Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 4 x 55 MW, cung cấp cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải trung áp 110 kv, phụ tải cao áp 220kv và phát về hệ thống

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

Lời nói đầu
Ngành điện nói riêng và ngành năng lợng nói chung đóng vai trò hết sức quan
trọng trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc. Nhà máy điện là
phần tử quan trọng nhất trong hệ thống điện. Cùng với sự phát triển của hệ thống
điện, cũng nh sự phát triển của hệ thống năng lợng Quốc Gia là sự phát triển của
nhà máy điện. Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế
nhà máy điện sẽ mang lại những lợi ích không nhỏ với nền kinh tế quốc dân nói
chung và hệ thống điện nói riêng.
Là sinh viên theo học ngành hệ thống điện của trờng Đại học Bách Khoa Hà
Nội, để có đợc báo cáo kết quả của bản thân trong những năm học tại trờng, nay
em đợc bộ môn hệ thống điện giao cho đề tài thiết kế tốt nghiệp với nội dung:
Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 4 x 55 MW, cung cấp cho phụ tải điện
áp máy phát, phụ tải trung áp 110 kV, phụ tải cao áp 220kV và phát về hệ thống.
Qua thời gian hơn hai tháng, với khối lợng kiến thức đã học tập và đợc sự giúp
đỡ của các thầy, các cô trong khoa, đặc biệt là sự chỉ dẫn trực tiếp và tận tình của
thầy Đào quang thạch đã giúp đỡ em hoàn thành bản thiết kế này. Tuy
nhiên do thời gian và khả năng có hạn, nên bản đồ án này không tránh khỏi
những thiếu sót. Vì vậy em rất mong đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy, các cô.

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô!
Hà nội ngày 25 -5 -2005
Sinh viên

Chơng I :
Tính toán phụ tải và cân bằng công suất
Để đảm bảo chất lợng điện năng tại mỗi thời điểm,trong các phần tử của mạng
điện. Điện năng do các nhà máy phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lợng điện

năng tiêu thụ của hộ dùng điện,kể cả tổn thất điện năng trong các phần tử của
mang điện. Vì điện năng ít có khả năng tích trữ đợc. Nh vậy điều kiện cân bằng
công suất trong hệ thống điện là cực kì quan trọng.
Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi,
việc nắm đợc quy luật biến đổi này tức là tìm đồ thị phụ tải là một điều rất quan
trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào đồ thị phụ tải có thể lựa chọn phơng án nối điện hợp lí, đảm bảo đợc các chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật, nâng cao độ tin
cậy cung cấp điện và đảm bảo chất lợng điện năng.
Đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân phối
tối u công suất giữa các nhà máy điện với nhau và giữa các tổ máy phát điện.
1


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

Chọn các thiết bị điện và các khí cụ điện trong hệ thống điện.
Căn cứ vào đồ thị phụ tải mà ngời vận hành sẽ chủ động lập ra kế hoạch sửa
chữa hoặc đại tu định kì các thiết bị.
I-1 ./ Chọn máy phát điện.
Theo yêu cầu thiết kế thì số lợng máy phát điện là 4 tổ máy, mỗi máy có công
suất Pđm=55 MW. Tổng công suất đặt của nhà máy là: 4. 55 = 220 (MW)
Tra bảng trong tài liệu Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn 4 máy
phát điện loại TB -60 -2T có các thông số sau :
Bảng 1.1

Loại
máy phát

TB -60-2T

n
v/ph
3000

Thông số định mức
S
P
U
MVA
MW
kV
68,75

55

10,5

cos
0,8

I
kA

3,78

Điện kháng tơng đối
Xd
Xd
Xd

0,1361

0,202

1,513

I-2./ Tính toán phụ tải và cân bằng CÔNG SUấT.
P (t) =

P%( t )
.Pmax
100

;

S (t) =

P( t )
Cos

Trong đó:
P(t): Công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t (MW)
S(t): Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (MVA)
cos: Hệ số công suất của phụ tải.
Ta tính phân bố công suất cho từng cấp phụ tải.
I-2a/ Phụ tải địa phơng.
Theo nhiệm vụ thiết kế:
Uđm = 10 kV
Pmax = 9 MW

cos = 0,87
Gồm 2 đờng dây cáp kép ì 3 MW ì 3 km
2 đờng dây cáp đơn ì 2 MW ì 3 km.
áp dụng công thức:
PF (t ) =

P F %.P F max
100

S F (t ) =

P F (t )
cos

Trong đó:
PF(t): Công suất tác dụng của phụ tải địa phơng tại thời điểm t (MW)
SF(t): Công suất biểu kiến của phụ tải địa phơng tại thời điểm t (MVA).
Thay số tính toán tại từng thời điểm ta đợc bảng kết quả sau:
Bảng 1.2
t(h)
0ữ7
7 ữ 11
11 ữ 14
14 ữ 18
18 ữ 24
PF%
60
80
70
100

80
PF(t)
5,4
7,2
6,3
9
7,2
SF(t)
6,2
8,3
7,2
10,3
8,3
2


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

Từ bảng kết quả thụ đợc ta thiết lập đợc:
đồ thị phụ tải địa phƠNG

s(MVA)

10,3

10

8,3

8,3

8

7,2

6,2

6
4
2
0

7

11

14

18

24

t(h)

