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: Mai Hương Thơm
Lớp: C14 – H1
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 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy
bằng PđmF = 44 MW. Hệ số tự dùng αTD = 2 %, (Smaxmưa = Smaxnhà máy, Smaxkhô = 75% 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 = 13 MW, cosφ = 0,88, gồm 2 kép x 0.5 MW, dài 1.5 km; và 2 đơn x 1.5 MW, dài
1 km. 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 = 40 MW, cosφ = 0,85, gồm 1 kép x 30 MW và 1 đơn x 10MW. Biến thiên phụ
tải ghi trên bảng.
3, Phụ tải điện áp cao UC = 220 kV
Pmax = 80 MW, cosφ = 0,87, gồm 1 kép x 60 MW; và 1 đơn x 20MW. Biến thiên phụ
tải ghi trên bảng.
4, Nhà máy được liên lạc với hệ thống điện bằng đường dây kép 220 kV dài
12 km
Hệ thống có công suất bằng (không kể nhà máy đang thiết kế): S đmHT = 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)
P
%MPĐ(t)
P %UT(t)
P %UC(t)

0÷

5÷

8÷

11 ÷

14 ÷

17 ÷

20 ÷

22 ÷

5

8

11

14

17

20

22

24

70

85

80

85

85

100

90

70

70

80

90

100

80

90

80

70

90

90

90

80

80

90

100

90

SVTH: Mai Hương Thơm


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 tháng năm 2016
Sinh viên thực hiện
Mai Hương Thơm

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

CHƯƠNG 1:
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY
1.1: 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 4 tổ máy, công suất mỗi
tổ máy là 120 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
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của máy phát điện
Loại MF

Sđm

MVA

Pđm
MW

Uđm
kV

Cosφ

TBɸ-50-2

62.5

44

10.5

0.8

Iđm (K
X’’d
a)
3.45 0.135

X’d

Xd

0.3

1.84

1.2: 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.
1.2.1: Đồ thị phụ tải toàn nhà máy
o

Nhà máy thủy điện cho mùa mưa phát cả 4 tổ máy làm việc với Smaxmưa =
Smaxnhà máy, mùa khô chỉ có Smaxkhô = 75% Smaxnhà máy. Khi đó tính toán công

suất phát của toàn nhà máy được tính toán như sau:
Stnm (t ) = n × SdmF                
- Mùa mưa:
Stnm (t ) = 75% × n × S dmF     
- Mùa khô:
o Như vậy:
Stnm (t ) = 4 × 62.5 = 250 MVA
- Mùa mưa:
Stnm (t ) = 75% × 4 × 250 = 750 MVA
- Mùa khô:
SVTH: Mai Hương Thơm

(1.2a)

(1.2b)


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Ta có đồ thị phụ tải 2 mùa như sau:

Hình 1.1: Đồ thị phụ tải mùa mưa và mùa khô
1.2.2: Công suất phụ tải tự dùng của nhà máy
Phần tự dùng của nhà máy Thủy điện gồm phần tự dùng chung và phần tự
dùng riêng cho từng tổ máy; trong đó phần tự dùng chung chiếm đa phần công suất
tự dùng của toàn nhà máy, do vậy công suất tự dùng cho toàn nhà máy Thủy điện
coi như không đổi theo thời gian và được xác định theo công thức:
STD =

α% n.PdmF
.
100 cosϕtd

101\* MERGEFORMAT (.)

trong đó : STD: phụ tải tự dùng.
α%: lượng điện phần trăm tự dùng. (α = 2 %).
cosϕTD: hệ số công suất phụ tải tự dùng (cosϕtd = 0,84).
n: số tổ máy phát.
PđMPĐ: công suất tác dụng của một tổ MPĐ.
STD =

α % n × PdmF
2 4 × 44
×
=
×
= 4.19 ( MVA )
100 cosϕtd 100 0.84

Hình 1.2: Đồ thị phụ tải tự dùng
1.2.3: Đồ thị phụ tải các cấp điện áp
sau:

Công suất phụ tải các cấp điện áp từng thời điểm xác định theo công thức
S (t ) =

PMax × P % ( t )
cos ϕ ×100
 

trong đó:

202\* MERGEFORMAT (.)

