Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và trạm biến áp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG
NIÊN KHÓA 2011 – 2014

TÊN ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
Ngành: CAO ĐẲNG KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Hà Văn Du
Sinh viên thực hiện:
Phan xuân Nam
MSSV: 111C660005
Lớp: C11DT01

Bình Dương, 5/2014
1


LỜI NĨI ĐẦU
Trong q trình cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, ngành năng lượng
điện đóng một vai trị hết sức quan trọng. Cho nên nó ln được ưu tiên hàng đầu và
phát triển đi trước một bước so với các ngành khác.
Cùng với sự phát triển của hệ thống điện quốc gia là sự phát triển của các nhà
máy điện có cơng suất lớn, vì vậy nhà máy điện và trạm biến áp là các khâu không thể
thiếu được trong hệ thống điện. Cho nên việc giải quyết tốt các vấn đề kinh tế - kỹ
thuật trong thiết kế, xây dựng, vận hành nhà máy điện và trạm biến áp là công việc hết
sức cần thiết sẽ mang lại những lợi ích khơng nhỏ cho nền kinh tế quốc dân nói chung

và hệ thống điện nói riêng.
Là sinh viên ngành kỹ thuật điện của trường Đại học Thủ Dầu Một, em được giao
nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp với nội dung như sau:
Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có cơng suất 1000MW, gồm có 5
tổ máy phát điện cung cấp công suất cho phụ tải ở các cấp điện áp 22kV, 220kV
và phát vào hệ thống 500kV.
Nhiệm vụ nghiên cứu trong đề tài này bao gổm:
Chương 1: Tính tốn phụ tải và cân bằng cơng suất.
Chương 2: Đề xuất sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện.
Chương 3: Chọn máy biến áp và tính tổn thất điện năng.
Chương 4: Tính tốn dịng điện ngắn mạch.
Chương 5: Lựa chọn phương án tối ưu.
Chương 6: Chọn thiết bị và dây dẫn.
Chương 7: Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng.
Qua thời gian hai tháng, bằng khối lượng kiến thức đã được các Thầy, Cô giáo
truyền thụ trong quá trình học tập, cùng sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của các
Thầy, Cô giáo trong khoa Điện – Điện tử. Đặc biệt là sự chỉ dẫn trực tiếp và tận tình
của Thầy ThS. Hà Văn Du đã giúp em hoàn thành bản thiết kế này. Tuy phần lớn bản
thiết kế này đã được hồn thành nhưng khơng sao tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy
em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo và bạn đọc để bản thiết
kế này được hoàn thiện hơn.

2


Qua bản thiết kế này em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo
trong Khoa Điện – Điện tử. Em kính mong Q Thầy, Cơ bỏ qua những thiếu sót mà
em đã mắc phải sau nhiều năm học tập.
Em xin chân thành cảm ơn!
Bình Dương, Tháng 5 năm 2014

Sinh viên
Phan Xuân Nam

3


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................ 1
Chương 1..................................................................................................... 6
1.1 Đồ thị phụ tải của nhà máy ................................................................ 7
1.2 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy .................................................. 8
1.3 Đồ thị phụ tải địa phương22kV ........................................................ 10
1.4 Đồ thị phụ tải trung áp 220 kV ........................................................ 11
1.5 Đồ thị phụ tải cao áp 500 kV ............................................................ 12
1.6 Nhận xét chung ................................................................................. 13
Chương 2................................................................................................... 16
2.1 Phương án 1(hình 2-1) ...................................................................... 17
2.2 Phương án 2(hình 2-2) ...................................................................... 18
2.3 Phương án 3(hình 2-3) ...................................................................... 19
Chương 3................................................................................................... 21
3.1 Chọn máy biến áp-phân phối công suất cho máy biến áp ............... 21
3.1.1 Phương án 1(hình 2-1) ....................................................................... 21
3.1.2 Phương án 2(hình 2-2) ....................................................................... 27
3.2 Tính tổn thất điện năng ..................................................................... 33
3.2.1 Phương án 1....................................................................................... 34
3.2.2 Phương án 2....................................................................................... 37
Chương 4................................................................................................... 40
4.1 Tính các điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản .................... 40
4.1.1 Điện kháng của hệ thống điện ........................................................... 40

