ĐỒ án THIẾT kế PHẦN điện TRONG NHÀ máy THỦY điện

Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY ĐIỆN

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ ĐẠI HỌC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NMĐ
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Nhật Linh
Lớp: Đ7H2
Ngành: Hệ thống điện
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhất Tùng
TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
I, Các số liệu ban đầu
Thiết kế phần điện cho nhà máy thủy điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ máy
bằng PđmF = 54,4 MW. Hệ số tự dùng αTD = 2 %, cosφ = 0,8, (Smaxmưa = Smaxnhà máy, Smaxkhô
= 100% Smaxnhà máy). Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải hạ áp, trung
áp, cao áp và phát về hệ thống.
1, Phụ tải cấp điện áp máy phát UMPĐ = 11 kV
Pmax = 14 MW, cosφ = 0,87, gồm 2 kép x 5 MW, dài 2 km; và 2 đơn x 2 MW, dài
3km. Biến thiên phụ tải ghi trên bảng. Tại địa phương dùng máy cắt hợp bộ có dòng
điện định mức Icắt = 21 kA, tcắt = 0,7s và cáp nhôm, vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất là 70
mm2.
2, Phụ tải cấp điện áp trung UT = 110 kV
Pmax = 70 MW, cosφ = 0,87, gồm 2 kép x 30 MW và 2 đơn x 5 MW. Biến thiên phụ
tải ghi trên bảng.

3, Phụ tải điện áp cao UC = 220 kV
Pmax = 50 MW, cosφ = 0,88, gồm 1 kép x 50 MW. Biến thiên phụ tải ghi trên bảng.
4, Nhà máy được liên lạc với hệ thống điện bằng đường dây kép 220 kV dài 13 km
Hệ thống có công suất bằng (không kể nhà máy đang thiết kế): SđmHT = 6000 MVA,
điện kháng ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệ thống: X*HT = 0,85. Công suất dự
phòng của hệ thống: SdtHT = 200 MVA.
Bảng biến thiên công suất của phụ tải ở các cấp điện áp
t (h)

0 ÷ 5 5 ÷ 8 8 ÷ 11 11 ÷ 14 14 ÷ 17 17 ÷ 20 20 ÷ 22

22 ÷ 24

P %MPĐ(t)

70

85

80

85

85

100

90

70

P %UT(t)

70

80

90

100

80

90

80

70

P %UC(t)

90

90

90

80

80

90

100

90

SV: NGUYỄN NHẬT LINH


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

LỜI MỞ ĐẦU
*****
Ngành điện nói riêng và ngành năng lượng nói chung đóng góp một vai trò hết
sức quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Nhà máy
điện là một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống điện. Nhu cầu điện năng theo
sự phát triển của một đất nước ngày một tăng, do vậy việc phát triển các nhà máy điện
là một tất yếu. Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế -kỹ thuật trong thiết kế nhà
máy điện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung cũng
như hệ thống điện nói riêng.
Là một sinh viên theo học ngành hệ thống điện thì việc làm “Đồ án môn học Nhà
Máy Điện” là điều rất cần thiết, giúp em biết cách thiết kế đúng kĩ thuật, tối ưu về kinh
tế trong bài toán thiết kế phần điện trong nhà máy điện cụ thể, hướng dẫn sinh viên
biết cách đưa ra phương án nối điện đúng kĩ thuật, biết phân tích, biết so sánh chọn ra
phương án tối ưu và biết lựa chọn khí cụ điện phù hợp.
Trong quá trình thực hiện đồ án, với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ của
các thầy cô giáo, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS.Nguyễn Nhất Tùng,

em đã hoàn thành đồ án môn học của mình. Song do thời gian và kiến thức còn hạn
chế nên bài làm không tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy kính mong nhận được sự
góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để em có được những kinh nghiệm chuẩn bị cho
công việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 14 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Nhật Linh

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

2


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

CHƯƠNG 1:
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY
CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN
Khi thiết kế phần điện trong nhà máy điện người ta đã định trước số lượng và
công suất máy phát (MF), vậy chỉ cần chọn MF tương ứng theo đề bài cho trước. Ở
đây ta cần chọn MF thủy điện cho nhà máy thủy điện gồm 5 tổ máy, công suất mỗi tổ
máy là 54,4 MW. Máy phát được chọn từ phụ lục 1, trang 114 – Thiết kế phần điện
nhà máy điện và trạm biến áp (PGS.TS.Phạm Văn Hòa). Các thông số ghi theo trong
bảng 1.1
1.1.

Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của máy phát điện

Loại MF

Sđm
MVA

Pđm
MW

Uđm
kV

nđm
v/ph

CB-430/210-14

68,75

55

10,5

428,6

Cosφ X’’d
0,8

0,18

X’d

Xd

0,28

1,19

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
Trong nhiệm vụ thiết kế người ta thường cho công suất cực đại, hệ số công suất
cosφ và biểu đồ biến thiên hàng ngày công suất dạng phần trăm P%(t) đối với phụ tải
từng cấp điện áp, cũng như cho biểu đồ biến thiên phát công suất của toàn nhà máy,
lượng phần trăm điện tự dùng và hệ số công suất cosφ td. Dựa vào các số liệu trên để
xây dựng đồ thị công suất phát của toàn nhà máy, đồ thị pụ tải tự dùng, đồ thị phụ tải
điện áp các cấp và công suất phát về hệ thống. Các tính toán được trình bày cụ thể như
sau đây.
1.2.

