kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có 4 tổ máy phát công suất 100MW .

MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................................................3
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI............................................................................4
CHƯƠNG II. CƠ SƠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA ĐỀ TÀI.................................................................5
2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán của đề tài......................................................................................5
2.1.1 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất.......................................................................6
2.1.2 Đề xuất phương án và lựa chọn sơ đồ nối điện của nhà máy.......................................6
2.1.3 Tính toán ngắn mạch.....................................................................................................6
2.1.4. So sánh các phương án và chọn phương án tối ưu......................................................6
2.1.5 Chọn khí cụ điện và dây dẫn..........................................................................................7
2.1.6. Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng.....................................................................................7
2.2 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT.............8
2.2.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN..................................................................................................8
2.2.2 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT............................................................9
2.2.2.1 PHỤ TẢI TOÀN NHÀ MÁY............................................................................................9
2.2.2.2 PHỤ TẢI TỰ DÙNG CỦA NHÀ MÁY............................................................................10
2.2.2.3 PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG..............................................................................................11
2.2.2.4 PHỤ TẢI TRUNG ÁP...................................................................................................12
2.2.2.5 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TOÀN NHÀ MÁY..................................................................13
2.2.3 MỘT SỐ NHẬN XÉT CHUNG.........................................................................................14
2.3. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP..................................................14
2.3.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN.................................................................................................14
2.3.3. PHƯƠNG ÁN 2............................................................................................................28
2.4. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH............................................................................................35
2.4.1 Phương án 1:...............................................................................................................35
2.4.2. Phương án 2:..............................................................................................................46
CHƯƠNG III . TRÌNH BÀY KẾT QUẢ TÍNH TOÁN............................................................................58
3.1 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CHO CÁC PHƯƠNG ÁN.........................................58
3.1.1 PHƯƠNG ÁN 1............................................................................................................58
3.1.2 PHƯƠNG ÁN 2............................................................................................................62

3.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU................................................................................64
3.3.CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN.............................................................................64
3.3.1 CHỌN MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LY CHO CÁC MẠCH ĐIỆN CHÍNH..................................65
3.3.2 CHỌN THANH DẪN CỨNG CHO CÁC MẠCH MÁY PHÁT...............................................66
1


3.3.3 CHỌN SỨ ĐỠ CHO THANH DẪN MẠCH MÁY PHÁT ĐIỆN.............................................70
3.3.4 CHỌN THANH DẪN MỀM............................................................................................71
3.3.5 CHỌN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP VÀ MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN..................................................76
3.3.6 CHỌN CÁP VÀ KHÁNG ĐƯỜNG DÂY CHO PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG................................81
3.3.7 CHỌN MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LY CHO PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG....................................87
3.3.8 CHỌN CHỐNG SÉT VAN CHO CÁC CẤP ĐIỆN ÁP..........................................................88
3.4. CHỌN SƠ ĐỒ VÀ CÁC THIẾT BỊ TỰ DÙNG..............................................................90
3.4.1 CHỌN SƠ ĐỒ TỰ DÙNG...............................................................................................90
3.4.2 CHỌN THIẾT BỊ TỰ DÙNG............................................................................................91
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN................................................................................................................95
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................96

2


LỜI MỞ ĐẦU
Đã hơn hai thế kỷ, điện năng trở thành dạng năng lượng thiết yếu nhất, phổ
biến nhất trong đời sống xã hội cũng như hoạt động lao động sản xuất của con
người. Xuất phát từ tầm quan trọng đó, tại mọi quốc gia trên thế giới, công nghiệp
điện luôn là ngành công nghiệp cơ bản, mũi nhọn của nền kinh tế quốc gia.
Đối với nước ta, công nghiệp điện luôn được Đảng và Nhà nước xác định
là ngành công nghiệp mang tính nền tảng nhất, có nhiệm vụ quan trọng là phục vụ
và thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Việc xây dựng các

nhà máy điện được quan tâm đúng mức, với hàng loạt các công trình thế kỷ:
NMTĐ Sơn La, NMTĐ Hoà Bình, NMTĐ Yaly, NMNĐ Phả Lại 1,2, Ninh Bình...
Trong chiến lược phát triển công nghiệp điện của nước ta, xuất phát từ điều
kiện tự nhiên của đất nước, thuỷ điện chiếm một vị trí hết sức quan trọng, bên
cạnh đó phát triển hợp lý các nhà máy nhiệt điện. Việc phát triển các nhà máy
nhiệt điện là không thể thiếu, bởi lẽ chúng bổ sung cho thuỷ điện trong mùa khô,
cũng như phục vụ các nhu cầu thực tế cục bộ khác của từng địa phương, đơn vị.
Là ngành công nghiệp thuộc sở hữu Nhà nước, công nghiệp điện có những thay
đổi to lớn cùng với quá trình chuyển đổi cơ chế. Bước sang nền kinh tế thị trường,
điện năng là sản phẩm hàng hoá, sản xuất điện được coi như sản xuất hàng hoá.
Với sự thay đổi nhận thức như vậy, việc xây dựng các nhà máy điện không còn
mang tính bao cấp, mà cũng phải đảm bảo hiệu quả kinh tế, tối thiểu là thu hồi
vốn đầu tư, tránh lãng phí hoặc đầu tư không hiệu quả.
Qua thời gian làm đồ án, với khối lượng kiến thức đã được học tập và được sự
giúp đỡ của các thầy cô và các bạn 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 được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên

