thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 1200 MW gồm 4 tổ máy 300 MW

Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Nhiệm Vụ
thiết kế tốt nghiệp
*******
Họ và tên sinh viên : Lê Khắc Hng
Lớp : HTĐ1 K43
I. Tên đề tài
Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 1200 MW và khảo sát chế độ
không đối xứng của đờng dây siêu cao áp 500 kV.
II. Các số liệu ban đầu
1. Máy phát điện
Số lợng : 4 do CHLB Nga chế tạo; Kiểu TGB-300-2.
P
Gđm
= 300 MW ; Cos = 0,85 ; U
Gđm
= 20 kV ; X
d

= 0,203 ; X
d

= 0,300 ;
X
d
= 2,195; T
j G
= 1,47 s ; P
NMđm
= 4.P
Gđm

;
Biến thiên phụ tải hàng ngày của nhà máy P
NM
% = (P
NM
/P
NMđm
).100:
t(h)
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
P
NM
% 80 100 90 80
Tự dùng cực đại của nhà máy bằng 5% công suất định mức của nhà máy
với cos = 0,85.
2. Phụ tải địa phơng (cấp 22 kV)
P
22m
= 40 MW, Cos = 0,92
Gồm 4 hộ đợc cung cấp bằng đờng dây cáp kép, mỗi hộ 10 MW.
Biến thiên phụ tải hàng ngày P
22
% = (P
22
/P
22m
).100 :
t(h)
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
P

22
% 70 100 90 70
3. Phụ tải trung áp (cấp 220 kV)
P
220m
= 600 MW, Cos = 0,80. Gồm 6 đờng dây, mỗi đờng 100 MW
Biến thiên phụ tải hàng ngày P
220
% = (P
220
/P
220m
).100 :
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
1
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
t(h)
0 ữ 8 8 ữ12 12 ữ 16 16 ữ 24
P
220(t)
% 70 100 80 70
4. Phụ tải cao áp (cấp 500 kV)
Công suất thừa của nhà máy phát lên hệ thống nhờ 2 đờng dây 500 kV nối
nhà máy với hệ thống qua một trạm biến áp 500 kV cách nhà máy 200 km.
Tổng công suất định mức của hệ thống (không kể nhà máy thiết kế ) bằng
18000 MVA với điện kháng tơng đối thứ tự thuận X
HT1
= 0,4 ; thứ tự nghịch
X
HT2

= X
HT1
; thứ tự không X
HT0
= 0,12. Dự trữ quay của hệ thống bằng 8%
công suất của nó.
III. Nhiệm vụ thực hiện
Phần 1
1. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất.
2. Chọn sơ đồ nối điện chính.
3. Chọn các thiết bị và dây dẫn.
4. Chọn sơ đồ nối dây và thiết bị tự dùng.
Phần 2
1.Tổng quan về chế độ không đối xứng của hệ thống điện.
2. Khảo sát chế độ không toàn pha của đờng dây siêu cao áp 500 kV bằng
phơng pháp dịch chuyển điểm đứt và phơng pháp sơ đồ thứ tự thuận mở rộng.
3. Đánh giá ảnh hởng của chế độ không toàn pha đã khảo sát đối với máy
phát điện.
Ngày giao nhiệm vụ : 20 tháng 1 năm 2003
Ngày hoàn thành : 15 tháng 5 năm 2003
Cán bộ hớng dẫn :
PGS.ts trịnh Hùng Thám
Mục lục
Trang
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
2
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Lời nói đầu 6
Phần I : thiết kế phần điện cho nhà máy điện7
Chơng I: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 8

1.1. Đồ thị phụ tải của nhà máy .8
1.2. Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy 9
1.3. Đồ thị phụ tải địa phơng 10
1.4. Đồ thị phụ tải trung áp . .10
1.5. Đồ thị phụ tải cao áp . 11
1.6. Nhận xét chung 13
Chơng II: đề xuất phơng án nối điện chính 16
2.1. Phơng án I 17
2.2. Phơng án II 18
2.3. Phơng án III 19
Chơng III: chọn máy biến áp -tính tổn thất điện năng
21
3.1. Chọn máy biến áp - Phân phối công suất cho máy biến áp 21
3.2. Tính tổn thất điện năng 31
Chơng IV: Tính toán dòng điện ngắn mạch
.36
4.1. Phơng án I . 37
4.2. Phơng án II 50
Chơng V: chọn phơng án tối u . 61
5.1. Chọn máy cắt cho các mạch 61
5.2. Tính toán chỉ tiêu kinh tế của các phơng án 67
5.3. So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chọn phơng án tối -
u . 74
Chơng VI: chọn thiết bị và dây dẫn
75
6.1. Chọn thanh dẫn-thanh góp 75
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
3
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
6.1.1. Chọn thanh dẫn cứng .75

