Tài liệu Đồ án môn học - Thiết kế nhà máy điện docx

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế nhà máy điện

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 1 ---
LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng, theo cách nhìn tổng quát là rất rộng lớn, là vô tận. Tuy nhiên, nguồn
năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay đang ngày càng trở
nên khan hiếm và trở thành vấn đề cấp bách của toàn Thế giới. Đó là bởi vì để có
năng lượng hữu ích dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lượng sơ cấp cần phải trải qua
nhiều công đoạn như khai thác, chế biến, vậ
n chuyển, phân phối,… Các công đoạn
này đòi hỏi nhiều chi phí về tài chính, kỹ thuật cũng như các ràng buộc xã hội khác.
Hiệu suất biến đổi từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối cùng nói
chung là còn thấp.Vì vậy đề ra việc lựa chọn và thực hiện các phương pháp biến
đổi từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuố
i cùng để đạt hiệu quả kinh tế
cao là một nhu cầu và cũng là nhiệm vụ của con người.
Điện năng là một dạng năng lượng không tái tạo. Hệ thống điện là một phần của
Hệ thống năng lượng nói chung, bao gồm từ các nhà máy điện, mạng điện,... đến

các hộ tiêu thụ điện, trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ bi
ến đổi các dạng năng
lượng sơ cấp như: than, dầu, khí đốt, thủy năng, năng lượng Mặt trời,… thành điện
năng. Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năm bởi các nhà
máy nhiệt điện không còn chiếm tỷ trọng lớn như ở những năm 80 của Thế kỷ
trước. Tuy nhiên, với thế mạ
nh về nguồn nhiên liệu như ở nước ta, tính chất phủ
phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện… thì việc hiện đại hóa và xây mới các nhà máy
nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu lớn đối với giai đoạn phát triển hiện nay.
Vì vậy, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu
của nhà máy
điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện về mặt
kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành Hệ thống điện trước khi xâm nhập vào thực
tế công việc.
Với yêu cầu như vậy, Đồ án môn học Thiết kế Nhà máy điện được hoàn thành
gồm bản thuyết minh này kèm theo các bản vẽ phần nhà máy nhiệt điện và phần
chuyên đề. Bản thuy
ết minh gồm 6 chương trình bày toàn bộ quá trình từ chọn máy
phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà
máy, đề xuất các phương án nối điện, tính toán kinh tế- kỹ thuật, so sánh để chọn
phương án tối ưu đến chọn khí cụ điện cho phương án được lựa chọn. Phần này có
kèm theo 1 bản vẽ A
1
.
Trong quá trình thực hiện đồ án, xin chân thành cảm ơn GS.TS Lã Văn Út, PGS
Nguyễn Hữu Khái cùng các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện đã hướng dẫn một
cách tận tình để em có thể hoàn thành đồ án này.

Hà nội, ngày 19, tháng 9, năm 2005

Sinh viên:
Đỗ Hồng Anh.
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 2 ---
MỤC LỤC

Trang
Chương I. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 3
1.1. Chọn máy phát điện 3
1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 3

Chương II. Lựa chọn sơ đồ nối điện của nhà máy 10
2.1. Đề xuất các phương án 10
2.2. Chọn máy biến áp cho các phương án 15
2.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp 18
2.4. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp 25
2.5. Tính dòng điện làm việc cưỡ
ng bức của các mạch 29

Chương III. Tính dòng điện ngắn mạch 39
3.1. Chọn các đại lượng cơ bản 39
3.2. Tính các dòng điện ngắn mạch cho phương án 1 39
3.3. Tính các dòng điện ngắn mạch cho phương án 2 55

Chương IV. So sánh kinh tế- kỹ thuật các phương án, lựa chọn
phương án tối ưu 71
4.1. Chọn máy cắt điện 71
4.2. Tính toán kinh tế, chọn phương án tối ưu 77

Chương V. Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn 85
5.1. Chọn thanh dẫn, thanh góp 85
5.2. Chọn máy cắt, dao cách ly 93
5.3. Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện 94
5.4. Chọn các thiết bị cho phụ tải địa phương 100

Chương VI. Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng 106
6.1. Chọn máy biến áp tự dùng cấp I 106
6.2. Chọn máy biến áp dự trữ cấp I 107
6.3. Chọn máy biến áp tự dùng c
ấp II 108
6.4. Chọn máy biến áp dự trữ cấp II 108
6.5. Chọn máy cắt phía mạch tự dùng cấp 10 kV 108
6.6. Chọn máy cắt phía mạch 6.3 kV 109
6.7. Chọn ap-to-mat cho phụ tải tự dùng cấp 0.4 kV 109




Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 3 ---
CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Điện năng tiêu thụ tại các hộ tiêu thụ điện luôn luôn thay đổi theo thời gian. Do
vậy người ta phải dùng các phương pháp thống kê dự báo lập nên đồ thị phụ tải từ
đó lựa chọn phương thức vận hành, chọn sơ đồ nối điện chính hợp lý đảm bảo độ
tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Người thiế
t kế căn cứ vào đồ

thị phụ tải để xác định công suất và dòng điện đi qua các thiết bị để tiến hành lựa
chọn thiết bị, khí cụ điện, sơ đồ nối điện hợp lý.

