Đồ án thiết kế nhà máy điện kiểu thuỷ điện

Ngày nay với tốc độ phát triển của khoa học kỹ thuật nhằm mục đích đẩy mạnh
công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Bên cạnh những ngành công nghiệp khác thì
ngành công nghiệp năng lượng của những năm gần đây cũng đạt được những
thành tựu đáng kể, đáp ứng được nhu cầu của đất nước. Cùng với sự phát triển của
hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công
nghiệp dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Hiện nay nền kinh tế nước ta
đang phát triển mạnh mẽ đời sống nhân dân được nâng cao, dẫn đến phụ tải điện ngày
càng phát triển. Do vậy việc xây dựng thêm các nhà máy điện là điều cần thiết để
đáp ứng nhu cầu của phụ tải. Việc quan tâm quyết định đúng đắn vấn đề kinh tế-kỹ
thuật trong việc thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại lợi ích không
nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc danh. Do đó việc tìm hiểu nắm vững công việc thiết
kế nhà máy điện, để đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện, an toàn
và kinh tế là yêu cầu quan trọng đối với người kỹ sư điện.
Nhiệm vụ của đồ án thiết kế của em là thiết kế nhà máy điện kiểu Thuỷ điện.
Với những kiến thức thu nhận được qua các năm học tập và sự hướng dẫn tận tình của
thầy giáo phụ trách và các thầy cô khác trong khoa đến nay em đã hoàn thành nhiệm
vụ thiết kế của mình.
Vì thời gian và kiến thức có hạn, chắc hẳn đồ án không tránh khỏi những sai
sót. Kính mong các thầy cô giáo góp ý, chỉ bảo để em nắm vững kiến thức trước khi ra
trường.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn cùng tất cả các thầy cô
giáo đã truyền thụ kiến thức cho em để cho em có điều kiện hoàn thành nhiệm vụ thiết
kế.
Đà nẵng, ngày tháng
Sinh viên

1

năm

CHƯƠNG 1: CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG
SUẤT, VẠCH PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN
1.1 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN:
Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế phần điện trong Nhà máy: THUỶ ĐIỆN, Công suất:
600MW, gồm có: 4 tổ máy 150MW. Việc chọn số lượng và công suất máy phát cần
chú ý các điểm sau đây:
- Máy phát có công suất càng lớn thì vốn đầu tư lớn, tiêu hao nhiên liệu để sản
xuất ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hàng năm càng nhỏ. Nhưng về mặt
cung cấp điện thì đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không được lớn hơn dự trữ
quay về của hệ thống.
- Để thuận tiện trong việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọn máy
phát cùng loại.
- Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng định mức và dòng ngắn
mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ, do đó dễ dàng chọn khí cụ điện hơn.
Với công suất của các tổ máy đã có nên ta chỉ việc chọn máy phát có công suất
tương ứng mỗi tổ là: 150MW.
Ta chọn cấp điện áp máy phát là 15,75KV vì cấp điện áp này thông dụng.
Tra sách “ Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS
Nguyễn Hữu Khái, ta chọn được máy phát điện theo bảng 1.1
Bảng 1.1
Loại máy phát
BC-1260/200-60

Thông số định mức
Điện kháng tương đối
n
S
P
U
cos

xd”
xd’
xd
v/ph MVA MW KV
100

176.5

150

15.75

0,85

0,25

0,35

1.03

Như vậy, công suất đặt toàn nhà máy là:
SNM = 4 x 176.5= 706 MVA
1.2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT:
Để có cơ sở thiết kế chi tiết cho các chương tiếp theo.Trong phần này sẽ tiến
hành tính toán phân bố công suất trong nhà máy điện, xây dựng được đồ thị phụ tải
tổng cho nhà máy.
Định lượng công suất cần tải cho các phụ tải ở các cấp điện áp tại các thời điểm
và đề xuất các phương án nối dây hợp lý cho nhà máy.
Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp cho các phụ tải sau:
1.2.1. Phụ tải cấp điện áp máy phát (15,75 KV):

Công suất cực đại Pmax = 64MW.
Hệ số công suất cos = 0,8.

2


Đồ thị phụ tải hình 1.1
P%

100
80
60
40
20
0

4

8

16

12

20

24

t(h)

Hình 1.1
Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát được tính theo công thức sau:
S UF (t )  P%

PUFmax
cos UF

(1.1)

Trong đó:
SUF(t) là công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t.
P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát.
PUFmax, coUF là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp máy
phát.
Áp dụng công thức (1.1) kết hợp với hình 1.1, ta có bảng phân bố công suất phụ
tải cấp điện áp máy phát như bảng 1.2:
Bảng 1.2
t(h)
P%
SUF(t)

04
70
56

8  14
100
80

48

90
78,75

1.2.2. Phụ tải cấp điện áp trung (110 KV):
Công suất cực đại Pmax = 380 MW.
Hệ số công suất cos = 0,85.
Đồ thị phụ tải hình 1.2

3

14  18 18  24
80
70
64
56


P%

100
80
60
40

Std
0

4

8

16

12

20

24

t(h)

Hình 2
Công suất phụ tải cấp điện áp trung được tính theo công thức sau:
SUT (t )  P%

PUTmax
cos UT

(1.2)