I-2b/ Phụ tải trung áp.
Theo nhiệm vụ thiết kế:
Uđm = 110 kV
Pmax = 80 MW

cos = 0,86
Gồm 1đờng dây cáp kép ì 30MW
2 đờng dây cáp đơn ì 25MW
áp dụng công thức:
PT (t ) =

PT %.Pmax
100
S T (t ) =

PT (t )
cos

Trong đó:
PT(t): Công suất tác dụng của phụ tải trung áp tại thời điểm t (MW)
ST(t): Công suất biểu kiến của phụ tải trung áp tại thời điểm t (MVA).
Thay sốs(MVA)
tính toán tại từng thời điểm ta đợc bảng kết quả sau:
Bảng 1.3
100
93
t(h)
0ữ8
8 ữ 12
12 ữ 18
18 ữ 22
22 ữ 24
PT% 80
70
100

75 79
85
65
69,7 60
PT(t)
56
80
68
52
65,1
60,4
ST(t)
65,1
93
69,7
79
60,4
60

Từ bảng kết quả trên ta dựng đồ thị phụ tải trung áp:
40
20
0

3
8

12

18

22

24

t(h)


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

I-2c/ Phụ tải cao áp
Theo nhiệm vụ thiết kế:
Uđm = 220 kV
Pmax = 60 MW
cos = 0,88
Gồm 1đờng dây cáp đơn ì 60MW
áp dụng công thức:
PC %.Pmax
100
P (t )
S C (t ) = C
cos
PC (t ) =

Trong đó:
PC(t): Công suất tác dụng của phụ tải cao áp thời điểm t (MW)
SC(t): Công suất biểu kiến của phụ tải cao áp tại thời điểm t (MVA).
Thay số tính toán tại từng thời điểm ta đợc bảng kết quả sau:

t(h)
PC%
PC(t)
SC(t)

0ữ6
65
39
44,3

6 ữ 12
80
48
54,5

12 ữ 18
100
60
68,1

Bảng 1.4
18 ữ 22
22 ữ 24
70
60
42
36
47,7
40,9

Từ bảng kết quả trên ta dựng đồ thị phụ tải cao áp:

4


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

s(MVA)

68,1
60

54,5

47,7

44,3

40,9

40

20

t(h)

I-2d/ Phụ tải toàn nhà máy
Pđm NM = PđmF = 220 MW

P

220

dmNM
Sđm = SđmF = cos = 0,8 = 275( MVA)
NM
áp dụng công thức :

S NM ( t ) =

PNM ( t )
cos

= PdmNM .

PNM %
100 cos

Trong đó :
PNM(t): công suất tác dụng của toàn nhà máy tại thời điểm t (MW)
SNM(t): công suất biểu kiến toàn nhà máy tại thời điểm t (MVA)
Thay số tính toán ta đợc bảng kết quả sau :
Bảng 1.5
T(h)
0ữ8
8 ữ 12
12ữ 14
14ữ 20
20ữ 24

PNM%
80
100
80
90
85
PNM(t)
176
220
176
198
187
SNM(t)
220
275
220
247,5
233,7
Từ bảng kết quả trên ta dựng đợc đồ thị phụ tải toàn nhà máy .

5


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

s(MVA)

300

250

275
247,5
220

220

233,7

200

100

0

8

12 14

20

24

t(h)

I-2e/ Phụ tải tự dùng của toàn nhà máy.
Theo nhiệm vụ thiết kế: Công suất tự dùng cực đại = 6% công suất định mức
của nhà máy với cos = 0,85
Công suất tự dùng của nhà máy đợc xác định bằng công thức:

S td (t) = S td max . ( 0,4 + 0,6.

Với

S td max =

S NM (t )
)
S dmNM

% PdmNM
100 cos td

Thay số tính toán ta đợc bảng kết quả sau:
t(h)
SNM(t)(MVA
Std(t)(MVA)

0ữ 8
220
13,6

8 ữ12
275
15,5

12 ữ 14
220
13,6

14ữ 20
247,5
14,5

Bảng 1.6
20 ữ 24
233,7
14,1

Từ bảng kết quả trên ta dựng đợc
đồ thị tự dùng của nhà máy.

6


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

s(MVA)

15

15,5

13,6

13,6

14,5

14,1

10
5

0

8

12 14

20

24

t(h)

I-2f/ Công suất phát về hệ thống.
Công suất của toàn nhà máy phát về hệ thống đợc tính bằng công thức :
SHT =SNM(t) ( Sđp(t)+ ST(t) + SC(t) +Std(t) )


SC (t) = SHT(t)+SC(t)
Thay số tính toán tại từng thời điểm ta đợc SHT tại các thời điểm.
Bảng 1.7
t(h)
SNM(MVA)
Sđp(MVA)
ST(MVA)

SC(MVA)
Std(MVA)
Sht(MVA)

0ữ6

6ữ7

7ữ8

8ữ11

11ữ12

12ữ14

14ữ18

18ữ20

20ữ22

22ữ24

220

220

220

275

275

220

247,5

247,5

233,7

233,7

6,2

6,2

8,3

8,3

7,2

7,2

10,3

8,3

8,3

8,3

65,1

65,1

65,1

93

93

69,7

69,7

79

79

60,4

44,3

54,5

54,5

54,5

54,5

68,1

68,1

47,7

47,7

40,9

13,6

13,6

13,6

15,5

15,5

13,6

14,5

14,5

14,1

14,1

90,8

80,6

78,5

103,7

104,8

61,4

84,9

98

84,6

110

135,1

135,1

133

158,2

159,3

129,5

153

145,7

132,3

150,9



SC (MVA)