1.1.CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN
Nhà máy điện gồm 4 máy phát, công suất mỗi máy là 50 MW, hệ số công suất
cosφ= 0.8. Công suất biểu kiến định mức c
ủa mỗi máy là:

S
đmF
=
5.62
8.0
50
cos
==
ϕ
đmF
P
MVA.

Chọn các máy phát điện tua-bin hơi cùng loại, điện áp định mức 10.5 kV.Tra Phụ
lục II, trang 99, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”(Nguyễn Hữu Khái,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004). Chọn 4 máy phát điện loại TBФ-50-3600 do
CHLB Nga chế tạo, các tham số chính của máy phát được tổng hợp trong bảng sau.

Bảng 1.1. Các tham số chính của máy phát điện

Loại máy phát
Các thông số ở chế độ định mức Điện kháng tương đối

n,
v/ph
S,
MVA
P,
MW
U,
kV
cosφ I
đm
,
kA
X
d
” X
d
’ X
d

TBФ-50-3600 3000 62.5 50 10.5 0.8 5.73 0.1336 0.1786 1.4036

1.2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
1.2.1. Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát (10.5 kV)
Phụ tải cấp điện áp máy phát:
P
UFmax
= 17.6 MW; cosφ= 0.8 → S
UFmax
=
22

8.0
6.17
cos
max
==
ϕ
UF
P
MVA.
Áp dụng các công thức:
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 4 ---

max
100
)%(
)( P
tP
tP =
, MW

ϕ
cos
)(
)(
tP
tS =
, MVA
Trong đó:

P
max
: công suất tác dụng của phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại, MW
P(t) : công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t, MW
S(t) : công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t, MVA
cosφ : hệ số công suất của phụ tải.
Sẽ tính được công suất của phụ tải ở các khoảng thời gian khác nhau trong ngày.

B
ảng 1.2. Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

Thời gian, (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24
Công
suất
P, (%) 70 80 100 85 65
P, (MW) 12.32 14.08 17.6 14.96 11.44
S, (MVA) 15.4 17.6 22 18.7 14.3

Từ đó vẽ được biểu đồ phụ tải.

Hình 1.1. Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát

1.2.2. Tính toán phụ tải cấp điện áp trung (110 kV)
Phụ tải cấp điện áp trung:
P
UTmax
= 85 MW, cosφ= 0.8 → S
UTmax
=
25.106

8.0
85
cos
max
==
ϕ
UT
P
MVA
Tính toán tương tự như với cấp điện áp máy phát. Các số liệu tính toán được cho
trong bảng sau.




Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 5 ---
Bảng 1.3. Công suất phụ tải cấp điện áp trung

Thời gian, (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24
Công
suất
P, (%) 80 90 80 100 75
P, (MW) 68 76.5 68 85 63.75
S, (MVA) 85 95.625 85 106.25 79.6875


Hình 1.2. Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung

1.2.3. Tính toán công suất phát của nhà máy điện
Nhà máy gồm 4 máy phát, mỗi máy có công suất định mức P
Fđm
= 50 MW. Công
suất đặt của toàn nhà máy là:
P
NMmax
= 4
×
50= 200 MW.
Công suất phát của Nhà máy điện được tính theo công thức:

max
100
%
)(
NMNM
P
P
tP =
, MW
ϕ
Cos
tP
tS
NM
NM
)(
)( =
, MVA

P
NMmax
= 200 MW;Cosϕ = 0.8 ; S
NMmax
=
250
8.0
200
cos
max
==
ϕ
NM
P
MVA
Từ bảng số liệu biến thiên phụ tải toàn nhà máy, áp dụng công thức trên tính cho
từng khoảng thời gian ta có bảng biến thiên công suất phát của nhà máy.
Bảng 1.4. Công suất phát của nhà máy
Thời gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24
Công
suất
P, (%)
70 85 95 100 75
P, (MW) 140 170 190 200 150
S, (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 6 ---

Hình 1.3. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

1.2.4. Tính toán công suất tự dùng của nhà máy
Điện tự dùng nhà máy nhiệt điện thiết kế chiếm 8% công suất định mức của nhà
máy.
Phụ tải tự dùng của nhà máy tại các thời điểm được xác định theo công thức sau:
S
td
(t) =
()
.0.40.6
NM
NM
NM
St
S
S
α
⎛⎞
×+×
⎜⎟
⎝⎠

Trong đó : • α - số phấn trăm lượng điện tự dùng , α =8%
Cosϕ
td
= 0.8.
• S
td
(t) : công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t, MVA.

