Thiết Kế Phần Điện Và Chống Sét Cho Nhà Máy Nhiệt điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN
o0o
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN VÀ THIẾT KẾ CHỐNG
SÉT CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
GVHD: TS. TRẦN HOÀNG LĨNH
TS. DƯƠNG VŨ VĂN
SVTH: VÕ THANH DUYÊN
MSSV: 40800335
TP. HỒ CHÍ MINH, 6/2013
1
2
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành nhiệm vụ của luận án tốt nghiệp “Thiết kế phần điện và thiết kế chống sét nhà
máy nhiệt điện”cá nhân em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ tận tâm của hai thầy hướng dẫn
trực tiếp cũng như sự hướng dẫn gián tiếp của các thầy cô trong bộ môn Hệ Thống Điện,
Khoa Điện-Điện Tử, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh.
Những kiến thức mà các thầy các cô đã truyền dạy cho em trong quá trình học tập tại trường
cũng như trong suốt quá trình làm luận văn đã giúp em hoàn thành luận án và những kiến thức
này sẽ là hành trang giúp em mở ra những kho tàng kiến thức phong phú của nhân loại.
Em xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc tới hai thầy TS Trần Hoàng Lĩnh, TS Dương Vũ
Văn là hai giảng viên đã trực tiếp hướng dẫn em. Trong thời gian được sự hướng dẫn của các
Thầy, em đã được các Thầy giải đáp mọi thắc mắc, chỉ bảo tận tình, quan tâm, giúp đỡ và
cung cấp cho em rất nhiều kiến thức bổ ích. Nhờ đó em mới có thể hoàn thành được đề tài của
luận văn tốt nghiệp.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hệ Thống Điện, Khoa Điện-Điện
Tử, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, đã giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt thời
gian qua.

TP.HCM, tháng 6 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Võ Thanh Duyên
3
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Điện năng là một nguồn năng lượng vô cùng quý giá và không thể thiếu được trong cuộc
sống của con người ngày ngay. Nó là nguồn thúc đẩy phát triển cho toàn hệ thống kinh tế của
một Quốc gia. Vì vậy trên Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, việc sản xuất và phát
triển điện năng phải được chú trọng hàng đầu, tùy thuộc vào vị trí địa lý, cũng như mặt thuận
lợi của từng Quốc gia để ưu tiên phát triển các loại hình nhà máy điện: Nguyên tử, năng lượng
gió, thủy điện, nhiệt điện,…
Ở Việt Nam thì thủy điện giữ vai trò chủ đạo, nhưng nhiệt điện cũng góp phần quan trọng
không nhỏ trong việc cung cấp cục bộ cũng như hòa vào lưới điện Quốc gia một lượng đáng
kể để nâng cao khả năng cung cấp điện cho nước nhà.
Việc thiết kế một nhà máy nhiệt điện, yêu cầu phải có trình tự, có chọn lựa kỹ càng từng
loại máy móc, từng loại dụng cụ khí điện, truyền tải điện, sơ đồ nối điện trong nhà máy, đặc
biệt phải tuân theo những tiêu chuẩn bắt buộc về an toàn điện cũng như khả năng cung cấp
điện đạt hiệu suất tối đa với chi phí tối thiểu.
Ngoài ra, việc tính toán các phương pháp bảo vệ chống sét, nối đất, quá điện áp do sóng
phản xạ,… cho nhà máy cũng là phần quan trọng không kém để đảm bảo việc nhà máy sau
khi đưa vào hoạt động sẽ có khả năng sử dụng lâu dài, an toàn, mức độ phá hoại là nhỏ nhất,
tạo độ tin cậy cao đối với việc cung cấp điện liên tục và hệ thống vận hành nhà máy.
4
MỤC LỤC
5
DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU
1 BẢN VẼ
- Sơ đồ nguyên lý phần điện – bản vẽ số: 01 – số bản vẽ: 01 bản (đính kèm).
- Mặt bằng và mặt cắt trạm 110kV – bản vẽ số: 02 – số bản vẽ: 01 (đính kèm).
- Mặt bằng và mặt cắt trạm 220kV – bản vẽ số: 03 – số bản vẽ: 01 (đính kèm).