4.1.2 Điện kháng của nhà máy ................................................................... 40
4.1.3 Điện kháng của đường dây 500 kV ................................................... 41
4.1.4 Điện kháng của máy biến áp ba pha hai cuộn dây .......................... 41
4.1.5 Điện kháng máy biến áp tự ngẫu ...................................................... 42
4.2 Tính tốn dịng điện ngắn mạch .......................................................... 42
4.3 Phương án 1 .......................................................................................... 43
4.3.1 Sơ đồ nối điện (Hình 4-1) .................................................................. 43
4.3.2 Sơ đồ thay thế (Hình 4-2) .................................................................. 45
4.3.3 Tính tốn ngắn mạch......................................................................... 45
4.4 Phương án 2 .......................................................................................... 56
4.4.1 Sơ đồ nối điện (hình 4-17) ................................................................. 56
4.4.2 Sơ đồ thay thế (hình 4-18) ................................................................. 56
4.4.3 Tính tốn ngắn mạch......................................................................... 57
Chương 5................................................................................................... 69
5.1 Chọn máy cắt cho các mạch. ............................................................... 69
4


5.2 Chọn máy cắt cho các phương án. .................................................... 72
5.3 So sánh chỉ tiêu kinh tế giữa các phương án. ................................... 73
5.3.1 Phương án 1. ...................................................................................... 77
5.3.2 Phương án 2. ...................................................................................... 77
Chương 6................................................................................................... 81
6.1 Chọn thanh dẫn thanh góp ............................................................... 81
6.1.1 Chọn thanh dẫn cứng ....................................................................... 81
6.1.2 Chọn dây dẫn mềm. .......................................................................... 82
6.1.3 Chọn thanh góp 500kV..................................................................... 83
6.1.4 Chọn thanh góp 220kV..................................................................... 84
6.2 Chọn dao cách ly. .............................................................................. 84
6.3 Chọn máy biến áp và máy biến dòng. .............................................. 84

6.3.1 Cấp điện áp 500 kV. ......................................................................... 84
6.3.2 Cấp điện áp 220 kV. ......................................................................... 85
6.4 Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện cho mạch máy phát
cấp điện áp 15,75 kV: ................................................................................. 86
6.4.1 Chọn máy biến điện áp cho mạch máy phát. .................................. 87
6.4.2 Chọn máy biến dòng điện cho mạch máy phát. .............................. 89
6.5 Chọn thiết bị cho phụ tải địa phương. ............................................. 91
6.5.1 Chọn máy biến áp. ............................................................................ 91
6.5.2 Chọn cáp cho phụ tải địa phương. ................................................... 91
6.5.3 Chọn máy cắt cho phụ tải địa phương. ........................................... 91
6.6 Chọn các chống sét van. ................................................................. 100
6.6.1 Chọn chống sét van cho thanh góp. ............................................... 100
6.6.2 Chọn chống sét van cho máy biến áp............................................. 100
Chương 7................................................................................................. 102
7.1 Chọn máy biến áp tự dùng ............................................................. 102
7.1.1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 6,3 kV (cấp 1). .............................. 102
7.1.2 Chọn máy biến áp tự dùng cấp 0,4 kV (cấp 2). .............................. 103
7.2 Chọn máy cắt điện và dao cách ly................................................... 104
7.2.1 Tính tốn ngắn mạch....................................................................... 104
7.2.2 Chọn máy cắt điện và dao cách ly cho mạch tự dùng 15,75 kV .... 105
7.2.3 Chọn máy cắt điện và dao cách ly cho mạch tự dùng 6,3 kV ........ 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 108

5


Chương 1
TÍNH TỐN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CƠNG SUẤT
Để đảm bảo chất lượng điện năng tại mỗi thời đểm, điện năng do các nhà máy
điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lượng điện năng đang tiêu thụ ở các hộ tiêu