Đồ thị phụ tải toàn nhà máy
Nhà máy thủy điện gồm 5 tổ máy phát, công suất mỗi tổ máy P dmF=54,4 MW,
cosφ=0,8. Vậy công suất của toàn nhà máy là:
1.2.1.

Ptnm = 5.54, 4 = 272( MW)

Vì theo đề bài cho là nhà mày thủy điện, có công suất phát của nhà máy vào mùa
mưa (180 ngày) và mùa khô (185 ngày) là 100% công suất định mức của toàn nhà
máy.
Ptnm ( mua ) = Ptnm ( kh ) = 272( MW)

Tức là:
Khi đó đồ thị phụ tải toàn nhà máy được xác định theo công thức sau:
Stnm (t ) = Stnm ( mua ) = Stnm ( kho ) =

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

Ptnm
272
=
= 340( MW)
cos ϕ 0,8

3


Thiết kế phần điện nhà máy điện

Trong đó

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Stnm(t) – công suất phát toàn nhà máy tại thời điểm t.
SdmF - tổng công suất định mức của 1 tổ MF.
Hình 1.1. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

Đồ thị phụ tải tự dùng
Công suất tự dùng của nhà mày thủy điện coi như không đổi theo thời gian và
được xác định theo công thức sau:
1.2.2.

STD =

Trong đó

α % n.PdmF
2 5.54, 4
.
=
.
≈ 6, 25( MVA)
100 cos ϕTD 100 0,87

STD – phụ tải tự dùng.
α% – lượng điện phần trăm tự dùng.
CosφTD – hệ số công suất phụ tải tự dùng.
n – số tổ máy phát.
PdmF – công suất định mức của 1 tổ máy phát.
Hình 1.2. Đồ thị phụ tải tự dùng

1.2.3.

Đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp
Công suất phụ tải ở các cấp điện áp được xác định theo công thức sau:
S (t ) =

Pmax P %(t)
.
( MW)
cos ϕ 100

Trong đó

S(t) – công suất phụ tải tại thời điểm t.
Cosφ – hệ số công suất.
P%(t) – phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t.
Pmax – công suất lớn nhất của phụ tải.
a. Đối với cấp điện áp 220kV
Pmax = 50 MW
cosφ = 0,88
Công suất phụ tải tại thời điểm 0-5 (h) là:
S 0− 5 =

50 90
.
= 51,14( MW)
0,88 100

Tiến hành tính toán tương tự cho các thòi điểm còn lại, ta thu được bảng sau :
Bảng 1.2. Bảng biến thiên phụ tải cấp điện áp cao theo thời gian

t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

P %PC (t)

90
51,1
4

90
51,1
4

90

80

80

90

100

90

51,14

45,45

45,45

51,14

56,82

51,14

SUC(t),MVA

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

4


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Hình 1.3. Đồ thị phụ tải cấp điện áp cao áp
b. Đối với cấp điện áp 110kV

Tiến hành tính toàn tương tự như cấp điện áp 220kV, ta có :
Pmax = 70 MW
cosφ = 0,87
Công suất phụ tải tại thời điểm 0-5 (h) là:

S 0 −5 =

70 70
.
= 56,32( MW)
0,87 100

Tiến hành tính toán tương tự cho các thời điểm còn lại, ta thu được bảng sau :
Bảng 1.2. Bảng biến thiên phụ tải cấp điện áp trung áp theo thời gian
t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

P %PT (t)

70

80

90

100

80

90

80

70

80,46

64,37

72,41

64,37

SUT(t),MVA 56,32 64,37 72,41

56,32

Hình 1.4. Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung áp
c. Đối với cấp điện áp 11kV (phụ tải địa phương)

Tiến hành tính toán tương tự cấp điện áp 220kV, ta có :
Pmax = 14 MW
cosφ = 0,87
Công suất phụ tải tại thời điểm 0-5 (h) là:
S0−5 =

14 70
.
= 11, 26( MW)
0,87 100

Tiến hành tính toán tương tự cho các thời điểm còn lại, ta thu được bảng sau :
Bảng 1.2. Bảng biến thiên phụ tải cấp địa phương theo thời gian

t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

P %ĐP (t)

70

85

80

85

85

100

90

70

13,68

13,68

16,09

14,48

SĐP(t),MVA 11,26 13,68 12,87

11,26

Hình 1.5. Đồ thị phụ tải cấp địa phương

Đồ thị công suất phát về hệ thống
Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm (công suất phát bằng công
suất thu), không xét đến công suất tổn thất trong máy biến áp ta có :
Stnm (t ) + SVHT (t ) + SUC (t ) + SUT (t ) + STD (t ) + S DP (t ) = 0
1.2.4.

