thuyết minh thiết kế nhà máy thủy điện

Ngày nay với tốc độ phát triển của khoa học kỹ thuật nhằm mục đích đẩy mạnh
công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Bên cạnh những ngành công nghiệp khác
thì ngành công nghiệp năng lượng của những năm gần đây cũng đạt được những
thành tựu đáng kể, đáp ứng được nhu cầu của đất nước. Cùng với sự phát triển của
hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công
nghiệp dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Hiện nay nền kinh tế nước ta
đang phát triển mạnh mẽ đời sống nhân dân được nâng cao, dẫn đến phụ tải điện
ngày càng phát triển. Do vậy việc xây dựng thêm các nhà máy điện là điều cần thiết
để đáp ứng nhu cầu của phụ tải. Việc quan tâm quyết định đúng đắn vấn đề kinh tế-kỹ
thuật trong việc thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích
không nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc danh. Do đó việc tìm hiểu nắm vững công
việc thiết kế nhà máy điện, để đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng
điện, an toàn và kinh tế là yêu cầu quan trọng đối với người kỹ sư điện.
Nhiệm vụ của đồ án thiết kế của em là thiết kế nhà máy điện kiểu Thuỷ điện.
Với những kiến thức thu nhận được qua các năm học tập và sự hướng dẫn tận tình của
thầy giáo phụ trách và các thầy cô khác trong khoa đến nay em đã hoàn thành nhiệm
vụ thiết kế của mình.
Vì thời gian và kiến thức có hạn, chắc hẳn đồ án không tránh khỏi những sai
sót. Kính mong các thầy cô giáo góp ý, chỉ bảo để em nắm vững kiến thức trước khi ra
trường.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn cùng tất cả các thầy cô
giáo đã truyền thụ kiến thức cho em để cho em có điều kiện hoàn thành nhiệm vụ thiết
kế.
Đà nẵng, ngày tháng năm
Sinh viên

1
CHƯƠNG 1: CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG
SUẤT, VẠCH PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN
1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN:
Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế phần điện trong Nhà máy: THUỶ ĐIỆN, Công suất:

600MW, gồm có: 4 tổ máy 150MW. Việc chọn số lượng và công suất máy phát cần
chú ý các điểm sau đây:
- Máy phát có công suất càng lớn thì vốn đầu tư lớn, tiêu hao nhiên liệu để sản
xuất ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hàng năm càng nhỏ. Nhưng về mặt
cung cấp điện thì đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không được lớn hơn dự trữ
quay về của hệ thống.
- Để thuận tiện trong việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọn máy
phát cùng loại.
- Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng định mức và dòng ngắn
mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ, do đó dễ dàng chọn khí cụ điện hơn.
Với công suất của các tổ máy đã có nên ta chỉ việc chọn máy phát có công suất
tương ứng mỗi tổ là: 150MW.
Ta chọn cấp điện áp máy phát là 15,75KV vì cấp điện áp này thông dụng.
Tra sách “ Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS
Nguyễn Hữu Khái, ta chọn được máy phát điện theo bảng 1.1
Bảng 1.1
Loại máy phát
Thông số định mức Điện kháng tương đối
n
v/ph
S
MVA
P
MW
U
KV
cosϕ
x
d
” x

d
’ x
d
BΓC-1260/200-60
100 176.5 150 15.75 0,85 0,25 0,35 1.03
Như vậy, công suất đặt toàn nhà máy là:
S
NM
= 4 x 176.5= 706 MVA
1.2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT:
Để có cơ sở thiết kế chi tiết cho các chương tiếp theo.Trong phần này sẽ tiến
hành tính toán phân bố công suất trong nhà máy điện, xây dựng được đồ thị phụ tải
tổng cho nhà máy.
Định lượng công suất cần tải cho các phụ tải ở các cấp điện áp tại các thời điểm
và đề xuất các phương án nối dây hợp lý cho nhà máy.
Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp cho các phụ tải sau:
1.2.1. Phụ tải cấp điện áp máy phát (15,75 KV):
Công suất cực đại P
max
= 64MW.
Hệ số công suất cosϕ = 0,8.
2
Đồ thị phụ tải hình 1.1
Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát được tính theo công thức sau:

UF
UFmax
UF
cos
P

%)(S
ϕ
Pt =
(1.1)
Trong đó:
S
UF
(t) là công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t.
P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát.
P
UFmax
, coϕ
UF
là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp máy
phát.
Áp dụng công thức (1.1) kết hợp với hình 1.1, ta có bảng phân bố công suất phụ
tải cấp điện áp máy phát như bảng 1.2:
Bảng 1.2
t(h) 0
÷
4 4
÷
8
8
÷
14 14
÷
1
8
18

÷
24
P% 70 90
100 80 70
S
UF
(t) 56 78,75
80 64 56
1.2.2. Phụ tải cấp điện áp trung (110 KV):
Công suất cực đại P
max
= 380 MW.
Hệ số công suất cosϕ = 0,85.
Đồ thị phụ tải hình 1.2
3
100
P%
80
60
40
20
0
4 8 12
16
20 24 t(h)
Hình 1.1
Công suất phụ tải cấp điện áp trung được tính theo công thức sau:
UT
UTmax
UT

cos
P
%)(S
ϕ
Pt =
(1.2)
Trong đó:
S
UT
(t) là công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t.
P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp trung theo thời gian.
P
UTmax
, coϕ
UT
là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp trung.
Áp dụng công thức (1.2) kết hợp với hình 1.2, ta có bảng phân bố công suất phụ
tải cấp điện áp trung như bảng 1.3:
Bảng 1.3
t(h)
0
÷
2
2
÷
6 6
÷
10
10
÷