Nguyễn Minh Quang

3


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước theo hướng công nghiệp
hoá, hiện đại hoá, ngành công nghiệp điện lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng. Bởi
vì điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong nền kinh tế
quốc dân. Khi xây dựng nhà máy, khu dân cư, thành phố… trước tiên phải xây

dựng hệ thống cung cấp điện cho máy móc và phục vụ sinh hoạt cho con người.
Ngày nay ngành công nghiệp nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, các
nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp không ngừng được xây dựng. Từ đó giúp
nền kinh tế nước ta có những bước phát triển vượt bậc, hội nhập với khu vực và
thế giới. Ngoài ra còn có nhiều công trình khác xuất hiện, đặc biệt là các công
trình nhà cao tầng, khu chung cư… Để đáp ứng được nhu cầu nói trên thì hệ thống
điện phải được thiết kế theo nhu cầu của xã hội. Xuất phát từ nhu cầu đó, cùng
những kiến thức học được tại bộ môn Hệ Thống Điện em nhận được đề tài thiết kế
phần điện cho nhà máy điện 4x100MW.
Đề tài thiết kế tốt nghiệp phần điện cho nhà máy điện được cho bởi các
thông số chi tiết như sau:
-Số tổ nhà máy phát điện: 4x100MVA, cosϕ=0.8, Uđm =10,5KV
-Nhà máy nối với hệ thống băng 2 lộ đường dây 220KV, chiều dài mỗi lộ: 80Km
-Công suất hệ thống ( không kể nhà máy đang thiết kế ) : 3600MVA
-Dự trữ công suất hệ thống: 10%
-Điện kháng ngắn mạch (tính đến thanh cái hệ thống nối với đướng dây ): 0.6
-Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp cho các phụ tải sau:
1.1. Phụ tải cấp điện áp máy phát: Pmax= 16MW, cosϕ= 0.8
Phụ tải bao gồm các đường dây:
4 kép x 3 MW x 4 km
4đơn x 1.2MW x 3 km
Đồ thị phụ tải ( tính theo %Pmax )
thời gian ( h )

0-6

6-10

10-14

14-18

18-24

Công suất ( % )

60

75

80

100

75

1.2.Phụ tải cấp điện áp trung 110kv : P max= 250MVA ,cosϕ= 0.8
phụ tải bao gồm các đương dây :1 kép + 4 đơn
4


Đồ thị phụ tải ( tính theo % P max )
thời gian ( h )

0-4

4-10

10-14

14-18

18-24

Công suất ( % )

70

90

100

95

75

1.3.Nhà máy có nhiệm vụ phát công suất ( tổng ) theo biểu đồ sau ( tinh theo
% công suất đặt )
thời gian ( h )

0-8

8-12

12-14 14-20 20-24

Công suất ( % )

80

90

80

100

75

1.4. Các điều kiện khác
- Tự dùng nhà máy: 7% co các cấp điện áp sử dụng: 0.4kv và 6kv
- Tại các trạm địa phương đã thiết kế chọn máy cắt điện BMn-10, với Icắt= 20kA,
thời gian cắt ngắn mạch Tcắt= 0.6s và tiết diện cáp đồng Smin= 70mm2

CHƯƠNG II. CƠ SƠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán của đề tài
Cơ sở lý thuyết tính toán của đồ án hoàn toàn dựa trên các cơ sở các môn học, đồ
án chỉ hệ thống lại kiến thức cũng như phương pháp tính toán thực hiện trên cơ sở
đã có.
5


Sau đây là các bước thực hiến tính toán thiết kế phần điện nhà máy điện 400 MW.
2.1.1 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất.
Đối với hệ thống điện thì tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy sản xuất
phải cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải, kể cả các tổn thất của máy biến
áp. Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi, vì
vậy xác định được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành
Việc tính toán phụ tải cho biết biểu đồ phụ tải trong các khoảng thời gian
khác nhau là khác nhau, việc tính toán này là cần thiết cho việc xác định luồng
công suất phân bố trên lưới, luồng công suất phát lên hệ thống là bao nhiêu.

