Lời nói đầu Trong quá trình phát triển của một quốc gia thì điện năng là một trong những nguồn năng lợng không thể thiếu đợc. Điện năng phục vụ đắc lực cho mọi hoạt động, trong mọi ngành nghề của xã hội. Để hiểu đợc tầm quan trọng của điện năng và vận hành tốt đợc hệ thống điện thì ngời giáo s, tiến sĩ và các chuyên giacủa ngành điện góp phần không nhỏ, là một sinh viên ngành hệ thống điện em rất hiểu điều đó. Trong quá trình học tập trong nhà trờng thì việc thiết kế phần điện trong nhà máy điện là một công việc rất phức tạp, nó bao gồm nhiều yếu tố mang tính độc lập cao, đòi hỏi ngời thiết kế phải nắm bắt một cách tổng quát công việc mình làm, vận dụng một cách sáng tạo những kiến thức đã tích góp đợc trong học tập và trên thực tế cũng nh những ảnh hởng của các yếu tố bên ngoài đến thiết kế thi công, công trình và vận hành. Thiết kế phần điện trong nhà máy điện (một khâu quan trọng của hệ thống điện) trong khi đang ngồi trên ghế nhà trờng sẽ giúp em có đợc không ít kinh nghiệm để chuẩn bị trớc khi ra công tác. Để hoàn thiện đợc đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn sự h- ớng dẫn tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện của Trờng ĐHBK Hà Nội, đặc biệt là thầy GS.TS. Lã Văn út. Do còn hạn chế về những kinh nghiệm thực tế nên chắc chắn em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đợc sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đồ án đợc hoàn thiện hơn. Mục lục Chơng I Tính toán cân bằng công suất I. Chọn máy phát điện 3 II. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất ở các cấp điện áp 4 Chơng II Đồ án thiết kế nhà máy điện Tính toán chọn máy biến áp I. Lựa chọn máy biến áp 17 II. Tính tổn thất điện năng 32 III. Tính toán dòng cỡng bức 41 Chơng III Chọn máy cắt - tính toán kinh tế -kĩ thuật Chọn phơng án tối u I. Chọn máy cắt 48 II. Chọn sơ đồ thiết bị phân phối 52 Chơng IV tính toán ngắn mạch I. Đặt vấn đề 60 II. Chọn điểm ngắn mạch 61 Chơng V Chọn dây dẫn và khí cụ điện I. Chọn máy cắt và dao cách ly 85 II. Chọn thanh dẫn và thanh góp 87 Chơng VI Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị tự dùng I. Chọn sơ đồ nối điện 112 II. Chọn thiết bị tự dùng 112 Trờng ĐH BK Hà Nội 2 Đồ án thiết kế nhà máy điện Chơng I Tính toán cân bằng công suất I. Chọn máy phát điện Theo yêu cầu của đề bài ta phải thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện. Nhà máy có số tổ máy phát điện là 4 tổ máy và có công suất là 400MW. Nhà máy nối với hệ thống bằng 2 lộ đờng dây 220kV, chiều dài mỗi lộ là 110km. Công suất hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế ) là 4400MVA, công suất dự trữ hệ thống là 12%, điện kháng ngắn mạch ( tính đến thanh cái của hệ thống nối với đờng dây ) là 0,65. - Nhà máy có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải: + Phụ tải cấp điện áp máy phát có U đm =10,5kV + Phụ tải điện áp trung có U đm =110kV - Nhà máy có nhiệm vụ phát công suất ( tổng ) có U đm =220kV. Trong khi thiết kế chọn máy phát điện ta cần chú ý những điểm sau: + Máy phát điện có công suất càng lớn thì vốn đầu t, tiêu