12 12
÷
1
6
16
÷
20 20
÷
24
P%
70
80 100
80
90 80 70
S
UT
(t)
312,9
4
357,6
4
447
357,64
402,35 357,64 312,94
1.2.3. Phụ tải cấp điện áp cao (220 KV):
Công suất cực đại P
max
= 120 MW.
Hệ số công suất cosϕ = 0,85.
Đồ thị phụ tải hình 1.3

4
16
P%
80
4 8 12 20 24 t(h)
40
100
0
Hình 2
60
S
td
Công suất phụ tải cấp điện áp cao được tính theo công thức sau:
UC
UCmax
UC
cos
P
%)(S
ϕ
Pt =
(1.3)
Trong đó:
S
UC
(t) là công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t.
P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp cao theo thời gian.
P
UTmax
, coϕ

UT
là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp cao.
Áp dụng công thức (1.3) kết hợp với hình 3, ta có bảng phân bố công suất phụ
tải cấp điện áp cao như bảng 1.4:
Bảng 1.4
t(h) 0
÷
4
4
÷
8 8
÷
12 12
÷
1
6
16
÷
24
P% 80
90 100 90
100
S
UC
(t)
112,9
4
127 141,18 127 141,18
1.2.4. Công suất tự dùng của nhà máy:
Phụ tải tự dùng của nhà máy được xác định theo công thức sau:









+=
NM
F
NM
S
tS
St
)(
.6,04,0 )(S
td
α
(1.4)
Trong đó:
S
td
(t) là công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t.
α
là hệ số tự dùng của nhà máy,
%2
=
α
.

S
F
(t) là công suất phát của nhà máy tại thời điểm t.
S
NM
là công suất đặt của nhà máy, S
NM
= 706 MVA
Vì nhà máy phát luôn phát hết công suất nên ta có:
S
F
(t) = S
NM
= 706 (MVA)
Như vậy:
5
P%
60
0
4 8 12 20
Hình 1.3
100
80
40
20
16
24 t(h)
S
td
(t) = S

tdmax
= α.S
NM
= 0,02 x 706 = 14,12 (MVA) (1.5)
1.2.5. Công suất dự trữ của toàn hệ thống:
Công cuất dự trữ của toàn hệ thống (kể cả nhà máy đang thiết kế) được xác định
theo công thức sau:
S
dtHT
= S
dt
%.S
HT
+ S
NM
-
∑
ptmax
S
(1.6)
Trong đó:
)(65,63712,1418,14144780SSSSS
tdmaxUCmaxUTmaxUFmaxptmax
MVA
=+++=+++=
∑
,64(MVA)568637,65-70610.000*%5S
dtHT
=+=⇒

1.2.6. Bảng tổng hợp phân bố công suất trong toàn nhà máy:
Qua tính toán ở trên, ta lập được bảng số liệu cân bằng công suất của toàn nhà
máy theo thời gian trong một ngày, như bảng 1.6.
Bảng 1.5
t(h) 0
÷
2
2
÷
4
4
÷
6 6
÷
8 8
÷
10 10
÷
12
12
÷
1
4
14
÷
16
16
÷
1
8

18
÷
20 20
÷
22 22
÷
24
S
UF
(t) 56
56
78,75 78,75 80 80 80 64 64 56 56 56
S
UT
(t) 312,94
357,6
4
357,64 447 447 357,64 402,35 402,35 357,64 357,64 312,94 312,94
S
UC
(t) 112,94
112,9
4
127 127
141,1
8
141,18 127 127 141,18
141,18 141,18 141,18
S
td

(t) 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12
ΣSpt(t)
496 496 577,51 666,87 682,3 592,94 623,47 607,47 576,94 568,94 524,24 524,24
S
NM
706 706 706 706 706 706 706 706 706 706 706 706
S
th
(t) 210 210 128,49 39,13 23,7 113,06 82,53 98,53 129,06 137,06 181,76 181,76
Trong đó, S
th
(t) là công suất thừa mà nhà máy có thể phát về hệ thống tại thời điểm t.
)()(S
th
∑
−= tSSt
ptNM
(1.7)
Từ bảng 1.5, ta nhận thấy trong điều kiện làm việc bình thường nhà máy điện
phát đủ công suất cho phủ tải ở các cấp điện áp và còn thừa một lượng công suất có
thể đưa lên hệ thống trong tất cả các thời điểm trong ngày. Do đó nhà máy có khả năng
phát triển phụ tải ở các cấp điện áp.
1.2.7. Đồ thị phân bố công suất của toàn nhà máy:
Từ bảng 1.6 ta vẽ đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy theo công suất toàn phần
hình H1: 4
Trong đó:
S
td
: Đường đặc tính công suất tự dùng.
S

UF
: Đường đặc tính công suất cấp điện áp máy phát.
S
UT
: Đường đặc tính công suất cấp điện áp trung.
S
UC
: Đường đặc tính công suất cấp điện áp cao.
ΣSpt : Đường đặc tính công suất tổng phụ tải.
S
NM
: Đường đặc tính công suất nhà máy .
6

