Đồ án tốt nghiệp - nguyễn thị phương liên

Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY ĐIỆN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Phƣơng Liên
Lớp:

Đ5H3

Ngành:

Hệ Thống Điện

TÊN ĐỀ TÀI:
PHẦN 1: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Thiết kế nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy × 100MW. Nhà máy có nhiệm vụ cấp
điện cho các phụ tải:
1) Phụ tải cấp điện áp máy phát: Pmax = 15 MW, cos = 0,9 gồm 3 đƣờng dây kép
3MW × 4km và 4 đƣờng dây đơn 1,5MW × 3km. Tại các trạm địa phƣơng dùng máy cắt
hợp bộ với Icat = 30kA, tcat = 0,75 sec và cáp nhôm vỏ PVC với tiết dện nhỏ nhất là
70mm2.
2) Phụ tải cấp điện áp trung 110kV: Pmax = 160MW, cos = 0,8 gồm 2 đƣờng dây
kép × 50MW và đƣờng dây đơn × 60MW. Biến thiên phụ tải ghi trong bảng (tính theo
phần trăm Pmax).
3) Nhà máy nối với HT ở cấp điện áp 220kV bằng đƣờng dây kép dài 90km (x0 =

0,4Ω/km). Công suất hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế) là : 3500 MVA. Công
suất dự phòng của HT là 120 MVA. Điện kháng ngắn mạch tính đến thanh góp phía HT
là X* = 0,9.
4) Tự dùng: α = 0,8%, cos = 0,8.
Công suất phía toàn nhà máy (tính theo phần trăm công suất đặt), biến thiên phụ tải
(tính theo phần trăm Pmax).

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

Bảng biến thiên công suất của phụ tải
Thời gian

0÷6

6÷10

10÷16

16÷20

20÷24

PĐP (%)

60

60

100

80

70

PT (%)

70

85

95

85

75

PNM (%)

80

90

95

100

80

PHẦN 2: MÔ PHỎNG SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE KHOẢNG CÁCH BẰNG
POWERWORLD
1) Tìm hiểu chƣơng trình phân tích lƣới điện powerworld trong mô phỏng động hệ
thống điện.
2) Nhập số liệu động, kiểm tra sự làm việc đúng đắn của các thông số.
3) Chạy chƣơng trình nghiên cứu các dạng sự cố cho trƣớc.
4) Vẽ các đƣờng đặc tính.
4) Các bản vẽ minh họa kèm theo.
Ngày giao nhiệm vụ: 07 tháng 10 năm 2014.
Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 9 tháng 1 năm 2015.

TRƢỞNG KHOA

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

TS. Trần Thanh Sơn

TS. Nguyễn Đăng Toản

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

LỜI CẢM ƠN

Ngành điện nói riêng và ngành năng lƣợng nói chung đóng góp một vai trò hết sức
quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nƣớc. Nhà máy điện là
một phần tử vô cùng quan trọng trong hệ thống điện. Cùng với sự phát triển của hệ thống
điện, cũng nhƣ sự phát triển hệ thống năng lƣợng quốc gia là sự phát triển của các nhà
máy điện. Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế kĩ thuật trong thiết kế nhà máy điện sẽ
mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung cũng nhƣ hệ thống
điện nói riêng.
Là một sinh viên theo học ngành hệ thống điện thì việc làm đồ án thiết kế phần điện
nhà máy điện giúp em biết cách thiết kế đúng kĩ thuật, tối ƣu về kinh tế trong bài toán
thiết kế phần điện nhà máy điện cụ thể, hƣớng dẫn sinh viên biết cách đƣa ra phƣơng án
nối điện đúng kĩ thuật, biết phân tích, biết so sánh chọn ra phƣơng án tối ƣu và biết lựa
chọn khí cụ điện phù hợp.
Với đồ án thiết kế phần điện nhà máy điện đã phần nào giúp em làm quen dần với
việc thiết kế đề tài tốt nghiệp sau này. Trong thời gian làm bài, với sự cố gắng của bản
thân, đồng thời với sự giúp đỡ của các thầy cố giáo trong bộ môn hệ thống điện và đặc
biệt với sự giúp tận tình của thầy giáo T.S Nguyễn Đăng Toản, em đã hoàn thành tốt đồ
án tốt nghiệp của mình. Song do kiến thức còn hạn chế nên bài làm không tránh khỏi
những thiếu sót. Do vậy kính mong nhận đƣợc sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để
em có đƣợc những kinh nghiệm chuẩn bị cho công việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Nguyễn Đăng Toản cùng toàn thể các thầy
cô giáo trong bộ môn.

Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Phƣơng Liên

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
........................................................................................................
SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC
PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY ................................................................................................... 1
1.1

Lựa chọn máy phát điện................................................................................ 1

1.2

Tính toán phụ tải ........................................................................................... 1

1.2.1 Phụ tải cấp điện áp máy phát điện ............................................................ 2
1.2.2 Phụ tải cấp điện áp trung áp ..................................................................... 2
1.2.3 Phụ tải toàn nhà máy ................................................................................ 2
1.2.4 Phụ tải tự dùng ......................................................................................... 3
1.2.5 Công suất phát về hệ thống và cân bằng công suất cho toàn nhà máy .... 4
1.2.6 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy ...................................................... 5
1.3

Đề xuất các phƣơng án nối dây..................................................................... 6

1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất các phƣơng án nối điện ...................................... 6
1.3.2 Các phƣơng án nối điện cụ thể ................................................................. 7
CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP ........................................... 11
2.1

Phƣơng án 1 ................................................................................................ 11

2.1.1 Phân bố công suất cho máy biến áp ....................................................... 11
2.1.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA .......................................... 13
2.1.3 Kiểm tra quá tải của MBA khi có sự cố ................................................. 14
2.1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA ............................................... 18
2.2

Phƣơng án 2 ................................................................................................ 21

2.2.1 Phân bố công suất cho máy biến áp ....................................................... 21
2.2.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA .......................................... 23
2.2.3 Kiểm tra quá tải của MBA khi có sự cố ................................................. 24
2.2.4 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA ............................................... 26

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN KINH TẾ- KỸ THUẬT, CHỌN PHƢƠNG ÁN
TỐI ƢU…………………………………………………………………………………..29
3.1

Chọn sơ đồ thiết bị phân phối ..................................................................... 29

3.1.1 Phƣơng án 1 ............................................................................................ 29
3.1.2 Phƣơng án 2 ............................................................................................ 30
3.2

Tính toán kinh tế- kỹ thuật, chọn phƣơng án tối ƣu ................................... 31

3.2.1 Vốn đầu tƣ .............................................................................................. 31
3.2.2 Chi phí vận hành hàng năm .................................................................... 33
CHƢƠNG 4. TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH ................................. 36
4.1

Chọn điểm ngắn mạch ................................................................................ 36

4.2

Lập sơ đồ thay thế ....................................................................................... 37

4.3

Tính dòng ngắn mạch theo điểm ................................................................ 39

4.3.1 Đối với điểm ngắn mạch N1 .................................................................. 39
4.3.2 Đối với điểm ngắn mạch N2 .................................................................. 40
4.3.3 Đối với điểm ngắn mạch N3 .................................................................. 42
4.3.4 Đối với điểm ngắn mạch N3’.................................................................. 44
4.3.5 Đối với điểm ngắn mạch N4 .................................................................. 44
CHƢƠNG 5. CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN .......................................... 45
5.1

Dòng điện làm việc bình thƣờng và dòng điện làm việc cƣỡng bức .......... 45

5.1.1 Các mạch cao áp phía 220kV ................................................................. 46
5.1.2 Các mạch phía trung áp 110kV .............................................................. 47
5.1.3 Mạch phía hạ áp 10,5kV......................................................................... 48

5.2

Chọn máy cắt và dao cách ly ...................................................................... 48

5.2.1 Chọn máy cắt (MC) ................................................................................ 48
5.2.2 Chọn dao cách ly (DCL) ........................................................................ 49
5.3

Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát ..................................................... 50

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

5.3.1 Chọn loại và tiết diện thanh dẫn cứng .................................................... 51
5.3.2 Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt ............................................................ 52
5.3.3 Kiểm tra điều kiện ổn định động khi ngắn mạch ................................... 52
5.3.4 Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng .................................................................... 53
5.4

Chọn thanh góp mềm .................................................................................. 55

5.4.1 Chọn tiết diện thanh góp mềm ............................................................... 55
5.4.2 Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch ................................... 55
5.4.3 Kiểm tra điều kiện vầng quang .............................................................. 60
5.5

Chọn cáp và kháng điện đƣờng dây............................................................ 61

5.5.1 Chọn cáp cho phụ tải cấp điện áp máy phát ........................................... 61
5.5.2 Chọn kháng điện đƣờng dây................................................................... 62
5.6

Chọn máy biến áp đo lƣờng ........................................................................ 66

5.6.1 Chọn máy biến dòng điện (TI) ............................................................... 66
5.6.2 Chọn máy biến điện áp (TU) .................................................................. 69
5.7

Chọn chống sét van ..................................................................................... 72

CHƢƠNG 6. TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG ..................................................... 74
6.1

Chọn sơ đồ nối điện tự dùng ....................................................................... 74

6.1.1 Cấp tự dùng 6,3kV: ................................................................................ 74
6.1.2 Cấp tự dùng 0,4kV: ................................................................................ 75
6.2

Chọn khí cụ điện tự dùng ............................................................................ 76