- Mặt bằng và mặt cắt toàn nhà máy – bản vẽ số: 04 – số bản vẽ: 01 (đính kèm).
- Mặt bằng chống sét nhà máy – bản vẽ số: 05 – số bản vẽ: 01 (đính kèm).
- Mặt bằng nối đất nhà máy – bản vẽ số: 06 – số bản vẽ: 01 (đính kèm).
- Chỉ tiêu chống sét đường dây 110kV – bản vẽ số: 07 – số bản vẽ: 01 (đính kèm).
- Sơ đồ sóng truyền vào trạm 110kV – bản vẽ số: 08 – số bản vẽ: 01 (đính kèm).
2 GHI CHÚ
6
PHẦN 1
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
7
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VỚI CÁC SỐ LIỆU BAN
ĐẦU
Nhà máy cung cấp cho các phụ tải:
220kV: công suất max 140MW, công suất min 85MW, hệ số công suất 0,84 bằng 6 đường
dây.
110kV: công suất max 110MW, công suất min 60MW, hệ số công suất 0,83 bằng 6 đường
dây.
22kV: công suất max 22MW, công suất min 15MW, hệ số công suất 0,82 bằng 8 đường dây.
Ngoài việc cung cấp cho các phụ tải trên, nhà máy còn nhiệm vụ cung cấp cho hệ thống
1.300.000 MWh/năm.
Tự dùng nhà máy 6%
Nhà máy nối với hệ thống có công suất 6300 MW, bằng hai đường dây dài 81 km ở cấp
điện áp 220kV, hệ số công suất của hệ thống là 0,85, dự trữ hệ thống 10%
NHIỆM VỤ:
- Xây dựng đồ thị phụ tải cấp điện áp 220kV, 110kV, 22kV, phát về hệ thống, tự dùng.
- Chọn số lượng và công suất các tổ máy phát.
- Lập các phương án nối điện chính và chọn hai phương án hợp lý nhất.
- Thiết lập chế độ vậng hành cho các tổ máy.
- Chọn máy biến áp.

- Tính toán ngắn mạch.
- Tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp.
- Chọn các khí cụ điện chính.
- Chọn sơ đồ nối điện cho thiết bị phân phối.
- Chọn phương án tối ưu.
- Chọn các thiết bị điện.
- Tính toán tự dùng
- Lựa chọn thiết bị cho tự dùng
- Chọn sơ đồ tự dùng
- Vẽ sơ đồ nguyên lý phần điện.
- Vẽ mặt bằng và mặt cắt trạm 220kV.
- Vẽ mặt bằng và mặt cắt trạm 110kV.
- Vẽ mặt bằng và mặt cắt toàn nhà máy.
CHƯƠNG 1 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ PHỤ TẢI
1.1 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 220kV
Số đường dây: 6
8
Bảng 1.1 Phân bố phụ tải cấp điện áp 220kV
t(h) 04 48 812 1214 1416 1622 2224
S
220
(MVA) 101 115 125 140 150 166,7 150
Hình 1.1 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 220kV
1.2 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110kV
Số đường dây: 6
Bảng 1.2 Phân bố phụ tải cấp điện áp 110kV
t(h) 02 24 46 614 1416 1618 1820 2022 2224
S
110
(MVA) 72 90 120 132,5 120 132,5 115 110 90

