Đồ án Hệ thống điện TranTienDat

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.01 MB, 137 trang )

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
CHUYÊN ĐỀ:
TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Giảng viên hướng dẫn

: TS. NGUYỄN NHẤT TÙNG

Sinh viên thực hiện

: TRẦN TIẾN ĐẠT

Ngành

: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỆN

Khoa

: HỆ THỐNG ĐIỆN

Lớp

: Đ5H3

Khóa

: 2010 – 2015

Hà Nội, tháng 1 năm 2015
GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

LỜI MỞ ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa thì ngành năng lượng là một ngành
công nghiệp quan trọng, nhu cầu sử dụng năng lương ngày một tăng cao do vậy luôn
được ưu tiên phát triển hàng đầu.
Tuy nhiên, nguồn năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay đang
trở nên khan hiếm, trở thành một vấn đề lớn trên thế giới. Năng lượng điện và nhà máy
điện là một phần không thể thiếu được của ngành năng lượng. Cùng với sự phát triển
của ngành năng lượng, việc xây dựng các nhà máy điện, hòa vào hệ thống điện sẽ nâng
cao tính bảo đảm cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ. Hỗ trợ nhau khi có sự cố
một nhà máy nào đó, nâng cao chất lượng điện năng, công suất truyền tải, giảm tổn

thất công suất điện năng, nâng cao ổn định trong hệ thống và đáp ứng các chỉ tiêu kinh
tế kĩ thuật đề ra của ngành năng lượng.
Sau khi học xong chương trình đào tạo của ngành hệ thống điện, em được giao
nhiệm vụ thiết kế luận văn tốt nghiệp gồm 2 phần có nội dung:
Phần 1 – Đề tài: Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện, gồm 4 tổ máy với
công suất mỗi tổ máy là 60 MW cung cấp cho phụ tải địa phương cấp 10,5 kV, phụ tải
cấp điện áp trung 110 kV và phát về hệ thống qua đường dây kép dài 25 km. Gồm 6
chương:
+ Chương 1: Tính toán phụ tải và chọn sơ đồ nối dây
+ Chương 2: Tính toán chọn máy biến áp
+ Chương 3: Tính toán kinh tế - kĩ thuật, chọn phương án nối điện tối ưu
+ Chương 4: Tính toán ngắn mạch
+ Chương 5: Chọn khí cụ điện và dây dẫn
+ Chương 6: Tính toán điện tự dùng của nhà máy
Phần 2 – Chuyên đề: Tính toán ổn định cho nhà máy điện đã thiết kế. Gồm 2
chương:
+ Chương 7: Tính toán ổn định tĩnh
+ Chương 8: Tính toán ổn định động

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

LỜI CÁM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo của trường Đại Học Điện Lực, đặc
biệt là các thầy, cô trong khoa Hệ Thống Điện đã dìu dắt, trang bị kiến thức quý báu
cho em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp
đã giúp em hoàn thành tốt bản luận văn tốt nghiệp này.
Đặc biệt hơn nữa, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Nhất Tùng đã tận
tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thiết kế luận văn tốt nghiệp này.
Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 5 tháng 1 năm 2015
Sinh viên
Trần Tiến Đạt

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

giây và cáp nhôm vỏ PVC với tiết diện nhỏ nhất 70 mm2.
2. Phụ tải cấp điện áp trung UT (110kV)
Pmax = 120 MW, cosφ = 0,86. Gồm 2 kép x 60 MW có biến thiên phụ tải ghi trên
bảng.
3. Nhà máy liên lạc với hệ thống điện bằng đường dây kép 220 kV dài 25 km
Hệ thống có công suất (không kể nhà máy đang thiết kế): SđmHT = 5000 MVA, điện
kháng ngắn mạch tính đến thanh góp phía hệ thống X*HT = 0,85, công suất dự phòng
của hệ thống: SdtHT = 150 MVA.
4. Công suất toàn nhà máy
Bảng biến thiên công suất của phụ tải ở các cấp điện áp và toàn nhà máy

Giờ
PUF(%)

0÷6
80

6÷9
80

9÷12
70

12÷16
80

16÷20
100

20÷22

90

22÷24
80

PUT(%)

90

80

90

90

90

80

80

PTNM(%)

80

80

90

100

100

90

90

PHẦN 2: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY ĐÃ THIẾT KẾ
Tính toán ổn định tĩnh, ổn định động, thời gian cắt tới hạn và góc cắt tới hạn của
nhà máy đã thiết kế.