Từ bảng kết quả trên ta dựng đợc:
đồ thị công suất phát lên hệ thống.
7


§å ¸n tèt nghiÖp

ThiÕt kÕ nhµ m¸y ®iÖn

s(MVA)

110

100
90
80

103,7

70
60

0

98

90,8
80,6

110

104,8
84,9

84,6

78,5
61,4

6 7 8

11 12 14

18

20 22 24

t(h)

§å thÞ phô t¶i tæng hîp

8


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

S(MVA)
600
563,5
542

550

482,2

500

467,4

SNM

440

450

400

350

287,4

300

288,5

264,3 262,2
249,5

243,5

250

236,1

200

SHT

183,7
158,6

150

233,7

220

220

151,5

129,2

123,7

116,8

SC

103,8
100

90,5

84,9

82,8

ST

50

23,8

19,8
6,2
0

6

7

8

24,8

20,8

8,3

7,2
11

12

22,4

10,3
14

STD
SMF

8,3
18

20

22

24

t(h)

*Nhận xét
Từ đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy ta thấy:
a. Nhà máy điện thiết kế có công suất đặt là:
SNM= n . SđmF = 4 .68,75 =275 (MVA)
Trong đó :
n là số tổ máy phát điện trong nhà máy ( n =4)
Công suất đặt của nhà máy so với tổng công suất của hệ thống
SHT = 3700 (MVA) (Không kể nhà máy đang thiết kế )

9


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

S NM
275

.100 =
.100 = 7,43%
S HT
3700

b./ Công suất phụ tải điện áp trung khi cực đại so với công suất của nhà máy
thiết kế
S Tmax
93
.100 =
.100 = 33,8%
S NM
275
c./ Công suất phụ tải điện áp cao khi cực đại so với công suất của nhà máy thiết
kế là.

S C max
68,1
.100 =
.100 = 24,76%
S NM
275
d./Công suất phát về hệ thống khi cực đại so với công suất của nhà máy là :
S HT max
110
.100 =
.100 = 40%
S NM
275
đ./Công suất phụ tải địa phơng khi cực đại so với công suất của nhà máy là

S dp max
S NM

.100 =

10,3
.100 = 3,74%
275

Qua các kết quả vừa tính đợc ta thấy:
Nhà máy điện thiết kế đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện với lợng
công suất phát ra chiếm 7,43% lợng công suất của toàn hệ thống .
Phụ tải ở cấp điện áp trung chiếm 33,8% công suất toàn nhà máy.
Công suất phụ tải ở cấp điện áp cao chiếm 24,76% công suất toàn nhà máy.
Công suất thừa phát vào nhà máy khi cực đại chiếm 40% công suất toàn nhà máy.
Nh vậy ta thấy nhà máy điện thiết kế có nhiệm vụ chính là phục vụ cho phụ tải
cấp điện áp trung , cao và phần còn lại phát vào hệ thống . Phụ tải địa phơng chỉ
chiếm 3,74% lợng công suất toàn nhà máy . Do đó sẽ tơng đối thuận lợi cho việc
ghép nối các máy phát theo sơ đồ bộ (Máy phát - Máy biến áp ) nên sơ đồ nối dây
của nhà máy sẽ đơn giản và rẻ tiền hơn.
Nhà máy thiết kế với 3 cấp điện áp . Vì rằng cấp điện áp 220kV và 110 kV có
trung tính nối đất trực tiếp nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ liên
lạc giữa các cấp điện áp.
Do phụ tải ở cấp điện áp cao và trung có công suất tơng đối lớn nên ta có thể
ghép vào thanh góp 220kV , 110kV từ 1ữ2 bộ MF- MBA.
Phụ tải chính của nhà máy là phụ tải cấp điện áp cao , trung , phần công suất
còn lại đợc phát vào hệ thống qua một đờng dây kép dài 95km.
Ta thấy phụ tải điện áp máy phát khi cực đại S đmmax=10,3(MVA) so với công
suất định mức máy phát đã chọn SđmF =68,75 (MVA)
S dp max

S dmF

.100 =

10,3
.100 = 14,98%
68,75

10


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

Do vậy để cung cấp cho phụ tải địa phơng ta không cần dùng hệ thống thanh góp
điện áp máy phát .
***************************************************

Chơng II

Xác định các phơng án và chọn máy biến áp
Trong các thiết bị điện và trạm biến áp, các khí cụ điện đợc nối với nhau thành
sơ đồ nối điện. Yêu cầu của sơ đồ nối điện là làm việc phải đảm bảo độ tin cậy,
cấu tạo đơn giản vận hành linh hoạt, kinh tế, an toàn cho ngời. Vì vậy chọn sơ
đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế
nhà máy điện. Do đó phải nghiên cứu kĩ nhiệm vụ thiết kế nắm vững các số liệu
ban đầu, dựa vào bảng cân bằng công suất và các nhận xét tổng quát ở trên để tiến
hành vạch các phơng án nối dây có thể.
Các phơng án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ

điện và phải khác nhau về cách ghép nôí máy biến áp với các cấp điện áp, về số lợng và dung lợng máy phát. Số máy phát ghép bộ với máy biến áp.
Sơ đồ nối điện chính giữa các cấp điện áp của một phơng án dựa trên cơ sở
nhằm thoả mãn các yêu cầu kĩ thuật sau:
- Số lợng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thoả mãn
điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất thì các maý còn lại
vẫn phải đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát và cấp điện áp
trung ( Trừ phần phụ tải do các bộ hoặc các nguồn khác nối vào thanh góp điện áp
trung có thể cung cấp đợc ).
- Công suất của mỗi bộ MF- MBA không đợc lớn hơn dự trữ quay của hệ
thống.
- Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh
từ các bộ MF-MBA. Nhng công suất rẽ nhánh không đợc vợt quá 15ữ20% công
suất của bộ.
- Không nên dùng quá 2 MBA 3 cuộn dây hoặc MBA tự ngẫu để liên lạc
hay tải điện giữa các cấp điện áp , vì nh vậy sẽ làm cho sơ đồ thiết bị phân phối
phức tạp hơn.
11


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

- Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả 2 phía điện áp trung , cao áp đều
có trung tính trực tiếp nối đất (U 110kV).
- Không nên nối song song máy biến áp hai dây quấn với máy biến áp 3
dây quấn , vì thờng không chọn đợc 2 MBA có cùng tham số phù hợp với điều
kiện vận hành song song.
- Trên cơ sở các số liệu , bảng cân bằng công suất và các yêu cầu kĩ thuật
vừa nêu ta đa ra các phơng án nối dây sau:

II-1/. Các phơng án nối dây:
II-1a/. Phơng án 1.
ht

220kV

b1

f1

~

110 kV

f2

~

b4

b3

b2

f3

~

f4

~

Nhận xét :
Trong phơng án này bên phía 220kV ta dùng hai máy phát F 1, F2 đợc nối với
máy biến áp tự ngẫu B1,B2 để liên lạc giữa 3 cấp điện áp , phụ tải địa phơng đợc
trích từ hai máy phát nối với hai máy biến áp tự ngẫu.
Ưu điểm của phơng án này là:
Chỉ dùng 2 loại máy biến áp do đó mà quá trình lắp ráp và vận hành thuận tiện
hơn.
Sơ đồ nối điện đơn giản, linh hoạt trong vận hành và sửa chữa.
Phụ tải của nhà máy chủ yếu là phụ tải cấp điện áp cao, trung và phát công suất
thừa về hệ thống, nên với sơ đồ này có thể đáp ứng đợc yêu cầu cung cấp điện.
Nhợc điểm cuả phơng án này là số máy ghép vào phía trung áp có công suất
luôn lớn hơn phụ tải trung áp, nên sẽ có một phần công suất thừa phải đa sang
cao áp qua 2 lần máy biến áp, làm tăng tổn thất điện năng trong các máy biến áp.

12


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

II-1b/.Phơng án 2

ht
220kV

b2

b1

110kV

b3

~

~

~

f1

f2

f3

b4

~

f4

Trong phơng án này ta dùng 3 máy phát để cấp điện áp cho thanh cái 220kV,
trong đó ta nối bộ máy phát F1 với máy biến áp B1lên thanh cái và hai máy biến
áp tự ngẫu B2 , B3 dùng để liên lạc giữa 3 cấp điện áp, bên thanh cái 110kV có một
bộ máy phát - máy biến áp nối trực tiếp.
Ưu điểm : Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp,

đơn giản và linh hoạt trong vận hành.
Nhợc điểm: Phía thanh góp điện áp cao có thêm một bộ MF- MBA 2 dây quấn
do đó vốn đầu t mua máy biến áp và các thiết bị cho cấp điện áp 220kV sẽ cao
hơn so với MBA và các thiết bị điện ở cấp điện áp 110kV. Ngoài ra nếu bộ MF
-MBA 2 dây quấn ở phía bên trung áp mà bị sự cố thì điều kiện làm việc của của
hai máy biến áp liên lạc sẽ nặng nề hơn. So với phơng án 1 thì tổn thất điện năng
trong máy biến áp tự ngẫu sẽ nhỏ hơn do tránh đợc việc tải công suất qua hai lần
máy biến áp.
II-1c/. Phơng án 3
Vì công suất dự trữ của hệ thống là S dt= 296 (MVA) lớn hơn công suất của cả
nhà máy. Công suất của máy phát cũng không lớn để giảm vốn đầu t và tổn thất
điện năng trong máy biến áp, ta dùng sơ đồ hợp bộ ghép hai máy phát với một
máy biến áp tự ngẫu.
Máy biến áp tự ngẫu B1 đợc nối bộ với 2 máy phát F1,F2
Máy biến áp tự ngẫu B2 đợc nối bộ với 2 máy phát F3,F4
Phụ tải địa phơng đợc lấy từ hai bộ MF1,2- B1, MF3,4- B2
Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 làm nhiệm vụ liên lạc giữa 3 cấp điện áp 10,5 kV,
110 kV, 220 kV.