• S
NM
(t) : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t, MVA.
0.4 - lượng phụ tải tự dùng không phụ thuộc công suất phát.
0.6 - lượng phụ tải tự dùng phụ thuộc công suất phát.
Từ số liệu về công suất phát của nhà máy áp dụng công thức(1.4) ta có bảng biến
thiên công suất tự dùng và đồ thị phụ tải tự dùng.

Bảng 1.5. Công suất tự dùng của nhà máy
Thời gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24
Công
suất
S
NM
(t) , (%)
70 85 95 100 75
S
NM
(t) , (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5
S
td
(t) , (MVA) 16.4 18.2 19.4 20 17

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 7 ---

Hình 1.4. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy

1.2.5. Công suất phát về hệ thống điện.

Công suất của nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t được tính theo công thức:
S
VHT
(t) = S
NM
(t) – [S
td
(t) + S
UF
(t) + S
UT
(t)]
Trong đó:
S
VHT
(t) – Công suất nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA
Sau khi tính được công suất phát về hệ thống, lập được bảng cân bằng công suất
toàn nhà máy.
Bảng 1.5. Bảng cân bằng công suất toàn nhà máy
Thời gian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24
S
NM
(t), (MVA)
175 175 175 212.5 212.5 237.5 250 250 187.5
S
UF
(t), (MVA)
15.4 15.4 17.6 17.6 22 22 18.7 14.3 14.3
S
UT

(t), (MVA)
85 95.625 95.625 95.625 85 85 106.25 79.6875 79.6875
S
td
(t), (MVA)
16.4 16.4 16.4 18.2 18.2 19.4 20 20 17
S
VHT
(t), ( MVA)
58.2 47.575 45.375 81.075 87.3 111.1 105.05 136.0125 76.5125

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 8 ---


Hình 1.5. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy



NHẬN XÉT
:

• Phụ tải cấp điện áp maý phát và tự dùng khá nhỏ (S
UFmax
=22 MVA,
S
UFmin
=14.3 MVA), phụ tải cấp điện áp trung khá lớn (S
UTmax

=106.25
MVA,S
UTmin
=79.6875 MVA), tuy nhiên nhà máy vẫn đáp ứng đủ công
suất yêu cầu. Phụ tải các cấp điện áp máy phát và điện áp trung đều là các
phụ tải loại 1, được cung cấp điện bằng các đường dây kép.
• Công suất của hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế) là 2400 MVA,
dự trữ công suất của hệ thống là 15% tức là 360 MVA, giá trị này lớn hơn
công suất cực đại mà nhà máy có thể phát về hệ
thống S
VHTmax
=136.0125
MVA nên trong trường hợp sự cố hỏng 1 hoặc vàitổ máy phát thì hệ
thống vẫn cung cấp đủ cho phụ tải của nhà máy. Công suất phát của nhà
S (t)
S (t)
S (t)
S (t)
S (t)
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 9 ---
máy vào hệ thống tương đối nhỏ so với tổng công suất của toàn hệ thống
⇒ nhà máy chỉ có thể chạy vận hành nền và không có khả năng điều
chỉnh chất lượng điện năng cho hệ thống.
• Khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy không cao.Ta tiếp tục duy
trì vận hành đúng chỉ tiêu kinh tế – kĩ thuật trong tương lai để đáp ứ
ng
một phần nhu cầu điện năng của địa phương và phát lên hệ thống.

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 10 ---
CHƯƠNG II
LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY

2.1. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN
Đây là một khâu quan trọng trong thiết kế nhà máy. Các phương án phải đảm bảo
độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và có
hiệu quả kinh tế cao.
Theo kết quả tính toán chương I
Phụ tải cấp điện áp máy phát : S
UFmax
= 22 MVA.
S
UFmin
= 14.3 MVA.
Phụ tải trung áp: S
UTmax
= 106.25 MVA.
S
UTmin
= 79.6875 MVA.
Phụ tải phát về hệ thống : S
VHTmax
= 136.0125 MVA.
S
VHTmin
= 45.375 MVA.

Công suất định mức 1 máy phát : S
Fđm
= 62.5MVA
Phụ tải điện tự dùng: S
tdmax
=20 MVA
Dự trữ của hệ thống : S
dt
HT
=360 MVA
Nhận thấy:
 Phụ tải cấp điện áp máy phát: S
UFmax
= 22 MVA,
22
11
2
=
MVA

11
100%
62.5
×
= 17.6% >15% S
Fđm
.
Vì vậy phải có thanh góp cấp điện áp máy phát (TG U
F
).

