Thiết kế hệ thống điện

Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Chơng I
Chọn máy phát điện tính toán phụ tải - cân
bằng công suất
Việc tính toán, xác định phụ tải ở các cấp điện áp và lợng công suất nhà
máy thiết kế trao đổi với hệ thống điện cực kỳ quan trọng, nó là cơ sở giúp ta
xây dựng đợc các bảng phân phối và cân bằng công suất toàn nhà máy. Từ đó
rút ra các điều kiện kinh tế - kỹ thuật để chọn các phơng án nối điện toàn nhà
máy hợp lý nhất với thực tế yêu cầu thiết kế.
1.1 Chọn máy phát điện
Theo yêu cầu thiết kế nhà máy thiết kế là nhà máy nhiệt điện có công
suất tổng là 150MW gồm 3 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất là 50MW.
Phụ tải ở đầu cực máy phát có U
đm
= 10kV cho nên để thuận tiện cho việc
cung cấp điện cho phụ tải này ta chọn kiểu máy phát TB-50-2 có các thông số
sau:
Bảng 1.1
S
đm
MVA
P
đm
MW
cos
U
đm
kV
I

đm
kA
n
V/ph
Điện kháng tơng đối đmức
X
d

X
d

X
d
62,5 50 0,8 10,5 3,44 300 0,135 0,3 1,84
1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất
Theo yêu cầu thiết kế nhà máy thiết kế cung cấp điện cho phụ tải ở các
cấp điện áp: 10 kV; 110 kV và phát về hệ thống một lợng công suất còn lại (trừ
tự dùng). Công suất tiêu thụ ở các phụ tải đợc cho ở các bảng biến thiên phụ tải
trong ngày. Sau đây ta tính toán cho từng phụ tải nh sau:
a) Phụ tải địa phơng
Các số liệu ban đầu: U
đm
= 10 kV; P
max
= 35MW; cos = 0,86
MVA
P
S 7,40
86,0
35

cos
max
max
===

Sinh viên: Lê Hồ Điệp
1
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Từ bảng biến thiên phụ tải địa phơng ta tính đợc công suất phụ tải theo
thời gian trong ngày nh bảng 1.2 bằng cách áp dụng các công thức:
max
100
)%(
)( Px
tP
tP
=
và

cos
)(
)(
tP
tS
=
Bảng 1.2
t(h)
Công suất

0 ữ 6 6 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 14 14ữ18 18ữ20 20ữ22 22 ữ 24
P% 65 70 85 80 80 100 80 70
P(t), MVA 22,75 24,5 29,75 28 28 35 28 24,5
S(t), MVA 26,45 28,49 34,59 32,56 32,56 40,7 32,56 28,49
Ta có đồ thị phu tải nh sau:
6 8 12 14 18 20 22 240
S(
MW
)
t(
h
)
26,45
34,59
32,56
40,7
28,49
32,56
28,49
b) Phụ tải cấp 110kV
Các số liệu ban đầu: U
đm
= 110kV; P
max
= 60MW; cos = 0,88
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
2
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp

MVA
P
S 18,68
88,0
60
cos
max
max
===

Từ bảng biến thiên phụ tải trung áp ta tính đợc công suất phụ tải theo thời gian
trong ngày nh bảng 1.3 bằng cách áp dụng các công thức:
max
100
)%(
)( Px
tP
tP
=
và

cos
)(
)(
tP
tS
=
Bảng 1.3
t(h)
Công suất

0 ữ 6 6 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 14 14ữ18 18ữ20 20ữ22 22 ữ 24
P% 60 70 100 80 85 85 70 65
P(t), MVA 36 42 60 48 51 51 42 39
S(t), MVA 40,91 47,73 68,18 54,55 57,95 57,95 47,73 44,32
Đồ thị phụ tải:
6 8 12 14 18 20 22 240
S
(MW)
t(
h
)
40,91
44,32
47,73
57,95
54,55
68,18
47,73
c) Phụ tải toàn nhà máy
Các số liệu ban đầu: P
max
= 150MW; cos = 0,8
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
3
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
MVA
P
S 5,187