`
`
7
S
UF
t (h)
S(MVA)
150
550
500
450
400
50
100
200
350

300
250
850
600
700
650
750
800
4
8 12 16
0
S
NM
S
UT
20
S
UC
∑S
pt
S
td
1.3. VẠCH SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY:
Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình
tính toán thiết kế nhà máy điện. Vì vậy cần nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắm
vững các số liệu ban đầu. Dựa vào bảng 1.6 và các nhận xét tổng quát, ta tiến hành
vạch các phương án nối dây. Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấp điện liên
tục cho các hộ tiêu thụ, phải khác nhau về cách ghép nối các máy biến áp với các cấp
điện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện… Sơ
đồ nối điện giữa các cấp điện áp phải đảm bảo các yêu cầu sau kỹ thuật sau:

+ Số máy phát điện, máy biến áp nối bộ và liên lạc phải thoả mãn điều kiện khi
ngừng 1 máy phát hoặc 1 máy biến áp do sự cố thì các máy phát còn lại vẫn đảm bảo
cung cấp đủ cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áp trung.
+ Công suất mỗi bộ máy phát - máy biến áp không được lớn hơn dự trữ quay
của hệ thống.
Dự trữ quay của hệ thống
S
dtHT
= 568,64 (MVA) > S
bộ
= 176,5 (MVA).
+ Chỉ nối bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện áp nào
mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này; có như vậy mới tránh được
trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải
chuyển qua hai lần máy biến áp làm tăng tổn hao, gây lãng phí công suất của máy
phát.
+ Nếu phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ thì có thể lấy rẽ nhánh từ bộ máy phát
máy biến áp nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được vượt quá 15% của bộ.
Thành phần phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát so với công suất của
toàn nhà máy:

%15%33,11100
706
80
100%
max
<===
NM
UF
UF

S
S
S
(1.8)
Ta nhận thấy rằng, phụ tải cấp điện áp máy phát bé hơn 15% tổng công suất của
toàn nhà máy nên ta dùng sơ đồ nối bộ.
+ Không nên dùng quá 2 máy biến áp ba cuộn dây hay máy biến áp tự ngẫu để
liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp.
+ Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía điện áp cao và trung áp có
trung tính trực tiếp nối đất.
Từ các yêu câu kỹ thuật trên, ta vạch ra một số phương án nối điện chính cho
nhà máy như sau:
8
1.3.1 Phương án I:
1.3.1.1. Mô tả phương án:
- 4 máy phát nối bộ bên cao và bên trung.
- Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp.
Hình:1-5
1.3.4.2. Ưu điểm:
- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho phụ tải các cấp điện áp.
- Dung lượng máy biến áp nhỏ nên chọn khí cụ điện hạng nhẹ.
1.3.4.3. Nhược điểm:
- Số lượng máy biến áp nhiều dẫn đến tổn thất điện năng lớn nên giá thành đầu
tư lớn.
- Chiếm nhiều diện tích mặt bằng để xây dựng.
- Số lượng thiết bị ở cấp trung và cao áp nhiều nên dễ bị sự cố và giá thành xây
dựng thanh góp cấp điện áp cao và trung lớn.
1.3.2. Phương án II:
1.3.2.1. Mô tả phương án:
- Sơ đồ này cấp điện áp cao không có nối bộ.

-Hai bộ máy phát F3, F4 – máy biến áp hai cuộn dây B3, B4 nối vào thanh góp
cấp điện áp trung.
- Dùng 2 máy biến áp ba cuộn dây để liên lạc giữa các cấp điện áp.
9
B2
F2
F1
B1
F4
B5
F3
TBPP 110 KV
B6
HT
TBPP 220 KV
B4
B3
Hình:1-7
1.3.2.2. Ưu điểm:
- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện, độ tin cậy cũng như sự liên lạc giữa các cấp
điện áp với nhau và giữa nhà máy với hệ thống.
- Số lượng máy biến áp ít nên đơn giản trong việc lắp đặt cũng như vận hành và
giảm được diện tích lắp đặt, vốn đầu tư cho phương án.
1.3.2.3. Nhược điểm:
- Khi gặp sự cố 1trong các máy biến áp, gây lãng phí công suất máy phát do
phài ngừng làm việc.
- Dung lượng máy biến áp lớn,khó khăn cho việc vận chuyển lắp đặt.
1.3.3. Phương án III:
1.3.3.1. Mô tả phương án:
- Sơ đồ dùng 2 bộ máy phát – máy biến áp nối bộ F1 - B1 và F4 – B4 nối vào

thanh góp220 KV và 110 KV;
- Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp.
1.3.3.2. Ưu điểm:
- Sơ đồ đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải các cấp điện áp.
- Đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống.
- Thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát đơn giản, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
và nguyên tắc chọn sơ đồ.
- Số lượng MBA bằng số lượng nguồn nên vận hành nhà máy linh hoạt, kinh tế.
10
TBPP 110 KV
F2
B1 B2
HT
TBPP 220 KV
F1
B3
F4
B4
15,75 KV
F3
Hình:1-8
1.3.3.3. Nhược điểm:
- Lượng máy biến áp nối vào thanh góp trung áp nhiều nên lượng thiết bị phân
phối ở cấp trung áp sẽ nhiều
- Do dung 2 MBA tự ngẫu lien lạc giữa 2 cấp điện áp cao và trung nên dòng sẽ
lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lựa chọn thiết bị.
1.3.4. Phương án IV:
1.3.4.1. Mô tả phương án:
`
11

