Đồ án tốt nghiệp nhiệt điện 5x60MW, 3 cấp điện áp

Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
Chương 1
Tính toán phụ tải và cân bằng công suất
1.1.CHọN MáY PHáT ĐIệN
Nhà máy nhiệt điện gồm 5 tổ máy , mỗi tổ máy có công suất 60MW ,căn cứ vào nhiệm
vụ cung cấp cho phụ tải địa phương đồng thời để thuân tiện cho vận hành và sửa chữa .Chọn
máy phát điện đồng bộ Turbin hơi TB
φ
- 60-2
có các thông số kỹ thuật sau :
Bảng 1-
1
Loại
máy
phát
Thông số định mức Điện kháng tính toán
n(v/ph)
S (MVA) P (MW) U (kV)
cos
ϕ
I (kA)
X
d
” X
d
’ X
d
TBễ
60-2
3000 75 60 10,5 0,8 4,125 0,146 0,22 1,69
1.2 TíNH TOáN PHụ TảI Và CÂN BằNG CÔNG SUấT

Công suất phụ tải được tính vào từng khoảng thời gian cụ thể tương ứng với
từng cấp điện áp
Công suất được tính theo biểu thức sau
max
)%.()( PtPtP =
(1.1)
ϕ
cos
)(
)(
tP
tS =
(1.2)

1
Trang 1
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
Trong đó
)(tP
- công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t [MW]

)(tS
- công suất toàn phần của phụ tải tại thời điểm t [MVA]

)%(tP
- phần trăm công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t [%]
1.Tính toán phụ tải điện áp máy phát
Phụ tải cấp điện áp máy phát
P
max

= 12MW ,
ϕ
cos
=0,85
gồm 4 đường dây kép ( 3MW
×
2km)
áp dụng công thức (1.1) , (1.2)
Công suất trong khoảng thời gian
80 ÷

MWPtPtP 8,712%.65)%.()(
max
===
( )
MVA
tP
tS 176,9
85,0
8,7
cos
)(
===
ϕ
Tính toán tương tự kết quả ghi trong bảng sau
Bảng 1-2
CS t (h)
0
÷
8 8

÷
14 14
÷
20 20
÷
24
P
uF
%
65 90 100 70
P
uF
(MW)
7,80 10,80 12,00 8,40
S
uF
(MVA)
9,176 12,706 14,118 9,882

2
Trang 2
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
Căn cứ vào số liệu trên vẽ được đồ thị phụ tải sau
9
15
14
13
12
11
10

24
20
16
12
8
4
0
S
uF
(MVA)
t(h)
9,176
12,706
14,118
9,882
2.Tính toán phụ tải điện áp trung 110kV
Thông số phụ tải cấp điện áp trung
P
max
= 140MW ,
ϕ
cos
=0,86
gồm 2 đường dây kép
áp dụng công thức (1.1) , (1.2)
Công suất trong khoảng thời gian
70
÷

3
Trang 3
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
MWPtPtP 98140%.70)%.()(
max
===
MVA
tP
tS 95,113
86,0
98
cos
)(
)(
===
ϕ
Tính toán tương tự kết quả ghi trong bảng sau
Bảng 1-3
CS t (h)
0
÷
7 7
÷
14 14
÷
20 20
÷
24
P
T

%
70 90 100 80
P
T
(MW)
98 126 140 112
S
ptT
(MVA)
113,95 146,51 162,79 130,23
Căn cứ vào số liệu trên vẽ được đồ thị phụ tải sau
t(h)
S
ptT
(
MVA
)
7
0
4
8
12
16
20
24
120
130

4
Trang 4

Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
140
150
160
170
110
113,95
146,51
162,79
130,23
3.Tính công suất phát của nhà máy
Thông sô công suất của nhà máy
P
max
= 4X75 = 300MW ,
ϕ
cos
=0,8
áp dụng công thức (1.1) , (1.2)
Công suất phát của nhà máy trong khoảng thời gian
70
÷

MWPtPtP 210300%.70)%.()(
max
===
MVA
tP
tS 5,262
8,0

210
cos
)(
)(
===
ϕ
Tính toán tương tự trong các khoảng thời gian còn lại kết quả ghi trong bảng sau
Bảng 1-4
CS t (h)
0
÷
7 7
÷
14 14
÷
20 20
÷
24
P
NM
%
70 80 100 70
P
NM
(MW)
210 240 300 210