2.1.2 Đề xuất phương án và lựa chọn sơ đồ nối điện của nhà máy
Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá
trình thiết kế nhà máy điện. Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ 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 đưa ra các phương án nối dây có thể. Các phương án đưa ra phải
đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu dùng và phải khác nhau về cách
ghép nối máy biến áp với các cấp điện áp, về số lượng và dung lượng của máy
biến áp, về số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát, số máy
phát điện ghép bộ với máy biến áp
Việc lựa chọn sơ đồ nối điện để thiết kế mạng điện cho sau này là cần thiết,
việc này làm yêu cầu chính xác và cẩn thận đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật cũng như
kinh tế cho nhà máy điện.
2.1.3 Tính toán ngắn mạch
Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện cho nhà
máy đảm bảo các tiêu chuẩn ổn định động, ổn định nhiệt khi xảy ra ngắn mạch.
Dòng điện ngắn mạch dùng để tính toán, lựa chọn các khí cụ điện và đây dẫn là
dòng ngắn mạch ba pha.
Việc tính toán ngắn mạch là để lựa chọn các khí cụ điện, dây dẫn… Vì vậy
trong sơ đồ nối điện của nhà máy cần phải lựa chọn các điểm cụ thể đặc trưng để
tính ngắn mạch phục vụ cho việc lựa chọn các thiết bị.
2.1.4. So sánh các phương án và chọn phương án tối ưu.
Trong nhà máy điện, các khí cụ điện và dây dẫn được nối lại với nhau thành sơ
đồ điện. Yêu cầu chung của sơ đồ nối điện là : làm việc đảm bảo, tin cậy cấu tạo
đơn giản, vận hành linh hoạt, kinh tế và đảm bảo an toàn cho người vận hành.
Sau khi tính toán kinh tế kỹ thuật các phương án ta tiến hành so sánh, việc
so sánh đảm bảo ta chọn phương án tối ưu để thiết kế.
6


2.1.5 Chọn khí cụ điện và dây dẫn

Trong quá trình làm việc khí cụ điện và dây dẫn thường bị phát nóng.
Nguyên nhân chủ yếu là do :
- Tác dụng nhiệt của dòng phụ tải lâu dài
- Tác dụng nhiệt của dòng ngắn mạch
Nếu nhiệt độ tăng quá cao có thể làm cho chúng bị hư hỏng, nhất là những chỗ
tiếp xúc hoặc làm giảm tuổi thọ cách điện của chúng. Vì vậy đối với khí cụ điện
và dây dẫn cần phải quy định nhiệt độ cho phép. Đồng thời khi chọn chúng cần
phải tính toán sao cho trong quá trình vận hành ở chế độ bình thường cũng như
khi sự cố xảy ra, chúng phải đảm bảo ổn định động và ổn định nhiệt.
Trong nhà máy nhiệt điện các thiết bị chính như máy biến áp, máy phát điện
cùng với các khí cụ điện như máy cắt, dao cách ly…được nối với nhau bằng thanh
dẫn, thanh góp và cáp điện lực. Thanh dẫn có hai loại chính là thanh dẫn mềm và
thanh dẫn cứng :
- Thanh dẫn mềm được dùng làm thanh góp cho các phụ tải ở các cấp điện áp
220 kV và 110 kV. Thường chọn dây nhôm lõi thép.
- Thanh dẫn cứng có thể bằng đồng hoặc nhôm và được dùng để nối từ đầu cực
máy phát điện đến thiết bị phân phối.
2.1.6. Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng.
Điện tự dùng là một phần rất quan trọng trong nhà máy điện đặc biệt là nhà
máy nhiệt điện. Các sự cố trong hệ thống tự dùng của các nhà máy điện có thể dẫn
đến phá hoại sự làm việc bình thường một phần hoặc toàn bộ nhà máy, đôi khi còn
phát triển thành sự cố của hệ thống điện.
Trong các nhà máy nhiệt điện, hệ thống điện tự dùng cung cấp điện cho chế
biến, truyền tải nhiên liệu, thải xỉ, xử lý nước kỹ thuật, cung cấp nước vào lò ;
nước tuần hoàn, hệ thống làm mát ; quạt gió, quạt khói, thắp sáng, điều khiển, tín
hiệu, sửa chữa thiết bị…
Trong các nhà máy nhiệt điện phần lớn phụ tải của hệ thống tự dùng là các
động cơ từ 200kW trở lên các động cơ này làm việc kinh tế với điện áp 6 kV. Các
7