6.2.1 Chọn máy biến áp tự dùng ..................................................................... 76
6.2.2 Chọn máy cắt tự dùng ............................................................................ 77
6.2.3 Chọn aptomat và cầu dao ....................................................................... 79
CHƢƠNG 7. TÌM HIỂU VỀ ỔN ĐỊNH VÀ RƠLE KHOẢNG CÁCH ........... 82
7.1

Ổn định và các phƣơng pháp nâng cao ổn định .......................................... 82

7.1.1 Định nghĩa .............................................................................................. 82

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

7.1.2 Các phƣơng pháp nâng cao ổn định ....................................................... 82
7.2

Trình bày về rơle khoảng cách ................................................................... 83

7.2.1 Khái niệm chung về rơ le khoảng cách .................................................. 83
7.2.2 Các đặc tuyến khởi động của rơ le khoảng cách .................................... 83
7.2.3 Nguyên tắc thực hiện rơle khoảng cách ................................................. 83
CHƢƠNG 8. MÔ PHỎNG ĐỘNG BẲNG POWERWORLD ........................... 86
8.1

Giới thiệu phần mềm PowerWorld ............................................................. 86

8.2

Mô phỏng nhà máy nhiệt điện bằng PowerWorld ...................................... 86

8.3

Cài đặt thông số trên PowerWorld.............................................................. 87

8.3.1 Cài đặt thông số cho các máy phát điện ................................................. 87
8.3.2 Cài đặt thông số cho hệ thống kích từ (SEXS) ...................................... 88
8.3.3 Cài đặt thông số của bộ phận ổn định công suất (PSS) .......................... 88
8.3.4 Cài đặt thông số của bảo vệ khoảng cách............................................... 88
CHƢƠNG 9. CÁC KỊCH BẢN SỰ CỐ ............................................................... 92
9.1

Kịch bản 1: Khi MP không có bộ kích từ và bộ ổn định công suất ............ 92

9.1.1 Điện áp của máy phát ............................................................................. 93
9.1.2 Góc rotor của máy phát .......................................................................... 94
9.1.3 Công suất của máy phát.......................................................................... 95
9.1.4 Tốc độ quay của máy phát ...................................................................... 96
9.2

Kịch bản 2: Khi có bộ kích từ và bộ ổn định công suất ............................. 97

9.2.1 Điện áp máy phát .................................................................................... 97
9.2.2 Góc rotor của máy phát .......................................................................... 98
9.2.3 Công suất của máy phát.......................................................................... 99
9.2.4 Tốc độ quay của máy phát .................................................................... 100
9.3

Nhận xét .................................................................................................... 100

9.4

KẾT LUẬN............................................................................................... 101

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................. 102

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1: Thông số máy phát điện ...................................................................................... 1
Bảng 1. 2: Bảng đồ thị phụ tải địa phƣơng ........................................................................... 2
Bảng 1. 3: Bảng đồ thị phụ tải cấp điện áp trung ................................................................. 2
Bảng 1. 4: Bảng đồ thị phụ tải toàn nhà máy ....................................................................... 3
Bảng 1. 5: Bảng đồ thị phụ tải tự dùng................................................................................. 3
Bảng 1. 6: Bảng đồ thị phát về hệ thống .............................................................................. 4
Bảng 2. 1: Phân bố công suất cho MBA phƣơng án 1 ....................................................... 13
Bảng 2. 2: MBA hai cuộn dây B3, B4 phƣơng án 1 ............................................................ 14
Bảng 2. 3: MBA tự ngẫu liên lạc B1, B2 phƣơng án 1 ........................................................ 14
Bảng 2. 4: Tổn thất điện năng của MBA tự ngẫu trong một năm PA1 .............................. 20
Bảng 2. 5: Phân bố công suất cho MBA phƣơng án 2 ....................................................... 22

Bảng 2. 6: MBA hai cuộn dây B4 phƣơng án 2 .................................................................. 23
Bảng 2. 7: MBA hai cuộn dây B3 phƣơng án 2 .................................................................. 23
Bảng 2. 8: MBA tự ngẫu liên lạc B1, B2 phƣơng án 2 ........................................................ 23
Bảng 2. 9: Tổn thất điện năng của MBA tự ngẫu trong một năm của PA2 ....................... 27
Bảng 3. 1: Kết quả tính toán kinh tế- kỹ thuật ................................................................... 34
Bảng 4. 1: Kết quả tính toán ngắn mạch ............................................................................ 44
Bảng 5. 1: Dòng điện cƣỡng bức các cấp điện áp .............................................................. 48
Bảng 5. 2: Thông số kỹ thuật của máy cắt ......................................................................... 49
Bảng 5. 3: Thông số kỹ thuật của dao cách ly .................................................................... 50
Bảng 5. 4: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn đầu cực máy phát ......................................... 52
Bảng 5. 5: Thông số sứ đỡ thanh dẫn cứng ........................................................................ 54
Bảng 5. 6: Thông số dây dẫn thanh góp mềm .................................................................... 55
Bảng 5. 7: Giá trị hiệu dụng thành phần chu kì dòng ngắn mạch thời điểm t .................... 56
Bảng 5. 8: Dòng ngắn mạch tại các thời điểm ................................................................... 57