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

5


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVHT (t ) = Stnm (t ) − [ S PC (t ) + S PT (t ) + STD (t ) + S DP (t ) ]

Hay
Trong đó

SVHT(t) – công suất phát về hệ thống tại thời điểm t
Stnm(t) – công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t
SĐP(t) – công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t
SUC(t) – công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t
SUT(t) - công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t
Áp dụng công thức cho 5 giờ đầu (0÷5h), ta có:

0 ÷5
0 ÷5
0 ÷5
SVHT
(t ) = Stnm
(t ) −  S UC0÷5 (t ) + S UT0÷5 (t ) + S TD0÷5 (t ) + S DP
(t ) 

= 340 − [ 51,14 + 56,32 + 6, 25 + 11, 26] = 215,03( MVA)
Tính toán tương tự cho các khoảng thời gian, ta có bảng sau:
Bảng 1.3. Bảng biến thiên công suất phát về hệ thống theo thời gian

t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

SVHT(t),
MVA

215,03

204,57

197,33

194,16

210,25

194,11

198,08 215,03

Hình 1.6. Đồ thị công suất phát về hệ thống

Phụ tải thanh góp phía cao áp
Ở phía thanh góp cao (TBPP cao áp) đồng cấp điện cho phụ tải điện áp phía cao
và phát công suất thừ về hệ thống. Vậy công suất tổng tại đây, gọi là phụ tải thanh góp
cao áp STGC(t) sẽ được tính:
STGC (t ) = SVHT (t ) + SUC (t )
1.2.5.

Ta có bảng biến thiên đồ thị phụ tải thanh góp cao áp theo thời gian như
sau:

Bảng 1.4. Bảng biến thiên phụ tải thanh góp cao áp theo thời gian

t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

STGC(t),
MVA

266,16

255,70

248,46

239,61

255,70

245,24

254,90 266,16

Hình 1.7. Đồ thị phụ tải thanh góp cao áp
1.2.6.

Tổng hợp đồ thị phụ tải toàn nhà máy

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

6


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Theo các mục đã tính toán ở trên, ta được bảng tổng hợp đồ thị phụ tải các cấp
như sau:
Bảng 1.5. Bảng tổng hợp đồ thị phụ tải các cấp, MVA

Giờ

0÷5

5÷8

8÷11

SĐP
SUT
SUC

11,26
56,32
51,14
215,0
3
266,1
6

13,68
64,37
51,14

SVHT
STGC

11÷14

17÷20

20÷22

22÷24

12,87

72,41
51,14

14÷17
6.25
13,68
13,68
80,46
64,37
45,45
45,45

16,09
72,41
51,14

14,48
64,37
56,82

11,26
56,32
51,14

204,57

197,33

194,16

210,25

194,11

198,08

215,03

255,70

248,46

239,61

255,70

245,24

254,90

266,16

S (MVA)
340

350
300

SVHT

250
200

STD

150

SDP

SUC

SUT

100

SUC

SUT

50

SVHT
STD

SDP

0

5

8

11 14

17

20 22 24

t(h)

Hình 1.8. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy
Bảng 1.6. Bảng tống hớp gía trị công suất max, min của các cấp

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

7


Thiết kế phần điện nhà máy điện

Phụ tải
Max
Min

TS. Nguyễn Nhất Tùng

STNM,
MVA

STD,

MVA

230

6,25

SĐP,
MVA

SPT,
MVA

SPC,
MVA

SVHT,
MVA

16,09

80,46

56,82

215,03

11,26

56,32

45,45

194,11

ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY
Cơ sở chung để đề xuất các phương án nối điện
Đề xuất phương án nối điện chính của nhà máy điện là một khâu hết sức quan
trọng trong quá trình thiết kế phần điện nhà máy điện. Căn cứ vào kết quả tính toán
phụ tải và cân bằng công suất để đề xuất các phương án nối điện của nhà máy điện.
Dựa theo 7 nguyên tắc sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp –
PGS.TS. Phạm Văn Hòa”, ta có:
max
S DP
16, 09
.100 =
.100 = 11, 7% < 15%
2.SdmF
2.68, 75
1.3.
1.3.1.

 Phụ tải địa phương có công suất nhỏ nên không cần thanh góp cấp điện áp máy phát,

mà chúng được cấp điện trực tiếp từ máy phát, phía trên thanh cắt máy biến áp liên lạc.
- Nhà máy có 3 cấp điện áp: 11kV, 110kV, 220kV; cấp điện áp trung áp (110kV)
và cao áp (220kV) có trung tính nối đất trực tiếp.
α=

U C − U T 220 − 110
=

= 0,5
UC
220

Hệ số có lợi:
 Ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp để giảm tổn thất điện năng.
- Xét các tỉ số:
-

max
UUT
80, 46
=
= 1,17
U dmF 68, 75

min
UUT
56,32
=
= 0,82
U dmF 68, 75

;
Do dùng máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc nên ta có thể ghép 1 đến 2 bộ máy phát
– máy biến áp 2 cuộn dây ghép thẳng lên thanh góp phía trung.
-

Ta có:

2.S dmF = 2.68, 75 = 137,5MVA < S dtHT = 200 MVA

 Vậy ta có thể ghép 2 máy phát vào 1 máy biến áp.

Đề xuất một số phương án nối dây
Dựa vào cơ sở trên ta đề xuất 4 phương án nối dây như sau:
a. Phương án 1
- Nối 2 bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây vào thanh góp trung áp 110kV.
- Nối 1 bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây vào thanh góp cao áp 220kV.
- Dùng 2 bộ MPĐ – MBATN làm liên lạc giữa các cấp điện áp.