thụ kể cả tổn thất điện năng. Vì điện năng khơng có khả năng tích lũy nên việc cân
bằng công suất trong hệ thống điện là rất quan trọng.
Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn thay đổi. Việc
nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối
với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn được các
phương án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nâng cao độ tin
cậy cung cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng… Dựa vào đồ thị phụ tải cịn cho
phép ta chọn đúng cơng suất các máy biến áp và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ
máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện
với nhau.
Căn cứ vào đồ thị phụ tải người vận hành sẽ chủ động lập ra kế hoạch sửa chữa,
đại tu định kỳ các thiết bị.
Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện có tổng cơng suất đặt là P = 1000MW, gồm
có 5 máy phát điện kiểu TBB-200-2 do Cộng hòa Liên Bang Nga chế tạo.
Nhà máy cung cấp điện cho phụ tải ở ba cấp điện áp 22kV, 220kV và nối với hệ
thống ở cấp điện áp 500kV.
Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải nhà máy và phụ tải các cấp điện áp
dưới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng cực đại (P max ) và hệ số cơng suất
trung bình (cos ϕ tb ) của từng phụ tải tương ứng, từ đó ta tính được phụ tải của các cấp
điện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức tống quát sau:
St =

Pt
;
cos ϕtb

với:

Pt =

P(%)
× Pmax
100

Trong đó:
St: Cơng suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t và tính bằng MVA.

6


Pt: Công suất tác dụng tại thời điểm t của phụ tải và tính bằng phần trăm
cơng suất cực đại.
P max : Cơng suất của phụ tải cực đại tính bằng MW.
cos ϕ tb : Hệ số công suất trung bình của từng phụ tải.
Phụ tải tổng của nhà máy được tính bằng cơng thức sau:
S NM (t ) = S 22(t ) + S 220 (t ) + S 500 ( t ) + S td (t )
Các đại lượng trên là cơng suất tồn phần thay đổi theo thời gian t và tính bằng
MVA.
S 22( t ) : Công suất của cấp điện áp 22kV.
S 220 (t ) : Công suất của cấp điện áp 220kV.
S 500 ( t ) : Công suất của cấp điện áp 500kV.
S td (t ) : Công suất tự dùng của nhà máy.
Vì hệ số cơng suất của các phụ tải khác nhau ít và bài tốn cân bằng cơng suất
khi thiết kế nhà máy điện không cần xem xét đến vấn đề bù công suất trong lưới điện
nên một cách gần đúng tiến hành tính tốn và cân bằng cơng suất theo giá trị cơng suất
tịan phần (biểu kiến), điều đó làm cho việc tính tốn đơn giản đi rất nhiều và sai số ở
trong giới hạn cho phép.
1.1 Đồ thị phụ tải của nhà máy
Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho nhà máy điện gồm 5 tổ máy phát điện loại: TBB200-2 có P Gdm =200MW, cos ϕ dm = 0,85, do đó cơng suất biểu kiến của mỗi tổ máy là:
S Gdm =

PGdm
200
=
= 235,294 MVA
cos ϕ dm 0,85

Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là:
P NMdm = 5. P Gdm = 5.200 = 1000 MW
Hay:

S NMdm = 5. S Gdm = 5.235,294 = 1176,47 MVA

Để xác định đồ thị phụ tải của nhà máy điện dựa vào công thức:
S NM ( t ) =

PNM (t )
cosϕ dm

;

với:

P NM ( t ) =

7

PNM %
. P NMdm
100

Kết quả tính được phụ tải của nhà máy theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-1 và
đồ thị phụ tải của nhà máy như trên hình 1-1.
Bảng 1-1
t (giờ)

0-8

8 - 12

12 - 16

16 - 24

PNM(%)

80

100

90

80

P NM ( t ) (MW)

800

1000

900

800

S NM ( t ) (MVA)

941,18

1176,47

1058,82

941,18

Hình 1-1

1.2 Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy
Theo nhiệm vụ thiết kế, hệ số phụ tải tự dùng cực đại của nhà máy bằng 5% công
suất định mức của nhà máy với cos ϕ td = 0,85 tức là bằng với hệ số công suất định
mức của nhà máy (cos ϕ dm = 0,85). Một cách gần đúng có thể xác định biến thiên phụ
tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo thời gian nhờ biểu thức sau:

8




Std(t)= α .S NMdm . 0,4 + 0,6.