 S
UFmax
= 22 MVA, S
td1MF
=
55.62
100
8
100
8
==
dmF
S
MVA.
Nếu ghép 2 máy phát vào thanh góp U
F
:
Công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát là 10 MVA → công suất yêu cầu trên
thanh góp U
F
là 22+10= 32 MVA.
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 11 ---
Nếu ghép 3 máy phát vào thanh góp U
F
:
Công suất tự dùng cực đại của 3 máy phát là 15MVA → công suất yêu cầu
trên thanh góp U
F

là 22+15= 37 MVA.
Trong cả 2 trường hợp này, khi 1 máy phát bị sự cố thì các máy phát còn lại đều
đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải tự
dùng.
Như vậy về lý thuyết ta có thể ghép 2 hoặc 3 máy phát lên thanh góp U
F
.
 Cấp điện áp cao U
C
= 220 kV
Cấp điện áp trung U
T
= 110 kV
Trung tính của cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV đều được trực tiếp nối
đất, hệ số có lợi:
220 110
0.5
220
CT
C
UU
U
α
−
−
== =
.
Vậy nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp.
 Phụ tải cấp điện áp trung: S
UTmax

= 106.25 MVA.
S
UTmin
= 79.6875 MVA.
Công suất định mức của 1 máy phát : S
Fđm
= 62.5 MVA
→ Có thể ghép 1- 2 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây lên thanh góp 110 kV và
cho các máy phát này vận hành bằng phẳng.
 Công suất phát về hệ thống : S
VHTmax
= 136.0125 MVA.
S
VHTmin
= 45.375 MVA.
→ Có thể ghép 2-3 máy phát lên thanh góp cao áp.
 Dự trữ công suất hệ thống: S
dt
HT
= 15%
×
2400= 360 MVA.
Công suất của bộ 2 máy phát là : S
bộ
= 2
×
(62.5-5)= 115 MVA.
Như vậy về nguyên tắc có thể ghép chung bộ 2 máy phát với máy biến áp 2 cuộn
dây.
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 12 ---
Từ các nhận xét trên vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế:
2.1.1. Phương án 1

Hình 2.1. Sơ đồ nối điện phương án1

Trong phương án này dùng 2 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây cấp điện
cho thanh góp điện áp trung 110 kV, 2 máy phát còn lại được nối với các phân
đoạn của thanh góp U
F
. Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện
áp và phát điện lên hệ thống. Kháng điện nối giữa các phân đoạn của thanh góp
điện áp máy phát để hạn chế dòng ngắn mạch khá lớn khi xảy ra ngắn mạch trên
phân đoạn của thanh góp. Điện tự dùng được trích đều từ đầu cực máy phát và trên
thanh góp cấp điện áp máy phát.
Ưu điểm củ
a phương án này là đơn giản trong vận hành, đảm bảo cung cấp
điện liên tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp, hai máy biến áp tự ngẫu có dung
lượng nhỏ, số lượng các thiết bị điện cao áp ít nên giảm giá thành đầu tư. Công suất
của các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây ở phía điện áp trung gần bằng phụ
tải cấp điện áp này nên công suất truyền tải qua cuộ
n dây trung áp của máy biến áp
liên lạc rất nhỏ do đó giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phí vận hành.

2.1.2.
Phương án 2

HTĐ
HTĐ

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 13 ---

Trong phương án này dùng 1 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây cấp điện
cho thanh góp 110 kV, 3 máy phát còn lại được nối với thanh góp U
F
. Để hạn chế
dòng ngắn mạch lớn sử dụng 2 kháng điện nối các phân đoạn của thanh góp cấp
điện áp máy phát. Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp và
phát điện lên hệ thống.
Ưu điểm của phương án này là số lượng máy biến áp và các thiết bị điện cao
áp ít nên giảm giá thành đầu tư. Máy biến áp tự ngẫu vừ
a làm nhiệm vụ liên lạc
giữa các cấp điện áp vừa làm nhiệm vụ tải công suất của các máy phát tương ứng
lên các cấp điện áp cao và trung nên giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phí
vận hành. Máy phát cấp điện cho phụ tải cấp điện áp trung vận hành bằng phẳng,
công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp liên lạc khá ít.
Nhược điểm củ
a phương án này là khi có ngắn mạch trên thanh góp U
F
thì
dòng ngắn mạch khá lớn, khi hỏng 1 máy biến áp liên lạc thì máy còn lại với khả
năng quá tải phải tải công suất tương đối lớn nên phải chọn máy biến áp tự ngẫu có
dung lượng lớn.