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

Bảng 5. 9: Xung lƣợng nhiệt thành phần chu kì ................................................................. 57
Bảng 5. 10: Giá trị hiệu dụng thành phần chu kì dòng ngắn mạch thời điểm t .................. 58
Bảng 5. 11: Dòng ngắn mạch tại các thời điểm ................................................................. 59
Bảng 5. 12: Xung lƣợng nhiệt thành phần chu kì ............................................................... 59
Bảng 5. 13: Thông số của cáp đƣờng dây đơn ................................................................... 62
Bảng 5. 14: Thông số máy cắt cho cáp 1 ............................................................................ 65
Bảng 5. 15: Thông số máy biến dòng cấp 10,5kV ............................................................. 67
Bảng 5. 16: Công suất các cuộn dây dụng cụ đo lƣờng nối vào TI .................................... 68

Bảng 5. 17: Thông số máy biến dòng cấp 110kV và 220kV.............................................. 69
Bảng 5. 18: Thông số các dụng cụ phụ tải của TU ............................................................ 70
Bảng 5. 19: Thông số máy biến điện áp TU cấp 10,5kV ................................................... 71
Bảng 5. 20: Thông số máy biến điện áp TU cấp 110kV và 220kV ................................... 72
Bảng 5. 21: Thông số của chống sét van ............................................................................ 73
Bảng 6. 1: Thông số kỹ thuật MBA tự dùng cấp 6,3kV ..................................................... 76
Bảng 6. 2: Thông số kỹ thuật MBA dự phòng cấp 6,3kV .................................................. 76
Bảng 6. 3: Thông số MBA tự dùng cấp 0,4kV ................................................................... 77
Bảng 6. 4: Thông số máy cắt tự dùng cấp điện áp MP (10,5kV) ....................................... 77
Bảng 6. 5: Thông số máy cắt tự dùng 6,3kV ...................................................................... 79
Bảng 6. 6: Thông số aptomat 0,4kV ................................................................................... 80
Bảng 6. 7: Thông số cầu dao phía hạ áp 0,4kV .................................................................. 80
Bảng 8. 1: Thông số động của máy phát điện GENROU ................................................... 88
Bảng 8. 2: Thông số động hệ thống kích từ đơn giản – Mô hình SEXS ............................ 88
Bảng 8. 3: Thông số động của bộ phận ổn định công suất – STAB1 ................................ 88

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy ................................................................. 5
Hình 1. 2: Sơ đồ nối điện phƣơng án 1................................................................................. 7
Hình 1. 3: Sơ đồ nối điện phƣơng án 2................................................................................. 8
Hình 1. 4: Sơ đồ nối điện phƣơng án 3................................................................................. 9
Hình 2. 1: Sơ đồ phƣơng án 1 ............................................................................................. 11
Hình 2. 2: Chiều phân bố công suất phƣơng án 1 .............................................................. 12

Hình 2. 3: Sự cố hỏng một bộ MBA hai cuộn dây bên trung ............................................. 15
Hình 2. 4: Sự cố hỏng một bộ MBA tự ngẫu lúc phụ tải bên trung cực đại ...................... 16
Hình 2. 5: Sự cố hỏng một bộ MBA tự ngẫu lúc phụ tải bên trung cực tiểu ..................... 17
Hình 2. 6: Sơ đồ phƣơng án 2 ............................................................................................. 21
Hình 2. 7: Chiều phân bố công suất phƣơng án 2 .............................................................. 22
Hình 2. 8: Sự cố hỏng một bộ MBA hai cuộn dây bên trung ............................................. 24
Hình 2. 9: Sự cố hỏng một bộ MBA tự ngẫu lúc phụ tải bên trung cực đại ...................... 25
Hình 3. 1: Sơ đồ thiết bị phân phối phƣơng án 1 ............................................................... 30
Hình 3. 2: Sơ đồ thiết bị phân phối phƣơng án 2 ............................................................... 31
Hình 4. 1: Vị trí các điểm ngắn mạch ................................................................................. 36
Hình 4. 2: Sơ đồ thay thế điện kháng các phần tử .............................................................. 38
Hình 4. 3: Đơn giản hóa sơ đồ đối với điểm ngắn mạch N1 .............................................. 39
Hình 4. 4: Tiếp tục đơn giản hóa điểm N1 ......................................................................... 40
Hình 4. 5: Sơ đồ đơn giản điểm N1 .................................................................................... 40
Hình 4. 6: Đơn giản hóa sơ đồ đối với điểm ngắn mạch N2 .............................................. 41
Hình 4. 7: Sơ đồ đơn giản điểm N2 .................................................................................... 41
Hình 4. 8: Đơn giản hóa sơ đồ đối với điểm ngắn mạch N3 .............................................. 42
Hình 4. 9: Tiếp tục đơn giản hóa điểm N3 ......................................................................... 43