1.3.2.

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

8


Thiết kế phần điện nhà máy điện

SPC

TS. Nguyễn Nhất Tùng

HT

SPT
110kV

220kV

B1

STD
F1

-

-

B2

STD

SDP

B3

STD

B4

B5

STD

F2
F3
F4
Hình 1.9. Sơ đồ nối điện phương án 1

STD
F5

Ưu điểm:
- Bố trí công suất hợp lý, sơ đồ tương đối đơn giản.
Cấp điện liên tục cho phụ tải các cấp điện áp. Phân bố công suất giữa các cấp khá đồng
đều.
Nhược điểm:
- Chủng loại MBA nhiều, vận hành phức tạp.
Chi phí đầu tư cho phương án lớn do các thiết bị phía cao nhiều.
b. Phương án 2
- Nối 1 bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây vào thanh góp trung áp 110kV.
- Nối 2 bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây vào thanh góp cao áp 220kV.
- Dùng 2 bộ MPĐ – MBATN làm liên lạc giữa các cấp điện áp.

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

9


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

HT

SPC

SPT

220kV

B1

STD

STD
F1

-

B2

STD

B3

SDP

B4

110kV

B5

STD

STD

F2
F3
F4
F5
Hình 1.10. Sơ đồ nối điện phương án 2

Ưu điểm:
- Cấp điện liên tục cho các cấp phụ tải điện áp.
Nhược điểm:
Sử dụng nhiều loại MBA gây khó khăn cho việc lựa chọn các thiết bị và vận hành sau
này. Ngoài ra các MBA và các thiết bị điện ở cấp điện áp cao có giá thành cao hơn
nhiều so với cấp điện áp trung.
c. Phương án 3
- Nối 2 bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây vào thanh góp trung áp 110kV.
- 3 máy phát còn lại được nối vào thanh góp cao áp 220kV.
- Dùng 2 bộ MPĐ – MBATN làm liên lạc giữa các cấp điện áp.

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

10


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

SPC

HT

SPT
110kV

220kV

B1

B2

S

S

STD
F1

DP

F2

B3

STD

STD
F3

B4

F4

STD
F5

STD
Hình 1.11. Sơ đồ nối điện phương án 3

-

-

Ưu điểm:
- Số lượng MBA và các thiết bị điện cao áp ít nên giảm giá thành đầu tư.
MBATN vừa làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp vừa làm nhiệm vụ tải công
suất của các máy phát tương ứng lên các cấp điện áp cao và trung nên giảm được tổn
thất điện năng và giảm chi phí vận hành.
Nhược điểm:
Khi có ngắn mạch thì dòng ngắn mạch khá lớn, khi hỏng 1 MBA liên lạc thì máy còn
lại với khả năng quá tải phải tải công suất tương đối lớn nên phải chọn MBATN có
dung lượng lớn.
d. Phương án 4
- Nối 1 bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây vào thanh góp trung áp 110kV.
- Ghép 2 MPĐ vào 1 MBA 2 cuộn dây vào thanh góp cao áp 220kV.
- Dùng 2 bộ MPĐ – MBATN làm liên lạc giữa các cấp điện áp.

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

11

Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

HT

SPC

SPT

220kV

B1

STD

STD

STD
F1

B2

F2

F3

B3

110kV

B4

STD

STD

SDP
F4

F5

Hình 1.12. Sơ đồ nối điện phương án 4

-

Ưu điểm:
- Số lượng MBA và các thiết bị điện cao áp ít nên giảm giá thành đầu tư.
Nhược điểm:
Phương án này có nhược điểm khá lớn là khi có ngắn mạch thì dòng ngắn mạch lớn,
khi MBA 2 cộn dây hỏng thì cả bộ 2 máy phát không phát được công suất cho phụ trải
trung áp nên độ tin cậy cung cấp điện không cao.
Kết luận sơ bộ:
Từ phân tích sơ bộ về các ưu, nhược điểm ửa các phương án đã đề xuất, ta nhận
thấy phương án 1 và phương án 2 có nhiều ưu việt hơn hẳn các phương án còn lại nên
ta sẽ sử dụng 2 phương án này để tính toán cụ thể nhằm lựa chọn phương án tối ưu.

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

12

Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP
PHÂN BỐ CÔNG SUẤT Ở CÁC CẤP ĐIỆN ÁP CỦA MBA
Việc phân bố công suất cho các MBA cũng như cho các cấp điện áp cho chúng
được tiến hành theo nguyên tắc cơ bản là: phân công suất cho máy biến áp trong sơ đồ
MF – MBA 2 cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ, phần thừa thiếu còn lại do
máy biến áp liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát bằng công
suất thu (phụ tải), không xét đến tổn thất trong máy biến áp. Nguyên tắc trên được đưa
ra để đảm bảo vận hành đơn giản, không cần chọn MBA trong sơ đồ bộ MF – MBA 2
cuộn dây loại không điểu chỉnh dưới tải, làm hạ vốn đầu tư đáng kể.
2.1.