Trong đó:
SUT(t) là công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t.
P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp trung theo thời gian.
PUTmax, coUT là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp trung.
Áp dụng công thức (1.2) kết hợp với hình 1.2, ta có bảng phân bố công suất phụ
tải cấp điện áp trung như bảng 1.3:
Bảng 1.3
t(h)
P%
SUT(t)

02
26
70
80
312,94 357,64

10  12 12  16 16  20 20  24
80
90
80
70
357,64 402,35 357,64 312,94

6  10
100
447

1.2.3. Phụ tải cấp điện áp cao (220 KV):
Công suất cực đại Pmax = 120 MW.
Hệ số công suất cos = 0,85.
Đồ thị phụ tải hình 1.3

4


P%

100
80

60
40
20
0

4

8

12

16

20

24

t(h)

Hình 1.3
Công suất phụ tải cấp điện áp cao được tính theo công thức sau:
S UC (t )  P%

PUCmax
cos UC

(1.3)

Trong đó:
SUC(t) là công suất phụ tải cấp điện áp cao tại thời điểm t.

P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp cao theo thời gian.
PUTmax, coUT là công suất cực đại và hệ số công suất phụ tải cấp điện áp cao.
Áp dụng công thức (1.3) kết hợp với hình 3, ta có bảng phân bố công suất phụ
tải cấp điện áp cao như bảng 1.4:
Bảng 1.4
t(h)
P%
SUC(t)

04
80
112,94

48
90
127

8  12 12  16 16  24
100
90
100
141,18
127
141,18

1.2.4. Công suất tự dùng của nhà máy:
Phụ tải tự dùng của nhà máy được xác định theo công thức sau:

S (t ) 
S td (t )   .S NM . 0,4  0,6. F 

S NM 


(1.4)

Trong đó:
Std(t) là công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t.
 là hệ số tự dùng của nhà máy,   2% .
SF(t) là công suất phát của nhà máy tại thời điểm t.
SNM là công suất đặt của nhà máy, SNM = 706 MVA
Vì nhà máy phát luôn phát hết công suất nên ta có:
SF(t) = SNM = 706 (MVA)
Như vậy:
Std(t) = Stdmax = α.SNM = 0,02 x 706 = 14,12 (MVA)

5

(1.5)


1.2.5. Công suất dự trữ của toàn hệ thống:
Công cuất dự trữ của toàn hệ thống (kể cả nhà máy đang thiết kế) được xác định
theo công thức sau:
SdtHT = Sdt%.SHT + SNM -  S ptmax
(1.6)
Trong đó:

S

ptmax

 S UFmax  S UTmax  S UCmax  S tdmax  80  447  141,18  14,12  637,65( MVA)

 SdtHT  5% *10.000  706 - 637,65  568,64(MVA)

1.2.6. Bảng tổng hợp phân bố công suất trong toàn nhà máy:
Qua tính toán ở trên, ta lập được bảng số liệu cân bằng công suất của toàn nhà
máy theo thời gian trong một ngày, như bảng 1.6.
Bảng 1.5
t(h)
02 24 46
56 78,75
SUF(t)
56
SUT(t) 312,94 357,64 357,64
SUC(t) 112,94 112,94 127
Std(t) 14,12 14,12 14,12
496 577,51
Spt(t) 496
SNM
706
706
706
Sth(t) 210
210 128,49

6  8 8  10 10  12 12  14 14  16 16  18 18  20 20  22
78,75 80
80
80

64
64
56
56
447
447 357,64 402,35 402,35 357,64 357,64 312,94
127 141,18 141,18 127
127 141,18 141,18 141,18
14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12 14,12
666,87 682,3 592,94 623,47 607,47 576,94 568,94 524,24
706
706
706
706
706
706
706
706
39,13 23,7 113,06 82,53 98,53 129,06 137,06 181,76

22  24
56
312,94
141,18
14,12
524,24
706
181,76

Trong đó, Sth(t) là công suất thừa mà nhà máy có thể phát về hệ thống tại thời điểm t.

S th (t )  S NM   S pt (t )
(1.7)
Từ bảng 1.5, ta nhận thấy trong điều kiện làm việc bình thường nhà máy điện
phát đủ công suất cho phủ tải ở các cấp điện áp và còn thừa một lượng công suất có
thể đưa lên hệ thống trong tất cả các thời điểm trong ngày. Do đó nhà máy có khả năng
phát triển phụ tải ở các cấp điện áp.
1.2.7. Đồ thị phân bố công suất của toàn nhà máy:
Từ bảng 1.6 ta vẽ đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy theo công suất toàn phần
hình H1: 4
Trong đó:
S td : Đường đặc tính công suất tự dùng.
SUF : Đường đặc tính công suất cấp điện áp máy phát.
SUT : Đường đặc tính công suất cấp điện áp trung.
SUC : Đường đặc tính công suất cấp điện áp cao.
ΣSpt : Đường đặc tính công suất tổng phụ tải.
SNM : Đường đặc tính công suất nhà máy .