S(t) : công suất phụ tải tại thời điểm t.
PMax : công suất max của phụ tải;
cos φ: hệ số công suất.
P%(t): phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t.

a. Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát
SVTH: Mai Hương Thơm

Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Áp dụng công thức (1.3) phụ tải cấp điện áp máy phát trong khoảng thời gian 05 giờ với số liệu đã cho: PMax=13(MW); cos φ=0,88 ta có:
S(0 −5) =

PMax
13 × 70
× P% ( t ) =
= 10.34( MVA)
cos ϕ
0.88 × 100

Tương tự tính cho các khoảng thời gian khác ta có bảng 1.3:
Bảng 1.3. Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát
t(h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

PUF%(t)

70

85

80

85

85

100

90

70

SUF
(MVA)

10.34

12.55

11.81

12.55

12.55

14.77

13.29

10.34

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải cấp điện địa phương
b. Công suất phụ tải cấp điện áp trung áp
Áp dụng công thức (1.3) phụ tải cấp điện áp máy phát trong khoảng thời gian 05 giờ với số liệu đã cho: PMax=40(MW); cos φ=0,85 ta có:
S(0 −5) =

PMax
40 × 70
× P% ( t ) =
= 32.94( MVA)
cos ϕ
0,85 × 100

Tương tự tính cho các khoảng thời gian khác ta có bảng 1.4:
Bảng 1.4. Công suất phụ tải cấp điện áp trung áp

t(h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

PUT%

70

80

90

100

80

90

80

70

SUT
(MVA)

32.94

37.64

42.35

47.05

37.64

42.35

37.64

32.94

Hình 1.4: Đồ thị phụ tải phía trung áp
c. Công suất phụ tải cấp điện áp cao áp
SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Áp dụng công thức (1.3) phụ tải cấp điện áp máy phát trong khoảng thời gian 05 giờ với số liệu đã cho: PMax=80(MW); cos φ=0,87 ta có:
S(0−5) =

PMax
80 × 90
× P% ( t ) =
= 82.75( MVA)
cos ϕ
0.87 ×100

Tương tự tính cho các khoảng thời gian khác ta có bảng 1.5:
Bảng 1.5. Công suất phụ tải cấp điện áp cao áp
t(h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

PUC%

90

90

90

80

80

90

100

90

SUC
(MVA

82.75

82.75

82.75

73.56

73.56

82.75

91.95

82.75

Hình 1.5: Đồ thị phụ tại phía cao áp
1.2.4: Công suất phụ tải 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 tổn thất công suất trong máy biến áp ta có:
Như vậy phương trình cân bằng công suất toàn nhà máy là:
STNM ( t )  = SUF ( t ) + SUT ( t ) + SUC ( t ) + SVHT ( t )  + STD ( t )

Từ phương trình trên ta có phụ tải về hệ thống theo thời gian là:
SVHT ( t )  = STNM ( t ) –  SUF ( t ) +  SUT ( t ) + SUC ( t ) + STD ( t ) 

303\*

MERGEFORMAT (.)
trong đó : SVHT(t) : công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, (MVA)
STNM(t) : công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t, (MVA)
SUF(t) : công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t, (MVA)
SUT(t) : công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t, (MVA)
SUC(t) : công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t, (MVA)
STD(t) : công suất phụ tải tự dùng tại thời điểm t, (MVA)
Tổng công suất phát lên thanh góp cao là :

SΣC = SVHT + SUC
1

Với t = (0 - 5) h, ta có :
SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVHT ( t )  = STNM ( t1 ) –  SUF ( t1 ) +  SUT ( t1 ) + SUC ( t1 ) + STD ( t1 ) 
= 250 − (10.34 + 32.94 + 82.75 + 4.19) = 119.78

(MVA)

Tính toán tương tự với các khoảng thời gian còn lại,ta có kết quả trong bảng 1.6:

t(h)
SNM
(MVA)
STD
(MVA)
SUF
(MVA)
SUT
(MVA)
SUC
(MVA)
SVHT

(MVA)
SΣC
(MVA)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

250

250

250

250

250

250

250

250

4.19
10.34

12.55

11.81

12.55

12.55

14.77

13.29

10.34

32.94

37.64

42.35

47.05

37.64

42.35

37.64

32.94

82.75

82.75

82.75

73.56

73.56

82.75

91.95

82.75

119.78

112.87

108.9

112.65

122.06

105.97

102.93

119.78

202.53

195.62

191.65

186.21

195.62

188.72

194.88

202.53

Bảng tính toán công suất phát về hệ thống mùa mưa

t(h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

14÷17

17÷20

20÷22

22÷24

SNM
(MVA)

750

750

750

750

750

750

750

750

STD
(MVA)

4.19

SUF
(MVA)

10.34

12.55

11.81

12.55

12.55

14.77

13.29

10.34

SUT
(MVA)

32.94

37.64

42.35

47.05

37.64

42.35

37.64

32.94

SUC
(MVA)