hao nhiên liệu để sản xuất ra một đơn vị điện năng và chi phí vận hành hằng năm càng nhỏ. Nhng về mặt cung cấp điện thì đòi hỏi công suất của máy phát lớn nhất không đợc lớn hơn dự trữ quay về hệ thống. + Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng nh vận hành về sau, nên chọn các máy phát điện cùng loại. + Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòng điện ngắn mạch ở cấp điện áp này sẽ nhỏ và do đó dễ dàng chọn các khí cụ điện hơn. Tuy nhiên do đã biết số lợng và công suất của từng tổ máy thì do đó chỉ cần kiểm tra sổ tay kĩ thuật điện để chọn loại máy phát điện tơng ứng với các thông số kĩ thuật khác nh điện áp, dòng điện, công suất định mức, hệ số công suất cos, các điện kháng x'd, x''d Do vậy ta chọn máy phát điện tuabin hơi có các thông số nh sau: Tra trong bảng phụ lục I phần máy phát điện đồng bộ tuabin hơi trang 76 sách " Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp " của P.GS. Nguyễn Hữu Khái. Bảng 1 Trờng ĐH BK Hà Nội 3 Đồ án thiết kế nhà máy điện Loại máy phát Thông số định mức Điện kháng tơng đối Loại máy kích thích n v/ph S MV A P MW U KV Cos I KA x'' d x' d x d TH- 120-2 3000 125 100 10,5 0,8 6,875 0,192 0,278 1,907 BIT- 450- 500 II. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất ở các cấp điện áp Để đảm bảo vận hành an toàn, tại mỗi thời điểm điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lợng tiêu thụ điện năng ở các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi. Việc nắm đợc quy luật này là tìm đợc đồ thị phụ tải và điều này rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn đợc các phơng án nối điện hợp lý, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kĩ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài việc dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy phát điện với nhau. Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải của các cấp điện áp dới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng P max và hệ số công suất cos của từng phụ tải tơng ứng từ đó ta tính đợc phụ tải ở các cấp điện áp theo công thức biểu kiến sau: S t = max p cos ì P% (1) Trong đó: S t là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t, MVA P% là công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất cực đại P max là công suất của phụ tải cực đại, MW cos là hệ số công suất của từng phụ tải 1. Phụ tải các cấp. Trờng ĐH BK Hà Nội 4 Đồ án thiết kế nhà máy điện 1.1 Phụ tải cấp điện áp máy phát 10,5kV Phụ tải cấp điện áp máy phát đã cho P max =16,4MW, cos=0,8 Phụ tảI bao gồm các đờng dây: 4kép x3,2 MW x4km 1đơn x1,2 MW x3km Theo đầu bài cho bảng biến thiên công suất tác dụng tại thời điểm t, tính theo phần trăm (%), áp dụng theo công thức (1) tính công suất biểu kiến của phụ tải ta có bảng kết quả sau. Bảng 2 t (h) 0 ữ 6 6 ữ 10 10 ữ 14 14 ữ 18 18 ữ 24 P% 50 70 85 100 60 S UF (MVA) 10,25 14,35 17,425 20,5 12,3 Từ bảng kết quả trên ta vẽ đợc đồ thị phụ tải ở cấp điện áp máy phát. 6 110 114 1118 2224 10,25 14,35 117,4253 2220,55 1212,31 (t) h S (MWA) 0 8 112 2220 4 Hình 1 Trờng ĐH BK Hà Nội 5 Đồ án thiết kế nhà