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

MỤC LỤC
PHẦN 1: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY .......................... 2
1.1 Lựa chọn máy phát điện cho nhà máy nhiệt điện ...................................................2
1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất.................................................................2
1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy ...........................................................................2
1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng ......................................................................................3
1.2.3 Đồ thị phụ tải các cấp điện áp của nhà máy .....................................................4
1.2.4 Đồ thị công suất phát về hệ thống ....................................................................6
1.3 Đề xuất các phương án nối điện .............................................................................9

1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất phương án nối điện ....................................................9
1.3.2 Các phương án nối điện..................................................................................10
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP .................................................... 14
2.1 Tính toán cho phương án 1 ...................................................................................14
2.1.1 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp ......................................14
2.1.2 Chọn máy biến áp ...........................................................................................15
2.1.3 Kiểm tra điều kiện quá tải của máy biến áp khi có sự cố...............................17
2.1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp.............................................21
2.2 Tính toán cho phương án 2 ...................................................................................23
2.1.5 Phân bố công suất các cấp điện áp của máy biến áp ......................................23
2.1.6 Chọn máy biến áp ...........................................................................................24
2.1.7 Kiểm tra điều kiện quá tải của máy biến áp khi có sự cố...............................25
2.1.8 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp.............................................31
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KINH TẾ – KĨ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI
ĐIỆN TỐI ƯU .............................................................................................................. 33
3.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối ...............................................................................33
3.1.1 Chọn thiết bị phân phối cho phương án 1 ......................................................33
3.1.2 Chọn thiết bị phân phối cho phương án 2 ......................................................34

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

3.2 Tính toán kinh tế – kĩ thuật, chọn phương án tối ưu.............................................35
3.1.3 Khái quát chung .............................................................................................35

3.1.4 Tính toán cụ thể cho từng phương án.............................................................37
3.1.5 Chọn phương án tối ưu ...................................................................................39
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH ................................................................. 40
4.1 Chọn điểm ngắn mạch ..........................................................................................40
4.2 Lập sơ đồ thay thế .................................................................................................41
4.1.1 Tính điện kháng cho các phần tử ...................................................................41
4.1.2 Tính dòng ngắn mạch .....................................................................................43
CHƯƠNG 5: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN .................................................. 54
5.1 Tính toán dòng cưỡng bức các cấp điện áp ..........................................................54
5.1.1 Các mạch phía điện áp cao 220 kV ................................................................54
5.1.1 Các mạch phía điện áp trung 110 kV .............................................................55
5.1.2 Các mạch phía cấp điện áp máy phát 10,5 kV ...............................................56
5.2 Chọn máy cắt và dao cách ly ................................................................................57
5.2.1 Chọn máy cắt điện ..........................................................................................57
5.2.2 Chọn dao cách ly ............................................................................................58
5.3 Chọn thanh cứng đầu cực máy phát ......................................................................59
5.3.1 Chọn loại và tiết diện .....................................................................................59
5.3.2 Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch ...........................................................60
5.3.3 Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng .........................................62
5.3.4 Chọn sứ đỡ .....................................................................................................62
5.4 Chọn thanh góp, thanh dẫn mềm ..........................................................................64
5.4.1 Chọn thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 220 kV ................................................65
5.4.2 Chọn thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 110 kV ................................................68
5.5 Chọn cáp và kháng điện đường dây......................................................................71
5.5.1 Chọn cáp .........................................................................................................71
5.5.2 Chọn kháng điện đường dây ..........................................................................74

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

5.5.3 Chọn máy cắt 1 ...............................................................................................81
5.6 Chọn máy biến áp đo lường ..................................................................................82
5.6.1 Chọn máy biến dòng điện...............................................................................82
5.6.2 Máy biến điện áp ............................................................................................85
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG CỦA NHÀ MÁY ................................ 88
6.1 Sơ đồ cung cấp điện tự dùng.................................................................................88
6.2 Tính toán chọn thiết bị điện, khí cụ điện tự dùng .................................................89
6.2.1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp điện áp tự dùng 6,3 kV .................................89
6.2.2 Chọn máy biến áp tự dùng cấp điện áp tự dùng 0,4 kV .................................90
6.2.3 Chọn máy cắt, dao cách ly tự dùng cấp điện áp máy phát 10,5 kV ...............90
6.2.4 Chọn máy cắt tự dùng cấp điện áp 6,3 kV .....................................................92
6.2.5 Chọn aptomat cho mạch tự dùng phía hạ áp 0,4 kV ......................................93
PHẦN 2: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY ĐIỆN
CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TĨNH ............................................................... 96
7.1 Lập sơ đồ thay thế .................................................................................................96
7.1.1 Các thông số tính toán ....................................................................................96
7.1.2 Sơ đồ thay thế .................................................................................................96
7.2 Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản.........................................................................100
7.3 Tính suất điện động và lập đường đặc tính công suất ........................................106
7.3.1 Xác định suất điện động E’ ..........................................................................107
7.3.2 Xác định tổng trở riêng, tổng trở tương hỗ của nhà máy .............................107
7.3.3 Phương trình đặc tính công suất ...................................................................108
7.3.4 Tính công suất cơ của tuabin P0 ...................................................................108
7.4 Xác định hệ số dự trữ ..........................................................................................109