82.75

82.75

82.75

73.56

73.56

82.75

91.95

82.75

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

SVHT
(MVA)
SΣC
(MVA)

TS. Nguyễn Nhất Tùng

619.78

612.87

608.9

612.65

622.06

605.97

602.93

619.78

702.53

695.62

691.65

686.21

695.62

688.72

694.88

702.53

Bảng tính toán công suất phát về hệ thống mùa khô

Từ bảng kết quả trên ta vẽ được đồ thị ngày của phụ tải tổng hợp như hình

Hình 1.6.1: Sơ đồ phụ tải tổng hợp công suất toàn nhà máy mùa mưa

Hình 1.6.2: Sơ đồ phụ tải tổng hợp công suất toàn nhà máy mùa khô

Bảng 1.7. Bảng công suất Max và Min các cấp điện áp trong ngày
Công suất

Max

Min

STNM (MVA)

750

250

SUF (MVA)

14.77

10.34

SUT (MVA)

47.05

32.94

SUC (MVA)

91.95

73.56

1.3: Đề xuất phương án nối dây
Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong
quá trình thiết kế nhà máy điện. Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cung

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

cấp điện cho phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và đem lại hiệu quả
kinh tế.
Dựa vào số liệu tính toán phân bố công suất đồ thị phụ tải các cấp điện áp
chúng ta vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy.
1.3.1: Cơ sở đề xuất các phương án nối dây:
•

Nguyên tắc 1: Kiểm tra điều kiện sử dụng thanh góp điện áp máy phát
trong sơ đồ
Theo tính toán phần trên ta có được:
Max
 S DP
= 11.494 MVA



 S đmF = 134 MVA

Ta có:

Max
S DP
11.494
× 100 =
× 100 = 4.289% < 15%
2 × S đmF
2 × 134

Kết luận: Không cần thanh góp điện áp máy phát, phụ tải địa phương được
tách từ đầu cực máy phát.
•

Nguyên tắc 3: Sử dụng máy biến áp liên lạc loại nào?
Theo đề bài: Nhà máy điện cần thiết kế bao gồm 3 cấp điện áp nên ta phải sử
dụng máy biến áp 3 cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu. Xét 2 điều kiện:

α=
-

U C − U T 220 − 110
=
= 0,5
UC
220

Hệ số có lợi:
Do cấp điện áp phía trung 110kV và phía cao 220kV theo lý thuyết và
thực tế đều có trung tính trực tiếp nối đất.

Thích hợp dùng MBA tự ngẫu (TN) để liên lạc phía trung áp và cao áp.

•

Nguyên tắc 4: Chọn số lượng bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây
o Theo phần trên ta có:
Max
SUT
149.425
=
= 1.115
SdmF
134
Min
SUT
104.598
=
= 0.781
SdmF
134

 Ta có thể ghép 1 hoặc 2 bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây lên thanh góp phía

110kV.
SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Nguyên tắc 7 : Xét điều kiên ổn định hệ thống điện

•

Xét điều kiện :
n

∑S
i =1

dmF

HT
< S DP

Thử với 2 MPĐ ghép cùng lên 1 MBA ta có :
HT
  2 × S dmF = 2 ×134 = 268 > S DP
= 150

 Ta chỉ có thể ghép 1 máy phát lên cùng 1 MBA

1.3.2 : Đề xuất các phương án nối dây
a. Phương án 1.

Hình 1.1. Sơ đồ đi dây phương án 1.

- Mô tả sơ đồ :
+ Phía trung áp dùng 2 bộ máy phát – máy biến áp 3 pha 2 dây quấn .

+ Phía cáo áp dung 2 bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu.
+ Liên lạc giữa cao áp và trung áp bằng máy biến áp tự ngẫu.
- Nhận Xét :
ngẫu

+ Chủng loại máy biến áp ít, phía cao áp dùng 2 bộ máy biến áp tự
nên vốn đầu tư và giá thành thiết bị nhỏ.
+ Thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa.
+ Tổn thất trong vận hành:

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

∑S

bo

Max
− SUT

Ta xét :
Trong đó :

max
 Sbo = SdmF − STD
= 134 − 6.329 = 127.671( MVA)

Max
SUT

∑S

bo

= 149.425 (MVA)

Max
− SUT
= 2 × 127.671 − 149.425 = 105.917

>0
=> Sẽ có 1 lượng công suất phía Trung truyền qua 2 lần MBA làm tăng tổn thất
công suất.
b. Phương án 2.