6.1.2. Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng .78
6.1.3. Chọn thanh dẫn mềm 79
6.2. Chọn máy cắt điện 83
6.3. Chọn dao cách ly 84
6.4. Chọn máy biến điện áp (BU) và máy biến dòng điện (BI) 85
6.4.1. Cấp điện áp máy phát 85
6.4.2. Cấp điện áp 500 kV .90
6.4.3. Cấp điện áp 220 kV .91
6.5. Chọn thiết bị điện và cáp cho phụ tải địa phơng 92
6.5.1 Chọn máy biến áp địa phơng . 92
6.5.2 Chọn cáp cho phụ tải địa phơng 92
6.5.3 Chọn máy cắt cho phụ tải địa phơng .94
Chơng VII: chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng. .102
7.1. Chọn sơ đồ tự dùng 102
7.2. Chọn thiết bị tự dùng 103
7.2.1. Chọn máy biến áp tự dùng . .103
7.2.2. Chọn máy cắt và dao cách ly 105
Phần II: Khảo sát chế độ không đối xứng của đờng dây
siêu cao áp 500 kV.108
Chơng I: tổng quan về chế độ không đối xứng trong hệ
thống điệN 109
1.1. Định nghĩa 109
1.2. Nguyên nhân và phân loại .110
1.3. Vận hành không toàn pha trong hệ thống điện 111
Chơng II: ảnh hởng của chế độ không đối xứng 113
2.1. Phơng pháp thành phần đối xứng 113
2.2. ảnh hởng của chế độ không đối xứng 121
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
4
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện

2.3. Quá trình năng lợng trong hệ thống điện không đối xứng 128
Chơng III: phơng pháp nghiên cứu chế độ vận hành không
toàn pha của đờng dây siêu cao áp. 132
3.1. Đặc điểm của đờng dây siêu cao áp 132
3.2. Các phơng pháp nghiên cứu chế độ không toàn pha của đờng
dây siêu cao áp .133
3.2.1. Phơng pháp dịch chuyển điểm đứt 133
3.2.2. Phơng pháp thành phần thứ tự thuận mở rộng.137
Chơng IV: khảo sát chế độ vận hành không toàn pha của đ-
ờng dây siêu cao áp 500 kv 141
4.1. Dòng làm việc bình thờng của đờng dây ở chế độ xác lập
trớc chế sự cố .141
4.2. Điện kháng trong hệ đơn vị tơng đối .142
4.3. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch và không 146
4.4. Tính toán chế độ vận hành không toàn pha .156
4.4.1. áp dụng phơng pháp dịch chuyển điểm đứt để tính chế
độ vận hành không toàn pha .156
4.4.2. áp dụng phơng pháp thành phần thứ tự thuận mở rộng
để tính chế độ không toàn pha 177
4.5. ảnh hởng chế độ vận hành không toàn pha đối với máy phát
điện .186
4.6. Kết luận chung 197
Tài liệu tham khảo 199
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
5
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Lời nói đầu
Ngày nay điện năng nói riêng và năng lợng nói chung đang đóng một vai
trò hết sức quan trọng trong hầu hết các lĩnh lực của nền kinh tế. Đời sống xã hội
càng phát triển thì nhu cầu tiêu thụ điện càng tăng. Chính sách năng lợng cũng

nh chiến lợc phát triển hệ thống điện đang đợc nhà nớc hết sức quan tâm.
Sự phát tiển của đất nớc đòi hỏi hệ thống điện phải không ngừng lớn mạnh để
đáp ứng nhu cầu điện năng ngày càng tăng của các ngành kinh tế. Nhà máy
điện là một khâu không thể thiếu trong hệ thống điện cho nên muốn phát triển hệ
thống điện tất yếu phải xây dựng thêm các nhà máy điện. Nhà máy điện đợc xây
dựng phải đảm bảo vận hành có hiệu quả kinh tế cao và đảm bảo các yêu cầu kỹ
thuật. Để làm đợc điều đó công tác thiết kế nhà máy đóng vai trò quan trọng.
Mặt khác sự phát triển của hệ thống điện với việc nhiều đờng dây siêu cao áp
đợc xây dựng làm cho công tác điều hành hệ thống điện càng trở nên phức tạp.
Là sinh viên theo học ngành hệ thống điện, để có bản báo cáo kết quả học tập
trớc khi ra trờng, nay bộ môn hệ thống điện giao cho em đề tài thiết kế tốt nghiệp
với hai nội dung chính:
1. Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện công suất 1200 MW gồm 4
máy, công suất mỗi máy 300 MW cung cấp điện cho phụ tải địa phơng 22 kV,
phụ tải ở xa bằng điện áp 220 kV, và phát vào hệ thống 500 kV.
2. Khảo sát chế độ không đối xứng của đờng dây siêu cao áp 500 kV.
Với kiến thức đã đợc học tập và đợc sự giúp đỡ của các thầy, các cô giáo
trong bộ môn hệ thống điện đặc biệt là sự chỉ dẫn nhiệt tình của thầy PGS.TS
Trịnh Hùng Thám, em đã hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn sự
giúp đỡ quí báu đó.
Tuy nhiên do thời gian có hạn và khả năng còn hạn chế nên trong đồ án
không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy em rất mong sự chỉ bảo của các thầy, các cô.
Sinh viên thiết kế:
Lê Khắc Hng

Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
6
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n HÖ thèng ®iÖn
PhÇn I
ThiÕt kÕ phÇn ®iÖn cho nhµ m¸y ®iÖn

Lª Kh¾c Hng Líp HT§ 1 – K43
7
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Chơng I
Tính toán Phụ tải và cân bằng công suất
Điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ đợc cung cấp từ các nhà máy điện.
Tính toán phụ tải và cân bằng công suất là công việc khởi đầu để thiết kế nhà
máy điện.
Nhu cầu tiêu thụ điện của phụ tải biến thiên theo thời gian. Công suất của
nhà máy phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ (kể cả tổn thất và tự
dùng) tại mỗi thời điểm để đảm bảo chất lợng điện năng.
Nhà máy điện thiết kế có công suất đặt 1200 MW gồm 4 máy kiểu
TGB-300-2, công suất mỗi máy 300 MW. Nhà máy cấp cho phụ tải ở 3 cấp
điện áp: 22 kV, 220 kV, 500 kV và đợc nối với hệ thống điện ở cấp điện áp
500 kV.
Trong nhiệm vụ thiết kế, phụ tải hàng ngày của nhà máy, phụ tải địa phơng
(cấp 22 kV), phụ tải trung áp (cấp 220 kV), cho dới dạng % công suất tác
dụng cực đại (P
max
) và hệ số công suất (cos
tb
) của từng phụ tải tơng ứng. Dựa
vào đó ta tính đợc phụ tải ở các cấp điện áp theo công thức tổng quát:
tb
t
t
P
S

=

cos
)(
)(
với P
(t)
=
max
)t(
P.
100
%P
Trong đó:
S
(t)
: Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t và tính bằng MVA.
P
(t)
%: Công suất tác dụng tại thời điểm t của phụ tải tính bằng % công
suất tác dụng cực đại hay định mức.
P
max
: Công suất tác dụng cực đại hay định mức, tính bằng MW.
1.1. đồ thị phụ tải của nhà máy
theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy có 4 máy kiểu TGB-300-2, mỗi máy
có:
P
Gđm
= 300 MW, cos
đm
= 0,85

Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
8
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Do đó:
S
Gđm
=
dm
Gdm
P
cos
=
85,0
300
= 352,94 MVA
Tổng công suất đặt của nhà máy:
P
NMđm
= 4.P
Gđm
= 4.300 = 1200 MW
hay S
NMđm
= 4.S
Gđm
= 4.352,94 =1411,76 MVA
Đồ thị phụ tải hàng ngày đợc xác định nh sau:
S
NM(t)
=

Gdm
)t(NM
cos
P

với P
NM(t)
=
NMm
)t(NM
P.
100
%P
Kết quả tính toán phụ tải của toàn nhà máy theo công thức trên ở từng
thời điểm trong bảng 1-1 và đồ thị phụ tải nh hình 1-1.
Bảng1-1
t(h)
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
P
NM
% 80 100 90 80
P
NM(t)
(MW)
960 1200 1080 960
S
NM(t)
(MVA) 1129,41 1411,76 1270,59 1129,41
1.2. đồ thị phụ tải tự Dùng nhà máy
Theo nhiệm vụ thiết kế công suất tự dùng của nhà máy bằng 5% công

suất định mức của nhà máy với cos = 0,85
Công suất tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm xác định theo công
thức sau:
S
td(t)
= .S
NMđm
[0,4 + 0,6
NMdm
tNM
S
S
)(

]
Trong đó:
S
NMđm
:

Tổng công suất đặt của nhà máy, tính bằng MVA
S
NM(t)
:

Công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t, tính bằng MVA, lấy
theo bảng 1-1
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
9
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện

: Hệ số phần trăm lợng điện tự dùng, nhiệm vụ thiết kế cho = 0,05
Từ kết quả tính toán phụ tải ở phần 1.1 và công thức trên ta tính đợc phụ
tải tự dùng nhà máy theo thời gian nh trong bảng 1-2 và đồ thị phụ tải tự dùng
ở hình 1-2 :
Bảng 1-2
t(h)
MVA
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
S
NM(t)
1129,41 1411,76 1270,59 1129,41
S
td(t)
62,12 70,59 66,35 62,12
1.3. đồ thị phụ tải Địa PHƯƠNG (cấp 22 kV)
theo nhiệm vụ thiết kế:
P
22max
= 40 MW, cos
22
= 0,92
Đồ thị phụ tải hàng ngày đợc xác định nh sau:
S
22 (t)
=
22
)t(22
cos
P

với P
22 (t)
=
max22
)t(22
P.
100
%P
Kết quả tính toán phụ tải địa phơng theo từng thời điểm ở trong bảng 1-
3 và đồ thị phụ tải nh hình 1-3.
Bảng 1-3
t(h)
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
P
22
% 70 100 90 70
P
22(t)
(MW) 28 40 36 28
S
22(t)
(MVA) 30,43 43,48 39,13 30,43
1.4. đồ thị phụ tải Trung áp (cấp 220 kV)
theo nhiệm vụ thiết kế:
P
220max
= 40 MW, cos
220
= 0,92
Phụ tải trung áp đợc xác định nh sau:

Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
10
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
S
220(t)
=
tb
)t(220
cos
P

với P
220 (t)
=
max220
)t(220
P.
100
%P
Kết quả tính toán phụ tải trung áp theo từng thời điểm trong bảng 1- 4 và
đồ thị phụ tải nh hình 1- 4.
Bảng1-4
t(h)
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
P
220(t)
% 70 100 80 70
P
220(t)
(MW) 420 600 480 420

S
220(t)
(MVA) 525 750 600 525
1.5. đồ thị phụ tải điện áp cao (cấp 500 kv)
Phơng trình cân bằng công suất toàn nhà máy:
S
NM(t)
= S
22(t)
+ S
220(t)
+ S
500(t)
+ S
td(t)
Từ phơng trình này ta tính đợc phụ tải phía cao áp:
S
500(t)
= S
NM(t)
[ S
22(t)
+ S
220(t)
+ S
td(t)
]
Từ đó ta lập bảng tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy ở
bảng 1-5, đồ thị phụ tải phía cao áp ở hình 1-5
Bảng 1-5

t(h)
MVA
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
S
NM(t)
1129,41 1411,76 1270,59 1129,41
S
22(t)
30,43 43,48 39,13 30,43
S
220(t)
525 750 600 525
S
td(t)
62,12 70,59 66,35 62,12
S
500(t)
511,86 547,69 564,52 511,86
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
11
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n HÖ thèng ®iÖn

t(h)
S
NM(t)
(MVA)
8
12
16
24

500
1000
1500
1129,41
1411,76
1270,59
1129,41
0
H×nh 1-1
S
td(t)
(MVA)
20
40
60
80
0
8
12
16
24
t(h)
62,12
70,59
66,95
62,12
H×nh 1-2
S
22(t)
(MVA)

t(h)
8
12
16

H×nh 1-3
10
20
30
40
50
30,43
43,48
39,13
30,43
Lª Kh¾c Hng Líp HT§ 1 – K43
12
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện

0
8
12
16
24
t(h)
800
600
400
200
525

750
600
525
S
220(t)
(MVA)
Hình 1 - 4
S
500(t)
(MVA)
t(h)
0
8
12
16
24
100
200
300
400
500
600
511,86
547,69
564,52
511,86
Hình 1 - 5
1.6. Nhận xét chung
theo nhiệm vụ thiết kế:
Công suất định mức của nhà máy: S

NMđm
= 1411,76 MVA
Tổng công suất định mức của hệ thống: S
HTđm
= 18000 MVA
Công suất dự trữ quay của hệ thống: S
dtqHT
= 8%S
HTđm
= 0,08.18000
= 1440 MV A
Nh vậy nhà máy đóng vai trò quan trọng trong hệ thống. Phụ tải nhà máy
phân bố không đều giữa 3 cấp điện áp nhng phân bố tơng đối đều giữa điện
áp cao và điện áp trung.
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
13
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Công suất cực đại của nhà máy phát lên hệ thống nhỏ hơn công suất dự
trữ quay hệ thống: S
500max
= 564,52 MVA < S
dtqHT
= 1440 MVA
Công suất cực đại của phụ tải điện áp trung (cấp 220 kV) là 750 MVA,
chiếm
=100
761411
750
.
,

53,13% công suất toàn nhà máy. Vì vậy việc cung cấp
điện cho phụ tải này rất quan trọng.
Từ các kết quả trên ta có đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy trên hình
1-6:
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
14
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n HÖ thèng ®iÖn

S
(t)
(MVA)

1411,76
1270,59
1500
1129,41
1129,41
1000
S
NM(t)
500
525
525
750
600
511,86
547,69
564,52
511,86
S