động cơ công suất nhỏ hơn và các thiết bị tiêu thụ điện năng khác chiếm phần phụ
tải tương đối nhỏ và chúng có thể nối vào điện áp 380/220V.
Để đảm bảo cung cấp điện cho hệ thống tự dùng thường phân đoạn hệ thống tự
dùng cho phù hợp với sơ đồ nhiệt và điện của nhà máy. Số phân đoạn của thiết bị
phân phối 6 kV không được ít hơn số nồi hơi của nhà máy để cho khi cắt một
phân đoạn không kéo theo phá hoại sự làm việc lớn hơn một nồi hơi và tuabin tổ
máy.
Với nhà máy trong bản thiết kế này, hệ thống tự dùng được phân thành năm
phân đoạn, công suất lấy từ các đầu cực của mỗi máy phát điện, đi qua máy biến
áp tự dùng cấp 1, đưa đến hệ thống thanh góp 6,3 kV, sau đó lại được các máy
biến áp tự dùng cấp 2 phân phối đến hệ thống phụ tải 0,4 kV. Ngoài ra còn có một
hệ thống dự phòng, lấy công suất từ phía hạ áp của các máy biến áp tự ngẫu, làm
nhiệm vụ dự phòng cho hệ thống tự dùng.
2.2 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CÔNG
SUẤT
Đối với hệ thống điện thì tại mỗi thời điểm điện năng do nhà máy sản xuất phải
cân bằng với điện năng tiêu thụ của phụ tải, kể cả các tổn thất của máy biến áp.
Trong thực tế điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi, vì vậy
xác định được đồ thị phụ tải là rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành.
2.2.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN
- Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy công suất 100MW
- Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành về sau, nên chọn các máy
phát điện cùng loại.
- Máy phát có điện áp càng cao, dòng điện làm việc và dòng ngắn mạch ở cấp điện
áp này càng nhỏ, thuận tiện cho việc chọn lựa thiết bị. Song do phụ tải địa phương
có điện áp 10 kV nên ta chọn các máy phát điện có Uđm = 10,5 kV.
Từ đó theo [1, trang 100, bảng phụ lục II.1] ta chọn máy phát điện đồng bộ tua
bin hơi kiểu TBΦ – 120 – 2 có các thông số cho trong bảng sau :
Bảng 1.1 : Thông số máy phát điện được sử dụng

8


Thông số định mức
Loại máy phát

Điện kháng tương đối

n
v/ph

S
P
U
MVA MW kV

3000

125

100

I
kA

cos

10,5 0,8

6,875

0,192

0,273

1,907

2.2.2 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải các
cấp điện áp được xây dựng dưới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng
và hệ số

của từng phụ tải tương ứng. Từ đó ta tính được phụ tải các cấp

điện áp theo
công suất biểu kiến bởi các công thức sau :

Trong đó :
- S(t) là công suất biểu kiến của phụ tại ở thời điểm t
- cos
-

là hệ số công suất trung bình của phụ tải
là công suất của phụ tải tính theo phần trăm công suất cực đại tại thời

điểm t
- Pmax công suất phụ tải cực đại
2.2.2.1 PHỤ TẢI TOÀN NHÀ MÁY
Nhà máy gồm 4 tổ máy có PFđm = 100MW, cos

=0,8 do đó

Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là :
Pnm =4.100 = 400 MW ; Snm = 4.125 = 500 MVA
Phụ tải nhà máy tại thời điểm t được xác định theo công thức :

9


Bảng 1.2:Biến thiên phụ tải nhà máy
t(h)

0-8

8-12

12-14

14-20

20-24

P(%)

80

90

80

100

75

Pnm(t), MW

320

360

320

400

300

Snm(t), MVA 400

450

400

500

375

Hình 1.1 : Đồ thị phụ tải toàn nhà máy
2.2.2.2 PHỤ TẢI TỰ DÙNG CỦA NHÀ MÁY
Tự dùng cực đại của nhà máy là

7% công suất định mức của nhà máy với

hệ số công suất chọn bằng với máy phát cos

= 0,8

Do đặc điểm kỹ thuật của nhà máy nhiệt điện, khi máy phát không hoạt động
thì vẫn phải sử dụng 40% công suất tự dùng để duy trì lò hơi.
Ta có công thức xác định công suất tự dùng của nhà máy như sau :

Áp dụng công thức trên, với Snm max = 500 MVA ta được bảng sau :
10


Bảng 1.3: Biến thiên của phụ tải tự dùng
t(h)
Công suất

0-8

8-12

12-14

14-20

20-24

Snm (t), MVA

400

450

400

500

375

Std(t), MVA

30,80

32,90

30,80

35,00

29,75

Hình 1.2 : Đồ thị phụ tải tự dùng
2.2.2.3 PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG
Phụ tải địa phương Uđm = 10,5kV ; Pđm = 16 MW ; cos = 0,8 bao gồm :
4 đường dây cáp kép x 3 MW x 4 km và
4 đường dây cáp đơn x 1,2 MW x 3 km
Áp dụng công thức (1.1) và (1.2) suy ra :

Ta thu được bảng kết quả sau :

Bảng 1.4 : Biến thiên của phụ tải địa phương
Thời gian (h)

0-6

6-10

10-14

14-18

18-24

P (%)

60

75

80

100

75

Sđp (t), MVA

12

15

16

20

15
11


Hình 1.3 : Đồ thị phụ tải địa phương
2.2.2.4 PHỤ TẢI TRUNG ÁP
Uđm = 110kV, Pmax = 250 MW, cos