6


S(MVA)
850
800
750

SNM

700
650
600

Spt

550

`

500
450
400
350

SUT

300

SUC
250
200
150

` 100

SUF

50

Std

0

t ( h)
4

8

12

7

16

20


1.3. VẠCH SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY:
Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một khâu quan trọng trong quá trình
tính toán thiết kế nhà máy điện. Vì vậy cần nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắm
vững các số liệu ban đầu. Dựa vào bảng 1.6 và các nhận xét tổng quát, ta tiến hành
vạch các phương án nối dây. Các phương án đưa ra phải đảm bảo cung cấp điện liên
tục cho các hộ tiêu thụ, phải khác nhau về cách ghép nối các máy biến áp với các cấp
điện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện… Sơ
đồ nối điện giữa các cấp điện áp phải đảm bảo các yêu cầu sau kỹ thuật sau:
+ Số máy phát điện, máy biến áp nối bộ và liên lạc phải thoả mãn điều kiện khi
ngừng 1 máy phát hoặc 1 máy biến áp do sự cố thì các máy phát còn lại vẫn đảm bảo
cung cấp đủ cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áp trung.
+ Công suất mỗi bộ máy phát - máy biến áp không được lớn hơn dự trữ quay
của hệ thống.
Dự trữ quay của hệ thống
SdtHT = 568,64 (MVA) > S bộ = 176,5 (MVA).

+ Chỉ nối bộ máy phát - 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 máy biến áp làm tăng tổn hao, gây lãng phí công suất của máy
phát.
+ Nếu phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ thì có thể lấy rẽ nhánh từ bộ máy phát
máy biến áp nhưng công suất lấy rẽ nhánh không được vượt quá 15% của bộ.
Thành phần phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát so với công suất của
toàn nhà máy:
SUF % 

SUF max
80
100 
100  11,33%  15%
S NM
706

(1.8)

Ta nhận thấy rằng, phụ tải cấp điện áp máy phát bé hơn 15 tổng công suất của
toàn nhà máy nên ta dùng sơ đồ nối bộ.
+ Không nên dùng quá 2 máy biến áp ba cuộn dây hay máy biến áp tự ngẫu để
liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp.
+ Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía điện áp cao và trung áp có
trung tính trực tiếp nối đất.
Từ các yêu câu kỹ thuật trên, ta vạch ra một số phương án nối điện chính cho
nhà máy như sau:

8

1.3.1 Phương án I:
1.3.1.1. Mô tả phương án:

- 4 máy phát nối bộ bên cao và bên trung.
- Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp.

HT
TBPP 220 KV

B1

B2

B3

TBPP 110 KV

B4

B5

B6

F3

F4

Hình:1-5

F1

F2

1.3.4.2. Ưu điểm:

- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho phụ tải các cấp điện áp.
- Dung lượng máy biến áp nhỏ nên chọn khí cụ điện hạng nhẹ.
1.3.4.3. Nhược điểm:

- Số lượng máy biến áp nhiều dẫn đến tổn thất điện năng lớn nên giá thành đầu
tư lớn.
- Chiếm nhiều diện tích mặt bằng để xây dựng.
- Số lượng thiết bị ở cấp trung và cao áp nhiều nên dễ bị sự cố và giá thành xây
dựng thanh góp cấp điện áp cao và trung lớn.
1.3.2. Phương án II:
1.3.2.1. Mô tả phương án:

- Sơ đồ này cấp điện áp cao không có nối bộ.
-Hai bộ máy phát F3, F4 – máy biến áp hai cuộn dây B3, B4 nối vào thanh góp
cấp điện áp trung.
- Dùng 2 máy biến áp ba cuộn dây để liên lạc giữa các cấp điện áp.

9


HT
TBPP 110 KV

TBPP 220 KV

B1

B2

F1

F2

15,75 KV

B3

B4

F3

F4

Hình:1-7
1.3.2.2. Ưu điểm:

- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện, độ tin cậy cũng như sự liên lạc giữa các cấp
điện áp với nhau và giữa nhà máy với hệ thống.
- Số lượng máy biến áp ít nên đơn giản trong việc lắp đặt cũng như vận hành và
giảm được diện tích lắp đặt, vốn đầu tư cho phương án.
1.3.2.3. Nhược điểm:

- Khi gặp sự cố 1trong các máy biến áp, gây lãng phí công suất máy phát do
phài ngừng làm việc.

- Dung lượng máy biến áp lớn,khó khăn cho việc vận chuyển lắp đặt.
1.3.3. Phương án III:
1.3.3.1. Mô tả phương án:

- Sơ đồ dùng 2 bộ máy phát – máy biến áp nối bộ F1 - B1 và F4 – B4 nối vào
thanh góp220 KV và 110 KV;
- Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp.
1.3.3.2. Ưu điểm:

- Sơ đồ đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải các cấp điện áp.
- Đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống.
- Thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát đơn giản, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và
nguyên tắc chọn sơ đồ.
- Số lượng MBA bằng số lượng nguồn nên vận hành nhà máy linh hoạt, kinh tế.