F1
B1
B3
B4
F4
B2
F3
HT
TBPP 220 KV TBPP 110 KV
PT
PT
HT
TBPP 220 KV
TBPP 110 KV
B4
B6
B3
B5
B1
B2
F2
15,75 KV
15,75 KV
- Sơ đồ dùng 3 bộ máy phát – máy biến áp nối bộ F1 - B1, F2 – B2, F3 – B3 nối
vào thanh góp 220 KV; F4 – B6 nối vào thanh góp 110 KV. Hai máy biến áp tự ngẫu
để lien lạc giữa 2 cấp điện áp cao và trung.
1.3.4.2. Ưu điểm:
- Sơ đồ đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải các cấp điện áp.
- Đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống.
1.3.4.3. Nhược điểm:

- Có nhiều Máy biến áp, tốn diện tích mặt bằng xây dựng công suất truyền tải
qua 2 lần biến áp tăng tổn hao điện năng dẫn đến tăng chi phí đấu tư.
1.3.6. Nhận xét chung:
Qua phân tích ưu, nhược điểm của từng phương án, ta nhận thấy phương án 2
đảm bảo về mặt kỹ thuật và có nhiều ưu điểm hơn các phương án khác nên ta chọn
phương án 2 để tính toán cho các phần tiếp theo.
12
F1 F2 F4F3
CHƯƠNG 2: CHỌN MÁY BIẾN ÁP, TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
2.1. CHỌN MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp là một thiết bị chính trong nhà máy điện, vốn đầu tư của nó chiếm
1 phần rất quan trọng tổng số vốn đầu tư của nhà máy. Vì vậy việc chọn số lượng máy
biến áp và công suất định mức của chúng là rất quan trọng. Công suất của máy biến áp
được chọn phải đảm bảo đủ khả năng cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải không những
trong điều kiện làm việc bình thường mà ngay cả lúc sự cố. Chế độ làm việc định mức
của máy biến áp phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường nhưng do có thể đặt hàng
theo điều kiện khí hậu tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ.
2.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO PHƯƠNG ÁN 2:
* Sơ đồ nối điện phương án 2:
Hình 2.1
2.2.1. Chọn máy biến áp nối bộ phía trung áp B3, B4:
02 Máy biến áp này là máy biến áp ba pha 2 cuộn dây nên điều kiện chọn là:
S
đmB3
= S
đmB4

≥
S
đmF3

= 176,5 MVA (2.1)
Tra sách “Hướng dẫn thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của Nguyễn Hữu
Khái, Trường ĐHBK Hà Nội, ta có thông số máy biến áp B3, B4 như bảng 2.1:
Bảng 2.1
Loại
MBA
S
(MVA)
Điện áp cuộn dây
∆P (KW)
U
N
% I
o
%
Cao Hạ
∆P
0
∆P
N
TДЦ 200 121 15,75 140 550 10,5 0,5
13
HT
220 KV
B1 B2
B4
B3
F1
F2
F3

F4
2.2.2. Chọn máy biến áp liên lạc B1, B2:
Máy biến áp này là máy biến áp tự ngẫu ba pha, công suất được chọn theo điều
kiện:
S
đmB1
= S
đmB2

≥
S
đmF1
/K
cl
(2.2)
Với: K
cl
=
5,0
110
110220
=
−
=
−
T
TC
U
UU
S

đmF1
/K
cl
=
5,0
5,176
= 353 (MVA)
Trong đó:
S
đmF1
: là công suất định mức của máy phát F1,(F2).
K
cl
: hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu
Như vậy, công suất của máy biến áp liên lạc B
1
và B
2
là:
353
32
≥=
đmBđmB
SS
(MVA).
Tra sách “Thiết kế Nhà máy điện” của PGS Nguyễn Hữu Khái. Trang 113 ta
chọn máy biến áp có các thông số sau:
Bảng 2.2
Loại
MBA

S
(MVA)
Điện áp cuộn dây
∆P (KW)
U
N
%
I
o
%
C T H
∆P
0
∆P
NC-T
∆P
NC-H
∆P
NT-H
C-T C-H T-H
TДЦПA
360 230 121 15,75 145 560 - - 11 32 20 0,5
2.2.3. Kiểm tra quá tải máy biến áp đã chọn của phương án 2 :
2.2.3.1. Kiểm tra quá tải bình thường:
Công suất định mức của các máy biến áp B1, B2, B3, B4 được chọn lớn hơn
công suất tính toán nên không cần kiểm tra quá tải bình thường.
2.2.3.2. Kiểm tra quá tải sự cố:
a. Xét sự cố một trong hai máy biến áp nối bộ:
Giả sử sự cố bộ F3-B3:
Công suất cần cấp cho phụ tải điện áp trung lúc cực đại của mỗi MBA tự ngẫu

B1, B2 là:

≥
2,1
2
dmBclqt
SKK
S
UTmax
- (S
dmF4
– S
tdmax
/4

– S
UF(F4)max
) + (S
UcMax
– S
dtHT
) (2.3)
Chọn K
qt
= 1,2 là hệ số quá tải của MBA tự ngẫu
S
UcMax
– S
dtHT
<0 nên ta bỏ đi (S

UcMax
– S
dtHT
) trong biểu thức (2.3)
=
3,2
2
dmBclqt
SKK
2 x 1,2 x 0,5 x 360 = 432 (MVA)
S
UTmax
- (S
dmF4
– S
tdmax
/4 - S
UF(F4)max
) = 447 – (176,5 -
)
4
80
4
12,14
−
= 294.03 (MVA)
⇔
432 >294,37 (MVA). Như vậy MBA đã xét không bị quá tải.
b. Trường hợp sự cố MBA TN liên lạc:
Giả sử sự cố MBA B2:

Công suất cần cấp cho phụ tải điện áp trung lúc cực đại của MBA tự ngẫu B2 là:
14

≥
1

dmBclqt
SKK
S
UTmax
- (
∑
4
3
S
dmFi
–
∑
4
3
S
td(Fi)max
–
∑
4
3
S
UF(Fi)max
) + (S
UcMax

– S
dtHT
) (2.4)
S
ucMax
– S
dtHT
<0 nên ta bỏ đi (S
ucMax
– S
dtHT
) trong biểu thức (2.4)
1,2 x 0,5 x 360 ≥ 447 – (2 x 176,16 – 2 x
)
4
80
2
4
12,14
x−
⇔
216 ≥ 141,74 (MVA)
Như vậy MBA đã xét không bị quá tải
2.2.3.3. Kết luận:
Các máy biến áp đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc bình thường và sự cố.
2.3. TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MÁY BIẾN ÁP :
Sơ đồ phân bố phụ tải cấp điện áp máy phát
2.3.1 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp nối bộ B3, B4:
Hai MBA B3, B4 hoàn toàn giống nhau và vận hành song song nên ta, Áp dụng
công thức:

∆A = n∆P
o
t +
n
1
∆P
N
3
2
2
đmB
Bi
S
S
∑
t
i
(2.5)
Từ đồ thị phụ tải và các kết quả ở chương 1, ta lập bảng số liệu sau:
Bảng 2.3
t(h) 0
÷
2 2
÷
4 4
÷
6 6
÷
8 8
÷

10 10
÷
12
12
÷
1
4
14
÷
16
16
÷
1
8
18
÷
20 20
÷
22 22
÷
24
15
HT
6 MW 10 MW 10 MW10MW 6 MW10 MW
220 KV
B1 B2
B4
B3
F1
F2

F3
F4
S
UF
(t)/4 14 14 12,6 12,6 20 20 20 10,8 10,8 14 14 14
S
tdmax
/4 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53
S
dmF3
176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5
S
B3(4)
158,97 158,97 160,37 160,37
140,3
7
140,37 140,37 129,57 129,57 158,97 158,97 158,97
Trong đó:
S
B3(4)
= S
dmF3
- S
tdmax
/4 - S
UF
(t)/4; S
UF
(t) = S
UFmax

x P%
S
UFmax
= P
max
/Cosϕ =
8,0
16
= 20 (MVA)
Do đó tổn thất trong một MBA nội bộ B3 (B4) là:
∆A =140.24
2.)37,140(2.)37,160(2.)37,160(2.)97,158(2.)97,158(
200
550
22222
2
++++
∑
+
+ (140,37)
2
.2 + (140,37)
2
.2 + (129,57)
2
.2 + (129,57)
2
.2 + (158,97)
2
.2 + (158,97)

2
.2 +
(158,97)
2
.2 = 10798 (kWh)
Tổn thất điện năng trong một MBA nối bộ B
3(4)
trong một năm là:
ΔA = 10798 x 365 = 3.941.366 (kWh)
2.3.2. Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu 3 pha:
Tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp tự ngẫu xác định theo biểu
thức:
i
2
đmB
2
HiNH
2
đmB
2
TiNT
2
đmB
2
CiNC
oBTN
).t
S
.SΔP
S

.SΔP
S
.SΔP
(
n
1
.tΔnΔA +++=
∑
P.
(2.6)
Trong đó: S
iC
, S
iT
, S
iH
là công suất tải qua các cuộn cao, trung, hạ của những
máy biến áp tự ngẫu liên lạc vận hành song song trong thời gian t
i,
Đối với máy biến áp tự ngẫu thì tổn thất ngắn mạch của các cuộn cao, trung và
hạ được tính như sau:
∆P
NC
= 0,5.
)(
22
cl
HNT
cl
HNC

TNC
K
P
K
P
P
−−
−
∆
−
∆
+∆
(2.7)
= 0,5.
)
5.0
280
5,0
280
560(
22
−+
= 280 KW,
∆P
NT
= 0,5.
)(
22
cl
HNC

cl
HNT
TNC
K
P
K
P
P
−−
−
∆
−
∆
+∆

= 0,5.
)
5.0
280
5,0
280
560(
22
−+
= 280 KW,
∆P
NH
= 0,5.
)(
22

TNC
cl
HNT
cl
HNC
P
K
P
K
P
−
−−
∆−
∆
+
∆
= 0,5.
)560
5.0
280
5,0
280
(
22
−+
= 840 KW,
Trong đó :
Do chỉ có ∆P
NC-T
= 560 (KW) nên có thể xem ∆P

NC-H
= ∆P
NT-H
= 0,5∆P
NC-T
= 280
(KW), Theo bảng: 2.2
16
+ Tính phân bố công suất:
S
H
= Sđm
F1
- S
tdMaxF1
- S
UF (F1)
(t) (2.8)
S
UF(F1)
(t) = S
UF(F1)max
x P% =
%.
8,0
16
%.
max
PP
Cos

P
UF
=
ϕ
(2.9)
Công suất qua cuộn trung:
S
T
= 0,5(S
UT
(t) – 2.S
B3(4)
) (2.10)
Công suất truyền qua cuộn cao:
S
C
= S
H
- S
T
(2.11)
Ta lập bảng số liệu công suất qua từng cuộn dây MBA TN (công suất S tính theo đơn
vị MVA) như bảng sau:
Bảng 2.4
t(h) 0
÷
2 2
÷
4 4
÷