Hình 1.2 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110kV
1.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 22kV
Số đường dây: 8
Bảng 1.3 Phân bố phụ tải cấp điện áp 22kV
t(h) 02 24 46 612 1214 1418 1820 2022 2224
S
110
(MVA) 18 20 24 26,8 22 26,8 24 22 20
Hình 1.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 22kV
1.4 Đồ thị công suất phát về hệ thống
Bảng 1.4 Phân bố công suất phát về hệ thống
t(h) 04 48 812 1214 1416 1622 2224
S
HT
(MVA) 250 203 180 165 145 120 160
P(MW) 210 170 153 140,25 123,25 102 136
A(MWh) 850 690 612 280,5 246,5 612 272
Kiểm tra lại:
A = (850+690+612+280,5+246,5+612+272)365 = 1300495 MWh
Hình 1.4 Đồ thị phụ tải phát về hệ thống
1.5 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy
Bảng 1.5 Phân bố công suất tổng của nhà máy khi chưa tính đến tự dùng
9
t(h) S
220
(MVA) S
110
(MVA) S
22
(MVA) S

HT
(MVA) S
T
(MVA)
02 101 72 18 250 441
24 101 90 20 250 461
46 115 120 24 203 462
68 115 132,5 26,8 203 454,3
812 125 132,5 26,8 180 464,3
1214 140 132,5 22 165 459,5
1416 150 120 26,8 145 441,8
1618 166,7 132,5 26,8 120 446
1820 166,7 115 24 120 425,7
2022 166,7 110 22 120 418,7
2224 150 90 20 160 420
Công suất tự dùng của nhà máy:

chọn S
dat
= 470MVA
Bảng 1.6 Phân bố công suất tự dùng của nhà máy
t(h) S
T
(MVA) S
td
02 441 27,2
24 461 27,9
46 462 27,9
68 454,3 27,6
812 464,3 28

1214 459,5 27,8
1416 441,8 27,2
1618 446 27,3
1820 425,7 26,6
2022 418,7 26,4
2224 420 26,4
Hình 1.5 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy điện
Bảng 1.7 Phân bố công suất phụ tải tổng của nhà máy
t(h) S
T
(MVA) S
td
(MVA) S
T
(MVA)
02 441 27,2 468,2
24 461 27,9 488,9
46 462 27,9 489,9
68 454,3 27,6 482
812 464,3 28 492,3
1214 459,5 27,8 487,3
1416 441,8 27,2 469
1618 446 27,3 473,3
1820 425,7 26,6 452,3
2022 418,7 26,4 445,1
2224 420 26,4 446,4
10
11
CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC NHÀ MÁY ĐIỆN
.1 Chọn số lượng và công suất các tổ máy phát

Nhà máy điện cần thiết kế có công suất 492,3MVA, các phương án lựa máy phát như sau:
Bảng 2.1 Các phương án lựa chọn máy phát (1, phụ lục 2.1, trang 205)
Phương án Loại máy
phát
S
dm
(MVA)
U
dm
(kV)
Số tổ máy Công suất
tổng(MVA)
Sai lệch %
so với phụ
tải
1 TBϕ-120-2 125 10,5 4 500 1,6
2 TBB-160-2 188 18 3 564 15
3 TҐB-200-2 247 15,75 2 494 0,4
Phương án 1:Số lượng tổ máy nhiều khi vận hành sẽ dễ dàng thay thế khi một máy nghỉ do
sự cố hay nghỉ một máy phát khi cực tiểu.
Phương án 2: Công suất tổng của nhà máy trong phương án này và công suất nhà máy cần
thiết kế có sự chênh lệch là 71,7MVA là chưa hợp lý, không kinh tế.
Phương án 3: Số tổ máy ít nên khi vận hành sẽ đơn giản hơn. Ngoài ra sai lệch % so với
phụ tải nhỏ hơn phương án 1. Do đó phương án 3 được chọn.
Bảng 2.2 Thông số máy phát TҐB-200-2MY3
n(v/ph) S(MVA) P(MW) U(kV) cos I(kA) x”
d
x’
d
x