2.1.1. MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây

Công suất của MBA này mang tải bằng phẳng trong suốt 24 giờ/ngày và được
tính theo công thức sau:
1 max
Sbo = SdmF − STD
n

Trong đó

n – số tổ máy.
max

STD

- công suất tự dùng cực đại.
SdmF - công suất một tổ máy phát.
1
Sbo = 68, 75 − .6, 25 = 67,5( MVA)
5

Ta có:
.
2.1.2. Máy biến áp liên lạc
a. Phương án 1
Sau khi phân bố công suất cho MBA 2 cuộn dây trong bộ MPĐ-MBA hai cuộn
dây, phần công suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận và được xác định trên cơ sở
cân bằng công suất, không xét đến tổn thất trong MBA.
Giả sử chiều công suất như hình 2.1

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

13


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

HT

SUC

SUT
S VHT

110kV

220kV

S bo

B1

STD
F1

S PT

S PC

B2

SPH

S PC

SPH

F2

B4

B3

S bo

B5

STD

STD

SDP

STD

S PT S bo

F3

F4

STD
F5

Hình 2.1.. Sơ đồ phân bố công suất phương án 1

Ta có:
 ( t ) 1 (t )
(t )
 S PC = 2 ( SVHT + SUC − Sbo )


 ( t ) 1 (t )
 S PT = ( SUT − 2.Sbo )
2

(t )
(t )
(t )
 S PH = S PC
+ S PT



Trong đó:

(t )
UC

S
S

(t )
PC

,
,

(t )
UT

S

S

(t )
PT

(2.1)

- công suất phụ tải cấp điện áp cao, trung tại thời điểm t.
,

(t )
S PH

- công suất các phía cao, trung, hạ cả máy biến áp tại

thời điểm t.
(t )
SVHT

- công suất phát về hệ thống tại thời điểm t.
Áp dụng công thức (2.1), ta có bảng sau:

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

14


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Bảng 2.1.Phân bố công suất cho 2 MBA B2, B3 theo thời gian

t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

S DP

11.26

13.68

12.87

13.68

13.68

16.09

14.48

11.26

SUC

51.14

51.14

51.14

45.45

45.45

51.14

56.82

51.14

SUT

56.32

64.37

72.41

80.46

64.37

72.41

64.37

56.32

STD

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

SVHT

215.03

204.57

197.33

194.16

210.25

194.11

198.08

215.03

Sbo

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

S PC

99.33

94.10

90.48

86.06

94.10

88.87

93.70

99.33

S PT

-39.34

-35.32

-31.29

-27.27

-35.32

-31.29

-35.32

-39.34

S PH

59.99

58.79

59.19

58.79

58.79

57.58

58.38

59.99

Dấu (-) thể hiện chiều công suất cuộn trung ngược chiều giả thiết (công suất truyền
từ trung sang cao).
Nhận xét: Công suất của MBA tự ngẫu được truyền từ phía hạ lên lên cuộn cao
và từ phía trung lên cuộn cao. Do đó cuộn nối tiếp sẽ mang tải nặng nhất.
b. Phương án 2
Giả sử chiều công suất như hình 2.2

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

15


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

HT

SUC

SUT
220kV

S bo

S PT

S bo

S PC

B2

B1

STD

STD

F1

F2

S PC

B3
SPH

STD

110kV

F3

S bo

S PT

B5

B4
SPH

STD

STD

SDP
F4

F5

Hình 2.2.. Sơ đồ phân bố công suất phương án 2
Ta có:
 (t ) 1 (t )
(t )
 S PC = 2 ( SVHT + SUC − 2.Sbo )

 (t ) 1 (t )
 S PT = ( SUT − Sbo )
2

(t )
(t )
(t )
 S PH = S PC
+ S PT



(t )
UC

S

Trong đó:

S

(t )
PC

,
,

(t )
UT

S
S

(t )
PT

(2.2)

- công suất phụ tải cấp điện áp cao, trung tại thời điểm t.
,

(t )
S PH

- công suất các phía cao, trung, hạ cả máy biến áp tại

thời điểm t.
(t )
SVHT

- công suất phát về hệ thống tại thời điểm t.
Áp dụng công thức (2.2), ta có bảng sau:
Bảng 2.2.Phân bố công suất cho 2 MBA B3, B4 theo thời gian

t (h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

S DP

11.26

13.68

12.87

13.68

13.68

16.09

14.48

11.26

SUC

51.14

51.14

51.14

45.45

45.45

51.14

56.82

51.14

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

16


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

SUT

56.32

64.37

72.41

80.46

64.37

72.41

64.37

56.32

STD

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

SVHT

215.03

204.57

197.33

194.16

210.25

194.11

198.08

215.03

Sbo

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

67.50

S PC

65.58

60.35

56.73

52.30

60.35

55.12

59.95

65.58

S PT

-5.59

-1.57

2.46

6.48

-1.57

2.46

-1.57

-5.59

S PH

59.99

58.79

59.19

58.78

58.78

57.58

58.39

59.99

Nhận xét: Công suất của MBA tự ngẫu được truyền từ phía hạ lên lên cuộn cao
và cuộn trung. Do đó cuộn hạ sẽ mang tải nặng nhất.
2.1.3. Chọn loại và công suất định mức của MBA

Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng. trong hệ thống điện tổng công suất các
MBA rất lớn và bằng khoảng 4 – 5 lần tổng công suất của các máy phát điện. do đó
vốn đầu tư cho MBA cũng rất nhiều. yêu cầu đặt ra là phải cọn số lượng MBA ít và

công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.
1. MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây
a. Loại MBA 2 cuộn dây không có điều cỉnh dưới tải:

Loại MBA này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chính điện áp
phía hạ. Như vậy, chỉ cần điều chỉnh điện áp phía cao và được điều chỉnh trực tiếp
bằng tự động điều chính kích từ (TĐK) của MPĐ.
b. Công suất định mức được chọn theo công thức sau:
max
S dmB ≥ SdmF − STD
≈ SdmF = 68, 75MVA

Tra Phụ lục 2- Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp (PGS.TS
Phạm Văn Hòa) ta có thông số các MBA được chọn như sau :
+ Phương án 1 :
Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật MBA ở phương án 1

MBA

Loại
máy

Sđm
(MVA)

1
ТДЦ 80
4 -5
ТДЦ 80
+ Phương án 2 :

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

Điện áp cuộn
dây
UC
UH
242
10,5
115
10,5

U%N

I%

∆PN

∆P0

11
10,5

0.6
055

320
310

80
70

17


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật MBA ở phương án 2

Điện áp cuộn
U%N
I%
∆PN
∆P0
dây
UC
UH
1-2
ТДЦ 80
242
10,5
11
0.6
320
80
5
ТДЦ 80
115
10,5

10,5
055
310
70
Đối với MBA này ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải bởi một trong hai
phần tử MPĐ hay MBA bị sự cố thì cả bộ ngừng làm việc trong điều kiện sự
cố. Cũng chính vì lý do này chỉ cần dùng máy cắt (MC) phía cao áp là đủ, phía
hạ áp chỉ cần dùng dao cách ly (DCL) phụ cho sửa chữa.
MBA

Loại
máy

Sđm
(MVA)

2. Máy biến áp liên lạc:
a. Loại MBA có điều chỉnh dưới tải

-

Tất cả các phía của MBA mang tải không bằng phẳng nên có nhu cầu điều chỉnh
điện áp tất cả các phía. Nếu dùng TDK chỉ điều chỉnh được phía hạ, nên cần có kết
hợp với điều chỉnh dưới tải của MBA liên lạc thì mới điều chỉnh điện áp tất cả các
phía.
b. Công suất định mức:
Nguyên tắc chung:
Đối với MBA 3 cuộn dây thông thường lõi từ cũng như cuộn dây của ba cấp đều thiết
kế 100% công suất định mức của MBA. Vậy để chọn được công suất định mức cho
chúng trước hết phải xác định được công suất tải lớn nhất trong suôt 24 giờ trong số

các cấp điện áp, được gọi là công suất thừa lớn nhất
của MBA được chọn theo biểu thức sau:

thua
Smax

. khi đó công suất định mức

thua
S dmB ≥ S max

-

-

Đối với MBATN thì lõi từ cũng như ba cuộn dây: nối tiếp, chung và hạ đều
được thiết kế theo công suất tính toán:
Stt = α.SđmB
U − U T 220 − 110
α= C
=
= 0,5
UC
220
Trong đó: α - là hệ số có lợi;
Ở cả 2 phương án công suất MBATN được xác định là công suất truyền từ phía hạ lên
nên công suất của MBATN được chọn theo công thức sau:

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

18


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

SdmTN ≥

⇒ S dmTN ≥

max
Sthua
S
≈ dmF
α
α

S dmF 68,75
=
= 137,5( MVA)
α
0,5

Tra Phụ lục 2 – thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp (PGS.TS
Phạm Văn Hóa) ta chọn MBA có thông số sau:
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật MBATN (B2, B3 đối với phương án 1 và B3,B4 đối
với phương án 2)

Loại

MBA

Sđm
UC
MVA ( kV)

UT
(kV)

UH
(kV)

ΔPo
C(kW)
T
85
11

UN%
CT-H
H
32
20

Io
%

ATДЦTH 160
230
121

11
0,5
c. Kiểm tra quá tải của MBA khi sự cố
Đối với MBA liên lạc khi sự cố một trong các MBA trong sơ đồ thì MBA liên
lạc còn lại phải mang tải nhiều hơn cùng với sự huy động công suất dự phòng của hệ
thống thì mới có thể đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải các cấp cũng như phát về
hệ thống lúc bình thường.
Quá tải sự cố tối đa cho phép như sau: k qtsc = 1,4 với điều kiện làm việc không
quá 6 giờ trong ngày và không được quá 5 ngày đêm liên tục.
A. Phương án 1
1, Sự cố 1: Hỏng 1 MBATN (B3) khi phụ tải phía trung cực đại
max
UT max
UT max
UT max
SUT
S DP
, SUC
, SVHT
Ứng với
ta có
tại các thời điểm như sau:
max
SUT
Bảng 2.6: Tổng hợp công suất các cấp ứng với

Giờ

max
SUT

(MVA)

U T max
S DP
(MVA)

U T max
SUC
(MVA)

UT max
SVHT
(MVA)