S NM (t ) 
 , MVA
S NMdm 

Trong đó:
Std(t): Phụ tải tự dùng của nhà máy tại thời điểm t.
SNMdm: Tổng công suất đặt của nhà máy, tính bằng MVA.
SNM(t):Cơng suất nhà máy phát ra tại thời điểm t, tính bằng MVA theo
bảng 1-1.
α : Hệ số phần trăm lượng điện tự dùng, nhiệm vụ thiết kế đã cho,

α = 0.05
Từ kết quả tính tốn phụ tải của nhà máy ở bảng 1-1 và cơng thức trên ta có phụ
tải tự dùng của nhà máy theo thời gian như ở bảng 1-2 và đồ thị phụ tải ở hình 1-2.
Bảng 1-2
t (giờ)

0–8

8 - 12

12 - 16

16 - 24

S NM ( t ) (MVA)

941,18

1176,47

1058,82

941,18

S td (t ) (MVA)

51,76

58,82

55,29

51,76

9


Hình 1-2

1.3 Đồ thị phụ tải địa phương 22kV
Nhiệm vụ thiết kế đã cho phụ tải địa phương của nhà máy có điện áp U= 22kV,
cơng suất cực đại P 22 max =40 MW, cosϕtb=0,92.
Để xác định đồ thị phụ tải địa phương, căn cứ vào bảng biến thiên phụ tải hằng
ngày đã cho và nhờ vào công thức sau:
S 22(t ) =

P22( t )
cos ϕtb

;

với:

P 22(t ) =

P22 %
. P22max
100

Kết quả tính tốn được theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-3 và đồ thị phụ tải trên
hình 1-3.
Bảng 1-3
t (giờ)

0-8

8 - 12

12 - 16

16 – 24

P22(%)

70

100

90

70

P22(t) (MW)

28

40

36

28

S
(MVA)
22(t)

30,43

43,48

39,13

30,43

10


Hình 1-3

1.4 Đồ thị phụ tải trung áp 220 kV
Nhiệm vụ thiết kế đã cho phụ tải trung áp của nhà máy có điện áp U= 220kV,
cơng suất cực đại P 220 max =400 MW, cosϕtb=0,8.Để xác định đồ thị phụ tải trung áp ta
phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hằng ngày đã cho và nhờ vào công thức sau:
S 220 (t ) =

P220( t )
cos ϕtb

;

với:

P 220 (t ) =

P220 %
. P220max
100

Kết quả tính tốn được theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-4 và đồ thị phụ tải trên
hình 1-4.
Bảng 1-4
t (giờ)

0-8

8 - 12

12 - 16

16 – 24

P220%

70

100

80

70

P220(t)(MW)

280

400

320

280

S220(t)(MVA)

350

500

400

350

11


Hình 1-4

1.5Đồ thị phụ tải cao áp 500 kV
Tồn bộ công suất thừa của nhà máy được phát lên hệ thống qua 2 đường dây
siêu cao áp 500 kV.
Như vậy phương trình cân bằng cơng suất tồn bộ nhà máy là:
S NM ( t ) = S 22 ( t ) + S 220 ( t ) + S 500 ( t ) + S td ( t )

Từ phương trình trên ta có phụ tải cao áp 500 kV theo thời gian là:
S 500 ( t ) = S NM ( t ) − (S 22 ( t ) + S 220 ( t ) + S td ( t ) )

Từ đó ta lập ra được bảng tính tốn phụ tải và cân bằng cơng suất như ở bảng 1-5
và đồ thị phụ tải như trên hình 1-5.

12


Bảng 1-5
t (giờ)

0-8

8 - 12

12 - 16

16 – 24

S NM (t ) (MVA)

941,18

1176,47

1058,82

941,18

S td (t ) (MVA)

51,76

58,82

55,29

51,76

S 22(t ) (MVA)

30,43

43,48

39,13

30,43

S 220 (t ) (MVA)

350

500

400

350

508,99

574,17

564,40

508,99

S 500 (t ) (MVA)

Hình 1-5

1.6 Nhận xét chung
Theo nhiệm vụ thiết kế:
Công suất định mức của nhà máy: S NMdm = 1176,47 MVA
Tổng công suất định mức của hệ thống là 16000 MVA. Dữ trữ quay của hệ thống

bằng 8% cơng suất của nó, tức là: .SdtHT = 1280 (MVA). Giá trị này lớn hơn trị số công
suất cực đại mà nhà máy phát lên hệ thống : S500max= 574,18 (MVA).