Hình 1.2. Sơ đồ đi dây phương án 2
-

Mô tả sơ đồ
+ Phía trung áp dùng 1 bộ máy phát – máy biến áp 3 pha 2 dây quấn .
+ Phía cáo áp dung 2 bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu và 1 bộ máy
phát – máy biến áp 2 dây quấn.
+ Liên lạc giữa cao áp và trung áp bằng máy biến áp tự ngẫu.

- Nhận Xét :
ngẫu và

lớn

+ Chủng loại máy biến áp ít, phía cao áp dùng 2 bộ máy biến áp tự
một máy biến áp 3 pha 2 dây quấn nên giá thành thiết bị và vốn đầu tư

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

hơn phương án 1.
+ Thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa.
+ Tổn thất trong vận hành:

∑S

bo

Max
− SUT

Ta xét :
Trong đó :

max
 Sbo = SdmF − STD
= 134 − 6.329 = 127.671( MVA)

Max
SUT

∑S

bo

= 149.425 (MVA)

Max
− SUT
= 127.671 − 149.425 = −21.754

<0
=> Công suất truyền qua 1 lần MBA
c.Phương án 3.

Hình 1.3. Sơ đồ đi dây phương án 3.
- Mô tả sơ đồ
+ Phía cáo áp dung 2 bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu và 2 bộ máy
phát – máy biến áp 3 pha 2 dây quấn.
+ Liên lạc giữa cao áp và trung áp bằng máy biến áp tự ngẫu.
- Nhận Xét :
ngẫu và
quá lớn

+ Chủng loại máy biến áp ít, phía cao áp dùng 2 bộ máy biến áp tự
2 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn nên giá thành thiết bị và vốn đầu tư

SVTH: Mai Hương Thơm

Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

so với phương án 2.
+ Thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa.
+ Tổn thất trong vận hành:

∑S

bo

Max
− SUT

Ta xét :
Trong đó :

max
 Sbo = SdmF − STD
= 134 − 6.329 = 127.671( MVA)

Max
SUT

∑S

bo

= 149.425 (MVA)

Max
− SUT
= 0 − 149.425 = −149.425

=> Tổn thất công suất không đáng kể
Nhận xét: Qua 3 phương án ta thấy: phương án 1 và 2 đơn giản và kinh tế
hơn so với phương án 3. Do đó ta sẽ giữ lại phương án 1 và 2 để tính toán cho các
phần sau

\* MERGEFORMAT CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP
SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Mục tiêu chọn được MBA phù hợp với hai phương án được lựa chọn ở chương
I và kiểm tra điều kiện quá tải các MBA đã chọn có thỏa mãn hay không.Tính tổn
thất công suất mỗi phương án.
A. PHƯƠNG ÁN 1

2.1.A. Chọn máy biến áp
2.1.1.A. Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp
a. Máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây
Công suất các máy mang tải bằng phẳng suốt 24h và được tính theo công thức:
max

Sbo = SdmF − STD

Trong đó:

max
STD

(2.1)

- Công suất tự dùng riêng cho từng nhà máy.

SdmF

- Công suất một tổ MPĐ.

Nhưng do nhà máy thủy điện phát công suất theo 2 mùa:
Mùa mưa:
mua
SbođmF
=S

1
−TD × S
4

1
= 134 − × 6.329 = 132.418 ( MVA)
4

Mùa khô:

kho
SbođmF
= 0.75 × STD

b. Máy biến áp liên lạc
SVTH: Mai Hương Thơm

1
− ×S
4

1
= 0.75 ×134 − × 6.329 = 98.918 ( MVA)
4


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Giả sử chiều dòng công suất như hình trên:
Theo nguyên tắc cân bằng công suất ta phân bố công suất như sau :
1

S
t
=
× SUT ( t ) -2.Sbo 
(
)

CT

2 

1

SCC ( t ) = × SUC ( t ) +SVHT (t) 
2

SCH ( t ) =SCC ( t ) +SCT ( t )



(2.2)

Trong đó: SCC(t), SCT(t), SCH(t) - công suất phía cao, trung, hạ của máy biến
áp tại thời điểm t, MVA.
SVHT(t) - công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA.
Khi đó, ta có bảng tính phân bố công suất MBA liên lạc theo từng thời điểm như
sau:

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Bảng 2.1.A.Phân bố công suất cho máy biến áp liên lạc
t(h)

0÷5

5÷8

8÷11

11÷14

156.97
7
193.71
3

134.48
3
156.97
7
179.34
5

149.42
5
139.53
5

SUT
(MVA)
SUC
(MVA)

SVHT( Mưa)
(MVA)
SVHT (Khô)
(MVA)