8,0
150
cos
max
max
===

Từ bảng biến thiên ta tính đợc công suất phụ tải theo thời gian trong ngày nh
bảng 1.4 bằng cách áp dụng các công thức:
max
100
)%(
)( Px
tP
tP
=
và

cos
)(
)(
tP
tS
=
Bảng 1.4
t(h)
Công suất
0 ữ 6 6 ữ 8 8ữ12 12ữ14 14ữ18 18ữ20 20ữ22 22ữ24
P% 85 85 100 80 85 100 85 80
P(t), MVA 127,5 127,5 150 120 127,5 100 127,5 120

S(t), MVA 159,375 159,375 187,5 150 159,375 187,5 159,375 150
Đồ thị phụ tải:
6 8 12 14 18 20 22 240
S(MW)
t(h)
159,375
187,5
150 150
159,375 159,375
187,5
d) Tính toán công suất tự dùng
Số liệu ban đầu cho : = 7%; cos = 0,8
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
4
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Ta tính tự dùng nhà máy theo công thức :
)6,04,0(.
NM
t
NMTD
S
S
SS
+=

với :
MVA
P

S
dat
NM
5,187
8,0
150
cos
===

100
%P
xSS
NMt
=
Ta có bảng công suất tự dùng nh bảng 1.5
Bảng 1.5
t(h)
Công suất
0 ữ 6 6 ữ 8 8ữ12 12ữ14 14ữ18 18ữ20 20ữ22 22ữ24
P% 85 85 100 80 85 100 85 80
S(t), MVA 159,375 159,375 187,5 150 159,375 187,5 159,375 150
S
TD
, MVA 11,93 11,93 13,13 11,55 11,93 13,13 11,93 11,55
Đồ thị phụ tải:
6 8 12 14 18 20 22 240
S
(MW)
t(
h

)
11,93
13,13
11,55
11,93 11,93
11,55
13,13
e) Tính toán công suất nhà máy phát về hệ thống
Công suất nhà máy phát về hệ thống đợc tính theo công thức:
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
5
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
S
HT
= S
NM
- ( S
UF
+ S
UT
+ S
TD
)
Trong đó:
S
HT
: Công suất nhà máy phát về hệ thống.
S

NM
: Công suất phát của nhà máy.
S
UF
: Công suất tiêu thụ của phụ tải địa phơng.
S
UT
: Công suất tiêu thụ của phụ tải trung áp.
S
TD
: Công suất tự dùng của nhà máy.
Thay các số liệu tại các thời điểm trong ngày vào công thức trên ta tính đợc l-
ợng công suất nhà máy phát về hệ thống. Tổng hợp các phụ tải và lợng công
suất phát về hệ thống ta có bảng cân bằng công suất toàn nhà máy nh bảng 1.6.
Bảng 1.6
t(h)
S (MVA)
0 ữ 6 6 ữ 8 8ữ12 12ữ14 14ữ18 18ữ20 20ữ22 22ữ24
S
UF
26,45 28,49 34,59 32,56 32,56 40,7 32,59 28,49
S
UT
40,91 47,73 68,18 54,55 57,95 57,95 47,73 44,32
S
TD
11,93 11,93 13,13 11,55 11,93 13,13 11,93 11,55
S
NM
159,375 159,375 187,5 150 159,375 187,5 159,375 150

S
HT
80,085 71,225 71,6 51,34 56,935 75,72 67,125 65,64
Đồ thị phụ tải:
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
6
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
6 8 12 14 18 20 22 240
S
(MW)
t(
h
)
80,085
71,225
71,6
51,34
56,935
75,72
67,125
65,64
1.3 Nhận xét
Qua quá trình phân tích và tính toán phụ tải ở các cấp điện áp và phụ tải
toàn nhà máy ta rút ra một số nhận xét sau:
Phụ tải địa phơng có S
UFmax
= 40,7MVA và S
UFmin