13


Ta thấy phụ tải nhà máy phân bố không đều trên cả 3 cấp điện áp 22kV, 220kV,
500kV và giá trị công suất cực đại xuất hiện đồng thời tại thời điểm (8-12) giờ, chúng
có trị số là:
S500max = 574,18 (MVA)
S220max = 500 (MVA)
S22max = 43,48 (MVA)
Công suất cực đại nhà máy cung cấp cho phụ tải cao áp là: S500max= 574,18
(MVA) là lớn nhất, tức là chiếm 48,8% công suất tồn nhà máy. Do đó việc đảm bảo
cung cấp điện cho phụ tải này là rất quan trọng. Từ kết quả tính tốn trên ta có đồ thị
phụ tải tổng hợp của nhà máy hình 1-6.

14


Hình 1-6

15


Chương 2
ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN
Chọn sơ đồ chính của nhà máy điện là một khâu rất quan trọng trong quá trình
thiết kế nhà máy điện. Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắm vững các
số liệu ban đầu, dựa vào bảng cân bằng công suất và các nhận xét tổng quan ở trên để

tiến hành vạch ra phương án nối dây cụ thể. Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung
cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy biến áp
với các cấp điện áp, về số lượng và dung lượng của máy biến áp. Khi chọn được sơ đồ
hợp lý không những đảm bảo về mặt kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy có 5 tổ máy phát, công suất định mức của mỗi
tổ máy là P = 200 MW, có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở 3 cấp điện áp như
sau:
Phụ tải địa phương ở cấp điện áp 22kV có:
S22max = 43,48 (MVA)
S22min = 30,43 (MVA)
Phụ tải tải trung áp ở cấp điện áp 220kV có:
S220max = 500 (MVA)
S220min = 350 (MVA)
Phụ tải tải cao áp ở cấp điện áp 500kV có:
S500max = 574,17 (MVA)
S500min = 508,99 (MVA)
Do phụ tải địa phương được cung cấp bằng các đường dây cáp kép 22kV, trong
khi đó điện áp định mức đầu cực máy phát điện là 15,75 kV. Do vậy các phụ tải địa
phương sẽ được cung cấp từ phía tăng áp của hai máy biến áp 15,75/22 kV, phía hạ áp
của hai máy biến áp này được lấy từ đầu cực của hai máy phát.
Để hạn chế dòng điện ngắn mạch, trong chế độ làm việc bình thường hai máy
biến áp này làm việc riêng lẽ ở phía 22kV và mỗi máy cung cấp cho một nữa phụ tải
địa phương. Trong trường hợp một máy biến áp gặp sự cố thì máy biến áp cịn lại với
khả năng quá tải sẽ cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải địa phương.

16


Trong các phương án nêu dưới đây, phần cung cấp điện cho phụ tải đại phương
được thực hiện giống nhau.

Như vậy, sơ đồ nối điện chính của nhà máy sẽ có 3 cấp điện áp chính là: 15,75
kV, 220kV, 500kV. Trong đó, lưới 220kV và 500kV đều là lưới có trung tính nối đất
vì vậy để liên lạc giữa 3 cấp điện áp ta dùng máy biến áp tự ngẫu.
Như vậy theo nhận xét sơ bộ trên ta có thể vạch ra các phương án nối dây. Sau
khi vạch ra các phương án ta sẽ phân tích và chọn ra một phương án được coi là tối ưu.

2.1 Phương án 1(hình 2-1)

Hình 2-1
Do phụ tải cao áp cực tiểu lớn hơn hai lần công suất máy phát điện và phụ tải
trung áp cực tiểu lớn hơn công suất một máy phát điện nên nối một bộ máy phát điệnmáy biến áp ba pha hai cuộn dây là G3-T3 với thanh góp 220kV, hai bộ máy phát