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

Hình 5. 1: Thanh dẫn cứng đầu cực máy phát dạng hình máng ......................................... 51
Hình 5. 2: Sứ đỡ thanh dẫn cứng đầu cực máy phát .......................................................... 54
Hình 5. 3: Sơ đồ thay thế đơn giản điểm ngắn mạch N2 ................................................... 58
Hình 5. 4: Sơ đồ thay thế kháng điện ................................................................................. 63

Hình 5. 5: Sơ đồ nối điện các dụng cụ đo vào biến dòng TI và biến áp TU ...................... 66
Hình 6. 1: Sơ đồ nối điện tự dùng toàn nhà máy ................................................................ 75
Hình 6. 2: Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch N7 .................................................................. 78
Hình 6. 3: Sơ đồ thay thế chọn aptomat ............................................................................. 79
Hình 7. 1: Các đặc tính vận hành của rơle khoảng cách .................................................... 83
Hình 7. 2: Sơ đồ phối hợp tổng trở khởi động và đặc tính thời gian giữa ba vùng của bảo
vệ khoảng cách ................................................................................................................... 84
Hình 8. 1: Mô phỏng nhà máy điện bằng PowerWorld ...................................................... 87
Hình 8. 2: Đặc tuyến bảo vệ khoảng cách của đƣờng dây ................................................. 90
Hình 9. 1: Điện áp của các MP khi không có bộ kích từ và bộ ổn định công suất ............ 93
Hình 9. 2: Góc rotor của các MP khi không có bộ kích từ và bộ ổn định công suất ......... 94
Hình 9. 3: Công suất của các MP khi không có bộ kích từ và bộ ổn định công suất ......... 95
Hình 9. 4: Tốc độ quay của các MP khi không có bộ kích từ và bộ ổn định công suất ..... 96
Hình 9. 5: Điện áp của các MP khi có bộ kích từ và bộ ổn định công suất ....................... 97
Hình 9. 6: Góc rotor của MP khi có bộ kích từ và bộ ổn định công suất ........................... 98
Hình 9. 7: Công suất của MP khi có bộ kích từ và bộ ổn định công suất .......................... 99
Hình 9. 8: Tốc độ quay của các MP khi có bộ kích từ và bộ ổn định công suất .............. 100

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

HTĐ

Hệ thống điện

NĐ

Nhiệt điện

NMĐ

Nhà máy điện

MP

Máy phát

MPĐ-MBA

Máy phát- máy biến áp

MBA

Máy biến áp

MBA TN

Máy biến áp tự ngẫu

MC

Máy cắt

DCL

Dao cách ly

BI

Máy biến dòng điện

BU

Máy biến điện áp

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

CHƢƠNG 1.

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ
XUẤT CÁC PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY

Mục đích của tính toán cân bằng công suất khi thiết kế nhà máy điện để cân
bằng công suất và đảm bảo được tính kinh tế trong xây dựng và vận hành. Đây chính
là cơ sở để thành lập các phương án nối dây của nhà máy nhằm đảm bảo độ tin cậy
cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Từ những vấn đề đó đặt ra nhiệm vụ trước hết cho người thiết kế là phải tiến
hành các công việc: chọn máy phát điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất một
cách hợp lý nhất.

1.1 Lựa chọn máy phát điện
Khi thiết kế phần điện trong nhà máy điện ngƣời ta đã định trƣớc số lƣợng và
công suất máy phát điện, vì vậy chỉ cần chọn loại máy phát điện tƣơng ứng.
Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện có công suất đặt là 400MW gồm 4 tổ máy,
công suất mỗi tổ máy là 100MW.
Tra bảng ta chọn máy phát nhiệt điện TB  -100-2 có thông số sau:
Bảng 1. 1: Thông số máy phát điện
Loại MPĐ

TB-100-2

n

Sđm

Pđm

Uđm

(v/phút)

(MVA)

(MW)

(kV)

3000

117,5

100

10,5

cos

0,85

X”d

Xd’

Xd

(pu)

(pu)

(pu)

0,183

0,263

1,79

1.2 Tính toán phụ tải
Từ các giá trị Pmax ở các cấp điện áp đã cho trƣớc, kết hợp với bảng biến thiên

công suất ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp, công thức chung để tính toán
nhƣ sau:

P(t) 

P%
.Pmax
100

S(t) 

P(t)
cos 

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

1


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

trong đó:
–

S(t): là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t (%).

–

P(t): là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t (%).

–

Cos: là hệ số công suất của phụ tải.

