đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 1200 MW và khảo sát chế độ không đối xứng của đường dây siêu cao áp 500 kV.

Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
NHIỆM VÔ
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : LÊ KHẮC HƯNG
Líp : 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 đường dây siêu cao áp 500 kV.
II.Các số liệu ban đầu :
1.Máy phát điện :
Số lượng : 4 do CHLB Nga chế tạo.
Kiểu TGB –300 – 2 .
P
Gđm
= 300 MW ; Cosϕ = 0,85 ; U
Gđm
= 20 kV ; X
d
”
= 0,195 ; X
d
’
= 0,300 ;
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 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 24
P
NM
% 80 100 90 80
Tự dùng cực đại của nhà máy bằng 5% công suất định mức của nhà máy
với cosϕ = 0,85 .
2.Phụ tải địa phương : 22 kV
P
22m
= 40 MW , Cosϕ = 0,92
Gồm 4 hộ được cung cấp bằng đường dây cáp kép , mỗi hộ 10 MW .
Biến thiên phụ tải hàng ngày P
22
% = (P
22
/P
22m
).100 :
t(h)
0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 24
P
22

% 70 100 90 70
3.Phụ tải trung áp : 220 kV
P
220m
= 600 MW , Cosϕ = 0,80
Gồm 6 đường dây , mỗi đường 100 MW
Biến thiên phụ tải hàng ngày P
220
% = (P
220
/P
220m
).100 :
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
1
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
t(h)
0 ÷ 8 8 ÷12 12 ÷ 16 16 ÷ 24
P
T(t)
% 70 100 80 70
4.Phụ tải cao áp : 500 kV (Hệ thống)
Công suất thừa của nhà máy hệ thống nhờ 2đường 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 tương 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 dâ 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 đường dây siêu cao áp 500 kV bằng
phương pháp dịch chuyển điểm đứt và phương pháp sơ đồ thứ tự thuận mở rộng.
3.Đánh giá ảnh hưởng 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 :
Cán bộ hướng dẫn :
PGS,TS Trịnh Hùng Thám
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
2
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
PHẦN I
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
Điện năng được tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ được 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 lượng 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 tảỉ 3 cấp
điện áp : 22 kV, 220 kV, 500 kV và được nối với hệ thống điện ở cấp điện áp
500 kV.
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
3
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
Trong nhiệm vụ thiết kế, phụ tải hàng ngày của nhà máy, phụ tải điạ phương
(22 kV), phụ tải trung áp (220 kV), cho dưới dạng % công suất tác dụng cực đại
(P
max
) và hệ số công suất (cosϕ
tb
) của từng phụ tải tương ứng. Dựa vào đó ta tính
được phụ tải ở các cấp điện áp theo công thức tổng quát :
tb
t
t
P
S
ϕ
=
cos
)(
)(

với P
(t)
=
max
)(
.P
100
P
t
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 , cosϕ
đm
= 0,85
Do đó :
S

Gđm
=
dm
Gdm
P
ϕ
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 được xác định như sau :
S
NM(t)
=
Gdm
)t(NM
cos
P

ϕ
với P
(t)
=
NMm
tNM
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 như hình 1-1.
Bảng1-1
t(h)
0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 24
P
NM
% 80 100 90 80
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
4
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
t(h)
0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 24
P
NMT
(MW) 960 1200 1080 960
S
NM
(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 cosϕ = 0,85
Công suất tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm xác định theo công thức
sau:
S
td(t)
= α.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
α : Hệ số phần trăm lượng điện tự dùng, nhiệm vụ thiết kế cho
α = 0,05
Từ kết quả tính toán phụ tải ở phần 1.1 và công thức trên ta tính được phụ
tải tự dùng nhà máy theo thời gian cho trong bảng 1 – 2 và đồ thị phụ tải tự dùng
ở hình 1 – 2 :

Bảng 1- 2
t(h)
MVA
0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 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 , cosϕ
22
= 0,92
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
5
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
Đồ thị phụ tải hàng ngày được xác định như sau :
S
22 (t)
=
22
)t(22
cos
P
ϕ
với P