17


điện-máy biến áp ba pha hai cuộn dây G4-T4 và G5-T5 được nối với thanh góp
500kV.
Để cung cấp điện thêm cho các phụ tải cao và trung cũng như để liên lạc giữa 3
cấp điện áp 15,75kV, 220kV và 500kV với nhau ta dùng hai bộ máy phát điện-máy
biến áp tự ngẫu G1-T1 và G2-T2.
Phụ tải địa phương 22kV được cung cấp điện qua hai máy biến áp 15,75/22kV,
sơ cấp được nối với hai cực của 2 máy phát điện G1 và G2.
Ưu điểm của phương án này bố trí nguồn và tải cân đối. Tuy nhiên phải dùng đến
3 loại máy biến áp.
Vì phụ tải trung áp cực tiểu: S220min= 350 (MVA) lớn hơn công suất của máy phát
điệnS Gdm = 235,294 MVA và phụ tải cao áp cực tiểu S500min=508,99 (MVA) lớn hơn
công suất của 2 máy phát điện: 2S Gdm = 2.235,294 = 470,588 (MVA).
Do vậy, các bộ máy phát điện-máy biến áp luôn luôn làm việc trong chế độ định
mức khi phụ tải trung áp và cao áp cực tiểu thì khơng có cơng suất thừa ở các cấp điện
áp này.

2.2 Phương án 2(hình 2-2)
Trong phương án này tương tự như phương án 1, nhưng ở phương án này ta
chuyển một bộ máy phát điện-máy biến áp ba pha hai cuộn dây G4-T4 từ phía cao áp
sang trung áp, tức là từ thanh góp 500kV sang thanh góp 220kV. Như vậy sẽ giảm
được vốn đầu tư cho máy biến áp.
Vì phụ tải trung áp cực tiểu 220kV không nhỏ hơn công suất định mức của hai
máy phát điện.
S220min= 350 (MVA) <2S Gdm = 2.235,294 = 470,588 (MVA)
Do đó tại những giờ phụ tải trung áp cực tiểu, nếu hệ thông yêu cầu hai máy phát
G3 và G4 phát hết cơng suất định mức thì hệ thống nhận được công suất thừa phải trải
qua hai lần biến áp.
Lần thứ nhất: Qua 2 máy biến áp ba pha hai cuộn dây T3 và T4
Lần thứ hai: Qua 2 máy biến áp tự ngẫu T1 và T2

18


Truyền tải như vậy sẽ làm tăng tổn thất điện năng trong cuộn nối tiếp nhưng lại làm
giảm tổn thất cơng suất trong cuộn chung.

Hình 2-2

2.3 Phương án 3(hình 2-3)
Do dữ trự quay của hệ thống lớn hơn nhiều so với công suất định mức của hai
máy phát điện: S dtq = 0,08.16000 = 1280 MVA >2S Gdm = 2.235,294 = 470,588 (MVA)
Do đó có thể ghép bộ hai máy phát điện- một máy biến áp tự ngẫu, nối một bộ
máy phát điện-máy biến áp ba pha hai cuộn dây (G3-T3) với thanh góp 220kV.
Như vậy ở phương án này dùng hai bộ hai máy phát điện- một máy biến áp tự
ngẫu (G1, G2-T2) và (G4, G5-T2) giống nhau và một bộ máy phát điện-máy biến áp

ba pha hai cuộn dây (G3-T3).

19


Hình 2-3
Ưu điểm của phương án này là số lượng máy biến áp ít nhất và chỉ có 2 loại. Tuy
nhiên, phương án này có những nhược điểm rất lớn là:
1. Phải có thiết bị phân phối điện áp máy phát và làm cho sơ đồ phức tạp, độ
tin cậy cung cấp điện giảm xuống và giá thành tăng lên.
2. Dịng ngắn mạch trên thanh góp 15,75kV là rất lớn. Do đó gây khó khăn cho
việc chọn thiết bị và khó thực hiện hịa các máy phát điện vào lưới bằng
phương pháp tự đồng bộ.
3. Khi hỏng T1 hoặc T2 mất luôn 2 máy phát điện công suất khá lớn mặc dù
nhỏ hơn dữ trự quay của hệ thống.
Tóm lại: Qua những phân tích trên ta để lại phương án 1 và phương án 2 để tính
tốn, so sánh cụ thể hơn về kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu
cho nhà máy điện.

20


Chương 3

CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
3.1 Chọn máy biến áp-phân phối công suất cho máy biến áp
Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi
trường nơi lắp đặt nhà máy điện. Do vậy, không cần hiệu chỉnh cơng suất định mức
của chúng.