1.2.1 Phụ tải cấp điện áp máy phát điện
Công suất tác dụng lớn nhất:

Pmax = 15MW

Hệ số công suất:

cos  =0,9

Ta có kết quả tính toán đƣợc ghi trong bảng:
Bảng 1. 2: Bảng đồ thị phụ tải địa phƣơng
t(h)

0÷6

6÷10

10÷16

16÷20

20÷24

Pdp(%)

60

60

100

80

70

Pdp(%)

9

9

15

12

10,5

Sdp(MVA)

10

10

16,67

13,33

11,67

1.2.2 Phụ tải cấp điện áp trung áp
Công suất tác dụng lớn nhất:

Pmax = 160 MW

Điện áp định mức:

U dm = 110kV

Hệ số công suất:

cos  = 0,8

Ta có kết quả tính toán đƣợc ghi trong bảng:
Bảng 1. 3: Bảng đồ thị phụ tải cấp điện áp trung
t(h)

0÷6

6÷10

10÷16

16÷20

20÷24

PT(%)

70

85

95

85

75

PT(MW)

112

136

152

136

120

ST(MVA)

140

170

190

170

150

1.2.3 Phụ tải toàn nhà máy
Công suất tác dụng lớn nhất:

Pmax = 4  100 = 400 MW

Hệ số công suất:

cos  = 0,85

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

2


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

Ta có kết quả tính toán đƣợc ghi trong bảng:
Bảng 1. 4: Bảng đồ thị phụ tải toàn nhà máy
t(h)

0÷6

6÷10

10÷16

16÷20

20÷24

PNM(%)

80

90

95

100

80

PNM(MW)

320

360

380

400

320

SNM(MVA)

376,47

423,53

447,06

470,59

376,47

1.2.4 Phụ tải tự dùng
Hệ số phần trăm lƣợng điện tự dùng:

 = 8%

Hệ số công suất:

cos td = 0,8

Công suất tự dùng của NMNĐ phụ thuộc vào nhiều yếu tố (dạng nhiên liệu, loại
tuabin, công suất phát,…) và chiếm khoảng 5% -10% tổng công suất phát. 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.

Công suất tự dùng đƣợc tính theo công thức sau:
STD(t) =

S (t )
 % n.PdmF
.
.(0, 4  0, 6. tnm )
100 cosTD
n.SdmF

trong đó:
–

n: là số tổ máy phát

–

PdmF, SdmF: là công suất tác dụng và công suất biểu kiến định mức của một tổ máy
phát (MW, MVA)

–

Stnm(t): là công suất toàn nhà máy tại thời điểm t (MVA)
Ta có kết quả tính toán đƣợc ghi trong bảng:
Bảng 1. 5: Bảng đồ thị phụ tải tự dùng
T(h)

0÷6

6÷10

10÷16

16÷20

20÷24

SNM(MVA)

376,47

423,53

447,06

470,59

376,47

Std(MVA)

35,22

37,63

38,83

40,03

35,22

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

3


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

1.2.5 Công suất phát về hệ thống và cân bằng công suất cho toàn nhà máy
Một cách gần đúng ta có thể xác định công suất của toàn nhà máy theo biểu thức:
S NM (t )  STD (t )  SDP (t )  SUT (t)  SUC (t )  SVHT (t )

Từ đó ta có công suất phát lên hệ thống là:
SVHT (t )  SNM (t)  STD (t )  SDP (t )  SUT (t )  SUC (t )

trong đó:
–

SVHT(t): là công suất phát về hệ thống tại thời điểm t (MVA)

–

SNM(t): là công suất của toàn nhà máy tại thời điểm t (MVA)

–

STD(t): là công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t (MVA)

–

SDP(t): là công suất phụ tải địa phƣơng tại thời điểm t (MVA)

–

SUT(t): là công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t (MVA)

–

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

Từ đó ta có kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất cho toàn nhà máy
trong bảng sau:
Bảng 1. 6: Bảng đồ thị phát về hệ thống
t(h)

0÷6

6÷10

10÷16

16÷20

20÷24

SNM (MVA)

376,47

423,53

447,06

470,59

376,47

Std (MVA)

35,22

37,63

38,83

40,03

35,22

Sdp(MVA)

10

10

16,67

13,33

11,67

SUT (MVA)

140

170

190

170

150

SVHT (MVA)

191,25

205,9

201,56

247,23

179,58

Nhận xét: Do SVHT > 0 nhà máy luôn phát công suất về cho hệ thống.

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

4


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

1.2.6 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy
S(MVA)
500
470,59

SNM

376,47

376,47

SVHT

245,5

185,22

ST

55,5
45,22
Std

16,67
10

0

6

Sđp
10

t(h)
16

20

24

Hình 1. 1: Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

Nhận xét chung:
–

Nhà máy luôn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải và luôn phát công suất thừa
lên hệ thống.