2.1.2. Phương án 3

Hình 2.3. Sơ đồ nối điện phương án 3

Trong phương án này dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc, 1 bộ máy
phát- máy biến áp ghép bộ bên phía điện áp cao 220 kV, 1 bộ bên phía điện áp
trung 110 kV, 2 phân
đoạn thanh góp, phụ tải địa phương lấy từ hai phân đoạn
thanh góp, tự dùng lấy trên phân đoạn thanh góp và đầu cực máy phát nối bộ.
Ưu điểm là cấp điện liên tục cho phụ tải các cấp điện áp, phân bố công suất
giữa các cấp điện áp khá đồng đều.
HTĐ
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 14 ---
Nhược điểm của phương án là phải dùng 3 loại máy biến áp khác nhau gây
khó khăn cho việc lựa chọn các thiết bị điện và vận hành sau này, công suất phát về
hệ thống ở chế độ cực tiểu nhỏ hơn nhiều so với công suất của 1 máy phát nên
lượng công suất thừa phải truyền tải 2 lần qua các máy biến áp làm tăng tổn hao
điện năng. Ngoài ra máy biến áp và các thiết bị
điện ở cấp điện áp cao có giá thành
cao hơn nhiều so với ở cấp điện áp trung nên làm tăng chi phí đầu tư.

2.1.4. Phương án 4


Hình 2.4. Sơ đồ nối điện phương án 4

Phương án này ghép bộ 2 máy phát với 1 máy biến áp 2 cuộn dây để cấp
điện cho phụ tải trung áp.
Ưu điểm của phương án này là giảm được 1 máy biến áp nhưng nhược điể
m
rất lớn là khi có ngắn mạch thì dòng ngắn mạch lớn, khi máy biến áp 2 cuộn dây
hỏng thì cả bộ hai máy phát không phát được công suất cho phụ tải trung áp nên độ

tin cậy cung cấp điện không cao bằng các phương án trên.
Từ phân tích sơ bộ các ưu nhược điểm của các phương án đã đề xuất, nhận thấy
các phương án 1, 2 có nhiều ưu việt hơn hẳn các phương án còn lại nên sử dụng các
ph
ương án 1 và 2 để tính toán cụ thể nhằm lựa chọn phương án tối ưu.


HTĐ
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 15 ---
2.2. CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO CÁC PHƯƠNG ÁN
Để tiết kiệm chi phí đầu tư, các máy biến áp nối bộ máy phát -máy biến áp không
cần phải dùng loại có điều áp dưới tải vì các máy phát này vận hành bằng phẳng,
khi cần điều chỉnh điện áp chỉ cần điều chỉnh dòng kích từ của máy phát nối bộ là
đủ.
Các máy biến áp tự ngẫu dùng làm liên lạc là loại có điều áp dưới tải vì ph
ụ tải của
chúng thay đổi gồ ghề, trong các chế độ vận hành khác nhau phụ tải thay đổi nhiều
nên nêú chỉ điều chỉnh dòng kích từ của máy phát thì vẫn không đảm bảo được chất
lượng điện năng.

2.2.1. Chọn máy biến áp cho phương án 1
1. Chọn máy biến áp nối bộ ba pha hai dây quấn
Sơ đồ:

Hình 2.5. Các máy biến áp cho phương án 1
Đối với máy biến áp ghép bộ thì đ
iều kiện chọn máy biến áp là:
S

Bđm
≥ S
Fđm
= 62.5 MVA
Tra phụ lục III.4, trang 154, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”
(Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004), chọn hai máy biến áp B
1
,
B
2
có S
Bđm
=80 MVA. Các thông số của máy biến áp được tổng hợp trong bảng 2.1.
2. Chọn máy biến áp liên lạc
Chọn 2 máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu có các cấp điện áp 220/110/10
kV.
HTĐ
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 16 ---
Điều kiện chọn máy biến áp máy biến áp tự ngẫu
S
TNđm
≥
α
2
1
S
thừa

Trong đó :
α : là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu, α = 0.5
S
thừa
: là công suất thừa trên thanh góp U
F
.
S
thừa
= 2.S
Fđm
– (S
UFmin
+
m
td
S
2
max
)
S
Fđm
: là công suất định mức của máy phát
S
UFmin
: công suất của phụ tải điện áp máy phát trong chế độ cực tiểu.

m
td
S

2
max
: công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát.
Ta có: S
thừa
= 2
×
62.5 – (14.3 +
2
20
4
×
) = 100.7 MVA

11
100.7 100.7.
220.5
th a
SMVA
α
=×=
×
u
.
→ S
TNđm
≥
α
2
1

S
thừa
= 100.7 MVA
Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có công suất S
TNđm
= 125 MVA. Các thông số kỹ
thuật chính của các máy biến áp được tổng hợp trong bảng sau.
Bảng 2.1. Các thông số cơ bản của các máy biến áp cho phương án 1
Cấp
điện
áp,
kV
Loại
S
đm

MVA
Điện áp cuộn dây,
kV
Tổn thất công suất, kW
U
N
%
I
o
%
Giá,
10
3
R

C T H
P
o
P
N

C-T C-H T-H
A C-T C-H T-H
110
Т
дц

80 115 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.55 91
220
AT
дцт
H
125 230 121 11 75 290 145 145 11 32 20 0.5 185

2.2.1. Chọn máy biến áp cho phương án 2
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 17 ---

Hình 2.6. Các máy biến áp cho phương án 2
1. Chọn máy biến áp nối bộ ba pha hai dây quấn
Máy biến áp bộ hoàn toàn như của phương án 1.
2. Chọn máy biến áp liên lạc
Chọn 2 máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu có các cấp điện áp 220/110/10
kV.