220(t)
S
500(t)
0
62,12
70,59
66,35
62,12
30,43
43,48
39,13
30,43
8
12
16
24
t(h)
S
td(t)
S
22(t)
H×nh 1- 6
Lª Kh¾c Hng Líp HT§ 1 – K43
15
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Chơng II
Đề XUất phơng án nối điện chính
Việc lựa chọn sơ đồ nối điện chính là một khâu rất quan trọng trong quá
trình thiết kế nhà máy điện. Sơ đồ nối điện chính phải thỏa mãn đợc các yêu
cầu: làm việc tin cậy, cấu tạo đơn giản, vận hành linh hoạt, kinh tế và an toàn

cho ngời.
Tính đảm bảo làm việc tin cậy của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng
của hộ tiêu thụ điện. Trong nhiệm vụ thiết kế, phần lớn các hộ tiêu thụ thuộc
loại I nên phải đợc cung cấp bằng 2 đờng dây từ 2 nguồn, mỗi nguồn phải đủ
công suất khi nguồn kia ngừng làm việc.
Tính linh hoạt của sơ đồ thể hiện ở khả năng thích ứng với nhiều trạng
thái vận hành khác nhau. Do đó sơ đồ phải có nhiều thiết bị, điều này dẫn đến
xác suất sự cố tăng lên. Vì vậy tùy từng trờng hợp cụ thể mà chọn sơ đồ có
tính đảm bảo tin cậy và linh hoạt nhất định.
Tính kinh tế của sơ đồ nối điện chính quyết định bởi hình thức thanh góp,
số lợng và chủng loại khí cụ dùng trong sơ đồ.
Tính an toàn cho ngời thể hiện ở cách bố trí thiết bị trong sơ đồ.
Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy có 4 máy, mỗi máy có công suất định
mức là 300 MW, cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp nh sau:
- Phụ tải địa phơng (cấp 22 kV): S
22max
= 43,48 MVA
S
22min
= 30,43 MVA
- Phụ tải điện áp trung (cấp 220 kV): S
220max
=750 MVA
S
220min
= 525 MVA
- Phụ tải cấp điện áp cao (cấp 500 kV): S
500max
= 564,52 MVA
S

500min
= 511,86 MVA
Do lới 500 kV và 220 kV đều có trung tính nối đất trực tiếp nên dùng
máy biến áp tự ngẫu để liên lạc các cấp điện áp.
Do điện áp của phụ tải địa phơng bằng 22 kV, trong khi đó điện áp định
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
16
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
mức của máy phát điện bằng 20 kV nên để cung cấp điện cho phụ tải địa ph-
ơng dùng máy biến áp tăng áp 20/24 (kV). Và vì vậy nhà máy không cần dùng
thanh góp điện áp máy phát và các máy phát điện đợc nối theo sơ đồ bộ với
các máy biến áp. Để tăng độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải địa phơng,
dùng hai máy biến áp 20/24 kV nối với đầu cực hai bộ máy phát điện - máy
biến áp, khi một máy ngừng làm việc máy còn lại với khả năng quá tải sẽ cung
cấp cho toàn bộ phụ tải địa phơng. Trong các phơng án nêu dới đây, phụ tải
địa phơng đều đợc cung cấp theo phơng thức nh vậy.
2.1. phơng án I (hình 2 - 1 )

500 kV
S
220max
= 750 MVA
S
220min
= 525 MVA
220 kV
HT
T
4
T

1
T
2
T
3
G
4
G
1
G
2
G
3
20/24(kV)
S
22max
= 43,48 MVA
S
22min
= 30,43MVA
Hình 2-1

S
500max
= 564,52 MVA
S
500min
= 511,86MVA
~
~

~
~
S
Gđm
= 352,94 MVA
Do phụ tải cực tiểu cao và trung áp đều lớn hơn công suất một máy biến
áp nên mỗi thanh góp cao và trung áp đợc nối với một bộ máy phát điện- máy
biến áp hai dây quấn (G
3
-T
3
và G
4
-T
4
). Để cung cấp thêm cho phụ tải ở thanh
góp này cũng nh để liên lạc giữa ba cấp điện áp phụ tải, dùng hai bộ máy phát
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
17
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
điện-máybiến áp tự ngẫu (G
1
-T
1
và G
2
-T
2
). Hai máy biến áp 20/24 kV
cung cấp điện cho phụ tải địa phơng đợc nối với hai cực máy phát điện nối bộ

với máy biến áp tự ngẫu.
Phơng án này có u điểm là bố trí nguồn và tải cân đối nhng phải dùng
đến ba chủng loại máy biến áp.
2.2. phơng án II (hình 2-2)

220 kV
HT
S
500max
= 564,52 MVA
S
500min
= 511,86 MVA
S
220max
= 750 MVA
S
220min
= 525 MVA
500 kV
T
1
T
2
T
3
T
4
G
1