= 0,80

Gồm : 1 đường dây kép và 4 đường dây đơn
Áp dụng công thức (1.1) và (1.2) suy ra :

Bảng 1.5 : Biến thiên của phụ tải trung áp
Thời gian (h)

0-4

4-10

10-14

14-18

18-24

P (%)

70

90

100

95

75

STA (t), MVA

218,75

281,25

312,5

281,25

218,75

12


Hình 1.4 : Đồ thị phụ tải trung áp
2.2.2.5 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TOÀN NHÀ MÁY

Vì các phụ tải có hệ số công suất không khác nhau nhiều, nên để thuận tiện tính
toán, một cách gần đúng ta cân bằng công suất theo công suất biểu kiến như sau
Ta xác định công suất của toàn nhà máy theo công thức :
Snm(t) = Std(t) + Sđp(t) + STA(t) + SVHT(t) + S(t)

(1.5)

( S(t) – tổn thất công suất trong các máy biến áp, khá nhỏ nên có thể bỏ qua )
Công suất phát vào hệ thống là :
SVHT(t) = Snm(t) – [Std(t) + Sđp(t) + STA(t) ]

(1.6)

Từ công thức (1.6) và kết quả đã tính toán được trong các bảng 1.2 1.3 1.4 và 1.6
ta lập được bảng cân bằng công suất toàn NM và phụ tải về hệ thống như sau :
Bảng 1.7 : Cân bằng công suất toàn nhà máy
t(h)
Snm
MVA
Std
MVA
Sđp
MVA
STA
MVA

0-4

4-6

6-8

6-10

10-12

12-14

14-18

18-20

20-24

400

400

400

450

450

400

500

500

375

30,8

30,8

30,8

32,9

32,9

30,8

35

35

29,75

12

12

15

15

16

16

20

15

15

312,5

281,25

218,75 218,75

218,75 281,25 281,25 281,25 312,5

13


SVHT
MVA

138,45 75,95

72,95

120,85 88,6

40,7

163,75

231,25 111,5

Hình 1.6 : Biểu đồ công suất phát về hệ thống
2.2.3 MỘT SỐ NHẬN XÉT CHUNG
- Nhà máy có công suất 500 MVA chiếm khoảng 13% công suất tổng của Hệ
thống, có vai trò quan trọng trong hệ thống điện quốc gia, và góp phần phát triển
kinh tế, nông nghiệp địa phương.
- Khả năng phát triển của nhà máy trong tương lai còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như vị trí nhà máy, địa bàn, nguồn nhiên liệu…nhưng về phần điện thì vẫn có khả
năng phát triển phụ tải theo các cấp điện áp có sẵn.
- Dự trữ quay của hệ thống là 0,10.3600= 360 MVA, bằng hơn 50% công suất đặt
của nhà máy.
2.3. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN MÁY BIẾN ÁP
2.3.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN
Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình
thiết kế nhà máy điện. Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ 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 đưa ra các phương án nối dây có thể. Các phương án đưa ra phải đảm bảo
cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu dùng và phải khác nhau về cách ghép nối
máy biến áp với các cấp điện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về
14


số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát, số máy phát điện
ghép bộ với máy biến áp...
Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:
• Số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thỏa mãn
điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất, các máy phát

còn lại vẫn đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở điện áp máy phát và phụ tải
điện áp trung (trừ phần phụ tải do các bộ hoặc các nguồn khác nối vào thanh
góp điện áp trung áp có thể cung cấp được).
• Công suất mỗi bộ máy phát điện - máy biến áp không được lớn hơn dự trữ
quay của hệ thống.
• Chỉ được ghép bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp
điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này; có như
vậy mới tránh được trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết
công suất hoặc công suất phải chuyển qua hai lần biến áp làm tăng tổn hao
và gây quá tải cho máy biến áp ba cuộn dây. Đối với máy biến áp tự ngẫu
liên lạc thì không cần kiểm tra điều kiện này.
• Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ, để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từ
các bộ máy phát - máy biến áp, nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được
vượt quá 15% công suất của bộ.
Gọi k là tỷ lệ của công suất cực đại mà máy phát truyền cho phụ tải địa
phương với công suất của máy phát
=>>

k=

Sdp max
2.SdmF

.100% =

20
.100% = 8%
2.125

Từ kết quả trên ta thấy k < 15% nên không cần dùng thanh góp điện áp

máy phát.
• Máy biến áp ba cuộn dây chỉ nên sử dụng khi công suất truyền tải qua cuộn
dây này không nhỏ hơn 15% công suất truyền tải qua cuộn dây kia. Đây
không phải là điều quy định mà chỉ là điều cần chú ý khi ứng dụng máy
biến áp ba cuộn dây; như đã biết, tỷ số công suất các cuộn dây máy biến áp
là 100/100/100; 100/100/66.67; 100/66,67/66,67, nghĩa là cuộn dây có công
suất thấp nhất cũng bằng 66,7% công suất định mức. Do đó nếu công suất