S
thừa
= 3
×
62.5 – (14.3 +
3
20
4
×
) = 158.2 MVA

11
158.2 158.2
220.5
th a
S
α
=×=
×
u
MVA.
Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có công suất S
TNđm
= 160 MVA. Các thông số kỹ thuật
chính của máy biến áp tự ngẫu được tổng hợp trong bảng sau.
Bảng 2.2. Các thông số cơ bản của các máy biến áp cho phương án 2
Cấp
điện
áp,
kV

Loại
S
đm

MVA
Điện áp cuộn dây,
kV
Tổn thất công suất, kW
U
N
%
I
o
%
Giá,
10
3
R
C T H
P
o
P
N

C-T C-H T-H
A C-T C-H T-H
110
Т
дц

80 115 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.55 91
220
AT
дцт
H
160 230 121 11 85 380 190 190 11 32 20 0.5 200

HTĐ
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 18 ---
2.3. KIỂM TRA KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP
2.3.1. Phương án 1
1. Tính phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp
Quy ước chiều dương của dòng công suất là chiều đi từ máy phát lên thanh góp đối
với máy biến áp hai cuộn dây và đi từ cuộn hạ lên phía cao và trung, từ phía trung lên
phía cao đối với máy biến áp liên lạc.
a) Với máy biến áp hai dây quấn
Trong vận hành luôn cho vận hành bằng phẳng với công suất định mức của chúng.
Dòng công suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là:
S
B1
= S
B2
=S
Fđm
-
1
4
td

S×
= 62.5-
1
20
4
×
= 57.5< S
Bđm
= 62.5 MVA.
b) Với máy biến áp liên lạc
Dòng công suất qua các phía của máy biến áp liên lạc được xác định theo công
thức:
S
T
(t) =
[]
)()()(
2
1
21
tStStS
BBUT
−−
.
S
C
(t) =
)(
2
1

tS
VHT

S
H
(t) = S
CT
(t) + S
CC
(t).
Trong đó:
S
C
(t), S
T
(t)

, S
H
(t): Công suất tả iqua phía cao, trung, hạ của một máy
biến áp tự ngẫu tại thời điểm t
S
UT
(t), S
VHT
(t): Công suất của phụ tải cấp điện áp trung và công
suất phát về hệ thống tại thời điểm t.
Công suất mẫu của máy biến áp tự ngẫu là: S
tt
= α.S

TNđm
= 0.5
×
125= 62.5 MVA.
Dựa vào tính toán cân bằng công suất của chương I, tính theo từng khoảng thời
gian t ta có bảng kết quả phân bố dòng công suất qua các phía của các máy biến áp
như sau.

Bảng 2.3. Bảng phân bố công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu
trong chế độ làm việc bình thường (phương án 1)
Thờigian, h 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24
S
C
(t), MVA
29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625
S
T
(t), MVA
-15 -9.6875 -9.6875 -9.6875 -15 -15 -4.375 -17.65625 -17.65625
S
H
(t), MVA
14.1 14.1 13 30.85 28.65 40.55 48.15 50.35 20.6

Từ bảng tổng hợp số liệu có thể thấy trong chế độ làm việc bình thường tất cả
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 19 ---
các máy biến áp đều hoạt động non tải.
2. Xét các trường hợp sự cố

Xét 2 tình huống sự cố hỏng máy biến áp nặng nề nhất là khi ở cấp điện áp trung có
phụ tải cực đại.
Trong chế độ này, theo tính toán ở chương I:
S
UTmax
=
106.25 MVA,

S
VHT
= 105.05 MVA, S
UF
= 18.7 MVA, S
td
= 20 MVA

a) Hỏng 1 máy biến áp hai dây quấn bên trung áp
Sơ đồ:

Trong trưòng hợp có sự cố hỏng 1 máy biến áp, để duy trì công suất thì cho các tổ
máy còn lại được vận hành với công suất định mức.
Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là:
2K
qt
SC
α.S
TNđm
+ S
bộ
≥ S

UTmax

Trong đó:
K
qt
SC
: Hệ số quá tải sự cố cho phép; K
qt
SC
= 1.4
S
bộ
: Công suất truyền qua máy biến áp bộ còn lại.
S
bộ
=57.5 MVA.
Thay số vào:
2K
qt
SC
α.S
TNđm
+S
bộ
= 2
×
1.4
×
0,5
×

