Do an mon hoc ve thiet ke nha may dien download tai tailieutuoi com

Đồ án mơn học Thiết kế nhà máy điện

LỜI NĨI 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 tồn 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, vận chuyển, phân phối,… Các cơng đoạn
này địi 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 cịn 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 cuối 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 biến 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 khơng cịn chiếm tỷ trọng lớn như ở những năm 80 của Thế kỷ
trước. Tuy nhiên, với thế mạnh 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 tốn 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 thuyết minh gồm 6 chương trình bày tồn bộ q trình từ chọn máy
phát điện, tính tốn cơng suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng cơng suất tồn nhà
máy, đề xuất các phương án nối điện, tính tốn 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 A1.
Trong q 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 mơn Hệ thống điện đã hướng dẫn một
cách tận tình để em có thể hồn thành đồ án này.
Hà nội, ngày 19, tháng 9, năm 2005
Sinh viên:
Đỗ Hồng Anh.
--- 1 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

MỤC LỤC
Chương I. Tính tốn phụ tải và cân bằng cơng suất
1.1. Chọn máy phát điện
1.2. Tính tốn phụ tải và cân bằng công suất

Trang
3
3
3

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

10
10
15
18
25
29

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

39
39
39
55

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

71
71
77

Chương V. Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn
5.1. Chọn thanh dẫn, thanh góp
5.2. Chọn máy cắt, dao cách ly
5.3. Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện

5.4. Chọn các thiết bị cho phụ tải địa phương

85
85
93
94
100

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

106
106
107
108
108
108
109
109

--- 2 ---


Đồ án mơn học Thiết kế nhà máy điện

CHƯƠNG I
TÍNH TỐN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CƠNG 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 thiết kế căn cứ vào đồ
thị phụ tải để xác định cơng suất và dịng 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 của mỗi máy là:
SđmF=

50
PđmF
=
= 62.5 MVA.
cos ϕ 0.8

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
Các thông số ở chế độ định mức
Loại máy phát
TBФ-50-3600

Điện kháng tương đối

n,
v/ph

S,
MVA

P,
MW

U,
kV

cosφ

Iđm,
kA

Xd”

Xd’

Xd

3000

62.5

50

10.5

0.8

5.73

0.1336

0.1786

1.4036

1.2. TÍNH TỐN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CƠNG SUẤT
1.2.1. Tính tốn phụ tải cấp điện áp máy phát (10.5 kV)
Phụ tải cấp điện áp máy phát:
PUFmax= 17.6 MW; cosφ= 0.8 → SUFmax=
Áp dụng các công thức:

--- 3 ---

PUF max 17.6
=
= 22 MVA.
cos ϕ
0.8


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

P %(t )

Pmax , MW
100
P (t )
S (t ) =
, MVA
cos ϕ
P (t ) =

Trong đó:
Pmax : cơng 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 cơng suất của phụ tải ở các khoảng thời gian khác nhau trong ngày.
Bảng 1.2. Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát
Thời gian, (h)
0-6
6-10
10-14
Cơng
P, (%)
70
80
100
suất
P, (MW)
12.32
14.08
17.6
S, (MVA)

15.4
17.6
22

14-18
85
14.96
18.7

18-24
65
11.44
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 tốn phụ tải cấp điện áp trung (110 kV)
Phụ tải cấp điện áp trung:
PUTmax= 85 MW, cosφ= 0.8 → SUTmax=

PUT max 85
=
= 106.25 MVA
cos ϕ
0.8

Tính tốn tương tự như với cấp điện áp máy phát. Các số liệu tính tốn được cho
trong bảng sau.

--- 4 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Bảng 1.3. Công suất phụ tải cấp điện áp trung
Thời gian, (h)
0-4
4-10
P, (%)
80
90
Cơng
P, (MW)
68
76.5
suất
S, (MVA)
85
95.625

10-14
80
68
85

14-18
100
85
106.25

18-24
75
63.75
79.6875

Hình 1.2. Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung
1.2.3. Tính tốn cơng suất phát của nhà máy điện
Nhà máy gồm 4 máy phát, mỗi máy có cơng suất định mức PFđm = 50 MW. Công
suất đặt của tồn nhà máy là:
PNMmax = 4 × 50= 200 MW.
Cơng suất phát của Nhà máy điện được tính theo cơng thức:
P%
PNM max , MW
100
P (t )
S NM (t ) = NM
, MVA
Cosϕ
PNM (t ) =