5
Trang 5
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện

S
NM
(MVA)
262,5 300 375 262,5
Căn cứ vào số liệu trên vẽ được đồ thị phụ tải sau
262,5
250
375
350
325
300
275
24
20
16
12
8
4
0
7
S
NM
(MVA)
t (h)
300
375
262,5

6
Trang 6

Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
4.Tính công suất tự dùng của nhà máy
Công suất tự dùng của nhà máy được tính theo công thức sau
max
max
).
)(
.6,04,0.(
NM
NM
NM
TD
S
S
tS
S +=
α

Trong đó :
α
- phần trăm lượng điện tự dùng của nhà máy (
α
= 8%)

maxNM
S
- công suất phát lớn nhất của nhà máy (
max
S
= 375MVA)

Công suất tự dùng của nhà máy trong khoảng thời gian
70
÷
)
)(
.6,04,0.(
maxNM
NM
TD
S
tS
S +=
α
.
maxNM
S
= 8%.(0,4+0,6.0,7).375 =24,6MVA
Tính toán tương tự trong các khoảng thời gian còn lại kết quả ghi trong bảng sau
Bảng 1-5
CS t (h)
0
÷
7 7
÷
14 14
÷
20 20
÷
24

NM
S
(MVA)
262,5 300 375 262,5
S
TD
(MVA) 24,6 26,4 30,0 24,6
Căn cứ vào số liệu trên vẽ được đồ thị phụ tải sau

7
Trang 7
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
t(h)
S
TD
(MVA)
7
0
4
8
12
16
20
24
24
26
28
30
20
22

24,6
26,4
30
24,6
5.Công suất phát vào hệ thống
Công suất phát vào hệ thống (HT)
)(
TTDuFNMHT
SSSSS ++−=
Công suất phát vào hệ thống trong khoảng thời gian
70
÷


)(
TTDUFNMHT
SSSSS ++−=
= 262,5 – (9,176 + 24,6 + 113,95)
= 114,774MVA
Tính toán tương tự trong các khoảng thời gian còn lại ,kết quả ghi trong bảng sau

8
Trang 8
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
Bảng 1-6
CS t(h)
0
÷
7 7
÷

8 8
÷
14 14
÷
20 20
÷
24
HT
S

(MVA)
114,774 117,914 114,384 168,092 97,288

Bảng tổng kết thông số phụ tải
CS t(h)
0
÷
7 7
÷
8 8
÷
14 14
÷
20 20
÷
24
)(MVAS
NM
262,5 300 300 375 262,5
)(MVAS

uF
9,176 9,176 12,706 14,118 9,882
)(MVAS
T
113,95 146,51 146,51 162,79 130,23
)(MVAS
td
24,6 26,4 26,4 30,0 24,6
)(MVAS
HT
114,774 117,914 114,384 168,092 97,788
Nhận xét
+ Công suất nhà máy cung cấp cho phụ tải bên trung
MVAS
T
79,162
max
=
;
MVAS
T
95,113
min
=
chiếm một tỉ lệ không lớn so với công suất phát của nhà máy do đo
lượng công suất phát lên hệ thống là khá lớn
MVAS
HT
092,168
max

=
;
MVAS
HT
788,97
min
=
lượng công suất nhà máy cung cấp cho hệ thống chiếm một tỷ lệ lớn
nhất là 10,5% do đó vai trò của nhà máy là khá quan trọng trong hệ thống
trong mọi chế độ nhà máy luôn đảm bảo cung cấp đầy đủ công suất cho cấp điện áp này

9
Trang 9
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
Chương 2
Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy
Trong quá trình chọn sơ bộ sơ đồ cần bảo đảm những nguyên tắc sau
 Khi
2
1
S
uF
> 15% S
Fdm
thì bắt buộcphải có thanh góp điện áp máy phát
 Khi liên kết hai hệ thống trung tính trực tiếp nối đất phải dùng máy biến áp tự ngẫu
 Công suất bộ máy phát điện – máy biến áp không được lớn hơn công suất dự trữ
quay của hệ thống
Căn cứ vào các yêu cầu trên và thông số bài cho ta có thể tiến hành phân tích sơ bộ như sau
 Thanh góp điện áp máy phát

2
1
.S
UFmax
=
2
1
.14,12=7,06VA
15%. S
Fdm
=15%.75=11,25MVA
Từ kết quả trên nhận thấy không cần thanh góp điện máy phát