13


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện
ht
220 k V

110 k V

b1

~

b2

~

~

~

* Ưu điểm: Số lợng, chủng loại máy biến áp ít do đó đơn giản sơ đồ linh hoạt
trong vận hành cũng nh trong sửa chữa.
* Nhợc điểm: Khi có sự cố một trong 2 máy biến áp tự ngẫu B 1, B2 thì biến áp tự
ngẫu còn lại làm việc ở chế độ nặng nề hơn.
Độ tin cậy cung cấp điện ít đợc đảm bảo nhất là phía trung áp.
II-1d/. Phơng án 4
ht
220kV

b2

b1

~

f1

~

f2

b3

110kV

b6

b5

b4

~

f3

~

f4

Trong phơng án này bên trung ta đấu nối 2 bộ máy phát - máy biến áp F 3 F4 và B5
B6 làm việc song song còn bên 220 kV ta cho hai bộ máy phát - máy biến áp B 1B2
và F1F2 làm việc song song và để liên lạc giữa 3 cấp điện áp ta dùng hai máy biến
áp tự ngẫu B3B4.
* Ưu điểm: Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp,
cấu tạo sơ đồ đơn giản, linh hoạt trong vận hành.
* Nhợc điểm: Vốn đầu t cho máy biến áp lớn.
14

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

* Qua phân tích sơ bộ ta thấy cả 4 phơng án vừa nêu trên đều có khả thi để thiết
kế cho nhà máy điện. Cả 4 phơng án đều có sơ đồ nối điện đơn giản, linh hoạt
trong vận hành. Nhng nếu xét riêng từng phơng án thì ta thấy phơng án 1 và phơng án 2 u việt hơn.
Do vậy để thuận tiện cho việc thiết kế, ta giữ lại phơng án 1 và phơng án 2 để
tính và so sánh chọn ra phơng án tối u.
II-2/. Chọn máy biến áp cho các phơng án.
II-2a/. Phơng án 1
Sơ đồ nối dây của phơng án 1
ht

220 kV

b1

~

f1

110 kV

b2

b4

b3

~

~

f2

f3

~

f4

II-2-a1/.Chọn máy biến áp
a11/. Chọn máy biến áp 2 dây quấn ở cấp điện áp trung.
Theo sơ đồ nối dây 2 máy biến áp B3, B4 là máy biến áp 3 pha 2 dây quấn chúng
đợc nối bộ với 2 máy phát F3, F4.
Điều kiện để chọn máy biến áp là: SBđm SđmF = 68,75 MVA
Trong đó:
SBđm: là công suất định mức của máy biến áp
Theo tài liệu Hớng dẫn thiết kế nhà máy điện chọn máy biến áp 3 pha 2 dây
quấn có các thông số cho trong bảng 2.1
Kiểu

T

Sđm
(MVA)
80

Điện áp (kV)
C
H
121

10,5

Tổn thất
P0
P0
kW
kW
70
310

I0%

UN%

0,55

10,5

a12/. Chọn máy biến áp tự ngẫu cho phơng án 1.
Chọn máy biến áp B1, B2 là máy biến áp tự ngẫu ba pha làm nhiệm vụ liên lạc
giữa 3 cấp điện áp 10,5 kV, 110 kV, 220 kV máy biến áp đợc chọn theo điều kiện
làm việc bình thờng và kiểm tra lại khi có sự cố nặng nề nhất.
Máy biến áp tự ngẫu B1, B2 đợc chọn theo điều kiện sau:
S dmB1, B 2

Trong đó:

S dmF


15


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu
=

Do đó:

U Cdm U Tdm 220 110
=
= 0,5
U Cdm
220

S dmB1, B 2

1
.68,75 = 137,5( MVA)
0,5

Từ kết quả tính toán trên chọn máy biến áp tự ngẫu ba pha loại ATTH có các

thông số kỹ thuật cho trong bảng 2.2
Sđm
MVA
160

U (kV)
T
H

C

242 121

10,5

P0
kW

PN (kW)
C-T C-H T-H

85

380

-

-

C-T

UN%
C-H

I0%
T-H

11

32

20

0,5

II.2.a2/ Phân phối công suất cho các máy biến áp.
Để đảm bảo kinh tế cho các máy biến áp B3 và B4 vận hành với đồ thị phụ tải
bằng phẳng suốt năm.
S B 3 = S B 4 = S dmF

= 68,75

1
S td max
4

1
.15,5 = 64,87( MVA)
4.

Phần công suất còn lại do các máy biến áp tự ngẫu đảm nhận. Với 2 máy biến áp
tự ngẫu B1, B2 ta có công suất truyền tải lên các cấp điện áp nh sau:
+ Phía cao áp:
SCB1 = S CB2 =

1
1
S C = ( S C + S HT )
2
2

+ Phía trung áp:
STB1 = STB2 =

ST ( S B3 + S B4 )
2

+ Phía hạ áp:

S HB1 = S HB2 = S CB1 + S TB1 = S CB2 + S TB2

Dựa vào bảng 1-7 ở chơng I và các công thức trên ta tính đợc phụ tải cho từng
thời điểm trong bảng sau đây:
Bảng2.3

t(h)
S(MVA)

0ữ6

6ữ7

7ữ8

8 ữ 11

11 ữ 12

12 ữ 14

14 ữ 18

18 ữ 20

20 ữ 22

22 ữ 24

S B3 = S B 4

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

S BC1, B 2

67,55

67,55

66,5

79,1

79,65

64,75

76,5

72,85

66,15

75,45

S BT1, B 2

-32,32

-32,32

-32,32

-18,37

-18,37

-30,02

-30,02

-25,37

-25,37

-34,67

35,23

35,23

34,18

60,73

61,28

34,73

46,48

47,48

40,78

40,78

16


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

S BH1, B 2

Dấu(-) trong bảng này biểu hiện chiều công suất chuyển từ điện áp trung sang
điện áp cao.
Từ bảng trên ta thấy :
SCtnmax= 79,65 (MVA) < SđmB1,B2= 160 (MVA)
STtnmax= 34,67 (MVA) < SđmB1,B2. = 80 (MVA)
Vậy ở điều kiện làm việc bình thờng các máy biến áp B1,B2 không bị quá tải .
II.2.a3/ Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố .

a3.1.Trờng hợp hỏng một bộ máy phát - máy biến áp hai dây quấn phía thanh góp
điện áp trung.
- Trờng hợp sự cố nặng nề nhất , đó chính là sự cố vào thời điểm phụ tải bên trung
áp đạt cực đại . Theo bảng cân bằng công suất thì thời điểm đó là (8ữ12) có:
STmax= 93( MVA)


SC = 159,3 (MVA)
Sđp= 7,2 (MVA)
Ta giả thiết hỏng bộ MF3- MBA3, lúc đó sơ đồ nối dây nh sau:

ht

220kV
47,27

47,27

110kV
14

64,87

14

b1

b2

61,27

b4

b3

61,27

~

f1

~

f2

~

f3

~

f4

+ Điều kiện kiểm tra sự cố :
2Kqt .SđmTN STmax- SBT
ST max SBT
SđmTN 2K
qt

17

Đồ án tốt nghiệp

SđmTN

Thiết kế nhà máy điện

93 64,87
= 20,09 (MVA)
2.0,5.1,4

SđmTN = 160 (MVA) > 20,09 (MVA) thỏa mãn điều kiện sự cố.
Phân bố công suất khi xảy ra sự cố .
Lúc này công suất truyền tải qua các cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu
B1,B2là :
S BT1 = S BT 2 =

Trong đó :

1
( S T max S boB 4 )
2

SbộB4: là công suất của một bộ MF- MBA hai dây quấn B4
S BT1 = S BT 2 =

1
(93 64,87) = 14( MVA)
2

Công suất truyền qua cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu B1,B2là :
1
1
F
S BH1 = S BH2 = S dm
( S dp + S td max )
2
4
1
1
= 68,75 ( .7,2 + .15,5)
2
4
= 61,27( MVA)

Công suất của bộ F1B1,F2B2 sau khi cấp cho trung áp lợng còn lại phát lên thanh
góp cao áp là:
S BC1 = S BC2 = S BH1 S BT1 = S BH2 S BT 2 = 61,27 14 = 47,27( MVA)

Lợng công suất phát lên thanh góp cao áp là :
S BC1 + S BC2 = 2.47,27 = 94,54( MVA)

So với lúc bình thờng lợng công suất phát lên hệ thống còn thiếu một lợng là :
S thieu = S C 94,54
= 159,3 94,54
= 64,76( MVA)

Ta nhận thấy rằng Sthiếu = 64,76 (MVA) < Sdtquay= 296 (MVA)
Vậy khi sự cố một bộ MF- MBA 2 dây quấn phía bên trung áp thì không có

cuộn dây nào của MBA tự ngẫu B1,B2 quá tải.
Do đó trong trờng hợp này các máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu thiết kế.
a3.2/Trờng hợp hỏng (sự cố ) một trong hai máy biến áp tự ngẫu B1,B2
Giả thiết khi B1 bị hỏng thì máy phát điện F 1 ngừng làm việc . Trong trờng hợp
này ta kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu B 2,còn các máy biến áp B3,B4 vẫn tải
với công suất bình thờng nh lúc không có sự cố .
18


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

ht

220kV

110 kV

126,26
64,87

64,87

b3

b4

-69,34

b1

b2
56,92

~

~

f1

f2

~

f3

~

f4

Xét phân bố công suất trên các cuộn của máy biến áp trong điều kiện sự cố nặng
nề nhất là lúc ST = STmin ( Ta không xét khi STmax vì STmax= 93 MVA < SbT = 2.
64,87 =129,74 (MVA)
Phía trung của máy biến áp B 2 sẽ tải lên thanh góp trung áp một lợng công suất
là :
T
S BT 2 = S min
(S B3 + S B 4 )

= 60,4 2.64,87 = 69,34( MVA)

Cuộn hạ của máy biến áp B2tải lợng công suất .
S BH2 = S dmF S dp

1
S td min
4

1
= 68,75 8,3 .14,1 = 56,92( MVA)
4

Công suất tải phía cuộn cao áp :
S BC2 = S BH2 S BT 2 = 56,92 (69,34) = 126,26( MVA) < S dmtn = 160 MVA

Nh vậy so với lúc bình thờng lợng công suất phát lên hệ thống còn thiếu một lợng là :
S thieu = S C 126,26
= 150,9 126,26 = 24,64 (MVA)
Ta thấy Sthiếu = 24,64 (MVA) < Sdtquay= 296 (MVA)


Do vậy khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp tự ngẫu còn lại vận
hành bình thờng vẫn đảm bảo cho công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ
thống. Trong trờng hợp này các máy biến áp đã chọn thoả mãn yêu cầu thiết kế
nhà máy điện.
19


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

II.2.a4/Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp.
. a4.1.Tổn thất điện năng trong các máy biến áp 3 pha 2 dấy quấn
áp dụng công thức:
2

S
= P0 .8760 + PN bo .8760
S dmB
2

S bo

= 8760.P0 + PN

S dmB

Trong đó :
Po, PN: tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến áp
SđmB: công suất định mức của máy biến áp
Sbộ= 64,87 (MVA) - Công suất của một bộ MF - MBA
8760 (h) : thời gian vận hành của máy biến áp trong một năm
Thay số tính toán ta tính đợc tổng tổn thất điện năng của máy biến áp 2 dây
quấn nh sau :
2