PNMmax = 200 MW;Cosϕ = 0.8 ; SNMmax=

PNM max
cos ϕ

=

200
= 250 MVA
0.8

Từ bảng số liệu biến thiên phụ tải tồn nhà máy, áp dụng cơng 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)
Công
suất

P, (%)
P, (MW)
S, (MVA)

0-8

8 - 12

12 - 14

14 - 20

20 - 24

70

85

95

100

75

140
175

170
212.5

190
237.5

200
250

150
187.5

--- 5 ---


Đồ án mơn học Thiết kế nhà máy điện

Hình 1.3. Đồ thị phụ tải tồn nhà máy
1.2.4. Tính tốn cơng 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:
⎛

Std(t) = α .S NM × ⎜ 0.4 + 0.6 ×

⎝

S NM (t ) ⎞
⎟
S NM ⎠

Trong đó : • α - số phấn trăm lượng điện tự dùng , α =8%
Cosϕtd = 0.8.
• Std(t) : cơng suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t, MVA.
• SNM(t) : cơng 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 cơng thức(1.4) ta có bảng biến
thiên cơng suất tự dùng và đồ thị phụ tải tự dùng.
Bảng 1.5. Công suất tự dùng của nhà máy
Công
suất

Thời gian, (h)
SNM(t) , (%)
SNM(t) , (MVA)
Std(t) , (MVA)

0-8

8 - 12

12 - 14

14 - 20

20 - 24

70
175
16.4

85
212.5
18.2

95
237.5
19.4

100
250
20

75
187.5
17

--- 6 ---


Đồ án mơn học Thiết kế nhà máy điện

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:
SVHT(t) = SNM(t) – [Std(t) + SUF(t) + SUT(t)]
Trong đó:
SVHT(t) – Cơng suất nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA
Sau khi tính được cơng suất phát về hệ thống, lập được bảng cân bằng cơng suất
tồn nhà máy.
Bảng 1.5. Bảng cân bằng cơng suất toàn nhà máy
Thời gian, (h)
SNM(t), (MVA)
SUF(t), (MVA)
SUT(t), (MVA)
Std(t), (MVA)
SVHT(t), ( MVA)

0-4

4-6

6-8

8-10

10-12

12-14

14-18

18-20

20-24

175

175

175

212.5

212.5

237.5

250

250

187.5

15.4

15.4

17.6

17.6

22

22

18.7

14.3

14.3

85

95.625

95.625

95.625

85

85

106.25

79.6875

79.6875

16.4

16.4

16.4

18.2

18.2

19.4

20

20

17

58.2

47.575

45.375

81.075

87.3

111.1

105.05

136.0125

76.5125

--- 7 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

S (t)
S (t)
S (t)
S (t)
S (t)

Hình 1.5. Đồ thị phụ tải tồn nhà máy

NHẬN XÉT:
• Phụ tải cấp điện áp maý phát và tự dùng khá nhỏ (SUFmax=22 MVA,
SUFmin=14.3 MVA), phụ tải cấp điện áp trung khá lớn (SUTmax=106.25
MVA,SUTmin=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.
• Cơng 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 SVHTmax=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
--- 8 ---

Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
máy vào hệ thống tương đối nhỏ so với tổng công suất của tồn hệ thống
⇒ nhà máy chỉ có thể chạy vận hành nền và khơng 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 ứng
một phần nhu cầu điện năng của địa phương và phát lên hệ thống.

--- 9 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện

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 tốn chương I
Phụ tải cấp điện áp máy phát :

SUFmax = 22 MVA.
SUFmin = 14.3 MVA.

Phụ tải trung áp:

SUTmax = 106.25 MVA.

SUTmin = 79.6875 MVA.

Phụ tải phát về hệ thống :

SVHTmax = 136.0125 MVA.
SVHTmin = 45.375 MVA.