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐỘNG ........................................................... 110
8.1 Lập đặc tính công suất cho các chế độ ...............................................................110
8.1.1 Trước khi xảy ra ngắn mạch.........................................................................110
8.1.2 Trong khi xảy ra ngắn mạch.........................................................................111

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

8.1.3 Sau khi xảy ra ngắn mạch ............................................................................113
8.2 Xác định góc cắt tới hạn .....................................................................................116
8.2.1 Xác định miền cắt tới hạn.............................................................................116
8.2.2 Tính góc cắt tới hạn ......................................................................................116
8.2.3 Tính thời gian cắt tới hạn .............................................................................118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 123

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thông số máy phát điện TBΦ – 60 – 2 ........................................................... 2
Bảng 1.2: Công suất phát toàn nhà máy tại từng thời điểm ............................................ 3
Bảng 1.3: Công suất phụ tải tự dừng tại từng thời điểm ................................................. 4
Bảng 1.4: Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại từng thời điểm ............................ 5
Bảng 1.5: Công suất phụ tải điện áp trung 110 kV tại các thời điểm .............................. 6
Bảng 1.6: Công suất phát về hệ thống tại từng thời điểm ............................................... 7
Bảng 1.7: Tổng kết phân bố công suất của nhà máy ....................................................... 7
Bảng 1.8: Tổng hợp kết quả ............................................................................................ 8
Bảng 2.1: Kết quả phân bố công suất MBA tự ngẫu phương án 1 ................................ 15
Bảng 2.2: Thông số kĩ thuật máy biến áp hai dây quấn B1, B4 phương án 1 ............... 16
Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự ngẫu B2, B3 phương án 1 ....................... 17
Bảng 2.4: Tổng hợp công suất các cấp ứng với phụ tải bên trung cực đại.................... 17
Bảng 2.5: Tổn thất điện năng ngắn mạch trong máy biến áp B2, B3............................ 23
Bảng 2.6: Kết quả phân bố công suất MBA tự ngẫu phương án 2 ................................ 24
Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật máy biến áp hai dây quấn B3, B4 phương án 2 ............... 25
Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự ngẫu B1, B2 phương án 2 ....................... 25
Bảng 2.9: Công suất các cấp khi phụ tải bên trung cực tiểu ......................................... 29
Bảng 2.10: Tổn thất điện năng ngắn mạch trong máy biến áp B1, B2.......................... 31
Bảng 3.1: So sánh chỉ tiêu kinh tế 2 phương án ............................................................ 39
Bảng 4.1: Tổng hợp kết quả tính toán ngắn mạch ......................................................... 52
Bảng 5.1: Tổng kết giá trị dòng cưỡng bức mạch các cấp ............................................ 57
Bảng 5.2: Thông số kĩ thuật máy cắt điện các cấp ........................................................ 58
Bảng 5.3: Thông số kĩ thuật dao cách ly các cấp điện áp.............................................. 59
Bảng 5.4: Thông số kĩ thuật thanh dẫn cứng đầu cực máy phát ................................... 60
Bảng 5.5: Thông số kĩ thuật sứ đỡ thanh dẫn cứng ....................................................... 64
Bảng 5.6: Thông số kĩ thuật thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 220 kV ........................... 65