= 26,45MVA. Giá trị công
suất này lớn hơn 15% công suất định mức của một tổ máy phát. Do vậy để cung
cấp điện cho phụ tải địa phơng đợc an toàn, liên tục trong các phơng án nối dây
đa ra nhất thiết phải có thanh góp điện áp máy phát.
Số lợng máy phát ghép vào thanh góp điện áp máy phát sao cho khi một tổ
máy nào đó bị sự cố thì tổ máy còn lại vẫn đảm bảo cung cấp điện năng cho phụ
tải tự dùng và phụ tải địa phơng. Nh vậy ta phải ghép ít nhất là hai tổ máy phát
vào thanh góp điện áp máy phát.
Để nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp 110kV ta
có thể nối bộ máy phát + máy biến áp ba pha hai dây quấn vào thanh góp
110kV.
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
7
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Nhà máy thiết kế ngoài việc cung cấp điện cho các phụ tải ở các cấp điện áp
và tự dùng còn phát về hệ thống một lợng công suất S
HTmax
= 80,085MVA và
S
HTmin
= 51,34MVA đợc truyền tải trên đờng dây kép dài 56km. Công suất của
hệ thống (không kể nhà máy thiết kế) là 2500MVA.
Từ các nhận xét trên ta thấy rằng nhà máy cần thiết kế ngoài việc đảm bảo
cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp nó còn có ý nghĩa quan trọng đối
với toàn hệ thống, lợng công suất phát về hệ thống khá lớn nên nó có ảnh hởng
trực tiếp tới độ ổn định của hệ thống. Vì vậy trong quá trình đề xuất các phơng
án nối dây cần chú ý tới tầm quan trọng của nhà máy với hệ thống.
Sinh viên: Lê Hồ Điệp

8
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Chơng II
Các phơng án nối điện chính và chọn máy
biến áp
2.1. Xây dựng các phơng án nối dây
Căn cứ vào bảng cân bằng công suất toàn nhà máy và các nhận xét ở Ch-
ơng I, ta đề ra các yêu cầu đối với các phơng án nối điện chính của nhà máy
cần thiết kế nh sau:
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.
Do tầm quan trọng của nhà máy đối với hệ thống nên các sơ đồ nối điện
ngoài việc đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải còn phải là các sơ đồ đơn
giản, an toàn và linh hoạt trong quá trình vận hành sau này.
1. Phơng án 1
Đặc điểm
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
9
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Dùng hai máy biến áp tự ngẫu ba pha liên lạc giữa ba cấp điện áp.
Máy biến áp ba pha hai dây quấn 110/10kV nối bộ với máy phát F
3
để cấp
điện cho phụ tải 110kV.
Máy phát F

1
và F
2
đợc nối vào thanh góp điện áp máy phát. Phụ tải cấp điện
áp 10kV đợc lấy từ thanh góp này.
Nhận xét
Phơng án này luôn đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp
Phụ tải 10kV đợc cung cấp bởi hai máy phát do đó khi sự cố một máy thì
vẫn đợc cung cấp điện đầy đủ liên tục bởi máy phát còn lại.
Phụ tải 110kV đợc cung cấp bởi một bộ máy phát + máy biến áp và công
suất hai cuộn trung áp của hai máy biến áp liên lạc.
Sơ đồ nối điện đơn giản, công suất của hai máy biến áp tự ngẫu có dung lợng
nhỏ.
2. Phơng án 2
Đặc điểm
Ghép ba tổ máy phát vào thanh góp điện áp máy phát, dùng hai máy biến áp
tự ngẫu ba pha làm máy biến áp liên lạc giữa ba cấp điện áp.
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
10
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Nhận xét
Phơng án này luôn đảm bảo cung cấp điện.
Số lợng máy biến áp ít hơn phơng án một song chúng lại có suất lớn hơn.
Sơ đồ nối dây đơn giản.
3. Phơng án 3
Đặc điểm
Ghép bộ máy phát + máy biến áp (F
1

+ B
1
) lên thanh góp điện áp 220kV.
Các máy phát F
2
và F
3
đợc nối vào thanh góp điện áp máy phát, các máy
biến áp tự ngẫu ba pha làm nhiệm vụ liên lạc giữa ba cấp điện áp.
Nhận xét
Phơng án này đảm bảo cung cấp điện cho các cấp điện áp
Cấp điện áp trung tuy không có máy biến áp nhng luôn đợc đảm bảo cung
cấp điện.
Giá thành các máy biến áp lớn.
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
11
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
4. Sơ bộ đánh giá các phơng án
Qua phân tích từng phơng án ta nhận thấy phơng án ba khó thực hiện vì
không đảm bảo yêu cầu cung cấp điện ở phụ tải trung áp. Do đó ta loại bỏ ph-
ơng án này, giữ lại hai phơng án một và hai để tiếp tục tính toán so sánh nhằm
chọn ra phơng án tối u cho nhà máy thiết kế.
2.2. chọn máy biến áp cho các phơng án
I. Chọn máy biến áp cho phơng án 1
Sơ đồ nối điện:
2. Chọn máy biến áp nối bộ B
3
Công suất của máy biến áp B