Công suất định mức 1 máy phát : SFđm= 62.5MVA
Phụ tải điện tự dùng:

Stdmax=20 MVA
SdtHT=360 MVA

Dự trữ của hệ thống :
Nhận thấy:

ƒ Phụ tải cấp điện áp máy phát: SUFmax = 22 MVA,

22
= 11 MVA
2

11
×100% = 17.6% >15% SFđm .
62.5

Vì vậy phải có thanh góp cấp điện áp máy phát (TG UF).
ƒ SUFmax = 22 MVA, Std1MF =

8

8
S dmF =
62.5 = 5 MVA.
100
100

Nếu ghép 2 máy phát vào thanh góp UF:
Cơng suất tự dùng cực đại của 2 máy phát là 10 MVA → công suất yêu cầu trên
thanh góp UF là 22+10= 32 MVA.
--- 10 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Nếu ghép 3 máy phát vào thanh góp UF:
Cơng suất tự dùng cực đại của 3 máy phát là 15MVA → công suất yêu cầu
trên thanh góp UF là 22+15= 37 MVA.
Trong cả 2 trường hợp này, khi 1 máy phát bị sự cố thì các máy phát cịn 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 UF.
ƒ Cấp điện áp cao

UC= 220 kV

Cấp điện áp trung UT= 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: α =

U C − U T 220 − 110
=

= 0.5 .
UC
220

Vậy nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp.
ƒ Phụ tải cấp điện áp trung:

SUTmax = 106.25 MVA.
SUTmin = 79.6875 MVA.

Công suất định mức của 1 máy phát : SFđm= 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.
ƒ Công suất phát về hệ thống : SVHTmax = 136.0125 MVA.
SVHTmin = 45.375 MVA.
→ Có thể ghép 2-3 máy phát lên thanh góp cao áp.
ƒ Dự trữ công suất hệ thống:
Công suất của bộ 2 máy phát là :

SdtHT= 15% × 2400= 360 MVA.
Sbộ= 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.
--- 11 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Từ các nhận xét trên vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế:
2.1.1. Phương án 1

HTĐ

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 UF. 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 dịng 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 của 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 cuộn 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

--- 12 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
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 cịn lại được nối với thanh góp UF. 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 vừa 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 của phương án này là khi có ngắn mạch trên thanh góp UF thì
dịng ngắn mạch khá lớn, khi hỏng 1 máy biến áp liên lạc thì máy cịn lại với khả
năng q tải phải tải cơng suất tương đối lớn nên phải chọn máy biến áp tự ngẫu có
dung lượng lớn.
2.1.2. Phương án 3
HTĐ

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.

--- 13 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
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

HTĐ

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 điểm
rất lớn là khi có ngắn mạch thì dịng 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 khơng 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
phương án 1 và 2 để tính tốn cụ thể nhằm lựa chọn phương án tối ưu.

--- 14 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
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 khơng
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 dịng 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 phụ 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 dịng kích từ của máy phát thì vẫn khơng 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:
HTĐ

Hình 2.5. Các máy biến áp cho phương án 1
Đối với máy biến áp ghép bộ thì điều kiện chọn máy biến áp là:
SBđm≥ 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 B1,
B2 có SBđm=80 MVA. Các thơng 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.
--- 15 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Điều kiện chọn máy biến áp máy biến áp tự ngẫu
STNđm ≥

1
Sthừa
2α

Trong đó :
α:

là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu, α = 0.5

Sthừa : là công suất thừa trên thanh góp UF.
Sthừa= 2.SFđm – (SUFmin + Std2 mmax )
SFđm: là công suất định mức của máy phát
SUFmin: công suất của phụ tải điện áp máy phát trong chế độ cực tiểu.

Std2 mmax : công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát.

Ta có: Sthừa = 2 × 62.5 – (14.3 +

2
× 20 ) = 100.7 MVA
4

1
1
Sthu a =
×100.7 = 100.7.MVA .
2α
2 × 0.5

→ STNđm ≥

1
Sthừa = 100.7 MVA
2α

Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có cơng suất STNđm = 125 MVA. Các thơng 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
Điện áp cuộn dây,

Cấp
điện
áp,

Loại

Sđm
MVA

kV
110

Тдц

220 ATдцтH

kV
C

T

H

UN %

Tổn thất công suất, kW
Po

Io %

PN

A

C-T

C-H

T-H

C-T

C-H

T-H

Giá,
103R

80

115

-

10.5

70

-

310

-

-

10.5

-

0.55

91

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
--- 16 ---


Đồ án mơn học Thiết kế nhà máy điện
HTĐ

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.
Sthừa = 3 × 62.5 – (14.3 +

3
× 20 ) = 158.2 MVA
4

1
1
Sthu a =
×158.2 = 158.2 MVA.