6 6
÷
8 8
÷
10 10
÷
12
12
÷
1
4
14
÷
16
16
÷
1
8
18
÷
20 20
÷
22 22
÷
24
S
UF(F1)
(t) 14 14 12,6 12,6 20 20 20 10,8 10,8 14 14 14
S
tdmaxF1

3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53
S
đmF1
176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5 176,5
S
UT
(t)
312,9
4
357,6
4
357,64 447 447 357,64 402,35 402,35 357,64 357,64 312,94 312,94
S
B3(4)
158,97 158,97 160,37 160,37 152,97 152,97 152,97 162,17 162,17 158,97 158,97 158,97
S
H
158,97 158,97 160,37 160,37 152,97 152,97 152,97 162,17 162,17 158,97 158,97 158,97
S
T
-2,5 19,85 18,45 63,13 70,53 25,85 48,2 39 16,65 19,85 -2,5 -2,5
S
C
161,4
7 178,82 178,82 223,50 223,50 178,82 201,17 201,17 178,82 178,82 161,47 161,47
Từ công thức tính tổn thất điện năng, ta có:
∆A
B1,2
= 170.24 +
2

360
1
{[280(161,47)
2
+ 280(2,5)
2
+ 840(158,97)
2
].6
+ [280(178,82)
2
+ 280(19,85)
2
+ 840(158,97)
2
].2
+ [280(178,82)
2
+ 280(18,45)
2
+ 840(160,37)
2
].2
+ [280(223,5)
2
+ 280(63,13)
2
+ 840(160,37)
2
].2

+ [280(223,5)
2
+ 280(70,53)
2
+ 840(152,97)
2
].2
+ [280(178,8)
2
+ 280(25,85)
2
+ 840(152,97)
2
].2
+ [280(201,2)
2
+ 280(48,2)
2
+ 840(152,97)
2
].2
+ [280(201,2)
2
+ 280(39)
2
+ 840(162,17)
2
].2
+ [280(178,8)
2

+ 280(16,65)
2
+ 840(162,17)
2
].2
+ [280(178,8)
2
+ 280(19,85)
2
+ 840(158,97)
2
].2
= 8864 (Kwh)
Tổn thất điện năng trong một MBA TN B
1(2)
trong một năm là:
ΔB
1(2)
= 8864 x 365 = 3.235.434 (KWh)
2.3.3. Tổng tổn thất điện năng trong máy biến áp:
Tổng tổn thất điện năng của các MBA trong một năm là:
ΔB
∑
= 2 x ΔB
1(2)
+ 2 x ΔB
3(4)

17
= 2 x 3.235.434 + 2 x 3.941.366 = 14.353.600 (KWh)

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
3.1. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH:
3.1.1. Mở đầu:
Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để cho việc chọn các loại khí cụ điện.
Phương pháp tính toán ngắn mạch được sử dụng trong chương này là phương pháp
đường cong tính toán dựa trên các nguyên tắc sau :
- Trị số tương đối của dòng ngắn mạch được tra trên đường cong tính toán,
I
ck
= f(X
xk
); (sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn
Hữu Khái - NXB Hà Nội ).
- Hệ số xung kích (X
xk
) và (q) được tra ở bảng 3-2,trang 28 sách “Thiết kế nhà
máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội .
- Tính xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch (B
N
) ta dùng phương pháp thời
gian tương đương(T
tđ
). Trong đó, Ttđ được tra trên đường cong tính toán.
- Dạng ngắn mạch tính toán là dạng ngắn mạch có dòng điện chạy qua khí cụ
điện lớn nhất. Việc chọn dạng ngắn mạch tính toán là phụ thuộc từng trường hợp cụ
thể, nhưng để thuận tiện người ta chọn ngắn mạch 3 pha đối xứng.
- Điểm ngắn mạch tính toán là điểm ngắn mạch được chọn trên sơ đồ tương ứng
với tình trạng vận hành, phù hợp với điều kiện thực tế nguy hiểm nhất.
3.1.2. Tính toán ngắn mạch cho phương án 2:
3.1.2.1. Sơ đồ nối điện có vị trí điểm ngắn mạch tính toán :

a. Điểm ngắn mạch N
1
:
N4
18
Hình 3.1
HT
N1
N2
N3
N5
N6
- Mục đích : Chọn các khí cụ điện phía cao áp (220 KV).
- Tình trạng sơ đồ : Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc.
b. Điểm ngắn mạch N
2
:
- Mục đích : Chọn các khí cụ điện phía trung áp (110 KV).
- Tình trạng sơ đồ : Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc.
c. Điểm ngắn mạch N
3
:
- Mục đích : Chọn các khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp liên lạc.
- Tình trạng sơ đồ : Chỉ máy phát F1 làm việc,tất cả các máy phát khác và hệ
thống đều nghỉ .
d. Điểm ngắn mạch N
4
:
- Mục đích: Chọn các khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp liên lạc.