G
2
G
3
G
4
20/24(kV)
S
22max
= 43,48 MVA
S
22min
= 30,43 MVA
Hình 2-2
~
~
~
~
Để khắc phục nhợc điểm của phơng án I, chuyển bộ G
4
-T
4
từ thanh góp
điện áp cao (500 kV) sang thanh góp điện áp trung (220 kV). Nh vậy ở phơng
án này chỉ dùng hai chủng loại máy biến áp. Tuy nhiên do phụ tải cực tiểu ở
trung áp nhỏ hơn tổng công suất của hai bộ nối lên thanh góp này nên tại
những giờ phụ tải trung áp cực tiểu nếu hệ thống đòi hỏi hai bộ G
3
-T
3

và G
4
-
T
4
phải phát công suất định mức thì hệ thống nhận đợc phần công suất thừa
phải qua hai lần máy biến áp: lần thứ nhất qua T
3
, T
4
, lần thứ hai qua T
1
, T
2
.
Truyền tải nh vậy tổn thất trong cuộn nối tiếp của máy biến áp tự ngẫu tăng
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
18
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
lên nhng trong cuộn dây chung lại giảm xuống. Ngoài ra phần công suất thừa
trong trờng hợp nói trên cũng không lớn lắm và bằng:
S
th
= 2.(S
Gđm
-
4
1
S
tdmax

) S
Tmin
=
= 2.(352,94 -
4
1
.70,59) 525 = 145,59 MVA
Phơng thức cung cấp điện cho phụ tải địa phơng cũng đợc thực hiện nh
phơng án I.
2.3. Phơng án III (hình 2-3)

220 kV
S
500max
= 564,52 MVA
S
500min
= 511,86 MVA
S
220max
=750 MVA
S
220min
= 525 MVA
500 kV
T
1
T
2
G

1
G
2
G
3
G
4
20/24 (kV)
S
22max
= 43,48 MVA
S
22min
= 30,43 MVA
Hình 2-3
~
~
~
~
Do dự trữ qay của hệ thống (S
dtqHT
= 1440 MVA) lớn hơn tổng công suất
của hai máy phát (2.S
Gđm
= 2.352,94 = 705,88 MVA) nên dùng hai bộ
2 máy phát điện-1 máy biến áp tự ngẫu (G
1
, G
2
-T

1
và G
3
, G
4
-T
2
).
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
19
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Ưu điểm lớn nhất của phơng án này là số lợng máy biến áp ít và chỉ có
một chủng loại.
Tuy nhiên phơng án này có một số nhợc điểm lớn sau:
+ Khi một máy biến áp tự ngẫu ngừng làm việc phải ngừng luôn hai máy
phát điện, hệ thống mất đến 600 MW. Tuy lợng công sất này còn nhỏ hơn dự
trữ quay của hệ thống nhng cũng có thể làm cho hệ thống mất ổn định.
+ Khi đó mạch hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu có đến 6 mạch điện
áp máy phát: 2 mạch máy phát điện, 1 mạch máy biến áp tự ngẫu, 2 mạch tự
dùng, 1 mạch cho máy biến áp của phụ tải địa phơng. Do đó ở đây cần dùng
thanh góp điện áp máy phát làm cho sơ đồ phức tạp.
+ Không thực hiện đợc đóng máy phát điện vào lới bằng phơng pháp tự
đồng bộ. Thật vậy theo quy định khi đóng một máy phát điện vào lới bằng ph-
ơng pháp tự đồng bộ, dòng quá độ khi đóng máy không đợc quá 3,5 lần dòng
điện định mức của máy phát điện tức là không đợc vợt quá 3,5.I
Gđm
=
3,5.
6635
203

94352
53
U3
S
Gdm
Gdm
,
.
,
.,
.
==
kA. Trong khi đó riêng máy phát nối lên
thanh góp đang làm việc cho dòng quá độ bằng:
72401810
30
21
I
X
E
I
Gdm
d
d
G
,,.
,
,
.
'

'
'
===
kA
Tức là lớn hơn 3,5.I
Gđm
= 35,66 kA. Nếu kể đến cả dòng quá độ do hai
máy phát điện của bộ bên cạnh và hệ thống cung cấp thì dòng quá độ còn lớn
hơn nữa.
+ Do tổng công suất của 2 máy phát điện khá lớn (600 MW) nên công
suất của các máy biến áp tự ngẫu phải bằng khoảng 1500 MVA. Những máy
biến áp có công suất cực lớn nh vậy chỉ có những nớc có nền công nghiệp phát
triển mới có thể chế tạo đợc và khi đó cũng phải chế tạo máy biến áp dới dạng
một pha.
Do những nhợc điểm lớn đó, ta loại bỏ phơng án III, giữ lại hai phơng án
I và II để so sánh kinh tế-kỹ thuật.
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
20
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Chơng III
Chọn máy biến áp - tính tổn thất điện năng
3.1. chọn máy biến áp-phân phối công suất cho máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng và vốn đầu t máy biến áp cũng
chiếm một phần rất lớn trong tổng vốn đầu t của nhà máy điện. Mặc dù hiệu
suất của máy biến áp tơng đối cao nhng tổn thất điện năng hàng năm trong
máy biến áp rất lớn. Do đó khi thiết kế nhà máy điện, ta mong muốn công
suất máy biến áp nhỏ (để giảm tổn thất điện năng ) nhng vẫn phải đảm bảo an
toàn cung cấp điện cho hộ tiêu điện trong các tình huống vận hành. Công suất
định mức của máy biến áp phải tơng ứng với một nhiệt độ môi trờng nhất định
do nhà chế tạo qui định. Vì vậy khi nhiệt độ môi trờng tại nơi lắp đặt máy biến