15


truyền tải qua cuộn dây nào đó quá nhỏ sẽ không tận dụng được khả năng
tải của nó.
• Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc tự ngẫu để liên lạc
hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết bị sẽ phức tạp hơn.
• Do các cấp điện áp 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp, mặt
khác hệ số có lợi α = 1 -

UT
110
=1= 0,5 nên ta dùng máy biến áp tự
UC
220

ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp điện áp vừa để phát
công suất lên hệ thống.
• Khi công suất tải lên điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì phải
đặt ít nhất hai máy biến áp. Có thể ghép chung một số máy phát vào cùng
một MBA nếu đảm bảo tổng công suất các tổ máy phát nhỏ hơn công suất
dự trữ nóng của hệ thống.

• Không nên nối song song máy biến áp hai cuộn dây với máy biến áp ba
cuộn dây vì thường không chọn được hai máy biến áp có tham số phù hợp
với điều kiện để vận hành song song.
• Trong các phương án đề cập đến vấn đề đặt kháng điện phân đoạn ở thanh
góp điện áp máy phát để hạn chế dòng điện ngắn mạch.
• Sơ đồ nối điện cần phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cung cấp điện an
toàn, liên tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp khác nhau, đồng thời khi bị
sự cố không bị tách rời các phần có điện áp khác nhau.
Với các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau:
2.3.1.1. PHƯƠNG ÁN 1
HT

ST
110 kV

220 kV

AT1

1/4 Std

AT2

B3

~

~

F1

F2
Sdp

B4

~

~

F3
1/4 Std

1/4 Std

F4
1/4 Std

16


Hình 2.1 Sơ đồ nối điện chính phương án 1
Phương án 1 có hai bộ máy phát điện – máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp
điện áp 110kV để cung cấp cho phụ tải 110kV. Hai bộ máy phát điện - máy biến
áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ
thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV.
Ưu điểm
• Sơ đồ nối điện đơn giản, vận hành linh hoạt, cung cấp đủ công suất cho phụ
tải các cấp điện áp.
• Số lượng và chủng loại máy biến áp ít nên dễ lựa chọn thiết bị và vận hành

đơn giản, giá thành rẻ thoả mãn điều kiện kinh tế .
Nhược điểm
• Khi các bộ máy phát điện - máy biến áp bên trung làm việc định mức, sẽ có
một phần công suất từ bên trung truyền qua máy biến áp tự ngẫu phát lên hệ
thống gây tổn thất qua 2 lần máy biến áp (lớn nhất khi STAmin).
2.3.1.2. PHƯƠNG ÁN 2
HT

ST
110 kV

220 kV

B1

AT2

AT3

~
F1
1/4 Std

1/4 Std

B4

~

~

F2

F3
Sdp

~
F4
1/4 Std

1/4 Std

Hình 2.2 : Sơ đồ nối điện chính phương án 2
Phương án 2 khác với phương án 1 ở chỗ chỉ có một bộ máy phát điện - máy biến
áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 110 kV. Như vậy ở phía thanh góp 220 kV có đấu
thêm một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây.
Ưu điểm
• Bố trí nguồn và tải cân đối.
• Công suất truyền tải từ cao sang trung qua máy biến áp tự ngẫu nhỏ nên tổn
thất công suất nhỏ.
17


• Đảm bảo về mặt kỹ thuật, cung cấp điện liên tục.
• Vận hành đơn giản.
Nhược điểm
• Chủng loại máy biến áp nhiều gây khó khăn trong vận hành và sửa chữa.
• Vốn đầu tư máy biến áp đắt hơn so với phương án một.
2.3.1.3. PHƯƠNG ÁN 3
HT

110 kV

220 kV

B1

B2

~

AT4

B5

~
F1

1/4 Std

AT3

ST

B6

~
F2

1/4 Std

~

F3
Sdp

1/4 Std

F4
1/4 Std

Hình 2.3 Sơ đồ nối điện chính phương án 3
Nhà máy dùng bốn bộ máy phát- máy biến áp: hai bộ nối với thanh góp
220kV, hai bộ nối với thanh góp 110kV. Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên
lạc giưa thanh góp UC và thanh góp UT đồng thời để cung cấp điện cho phụ tải cấp
điện áp máy phát UF.
Ưu điểm
Có độ tin cậy cung cấp điện cao. Công suất truyền qua MBA liên lạc nhỏ
nên tổn thất trong các MBA tự ngẫu thấp.
Nhược điểm
Số lượng thiết bị nối với phía cao áp nhiều nên vốn đầu tư lớn. Dùng ba
loại MBA nên khó khăn trong việc vận hành và bảo vệ. Sơ đồ phức tạp nên khó
khăn khi vận hành và sửa chữa.
2.3.1.4. PHƯƠNG ÁN 4