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

Bảng 5.7: Kết quả tính toán ngắn mạch tại N1 ở từng thời điểm .................................. 67
Bảng 5.8: Thông số thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 220 kV chọn lại ........................... 68
Bảng 5.9: Thông số kĩ thuật thanh góp, thanh dẫn mềm cấp 110 kV ........................... 69
Bảng 5.10: Kết quả tính toán ngắn mạch tại N2 ở từng thời điểm ................................ 70
Bảng 5.11: Thông số kĩ thuật cáp 1 của hệ thống cáp phụ tải địa phương 10,5 kV...... 73
Bảng 5.12: Thông số kĩ thuật kháng điện PbA – 10 – 1500 – 6.................................... 77
Bảng 5.13: Phân bố công suất tác dụng qua từng kháng, MW ..................................... 79
Bảng 5.14: Thông số kĩ thuật kháng điện kép PbAC – 10 – 2x600 – 6 ........................ 80
Bảng 5.15: Thông số kĩ thuật máy cắt 1 ........................................................................ 82
Bảng 5.16: Phụ tải thứ cấp máy biến áp đo lường ........................................................ 83
Bảng 5.17: Thông số kĩ thuật máy biến dòng cấp 10,5 kV ........................................... 84
Bảng 5.18: Thông số kĩ thuật máy biến dòng cấp 110 kV và 220 kV ......................... 85
Bảng 5.19: Thông số phụ tải thứ cấp máy biến điện áp cấp 10,5 kV ............................ 85
Bảng 5.20: Thông số kĩ thuật máy biến điện áp cấp 10,5 kV ....................................... 86
Bảng 5.21: Thông số biến điện áp cấp 110 kV và 220 kV ............................................ 87
Bảng 6.1: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự dùng cấp điện áp tự dùng 6,3 kV ............ 90
Bảng 6.2: Thông số kĩ thuật máy biến áp tự dùng cấp điện áp tự dùng 0,4 kV ............ 90
Bảng 6.3: Thông số máy cắt điện tự dùng cấp điện áp máy phát .................................. 91
Bảng 6.4: Thông số kĩ thuật dao cách ly tự dùng cấp điện áp máy phát ....................... 92
Bảng 6.5: Thông số kĩ thuật máy cắt điện tự dùng cấp điện áp 6,3 kV ........................ 93
Bảng 6.6: Thông số kĩ thuật aptomat mạch hạ áp 0,4 kV ............................................. 94
Bảng 8.1: Kết quả tính góc δ của từng phân đoạn ....................................................... 121

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Đồ thị công suất toàn nhà máy ........................................................................3
Hình 1.2: Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy .......................................................................4
Hình 1.3: Đồ thị phụ tải địa phương ................................................................................5
Hình 1.4: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung ......................................................................6
Hình 1.5: Đồ thị công suất phát về hệ thống ...................................................................7
Hình 1.6: Đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy ..............................................................8
Hình 1.7: Sơ đồ nối điện phương án 1...........................................................................10
Hình 1.8: Sơ đồ nối điện phương án 2...........................................................................11
Hình 1.9: Sơ đồ nối điện phương án 3...........................................................................12
Hình 1.10: Sơ đồ nối điện phương án 4.........................................................................13
Hình 2.1: Sơ đồ nối điện phương án 1...........................................................................14
Hình 2.2: Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp khi gặp sự cố 1 ......................18
Hình 2.3: Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp khi gặp sự cố 2 ......................20
Hình 2.4: Sơ đồ nối điện phương án 2...........................................................................23
Hình 2.5: Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp khi gặp sự cố 1 ......................26
Hình 2.6: Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp khi gặp sự cố 2 ......................28
Hình 2.7: Phân bố công suất các cuộn dây máy biến áp khi sự cố 3 .............................30
Hình 3.1: Sơ đồ thiết bị phân phối các cấp phương án 1...............................................34
Hình 3.2: Sơ đồ thiết bị phân phối các cấp phương án 2...............................................35

Hình 4.1: Sơ đồ lựa chọn điểm ngắn mạch ...................................................................40
Hình 4.2: Sơ đồ thay thế ngắn mạch .............................................................................41
Hình 4.3: Sơ đồ thay thế ngắn mạch tại N1...................................................................45
Hình 4.4: Sơ đồ thay thế đơn giản ngắn mạch tại N1 ...................................................46
Hình 4.5: Sơ đồ thay thế ngắn mạch tại N2...................................................................47
Hình 4.6: Sơ đồ thay thế đơn giản ngắn mạch tại N2 ...................................................48