áp khác với nhiệt độ đó thì công suất định mức của máy biến áp lại khác.
Trong thiết kế này, giả thiết các máy biến áp đợc chọn phù hợp với nhiệt độ
môi trờng tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh công suất của chúng.
Trong hai phơng án nối điện chính giữ lại ở chơng II, các máy biến áp
đều đợc nối bộ với máy phát điện.
3.1.1. Phơng án I
1. Chọn máy biến áp
- Máy biến áp tự ngẫu T
1
và T
2
đợc chọn theo điều kiện:
S
T1,T2đm


1
S
Gđm
Trong đó là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:
=
C
TC
U
UU
=
525
242525
= 0,539
Vì vậy: S

T1,T2đm

5390
1
,
352,94 = 654,81 MVA
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
21
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Từ đó ta chọn tổ hợp 3 máy biến áp tự ngẫu 1 pha cho mỗi máy T
1
, T
2
, loại
AOTH-267 có các thông số 1 pha ở bảng 3-1.
Bảng 3-1
S
đm
(MVA)
U
đm
(kV)
U
N
% P
0
(kW)
P
N
(kW)

Giá
(10
3
USD)
267
U
C
U
T
U
H
C-T C-H T-H
130
C-T C-H T-H
3
525
3
242
20 8,5 23 12,5 420 120 95

Tổng công suất của tổ hợp 3 máy biến áp tự ngẫu 1 pha là:
S
T1đm
= S
T2đm
= 3.267 = 801 MVA
- Máy biến áp T
3
đợc chọn theo điều kiện:
S

T3đm
S
G3đm
= 352,94 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp 3 pha 2 dây quấn có S
đm
= 400 MVA loại
T-400 /242 có các thông số ở bảng 3-2
Bảng 3-2
S
đm
MVA
U
Cđm
kV
U
Hđm
kV
P
0
kW
P
N
kW
U
N
%
Giá
10
3

USD
D
400 242 20 280 880 11 325
- Máy biến áp T
4
đợc chọn theo điều kiện:
S
T4đm
S
G4đm
=352,94 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp 3 pha 2 dây quấn có S
đm
= 400 MVA loại
T-400 /525 có các thông số ở bảng 3-3
Bảng 3-3
S
đm
(MVA)
U
Cđm
(kV)
U
Hđm
(kV)
P
0
(kW)
P
N

(kW)
U
N
%
Giá
(10
3
USD)
D
400 525 20 320 800 13 400
2. Phân bố phụ tải cho máy biến áp
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
22
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Để thuận tiện cho vận hành, các bộ máy phát điện- máy biến áp hai dây
quấn G
3
-T
3
và G
4
-T
4
cho mang tải với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm.
Do đó công suất tải mỗi máy T
3
và T
4
là:
S

T3
= S
T4
= S
Tđm
-
4
1
S
tdmax
= 352,94 -
4
1
.70,59 = 335,29 MVA
Đồ thị phụ tải của máy biến áp T
3
và T
4
cho trên hình 3-1:

0
24
S
T3
=S
T4
(MVA)
335,29
Hình 3 1
t (h)

Phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu T
1
và T
2
:
- Phụ tải truyền lên phía cao áp của mỗi máy:
S
C-T1(t)
= S
C-T2(t)
=
2
1
(S
500(t)
S
T4
)
- Phụ tải truyền lên trung áp của mỗi máy:
S
T-T1(t)
= S
T-T2(t)
=
2
1
(S
220(t)
S
T3

)
- Phụ tải của cuộn hạ áp của mỗi máy:
S
H-T1(t)
= S
H-T2(t)
= S
T-T1(t)
+ S
C-T1(t)
= S
T-T2(t)
+ S
C-T2(t)
Từ bảng 1-5 và các công thức trên ta tính đợc phụ tải của các máy T
1
và T
2
ở từng thời điểm nh bảng 3-4:
Bảng 3-4
t(h)
MVA
0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 16 16 ữ 24
S
T3
= S
T4
335,29 335,29 335,29 335,29
S
C-T1