d
3000 247 210 15,75 0,85 9,06 0,225 0,34 2
.2 Tính lại công suất tự dùng của nhà máy
Với S
đặt
= 494MVA, tính lại công suất tự dùng của nhà máy.
Bảng 2.3 Phân bố công suất tự dùng của nhà máy
t(h) S
T
(MVA) S
td
02 441 27,7
24 461 28,5
46 462 28,5
68 454,3 28,2
812 464,3 28,6
1214 459,5 28,4
1416 441,8 27,8
1618 446 27,9
1820 425,7 27,2
2022 418,7 26,9
2224 420 27
2.3 Sơ đồ nối điện chính của nhà máy
2.3.1 Phương án 1:
Phương án này có 2 tổ hợp bộ máy phát-máy
biến áp nối với thanh góp 220kV thuận lợi
cho việc vận hành các tổ máy. Nối kết giữa 3
cấp điện áp được thực hiện bằng máy biến áp
tự ngẫu.
2.3.2 Phương án 2:

Phương án này đảm bảo việc kết nối giữa 2
cấp điện áp 220kV và 110kV bằng hai máy
biến áp tự ngẫu.kết nối với máy phát, tải
22kV được cung cấp từ phía 110kV qua hai
máy biến áp T3 và T4.
2.3.3 Phương án 3:
Tổ hợp máy phát máy-máy biến áp G2-T2
được cấp vào điện áp 110kV cung cấp công
suất cho tải 110kv và một phần công suất còn
lại sẽ truyền qua cấp điện áp 22kV và 110kV
qua các máy biến áp tự ngẫu.
2.3.4 Phương án 4:
Phương án này có hai tổ máy phát-máy biến
áp nối với thanh góp 220kV thuận lợi cho
việc vận hành các tổ máy. Kết nối giữa hai
cấp điện áp 220kV và 110kV được thực hiện
bằng hai máy biến áp tự ngẫu. Kết nối giữa
hai cấp điện áp 110kV và 22kV được thực
hiện bằng hai máy biến áp hai cuộn dây.
2.3.5 Phương án 5:
2.3.6 Phương án 6:
Phụ tải 22kV được lấy rẻ nhánh từ đầu cực
máy phát.
Nhận xét: Trong các phương án trên ta chọn
phương án 1 và phương án 6
2.4 Chế độ vận hành cho các tổ máy
Bảng 2.4 Công suất vận hành của các tổ máy
t(h) S
T
(MVA) Tổ máy 1 Tổ máy 2

S(MVA) %S
vh
S(MVA) %S
vh
02 468,2 234,1 94,8 234,1 94,8
24 488,9 244,5 98,9 244,5 98,9
46 489,9 245 99,2 245 99,2
68 482 241 99,6 241 99,6
812 492,3 246,2 99,7 246,2 99,7
1214 487,3 243,7 98,6 243,7 98,6
1416 469 234,5 94,9 234,5 94,9
1618 473,3 236,7 95,8 236,7 95,8
1820 452,3 226,2 91,6 226,2 91,6
2022 445,1 222,6 90 222,6 90
2224 446,4 223,2 90,4 223,2 90,4
CHƯƠNG 3 CHỌN MÁY BIẾN ÁP
3.1 Chọn máy biến áp cho phương án 1
3.1.1 Chọn máy biến áp T1, T2
Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây TДЦҐ (phụ lục 3 sách thiết kế nhà máy điện và
trạm biến áp của Huỳnh Nhơn).
Bảng 3.1 Thông số máy biến áp TДЦҐ
S
dm
(MVA) U
dm
(kV) U
N
% i% Tổn thất(kW)
Cao Hạ
250 242 15,75 11 0,5 207 600