2α
2 × 0.5

Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có cơng suất STNđm = 160 MVA. Các thơng 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
Điện áp cuộn dây,

Cấp
điện
áp,

Loại

Sđm
MVA

kV
110

Тдц

220 ATдцтH

kV

T

Io %

PN

Po
C

UN %

Tổn thất công suất, kW

H
A

C-T

C-H

T-H

C-T

C-H

T-H

Giá,
103R

80

115

-

10.5

70

-

310

-

-

10.5

-

0.55

91

160

230

121

11

85

380

190

190

11

32

20

0.5

200

--- 17 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
2.3. KIỂM TRA KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP
2.3.1. Phương án 1
1. Tính phân bố cơng suất cho các cuộn dây của các máy biến áp
Quy ước chiều dương của dịng cơng 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.
Dịng cơng suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là:

SB1 = SB2 =SFđm -

1
1
× Std = 62.5- × 20 = 57.5< SBđm= 62.5 MVA.
4
4

b) Với máy biến áp liên lạc
Dịng cơng suất qua các phía của máy biến áp liên lạc được xác định theo công
thức:
1
[SUT (t ) − S B1 (t ) − S B 2 (t )].
2
1
SC(t) = SVHT (t )
2

ST(t) =

SH(t) = SCT(t) + SCC(t).
Trong đó:
SC(t), ST(t) , SH(t): Cơng suất tả iqua phía cao, trung, hạ của một máy
biến áp tự ngẫu tại thời điểm t
SUT(t), SVHT(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: Stt= α.STNđm= 0.5 × 125= 62.5 MVA.
Dựa vào tính tốn cân bằng cơng suất của chương I, tính theo từng khoảng thời
gian t ta có bảng kết quả phân bố dịng cơng suất qua các phía của các máy biến áp
như sau.
Bảng 2.3. Bảng phân bố cơng suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu
trong chế độ làm việc bình thường (phương án 1)
Thờigian, h
SC(t), MVA
ST(t), MVA
SH(t), MVA

0-4

4-6

6-8

8-10

10-12

12-14

14-18

18-20

20-24

29.1

23.7875

22.6875

40.5375

43.65

55.55

52.525

68.00625

38.25625

-15

-9.6875

-9.6875

-9.6875

-15

-15

-4.375

-17.65625

-17.65625

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
--- 18 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
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 tốn ở chương I:
SUTmax=106.25 MVA, SVHT= 105.05 MVA, SUF = 18.7 MVA, Std= 20 MVA
a) Hỏng 1 máy biến áp hai dây quấn bên trung áp
Sơ đồ:
HTĐ

Trong trưòng hợp có sự cố hỏng 1 máy biến áp, để duy trì cơng suất thì cho các tổ
máy cịn lại được vận hành với công suất định mức.
Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là:
2KqtSCα.STNđm+ Sbộ ≥ SUTmax
Trong đó:
KqtSC : Hệ số quá tải sự cố cho phép; KqtSC= 1.4
Sbộ: Công suất truyền qua máy biến áp bộ cịn lại.
Sbộ=57.5 MVA.
Thay số vào:
2KqtSCα.STNđm+Sbộ = 2 × 1.4 × 0,5 × 125+ 57.5 = 232.5 MVA
> SUTmax =106.25 MVA
Vậy điều kiện trên được thoả mãn.
Phân bố công suất:
◊ Công suất qua máy biến áp bộ B2:
Sbộ= SFđm -

1 max
1
Std = 62.5- 20 = 57.5 MVA
4
4

--- 19 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
◊ Công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu:
ST =

1
(SUTmax-Sbộ)= 0.5 × (106.25-57.5)= 24.375 MVA
2

SH = min{Shạphát , Shạtải}
Trong đó:
Shạphát :cơng suất mà các máy phát có thể phát lên cuộn hạ của máy biến
áp tự ngẫu, được xác định theo biểu thức:
Shạphát =