22 (t)
=
max22
)t(22
P.
100
%P
Kết quả tính toán phụ tải địa phương theo từng thời điểm cho trong bảng
1 – 3 và đồ thị phụ tải như hình 1- 3 .
Bảng1-3
t(h)
0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 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 , cosϕ
220
= 0,92
Phụ tải trung áp được xác định như sau :
S

220(t)
=
tb
)t(220
cos
P
ϕ
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 như hình 1- 4 .
Bảng1-4
t(h)
0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 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)

Phương trình cân bằng công suất toàn nhà máy :
S
NM(t)
= S
22(t)
+ S
220(t)
+ S
500(t)
+ S
td(t)
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
6
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
Từ phương trình này ta tính được 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 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 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 Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
7
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
S
®p(t)

(MVA)
62,12
H×nh 1 - 2
t(h)8 12 16
H×nh 1 – 3
10
20
30
40
50
30,43
43,48
39,13

30,43
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện

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
Như vậy nhà máy đóng vai trò quan trọng trong hệ thống. Phụ tải nhà máy
phân bố không đều giữa 3 cấp điện áp nhưng phân bố tương đối đều giữa điện
áp cao và điện áp trung.
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
8
0
8 12 16 24 t(h)
800
600
400
200
525
750

600
525
S
T(t)
(MVA)
H×nh 1 – 4
S
C(t)
(MVA)
t(h)0 8 12 16 24
100
200
300
400
500
600
511,86
547,69 564,52
511,86
H×nh 1 – 5
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
Công suất cực đại của nhà máy phát cho hệ thống là S
500max
= 564,52 MVA
nhỏ hơn công suất dự trữ quay hệ thống S
dtqHT
= 1440 MVA
Công suất cực đại của phụ tải điện áp trung (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 Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
9
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
10
S
t
(MVA))
1411,76
1270,59
1500
1129,41 1129,41
1000
S
NM
500
525 525
750
600
511,86
547,69 564,52
511,86

S
T
S
C
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
S
®p
H×nh 1-6
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
CHƯƠNG II
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN CHÍNH
Việc lựa chọn đồ nối điện chính là một khâu rất quan trọng trong quá trình
thiết kế nhà máy điện. Sơ đồ nối điện chính phải thoã mãn được các yêu cầu :
làm việc tin cậy, cấu tạo đơn giản vận hành linh hoạt, kinh tế và an toàn cho
người.
Tính đảm bảo làm việc tin cậy của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng
của hộ tiêu thụ điện. Trong nhiêm vụ thiết kế phần lớn các hộ tiêu thụ thuộc loại
I nên phải được cung cấp bằng 2 đường 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 trường hợp cụ thể mà chọn sơ 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 lượng và chủng loại khí cụ dùng trong sơ đồ .
Tính an toàn cho người 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 như sau :
- Phụ tải địa phương ( 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 lưới 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 phương bằng 22 kV, trong khi đó điện áp định
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43

11
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
mức của máy phát điện bằng 20 kV nên để cung cấp điện cho phụ tải địa
phương dùng máy biến áp 20/22 (kV). Và vì vậy nhà máy không cần dùng thanh
góp điện áp máy phát và các máy phát điện được nối theo sơ đồ bộ với các máy
biến áp. Để tăng độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải địa phương, dùng hai máy
biến áp 20/22 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 phương. Trong các phương án nêu dưới đây, phụ tải địa phương phụ
tải địa phương đều được cung cấp theo phương thức như vậy.
2.1. PHƯƠNG ÁN I (HÌNH 2 – 1 )
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 được nối lên 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
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
12
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
H×nh 2 - 1
S
500max
=564,52 MVA