3.1.2 Chọn máy biến áp T3, T4
- Quá tải sự cố:
Tổng phụ tải lớn nhất ở cấp 110kV và 22kV là:
S
ptmax
= 132,5+26,8 = 159,3MVA
Điều kiện chọn MBA:
Với k
qtsc
: hệ số quá tải sự cố. Chọn k
qtsc
= 1,4
Từ bảng số liệu máy biến áp tự ngẫu 3 pha chọn được S
dmB
= 125MVA
Với máy biến áp tự ngẫu có S
dm
= 125MVA, ta tiến hành kiểm tra quá tải sự cố của
máy biến áp.
t(h) 0-2 2-4 4-6 6-8 8-12 12-
14
14-
16
16-
18
18-
20
20-
22
22-

24
S
i
90 110 144 159,
3
159,
3
154,
5
146,
8
159,
3
139 132 110
K
i
0,72 0,88 1,15 1,3 1,3 1,24 1,17 1,3 1,11 1,06 0,88
(K
i
)
2
0,52 0,77 1,32 1,69 1,69 1,54 1,37 1,69 1,23 1,12 0,77
T
i
2 2 2 2 4 2 2 2 2 2 2
(K
i
)
2
*T

i
1,04 1,55 2,65 3,38 6,76 3,08 2,74 3,38 2,46 2,25 1,55

nên K
2
= K
2dt
= 1,2 < 1,4
Xác định K
1
:
Vì T
2
= 18h > 6h nên máy biến áp 125MVA không cho phép vận hành với phụ tải đã
cho. Kiểm tra điều kiện quá tải bình thường.
Từ K
1
= 0,83; T
2
=18h theo đường cong quá tải bình thường(đồ thị số 33 trang 258 sách
thiết nhà máy điện va trạm biến áp của Huỳnh Nhơn) có:
K
2cp
=0,94< K
2
=1,2 không thỏa quá tải bình thường. Vì vậy nâng công suất của MBA
lên 160MVA. Vì S
dmB
= 160MVA>S
ptmax

=159,3MVA nên không cần kiểm tra quá tải.
Kết luận: chọn MBA từ ngẫu 3 pha S
dm
= 160MVA có các thông số sau:
Bảng 3.2 Thông số máy biến áp (1, phụ lục 3, trang 245)
S
dm
(MVA) Điện áp(kV) Un% i% (kW
)
(kW)
Cao Trung Hạ C/T C/H T/H C/T C/H T/H
160
230 121 22 11 32 20 0,5 100 380 235 230
3.2 Chọn máy biến áp cho phương án 6
3.2.1 Chọn máy biến áp từ ngẫu T1, T2
Hệ số mẫu:
Máy biến áp có công suất lớn, vì vậy chọn ba máy biến áp tự ngẫu 1 pha. Máy biến áp
được chọn là AOДЦTҐ công suất 200MVA
Bảng 3.3 Thông số máy biến áp AOДЦTҐ (5, Bảng 1.53, trang 74).
S
dm
(MVA)
Điện áp(kV) U
N
(%) i(%) Tổn thất(kW)

(kW)
(kW)
Cao Trung Hạ C/T C/H T/H C/T C/H T/H
200

220 121 15,75 8 28 18 1,2 230 505 250 230
3.2.2 Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây T3, T4
-Quá tải sự cố:
Phụ tải lớn nhất ở cấp 22kV là: 26,8MVA
Điều kiện chọn MBA:
Với k
qtsc
: hệ số quá tải sự cố. Chọn k
qtsc
= 1,4
Từ bảng số liệu máy biến áp chọn S
dmB
= 25MVA
Với máy biến áp tự ngẫu có S
dm
= 25MVA, ta tiến hành kiểm tra quá tải sự cố của máy
biến áp.
t(h) 0-2 2-4 4-6 6-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24
S
i
18 20 24 26,8 22 26,8 24 22 20
K
i
0,72 0,8 0,96 1,072 0,88 1,072 0,96 0,88 0,8
(K
i
)
2
0,52 0,64 0,92 1,15 0,77 1,15 0,92 0,77 0,64
T