3
đợc chọn theo điều kiện sau:
S
đmB
S
đmF
S
TDmax
= 62,5 13,13 = 49,37 MVA
Ta chọn máy biến áp ba pha hai dây quấn ký hiệu TPH63 có các số liệu
nh bảng 2.1:
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
12
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Bảng 2.1
S
đm
MVA
Điện áp cuộn
dây
Tổn thất , kW
U
N
%
I
o
%
Giá

tiền
10
3
R
P
o
,Vật
dẫn từ
loại
P
NC-H
C T H C-T C-H T-H
A B
63 121 - 10,5 59 73 245 - 10,5 0,6 91
3. Chọn máy biến áp tự ngẫu B
1
và B
2
ĐK :
thuaBdm
SS

2
1

Với là hệ số có lợi :
5,0
220
110220
=

=

=
C
TC
U
UU

S
thừa
: Công suất truyền qua hai cuộn hạ áp của các máy biến áp liên lạc.
S
thừa
= S
đmF
(S
UFmin
S
TD
) = 2.62,5 (26,45+13,13) = 85,42MVA
Vậy công suất của các máy biến áp B
1
và B
2
đợc chọn nh sau:
MVASS
thuaBdm
42,8542,85.
5,0.2

1
2
1
==

Tra bảng ta có thông số của máy biến áp ATTH 125 nh sau :
Bảng 2.2
S
đm
MVA
Điện áp cuộn
dây
Tổn thất , kW
U
N
%
I
o
%
Giá
tiền
10
3
R
P
o
,Vật
dẫn từ loại
P
NC-T

C T H
C-T
C-H T-H
A B
125 230 121 10,5 75 85 290 11 31 19 0,6 185
4. Phân bố công suất phụ tải cho các máy biến áp ở chế độ bình thờng.
a./. Với máy biến áp đấu bộ B
3
Tổ máy F
3
làm việc ở chế độ định mức S
đmF
= 62,5MVA ta có công suất truyền
qua máy biến áp B
3
:
S
B3
= S
đmF
S
TDmax
= 62,5 13,13 = 49,37 MVA
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
13
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
So với S
đmB3

= 63 MVA ta thấy chế độ bình thờng máy biến áp B
3
không bị quá
tải.
b./. Với máy biến áp tự ngẫu B
1
và B
2
Công suất truyền tải trên các cuộn dây của các máy biến áp B
1
và B
2
đợc tính
nh sau:
Cuộn cao : S
CB1
= S
CB2
=
2
1
S
HT
Cuộn trung : S
TB1
= S
TB2
=
2
1

( S
UT
S
B3
)
Cuộn hạ : S
HB1
= S
HB2
= S
CB1
+ S
TB1
Vào các thời điểm trong ngày do các phụ tải làm việc với đồ thị không bằng
phẳng cho nên lợng công suất qua cuộn dây cao-trung-hạ của các máy biến áp
tự ngẫu cũng thay đổi.
Qua tính toán ta lập đợc bảng phân phối công suất truyền tải trên các cuộn
dây của các máy biến áp liên lạc tại từng thời điểm trong ngày nh bảng 2.3.
Bảng 2.3
t(h)
S (MVA)
0 ữ 6 6 ữ 8 8ữ12 12ữ14 14ữ18 18ữ20 20ữ22 22ữ24
S
B3
49,37 49,37 49,37 49,37 49,37 49,37 49,37 49,37
S
CB1
= S
CB2
40,043 35,613 35,8 25,675 28,468 37,86 33,563 32,82

S
TB1
= S
TB2
-4,23 -0,82 9,41 2,59 4,29 4,29 -0,82 -2,53
S
HB1
= S
HB2
35,813 34,793 45,21 28,265 32,758 42,15 32,743 30,29
Qua bảng phân phối công suất cho các máy biến áp liên lạc B
1
và B
2
ta nhận
thấy ở chế độ bình thờng chúng không bị quá tải. Các máy biến áp B
1
và B
2
chủ
yếu truyền công suất từ hạ và trung lên cao.
2. Kiểm tra quá tải khi các máy biến áp bị sự cố
a./. Giả sử sự cố máy biến áp B
3
, ta có sơ đồ nh sau:
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
14
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp

Cho rằng sự cố xảy ra khi phụ tải trung cực đại:
S
UTmax
= 68,18 MVA
S
UF
= 34,59 MVA
S
HT
= 71,6 MVA
Lúc này lợng công suất thiếu hụt của phụ tải trung 110kVđợc cung cấp nhờ các
cuộn dây trung của các máy biến áp liên lạc B
1
và B
2
.
Cuộn trung : S
TB1
= S
TB2
=
2
1
S
UT
=
2
1
. 68,18 = 34,09 MVA
Cuộn hạ : S

HB1
= S
HB2
=
2
1
( 2.S
đmF
S
UF
2.S
TDmax
)
=
2
1
(2.62,534,592.13,13)=32,075 MVA
Cuộn cao : S
CB1
= S
CB2
=S
HB1
S
TB1
= 32,07534,09 =-2,515 MVA
Ta nhận thấy khi sự cố bộ máy phát + máy biến áp hai cuộn dây thì các máy
biến áp liên lạc B
1
và B

2
vẫn làm việc non tải.
S
TB1
= S
TB2
= 34,09 MVA < S
M
= . S
đmB
= 0,5 . 125 = 62,5 MVA
S
HB1
= S
HB2
= 32,075MVA < S
M
= . S
đmB
= 0,5 . 125 = 62,5 MVA
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
15
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
S
CB1
= S
CB2
= -2,515 MVA < S

đmB
= 125 MVA
Khi đó công suất nhà máy phát về hệ thống thiếu hụt một lợng là:
S = S
HT
2 . S
CB1
= 71,6 2 .(-2,515) = 76,63 MVA
Lợng công suất này vẫn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống là S
DT
= 80 MVA.
b./. Giả sử sự cố máy biến áp B
1
, ta có sơ đồ nh sau:
+ Khi sự cố xảy ra phụ tải trung là cực đại:
S
UTmax
= 68,18 MVA
S
UF
= 34,59 MVA
S
HT
= 71,6 MVA
Trong trờng hợp này ta cần kiểm tra quá tải máy biến áp B
2
, còn máy biến áp B
3
vẫn tải công suất ở chế độ bình thờng và cung cấp cho thanh góp phụ tải trung
một lợng công suất là: S = 49,37 MVA.

Ta tính lợng công suất truyền tải trên các cuộn dây của máy biến áp liên lạc B
2
.
Cuộn trung : lợng công suất truyền tải từ thanh góp điện áp 110kV sang
phía cuộn dây cao là:
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
16
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
S
TB2
= S
UTmax
S
B3


= 68,18 49,37 = 18,81 MVA
Ta thấy : S
TB2
= 18,81 MVA < S
M
= .S
đmB
= 0,5 . 125 = 62,5 MVA
Do vậy cuộn trung áp của máy biến áp B
2
không bị quá tải.
Cuộn hạ : Cuộn hạ của máy biến áp B

2
có thể tải trong trờng hợp sự cố là:
S
HB2
= K
QTSC
. . S
đmB2
= 1,4 . 0,5 . 125 = 87,5 MVA
Cuộn cao : S
CB2
= S
HB2
S
TB2
= 87,5 18,81 = 68,69 MVA
Ta thấy : S
CB2
= 68,69 MVA < S
đmB2
= 125 MVA
Do đó cuộn cao của máy biến áp B
2
không bị quá tải trong trờng hợp sự cố.
+ Khi sự cố xảy ra phụ tải trung là cực tiểu:
S
UTmin
= 40,91 MVA
S
UF

= 26,45 MVA
S
HT
= 80,085 MVA
Tơng tự nh trên máy biến áp B
3
vận hành với công suất nh ở chế độ bình th-
ờng. ở đây ta chỉ xét quá tải máy biến áp B
2
.
Cuộn dây trung:
S
TB2
= S
UTmin
S
B3
= 40,91 49,37 = -8,46 MVA
Ta thấy:
S
TB2
=-8,46 MVA < S
QTCP
= K
QTSC
. . S
đmB
= 1,4.0,5.125 = 87,5 MVA
Do đó cuộn trung áp của máy biến áp B
2

quá tải nằm trong trị số cho phép.
Cuộn hạ áp : Công suất phát của máy phát F
1
và F
2
:
S = 2S
đmF
2S
TD
S
UF
= 125 2.11,93 26,45 = 74,69 MVA
Khả năng tải của cuộn hạ áp khi sự cố là:
S
HB2
= K
QTSC
. . S
đmB2
= 1,4.0,5.125 = 87,5 MVA
Vậy để cuộn hạ áp của máy biến áp B
2
không bị quá tải vợt trị số cho
phép thì phải giảm công suất các máy phát F
1
và F
2
đi một lợng công suất là:
Sinh viên: Lê Hồ Điệp

