công thức P%(t) PUF(t) = PUF max 100 PUF (t) SUF(t) = cos ϕ Pmax = 9 MW, cosϕ = 0,84, Uđm = 10,5 KV 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện Do đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải như sau: Bảng 1.2 Thời gian (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 P (%) 50 80 100 100 70 SUF (MVA) 5,36 8,57 10,7 10,7 7,5 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát SUF (MVA) 10,7 8,57 7,5 5,36 061014 18 24 t (h) 1.2.2. Cấp điện áp trung (110KV) Phụ tải bên trung gồm 2 đường dây kép và 1 đường dây đơn Pmax = 120 MW, cosϕ = 0,8 Công thức tính: P%(t) PT(t) = .PTmax 100 PT (t) ST(t) = cosϕ Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải Bảng 1.3 Thời gian (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 P (%) 70 80 100 90 70 ST(MVA) 105 120 150 135 105 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện SUF (MVA) 150 135 120 105 105 0 41410 18 24 t (h) 1.2.3. Phụ tải toàn nhà máy Nhà máy gồm 4 máy phát có SđmF = 75MVA. Do đó công suất đặt của nhà máy là: SNM = 4 . 75 = 300 MVA P%(t) Snm(t) = .SNM 100 Bảng biến thiên công suất và đồ thị phụ tải toàn nhà máy. Bảng 1.4 Thời gian (h) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 P (%) 70 100 100 90 80 ST(MVA) 210 300 300 270 240 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện SUF (MVA) 300 270 240 105 0 8 12 1420 24 t (h) 1.2.4. Tự dùng của nhà máy điện Ta có α% ⎛ S nm (t)⎞ Std(t) = .SNM.⎜0,4 + 0,6. ⎟ 100 ⎝ S NM ⎠ Trong đó α = 8%. Từ đó ta có bảng biến thiên công suất và đồ thị điện tự dùng như sau: Bảng 1.5 Thời gian (h) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 Công suất (%) 70 100 100 90 80 Std(MVA) 19,68 24 24 22,56 21,12 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện SUF (MVA) 240 22,56 21,12 19,68 0812 14 20 24 t (h) 1.2.5. Cân bằng công suất toàn nhà máy, công suất phát về hệ thống. Bỏ qua tổn thất công suất, từ phương trình cân bằng công suất ta có công suất phát về hệ thống SVHT(t) = Snm(t) - SUF(t) - ST(t) - Std(t) Từ đó ta có bảng tính phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy: Bảng 1.6 T(H) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-22 SNM 210 210 210 300 300 300 270 270 240 SUF 5.36 5.36 8.57 8.57 10.7 10.7 10.7 7.5 7.5 ST 105 120 120 120 150 150 135 105 105 STD 19.68 19.68 19.68 24 24 24 22.56 22.56 21.12 SHT 79.96 64.96 61.75 147.43 115.3 115.3 101.74 134.94 106.38 Đồ thị công suất phát về hệ thống 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện SUF (MVA) 147,43 134,94 115,3 101,74 106,38 79,96 64,9661,75 0 4 681012 14 18 20 24 t (h) Đồ thị phụ tải tổng hợp SUF (MVA) 300 270 SNM SHT 240 210 184.7 168.26 148.25152.57 145.04 TD UF T 135.06 (S + S + S ) 130.4 133.62 ST TD UF 32.57 34.7 33.26 30.06 (S + S ) 25.04 28.25 28.62 SUF 0 4 681012 14 18 20 24 t (h) Nhận xét chung: - Phụ tải điện áp trung nhỏ nhất là 105 MVA, lớn hơn công suất định mức của một máy phát (75MVA) nên ít nhất có thể ghép một máy phát vào phiá thanh góp này và cho vận hành định mức liên tục. 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện S - Phụ tải điện áp máy phát không lớn, UF max .100% = 7,1% 2.S ®mF - Cấp điện áp trung cap (220 KV) và trung áp (110 KV) là lưới trung tính trực tiếp nối đất nên dùng máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu sẽ có lợi hơn. - Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà máy, địa bàn phụ tải, nguồn nguyên 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. 1.3. CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY. Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Nó quyết định những đặc tính kinh tế và kỹ thuật của nhà máy thiết kế. Cơ sở để vạch ra các phương án là bảng phụ tải tổng hợp, đồng thời tuân theo những yêu cầu kỹ thuật chung. - Với cấp điện áp trung là 110KV và công suất truyền tải lên hệ thống luôn lớn hơn dự trữ quay của hệ thống, ta dùng hai máy biến áp liên lạc lại tự ngẫu. - Có thể ghép bộ máy phát - máy biến áp vào thanh góp 110 KV vì phụ tải cực tiểu cấp này lớn hơn công suất định mức của một máy phát. - Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ 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. Như vậy ta có thể đề xuất bốn phương án sau để lựa chọn: • Phương án 1: Phương án này phía 220KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp để làm nhiệm vụ liên lạc giữa phía cao và trung áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu. Phía 110KV ghép 1 bộ máy phát điện - máy biến áp. 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện HT S T B1 B2 B3 B4 SuF • Phương án 2: Phương án này hai tổ máy được nối với thanh góp 220KV qua máy biến áp liên lạc. Còn phía 110KV được ghép 2 bộ máy phát điện - máy biến áp. HT S T B2 B4 B1 B3 SuF • Phương án 3: Ghép vào phía 220KV và 110KV mỗi phía 2 bộ máy phát điện - máy biến áp. Liên lạc giữa cao và trung áp ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu, phía hạ của máy biến áp liên lạc cung cấp cho phụ tải địa phương. 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện HT • Phương án 4: Phương án này như phương án 1 nhưng chuyển bộ máy phát điện - máy biến áp sang phía 220KV. HT S T SuF Nhận xét: Phương án 1 - Độ tin cậy cung cấp điện được đảm bảo. - Công suất từ bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây lên 220KV được truyền trực tiếp lên hệ thống, tổn thất không lớn. - Đầu tư cho bộ cấp điện áp cao hơn sẽ đắt tiền hơn. Phương án 2 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện - Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo, giảm được vốn đầu tư do nỗi bộ ở cấp điện áp thấp hơn, thiết bị rẻ tiền hơn. Phương án 3 - Số lượng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu tư lớn, đồng thời trong quá trình vận hành phức tạp và xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn. - Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó. Phương án 4 - Liên lạc giữa phía cao áp và phía trung áp kém. - Các bộ máy phát điện - máy biến áp nối bên phía 220KV sẽ đắt tiền do tiền đầu tư cho thiết bị ở điện áp cao hơn đắt tiền hơn. - Sơ đồ thanh góp 220KV phức tạp do số đường dây vào ra tăng lên tuy bên 110 KV có đơn giản hơn. - Khi sự cố máy phát - máy biến áp liên lạc thì bộ còn lại chịu tải quá lớn do yêu cầu phụ tải bên trung lớn. Tóm lại: Qua phân tích ở trên ta chọn phương án 1 và phương án 2 để tính toán tiếp, phân tích kỹ hơn về kỹ thuật và kinh tế nhằm chọn ra sơ đồ nối điện chính cho nhà máy điện được thiết kế. 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, công suất của chúng rất lớn, bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện. Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp nhiều nên ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp ít, công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo cung cấp điện cho hộ tiêu thụ. A. PHƯƠNG ÁN I HT S T B1 B2 B3 B4 SuF 2.1.a. Chọn máy biến áp • Bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây SđmB1, B4 ≥ Sđm