104.59
8
156.97
7

84.05

73.713

59.345

Sbomua

132.41
8

132.41
8

98.918

98.918

204.05

(MVA)
Sbokho

( MVA)
SCT( Mưa)
(MVA)
SCT( Khô)
(MVA
SCC (Mưa)
(MVA)
SCC (Khô)
(MVA)
SCH (Mưa)
(MVA)
SCH (Khô)
(MVA)

119.54

14÷17

17÷20

139.53
5
211.15
5

134.48
3

156.97
7
177.04
6

61.27

91.155

132.41
8

132.41
8

98.918

98.918

181.27

20÷22

22÷24

174.41
9
175.69
6

104.59
8
156.97
7
210.37
9

57.046

55.696

90.379

132.41
8

132.41
8

132.41
8

132.41
8

98.918

98.918

98.918

98.918

119.54

119.54

-80.119 -72.648 -65.177 -57.706 -72.648 -65.177 -72.648 -80.119
-46.619 -39.148 -31.677 -24.206 -39.148 -31.677 -39.148 -46.619
180.51
4
120.51
4
100.39
5

175.34
5
115.34
5
102.69
7

168.16
1
108.16
1
102.98
4

160.40
3
100.40
3
102.69
7

175.34
5
115.34
5
102.69
7

167.01
2
107.01
2
101.83
5

175.05
8
115.05
8

73.895

76.197

76.484

76.197

76.197

75.335

75.91

102.41

183.67
8
123.67
8
103.55
9
77.059

2.1.2.A. Chọn loại và công suất định mức máy biến áp
a. Máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây
Loại máy biến áp này mang tải bằng phẳng nên không có nhu cầu điều chỉnh
điện áp phía hạ. Công suất định mức được chọn theo công thức sau:
(Áp dụng công thức 2.2-Trang 22- Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và TBA)
SđmB ≥ SdmF = 134 (MVA).
Vậy ta chọn MBA với các thông số như sau :
Bảng 2.2.A.Thông số máy biến áp 2 cuộn dây
Cấp

Loại

SVTH: Mai Hương Thơm

SđmB

UC (kV)

UH

ΔP0

ΔPN

UN%

I0%


Thiết kế phần điện nhà máy điện

điện áp

MBA

MVA

110 kV

TДЦ

125

TS. Nguyễn Nhất Tùng

121

(kV)

(kW)

(kW)

10.5

100

400

10.5

0.5

b. Máy biến áp liên lạc tự ngẫu
Do 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 TĐK 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 được
tất cả các phía.Do đó ta chọn MBA liên lạc tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải.
Công suất định mức của MBA tự ngẫu được chọn theo công thức sau:

SdmTN 1 = S dmTN 2 ≥

Với:

1
×S
α dmF

(2.3)

SdmF = 134 ( MVA)

⇒ SdmTN ≥

1
1
× S dmF =
× 134 = 268 ( MVA)
α
0.5

.

Vậy ta chọn máy biến áp tự ngẫu với các thông số như sau:
Bảng 2.3.A. Bảng thông số máy biến áp tự ngẫu
Loại
ATДЦTH

UN%

Sđm

UC

UT

UH

∆P0

∆PN

(MVA)

(kV)

(kV)

(kV)

(kW)

(kW)

C-T

C-H

T-H

250

230

121

11

120

520

11

32

20

Do trường hợp này chỉ cho

∆PNC−T

I0%
0.5

nên:

∆PNC −H = ∆PNT − H = α × ∆PNC −T = 0.5 × 520 = 260 (kW)

(Bảng 2.6, trang 145, sách “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp”

– tác giả PGS.TS Phạm Văn Hòa)
2.1.3.A. Kiểm tra quá tải
2.1.3.1: Kiểm tra quá tải của MBA khi làm việc bình thường
Từ bảng phân bố công suất cho các phía của MBA tự ngẫu ta thấy bình
thường MBA làm việc theo chế độ tải công suất từ hạ áp lên cao áp và trung áp nên
ở chế độ này cuộn hạ mang tải nặng nhất. Ta chỉ cần kiểm tra quá tải ở cuộn hạ áp:

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

max
SCH
= 103.559 < Sα
=S ×
ttđmTN

0.5
= 250
× 125
= (MVA)

→MBA không bị quá tải.
2.1.3.2: Kiểm tra quá tải của MBA khi sự cố

kqtsc = 1.4

Quá tải sự cố cho phép tối đa là:
với điều kiện làm việc không quá 6 giờ
trong ngày, và không được quá 5 ngày đêm liên tục.
Mùa mưa khi phụ tải và công suất phát của nhà máy là tối đa nên
mùa mưa.