S
500min
= 511,86MVA
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
góp này cũng như để liên lạc giữa ba cấp điện áp phụ tải, dùng hai bộ máy phát
điện máy biến 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 phương được nối với hai cực máy phát điện nối bộ với
máy biến áp tự ngẫu.
Phương án này có ưu điểm là bố trí nguồn và tải cân đối nhưng phải dùng
đến ba chủng loại máy biến áp.
2.2. PHƯƠNG ÁN II (HÌNH 2 – 2)
Để khắc phục nhược điểm của phương án I, chuyển bộ G
4
– T
4
từ thanh góp
điện áp cao (500 kV) sang thanh góp điện áp trung (220 kV). Như vậy ở phương
án này chỉ dùng hai chủng loại máy biến áp. Tuy nhiên do phụ tải cực tiểu ở
trung áp lớn hơn tổng công suất của hai bộ nối lên thanh góp này nên taị những
giờ phụ tải trung áp cực tiểu nếu hệ thống đòi hỏi hai bé G
3
– T

3
và G
4
– T
4
phải
phát công suất định mức thì hệ thống nhận được 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
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
13
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
H×nh 2 – 2
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
như vậy tổn thất trong cuộn nối tiếp của máy biến áp tự ngẫu tăng lên nhưng
trong cuộn dây trung lại giảm xuống. Ngoài ra phần công suất thừa trong thường

hợp nói trên cũng không lớn lắm
S
th
= 2.(S
Gđm
-
4
1
S
tdmax
) – S
Tmin
= 2.(352,94 -
4
1
.70,59) – 525 = 145,59 MVA
Phương thức cung cấp điện cho phụ tải địa phương cũng được thực hiện
như phương án
2.3. PHƯƠNG ÁN III (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 bé
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 Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
14
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
H×nh 2 - 3
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
Ưu điểm lớn nhất của phương án này là số lượng máy biến áp Ýt và chỉ có
một chủng loại.
Tuy nhiên phương án này có một số nhược 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 lượng công sất này còn nhỏ hơn dự
trữ quay của hệ thống nhưng 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 phương. Do đó ở đây cần dùng thanh
góp điện áp máy phát làm cho sơ đồ phức tạp.
+ Không thực hiện được đóng máy phát điện vào lưới bằng phương pháp
tự đồng bộ. Thật vậy theo quy định khi đóng một máy phát điện vào lưới bằng
phương pháp tự đồng bộ, dòng quá độ khi đóng máy không được quá 3,5 lần
dòng điện định mức của máy phát điện tức là không được vượt 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 như vậy chỉ có những nước có nền công nghiệp phát triển
mới có thể chế tạo được và khi đó cũng phải chế tạo máy biến áp dưới dạng một
pha.
Do những nhược điểm lớn đó, ta loại bỏ phương án III, giữ lại hai phương
án I và II để so sánh kinh tế – kỹ thuật.
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
15
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
CHƯƠNG 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 tư máy biến áp cũng
chiếm một phần rất lớn trong tổng vốn đầu tư của nhà máy điện. Mặc dù hiệu
suất của máy biến áp tương đối cao nhưng 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 ) nhưng 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 tương ứng với một nhiệt độ môi trường nhất định do
nhà chế tạo qui định . Vì vậy khi nhiệt độ môi trường 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 được chọn phù hợp với nhiệt độ môi
trường tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh công suất của chúng.
Trong hai phương án nối điện chính giữ lại ở chương II, các máy biến áp
đều được nối bộ với máy phát điện.
3.1.1. PHƯƠNG ÁN I
1. Chọn máy biến áp
- Máy biến áp tự ngẫu T
1
và T
2
được chọn theo điều kiện :
S
T1,T2đm
≥
α
1
S
Gđm
Trong đó α là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu :
α =
C
TC
U
UU
−