- Tình trạng sơ đồ: Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc, trừ máy phát
F1 nghỉ.
e. Điểm ngắn mạch N
5
,N
6
:
- Mục đích: Chọn khí cụ điện cho mạch nối bộ, mạch phụ tải cấp điện áp máy
phát và tự dùng.
- Tình trạng sơ đồ:
+ Đối với điểm N
5
thì tình trạng sơ đồ là hệ thống và các máy phát đều làm việc
bình thường, có thể xác định I
N5
=I
N3
+I
N4
.
+ Đối với điểm N
6
thì tình trạng sơ đồ là hệ thống và các máy phát đều làm
việc bình thường.
* Kết luận: Sau khi đã xác định được dòng ngắn mạch tính toán của các điểm ta
lấy giá trị như sau:
I
tt
= max(I
N5

,I
N6
)
3.1.2.2. Sơ đồ thay thế tính toán :
Từ sơ đồ nối điện có điểm ngắn mạch ta thành lập được sơ đồ thay thế tính
toán như hình 3.2:

19
F1
F3
F4
F2
X12
X10
X6
X11
X5
X4
X2
X3
X1
HT
X14
X13
X9
X7
X8
N3
N2
N1

N4
N6
N5

Hình 3.2
3.1.2.3. Tính toán các thông số của sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối:
1. Xác định đại lượng tính toán:
* Chọn các đại lượng cơ bản (cb):
Chọn
)(100 MVAS
cb
=





=
=
=
=
)(75,15
)(115
)(230
3
2
1
KVU
KVU
KVU

UU
cb
cb
cb
tbcb

* Dòng điện cơ bản ở các cấp điện áp:
)(251,0
230.3
100
.3
1
1
KA
U
S
I
cb
cb
cb
===
)(502,0
115.3
100
.3
2
2
KA
U
S

I
cb
cb
cb
===
)(665,3
75,15.3
100
.3
3
3
KA
U
S
I
cb
cb
cb
===
* Điện kháng của các phần tử:
- Điện kháng của các máy phát F
1
, F
2
, F
3
, F
4
:
1416,0

5,176
100
25,0"
4321
======
dmF
cb
d
S
S
XXXXX
- Điện kháng của máy biến áp B
3
,B
4
:
055,0
200
100
.
100
11
.
100
%
4
411
====
dmB
cbN

B
S
SU
XX
- Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B
1
, B
2
:
9 10
% %
1
%
2.100
1 32 20 100
11 0,05
200 0,5 0,5 360
NC H NT H cb
C NC T
cl cl dmBA
U U S
X X X U
K K S
− −
−
 
= = = + −
 ÷
 
 

= + − =
 ÷
 
7 8
% %
1
%
2.100
1 20 32 100
11 0,0277
200 0,5 0,5 360
NT H NC H cb
T NC T
cl cl dmBA
U U S
X X X U
K K S
− −
−
 
= = = + −
 ÷
 
 
= + − =
 ÷
 
0611,0
360
100

12
5,0
16
5,0
12
200
1
%
%%
100.2
1
65
=






−+=








−+===
−

−−
dmBA
cb
TNC
cl
HNT
cl
HNC
H
S
S
U
K
U
K
U
XXX
20
- Điện kháng của đường dây liên lạc với hệ thống:
2
0
13

2
cb
cb
U
S
l
x

X =
Đối với đường dây truyền tải ta có: X
0
= 0,4 (Ώ/Km)
Suy ra:
083,0
230
100
.220.
2
4,0
2
14
==X
- Điện kháng của hệ thống:
015,0
10000
100
15,0
14
===
HT
cb
HT
S
S
XX

3.1.2.4. Tính dòng ngắn mạch tại các điểm:
1)Điểm ngắn mạch N

1
:
*Sơ đồ thay thế tính toán và biến đổi:
a) b)
c) d)
Hình 3.3
Từ sơ đồ hình trên ta biến đổi:
X
15
= X
1
+X
6
= 0,1416 + 0,0611 = 0,2027
X
16
= X
3
+X
11
= 0,1416 + 0,0585 = 0,1966
X
17
= X
4
+X
12
= 0,1416 + 0,0585 = 0,1966
X
18

= X
2
+X
5
= 0,1416 + 0,0611 = 0,2027
21
X19
E
3
E
1
E
4
E
2
HT
X8
X7
X9
X10
X16
X15 X18
X17
N1
HT
X19
E
12
E
34

E
4
X21
X22
X23
X20
N1
E
12
HT
X19
E
34
X21
X22
X24
N1
E
1234
X19X26
N7
HT

X
19
= X
13
+X
14
= 0,0945 + 0,0031 = 0,0976

Tiếp tục biến đổi:
X
20
=X
7
// X
8
=
2
7
X
. =
2
0277,0
= 0,0138
X
21
=X
9
// X
10
=
2
9
X
=
0027,0
2
055,0
=

X
22
=X
15
// X
18
=
2
15
X
=
1013,0
2
2027,0
=
X
23
=X
16
// X
17
=
2
16
X
=
0983,0
2
1966,0
=

X
24
= X
20
+X
23
= 0,0138 + 0,0999 = 0,1134
Tiếp tục biến đổi :
X
25
= X
22
// X
24
=
0535,0
1134,01013,0
1134,0.1013,0
.
2422
2422
=
+
=
+ XX
XX
X
26
=X
21

+X
25
= 0,0027+0,0535=0,0562
* Tính dòng ngắn mạch:
- Qui đổi điện kháng do các máy phát cung cấp:
3967,0
100
5,176.4
.0562,0
4
1
26
===
∑
=
cb
i
dmFi
tt
S
S
XX
- Đối với máy phát có cuộn cản
X
t
= X
tt
+0,07 = 0,3967 + 0,07 = 0,4667
Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “Thiết kế nhà máy điện
và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn

mạch: I*
0
= 2,53 ; I*
∞
= 2,58
- Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp:
484,4
.2303
4.176,5
2,53
U3
S
I.I*II"
cb3
4
1i
dmFi
0dmF0F
====
∑
=
(KA)
4,572
.2303
4.176,5
2,58.I*II
dmF
F
===
∞