máy điện 1.2 Phụ tải điện áp trung 110kV Phụ tải điện áp trung đã cho P max =180MW, cos=0,8 Phụ tảI bao gồm các đờng dây: 1kép + 4đơn Tơng tự tính công suất biểu kiến của phụ tải ở cấp điện áp máy phát ta có bảng kết quả sau. Bảng 3 T(h) 0 ữ 4 4 ữ 10 10 ữ 14 14 ữ 18 18 ữ 24 P% 75 85 100 90 75 S UT (MVA) 168,75 191,25 225 202,5 168,75 Từ bảng kết quả trên ta vẽ đợc đồ thị phụ tải ở cấp điện áp trung. S (MVA) 225 191,25 202,5 168,7 168,7 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t(h) Hình 2 2. Phụ tải toàn nhà máy Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là P đ =400MW, cos=0,8 Công suất biểu kiến của toàn nhà máy đợc tính theo công thức: Trờng ĐH BK Hà Nội 6 Đồ án thiết kế nhà máy điện S tnm = ĐMF p cos ì P% (2) Dựa vào công thức (2) tính công suất biểu kiến của toàn nhà máy ta có bảng kết quả sau. Bảng 4 T (h) 0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 14 14 ữ 20 20 ữ 24 P% 70 90 85 100 70 S(MVA) 350 450 425 500 350 Từ bảng kết quả trên ta vẽ đợc đồ thị phụ tải toàn nhà máy. S(MVA) 500 450 425 350 350 t(h) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Hình 3 3. Tự dùng Trờng ĐH BK Hà Nội 7 Đồ án thiết kế nhà máy điện Trong nhà máy nhiệt điện thì phụ tải tự dùng chiếm một phần đáng kể khoảng (5ữ8)% tổng công suất phát ra của nhà máy. Một cách gần đúng ta có thể xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau: S td = .S nmmax (0,4 + 0,6 maxnm nm S S ) Trong đó : S nmmax là công suất đặt của nhà máy,MVA S nm là công suất của nhà máy tại thời điểm t,MVA là số phần trăm lợng điện tự dùng, = 0,07 Theo công thức trên thì phụ tải tự dùng của nhà máy gồm hai thành phần, một thành phần không phụ thuộc vào phụ tải và một thành phần phụ thuộc vào phụ tải. Công suất biểu kiến của tự dùng nhà máy đợc tính theo công thức sau: S td = tnm(t) Đ MF ĐMF S nP % 0,4 0,6 nP 100 cos cos ữ ữ ì + ì ữ ữ (3) Dựa vào công thức (3) ta có bảng kết quả sau. Bảng 5 T (h) 0 ữ 8 8 ữ 12 12 ữ 14 14 ữ 20 20 ữ 24 S tnm (t) 350 450 425 500 350 S td (MVA) 28,7 32,9 31,85 35 28,7 Trờng ĐH BK Hà Nội 8 Đồ án thiết kế nhà máy điện Từ bảng kết quả trên ta vẽ đợc đồ thị phụ tải tự dùng. S (MVA) 35 32,9 31,85 28,7 28,7 T(h) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Hình 4 4. Công suất phát về hệ thống Nhà máy thiết kế có nhiệm vụ cung cấp cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải điện áp trung và phát lợng công suất thừa lên hệ thống 220 kV. Ta có tổng công suất phát toàn nhà máy bằng tổng công suất tiêu thụ. S TNM (t)=S TD (t)+S UF (t)+S UT (t)+ S VHT (t) Vậy công suất phát về hệ thống: S VHT (t)= S TNM (t)- S TD (t)+S UF (t)+S UT (t) Trong đó: S VHT (t): Công suất về hệ thống tại thời điểm t,MVA S TD (t): Công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t,MVA S UF (t): Công suất của phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t,MVA S UT (t): Công suất của phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t,MVA S TNM (t): Công suất của toàn nhà máy tại thời điểm t,MVA Thay các giá trị đã tính đợc ở trên ta đợc kết quả tính toán phụ tải và cân bằng