17
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
S = 74,69 87,5 = -12,81 MVA
Cuộn cao áp
S
CB2
= S
TB2
+ S
HB2
= 87,5 -8,46 = 79,04 MVA
Ta thấy S
CB2
= 79,04 MVA < S
đmB
= 125 MVA
Nhận xét : Sự cố máy biến áp liên lạc B
1
khi phụ tải trung áp cực tiểu là sự cố
nặng nề nhất. Lúc này nhà máy thiếu hụt một lợng công suất phát về hệ thống là
S
thiếu
= 8,46 + 12,81 = 21,27 MVA. Lợng công suất này vẫn nhỏ hơn dự trữ quay
của hệ thống là S
DT
= 80 MVA.
Kết luận : các máy biến áp đã chọn đảm bảo cung cấp đầy đủ điện năng cho
các phụ tải ở các chế độ ở phơng án một.

3. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp
Tổn thất điện năng của máy biến áp hai dây quấn
t
S
S
n
P
TPnA
dmB
bN
o
...
2
1







+=
Trong đó n=1 P
o
= 59 kW
T = t = 8760 h P
N
= 245 kW
S
b

= 49,37 MVA S
đmB
= 63 MVA
Thay vào công thức tính toán ta đợc :
kWhA
6
2
1
10.835,18760.
63
37,49
.
1
245
8760.59
=






+=
Tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu:

+++=
i
dmB
iH
HN
dmB
iT
TN
dmB
iC
CNo
t
S
S
P
S
S
P
S
S
P
n
TPnA .
1
.
2
2

.
2
2
.
2
2
.2
Trong đó n = 2 P
o
= 75 kW
S
đmB
= 125 MVA T = 8760 h
Ta tính : P
N-C
, P
N-T
, P
N-H
( tổn thất ngắn mạch trong các cuộn cao, trung , hạ
)
Nhà chế tạo cho : P
NC-T
= 290 kW
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
18
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
P

NC-H
= P
NT-H
= 0,5 . 290 = 145 kW
Vậy
kW
PP
PP
HNTHNC
TNCCN
145
5,0
145
5,0
145
290
2
1
2
1
2222
=

+=









+=




kW
PP
PP
HNCHNT
TNCTN
145
5,0
145
5,0
145
290
2
1
2
1

2222
=








+=









+=




kWP
PP
P
TNC
HNTHNC

HN
435290
5,0
145
5,0
145
2
1
2
1
2222
=








+=








+

=




Thay các dữ liệu vào công thức và tính toán ta đợc :
}
kWhA
A
6
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2

2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
10.253,2
4
125
525,37
435
125
195,11
145
125
33,26
145

6
125
81,52
435
125
495,20
145
125
315,32
145
2
125
595,36
435
125
845,15
145
125
75,20
145
4
125
773,43
435
125
845,15
145
125
928,27
145

1
125
488,28
435
125
195,11
145
125
293,17
145
7
125
488,28
435
125
195,11
145
125
293,17
145{365.28760.75.2
=








+++

+








+++
+








+++
+








+++

+








+++
+








+++=
Vậy tổng tổn thất điện năng ở phơng án này là :
kWhAAA
666
21
10.088,410.253,210.835,1
=+=+=


4. Tính dòng điện làm việc cỡng bức và chọn kháng điện
a./.Dòng cỡng bức ở cấp điện áp 220kV

Ta có công suất cực đại nhà máy phát về hệ thống qua một đờng dây kép là:
S
HTmax
= 80,085MVA
kA
U
S
I
cao
HT
cb
21,0
220.3
085,80
.3
max
===
b./. Dòng cỡng bức ở cấp điện áp 110kV
+ Mạch đờng dây:
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
19
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
kA
U
P
I
trung
cb