Sbo

chỉ xét của

Xét 3 trường hợp nguy hiểm nhất:

∗

Trường hợp 1: Sự cố 1 MBA bộ khi phụ tải trung cực đại (giả sử bộ B 3)

max
SUT

= 149.425 (MVA) Trong thời gian từ 11 – 14:
Khi đó :

UT max
SUF
= 9.77

(MVA) và

UT max
STD

= 6.329 ( MVA)

Với :
•

UT max
SVHT
= 181.27

(MVA)

UT max
SUC
= 139.535 ( MVA)

Sbo = 132.418 ( MVA )

Kiểm tra điều kiện quá tải nhằm cung cấp đầy đủ công suất cho phụ tải bên
trung áp
(Áp dụng công thức 2.11-Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến
áp) ta có:
max
2 K qtsc × α × S dmTN ≥ SUT
− ∑ SboB 4

max
kqtsc = 1.4 α = 0.5 SdmTN = 250 ( MVA) SUT
= 149.425
Với:
;

;
;
(MVA)

2 K qtsc × α × SdmTN = 2 ×1.4 × 0.5 × 250 = 350 ( MVA)
max
SUT
− ∑ SboB 4 = 149.425 −132.418 = 17.007 ( MVA)

Vậy thỏa mãn điểu kiện.
SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện
•

TS. Nguyễn Nhất Tùng

Phân bố công suất của máy biến áp tự ngẫu khi có sự cố:
Công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu:
SCT =

1
149.425 − 132.418
max
× ( SUT
− SboB 4 ) =
= 8.504 ( MVA )
2
2

Công suất qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:
1 UT max 1 UT max
6.329 9.77
SCH = S dmF − .STD
− .SUF
= 134 −
−
= 127.533 ( MVA )
4
2
4
2

Công suất qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu:

SCC = SCH − SCT = 127.533 − 8.504 = 119.029 ( MVA )

Ta thấy SCH là lớn nhất nên trường hợp này các máy biến áp liên lạc
làm việc theo chế độ truyền tải công suất từ Hạ lên Cao & Trung, do đó cuộn
hạ mang tải nặng nhất.
Ta có :
⇒

SC
K qt × α × SdmB = 1.4 × 0.5 × 250 = 175 ( MVA) > SCH
= 127.533 ( MVA)

Máy biến áp không bị quá tải

Kiểm tra điều kiện ổn định động của hệ thống:

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

UT max
SC
Sthieu = SVHT
−[ SVHT
]
UT max
UT max
SC
= SVHT
+ SUC
− 2.SCC

→ Sthieu = 181.27 + 139.535 − 2 × 119.029 = 82.747 ( MVA)

Sthieu < Sdp= 200 MVA ⇒ Công suất dự phòng đảm bảo yêu cầu cấp điện.
Kết luận: Hệ thống vẫn làm việc bình thường.

∗

Trường hợp 2: Sự cố 1 MBA tự ngẫu khi phụ tải trung cực đại ( giả sử
B1)

max
SUT
= 149.425

Khi đó :

(MVA) Trong thời gian từ 11 – 14:

UT max
SUF
= 9.77

(MVA) và

UT max
STD
= 6.329 ( MVA)

Với :
•

UT max
SVHT
= 181.27

(MVA)

UT max
SUC
= 139.535 ( MVA)

Sbo = 132.418 ( MVA)

Kiểm tra điều kiện kiểm tra quá tải:
(Áp dụng công thức 2.1-Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến
áp) ta có:
max
K qtSC × α × SdmTN ≥ SUT
− ∑ Sbocon

max
kqtsc = 1.4 α = 0.5 S dmTN = 250 ( MVA) SUT
= 149.425
Với:
;
;
;
(MVA)

K qtSC × α × S dmTN = 1.4 × 0.5 × 250 = 175
max
SUT
− ∑ SboB 2 = 149.425 − 2 × 132.418 = −115.411

Vậy thỏa mãn điều kiện.
•

Phân bố công suất khi có sự cố:
Công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu:

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

max
SCT = SUT
− 2 × SboB 2 = 149.425 − 2 × 132.418 = −115.411 ( MVA )

Công suất qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:
1 UT max
6.329
UT max
SCH = SdmF − × STD
− SUF
= 134 −
− 9.77 = 122.65 ( MVA )
4
4

Công suất qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu:

SCC = SCH − SCT = 122.65 + 115.411 = 238.061 ( MVA )

SCC

Ta thấy
lớn nhất nên công tải suất từ Trung và Hạ lên Cao, do đó cuộn

nối tiếp mang tải nặng nhất.