10
Trang 10
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
 Điện áp bên cao 220kV , trung110kV có trung tính trực tiếp nối đất do đó sẽ dùng
hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai hệ thống (đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho
bên trung và có lợi về tổn thất )
2.1 - đề xuất phương án – chọn sơ bộ
A. Phương án 1
110kV
220kV
F4
F1
F3
F2
B2
B3

B1
B4

B5
F5
TD+ĐP
TD+ĐP

t
11
Trang 11
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
TD
TD
TD
HT
Phương án này dùng hai bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu ,hai bộ máy phát
điện - máy biến áp hai cuộn dây phía trung, một bộ máy phát điện – máy biến áp phía
cao ,phụ tải địa phương lấy ở phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu, phụ tải tự dùng lấy ở đầu
cực của máy phát
Ưu điểm
+ Lượng công suất được cấp liên tục cho các phụ tải trong trường hợp bình thường
và sự cố
+ Công suất tải qua máy biến áp tự ngẫu là không lớn do đó có lợi về tổn thất
+ Số lượng máy biến áp ít , sơ đồ vận hành đơn giản
Nhược điểm
Chủng loại máy biến áp nhiều gây khó khăn trong việc lắp đặt và sửa chữa
B. Phương án 2
110kV
220kV

F4
F1
F3
F2
B2
B3
B1
B4

12
Trang 12
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
B2
B5
F5
TD+ĐP
TD+ĐP
TD
TD
TD
HT
Phương án này cũng dùng hai máy biến áp tự ngẫu để tải công suất và liên lạc giữa
hai hệ thống 220 kV và 110 kV, phía trung áp có ba bộ máy phát điện – máy biến áp ,phụ tải
địa phương lấy ở phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu, phụ tải tự dùng lấy ở đầu cực của máy
phát
Ưu điểm
+ Lượng công suất được cấp liên tục cho các phụ tải trong trường hợp bình thường
và sự cố .
+ Số lượng và chủng loại MBA ít
+ Sơ đồ đơn giản

Nhược điểm

13
Trang 13
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
Tổng công suất phát của ba bộ MF-MBA luôn lớn hơn công suất phụ tải bên trung
nên phần công suất còn thừa phải truyền qua hai lần biến áp không có lợi về tổn thất
C. Phương án 3
HT
TD
TD
TD
F4
B4
B3
B2
F2
F3
220kV
110kV
F1
B1
TD
B5
F5
TD
ĐP
Trong phương án ba dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa hai hệ thống
220kV và 110kV, phía cao áp có hai bộ MF-MBA,phía trung áp có ba bộ MF-MBA, phụ tải
địa phương lấy phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu, phụ tải tự dùng được lấy từ đầu cực của

máy phát.
Ưu điểm
+ Lượng công suất được cấp liên tục cho các phụ tải trong trường hợp bình thường và
sự cố .

14
Trang 14
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
+ Công suất của máy biến tự ngẫu nhỏ (do chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai hệ
thống ),dẫn đến giá thành giảm
Nhược điểm
+ Số lượng MBA nhiều
+ Sơ đồ phức tạp
Nhận xét chung
Cả ba phương án đều thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật
Nhìn tổng quan có thể nhận thấy phương án 3 là phức tạp hơn cả ( số lượng MBA
nhiều , sơ đồ phức tạp … ) đồng thời vốn đầu tư lớn do đó sẽ loại phương án này và tiến
hành phân tích hai phương án còn lại
Phương án 1 & 2 gần như tương đương : sử dụng hai MBATN ,số lượng MBA như
nhau tuy nhiên đặc điểm khác nhau căn bản là số lượng bộ MF-MBA nối vào bên Trung ,
lượng công suất truyền tải qua MBA tự ngẫu …
Để tìm hiểu rõ hơn ta sẽ tiến hành phân tích cụ thể từng phương án qua đó sẽ tìm được
một phương án tối ưu nhất
2.2 Phương án 1
110kV
220kV
F4
F1

15

Trang 15
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
F3
F2
B2
B3
B1
B4
S
HTmax
=168,092MVA
S
HTmin
= 97,788MVA
S
ptTmax
=162,79MVA
S
ptTmin
=113,95MVA
B5
F5
TD+ĐP
TD+ĐP
TD
TD
TD
HT
2. Chọn máy biến áp
a.Máy biến áp hai cuộn dây

Công suất của máy biến áp hai cuộn dây nối theo sơ đồ bộ với máy phát được chọn theo
công thức sau :
MVASS
Fdmdqdm
75
2
=≥