1
2

n1

∑S
1

Fdm

-

1

n1
SUFStd max , n- là tổng số máy phát của nhà máy, n1- là số máy
2
2n

phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát.
Shạtải :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:
Shạtải = KqtSCα.STNđm
Trong trường hợp này n= 4, n1= 2→
1
1
1
1
SUF- Std max = 62.5- 18.7- 20= 48.15 MVA
2
4
2
4
tải
Shạ = 1.4 × 0.5 × 125= 87.5 MVA

Shạphát= SFđm-

Vì vậy cơng suất qua cuộn hạ là:
Shạ = SH = min{48.15 ,87.5}= 48.15 MVA
SC = SH - ST= 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
cơng suất lớn nhất.

Shạ = SH = 48.15 MVATức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải.
◊ Công suất thiếu:
Sthiếu= SVHT- 2SCC= 105.05- 2*23.775= 57.5 MVA
Sthiếu= 57.5 MVA< SdtHT = 360 MVA.
Như vậy khi một trong hai máy biến áp bộ bị hư hỏng thì các máy biến áp cịn lại
khơng bị quá tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát
về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 57.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay
của hệ thống.

--- 20 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
b) Hỏng 1 máy biến áp liên lạc
HTĐ

Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là:
KqtSCα.STNđm+ 2Sbộ ≥ SUTmax
Thay số vào:
KqtSCα.STNđm+2Sbộ =1.4 × 0,5 × 125+2 × 57.5=202.5MVA >SUTmax=106.25 MVA
Vậy điều kiện trên được thoả mãn.
Phân bố công suất:
™ Công suất qua mỗi máy biến áp bộ:
Sbộ= SFđm -

1
1 max
× Std = 62.5- * 20 = 57.5 MVA
4

4

™ Cơng suất qua các phía của máy biến áp tự ngẫu còn lại:
ST = SUTmax-2Sbộ= 106.25-2*57.5= -8.75 MVA
SH = min{Shạphát , Shạtải}
Shạphát= 2SFđm- SUF-

1
1
Std max = 2 × 62.5- 18.7- 20= 96.3 MVA
2
2

Shạtải= 1.4 × 0.5 × 125= 87.5 MVA →
SH= min{96.3 , 87.5}= 87.5 MVA
SC = SH - ST =87.5- (-8.75)= 96.25 MVA
Trong chế độ sự cố này , các máy biến áp tự ngẫu cơng suất truyền từ phía hạ và
trung lên phía cao của nó, cơng 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:
Snt= α ( S H + ST ) = 0.5(87.5 + (−8.75)) = 48.125 MVA < Stt= α.STNđm = 62.5 MVA
Công suất của cuộn hạ là:
Shạ= SH= 87.5 MVA
--- 21 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Trong 3 cuộn dây thì cơng suất qua cuộn hạ:
Shạ= 87.5 MVA> Stt= α.STNđm= 0.5 × 125= 62.5 MVA

Tức là máy biến áp tự ngẫu làm việc quá tải với hệ số quá tải:
KqtSC= 1.4= KqtSC 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:
Sthiếu= SVHT- SCC= 105.05- 96.25= 8.8 MVA
Kết luận:
Khi một trong các máy biến bộ hư hỏng thì các máy biến áp cịn lại khơng bị quá
tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát về hệ thống
bị thiếu một lượng Sthiếu= 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 cịn lại bị quá tải với hệ số quá
tải KqtSC= 1.4= KqtSC cp . Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu =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 cơng 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.
Dịng cơng suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là:
Sbộ =SFđm -

1
1
× Std = 62.5- × 20 = 57.5< SBđm= 62.5 MVA.
4
4

b) Với máy biến áp liên lạc
Dịng cơng suất qua các phía của máy biến áp liên lạc được xác định theo công
thức:

1
[SUT (t ) − S B ] .
2
1
SC(t) = SVHT (t )
2

ST(t) =

SH(t) = SCT(t) + SCC(t).
Dựa vào tính tốn cân bằng cơng suất của chương 1, tính theo từng khoảng thời
gian t ta có bảng kết quả phân bố dịng cơng suất qua các phía của các máy biến áp
như sau.