∞
(KA)
- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:
2,571
0,0976
1
0,251
X
1
II
19
cb1HT
===
(KA)
- Dòng ngắn mạch tổng:
7,024,4842,571I"II"
FHTN1
=+=+=
(KA)
7,1444,5722,571III
F
HT
N1
=+=+=
∞∞
(KA)
- Dòng ngắn mạch xung kích:
)(KA17,87.1,8.7,022I"K2i
N1xkxk
===

)(KA10,677,02 1,52.q.I"I
N1xk
===
-Trong đó:
K
xk
=1,8 và q=1,52 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến
áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội.
22
2) Điểm ngắn mạch N
2
:

Sơ đồ thay thế tính toán và biến đổi :
a) b)
c) d)
Hình 3.4
Từ sơ đồ hình trên ta biến đổi:
X
15
= X
1
+X
6
= 0,1416 + 0,0611 = 0,2027
23
X19
E
3
E

1
E
4
E
2
HT
X8
X7
X9
X10
X16
X15 X18
X17
N2
HT
X19
E
12
E
34
E
4
X21
X22
X23
X20
N2
HT
X23
E

12
E
34
X24
X22
X20 N2
E
1234
X19X26
N7
HT

X
16
= X
3
+X
11
= 0,1416 + 0,0585 = 0,1966
X
17
= X
4
+X
12
= 0,1416 + 0,0585 = 0,1966
X
18
= X
2

+X
5
= 0,1416 + 0,0611 = 0,2027
X
19
= X
13
+X
14
= 0,0945 + 0,0031 = 0,0976
Tiếp tục biến đổi :
X
20
=X
7
// X
8
=
2
7
X
. =
2
0277,0
= 0,0138
X
21
=X
9
// X

10
=
2
9
X
=
0027,0
2
055,0
=
X
22
=X
15
// X
18
=
2
15
X
=
1013,0
2
2027,0
=
X
23
=X
16
// X

17
=
2
16
X
=
0983,0
2
1966,0
=
X
24
= X
19
+X
21
= 0,0976 + 0,0027 = 0,1003
Áp dụng phép biến đổi sao lưới:
Biến đổi sao ( X
20
,X
22
,X
24
) thành lưới (X
25
,X
26
,X
30

). Do coi 2 đầu X
30
là đẳng áp
nên không tính toán và đưa X
30
tham gia vào sơ đồ.
X
25
=
1284,0
1003,0
1013,0.0135,0
1013,00135,0
.
24
2220
2220
=++=++
X
XX
XX
X
26
=
1271,0
1013,0
1003,0.0135,0
1003,00135,0
.
22

2420
2420
=++=++
X
XX
XX
X
27
= X
23
// X
25
=
2568,0
1284,00983,0
1284,0.0983,0
.
2523
2523
=
+
=
+ XX
XX
* Tính dòng ngắn mạch:
- Qui đổi điện kháng do các máy phát cung cấp:
396,0
100
5,176.4
.0561,0

4
1
28
===
∑
=
cb
i
dmFi
tt
S
S
XX
- Đối với máy phát có cuộn cản
X
t
= X
tt
+0,07 = 0,396 + 0,07 = 0,466
Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “thiẾt kẾ nhà máy điỆn
và trẠm biẾn áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn
mạch:I*
0
= 2,54 ; I*
∞
= 2,59
- Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp:
002,9
.1153
4.176,5

2,54.
U3
S
I.I*II"
cb3
4
1i
dmFi
0dmF0F
====
∑
=
(KA)
9,18
.1153
4.176,5
2,59 I*II
dmF
F
===
∞
∞
(KA)
- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:
3,949
0,1271
1
0,502.
X
1

II
19
cb1HT
===
(KA)
- Dòng ngắn mạch tổng :
12,9699,023,949I"II"
FHTN1
=+=+=
(KA)
13,1299,183,949III
F
HT
N1
=+=+=
∞∞
(KA)
24
- Dòng ngắn mạch xung kích :
)(KA014,339.1,8.12,962I"K2i
N1xkxk
===
)(KA19,71312,969 1,52.q.I"I
N1xk
===
-Trong đó:
K
xk
=1,8 và q=1,52 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến
áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội.

3) Điểm ngắn mạch N
3
:
Sơ đồ tính toán :

Hình 3.5
Ta có:
X
2
= 0,1416
* Tính dòng ngắn mạch :
- Qui đổi điện kháng do máy phát cung cấp:
2499,0
100
5,176
.1416,0
2
===
cb
dmF
tt
S
S
XX
- Đối với máy phát có cuộn cản
X
t
= X
tt
+0,07 = 0,2419 + 0,07 = 0,32

Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “Thiết kế nhà máy điện
và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn
mạch: I*
0
= 3,7 ; I*
∞
= 3,1
- Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp:
938,23
.15,753
176,5
3,7.
U3
I.I*II"
cb3
0dmF0N3
====
dmF
S
(KA)
20,05
.15,753
176,5
3,1 I*II
dmF
N3
===
∞
∞
(KA)

- Dòng ngắn mạch xung kích:
)(KA339,6538.1,93.23,92I"K2i
N1xkxk
===
)(KA39,49781,65.23,93q.I"I
N1xk
===
-Trong đó:
K
xk
=1,93 và q =1,65 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến
áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội.
25
E
1
X1
N3