=
525
242525
−
= 0,539
Vì vậy : S
T1,T2đm
≥
5390
1
,
352,94 = 654,81 MVA
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
16
Đồ án tốt nhhiệp 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
AOДЦTH – 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
280
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
được chọn theo điều kiện :
S
T3đm
≥ S
T3đm
= 352,94 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp 3 pha 2 dây quấn có S
đm
= 400 MVA loại
TДЦ – 400 /220 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
được chọn theo điều kiện :
S
T4đm
≥ S
T4đm
=352,94 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp 3 pha 2 dây quấn có S
đm
= 400 MVA loại
TДЦ – 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
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
17
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
2. Phân bố phụ tải cho máy biến áp
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:
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 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 được phụ tải của các máy T
1
và
T
2
ở từng thời điểm như bảng 3 – 4 :
Bảng 3 – 4
t(h)
MVA
0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 24
S
B3
= S
B4
335,29 335,29 335,29 335,29
S
C-B1
= S
C-B2

88,29 106,2 114,62 88,29
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
18
0 24
S
T3
=S
T4
(MVA)
335,29
H×nh 3 – 1
t (h)
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
t(h)
MVA
0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 24
S
T-B1
= S
T-B2
94,86 207,36 132,36 94,86
S
H-B1
= S
H-B2
183,15 313,56 246,98 183,15
Từ bảng 3 – 4 ta thấy bình thường 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
S
H-T1,T2đm
= α.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 thường.
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
tương 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
Tđm
) .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
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
19
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
Trong lúc sự cố các máy phát được 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
Công suất tải qua phía cao áp của mỗi má T1 và T2 :
S
C-T1
= S
C-T2
= S
T-T1
– S
H-T1
= S
T-T2
– S
H-T2
=375 – 313,55 = 61,45 MVA
Như vậy khi T
3
bị sự cố, để đảm bảo phụ tải trung áp lớn nhất phải có một
lượng công suất truyền từ phía cao áp sang phía trung áp qua T
1
, T
2
, lượng công
suất đó bằng 2.61,45 = 122,9 MVA. Do đó lượng 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
Lượng công suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ qua của hệ thống :
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
+ α . S
C
→
T

=375 + 0,539.61,45 = 408,12 MVA
- Công suất định mức của cuộn chung :
S
chđm
= α .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 trường hợp sự cố này.
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
20
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
b. Sự cố bộ máy phát điện – máy biến áp G
4
– T
4

Trong trường hợp này, máy phát G
4
ngừng làm việc. Từ đồ thị phụ tải tổng
hợp ta thấy bình thường phụ tải trung áp cực đại vào lúc các máy phát của nhà
máy phát hết công suất định mức. Sự cố đang xét ở thời điểm phụ tải trung áp

cực đại và các máy phát G
1
và G
2
phát hết công suất định mức. Vì vậy chế độ
làm việc của T
1
và T
2
trong tình huống sự cố này không thay đổi so với chế độ
làm việc bình thường kể cả chiều truyền công suất và lượng công suất truyền tải
qua các phía. Do đó vậy các máy biến áp tự ngẫu T
1
và T
2
không bị quá tải như
đã xét ở trên mục 2.
Lượng công suất phát lên hệ thống còn thiếu :
S
C-Thiếu
=S
500
– (S
C-T1
+ S
C-T2
) = 547,69 – (2.106,2) = 335,29 MVA.
Lượng công suất này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống, S
dtqHT
= 1440

MVA
c. Sự cố máy biến áp tự ngẫu T
1
(hoặc T
2
) .
Trường hợp sự cố này, máy phát G
1
ngừng làm việc, máy phát G
2
phát
công suất định mức.
Công suất tải qua phía trung áp của B
2
là :
S
T-T2
= S
\220max
– S
T3
= 750 – 335,29 = 414,71 MVA
Công suất từ hạ áp đưa lên T
2
là :
S
H-T2
= S
Gđm
-

4
1
S
tdmax
– S
22
= 352,94 -
4
1
70,59 – 43,48 = 291,81 MVA
Nhận thấy S
T-T2
≥ S
H-T2
nên để đảm bảo cho phụ tải trung áp cực đại, phải
tải từ thanh góp cao áp sang thanh góp trung áp (220 kV) một lượng công suất là
:
S
C-T2
= S
T-T2
– S
H-T2
= 414,71 – 291,81= 122,9 MVA
Như vậy khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì máy biến áp còn lại làm
việc theo chế độ tải từ cao áp và hạ áp sang trung áp :
- Tải từ hạ áp lên trung áp :
S
H
→