--- 22 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Bảng 2.4. Bảng phân bố cơng suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu
trong chế độ làm việc bình thường
Thờigian, (h)
SC(t), (MVA)
ST(t), (MVA)
SH(t), (MVA)

0-4

4-6

6-8

8-10

10-12

12-14

14-18

18-20

20-24

13.75

19.0625

19.0625

19.0625

13.75

13.75

24.375

11.09375

11.09375

29.1

23.7875

22.6875

40.5375

43.65

55.55

52.525

68.00625

38.25625

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:
SUTmax=106.25 MVA, SVHT= 105.05 MVA, SUF = 18.7 MVA, Std= 20 MVA.
a) Hỏng 1 máy biến áp hai dây quấn bên trung áp
HTĐ

Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là:
2KqtSC .αSTNđm≥ SUTmax
Thay số vào:
2KqtSC .αSTNđm= 2 × 1.4 × 0,5 × 160= 224 MVA > SUTmax =106.25 MVA
Vậy điều kiện trên được thoả mãn
Phân bố cơng suất:
™ Cơng suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu:
1
SUTmax= 0.5 × 106.25= 53.125 MVA
2
3
3
1
1
3
3

SH = SFđm - SUF − Stdmax = 62.5 − 18.7 − 20 = 69.4 MVA
2
4
2
2
4
2

ST =

SC = SH - ST= 69.4- 53.125= 16.275 MVA
--- 23 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Như vậy trong chế độ sự cố này, các máy biến áp tự ngẫu cơng suất truyền từ phía
hạ lên phía cao và trung của nó → trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ
tải cơng suất lớn nhất.
Shạ= SH = 69.4 MVA< Stt= α.STNđm= 0.5 × 160= 80 MVA
Tức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải
™ Cơng suất thiếu:
Sthiếu= SVHT- 2SCC= 105.05- 2 × 16.275= 72.5 MVA
Sthiếu= 72.5 MVA< SdtHT = 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 Sthiếu= 72.5
MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống.
b) Hỏng 1 máy biến áp liên lạc
HTĐ

Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là:

KqtSC .αSTNđm+Sbộ≥ SUTmax
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:
Sbộ= SFđm -

1 max
1
Std = 62.5- 20 = 57.5 MVA
4
4

◊ Cơng suất qua phía của máy biến áp tự ngẫu còn lại:
ST = SUTmax-Sbộ= 106.25-57.5= 48.75 MVA
SH = min{Shạphát , Shạtải}
n1

Shạphát = ∑ S Fdm - SUF1

n1
Std max
n

--- 24 ---


Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện
Shạtải = KqtSCα.STNđm

Trong trường hợp này n= 4, n1= 3→
3
3
3
SFđm- SUF- Std max = 3 × 62.5- 18.7- 20= 153.8 MVA
2
4
4
tải
Shạ = 1.4 × 0.5 × 160= 112 MVA

Shạphát=

Vì vậy cơng suất qua cuộn hạ là:
Shạ = SH = min{153.8 ,112}= 112 MVA
SC = SH - ST= 112- 48.75= 63.25 MVA
Trong chế độ sự cố này đối với máy biến áp tự ngẫu cơng suất truyền từ phía hạ
lên phía cao và trung→ trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tải công suất
lớn nhất.
Shạ = SH = 112 MVA>Stt= α.STNđm= 0.5 × 160= 80 MVA
Tức là máy biến áp tự ngẫu làm việc quá tải với hệ số quá tải:
KqtSC= 1.4= KqtSC cp
™ Công suất thiếu:
Sthiếu= SVHT- SCC= 105.05- 63.25= 41.8 MVA
Sthiếu= 41.8 MVA< SdtHT = 360 MVA.
Kết luận:
Khi máy biến bộ hư hỏng thì các máy biến áp liên lạc 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 Sthiếu= 72.5 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 trong giới hạn

ho phép. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu =41.8 MVA< SdtHT =
360 MVA. Như vậy các máy biến áp đã lựa chọn làm việc tốt trong điều kiện bình
thường cũng như sự cố.
2.4. TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MÁY BIẾN ÁP
Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm hai thành phần:
-Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không
tải.
-Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp.
2.4.1.Phương án 1
1. Tổn thất điện năng hàng năm của mỗi máy biến áp bộ hai cuộn dây B1, B2
được tính theo cơng thức:
--- 25 ---