64,87
AB3 = Ab4 = 8760.70 + 310 80 = 2398,756 (MWh)

a4.2/Tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu .
Gồm 2 thành phần :
+ Thành phần không đổi (tổn thất không tải )
+ Thành phần biến đổi (do phát nóng)
áp dụng công thức :
A = P0 .8760 +

(

)

365
2
PNC .S Ci2 + PNT .S Ti2 + PNH .S Hi
.t i
2
S dm

Trong đó :
Po: tổn thất không tải của máy biến áp tự ngẫu
C

T

H

P N , P N , P N : Tổn thất công suất ngắn mạch của các cuộn dây cao,
trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu
ti : các khoảng thời gian tơng ứng với công suất truyền qua các cuộn dây
Ta có :
PNC H = PNT H =

PNC =

=
PNT =

1
1
PNC T = .380 = 190 (kW )
2
2

1 C T PNC H PNT H
PN +
2
2





1
190 190
380 +
= 190(kW )

2
0,5 2
1 C T PNT H PNC H
PN +
2
2





20


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

=

P

H
N

1
190 190
380 +
= 190 (kW )
2

0,5 2

1 PNC H PNT H
=
PNC T
2

2


=






1 190 + 190

380 = 570 (kW )

2
2 0,5


Các thông số : PNC T , PNT H ; PNC H là tổn thất công suất ngắn mạch giữa các
cuộn dây cao- trung, trung-hạ, cao-hạ của một máy biến áp tự ngẫu. Thay số vào
công thức ta tính đợc tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu B1(B2)
365
[190(67,55 2.7 + 66,512.1 + 79,12.3 + 79,65 2.1 + 64,75 2.2 +

160 2
+ 76,5 2.4 + 72,85 2.2 + 66,15 2.2 + 75,45 2.2) + 190(32,32 2.8 + 18,37 2.4 +
+ 30,02 2.6 + 25,37 2.4 + 34,67 2.2) + 570(35,23 2.7 + 34,18 2.1 + 60,73 2.3 +

AB1 = AB2 = 8760.85 +

+ 61,28 2.1 + 34,73 2.2 + 46,48 2.4 + 47,48 2.2 + 40,78 2.4] = 1516084,507(kWh)
AB1 = AB2 = 1516084,507(kWh) = 1516,084( MWh)

Tổng tổn thất điện năng của máy biến áp trong phơng án 1 là :
A = 2AB1 + 2AB3
= 2.1516,084 + 2.2398,756
= 7829,68 (MWh)

II.2.a5/Tính toán dòng cỡng bức.
Nh chúng ta đã biết các khí cụ điện và dây dẫn điện có hai trạng thái làm việc :
+Trạng thái làm việc bình thờng
+ Trạng thái làm việc cỡng bức
ứng với hai trạng thái làm việc trên, thì có dòng điện làm việc bình thờng (Ibt) và
dòng điện làm việc cỡng bức (Icb).
+ Tình trạng làm việc bình thờng là tình trạng không có phần tử nào của khu vực
đang xét bị cắt điện. Dòng điện bình thờng là dòng lớn nhất có thể làm việc ở tình
trạng này và dòng điện bình thờng để chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện
kinh tế .
+ Tình trạng làm việc cỡng bức là tình trạng làm việc khi có một phần tử nào đó
của khu vực đang xét bị cắt điện. Dòng điện làm việc cỡng bức thờng lớn hơn
dòng điện làm việc bình thờng, và dòng điện cỡng bức (Icbmax) đợc dùng để chọn
khí cụ điện và dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài.
Căn cứ vào sơ đồ nối điện chính của phơng án 1 ta có :

21


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

ht

220kV

b1

110kV

b2

~

b4

b3

~

~

~

a5.1/Cấp điện áp 220kV

- Dòng cỡng bức ở phía đờng dây nối với hệ thống là :
I cb =

max
S HT

3U dm

110

=

= 0,288(kA)

3.220

- Dòng cỡng bức ở phía đờng dây phụ tải:
I cb =

don
Pmax

cos 3U dm

=

60
0,88. 3.220

= 0,178 (kA)

- Dòng cỡng bức ở phía cuộn dây cao áp MBATN:
I cb =

S C TN min
3U dm

=

126,26
3.220

= 0,331 (kA)

Vậy dòng cỡng bức cực đại ở phía 220kV là I cbmax = 0,331 (kA)
a5.2/.Cấp trung áp 110kV
- Mạch đờng dây kép :
I cb =

- Mạch đờng dây đơn:

Pkep max
cos . 3.U dm

I cb =

- Bộ MF- MBA:

=

Pdon max
cos . 3.U dm

I cb = 1,05

S dmF
. 3.U dm

30
0,86. 3.110

=

25
0,86. 3.110

= 1,05

- Phía trung áp máy biến áp tự ngẫu :
I cb =

T
S TN
min

. 3.U dm

=

= 0,183(kA)

69,34
3.110

68,75
3.110

= 0,152(kA)

= 0,379(kA)

= 0,363(kA)

Vậy dòng cỡng bức cực đại ở phía 110kV là I cb110max = 0.379(kA)
a5.3/.Cấp hạ áp10,5kV
22


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

Dòng cỡng bức qua mạch điện áp máy phát
I cb = 1,05.

S dmF
U dm . 3

= 1,05.