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Điện

Hình 4.7: Sơ đồ thay thế ngắn mạch tại N3...................................................................49
Hình 4.8: Sơ đồ thay thế đơn giản ngắn mạch tại N3 ...................................................50
Hình 4.9: Sơ đồ thay thế đơn giản ngắn mạch tại N3” ..................................................51
Hình 5.1: Sơ đồ các mạch máy cắt các cấp điện áp.......................................................54
Hình 5.2: Thanh dẫn cứng đầu cực máy phát hình máng ..............................................59
Hình 5.3: Sơ đồ chọn sứ đỡ ...........................................................................................63
Hình 5.4: Sơ đồ hệ thống cáp cho phụ tải địa phương ..................................................72
Hình 5.5: Sơ đồ thay thế ngắn mạch chọn kháng điện đường dây ................................75
Hình 5.6: Sơ đồ cấp điện từ điện kháng kép .................................................................78
Hình 5.7: Sơ đồ thay thế tính toán điện kháng kép .......................................................79
Hình 5.8: Sơ đồ nối dây các thiết bị đo và máy biến áp đo lường ................................83
Hình 6.1: Sơ đồ điện tự dùng nhà máy nhiệt điện .........................................................89
Hình 6.2: Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại N7 .................................................................92
Hình 6.3: Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại N8 .................................................................93

Hình 7.1: Sơ đồ thay thế trong tính toán ổn định tĩnh .................................................100
Hình 7.2: Sơ đồ thay thế đơn giản tính toán ổn định tĩnh ...........................................106
Hình 7.3: Đường đặc tính công suất trong tính toán ổn định tĩnh ...............................108
Hình 8.1: Sơ đồ tính toán ổn định động khi xảy ra N(3) tại đường dây nối nhà máy với
hệ thống điện ...............................................................................................................111
Hình 8.2: Sơ đồ thay thế tính toán ổn định động.........................................................111
Hình 8.3: Sơ đồ thay thế trường hợp sau khi xảy ra sự cố ngắn mạch ........................113
Hình 8.4: Sơ đồ thay thế đơn giản trường hợp sau khi xảy ra sự cố ngắn mạch.........115
Hình 8.5: Đặc tính công suất trong các trường hợp ....................................................117
Hình 8.6: Đồ thị góc δ theo thời gian t ........................................................................121

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

1

Luận Văn Tốt Nghiệp

PHẦN 1
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

Luận Văn Tốt Nghiệp

2

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY

Trong quá trình thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện, số lượng máy phát và
công suất của mỗi máy phát đã được đề suất từ trước. Do đó việc tính toán phụ tải
trong chương này làm căn cứ cho việc lập các phương án nối dây, giúp người thiết kế
có cơ sở để định hình lựa chọn các phương án nối dây sao cho tối ưu.
1.1 Lựa chọn máy phát điện cho nhà máy nhiệt điện
Theo yêu cầu thiết kế, nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi tổ máy là
60 MW.
Tra sổ tay “Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS.TS. Phạm
Văn Hòa và ThS. Phạm Ngọc Hùng (Bảng 1.1 Máy phát điện đồng bộ tuabin hơi) ta
chọn được loại máy phát điện đồng bộ tuabin hơi TBΦ – 60 – 2 với các thông số trong
bảng sau:
Bảng 1.1: Thông số máy phát điện TBΦ – 60 – 2

Sđm
MVA
75

Pđm MW cosφ
60

0,8

Uđm
kV

Iđm
kA

n
V/ph

10,5 4,125 3000

Điện kháng tương đối
Xd "
0,146

Xd'
0,22

Xd
1,691

1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất
Trong nhiệm vụ thiết kế, người ta thường cho công suất cực đại (Pmax), hệ số công
suất cos và biểu đồ biến thiên công suất trong các khoảng thời gian dạng phần trăm
P%(t), dựa vào các số liệu bảng cho trong đề bài ta tiến hành xây dựng các đồ thị phụ
tải tự dùng, trung áp, toàn nhà máy…
1.2.1 Công suất phát toàn nhà máy
Công thức tính công suất phát toàn nhà máy tại từng khoảng thời gian là:

P%(t)  PđmF

Stnm (t) 
.
100 cos F

(1.1)

Trong đó:
+ Stnm(t): công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t.
+ P%(t): phần trăn công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t.
+ cosφF = 0,8: hệ số công suất định mức của máy phát.
GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