–

nm
Nhà máy thiết kế có tổng công suất là Sdm
 4 100  400 (MVA). So với công

suất hệ thống SHT = 3500 (MVA) thì nhà máy thiết kế chiếm 11,43% công suất
toàn hệ thống.
–

nm
Nhà máy phát công suất cực đại Smax
= 470,59 (MVA) trong khoảng thời gian từ
nm
16 ÷ 20 giờ. Nhà máy phát công suất cực tiểu Smin
=376,47 (MVA) trong khoảng

thời gian từ 0 ÷ 6 và 20 ÷ 24 giờ.
–

Nhà máy cung cấp phát lên hệ thống là lớn nhất chiếm 52,53% (247,23/470,59)
trong tổng công suất với yêu cầu là phải cung cấp cho phụ tải trung áp liên tục.
Phụ tải phía cao áp không có nên lƣợng công suất này sẽ làm cho hệ thống tăng
thêm công suất dự phòng và phân bố công suất tối ƣu, vận hành kinh tế hệ thống.

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

5


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
–

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

Phụ tải địa phƣơng cao nhất chiếm 3,73% (16,67/447,06) gồm 3 đƣờng dây kép
và 4 đƣờng dây đơn.

1.3 Đề xuất các phƣơng án nối dây
1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất các phương án nối điện
Các phƣơng án nối điện của nhà máy đƣợc dựa trên việc cân bằng công suất của
nhà máy và đƣợc thực hiện theo các nguyên tắc sau:
1.3.1.1 Khi phụ tải địa phương có công suất nhỏ thì không cần thanh góp điện áp máy
phát
–

–

Nếu

Nếu

Do

max
Sdp

2.SdmF
max
Sdp

2.SdmF

max
Sdp

2.SdmF

.100(%)  15% : Thì không cần thanh góp điện áp máy phát.

.100(%) > 15% : Thì cần thanh góp điện áp máy phát.

.100(%) 

16,67
.100  7,09 (%) < 15(%) nên không cần thanh góp cấp
2.117,5

điện áp máy phát.
1.3.1.2 Chọn máy biến áp liên lạc:
Do có 3 cấp điện áp (điện áp máy phát, điện áp trung, điện áp cao). Ta thấy thỏa
mãn 2 điều kiện:
–

Nhà máy có lƣới điện áp trung (110kV) và điện áp cao (220kV) là lƣới trung tính
trực tiếp nối đất

–

Hệ số có lợi:  

U C  UT 220  110

 0,5
UC

220

Nên ta dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc.
1.3.1.3 Chọn số lượng bộ MP-MBA hai cuộn dây ghép thẳng lên thanh góp cấp điện
áp tương ứng trên cơ sở công suất cấp và công suất tải tương ứng
max
min
Phụ tải phía điện áp trung SUT
= 190/140 = 1,35. Công suất một tổ máy
/ SUT

phát là SdmF = 117,5 (MVA).
Do dùng máy biến áp liên lạc là MBA tự ngẫu nên có thể ghép từ 1 đến 2 bộ MPMBA hai cuộn dây lên thanh góp điện áp phía trung.

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

6


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

1.3.1.4 Đối với nhà máy điện có công suất một tổ máy nhỏ có thể ghép một số máy
phát chung một máy biến áp nhưng phải đảm bảo:

S

dmF

 SdpHT

ghep

Tức là công suất của các bộ ghép phải nhỏ hơn công suất dự trữ của hệ thống.
Do:

S

dmF

 2.117,5  235 > SdpHT  120 (MVA) nên không đƣợc ghép 2 máy

ghep

phát với một máy biến áp.
Từ những cơ sở trên, ta có thể đề xuất một số phƣơng án nhƣ sau:
1.3.2 Các phương án nối điện cụ thể
1.3.2.1 Phương án 1
HTD
SUT

220kV

110kV

B1

S dp

S td Sdp

2

2

F1

B3

B2

S td

F2

B4

S td

S td

F3

F4

Hình 1. 2: Sơ đồ nối điện phƣơng án 1

–

Đặc điểm:
 Ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu B1, B2 nối với máy phát F1, F2 làm nhiệm
vụ liên lạc giữa các cấp điện áp và phát công suất thừa lên hệ thống.
 Với phụ tải bên trung áp ta dùng 2 bộ MP- MBA có nhiệm vụ phát công
suất cho phụ tải phía trung áp, phần còn lại đƣợc truyền qua các máy biến
áp tự ngẫu B1, B2 phát về hệ thống.
 Phụ tải địa phƣơng đƣợc lấy ra từ đầu cực 2 máy phát F1 và F2 nối với cuộn
hạ máy biến áp liên lạc B1 và B2.