T
= S
H-T1
= S
H-T2
= 335,29 MVA
- Tải từ cao áp sang trung áp :
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
21
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
S
C
→
T
= S
C-T1
= S
C-T2
= 122,9 MVA
Để kiểm tra quá tải của T
2
ta chỉ cần kiểm tra quá tải ở cuộn chung của
máy biến áp T
2
:
- Công suất cuộn chung là :
S
ch
=S
H

→
T
+ α . S
C
→
T
=335,29 + 0,539.122,9 = 401,53 MVA
Nhận thấy S
ch
= 401,53 MVA ≤ S
chđm
= 431,78 MVA nên cuộn chung
không bị quá tải tức là máy biến áp T
2
không bị quá tải trong trường hợp sự cố
này.
Lượng công suất của nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu là :
S
C-Thiếu
= S
C
– (S
c-T4
– S
C-T2
) = 547,69 – (335,29 – 122,9) = 335,29 MVA
Lượng công suất này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống, S
dtqHT
= 1440 MVA
Như vậy các máy biến áp đã chọn đều thoả mãn trong các trường hợp sự cố

3.1.2. PHƯƠNG ÁN II
1. Chọn máy biến áp
Hai máy biến áp tự ngẫu T
1
và T
2
được chọn giống như phương án I , đó là
máy loại AOДЦTH – 267 có các thông số một pha ở bảng 3 – 1 .
Hai máy biến áp hai dây quấn T
3
và T
4
chọn cùng một loại giống T
3
ở
phương án I , đó là loại TДЦ – 400 – 242/20 kV , các thông số ở bảng 3 –2 .
2. Phân bố phụ tải cho máy biến áp
Để thuận tiện cho vận hành , các bộ máy phát điên – 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
Gđm
-
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 – 2:
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
22
0 24
S
T3
=S
T4
(MVA)

335,29
H×nh 3 – 2
t (h)
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
Phân bè phụ tải 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)

- Phụ tải truyền ở phía trung áp mỗi máy :
S
T-T1(t)
= S
T-T2(t)
=
2
1
[S
220(t)

–( S
T3
+ S
T4
)]
- 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 được phụ tải của các máy T
1
và
T
2
ở từng thời điểm như bảng 3 – 4 :
Bảng 3 – 5
t(h)
MVA
0 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 24
S
B3

= S
B4
335,29 335,29 335,29 335,29
S
C-B1
= S
C-B2
255,93 273,85 282,26 255,83
S
T-B1
= S
T-B2
-72,79 39,71 -35,29 -72,79
S
H-B1
= S
H-B2
183,15 313,56 246,98 183,15
Dấu âm thể hiện chiều công suất từ trung áp sang cao áp của máy biến áp
tự ngẫu.
Từ bảng 3 – 5 ta thấy bình thường máy biến áp tự ngẫu làm việc theo 2 chế
độ :
- Trong 0 h ÷ 8 h và 12 h ÷ 24 h các máy biến áp tự ngẫu T
1
và T
2
làm việc
theo chế độ tải từ cao và hạ sang trung áp. Trong chế độ này cuộn nối tiếp có tải
lớn nhất. Công suất cuộn nối tiếp xác định như sau :
S

nt(t)
= α [S
H-T1,T2(t)
+S
T-T1,T2(t)
]
Với :
S
H-T1,T2(t)
: Lượng công suất truyền tải ở phía hạ áp của máy biến áp tại
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
23
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
thời điểm t.
S
T-T1,T2(t)
: Lượng công suất truyền tải ở phía trung áp của máy biến áp
tai thời điểm t, lấy giá trị tyệt đối trong bảng 3 – 5 .
Do đó : S
ntmax
= max{α [S
H-T1,T2(t)
+S
T-T1,T2(t)
]}
= 0,539.(246,94 +35,29) = 152,14 MVA
Mà S
ntđm
= α .S
T1,T2đm