Luận Văn Tốt Nghiệp

3

+ ∑PđmF = 4.Pđm = 4.60=240 MW: tổng công suất định mức của nhà máy.
Áp dụng công thức (1.1) ta có bảng công suất toàn nhà máy tại các thời điểm t sau:
Bảng 1.2: Công suất phát toàn nhà máy tại từng thời điểm

t(h)
Ptnm%
Stnm
MVA

0÷6
80

6÷9
80

9÷12
90

12÷16
100

16÷20
100

20÷22
90

22÷24
90

240

240

270

300

300

270

270

Ta có đồ thị công suất phát toàn nhà máy như sau:
Stnm
MVA
300

300
250

270

270
240

200
150
100
50
0

6

9

12

16

20 22 24

t,h

Hình 1.1: Đồ thị công suất toàn nhà máy

1.2.2 Đồ thị phụ tải tự dùng
Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dạng
nhiên liệu, loại tuabin, công suất phát của nhà máy…Công suất tự dùng gồm 2 thành
phần: thành phần thứ nhất(chiếm khoảng 40%) không phụ thuộc vào công suất phát
của nhà máy, phần còn lại(chiếm khoảng 60%) phụ thuộc vào công suất phát của nhà
máy. Một cách gần đúng có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo
công thức sau:

TD n.PđmF 
Stnm (t) 

 (1.2)
STD (t) 
.
. 0, 4  0,6.

100 cos TD 
n.S
đmF 

Trong đó:

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

Luận Văn Tốt Nghiệp

4

+ STD(t): phụ tải tự dùng tại thời điểm t.
+ αTD: lượng điện phần trăm tự dùng, αTD = 11,7%.
+ cosφTD: hệ số công suất phụ tải tự dùng, cosφTD = 0,85.
+ n: số tổ máy phát, n = 4.
+ PđmF, SđmF: công suất tác dụng và biểu kiến định mức của một tổ MPĐ.
+ Stnm(t): công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t.
Áp dụng công thức (1.2) ta có bảng công suất phụ tải tự dùng tại các thời điểm như
sau:
Bảng 1.3: Công suất phụ tải tự dừng tại từng thời điểm

t(h)
Stnm
MVA
STD
MVA

0÷6

6÷9

9÷12

12÷16

16÷20

20÷22

22÷24

240

240

270

300

300

270

270

29,07

29,07

31,05

33,04

33,04

31,05

31,05

Ta có đồ thị công suất phụ tải tự dùng của nhà máy tại từng thời điểm như sau:
STD
MVA
35

33,04

31,05
30

31,05

29,07

20

10

0

6

9

12

16

20 22 24

t,h

Hình 1.2: Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy

1.2.3 Đồ thị phụ tải các cấp điện áp của nhà máy
Công suất phụ tải các cấp tại từng thời điểm được xác định theo công thức sau:

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

Luận Văn Tốt Nghiệp

5

P
S(t)  max .P%(t) (1.3)
cos 

Trong đó:
+ S(t): công suất phụ tải tại thời điểm t.
+ Pmax: công suất lớn nhất của phụ tải.
+ P%(t): phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t.
+ cosφ: hệ số công suất tương ứng tại từng cấp điện áp.
 Cấp điện áp máy phát 10,5 kV
Cấp điện áp máy phát có các thông số: Pmax = 16 MW, cosφ = 0,86; gồm 2 lộ kép x
8 MW, dài 1 km.
Áp dụng công thức (1.3) ta có bảng công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại từng
thời điểm sau:
Bảng 1.4: Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại từng thời điểm

t(h)
PUF%
S10,5
MVA

0÷6
80

6÷9
80

9÷12
70

12÷16
80

16÷20

100

20÷22
90

22÷24
80

14,88

14,88

13,02

14,88

18,60

16,74

14,88

Ta có đồ thị công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại từng thời điểm như sau:
Sdp
MVA
18,6

20
14,48

14,48
13,02

16,74
14,88

10

6

0

9

12

16

20 22 24

t,h

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải địa phương

 Cấp điện áp trung 110 kV
Cấp điện áp trung 110 kV có các thông số: Pmax = 120 MW, cosφ = 0,86; gồm 2 lộ
đường dây kép x 60 MW.
GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

Luận Văn Tốt Nghiệp

6

Áp dụng công thức (1.3) ta có bảng công suất phụ tải phía điện áp trung 110 kV tại
từng thời điểm sau:
Bảng 1.5: Công suất phụ tải điện áp trung 110 kV tại các thời điểm

t(h)
PUT%
S110
MVA

0÷6
90

6÷9
80

9÷12
90

12÷16
90

16÷20

90

20÷22
80

22÷24
80

125,58

111,63

125,58

125,58

125,58

111,63

111,63

Ta có đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 110 kV tại các thời điểm như sau:
SUT
MVA
150
125,58
111,63

125,58

111,63

100

50

0

6

9

12

16

20 22 24

t,h

Hình 1.4: Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung

1.2.4 Đồ thị 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:
Stnm(t) = SVHT(t) + Sdp(t) + SUT(t) + STD(t)
Hay ta có :
SVHT(t) = Stnm(t) – [Sdp(t) + SUT(t) + STD(t)] (1.4)
Trong đó :

+ SVHT(t) : công suất phát về hệ thống tại thời điểm t.
+ Stnm(t) : công suất phát toàn nhà máy tại thời điểm t.
+ STD(t) : công suất tự dùng nhà máy tại thời điểm t.