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

7


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

 Chủng loại máy biến áp ít nên sơ đồ dễ lựa chọn thiết bị cũng nhƣ dễ dàng
lắp đặt và vận hành.
–

Ƣu điểm:
 Sơ đồ này giảm đƣợc tối đa thiết bị nối vào thanh góp cấp điện áp cao nên
vốn đầu tƣ thiết bị ít hơn có lợi về mặt kinh tế.
 Sơ đồ này đơn giản và linh hoạt trong vận hành, đảm bảo cung cấp điện liên
tục cho các phụ tải khi một trong các bộ ngừng làm việc.

–

Nhƣợc điểm:
max
min
= 190/140 (MVA) mà phía trung có 2 bộ MP-MBA có SđmF = 2.117,5
SUT
/ SUT

= 235 (MVA) nên công suất của 2 bộ MP-MBA sau khi cấp cho phụ tải SUT còn thừa
cấp về hệ thống qua MBA tự ngẫu nên sẽ có tổn thất công suất. Nhƣng điều kiện này
là không cần thiết đối với MBA liên lạc là tự ngẫu vì đối với tự ngẫu khuyến khích chế
độ truyền tải công suất từ trung sang cao (phía cao tải đƣợc công suất định mức mặc
dù phía trung và phía hạ chỉ tải đƣợc đến công suất tính toán).
1.3.2.2 Phương án 2
HTD
S UT

B3

F3

S td S
dp
2

B1

S td

F1

B2

S td

S td

S dp
2

B4

F2

F4

Hình 1. 3: Sơ đồ nối điện phƣơng án 2

–

Đặc điểm chính:

 Bộ MP-MBA (F3-B3) cũng nhƣ 2 MBA tự ngẫu phát công suất trực tiếp lên
hệ thống và truyền tải sang thanh góp trung áp.
 Phía thanh góp điện áp cao ta ghép một bộ MP-MBA có nhiệm vụ phát điện
lên hệ thống.

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

8

Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

 Với phụ tải bên điện áp trung ta dùng một bộ MP-MBA có nhiệm vụ phát
công suất cho phụ tải phía trung áp.
–

Ƣu điểm:
max
min
Với phƣơng án này do SUT
= 190/140 (MVA) mà SđmF = 117,5 (MVA) nên
/ SUT

bộ MP-MBA (F4-B4) không đủ công suất cung cấp cho phụ tải trung áp, phần còn lại
đƣợc cấp từ các máy biến áp tự ngẫu B1, B2. Nhƣ vậy luôn tận dụng đƣợc khả năng
phát công suất định mức của bộ (F4-B4).
–

Nhƣợc điểm:
Do có bộ MP-MBA nối với thanh góp 220kV nên vốn đầu tƣ cho thiết bị (MBA,

máy cắt cao áp, dao cách ly cao áp…) lớn và đắt tiền.
1.3.2.3 Phương án 3
HTD
ST

B1

S td

F1

B3

B2

S td
2

S td

S td
S dp

S dp

F2

B4

F3

2

F4

Hình 1. 4: Sơ đồ nối điện phƣơng án 3

–

Đặc điểm chính:
 Tất cả các bộ MP- MBA đều nối với vào thanh góp điện áp cao 220kV.
 Hai MBA tự ngẫu B3, B4 dùng để liên lạc và truyền tải công suất sang cho
thanh góp điện áp trung.

–

Nhƣợc điểm:

Khi xảy ra sự cố hỏng một máy biến áp tự ngẫu liên lạc, máy biến áp tự ngẫu còn
lại không đảm bảo đủ cung cấp cho phụ tải điện áp bên trung (110 kV). Số lƣợng và

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

9


Đồ án thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

chủng loại máy biến áp nhiều nên không có lợi về mặt kinh tế và gây khó khăn trong
tính toán thiết kế cũng nhƣ trong vận hành, sửa chữa.
Kết luận:
–

Hai phƣơng án đầu đều có ƣu điểm đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ở các

cấp điện áp và có cấu tạo tƣơng đối đơn giản, dễ vận hành.

–

Phƣơng án 3 tập trung quá nhiều chủng loại máy biến áp ,cấu tạo phức tạp gây
nhiều khó khăn trong vận hành và sửa chữa. Bên trung áp không có bộ máy phát
- máy biến áp nên khi sự cố 1 máy biến áp tự ngẫu liên lạc sẽ không cung cấp đủ
cho phụ tải, không đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
Do đó, ta thấy hai phƣơng án 1 và 2 có nhiều ƣu điểm hơn, đảm bảo độ an toàn,

độ tin cậy, cung cấp điện ổn định, dễ vận hành... nên ta chọn hai phƣơng án này để so
sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phƣơng án tối ƣu.

Trong chương 1 ta đã chọn được máy phát điện và sơ bộ đưa ra được các
phương án nối dây hợp lí. Tiếp theo ta sẽ tính toán để lựa chọn máy biến áp cho 2
phương án đã chọn (phương án 1 và phương án 2) và hình thành các cơ sở để chọn
phương án tối ưu nhất.

SV: Nguyễn Thị Phương Liên- Lớp: Đ5H3

10