68,75
10,5. 3

= 3,96(kA)

II.2b/.Phơng án 2.
Sơ đồ nối dây của phơng án 2
ht

220kV

b1

~

f1

b4

b3

b2

~

110kV

~

~

f3

f2

f4

II.2b1/.Chọn máy biến áp
b1.1/.Chọn máy biến áp bộ B1,B4 là loại 3 pha 2 dây quấn không điều chỉnh dới
tải.
Chọn B1 phía 220kV với điều kiên:
SB1 SđmF = 68,75( MVA)
Theo tài liệu Hớng dẫn thiết kế nhà máy điện chọn máy biến áp 3 pha 2 dây
quấn có các thông số cho trong bảng 2.4
Kiểu

T

Sđm
(MVA)
80

Điện áp (kV)
C
H
242

10,5

Tổn thất

P0
P0
kW
kW
80
300

I0%

UN%

0,6

10,5

Chọn B4 phía 110kV theo điều kiện:
SB4 SđmF = 68,75( MVA)
Theo tài liệu Hớng dẫn thiết kế nhà máy điện chọn máy biến áp 3 pha 2 dây
quấn có các thông số cho trong bảng 2.5
Kiểu

T

Sđm
(MVA)
80

Điện áp (kV)
C
H

121

10,5

Tổn thất
P0
P0
kW
kW
70
310

I0%

UN%

0,55

10,5

b1.2/. Chọn công suất máy biến áp cho máy biến áp tự ngẫu B2,B3.
Chọn máy biến áp B2, B3 là máy biến áp tự ngẫu ba pha làm nhiệm vụ liên lạc
23


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

giữa 3 cấp điện áp 10,5 kV, 110 kV, 220 kV máy biến áp đợc chọn theo điều kiện

làm việc bình thờng và kiểm tra lại khi có sự cố.
Máy biến áp tự ngẫu B2, B3 đợc chọn theo điều kiện sau:
S dmB 2, B 3

Trong đó:

S dmF


là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu
=

Do đó:

U Cdm U Tdm 220 110
=
= 0,5
U Cdm
220

S dmB 2, B 3

1
.68,75 = 137,5( MVA)
0,5

Từ kết quả tính toán trên chọn máy biến áp tự ngẫu ba pha loại ATTH có các
thông số kỹ thuật cho trong bảng 2.6
Sđm
MVA

U (kV)
C
T

160

242 121 10,5

H

P0
PN (kW)
kW C-T
C-H
85

380

-

T-H

UN%
C-T

I0%
C-H

T-H

-

11

32

20

0,5

II.2b2/. Phân phối công suất cho các máy biến áp.
Để đảm bảo kinh tế cho các máy biến áp B1 và B4 vận hành với đồ thị phụ tải
bằng phẳng suốt năm.
S B1 = S B 4 = S dmF

= 68,75

1
S td max
4

1
15,5
4.

= 64,87( MVA)

Phần công suất còn lại do các máy biến áp tự ngẫu đảm nhận. Với 2 máy biến áp
tự ngẫu B2, B3 ta có công suất truyền tải lên các cấp điện áp nh sau:

+ Phía cao áp:
S BC2 = S BC3 =

1 C
( S S B1 )
2

+ Phía trung áp:
S BT 2 = S BT 3 =

ST S B 4
2

+ Phía hạ áp:
S BH2 = S BH3 = S BC2 + S BT 2 = S BC3 + S BT 3

Dựa vào bảng 1-7 ở chơng I và các công thức trên ta tính đợc phụ tải cho từng
thời điểm trong bảng sau đây:
t(h)
S(MVA)

0ữ6

6ữ7

7ữ8

8 ữ 11

11 ữ 12

12 ữ 14

14 ữ 18

18 ữ 20

20 ữ 22

22 ữ 24

S B1 = S B 4

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

64,87

24


Đồ án tốt nghiệp
S BC2, B 3

Thiết kế nhà máy điện

35,11

35,11

34,06

46,66

47,21

32,31

44,06

40,41

33,71

43

S BT 2, B 3

0,11

0,11

0,11

14

14

2,41

2,41

7,06

7,06

-2,23

S BH2, B 3

35,22

35,22

34,17

60,66

61,21

34,72

46,47

47,47

40,77

40,77

Dấu(-) trong bảng này biểu hiện chiều công suất chuyển từ điện áp trung sang
điện áp cao.
Từ bảng trên ta thấy :
SCtnmax= 47,21 (MVA) < SđmB1,B2= 160 (MVA)
STtnmax= 14 (MVA) < SđmB2,B3. = 80 (MVA)
Vậy ở điều kiện làm việc bình thờng các máy biến áp B2,B3 không bị quá tải.
II.2b3/. Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố .
b3.1/.Trờng hợp hỏng bộ máy phát - máy biến áp hai dây quấn phía thanh góp
điện áp trung.
- Trờng hợp sự cố nặng nề nhất, đó chính là sự cố vào thời điểm phụ tải bên trung
áp đạt cực đại . Theo bảng cân bằng công suất thì thời điểm đó là (8ữ12) có:
STmax= 93( MVA)


SC = 159,3 (MVA)

Sđp= 7,2 (MVA)

ht

220kV
14,77

14,77

64,87

110kV

46,5
b1

f1

~

b2

b3

61,27

61,27

f2

~

f3

~

b4

f4

~

Điều kiện kiểm tra sự cố:
B2
2. .k qt .S dm
S T max

25