10


HT
TBPP 220 KV

F2

F1

TBPP 110 KV

PT

B4

B3

B2

B1

PT

15,75 KV

F3

F4

Hình:1-8

1.3.3.3. Nhược điểm:

- Lượng máy biến áp nối vào thanh góp trung áp nhiều nên lượng thiết bị phân
phối ở cấp trung áp sẽ nhiều
- Do dung 2 MBA tự ngẫu lien lạc giữa 2 cấp điện áp cao và trung nên dòng sẽ
lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lựa chọn thiết bị.
1.3.4. Phương án IV:
1.3.4.1. Mô tả phương án:

HT TBPP 220 KV
TBPP 110 KV

`

B1

B2

B3

B4

B5

B6

15,75 KV
F1

F2

F3

F4

- Sơ đồ dùng 3 bộ máy phát – máy biến áp nối bộ F1 - B1, F2 – B2, F3 – B3 nối
vào thanh góp 220 KV; F4 – B6 nối vào thanh góp 110 KV. Hai máy biến áp tự ngẫu
để lien lạc giữa 2 cấp điện áp cao và trung.
11


1.3.4.2. Ưu điểm:

- Sơ đồ đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải các cấp điện áp.
- Đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống.
1.3.4.3. Nhược điểm:

- Có nhiều Máy biến áp, tốn diện tích mặt bằng xây dựng công suất truyền tải
qua 2 lần biến áp tăng tổn hao điện năng dẫn đến tăng chi phí đấu tư.
1.3.6. Nhận xét chung:
Qua phân tích ưu, nhược điểm của từng phương án, ta nhận thấy phương án 2
đảm bảo về mặt kỹ thuật và có nhiều ưu điểm hơn các phương án khác nên ta chọn
phương án 2 để tính toán cho các phần tiếp theo.

12


CHƯƠNG 2: CHỌN MÁY BIẾN ÁP, TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
2.1. CHỌN MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp là một thiết bị chính trong nhà máy điện, vốn đầu tư của nó chiếm
1 phần rất quan trọng tổng số vốn đầu tư của nhà máy. Vì vậy việc chọn số lượng máy
biến áp và công suất định mức của chúng là rất quan trọng. Công suất của máy biến áp
được chọn phải đảm bảo đủ khả năng cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải không những
trong điều kiện làm việc bình thường mà ngay cả lúc sự cố. Chế độ làm việc định mức
của máy biến áp phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường nhưng do có thể đặt hàng
theo điều kiện khí hậu tại nơi lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ.
2.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO PHƯƠNG ÁN 2:
* Sơ đồ nối điện phương án 2:
HT

110 KV

220 KV

B1

F1

B3

B2

F2

15,75 KV
Hình 2.1

F3

B4

F4

2.2.1. Chọn máy biến áp nối bộ phía trung áp B3, B4:
02 Máy biến áp này là máy biến áp ba pha 2 cuộn dây nên điều kiện chọn là:
SđmB3 = SđmB4  SđmF3 = 176,5 MVA
(2.1)
Tra sách “Hướng dẫn thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của Nguyễn Hữu
Khái, Trường ĐHBK Hà Nội, ta có thông số máy biến áp B3, B4 như bảng 2.1:
Bảng 2.1
S
Điện áp cuộn dây
P (KW)

Loại
Io%
UN%
MBA (MVA)
Cao
Hạ
P0
PN
TДЦ
200
121
15,75
140
550
10,5
0,5
2.2.2. Chọn máy biến áp liên lạc B1, B2:
Máy biến áp này là máy biến áp tự ngẫu ba pha, công suất được chọn theo điều
kiện:
SđmB1 = SđmB2  SđmF1/Kcl

(2.2)

13


Với: Kcl=

U C  U T 220  110


 0,5
UT
110

SđmF1/Kcl =

176,5
= 353 (MVA)
0,5

Trong đó:
SđmF1 : là công suất định mức của máy phát F1,(F2).
Kcl

: hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

Như vậy, công suất của máy biến áp liên lạc B1và B2 là:
SđmB 2  SđmB3  353 (MVA).

Tra sách “Thiết kế Nhà máy điện” của PGS Nguyễn Hữu Khái. Trang 113 ta
chọn máy biến áp có các thông số sau:
Bảng 2.2
Điện áp cuộn dây
P (KW)
S
(MVA)
C
T
H P0 P
P

Loại
MBA

NC-T

TДЦПA

360

NC-H

-

230 121 15,75 145 560

UN%
P

NT-H

-

Io%

C-T C-H T-H
11

32

20

0,5

2.2.3. Kiểm tra quá tải máy biến áp đã chọn của phương án 2 :
2.2.3.1. Kiểm tra quá tải bình thường:

Công suất định mức của các máy biến áp B1, B2, B3, B4 được chọn lớn hơn
công suất tính toán nên không cần kiểm tra quá tải bình thường.
2.2.3.2. Kiểm tra quá tải sự cố:
a. Xét sự cố một trong hai máy biến áp nối bộ:

Giả sử sự cố bộ F3-B3:
Công suất cần cấp cho phụ tải điện áp trung lúc cực đại của mỗi MBA tự ngẫu
B1, B2 là:
2 K qt .K cl .S dmB1, 2  SUTmax - (SdmF4 – Stdmax/4 – SUF(F4)max) + (SUcMax – SdtHT)
(2.3)
Chọn Kqt= 1,2 là hệ số quá tải của MBA tự ngẫu
SUcMax – SdtHT <0 nên ta bỏ đi (SUcMax – SdtHT) trong biểu thức (2.3)
2 K qt .Kcl .SdmB 2,3  2 x 1,2 x 0,5 x 360 = 432 (MVA)
SUTmax - (SdmF4 – Stdmax /4 - SUF(F4)max) = 447 – (176,5 -