125+ 57.5 = 232.5 MVA
> S
UTmax
=106.25 MVA
Vậy điều kiện trên được thoả mãn.
Phân bố công suất:
◊ Công suất qua máy biến áp bộ B2:
S
bộ
= S
Fđm
-
max
4
1
td
S
= 62.5-
20
4
1
= 57.5 MVA
HTĐ
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 20 ---
◊ Công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu:
S
T
=

2
1
(S
UTmax
-S
bộ
)= 0.5
×
(106.25-57.5)= 24.375 MVA
S
H
= min{S
hạ
phát
, S
hạ
tải
}
Trong đó:
S
hạ
phát
:công suất mà các máy phát có thể phát lên cuộn hạ của máy biến
áp tự ngẫu, được xác định theo biểu thức:
S
hạ
phát
=
2
1

∑
1
1
n
Fdm
S
-
2
1
S
UF
-
n
n
2
1
maxtd
S
, n- là tổng số máy phát của nhà máy, n1- là số máy
phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát.
S
hạ
tải
:công suất cực đại mà cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu có thể tải
được trong chế độ sự cố, được xác định theo biểu thức:
S
hạ
tải
= K
qt

SC
α.S
TNđm
Trong trường hợp này n= 4, n1= 2→
S
hạ
phát
= S
Fđm
-
2
1
S
UF
-
4
1
max
td
S
= 62.5-
2
1
18.7-
4
1
20= 48.15 MVA
S
hạ
tải

= 1.4
×
0.5
×
125= 87.5 MVA
Vì vậy công suất qua cuộn hạ là:
S
hạ
= S
H
= min{48.15 ,87.5}= 48.15 MVA
S
C
= S
H
- S
T
= 48.15- 24.375= 23.775 MVA
Trong chế độ sự cố này đối với máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ cuộn hạ
lên cuộn cao và cuộn trung→ trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tải
công suất lớn nhất.
S
hạ
= S
H
= 48.15 MVA<S
tt
= α.S
TNđm
= 0.5

×
125= 62.5 MVA
Tức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải.
◊ Công suất thiếu:
S
thiếu
= S
VHT
- 2S
CC
= 105.05- 2*23.775= 57.5 MVA
S
thiếu
= 57.5 MVA< S
dt
HT
= 360 MVA.
Như vậy khi một trong hai máy biến áp bộ bị hư hỏng thì các máy biến áp còn lại
không bị quá tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát
về hệ thống bị thiếu một lượng S
thiếu
= 57.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay
của hệ thống.

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 21 ---
b) Hỏng 1 máy biến áp liên lạc

Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là:
K
qt
SC
α.S
TNđm
+ 2S
bộ
≥ S
UTmax

Thay số vào:
K
qt
SC
α.S
TNđm
+2S
bộ
=1.4
×
0,5
×
125+2

×
57.5=202.5MVA >S
UTmax
=106.25 MVA
Vậy điều kiện trên được thoả mãn.
Phân bố công suất:
 Công suất qua mỗi máy biến áp bộ:
S
bộ
= S
Fđm
-
max
1
4
td
S×
= 62.5-
20*
4
1
= 57.5 MVA
 Công suất qua các phía của máy biến áp tự ngẫu còn lại:
S
T
= S
UTmax
-2S
bộ
= 106.25-2*57.5= -8.75 MVA

S
H
= min{S
hạ
phát
, S
hạ
tải
}
S
hạ
phát
= 2S
Fđm
- S
UF
-
2
1
max
td
S
= 2
×
62.5- 18.7-
2
1
20= 96.3 MVA
S
hạ

tải
= 1.4
×
0.5
×
125= 87.5 MVA
→

S
H
= min{96.3

, 87.5}= 87.5 MVA
S
C
= S
H
- S
T
=87.5- (-8.75)= 96.25 MVA
Trong chế độ sự cố này , các máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía hạ và
trung lên phía cao của nó, công suất làm việc của máy biến áp bị giới hạn bởi phía
hạ áp và phía cao áp tức là bị giới hạn bởi khả năng tải của cuộn hạ và cuộn nối
tiếp.
Công suất của cuộn nối tiếp là:
S
nt
=
( ) 0.5(87.5 ( 8.75)) 48.125
HT

SS
α
+= +− =
MVA < S
tt
= α.S
TNđm
= 62.5 MVA
Công suất của cuộn hạ là:
S
hạ
= S
H
= 87.5 MVA
HTĐ
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 22 ---
Trong 3 cuộn dây thì công suất qua cuộn hạ:
S
hạ
= 87.5 MVA> S
tt
= α.S
TNđm
= 0.5
×
125= 62.5 MVA
Tức là máy biến áp tự ngẫu làm việc quá tải với hệ số quá tải:
K

qt
SC
= 1.4= K
qt
SC
cp

Như vậy trong chế độ truyền tải này máy biến áp tự ngẫu bị quá tải trong giới hạn
cho phép.
 Công suất thiếu:
S
thiếu
= S
VHT
- S
CC
= 105.05- 96.25= 8.8 MVA

Kết luận
:
Khi một trong các máy biến bộ hư hỏng thì các máy biến áp còn lại không bị quá
tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát về hệ thống
bị thiếu một lượng S
thiếu
= 57.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ
thống. Nếu 1 máy biến áp liên lạc bị sự cố thì máy còn lại bị quá tải với hệ số quá
tải K
qt
SC
= 1.4= K

qt
SC
cp
. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng S
thiếu
=8.8
MVA là không đáng kể. Như vậy các máy biến áp đã lựa chọn làm việc tốt trong
điều kiện bình thường cũng như sự cố.