18


HT

ST

110 kV

220 kV

AT1

AT2

B3

B4

~

~
F1
1/4 Std

Sdp

B6

B5

~

F2
1/4 Std

1/4 Std

~
F3
1/4 Std

F4

Hình 2.4 Sơ đồ nối điện chính phương án 4
Phương án 4 nhà máy dùng bốn bộ máy phát – máy biến áp nối vào thanh góp
110kV và dùng hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp và cung cấp
điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát.
Ưu điểm
• Do tất cả các máy biến áp đều nối về phía 110kV nên giảm được vốn đầu
tư so với phương án 1.
Nhược điểm
• Có thể quá tải MBA tự ngẫu hoặc thiếu công suất
• Tổn thất công suất lớn.
NHẬN XÉT : Từ những phương án trên ta thấy rằng phương án 1 và 2 là đơn
giản và kinh tế hơn so với các phương án còn lại. Do đó ta lấy phương án 1 và 2
để tính toán kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ điện tối ưu cho nhà máy
điện.
2.3.2. PH ƯƠNG ÁN 1
2.3.2.1. TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP PHƯƠNG ÁN 1
Máy biến áp hai cuộn dây B3 ; B4 được chọn theo điều kiện :
SB3đm = SB4đm = SBTđm

SFđm = 125 MVA

Tra [1, trang 152, bảng phụ lục III.4] ta chọn loại máy biến áp :
19

Bảng 2.1 : Thông số máy biến áp hai dây quấn
Máy
Kí hiệu
biến áp

Sđm
(MVA)

B3 ; B4

125

TДЦ – 125000/110

ĐA cuộn dây
Tổn thất (kW)
(kV)
C

H

121

10,5

P0

PN

100

400

UN %

I0%

10,5

0,5

Máy biến áp tự ngẫu AT1 và AT2 được chọn theo điều kiện :

với

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

Do đó

Tra [1, trang 156, bảng phụ lục III.6] ta chọn được máy biến áp tự ngẫu AT 1 và
AT2 có thông số kỹ thuật sau :
Bảng 2.2 : Thông số kỹ thuật của máy biến áp tự ngẫu

Loại
MBA

Sđm
(MVA)

ĐA cuộn dây
(kV)
C

T

Tổn thất
(kW)
H

P0

UN %

PN
C-T

C-H

T-H

C-T

C-H

T-H

ATДЦTH –
250

242 121 10,5 120 520 11
32
20
250000/220
2.3.2.2. PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHO CÁC MÁY BIẾN ÁP PHƯƠNG ÁN 1
Nguyên tắc :
- Cho các bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây làm việc với phụ tải định mức.
- Phần công suất thừa, thiếu do máy biến áp tự ngẫu đảm nhận trên cơ sở đảm bảo
cân bằng công suất.
Ưu điểm :
- Vận hành dễ dàng.
20

I0
%

0,5


- Không cần sử dụng các bộ điều áp dưới tải ở các máy biến áp hai cuộn dây.
Máy biến áp 2 dây quấn nối bộ B3 và B4 :

Máy biến áp tự ngẫu AT1 và AT2 :
• Công suất truyền qua phía trung áp :

• Công suất truyền qua phía cao áp :

• Công suất truyền qua phía hạ áp :

Kết quả tính toán phân bố công suất truyền qua các phía của máy biến áp tự

ngẫu cho trong bảng sau :
Bảng 2.3 : Bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu khi làm
việc bình thường
t(h)

0-4

4-6

6-8

8-10

10-12

12-14

14-18

18-20

20-24

ST
-6,88
(MVA)

24,38

24,38

24,38

40,00

40,00

24,38

-6,88

-6,88

SC
69,23
(MVA)

37,98

36,48

60,43

44,30

20,35

81,88

115,63 55,75

SH
62,35
(MVA)

62,35

60,85

84,80

84,30

60,35

106,25 108,75 48,88

Dấu ‘‘-’’ thể hiện rằng khi đó công suất được truyền từ phía trung áp sang phía
cao áp.
2.3.2.3. KIỂM TRA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP
21


Vì công suất của các máy biến áp B 3, B4 và cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu
được chọn bằng với công suất định mức của các máy phát điện nối bộ với chúng,
cho nên ta không cần kiểm tra khả năng tải của các máy biến áp hai dây quấn và
cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu khi làm việc bình thường lẫn trong chế độ sự cố.
a. Kiểm tra chế độ làm việc bình thường
Khi làm việc bình thường thì theo Bảng 2.3 ta thấy :
• Trong các khoảng thời gian 0-4h, 18-24h, công suất truyền từ phía hạ và trung