i
2 2 2 6 2 4 2 2 2
(K
i
)
2
*T
i
1,04 1,28 1,84 6,9 1,55 4,6 1,84 1,55 1,28
nên K
2
= K
2dt
= 1,072 < 1,4
Xác định K
1
không thỏa quá tải sự cố nên ta tính quá tải bình thường.
Từ K
1
= 0,98, T
2
=6h theo đường cong quá tải bình thường (đồ thị số 10 trang 256 sách
thiết nhà máy điện va trạm biến áp của Huỳnh Nhơn) có:
K
2cp
=0,9 < K
2
= 1,072 không thỏa quá tải bình thường. Vì vậy nâng công suất của
MBA lên 30MVA. Vì S
dmB

= 30MVA>S
ptmax
=26,8MVA nên không cần kiểm tra quá
tải.
Chọn máy biến áp công suất 30MVA
Bảng 3.4 Thông số máy biến áp
S
dm
(MVA) U
dm
(kV) U
N
% i% Tổn thất(kW)
Cao Hạ
30 22 15,75 13 0,15 17 132
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
4.1 Các giá trị tính ngắn mạch
Chọn các giá trị cơ bản:


Các giá trị dòng điện:
Tương tự:
I
cbT
= 0,5 kA ;I
cbH
= 2,5 kA ;I
cbMF
= 3,5 kA
Điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối

Điện kháng máy phát:

Điện kháng dây nối lên hệ thống

Điện kháng hệ thống:
Thông số của hệ thống ; P
HT
= 6300 MW;
Suy ra:

Điện kháng máy biến áp ở phương án 1:
Điện kháng máy biến áp ba pha hai cuộn dây T1 và T2

Điện kháng máy biến áp tự ngẫu T
3
và T
4

Điện kháng máy biến áp ở phương án 6:
Điện kháng máy biến áp T1 và T2:

=0

Điện kháng máy biến áp T3 và T4:

4.2 Tính ngắn mạch cho phương án 1
Hình 4.1 Sơ đồ tương đương trở kháng
Bảng 4.1 Bảng thay thế các giá trị điện kháng trên sơ đồ tương đương
20
X1 X2=X3 X4=X5 X6=X7 X8=X9 X10=X11

X*HT X*dd X*T1=X*T2 X*MF X*cbC X*cbH
0,0026 0,0607 0,044 0,091 0,1094 0,2906
4.2.1 Tính ngắn mạch tại điểm N1
X
a
= X
1
+ (X
2
// X
3
) = 0,0026 + = 0,033
X
b
= (X
4
+X
6
) // (X
5
+X
7
) = = 0,0675

kA

Hình 4.2 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N1
4.2.2 Tính ngắn mạch tại N2

21
Hình 4.3 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N2
4.2.3 Tính ngắn mạch tại N3





Hình 4.4 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N3
4.2.4 Tính ngắn mạch tại N4





Hình 4.5 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N4
4.3 Tính ngắn mạch cho phương án 6
22
Sơ đồ tương đương trở kháng:
Hình 4.6 Sơ đồ tương đương trở kháng
Bảng 4.2 Bảng thay thế các giá trị điện kháng trên sơ đồ tương đương
X1 X2=X3 X4=X5 X6=X7 X8=X9 X10=X11
X*HT X*dd X*cbC X*cbH X*MF X*T3=X*T4
0,0026 0,0607 0,0233 0,07 0,091 0,4333
4.3.1 Tính ngắn mạch tại N1

Hình 4.7 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N1
4.3.2 Tính ngắn mạch tại N2



23
Hình 4.8 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N2
4.3.3 Tính ngắn mạch tại N3






Hình 4.9 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N3
4.3.4 Tính ngắn mạch tại N4
Xét dòng ngắn mạch đổ vào từ máy phát G1


4.3.5 Tính ngắn mạch tại N5
Biến đổi tam giác X
6
, X
7
, X
12
thành sao

24
Hình 4.10 Sơ đồ tương đương ngắn mạch tại N5
25