3.1.1 Phương án 1(hình 2-1)
3.1.1.1Chọn máy biến áp
Với sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện như phương án 1 (hình 2-1), cơng
suất của các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 được chọn theo điều kiện sau:
S T 1,T 2 dm ≥

1

α

.S Gdm

Trong đó:
α : hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

α=

U C − U T 525 − 242
=
= 0,539
UC
525

Do đó: S T 1,T 2 dm ≥

1
.235,294 = 436,538 MVA
0,539

Từ kết quả tính tốn ở trên ta chọn tổ hợp 3 máy biến áp tự ngẫu một pha cho

mỗi máy biến áp T1 và T2 loại:AODцTH-167 có các thơng số kỹ thuật như trong bảng
3-1 (là thông số cho một pha trong tổ hợp ba pha).
Bảng 3-1
Sdm
(MVA)

Udm (kV)
UC

UT

UN%(*)
UH

C-T

C-H

T-H

C-T

∆ PN (kW)

∆ P0

Giá

C-H

(kW)

103

T-H

USD
167

525
3

242
3

15,75

9,5

29

21

17,5

325

220

185

105

188


Ghi chú: (*) đã được tính đổi về cơng suất định mức của máy biến áp tự ngẫu
(cho bằng đơn vị tương đối định mức của máy biến áp tự ngẫu).
Như vậy tổng công suất của tổ hợp 3 máy biến áp tự ngẫu một pha là:
3.167 = 501 MVA
Máy biến áp T3 được chọn theo sơ đồ bộ:
S T 3dm ≥ S Gdm = 235,294 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha hai cuộn dây có S dm = 250 MVA loại:
TDц-250-242/15,75 có các thơng số kỹ thuật trong bảng 3-2:
Bảng 3-2
Sđm
(MVA)
250

ĐA cuộn dây(kV)
C
242

H
15,75

Tổn thất(kW)
∆P0
210

∆ PN
650

UN%
11

Giá
(10 3 USD)
220

Máy biến áp T4 và T5 cũng được chọn theo sơ đồ bộ:
S T 4,T 5dm ≥ S Gdm = 235,294 MVA
Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha hai cuộn dây có S dm = 250 MVA, loại:
TDц-250-525/15,75 có các thơng số kỹ thuật trong bảng 3-3.
Bảng 3-3
Sđm

ĐA cuộn dây (kV)

(MVA)

C

H

250

525

15,75

Tổn thất (kW)
∆P0
205

∆P N
600

UN%

Giá
10 3 USD

13

261

3.1.1.2Phân phối công suất cho các máy biến áp
Để đảm bảo vận hành kinh tế và thuận tiện cho máy biến áp T3, T4 và T5 vận
hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm. Do đó công suất tải của mỗi máy là:
ST3 = ST4= ST5 = SGdm - Std=235,294-0,05.235,294 = 223,53 MVA.
Với hai máy biến áp tự ngẫu T1 và T2, ta có cơng suất truyền lên các cấp điện áp
như sau:
Phụ tải truyền lên phía cao áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là:
1
2

S C −T 1 = S C −T 2 = [S 500 (t ) - (S T 4 + S T 5 )]

22

Phụ tải truyền lên phía trung áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là:
1
2

S T −T 1 = S T −T 2 = (S 220 ( t ) - S T 3 )
Phụ tải truyền lên phía hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là:
S H −T 1 = S H −T 2 = S C −T 1 + S T −T 1 = S C −T 2 + S T −T 2

Hình 3-1
Dựa vào bảng 1-5 đã tính ở chương 1 và các cơng thức trên ta tính được phụ tải
cho từng thời điểm t kết quả được ghi vào bảng 3-4 sau:
Bảng 3-4
t (giờ)

0-8

8 - 12

12 - 16

16 - 24

ST3 = ST4 = ST5(MVA)

223,53

223,53

223,53

223,53

S C −T 1 = S C −T 2 (MVA)

30,97

63,56

58,67

30,97

S T −T 1 = S T −T 2 (MVA)

63,24

138,24

88,24

63,24

S H −T 1 = S H −T 2 (MVA)

94,21

201,80

146,91

94,21

Qua bảng phân phối công suất trên ta nhận thấy rằng tại mọi thời điểm 2 máy
biến áp tự ngẫu T1 và T2 đều làm việc theo chế độ tải tự hạ áp lên cao áp và trung áp,
khi đó phụ tải của cuộn hạ áp là lớn nhất.
Từ bảng 3-4 ta nhận thấy rằng:

23


S H −T 1 max = S H −T 2 max = 201,80 MVA
Mặt khác:
S H −T 1dm = S H −T 2 dm = α . S T 1dm = α . S T 2 dm = 0,539.501= 270,04 MVA
Vậy:

S H −T 1 max = S H −T 2 max = 201,80 MVA < S H −T 1dm = S H −T 2 dm = 270,04 MVA

Như vậy ở điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp tự ngẫu T1 và T2
khơng bị q tải, cịn các máy biến áp T3, T4 và T5 được chọn theo điều kiện sơ đồ bộ
đương nhiên là không bị quá tải.
3.1.1.3Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố
Vì công suất định mức của các máy biến áp hai cuộn dây được chọn theo công
suất định mức của máy phát điện nên việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét đối với máy
biến áp tự ngẫu.
Coi sự cố máy biến áp nguy hiểm nhất là lúc phụ tải trung áp là lớn nhất:
S220max = 500 (MVA)
Tương ứng với thời điểm đó:
S500max = 574,18 (MVA)

S22max = 43,48 (MVA)
a.Giả thiết sự cố máy biến áp T1 (hoặc T2):
Khi máy biến áp T1 gặp sự cố thì máy phát G1 ngừng làm việc. Trong trường
hợp này ta kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu T2, còn các máy biến áp ba pha hai
cuộn dây T3, T4 và T5 vẫn tải với cơng suất bình thường như lúc khơng có sự cố. Khi
đó tải của T2 như sau:
Cơng suất tải lên phía trung áp của T2:
S T −T 2 = S 220 max - S T 3 = 500 – 223,53 = 276,47 MVA
Công suất qua cuộn hạ áp của T2:
S H −T 2 = S Gdm - S td - S22max = 235,294 - 0,05.235,294 – 43,48 = 180,049
MVA
(lúc này máy phát G2 phát lượng công suất bằng S Gdm thì mới có kết quả như vậy).
Cơng suất tải lên phía cao áp của T2:
S C−T 2 = S H −T 2 - S T −T 2 =180,049 - 276,47 = (-96,42) MVA

24


Như vậy, khi có sự cố máy biến áp T1 (hoặc T2), để đảm bảo cho phụ tải trung
áp cực đại thì nhà máy phải nhận cơng suất từ hệ thống, khi đó hệ thống thiếu hụt một
lượng cơng suất là:
S thieu = S 500 max - (S T 4 + ST5) - S C−T 2
= 574,17 – (223,53+223,53) – (-96,42) = 223,53 MVA
Vậy:

S thieu = 223,53 MVA < S dtq = 1280 MVA, tức là công suất thiếu hụt của

hệ thống nhỏ hơn so với công suất dữ trữ của hệ thống.
Qua trên ta thấy rằng khi sự cố máy biến áp T1,thì máy biến áp tự ngẫu T2 làm
việc theo chế độ tải từ hạ áp và cao áp sang trung áp như sau:

Tải từ hạ áp lên trung áp:
SH -> T = SH-T2 = 180,049 MVA
Tải từ cao áp sang trung áp:
SC -> T = (-SC-T2) = 96,42 MVA
Khi đó cuộn chung của T2 có tải lớn nhất và được xác định bởi công thức sau:
SchT2 = SH -> T + α SC -> T = 180,049 + 0,539.96,42 = 232,019 MVA
Mặt khác:
SchT2dm = α ST2dm = 0,539.501 = 270,04 MVA
Do đó máy biến áp T2 khơng bị quá tải.
b.Giả thiết sự cố máy biến áp T3:
Khi máy biến áp T3 bị sự cố thì cơng suất truyền tải qua các máy biến áp tự ngẫu
T1 và T2 như sau:
Công suất tải lên trung áp qua mỗi máy là:
1
2

S T −T1 = ST-T2= .S 220 max =

1
.500 = 250 MVA
2

Công suất truyền qua cuộn hạ áp của mỗi máy ( giả thiết cho các máy phát G1 và
G2 là việc với giá trị định mức ) là:
1
2

S H −T 1 = S H −T 2 = . [2.S Gdm − (S 22 max + 2.S td )]

25