= S
C-T2
88,29 106,2 114,62 88,29
S
T-T1
= S
T-T2
94,86 207,36 132,36 94,86
S
H-T1
= S
H-T2
183,15 313,56 246,98 183,15
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
23
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Từ bảng 3-4 ta thấy bình thờng máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ
tải từ hạ áp lên cao áp và trung áp. Trong chế độ này, cuộn hạ áp có tải lớn
nhất ta chỉ cần kiểm tra quá tải ở cuộn hạ áp.
Theo bảng 3-4, ta có: S
H-T1,T2max
= 313,56 MVA
Công suất định mức của cuộn hạ là:
S
H-T1,T2đm
= .S
T1,T2đm
= 0,539.801 = 431,74 MVA
Nhận thấy S
H-T1,T2max

S
H-T1,T2đm
nên T
1
và T
2
không bị quá tải trong chế độ
bình thờng.
3. Kiểm tra các máy biến áp khi sự cố
Sự cố nặng nề nhất xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại S
220max
= 750 MVA,
tơng ứng với thời điểm đó ta có:
S
500
= 547,69 MVA
S
22
= 43,48 MVA
Đối với máy biến áp hai dây quấn T
3
và T
4
ta không cần kiểm tra quá tải
vì công suất định mức của nó chọn theo công suất định mức của máy biến áp
(S
T3,T4đm
S
Gđm
).Vì vậy việc kiểm tra quá tải chỉ xét với máy biến áp tự ngẫu

T
1
và T
2
.
Ta xét các tình huống sự cố sau:
a. Sự cố máy biến áp hai dây quấn T
3
Khi đó các máy biến áp T
1
và T
2
phải cung cấp công suất cho phụ tải
trung áp cực đại.
Công suất tải sang phía trung áp ở mỗi máy:
S
T-T1
= S
T-T2
=
2
1
S
500max
=
2
1
.750 = 375 MVA
Trong lúc sự cố các máy phát đợc điều chỉnh để phát hết công suất định
mức nên công suất cuộn hạ của mỗi máy lúc này bằng:

S
H-T1
= S
H-T2
=
2
1
(2.S
Gđm
S
22
-
2
1
S
tdmax
) =
=
2
1
(2.352,94 43,48 -
2
1
.70,59) = 313,55 MVA
Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
24
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện Bộ môn Hệ thống điện
Nhận thấy S
T-T1
= S

T-T2
= 375 MVA S
H-T1
= S
H-T2
= 313,55 MVA nên để
đảm bảo cho phụ tải trung áp cực đại, mỗi máy biến áp tự ngẫu phải tải từ
thanh góp cao áp sang thanh góp trung áp một lợng công suất là:
S
C-T1
= S
C-T2
= S
T-T1
S
H-T1
= S
T-T2
S
H-T2
=375 313,55 = 61,45 MVA
Nh vậy khi T
3
bị sự cố, để đảm bảo phụ tải trung áp lớn nhất phải có một
lợng công suất truyền từ phía cao áp sang phía trung áp qua T
1
, T
2
, lợng công
suất đó bằng 2.61,45 = 122,9 MVA. Do đó lợng công suất nhà máy cấp cho

hệ thống còn thiếu:
S
C-Thiếu
= S
500
S
T4
+ (S
C-T1
+ S
C-T2
)
= 547,69 335,29 + 2.61,45 = 335,29 MVA
Lợng công suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống:
S
C-Thiếu
= 335,29 MVA

S
dtq HT
=1440 MVA
Trong chế độ sự cố này máy biến áp tự ngẫu T
1
và T
2
làm việc theo chế
độ tải từ hạ áp và cao áp sang trung áp:
- Tải từ hạ áp lên trung áp:
S
H

T
= S
H-T1
= S
H-T2
= 375 MVA
- Tải từ cao áp sang trung áp:
S
C

T
= S
C-T1
= S
C-T2
= 61,45 MVA
Để kiểm tra quá tải của T
1
và T
2
ta chỉ cần kiểm tra quá tải ở cuộn chung
của các máy biến áp vì trong chế độ này cuộn chung có tải lớn nhất
- Công suất cuộn chung xác định theo công thức sau:
S
ch
= S
H

T

+ . S
C

T
=375 + 0,539.61,45 = 408,12 MVA
- Công suất định mức của cuộn chung:
S
chđm
= .S
T1,T2đm
= 0,539.801 = 431,74 MVA
Nhận thấy S
ch
S
chđm
nên cuộn chung không bị quá tải. Do đó các máy
biến áp T
1
và T
2
không bị quá tải trong trờng hợp sự cố này.
b. Sự cố bộ máy phát điện-máy biến áp G
4
-T
4

Trong trờng hợp này, máy phát G
4
ngừng làm việc. Từ đồ thị phụ tải tổng
hợp ta thấy bình thờng phụ tải trung áp cực đại vào lúc các máy phát của nhà

Lê Khắc Hng Lớp HTĐ 1 K43
25