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

Luận Văn Tốt Nghiệp

7

+ Sdp(t) : công suất phụ tải địa phương tại thời điểm t.
+ SUT(t) : công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t.
Áp dụng công thức (1.4) ta có bảng công suất phát về hệ thống tại từng thời điểm
như sau :
Bảng 1.6: Công suất phát về hệ thống tại từng thời điểm

t(h)
SVHT
MVA

0÷6

6÷9

9÷12

12÷16

16÷20

20÷22

22÷24

70,46

84,42

100,34

126,50

122,78

110,57

112,44

Đồ thị công suất phát về hệ thống tại từng thời điểm như sau :
SVHT
MVA
150

126,5

122,78
110,57 112,44

100,34
84,42

100
70,46
50

0

6

9

12

16

20 22 24

t,h

Hình 1.5: Đồ thị công suất phát về hệ thống

Ta có bảng tổng kết phân bố công suất của nhà máy nhiệt điện như sau :
Bảng 1.7: Tổng kết phân bố công suất của nhà máy

t(h)

Stnm MVA

0÷6
240

6÷9
240

9÷12
270

12÷16
300

16÷20
300

20÷22
270

22÷24
270

STD MVA

29,07

29,07

31,05

33,04

33,04

31,05

31,05

Sdp MVA

14,88

14,88

13,02

14,88

18,60

16,74

14,88

SUT MVA

125,58

111,63

125,58

125,58

125,58

111,63

111,63

SVHT MVA

70,46

84,42

100,34

126,50

122,78

110,57

112,44

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

Luận Văn Tốt Nghiệp

8

Từ bảng tổng kết phân bố công suất ta có bảng tổng hợp kết quả sau :
Bảng 1.8: Tổng hợp kết quả

Phụ tải
Stnm, MVA

Giá trị max
300

Giá trị min
240

STD, MVA

33,04

29,07

Sdp, MVA

18,60

13,02

SUT, MVA

125,58

111,63

SVHT, MVA

126,5

70,46

Đồ thị tổng hợp của toàn nhà máy nhiệt điện :

S
MVA
Stnm

SUT

300

SVHT

250

STD

200

Sdp

150
100
50

0

6

9

12

16

20 22 24

t,h

Hình 1.6: Đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy

Nhận xét:
+ Ta thấy phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp. Phụ tải cấp điện áp máy
phát có Pmax = 16 MW nhỏ hơn nhiều so với công suất của một máy phát có PđmF = 60
MW và của toàn nhà máy thiết kế.

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

9

Luận Văn Tốt Nghiệp

+ Phụ tải điện áp trung rất lớn, PUTmax = 120 MW bằng một nửa công suất của toàn
nhà máy.
+ Trong điều kiện hoạt động bình thường, nhà máy luôn phát công suất về hệ thống,
lượng công suất về hệ thống rất lớn, SVHTmax = 126,5 MVA, bằng 42,17% công suất
toàn nhà máy (Stnm = 300 MVA) và bằng 2,53% công suất toàn hệ thống (SHT = 5000
MVA).
1.3 Đề xuất các phương án nối điện
1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất phương án nối điện
Chọn sơ đồ nối điện là một trong những khâu quan trọng nhất trong việc tính toàn
thiết kế nhà máy điện. Các phương án đề xuất phải đảm bảo cung cấp điện liên tục, tin
cậy cho các phụ tải, thể hiện được tính khả thi về kỹ thuật và kinh tế.
Ta xét một số điều kiện:
+ Khi công suất phụ tải địa phương nhỏ, thì không cần thanh góp điện áp cấp máy
phát, chúng được cấp điện từ đầu cực máy phát, phía trên máy cắt của máy biến áp liên
lạc. Quy định về mức nhỏ của phụ tải địa phương: cho phép rẽ nhánh từ đầu cực máy
phát một lượng công suất không quá 15% công suất định mức tổ máy phát. Giả thiết
đưa ra phụ tải địa phương được cấp điện từ đầu cực 2 tổ máy phát. Khi đó ta có:

Smax
18, 6

dp
.100  12, 4%  15%
.100 
2.S
2.75
đmF
Như vậy không cần thiết kế thanh góp cấp điện áp máy phát. Phụ tải địa phương
được lấy điện từ đầu cực máy phát.
+ Nhà máy được thiết kế với 3 cấp điện áp có cấp cao 220 kV và trung 110 kV đều
là mạng có trung tính trực tiếp nối đất.
Mặt khác, hệ số có lợi  

U U
T  220  110  0,5
C
U
220
C

Vậy nên ta có thể sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu để làm liên lạc.
+ Xét điều kiện:

min
Smax
UT  125,58  1,67 và SUT  111,63  1, 49
S
75
S
75
đmF

đmF

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

Luận Văn Tốt Nghiệp

10

Như vậy nếu máy biến áp liên lạc là tự ngẫu, ta có thể ghép 1 đến 2 bộ máy phát
điện – máy biến áp ba pha hai dây quấn lên thanh góp điện áp trung.
+ Đối với nhà máy điện có công suất một tổ máy nhỏ. Có thể ghép một số máy phát
chung với một máy biến áp. Nhưng phải đảm bảo điều kiện:

 SđmF  SHT
DT

ghepbo

Theo đề tài, công suất dự trữ của hệ thống là 150 MVA, một tổ máy phát có công
suất 75 MVA:

2.S
 2.75  150 MVA  SHT  150 MVA
DT
đmF

Vậy ta có thể ghép chung 2 máy phát điện với 1 máy biến áp và với mỗi tổ máy
phát có thêm máy cắt điện để thuận tiện cho việc hòa máy phát vào lưới.
1.3.2 Các phương án nối điện
Căn cứ vào các điều kiện trên và số liệu tính toán phụ tải các cấp, ta có thể đưa ra
một số phương án nối điện sau:
 Phương án 1:
Phương án 1 ta sử dụng 1 bộ máy phát – máy biến áp ba pha hai dây quấn, cùng 2
bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu. Liên lạc giữa hệ thống và cấp trung do máy biến
áp tự ngẫu đảm nhận. Phụ tải tự dùng được cấp điện từ đầu cực 2 máy phát F2, F3.
HT
SUT
220 kV

B1

110 kV

B4
B3

B2

STD

STD

F1

STD
Sdp

F2

STD
Sdp
F3

F4

Hình 1.7: Sơ đồ nối điện phương án 1

+ Ưu điểm: Sơ đồ kết cấu dây đơn giản trong thiết kế và vận hành.
GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Khoa Hệ Thống Điện

Luận Văn Tốt Nghiệp

11

+ Nhược điểm: Phương án sử dụng 4 máy biến áp nhưng có tận 3 loại máy biến áp
khác nhau, gây khó khăn trong việc dự phòng và sửa chữa. Hơn nữa, phương án sử
dụng 1 máy biến áp bộ bên cao trong khi giá thành máy biến áp cấp 220 kV luôn đắt
hơn so với máy biến áp cấp 110 kV. Ta tiến hành xây dựng phương án tiếp theo nhằm
tối ưu hóa các phương án.
 Phương án 2:
Phương án 2 sử dụng 2 bộ máy phát – máy biến áp tự ngẫu, tải công suất lên từ hạ
lên cao và trung. Phía trung sử dụng 2 bộ máy phát – máy biến áp ba pha hai quây

quấn tải công suất từ hạ lên trung. Công suất liên lạc giữa phía trung và cao do máy
biến áp tự ngẫu truyền tải. Phụ tải địa phương được cấp điện từ đầu cực 2 máy phát F1
và F2.
HT
SUT
220 kV

B1

110 kV

B3

B4

STD

STD

B2

STD

STD
Sdp
F1

Sdp
F2

F3

F4

Hình 1.8: Sơ đồ nối điện phương án 2

+ Ưu điểm: Sơ đồ bố trí, vận hành đơn giản. Đảm bảo sự tương hỗ giữa nguồn hệ
thống 220 kV – nhà máy điện – nguồn 110 kV để cung cấp điện cho phần lớn phụ tải
cấp trung 110 kV.
+ Nhược điểm: Bên trung sử 2 bộ máy phát – máy biến áp có tổng công suất 150
MVA. Trong khi đó công suất cực đại phụ tải cấp trung là: 125,58 MVA

2.S
 2.75  150 MVA  Smax
UT  125,58 MVA
đmF

GVHD: TS. Nguyễn Nhất Tùng

SVTH: Trần Tiến Đạt

Đồ án Hệ thống điện TranTienDat

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về