2.3.2. Phương án 2
1. Tính phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp
a) Với máy biến áp hai dây quấn
Trong vận hành cho vận hành bằng phẳng với công suất định mức của chúng.
Dòng công suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là:
S
bộ
=S
Fđm
-
1
4
td
S×
= 62.5-
1
20
4
×
= 57.5< S
Bđm

= 62.5 MVA.
b) Với máy biến áp liên lạc
Dòng công suất qua các phía của máy biến áp liên lạc được xác định theo công
thức:
S
T
(t) =
[]
BUT
StS −)(
2
1
.
S
C
(t) =
)(
2
1
tS
VHT

S
H
(t) = S
CT
(t) + S
CC
(t).
Dựa vào tính toán cân bằng công suất của chương 1, tính theo từng khoảng thời

gian t ta có bảng kết quả phân bố dòng công suất qua các phía của các máy biến áp
như sau.



Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 23 ---
Bảng 2.4. Bảng phân bố công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu
trong chế độ làm việc bình thường
Thờigian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24
S
C
(t), (MVA)
13.75 19.0625 19.0625 19.0625 13.75 13.75 24.375 11.09375 11.09375
S
T
(t), (MVA)
29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625
S
H
(t), (MVA)
42.85 42.85 41.75 59.6 57.4 69.3 76.9 79.1 49.35

2. Xét các trường hợp sự cố
Xét 2 tình huống sự cố hỏng máy biến áp nặng nề nhất là khi ở cấp điện áp trung có
phụ tải cực đại. Trong chế độ này, theo tính toán ở chương I:
S
UTmax
=

106.25 MVA,

S
VHT
= 105.05 MVA, S
UF
= 18.7 MVA, S
td
= 20 MVA.

a) Hỏng 1 máy biến áp hai dây quấn bên trung áp

Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là:
2K
qt
SC
.αS
TNđm
≥ S
UTmax

Thay số vào:
2K
qt
SC
.αS
TNđm
= 2
×
1.4

×
0,5
×
160= 224 MVA > S
UTmax
=106.25 MVA
Vậy điều kiện trên được thoả mãn
Phân bố công suất:
 Công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu:
S
T
=
2
1
S
UTmax
= 0.5
×
106.25= 53.125 MVA
S
H
=
2
3
S
Fđm
-
=−−=− 20
4
3

7.18
2
1
5.62
2
3
4
3
2
1
max
F
tdU
SS
69.4 MVA
S
C
= S
H
- S
T
= 69.4- 53.125= 16.275 MVA
HTĐ
Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

--- 24 ---
Như vậy trong chế độ sự cố này, các máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía
hạ lên phía cao và trung của nó → trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ
tải công suất lớn nhất.
S

hạ
= S
H
= 69.4 MVA< S
tt
= α.S
TNđm
= 0.5
×
160= 80 MVA
Tức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải
 Công suất thiếu:
S
thiếu
= S
VHT
- 2S
CC
= 105.05- 2
×
16.275= 72.5 MVA
S
thiếu
= 72.5 MVA< S
dt
HT
= 360 MVA.
Như vậy khi một trong hai máy biến áp bộ bị hư hỏng thì các máy biến áp liên lạc
vẫn làmviệc non tải. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng S
thiếu

= 72.5
MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống.
b) Hỏng 1 máy biến áp liên lạc

Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là:
K
qt
SC
.αS
TNđm
+S
bộ
≥ S
UTmax

Thay số vào:
1.4
×
0,5
×
160+57.5= 169.5 MVA > 106.25 MVA
Vậy điều kiện trên được thoả mãn.
Phân bố công suất:
◊ Công suất qua máy biến áp bộ:
S
bộ
= S
Fđm
-
max

4
1
td
S
= 62.5-
20
4
1
= 57.5 MVA
◊ Công suất qua phía của máy biến áp tự ngẫu còn lại:
S
T
= S
UTmax
-S
bộ
= 106.25-57.5= 48.75 MVA
S
H
= min{S
hạ
phát
, S
hạ
tải
}
S
hạ
phát
=

∑
1
1
n
Fdm
S
- S
UF
-
n
n1
max
td
S

HTĐ