11÷14
80,46
13,68
45,45
194,16
- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cung cấp đủ cho phụ tải phía trung:
max
kqtsc .α .SdmBTN + 2.SboB 4 ≥ SUT

⇔ 1, 4.0,5.160 + 2.67,5 = 247( MVA) > 80, 46(MVA)

=> thỏa mãn

- Phân bố công suất sau sự cố :

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

19


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

max
 S PT = SUT
− 2.SboB 4 = 80, 46 − 2.67,5 = −54,54( MVA)

UT max
UT max
S DP
STD
13,68 6, 25

−
= 68,75 −
−
= 60, 66( MVA)
 S PH = S dmF −
2
5
2
5

 S PC = S PH − S PT = 60,66 − ( −54,54) = 115, 2( MVA)


(Dấu – chỉ chiều công suất đi từ trung sang cao).

HT

SUC

SUT
S VHT

110kV

220kV
54,54
115,2

67,5

B1

B2

60,66

STD

F2

67,5

B4

B5

STD

STD

SDP

STD

F1

B3

67,5

F3

F4

STD
F5

Hình 2.3 : Phân bố lại công suất khi sự cố 1 (phương án 1)

- Tải tự ngẫu chế độ cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất
- Ta có

H
⇒C
T 

Snt = α .( S PH + S PT ) = 0,5.(60,66 + 54,54) = 57,6( MVA)

Kiểm tra điều kiện:
Snt ≤ kqtsc .α .S dmBTN ⇔ 57,6 MVA < 1, 4.0,5.160 = 112 MVA

=>thỏa mãn

- Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường:
UT max
UT max
Sthieu = ( SVHT
+ SUC
) − ( SboB1 + SPC ) 
= ( 194,16 + 45, 45 ) − (67,5 + 115, 2) = 56,91( MVA)

Kiểm tra điều kiện:

Sthieu ≤ SdtHT ⇔ 56,91MVA < 200MVA

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

=> Thỏa mãn

20

Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

2, Sự cố 2: Hỏng 1 MBATN (B3) khi phụ tải phía trung cực tiểu
min
UT min
UT min
UT min
S PT
S DP
, SUC
, SVHT
Ứng với
ta có
tại các thời điểm như sau:
min
SUT
Bảng 2.6: Tổng hợp công suất các cấp ứng với

Giờ

min
SUT

U T min
S DP

UT min
S PC

0 ÷5

56,32

11,26

101,84

215,03

22 ÷ 24

56,32

11,26

101,84

215,03

UT min
SVHT

- Phân bố công suất khi sự cố :
min
 S PT = SUT
− 2.SboB 4 = 56,32 − 2.67,5 = −78,68( MVA)

UT min

UT min
S DP
STD
11, 26 6, 25

S
=
S
−
−
= 68, 75 −
−
= 61,87( MVA)
 PH
dmF
2
5
2
5

 S PC = S PH − S PT = 61,87 − ( −78,68) = 140,55( MVA)


(Dấu – chỉ chiều công suất đi từ trung sang cao).

HT

SUC

SUT

S VHT

110kV

220kV
78,68
140,55

67,5

B1

B2

B3

67,5

67,5

B4

B5

61,87

STD
F1

STD

F2

STD

STD

SDP
F3

F4

STD
F5

Hình 2.4 : Phân bố lại công suất khi sự cố 2 (phương án 1)

- Tải tự ngẫu chế độ cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

H
⇒C
T 

21


Thiết kế phần điện nhà máy điện

- Ta có

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Snt = α .( S PH + S PT ) = 0,5.(61,87 + 78,68) = 70, 275( MVA)

Kiểm tra điều kiện:
S nt ≤ kqtsc .α .SdmBTN ⇔ 70, 275MVA < 1, 4.0,5.160 = 112 MVA

=>thỏa mãn

- Công suất phát về hệ thống so với lúc bình thường:

UT min
UT min
Sthieu = ( SVHT
+ SUC
) − ( SboB1 + SPC ) 
= ( 215,03 + 101,84 ) − ( 67,5 + 140,55 ) = 108,82( MVA)

Sthieu ≤ SdtHT ⇔ 108,82 MVA < 200 MVA

Kiểm tra điều kiện:
=> Thỏa mãn
3, Sự cố 3: Hỏng 1 bộ MPĐ – MBA 2 cuộn dây bên phía trung (B5) khi phụ tải phía
trung cực đại
max
UT max
UT max
UT max
SUT

S DP
, SUC
, SVHT
Ứng với
ta có
tại các thời điểm như sau:
max
SUT
Bảng 2.7: Tổng hợp công suất các cấp ứng với
max
SUT
(MVA)

Giờ

UT max
S DP
(MVA)

UT max
S PC
(MVA)

UT max
SVHT
(MVA)

11÷14
80,46
13,68

45,45
194,16
- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cung cấp đủ cho phụ tải phía trung:
max
2.kqtsc .α .SdmBTN ≥ SUT

⇔ 2.1, 4.0,5.160 = 224( MVA) > 80, 46(MVA)

=> thỏa mãn

- Phân bố công suất sau sự cố :