14,12 80
 )
4
4

= 294.03 (MVA)
 432 >294,37 (MVA). Như vậy MBA đã xét không bị quá tải.
b. Trường hợp sự cố MBA TN liên lạc:

Giả sử sự cố MBA B2:
Công suất cần cấp cho phụ tải điện áp trung lúc cực đại của MBA tự ngẫu B2 là:
4

K qt .K cl .S dmB1  SUTmax - (  SdmFi –
3

4



Std(Fi)max –

3

4



SUF(Fi)max) + (SUcMax – SdtHT)

3

SucMax – SdtHT <0 nên ta bỏ đi (SucMax – SdtHT) trong biểu thức (2.4)
14

(2.4)

1,2 x 0,5 x 360 ≥ 447 – (2 x 176,16 – 2 x

14,12
80
 2x )
4
4

 216 ≥ 141,74 (MVA)

Như vậy MBA đã xét không bị quá tải
2.2.3.3. Kết luận:
Các máy biến áp đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc bình thường và sự cố.
2.3. TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MÁY BIẾN ÁP :
HT

110 KV

220 KV

B1

F1

B3

B2

F2

6 MW

15,75 KV

10MW

6 MW 10 MW

B4

F3

F4

10 MW

6 MW 10 MW 6 MW

Sơ đồ phân bố phụ tải cấp điện áp máy phát
2.3.1 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp nối bộ B3, B4:
Hai MBA B3, B4 hoàn toàn giống nhau và vận hành song song nên ta, Áp dụng
công thức:
1
S
A = nPot + PN 2 Bi ti
n
S đmB 3
2

(2.5)

Từ đồ thị phụ tải và các kết quả ở chương 1, ta lập bảng số liệu sau:
Bảng 2.3
t(h)
02 24 46
SUF(t)/4 14
14
12,6
Stdmax/4 3,53 3,53 3,53
SdmF3
176,5 176,5 176,5
SB3(4) 158,97 158,97 160,37

6  8 8  10 10  12 12  14
12,6
20
20
20
3,53 3,53 3,53 3,53
176,5 176,5 176,5 176,5
160,37 140,37 140,37 140,37

15

14  16
10,8
3,53
176,5
129,57

16  18 18  20 20  22 22  24
10,8
14
14
14
3,53 3,53 3,53 3,53
176,5 176,5 176,5 176,5
129,57 158,97 158,97 158,97


Trong đó:
SB3(4) = SdmF3 - Stdmax/4 - SUF(t)/4;
SUFmax = Pmax/Cos =

SUF(t) = SUFmax x P%

16
= 20 (MVA)
0,8

Do đó tổn thất trong một MBA nội bộ B3 (B4) là:
A =140.24 

550
(158,97) 2 .2  (158,97) 2 .2  (160,37) 2 .2  (160,37) 2 .2  (140,37) 2 .2
2 
200

+ (140,37)2.2 + (140,37)2.2 + (129,57)2.2 + (129,57)2.2 + (158,97)2.2 + (158,97)2.2 +
(158,97)2.2 = 10798 (kWh)

Tổn thất điện năng trong một MBA nối bộ B3(4) trong một năm là:
ΔA = 10798 x 365 = 3.941.366 (kWh)
2.3.2. Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu 3 pha:
Tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp tự ngẫu xác định theo biểu
thức:
ΔA BTN  n.ΔPo .t 

2
2
ΔPNC .S Ci
ΔPNT .S Ti
ΔPNH .S 2Hi
1
(


).t i
 S2
2
2
n
SđmB
SđmB
đmB

(2.6)

Trong đó: SiC, SiT, SiH là công suất tải qua các cuộn cao, trung, hạ của những
máy biến áp tự ngẫu liên lạc vận hành song song trong thời gian ti,
Đối với máy biến áp tự ngẫu thì tổn thất ngắn mạch của các cuộn cao, trung và

hạ được tính như sau:
PNC = 0,5. (PNC T 
= 0,5. (560 

(2.7)

280 280

) = 280 KW,
0,5 2 0.5 2

PNT = 0,5. (PNC T 
= 0,5. (560 
PNH = 0,5. (

PNC  H PNT  H

)
K cl2
K cl2

PNT  H PNC  H

)
K cl2
K cl2

280 280

) = 280 KW,

0,5 2 0.5 2

PNC  H PNT  H

 PNC T )
K cl2
K cl2

= 0,5. (

280 280

 560) = 840 KW,
0,52 0.52

Trong đó :
Do chỉ có PNC-T = 560 (KW) nên có thể xem PNC-H= PNT-H = 0,5PNC-T =
280 (KW), Theo bảng: 2.2
+ Tính phân bố công suất:
SH = SđmF1 - StdMaxF1 - SUF (F1)(t)
SUF(F1)(t) = SUF(F1)max x P% =

(2.8)

PUF max
16
.P% 
.P%
Cos
0,8

16

(2.9)


Công suất qua cuộn trung:
ST = 0,5(SUT(t) – 2.SB3(4))

(2.10)

Công suất truyền qua cuộn cao:

SC = SH - ST

(2.11)