K qt × α × SdmTN = 1.4 × 0.5 × 250 = 175 ( MVA) > SntSC = 118.986 ( MVA)
Ta có :
Với:
⇒

S nt = α × ( SCH + SCT ) = 0.5 × (122.56 + 115.411) = 118.986 ( MVA)

Máy biến áp không bị quá tải.

•

Xác định công suất thiếu phát về hệ thống so với lúc bình thường:
UT max
SC
UT max
UT max
SC
Sthieu = SVHT
−[ SVHT
] =( SVHT
+ SUC
) − SCC

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

→ Sthieu = 181.27 + 139.535 − 238.061 = 82.744 ( MVA)

Sthieu < Sdp= 200 MVA ⇒ Công suất dự phòng đảm bảo yêu cầu cấp điện.

∗

Trường hợp 3: Sự cố 1 MBA tự ngẫu khi phụ tải trung cực tiểu ( Giả sử

B2)
min
SUT
= 104.598

Khi đó :

(MVA) Trong thời gian từ 22 – 24:

UT min
SUF
= 8.046

(MVA) và

UT min
STD
= 6.329 ( MVA)

Với :

UT min
SVHT
= 210.379

(MVA)

UT min
SUC
= 156.977 ( MVA)

Sbo = 132.418 ( MVA )

Phân bố công suất khi có sự cố:
Công suất qua phía trung của máy biến áp tự ngẫu:
min
SCT = SUT
= 104.598 ( MVA)

Công suất qua phía hạ của máy biến áp tự ngẫu:
1
6.329
UT min
UT min
SCH = S dmF − × STD
− SUF
= 134 −
− 8.046 = 124.372 ( MVA )
4
4

Công suất qua phía cao của máy biến áp tự ngẫu:

SCC = SCH − SCT = 124.372 − 104.598 = 19.774 ( MVA )
Ta thấy SCH là lớn nhất nên trường hợp này các máy biến áp liên lạc làm việc
theo chế độ truyền tải công suất từ Hạ lên Cao & Trung, do đó cuộn hạ mang tải
nặng nhất.
Ta có :
SC
K qt × α × S dmB = 1.4 × 0.5 × 250 = 175 ( MVA) > SCH
= 124.372 ( MVA)

⇒

Máy biến áp không bị quá tải.
UT min
SC
UT min
SC
UT min
Sthieu = SVHT
−[ SVHT
] = SVHT
− (2Sbo + SCC
− SUC
)

SVTH: Mai Hương Thơm

Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

UT min
UT min
SC
= SVHT
+ SUC
− 2Sbo − SCC

→ Sthieu = 210.379 + 156.977 − 2 ×132.418 − 19.774 = 82.746 ( MVA)

Sthieu< Sdp= 200 MVA
⇒Công suất dự phòng đảm bảo yêu cầu cấp điện.
Kết luận: Sau khi tiến hành kiểm tra các điều kiện quá tải và điều kiện hoạt
đông bình thường ta thấy công suất các MBA đã chọn đáp ứng được yêu cầu
đặt ra.
2.2.A. Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp
Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 thành phần :
- Tổn thất trong lõi thép của MBA, không tải phụ thuộc vào công suất của phụ
tải.
- Tổn thất trong các cuộn dây MBA, phụ thuộc vào công suất của phụ tải MBA.
2.2.A.1. Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ MPĐ – MBA hai cuộn dây
Do MBA mang tải bằng phẳng theo từng mùa( mùa mưa và mùa khô ) ứng với
S

mua
bo

và

Sbokhô

nên tổn thất công suất được tính như sau:

(Áp dụng công thức 2.29a - Sách Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp)
2
 S mua  2

 Sbokhô 
bo

∆A = 8760 × ∆P0 + ∆PN × 
×
4320
+
×
444
0
÷

÷
 SdmB 
 SdmB 


Trong đó:

(2.4)

∆P0 : tổn hao công suất không tải trong máy biến áp .
∆PN : tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp .

Từ bảng chọn MBA như trên ta có các số liệu sau:
SdmB = 125 (MVA) ;

Smua
bo

= 132.418 (MVA);

∆P0 = 100 (kW);
∆PN = 400 (kW);

Skho
bo

= 98.918 (MVA)

Thay vào công thức trên ta được:
2
 132.418  2

 98.918 
∆A = 8760 × 100 + 400 × 
÷ × 4320 + 
÷ × 4440  = 3927354.559 ( kWh)
 125 
 125 



Vậy tổn thất điện năng trong  sơ đồ bộ MPĐ-MBA 2 cuộn dây là:

SVTH: Mai Hương Thơm


Thiết kế phần điện nhà máy điện

TS. Nguyễn Nhất Tùng

∆AB 3,4 = 2 × ∆AB = 2 × 3927354.559 = 5244283.647 (kWh) = 7854.709 ( MWh )