16
Trang 16
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
Tra bảng 4 & 6 “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” chọn được máy biến áp có các
thông số kỹ thuật sau
Bảng 2-1
Loại máy U
c
(kV) U
h
(kV)
∆
P
0
(k
W)
∆
P
n
(k
W)

U
n
(%) I
0
(%)
Số
lượng
Giá
Tọệ80000/220 242 10,5 105 320 11 0,6 1 90R
Tọệ80000/110 121 10,5 70 310 10,5 0,55 2 80R
b. Máy biến áp tự ngẫu
Công suất của máy biến áp tự ngẫu được chọn theo công thức sau
FdmHdmTNdm
SSS .
1
.
1
αα
≥=

Trong đó

α
- hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu (
α
=
C
TC
U
UU

−
=
5,0
242
121242
=
−
)

Fdm
S
- công suất định mức của máy phát (
Fdm
S
=75MVA)
Suy ra :
MVAS
TNdm
15075.
5,0
1
=≥
Tra bảng 6 “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” chọn được máy biến áp tự ngẫu có
các thông số kỹ thuật sau
Bảng 2-2

17
Trang 17
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
Loại máy

U
(kV)
P
n
(kW)
U
n
(%)
P
n
(kW)
I
o
(%)
Giá
C T H T-H C-T
C-
H
T-H C-T C-H
100 0,5 200R
ATọệTH
160000/220/110
242 121 11 - - 380 20 11 32
2.Kiểm tra quá tải của máy biến áp
Trong thực tế phụ tải của máy biến áp luôn thay đổi và phần lớn thời gian làm việc với
phụ tải nhỏ hơn định mức , khi đó hao mòn cách điện của máy biến áp sẽ nhỏ hơn hao mòn
cách điện định mức(do nhiệt độ của máy biến áp nhỏ hơn nhiết độ định mức) kết quả là tuổi
thọ của máy biến áp tăng .Do vậy vào những thời điểm phụ tải lớn hơn công suất định mức
vẫn có thể cho máy biến áp làm việc với công suất và thời gian quá tải phù hợp
Xét hai trạng thái quá tải của máy biến áp là

Quá tải bình thường
Quá tải sự cố
a.Bình thường
 Máy biến áp hai cuộn dây
Máy biến áp hai cuộn dây làm việc hiệu quả nhất với đồ thị phụ tải bằng phẳng
Công suất lớn nhất truyền tải qua máy biến áp là
S
B2
(MVA)
t(h)
69
0
24
MVA
SSS
TDdmFdqB
6930.
5
1
75
.
5
1
max 2
=−=
−=


18
Trang 18

Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
 Máy biến áp tự ngẫu
 Công suất tải qua cuộn cao của một máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức
2
bCHT
C
SS
S
Σ−
=
 Công suất tải qua cuộn trung của một máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức
2
bTptT
T
SS
S
Σ−
=
 Công suất tải qua cuộn hạ của một máy biến áp tự ngẫu được tính theo công thức
TCH
SSS
+=
Trong đó :
HT
S
- công suất nhà máy cung cấp cho hệ thống

bC
S
- công suất của một bộ máy phát điện – máy biến áp bên cao áp

bT
S
- công suất của một bộ máy phát điện – máy biến áp bên trung áp
Từ đó ta có bảng phân bố công suất cho các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu trong các
khoảng thời gian như sau

Bảng 2-3
Thời gian (h)
Công suất
0
÷
7 7
÷
8 8
÷
14 14
÷
20 20
÷
24
S
C
(MVA)
22,887 24,457 22,692 49,546 14,394

19
Trang 19
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
S

T
(MVA)
-24,05 8,51 8,51 24,79 -7,77
S
H
(MVA)
-1,163 32,967 31,202 74,336 6,624
Dấu (-) ở đây thể hiện công suất tải từ cuộn trung sang cuộn cao của máy biến áp tự
ngẫu
b. Sự cố
 Hỏng một bộ máy phát điện – máy biến áp bên trung
Khi phụ tải bên trung cực đại
Phụ tải bên trung cực đại trong khoảng thời gian (14
÷
20h) tương ứng với công suất
MVAS
ptT
79,162
max.
=

MVAS
uF
118,14=
Khi đó công suất truyền qua các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu là
MVA
SS
S
bTptT
T

895,46
2
6979,162
2
max.
=
−
=
−
=
MVASSSS
uFTDdmFH
941,61118,14.
2
1
30.
5
1
75.
2
1
.
5
1
max
=−−=−−=
MVASSS
THC
046,15895,46941,61 =−=−=
110kV