Ta lập bảng số liệu công suất qua từng cuộn dây MBA TN (công suất S tính theo đơn
vị MVA) như bảng sau:
Bảng 2.4
t(h)
02 24
SUF(F1)(t) 14
14
StdmaxF1 3,53 3,53
SđmF1
176,5 176,5
SUT(t) 312,94 357,64
SB3(4)
158,97 158,97

SH
158,97 158,97
ST
-2,5 19,85
SC
161,47 178,82

4  6 6  8 8  10 10  12 12  14
12,6
12,6
20
20
20
3,53
3,53 3,53 3,53 3,53
176,5 176,5 176,5 176,5 176,5
357,64 447
447 357,64 402,35
160,37 160,37 152,97 152,97 152,97
160,37 160,37 152,97 152,97 152,97
18,45 63,13 70,53 25,85 48,2
178,82 223,50 223,50 178,82 201,17

14  16 16  18 18  20 20  22 22  24
10,8
10,8
14
14
14
3,53

3,53 3,53 3,53 3,53
176,5 176,5 176,5 176,5 176,5
402,35 357,64 357,64 312,94 312,94
162,17 162,17 158,97 158,97 158,97
162,17 162,17 158,97 158,97 158,97
39
16,65 19,85 -2,5 -2,5
201,17 178,82 178,82 161,47 161,47

Từ công thức tính tổn thất điện năng, ta có:
AB1,2 = 170.24 +

1
{[280(161,47)2 + 280(2,5)2 + 840(158,97)2].6
3602

+ [280(178,82)2 + 280(19,85)2 + 840(158,97)2].2
+ [280(178,82)2 + 280(18,45)2 + 840(160,37)2].2
+ [280(223,5)2 + 280(63,13)2 + 840(160,37)2].2
+ [280(223,5)2 + 280(70,53)2 + 840(152,97)2].2
+ [280(178,8)2 + 280(25,85)2 + 840(152,97)2].2
+ [280(201,2)2 + 280(48,2)2 + 840(152,97)2].2
+ [280(201,2)2 + 280(39)2 + 840(162,17)2].2
+ [280(178,8)2 + 280(16,65)2 + 840(162,17)2].2
+ [280(178,8)2 + 280(19,85)2 + 840(158,97)2].2
= 8864 (Kwh)
Tổn thất điện năng trong một MBA TN B1(2) trong một năm là:
ΔB1(2) = 8864 x 365 = 3.235.434 (KWh)
2.3.3. Tổng tổn thất điện năng trong máy biến áp:
Tổng tổn thất điện năng của các MBA trong một năm là:

ΔB = 2 x ΔB1(2) + 2 x ΔB3(4)
= 2 x 3.235.434 + 2 x 3.941.366 = 14.353.600 (KWh)

17


CHƯƠNG 3:

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

3.1. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH:
3.1.1. Mở đầu:
Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để cho việc chọn các loại khí cụ điện.
Phương pháp tính toán ngắn mạch được sử dụng trong chương này là phương pháp
đường cong tính toán dựa trên các nguyên tắc sau :
- Trị số tương đối của dòng ngắn mạch được tra trên đường cong tính toán,
Ick = f(Xxk); (sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn
Hữu Khái - NXB Hà Nội ).
- Hệ số xung kích (Xxk) và (q) được tra ở bảng 3-2,trang 28 sách “Thiết kế nhà
máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội .
- Tính xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch (BN) ta dùng phương pháp thời
gian tương đương(Ttđ). Trong đó, Ttđ được tra trên đường cong tính toán.
- Dạng ngắn mạch tính toán là dạng ngắn mạch có dòng điện chạy qua khí cụ
điện lớn nhất. Việc chọn dạng ngắn mạch tính toán là phụ thuộc từng trường hợp cụ
thể, nhưng để thuận tiện người ta chọn ngắn mạch 3 pha đối xứng.
- Điểm ngắn mạch tính toán là điểm ngắn mạch được chọn trên sơ đồ tương ứng
với tình trạng vận hành, phù hợp với điều kiện thực tế nguy hiểm nhất.
3.1.2. Tính toán ngắn mạch cho phương án 2:
3.1.2.1. Sơ đồ nối điện có vị trí điểm ngắn mạch tính toán :
HT

N2

N1

N3
N4

N6
N5
Hình 3.1

a. Điểm ngắn mạch N1 :
- Mục đích : Chọn các khí cụ điện phía cao áp (220 KV).
- Tình trạng sơ đồ : Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc.
b. Điểm ngắn mạch N2:
- Mục đích : Chọn các khí cụ điện phía trung áp (110 KV).
- Tình trạng sơ đồ : Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc.
18


c. Điểm ngắn mạch N3:
- Mục đích : Chọn các khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp liên lạc.
- Tình trạng sơ đồ : Chỉ máy phát F1 làm việc,tất cả các máy phát khác và hệ
thống đều nghỉ .
d. Điểm ngắn mạch N4:
- Mục đích: Chọn các khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp liên lạc.
- Tình trạng sơ đồ: Tất cả các máy phát và hệ thống đều làm việc, trừ máy phát
F1 nghỉ.
e. Điểm ngắn mạch N5,N6:

- Mục đích: Chọn khí cụ điện cho mạch nối bộ, mạch phụ tải cấp điện áp máy
phát và tự dùng.
- Tình trạng sơ đồ:
+ Đối với điểm N5 thì tình trạng sơ đồ là hệ thống và các máy phát đều làm việc
bình thường, có thể xác định IN5=IN3+IN4.
+ Đối với điểm N6 thì tình trạng sơ đồ là hệ thống và các máy phát đều làm
việc bình thường.
* Kết luận: Sau khi đã xác định được dòng ngắn mạch tính toán của các điểm ta
lấy giá trị như sau:
Itt = max(IN5,IN6 )
3.1.2.2. Sơ đồ thay thế tính toán :
Từ sơ đồ nối điện có điểm ngắn mạch ta thành lập được sơ đồ thay thế tính
toán như hình 3.2:
X13
X14
HT
N1
X10

X6

X11

X9

X7

N2

X8

X5

X12

N3

N6

N4

N5
X1

X3

F1

X2

X4

F4

F3
Hình 3.2

19

F2

3.1.2.3. Tính toán các thông số của sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối:
1. Xác định đại lượng tính toán:
* Chọn các đại lượng cơ bản (cb):
Chọn S cb  100
(MVA)
U cb

U cb1  230

 U tb U cb 2  115
U  15,75
 cb 3

( KV )
( KV )
( KV )

* Dòng điện cơ bản ở các cấp điện áp:
I cb1 

I cb 2 
I cb 3 

S cb
3.U cb1
S cb

3.U cb 2

S cb
3.U cb 3

100



3.230
100



 0,251( KA)

 0,502 ( KA)
3.115
100

 3,665( KA)
3.15,75

* Điện kháng của các phần tử:
- Điện kháng của các máy phát F1, F2, F3, F4:
X 1  X 2  X 3  X 4  X "d

S cb
100
 0,25
 0,1416
S dmF

176,5

- Điện kháng của máy biến áp B3,B4:
X 11  X B 4 

U N % S cb
11 100
.

.
 0,055
100 S dmB 4 100 200

- Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu B1, B2:
U NC  H % U NT  H %  Scb
1 

 U NC T % 

2.100 
K cl
K cl  SdmBA

X C  X 9  X 10 


XT  X 7  X8 

1 
32 20  100

11 

 0, 05

200 
0,5 0,5  360

U NT  H % U NC  H %  Scb
1 

 U NC T % 

2.100 
K cl
K cl  SdmBA


XH  X5  X6 

1 
20 32  100
11 

 0, 0277

200 
0,5 0,5  360

 S
1  U NC  H % U NT  H %



 U NC T %  cb
2.100  K cl
K cl
 S dmBA



1  12 16
 100

 12 
 0,0611

200  0,5 0,5
 360

- Điện kháng của đường dây liên lạc với hệ thống:
X 13 

x0 S cb
.l.
2 U cb2

Đối với đường dây truyền tải ta có: X0 = 0,4 (Ώ/Km)
Suy ra:

X 14 

0,4
100
.220.
 0,083
2
2302

20


- Điện kháng của hệ thống:
X 14  X HT

S cb
100
 0,15
 0,015
S HT
10000

3.1.2.4. Tính dòng ngắn mạch tại các điểm:
1)Điểm ngắn mạch N1:
*Sơ đồ thay thế tính toán và biến đổi:
X19
a)
HT

X19

b)

HT

N1

N1
X9

X10

X21

X7

X8

X20
E4

X15

X17

X16
E1

E3

E4

X18
E2

E12

X19

c)

X23

X22

E34

d)

HT
N1
X21

X24

E1234
E34

X22
E12

Hình 3.3

Từ sơ đồ hình trên ta biến đổi:
X15 = X1 +X6 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027
X16 = X3 +X11 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966
X17 = X4 +X12 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966
X18 = X2 +X5 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027
X19 = X13 +X14 = 0,0945 + 0,0031 = 0,0976
Tiếp tục biến đổi:
X7
0,0277
.=
= 0,0138
2
2
X
0,055
 0,0027
X21 =X9 // X10 = 9 =
2
2

X20 =X7 // X8 =

21

X26

N7 X19

HT

X 15
0,2027
 0,1013
=
2
2
X
0,1966
X23 =X16 // X17 = 16 =
 0,0983
2
2

X22 =X15 // X18 =

X24 = X20 +X23 = 0,0138 + 0,0999 = 0,1134
Tiếp tục biến đổi :
X25 = X22 // X24 =

X 22 . X 24
0,1013.0,1134

 0,0535
X 22  X 24 0,1013  0,1134

X26 =X21 +X25 = 0,0027+0,0535=0,0562
* Tính dòng ngắn mạch:
- Qui đổi điện kháng do các máy phát cung cấp:

4

X tt  X 26

S
i 1

dmFi

 0,0562.