= 0,539.801 = 431,74 MVA .
Như vậy S
ntmax
≤ S
ntđm
nên T
1
và T
2
không bị quá tải .
- Trong khoảng thời gian 8 h ÷ 12 h, T
1
và T
2
làm viêc theo chế độ tải từ hạ
lên trung và cao áp. Trong chế độ này cuộn hạ có tải lớn nhất và ta có:
S
H
= 313,56 MVA ≤ S
Hđm
= 431,74 MVA.
Vì vậy T
1
và T
2
không bị quá tải .
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

tương 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 phát điện
(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
hoặc T
4
Khi đó các máy phát G
1
và G
2

phát công suất định mức, công suất truyền
tải qua các phía của máy biến áp tự ngẫu được xác định như sau :
Công suất tải sang phía trung áp ở mỗi máy :
S
T-T1
= S
T-T2
=
2
1
(S
220max
– S
T4
) =
2
1
.(750 – 335,29) = 207,36 MVA
Công suất ở cuộn hạ của mỗi máy biến áp tự ngẫu lúc này bằng :
S
H-T1
= S
H-T2
=
2
1
(2.S
Gđm
– S
22

-
2
1
S
tdmax
)
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
24
Đồ án tốt nhhiệp Khoa điện – Bộ môn Hệ thống điện
=
2
1
(2.352,94 – 43,48 -
2
1
.70,59) = 313,55 MVA
Công suất tải qua phía cao áp của mỗi má T
1
và T
2
:
S
C-T1
= S
C-T2
= S
H-T1
– S
T-T1
= S

H-T2
– S
T-T2
= 313,55 – 207,36 =
= 106,19 MVA
Như vậy khi T
3
bị sự cố , máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ tải từ
hạ lên cao và trung áp . Trong chế độ này cuộn hạ có tải lớn nhất :
S
H-T1
= S
H-T2
= 313,55 MVA ≤ S
H-T1đm
= S
H-T2đm
= 431,74 MVA
Do đó T
1
và T
2
không bị quá tải .
Lượng công suất nhà máy cấp cho hệ thống còn thiếu :
S
C-Thiếu
= S
500
– (S
C-T1

+ S
C-T2
) = 547,69 – (2.106,19) = 335,31 MVA
Lượng công suất thiếu hụt này nhỏ hơn dự trữ qua của hệ thống :
S
dtq HT
=1440 MVA
b. Sự cố máy biến áp tự ngẫu T
1
(hoặc T
2
) .
Trường hợp sự cố này, máy phát G
1
ngừng làm việc, ta kiểm tra quá tải
máy biến áp T
2
còn T
3
và T
4
vẫn mang tải bình thường .
Công suất tải qua phía trung áp của T
2
là :
S
T-T2
= S
220max
– (S

T3
+ S
T4
) = 750 – 2.335,29 = 79,42 MVA
Công suất từ hạ áp đưa lên B
2
là :
S
H-T2
= S
Gđm
-
4
1
S
tdmax
– S
22
= 352,94 -
4
1
70,59 –43,48 = 291,81 MVA
Công suất tải qua phía cao áp của T
2
:
S
C-T2
= S
H-T2
– S

T-T2
= 291,81 – 79,42 = 212,39 MVA
Như vậy khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì máy biến áp còn lại làm
việc theo chế độ tải từ hạ sang trung và cao áp. Khi đó cuộn hạ có tải lớn nhất .
S
H-T2
=291,81 MVA < S
H-T2đm
= 431,74 MVA
Do đó máy biến áp T
2
không bị quá tải .
Lượng công suất của nhà máy phát lên hệ thống còn thiếu là :
S
C-Thiếu
= S
500
– S
C-T2
= 547,69 – 212,39 = 335,29 MVA
Lê Khắc Hưng Lớp HTĐ 1 – K43
25