32,0
110.88,0.33
80.2
.cos.33
.2
max
===

+ Mạch đấu bộ máy phát + máy biến áp hai cuộn dây
kA
U
S
I
trung
dmF
cb
344,0
110.3
5,62
05,1
.3
05,1
===
+ Mạch trung áp của máy biến áp liên lạc
Dòng cỡng bức đợc xét khi sự cố một trong hai máy biến áp liên lạc (giả sử sự
cố máy biến áp B
1
). Ta có lợng công suất lớn nhất truyền tải qua cuộn trung áp
của máy biến áp liên lạc B
2

là :
S
Tmax
= S
UTmin
S
B3
= 40,91 49,37 = -8,46 MVA
Vậy
kA
U
S
I
trung
T
cb
044,0
110.3
46,8
.3
max
===
Vậy dòng cỡng bức ở cấp điện áp 110 kV dùng để chọn khí cụ điện cho các
mạch đợc lấy là : I
cb
= 0,344 kA.
c./. Dòng cỡng bức ở cấp điện áp 10kV
+ Mạch hạ áp của máy biến áp liên lạc:
Ta có :
kA

U
S
kI
trung
dmB
qtsccb
811,4
5,10.3
125
.5,0.4,1
3
..
1
===

+ Mạch máy phát:
kA
U
S
I
ha
dmF
cb
608,3
5,10.3
5,62
05,1
.3
05,1
===

Mạch kháng phân đoạn : Để xác định dòng cỡng bức qua kháng phân đoạn
ta xét hai trờng hợp sau:
Trờng hợp 1: Khi sự cố máy biến áp liên lạc B
2
.
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
20
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Trong trờng hợp này để tìm công suất qua kháng lớn nhất ta tính lợng công suất
truyền tải qua cuộn hạ áp máy biến áp B
1
trong trờng hợp sự cố:
S
qB1
= K
QTSC
. . S
đmB1
= 1,4 . 0,5 . 125 = 87,5 MVA
Vậy:
S
qk
=S
qB1
(S
đmF1
S
TD

1/2.S
UF
)=87,5(62,511,931/2.26,45) = 50,155 MVA
Trờng hợp : Khi sự cố máy phát F
2
Trờng hợp này ta tính công suất qua kháng ở hai chế độ của S
UF
(cực đại và cực
tiểu) để so sánh chọn ra S
qkmax
.
+ Khi S
UFmin
:
Ta có :
S
qB
= 1/2. (S
đmF
S
UFmin
S
TD
)=1/2.(62,526,45 11,93) =12,06 MVA
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
21
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
S

qk
= S
qB
+ 1/2. S
UFmin
= 12,06+ 13,225 = 25,285 MVA
+ Khi S
UFmax
:
Ta có :
S
qB
= 1/2.(S
đmF
S
UFmax
S
TD
)= 1/2.(62,5 40,713,13) = 4,335 MVA
S
qk
= S
qB
+ 1/2. S
UFmax
= 4,335 + 20,35 = 24,685 MVA
Vậy dòng cỡng bức qua kháng đợc xét trong trờng hợp máy biến áp sự cố máy
biến áp B
2
:

kA
U
S
I
dm
qk
cb
9,2
10.3
155,50
.3
max
===
d./. Chọn kháng điện thanh góp điện áp máy phát
Kháng điện đợc chọn theo điều kiện:
U
đmK
U
đmmạng
= 10kV
I
đmK
I
cb
= 2,9kA
Tra tài liệu ta chọn kháng điện bêtông có cuộn dây bằng nhôm kiểu: PbA-10-
2500-12 có các thông số nh sau:
U
đmK
= 10,5kV ; I

đmK
= 2500A ; X
K
% = 8%.
II. Chọn máy biến áp cho phơng án 2
Sơ đồ nối điện:
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
22
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
1. Chọn công suất máy biến áp tự ngẫu B
1
và B
2
Điều kiện :
thuaBdm
SS

2
1

Với là hệ số có lợi :
5,0
220
110220
=

=

=
C
TC
U
UU

S
thừa
_ công suất truyền qua 2 cuộn hạ áp của các máy biến áp liên lạc.
S
thừa
= S
đmF
(S
UFmin
+ S
TD
)=3.62,5 (26,45 + 11,93) = 149,12MVA
Vậy công suất của các máy biến áp B
1
và B
2
đợc chọn nh sau:
MVASS
thuaBdm
12,14912,149
5,0.2
1
2
1

==

Tra bảng ta có thông số của máy biến áp ATTH160 nh bảng 2.5
Bảng 2.5
S
đm
MVA
Điện áp
cuộn dây
Tổn thất, kW U
N
%
I
o
%
Giá
tiền
10
3
R
P
o
P
NC-T
C-T C-H T-H
C T H A B
160 230 121 10,5 85 100 380 11 32 20 0,5 205
2. Phân bố công suất cho các máy biến áp
Với máy biến áp tự ngẫu B
2