220kV
F4
F1
F3

20
Trang 20
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
F2
0
69
S
T
= 46,985
S
c
= 15,046
S
HT
=168,092MVA
S
ptTmax
=162,79MVA
S
H
=61,941
69
F5
TD+ĐP
TD+ĐP

TD
TD
TD
HT

Trong trường hợp này máy biến tự ngẫu tải công suất từ hạ sang cao và trung do đó công
suất tải qua cuộn hạ là lớn nhất
MVAS
H
941,61=
mà
MVAS
Hdm
80
=
suy ra
dmHH
SS
.
<
vậy máy biến áp làm việc
bình thường
Công suất phát về hệ thống so với lúc làm việc bình thường bị thiếu là
MVASSSS
bCCHT
69)69046,15.2(092,168).2( =+−=+−=∆

21
Trang 21
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện

Công suất dự trữ quay của hệ thống là
MVAS
dtquay
110
=
suy ra
dtquay
SS <∆
hệ thống
vẫn làm việc bình thường
Khi phụ tải bên trung là cực tiểu
Phụ tải bên trung cực tiểu trong khoảng thời gian( 0
÷
7h) tương ứng với công suất
MVAS
ptT
95,113
min.
=

MVAS
uF
716,9=
Khi đó
MVA
SS
S
bTptT
T
475,22

2
6995,113
2
min.
=
−
=
−
=
MVASSSS
uFTDdmFH
142,64716,9.
2
1
30.
5
1
75.
2
1
.
5
1
max
=−−=−−=
MVASSS
THC
667,41475,22142,64 =−=−=
110kV
220kV

F4
F1
F3
F2

22
Trang 22
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
0
69
S
T
= 22,475
S
c
= 41,667
S
HT
=114,774MVA
S
ptTmain
=113,95MVA
S
H
=64,142
69
F5
TD+ĐP
TD+ĐP
TD

TD
TD
HT

Trong trường hợp này máy biến áp tự ngẫu tải công suất từ hạ sang cao và trung do đó
công suất tải qua cuộn hạ là lớn nhất
MVAS
H
142,64
=
mà
MVAS
Hdm
80=
suy ra
dmHH
SS
.
<
vậy máy biến làm việc bình
thường
Công suất phát về hệ thống so với lúc làm việc bình thường bị thiếu là
MVASSSS
bCCHT
56,37)69667,41.2(774,114).2( −=+−=+−=∆
Dấu (-) ở đây thể hiện công suất phát ra của nhà máy là thừa so với yêu cầu ,do đó công
suất của các tổ máy sẽ được giảm bớt để thoả mãn nhu cầu của hệ thống
Hỏng máy biến áp tự ngẫu

23

Trang 23
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
Khi phụ tải bên trung là cực đại
Phụ tải bên trung cực đại trong khoảng thời gian (14
÷
20h) tương ứng với công suất
MVAS
ptT
79,162
max.
=

MVAS
uF
118,14=
Khi đó
MVASSS
bTptTT
79,2469.279,162.2
max
=−=−=
MVASSSS
uFTDdmFH
882,54118,1430.
5
1
75.
5
1
max

=−−=−−=
MVASSS
THC
092,3079,24882,54
=−=−=
`110kV
220kV
F4
F1
F3
F2
69
69
S
T
= 24,79
S
c
=30,092

24
Trang 24
Đồ án tốt nghiềp : Thiết kế phần điện nhà máy điện
S
HT
=168,092MVA
S
ptTmax
=162,79MVA
S

H
=54,882
69
F5
TD+ĐP
TD+ĐP
TD
TD
TD
HT
Trong trường hợp này máy biến áp tự ngẫu tải công suất từ hạ sang cao và trung do đó
công suất tải qua cuộn hạ là lớn nhất
MVAS
H
882,54
=
mà
MVAS
Hdm
80=
suy ra
dmHH
SS
.
<
vậy máy biến áp làm việc
bình thường
Công suất phát về hệ thống so với lúc làm việc bình thường bị thiếu là
MVASSSS
bCCHT

69)69092,30(092,168)( =+−=+−=∆
Công suất dự trữ quay của hệ thống
MVAS
dtquay
110
=
suy ra
dtquay
SS
<∆
Vậy hệ thống làm việc bình thường
Khi phụ tải bên trung là cực tiểu
Phụ tải bên trung cực tiểu trong khoảng thời gian (0
÷
7h) tương ứng với công suất

25
Trang 25