áp lên phía cao áp, cuộn nối tiếp chịu tải nặng nề nhất, ta thấy
Snt max =

SC max = 0,5. 115,63<

STN đm = 0,5.250 nên máy biến áp tự ngẫu không

bị quá tải trong chế độ làm việc bình thường.
Các khoảng thời gian còn lại cuộn hạ chịu tải nặng nhất nên MBA không bị quá
tải
b. Kiểm tra chế độ làm việc sự cố
+ Sự cố 1 : Sự cố một máy biến áp hai dây quấn bên trung áp (B3)
HT

ST
110 kV

220 kV

AT1

1/4 Std

AT2

B3

~

~

F1

F2
Sdp

B4

~

~

F3

1/4 Std

1/4 Std

F4

1/4 Std

Hình 2.6. Sự cố một máy biến áp hai cuộn dây trung áp
Công suất qua các phía của máy biến áp tự ngẫu được phân bố lại như sau :
- Công suất truyền qua phía trung áp :
22


- Công suất truyền qua phía hạ áp :

- Công suất truyền qua phía cao áp :
- Công suất về hệ thống thiếu đi so với lúc bình thường :
Từ các công thức trên ta xây dựng được bảng sau :
Bảng 2.4 : Bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu khi có
sự cố hỏng một máy biến áp hai dây quấn phía trung áp
t(h)
ST
(MVA)
SH
(MVA)
SC
(MVA)
Sthieu
(MVA)

0-4

4-6

6-8

8-10

10-12

12-14

18-20

20-24

51,25

82,5

82,5

82,5

98,125 98,125 82,5

51,25

51,25

110,25

110,25

108,75 108,75 108,25 108,25 106,25

108,75

108,75

59

27,75

26,25

26,25

10,125 10,125 23,75

57,5

57,5

20,45

20,45

20,45

68,35

68,35

116,25

-3,5

20,45

14-18

116,25

- Trong trường hợp này công suất truyền từ hạ áp lên trung áp và cao áp nên cuộn

hạ chịu tải nặng nề nhất. Do đó máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải.
- Lượng công suất thiếu lớn nhất về hệ thống so với lúc bình thường là 116,25
MVA trong khoảng thời gian từ 14 – 20h, nhỏ hơn so với công suất dự trữ quay.
Nên hệ thống không bị mất ổn định.
+ Sự cố 2 : Hỏng một máy biến áp liên lạc AT1

23


HT

ST
110 kV

220 kV

AT1

AT2

B3

~

~

F1

F2

1/4 Std

~

~

F3
1/4 Std

Sdp

B4

1/4 Std

F4
1/4 Std

Hình 2.7 : Sự cố một máy biến áp liên lạc
Công suất truyền qua các phía của máy biến áp tự ngẫu được phân bố lại như sau :
- Công suất truyền qua phía trung áp :
- Công suất truyền qua phía hạ áp :

- Công suất truyền qua phía cao áp :

- Công suất về hệ thống thiếu đi so với lúc bình thường :
Từ các công thức trên ta xây dựng được bảng sau :
Bảng 2.5 : Bảng phân bố công suất cho các phía của máy biến áp tự ngẫu khi có
sự cố một máy biến áp liên lạc
t(h)

0-4

4-6

6-8

8-10

10-12

12-14

14-18

18-20

20-24

ST
(MVA)

-13,75

48,75

48,75

48,75

80

80

48,75

-13,75

-13,75

SH
(MVA)

104,25

104,25

101,25

101,25

100,25

100,25

96,25

101,25

101,25

SC
(MVA)

118

55,5

52,5

52,5

20,25

20,25

47,5

115

115

Sthieu
(MVA)

20,45

20,45

20,45

68,35

68,35

20,45

116,25

116,25

-3,5
24


- Các khoảng thời gian 0-4h,18-24h trong ngày, công suất được truyền tải từ phía
hạ áp và trung áp lên phía cao áp, cuộn nối tiếp chịu tải nặng nề nhất, theo công
thức (2.4)
Snt max =

SC max = 0,5.118 <

STN đm = 0,5.250 nên máy biến áp tự ngẫu không bị

quá tải trong chế độ sự cố này.
Các khoảng thơi gian khác cuộn hạ chịu tải nhiều nhất, MBA tự ngẫu không bị
quá tải
Vậy phương án nối điện chính này thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật.
2.3.2.4. TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MÁY BIẾN ÁP
a. Tổn thất điện năng trong các máy biến áp hai cuộn dây

Ta có công suất làm việc của máy biến áp hai cuộn dây luôn là S B = 116,25
MVA. Vậy tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây là :
• Phía trung áp 110kV :

b. Tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu

Trong đó :
- SCi, STi, SHi là công suất phía cao, trung, hạ của mỗi máy biến áp tự ngẫu trong
khoảng thời gian ti
- PNC, PNT, PNH : tổn thất công suất ngắn mạch các cuộn cao, trung, hạ. Các
loại tổn thất này được tính theo công thức (2.15) sau :

Dựa vào số liệu trong Bảng 2.3 ta tính được kết quả sau :
25