,B
3
Công suất truyền tải trên các cuộn dây của các máy biến áp B
1
và B
2
đợc tính
nh sau:
Cuộn cao : S
CB1
= S
CB2
=
2
1
S
HT
Cuộn trung : S
TB1
= S
TB2
=
2
1
S
UT

Cuộn hạ : S
HB1
= S

HB2
= S
CB1
+ S
TB1
Vào các thời điểm trong ngày do các phụ tải làm việc với đồ thị không bằng
phẳng cho nên lợng công suất qua cuộn dây cao-trung-hạ của các máy biến áp
tự ngẫu cũng thay đổi.
Qua tính toán ta lập đợc bảng phân phối công suất truyền tải trên các cuộn
dây của các máy biến áp liên lạc tại từng thời điểm trong ngày nh bảng 2.6.
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
23
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
Bảng 2.6
t(h)
S (MVA)
0 ữ 6 6 ữ 8 8ữ12 12ữ14 14ữ18 18ữ20 20ữ22 22ữ24
S
CB1
= S
CB2
40,043 35,613 35,8 25,675 28,468 37,86 33,563 32,82
S
TB1
= S
TB2
20,46 23,87 34,09 27,28 28,98 28,98 23,87 22,16
S

HB1
= S
HB2
60,503 59,483 69,89 52,955 57,448 66,84 57,433 54,98
Qua bảng phân phối công suất cho các máy biến áp liên lạc B
1
và B
2
ta
nhận thấy ở chế độ bình thờng chúng không bị quá tải. Các máy biến áp B
1
và
B
2
chủ yếu truyền công suất từ hạ và trung lên cao.
3. Kiểm tra quá tải máy biến áp khi sự cố xảy ra
Do trong quá trình chọn máy biến áp ta đã chọn trong điều kiện quá tải
thờng xuyên nên ta chỉ cần kiểm tra quá tải của máy biến áp khi sự cố.
Giả sử sự cố máy biến áp B
2
.
Ta có sơ đồ nối điện nh sau:
Công suất truyền qua các cuộn dây của máy biến áp B
2
đợc tính nh sau:
Cuộn trung :
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
24
Đồ án môn học

Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp
S
T
= S
UTmax


= 68,18 MVA
Ta thấy : S
T
= 68,18 MVA < S
M
= .S
đmB
= 0,5 . 160 = 80 MVA
Cuộn hạ : công suất các máy phát có phát lên cuộn hạ của máy biến áp B
2
là:
S = 3S
đmF
3S
TD
S
UF
= 187,5 13,13 34,59 =139,78 MVA
Cuộn hạ của máy biến áp B
2
có thể tải trong trờng hợp sự cố là:
S
H

= K
QTSC
. . S
đmB2
= 1,4 . 0,5 . 200 = 140 MVA
Ta thấy S < S
H
nên máy biến áp B
2
không bị quá tải.
Cuộn cao : S
C
= S
H
S
T
= 140 68,18 = 71,82 MVA
Ta thấy : S
C
= 71,82 MVA < S
đmB2
= 200 MVA
Do đó cuộn cao của máy biến áp B
2
không bị quá tải trong trờng hợp sự cố.
Nhận xét:
Máy biến áp liên lạc B
2
có các cuộn dây cao và trung không bị quá tải, cuộn
hạ tải công suất tải cho phép.

Do giảm công suất của các máy phát F
1
, F
2
và F
3
đi với một lợng là S
=17,65 MVA trong khi vẫn giữ nguyên công suất cuộn trung, tức là công suất
nhà máy phát về hệ thống thiếu hụt một lợng là S = 17,65MVA. Lợng công suất
này vẫn nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống là S
DT
= 80 MVA.
Kết luận : các máy biến áp đã chọn cho phơng án hai đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật.
4. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp
Tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu









+++=
i
dmB
iH
HN

dmB
iT
TN
dmB
iC
CNo
t
S
S
P
S
S
P
S
S
P
n
TPnA .
1
.
2
2
.
2
2
.
2
2
.2
Trong đó n = 2 P

o
= 85 kW
S
đmB
= 200 MVA T = 8760 h
Sinh viên: Lê Hồ Điệp
25