S cb

4.176,5
 0,3967
100

- Đối với máy phát có cuộn cản
Xt= Xtt +0,07 = 0,3967 + 0,07 = 0,4667
Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “Thiết kế nhà máy điện
và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn
mạch: I*0 = 2,53 ; I*∞ = 2,58
- Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp:
4

I" F  I *0 .I dmF  I 0

I  F  I * .I dmF

S

dmFi

 2,53

4.176,5

 4,484 (KA)
3U cb3
3.230
4.176,5
 2,58
 4,572 (KA)
3.230
i 1

- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:
I HT  I cb1

1
1
 0,251
 2,571(KA)
X 19
0,0976

- Dòng ngắn mạch tổng:
I"N1  I HT  I"F  2,571 4,484  7,02 (KA)
I  N1  I HT  I  F  2,571 4,572  7,144 (KA)

- Dòng ngắn mạch xung kích:
i xk  2K xk I" N1  2 .1,8.7,02  17,87 (KA)

I xk  q.I" N1  1,52. 7,02  10,67 (KA)

-Trong đó:
Kxk=1,8 và q=1,52 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến
áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội.

22


2) Điểm ngắn mạch N2:
Sơ đồ thay thế tính toán và biến đổi :
a)
X19

b)
X19

HT

X10

X8

HT

X9

N2

X21

X7

X20

N2
E4

X15

X17

X16
E1

E4

E3

HT
X24

X18
E2
E12

c)

X20

N2

X23

E12

E34

d)

E1234
X22

X23

X22

E34
Hình 3.4

Từ sơ đồ hình trên ta biến đổi:
X15 = X1 +X6 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027
X16 = X3 +X11 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966
X17 = X4 +X12 = 0,1416 + 0,0585 = 0,1966
X18 = X2 +X5 = 0,1416 + 0,0611 = 0,2027
X19 = X13 +X14 = 0,0945 + 0,0031 = 0,0976
Tiếp tục biến đổi :
X7

0,0277
.=
= 0,0138
2
2
X
0,055
 0,0027
X21 =X9 // X10 = 9 =
2
2
X
0,2027
 0,1013
X22 =X15 // X18 = 15 =
2
2
X
0,1966
 0,0983
X23 =X16 // X17 = 16 =
2
2

X20 =X7 // X8 =

X24 = X19 +X21 = 0,0976 + 0,0027 = 0,1003
23

X26

N7 X19

HT


Áp dụng phép biến đổi sao lưới:
Biến đổi sao ( X20,X22,X24) thành lưới (X25,X26,X30). Do coi 2 đầu X30 là đẳng
áp nên không tính toán và đưa X30 tham gia vào sơ đồ.
X 20 . X 22
0,0135.0,1013
 0,0135  0,1013 
 0,1284
X 24
0,1003
X .X
0,0135.0,1003
X26= X 20  X 24  20 24  0,0135  0,1003 
 0,1271
X 22
0,1013
X 23 . X 25
0,0983.0,1284
X27 = X23 // X25 =

 0,2568
X 23  X 25 0,0983  0,1284

X25= X 20  X 22 

* Tính dòng ngắn mạch:
- Qui đổi điện kháng do các máy phát cung cấp:
4

X tt  X 28

S
i 1

dmFi

S cb

 0,0561.

4.176,5
 0,396
100

Đối với máy phát có cuộn cản
Xt= Xtt +0,07 = 0,396 + 0,07 = 0,466
Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “thiẾt kẾ nhà máy điỆn
và trẠm biẾn áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn
mạch:I*0 = 2,54 ; I*∞ = 2,59
- Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp:
-

4

I" F  I *0 .I dmF  I 0

I  F  I * .I dmF

S

dmFi

 2,54.

4.176,5

 9,002 (KA)
3U cb3
3.115
4.176,5
 2,59.
 9,18 (KA)
3.115
i 1

- Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp:
I HT  I cb1

1
1
 0,502.
 3,949 (KA)
X 19
0,1271

- Dòng ngắn mạch tổng :
I"N1  I HT  I"F  3,949  9,02  12,969(KA)
I  N1  I HT  I  F  3,949  9,18  13,129(KA)

- Dòng ngắn mạch xung kích :
i xk  2K xk I" N1  2 .1,8.12,969  33,014 (KA)

I xk  q.I" N1  1,52.12,969  19,713 (KA)

-Trong đó:
Kxk=1,8 và q=1,52 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến
áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội.

24


3) Điểm ngắn mạch N3:
Sơ đồ tính toán :
X1

E1

N3

Hình 3.5
Ta có:
X2 = 0,1416
* Tính dòng ngắn mạch :
- Qui đổi điện kháng do máy phát cung cấp:
X tt  X 2

S dmF
176,5
 0,1416.
 0,2499
S cb
100

Đối với máy phát có cuộn cản
Xt= Xtt +0,07 = 0,2419 + 0,07 = 0,32
Tra đường cong tính toán trên hình 3-6, trang 35, sách “Thiết kế nhà máy điện
và trạm biến áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái – NXB Hà Nội . Ta được bội số dòng ngắn
mạch: I*0 = 3,7 ; I*∞ = 3,1
- Dòng ngắn mạch do các máy phát cung cấp:
-

I" N3  I *0 .I dmF  I 0
I  N3  I * .I dmF

S dmF

 3,7.

176,5

 23,938 (KA)
3U cb3
3.15,75
176,5
 3,1.

 20,05 (KA)
3.15,75

- Dòng ngắn mạch xung kích:
i xk  2K xk I" N1  2 .1,93.23,938  65,339 (KA)

I xk  q.I" N1  1,65.23,938  39,497 (KA)

-Trong đó:
Kxk=1,93 và q =1,65 trang 39 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến
áp”- PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội.

25