1 max
1

S
=
S
−
S
=
( 80, 46 − 67,5 ) = 6, 48( MVA)
PT
UT
boB
4

2
2


UT max
UT max
S DP
STD
13,68 6, 25

S
=
S
−
−
= 68,75 −
−
= 60,66( MVA)
 PH
dmF
2
5
2
5

 S PC = S PH − S PT = 60,66 − 6, 48 = 54,18( MVA)



(

)

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

22


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

HT

SUC

SUT
S VHT

110kV

220kV
54,18

67,5

6,48

54,18

67,5

6,48

B1

STD
F1

B2
60,66

STD

SDP

F2

B4

B3

60,66

B5

STD

STD
F3

F4

STD

F5

Hình 2.5 : Phân bố lại công suất khi sự cố 3 (phương án 1)

- Tải tự ngẫu chế độ cuộn hạ mang tải nặng nhất
- Ta có

C
H ⇒
T

S PH = 60,66( MVA)

Kiểm tra điều kiện:
S PH ≤ kqtsc .α .SdmBTN ⇔ 60, 66 MVA < 1, 4.0,5.160 = 112 MVA

=>thỏa mãn

- Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường:
UT max
UT max
Sthieu =  SVHT
− ( SboB1 + 2.S PC − SUC
) 
= 194,16 − ( 67,5 + 2.54,18 − 45, 45 ) = 63,75( MVA)

Sthieu ≤ SdtHT ⇔ 63,75MVA < 200 MVA

Kiểm tra điều kiện:
=> Thỏa mãn

 Kết luận: Máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu.

B. Phương án 2
Tương tự như phương án 1, ta lần lượt xét các trường hợp sự cố nặng nề nhất
để kiểm tra quá tải MBA. Ở đây ta xét 3 trường hợp sự cố sau:
1, Sự cố 1: Hỏng 1 MBATN (B4) khi phụ tải phía trung cực đại
SV: NGUYỄN NHẬT LINH

23


Thiết kế phần điện nhà máy điện

Ứng với

max
SUT

ta có

TS. Nguyễn Nhất Tùng

UT max
UT max
UT max
S DP
, SUC
, SVHT

tại các thời điểm như sau:

max
SUT

Bảng 2.8: Tổng hợp công suất các cấp ứng với

Giờ

max
SUT
(MVA)

U T max
S DP
(MVA)

80,46

13,68

11÷14

U T max
SUC
(MVA)

UT max
SVHT
(MVA)

45,45

194,16

- Điều kiện kiểm tra quá tải nhằm cung cấp đủ cho phụ tải phía trung:
max
kqtsc .α .S dmBTN + SboB 5 ≥ SUT

⇔ 1, 4.0,5.160 + 67,5 = 179,5( MVA) > 80, 46(MVA)

=> thỏa mãn

- Phân bố công suất sau sự cố :
max
 S PT = SUT
− SboB 5 = 80, 46 − 67,5 = 12,96( MVA)

UT max
UT max
S DP
STD
13,68 6, 25

−
= 68,75 −
−
= 60, 66( MVA)
 S PH = S dmF −
2
5
2

5

 S PC = S PH − S PT = 60,66 − 12,96 = 47, 7( MVA)


HT

SUC

SUT

220kV

110kV

12,96
67,5

67,5

B2

B1

STD

60,66

STD
F1

67,5

47,7

B3

STD
F2

F3

B4

B5

STD

STD

SDP
F4

F5

Hình 2.6: Phân bố lại công suất khi sự cố 1 (Phương án 2)

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

24

Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

- Tải tự ngẫu chế độ cuộn hạ mang tải nặng nhất
- Ta có

C
H ⇒
T

S PH = 60,66( MVA)

Kiểm tra điều kiện:
S nt ≤ kqtsc .α .S dmBTN ⇔ 60, 66 MVA < 1, 4.0,5.160 = 112 MVA

=>thỏa mãn

- Công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường:
UT max
UT max
Sthieu = ( SVHT
+ SUC
) − ( 2.SboB1 + S PC ) 
= ( 194,16 + 45, 45 ) − (2.67,5 + 47,7) = 56,91( MVA)

Sthieu ≤ SdtHT ⇔ 56,91MVA < 200MVA

Kiểm tra điều kiện:
=> Thỏa mãn
2, Sự cố 2: Hỏng 1 MBATN (B4) khi phụ tải phía trung cực tiểu
min
UT min
UT min
UT min
S PT
S DP
, SUC
, SVHT
Ứng với
ta có
tại các thời điểm như sau:
min
SUT
Bảng 2.6: Tổng hợp công suất các cấp ứng với

Giờ

min
SUT

U T min
S DP

UT min
S PC

0 ÷5

56,32

11,26

101,84

215,03

22 ÷ 24

56,32

11,26

101,84

215,03

UT min
SVHT

- Phân bố công suất khi sự cố :
min
 S PT = SUT
− SboB 5 = 56,32 − 67,5 = −11,18( MVA)

UT min
UT min
S DP

STD
11, 26 6, 25

−
= 68, 75 −
−
= 61,87( MVA)
 S PH = S dmF −
2
5
2
5

 S PC = S PH − S PT = 61,87 − ( −11,18) = 73,05( MVA)


(Dấu – chỉ chiều công suất đi từ trung sang cao).

SV: NGUYỄN NHẬT LINH

25