2.2.A.2. Tính toán tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu
Để tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu trước hết phải tính tổn thất
công suất ngắn mạch cho từng cuộn dây như sau :

ΔPNC-H -ΔPNT-H 
1 
C
C-T
ΔPN =×ΔP +N
÷
2
2α 



T-H
C-H

1 
ΔPN -ΔPN 

T
C-T
ΔPN =×ΔP +N
÷
2
2α




C-H
T-H


N
ΔPNH =×1  ΔPN +ΔP
-ΔP NC-T ÷
2
2α 




trong đó:

∆PNC ∆PNT ∆PNH

,

,

: tổn thất công suất ngắn mạch các cuộn cao, trung, hạ

∆PNC −T ∆PNC − H ∆PNT − H

,

trung-hạ

(2.5)

,

:tổn thất công suất ngắn mạch cao-trung, cao-hạ,

α : hệ số có lợi, α = 0.5

Ta có:

1
∆PNC − H = ∆PNT − H = × ∆PNC −T = 260 (kW )
2

- Tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao

1  CT ∆PNCH − ∆PNTH 
260 − 260 


∆P = ×  ∆PN +
÷ = 0.5 ×  520 +
÷ = 260 kW = 0.26 ( MW )
2
2 
α
0.52 


C
N

- Tổn thất ngắn mạch trong cuộn trung

∆PTH − ∆PCH
1 
∆PNT = ×  ∆PNCT + N 2 N
2 
α


260 − 260 

÷ = 0.5 ×  520 +
÷ = 260 kW = 0.26 ( MW )
2
0.5





- Tổn thất ngắn mạch trong cuộn hạ

1 
∆PTH + ∆P CH
∆PNH = ×  −∆PNCT + N 2 N
2 
α


260 + 260 

÷ = 0.5 ×  −520 +
÷ = 780 kW = 0.78 ( MW )
0.52 



Do MBA tự ngẫu mang tải theo đồ thị phụ tải ngày đặc trưng cho toàn năm nên tổn

∑

i €24

thất ∆A=8760.∆P0+180
SVTH: Mai Hương Thơm

Cmua 2
Tmua 2

Hmua 2 




C  Si
T  Si
H  Si
 ∆PN . 
÷ + ∆PN . 
÷ + ∆PN . 
÷  .∆ti

 S dmB 
 SdmB 
 S dmB  

+


Thiết kế phần điện nhà máy điện

∑

i €24

+185.

TS. Nguyễn Nhất Tùng

2
2
2
Ckhô
Tkhô
Hkhô



 
C  Si
T  Si
H  Si
 ∆PN . 
÷ + ∆PN . 
÷ + ∆PN . 
÷  .∆ti

 SdmB 
 S dmB 
 S dmB  

Trong đó:
SiCmua, SiTmua, SiHmua : công suất các phía cao, trung, hạ tại từng thời điểm theo
mùa mưa.
SiCkhô, SiTkhô, SiHkhô : công suất các phía cao, trung, hạ tại từng thời điểm theo
mùa khô.
Ta phân tích: ∆ATN = ∆A1 + ∆A2
- Thành phần ∆A1:
∆A1 = ∆P0 × 8760 = 120 × 8760 = 1051200 ( kWh ) = 1051.2 ( MWh )

1. Thành phần ∆A2 :

∑

i €24

∆A2 = Σ∆A2i =180.

∑

i €24

+185.

2
2
2

 SiCmua 
 SiTmua 
 SiHmua  
C
T
H
 ∆PN × 
÷ + ∆PN × 
÷ + ∆PN × 
÷  × ∆ti
S
S

S

 dmB 
 dmB 
 dmB  

+

2
2
2

 SiCkhô 
 SiTkhô 
 SiHkhô  
C
T
H
 ∆PN × 
÷ + ∆PN × 
÷ + ∆PN × 
÷  × ∆ti

 S dmB 
 S dmB 
 S dmB  

Với t = (0 - 5) h,ta có:
∆A21 =
+

180
× ( 0.26 × 180.514 2 + 0.26 × 80.1192 + 0.78 ×100.3952 ) × 5
2
250

185
× ( 0.26 × 120.5142 + 0.26 × 46.6192 + 0.78 × 73.8952 ) × 5 = 386.527 ( MWh)
2
250

Tương tự,dựa vào bảng phân bố công suất ta tính được các ∆A2i như sau:
Bảng 2.4.A: Giá trị của các ∆A2i trong từng khoảng thời gian

SVTH: Mai Hương Thơm