công suất phát về hệ thống ở bảng sau: Trờng ĐH BK Hà Nội 9 Đồ án thiết kế nhà máy điện Bảng 6 T (h) 0 ữ 4 4 ữ 6 6 ữ 8 8 ữ 10 10 ữ 12 12 ữ 14 14 ữ 18 18 ữ 20 20 ữ 24 S tnm (t) 350 350 350 450 450 425 500 500 350 S UF (t) 1 10,2 5 10,25 14,35 14,35 17,425 17,425 20,5 12,3 12,3 S UT (t) 1 68,75 191,25 191,25 191,25 225 225 202,5 168,75 168,75 S TD (t) 28,7 28,7 28,7 32,9 32,9 31,85 35 35 28,7 S VHT (t ) 142,3 119,8 115,7 211,5 174,675 150,725 242 283,95 140,25 Từ bảng kết quả trên ta vẽ đợc đồ thị. S(MVA) 283,95 242 211,5 174,675 150,725 142,3 119,8 140,25 115,7 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t (h) Hình 5 5. Đồ thị tổng của toàn nhà máy Trờng ĐH BK Hà Nội 10 [...]... (10,5kV), Sđfmax = 20.5 MVA và tự dùng còn lại phát về hệ thống (220 kV), mà hệ thống có công suất 44 00 MVA, công suất phát về hệ thống cực đại là 283,95 MVA vì vậy nhà máy thiết kế rất quan trọng đối với phụ tải trung áp Nhà máy thiết kế với 4 máy phát và 3 cấp điện áp 220 kV, 110 kV, 10,5 kV, phụ tải điện áp máy phát (địa phơng) chiếm so với công suất định mức của một máy phát là 10,25 =8,2% < 10% Các... máy biến áp I lựa chọn máy biến áp Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện Điện năng đợc sản xuất ở nhà máy điện đợc truyền tải đến hộ tiêu thụ thờng qua nhiều lần 15 Trờng ĐH BK Hà Nội Đồ án thiết kế nhà máy điện biến đổi bằng các máy biến áp (MBA) tăng áp và giảm áp Vì vậy tổng công suất của máy biến áp gấp từ 4- 5 lần tổng công suất của máy phát điện Mặc dầu hiệu suất của máy. .. Sthừa max là công suất thừa cực đại của máy phát Sthừa max = s dmF = 125MVA Trong đó: Sđm F là công suất định mức của máy phát S min là công suất nhỏ nhất của phụ tải điện áp máy phát UF S max là công suất tự dùng lớn nhất TD Vậy: Sđm TN1,TN2 125 = 250 MVA 0,5 Ta chọn máy biến áp tự ngẫu loại ATTH công suất 250 MVA Các thông số chính của máy biến áp tự ngẫu cho bởi bảng sau: Bảng 12 Thông số Mã hiệu... lúc14h - 20h, công suất cực tiểu Snmmin = 350 MVA vào lúc 0h- 8h và 20h - 24 h Công suất phụ tải trung áp cực đại STmax = 225 MVA vào lúc 10h - 14h và cực tiểu STmin = 168,75 MVA lúc 0h - 4h và 18h - 24h Trờng ĐH BK Hà Nội 11 Đồ án thiết kế nhà máy điện Công suất phát lên hệ thống cực đại S htmax =283,95 MVA lúc 18h - 20h và cực tiểu Shtmin = 115,7 MVA lúc 6h - 8h Công suất phụ tải điện áp máy phát. .. đồ nối điện ở phần sau III lựa chọn sơ đồ nối điện của nhà máy điện 1.Đề xuất các phơng án lựa chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một công việc rất quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy, dựa vào sơ đồ nối điện chính ta có cái nhìn tổng quan về phần điện trong nhà máy Sơ đồ lựa chọn phải thoả mãn đợc các yêu cầu cơ bản về kinh tế -kĩ thuật cũng nh đảm bảo an toàn cho ngời và thiết bị... 2 = Công suất truyền lên trung áp 110 kV do một bộ máy phát điện- máy biến áp và lợng công suất phía trung của hai máy biến áp tự ngẫu nên công suất truyền lên phía trung 110kV của mỗi máy biến áp tự ngẫu là: ST1 = ST2 = S T S bộ 2 Công suất phía hạ của một máy biến áp tự ngẫu là: Sh1 = Sh2 = Sc1 + ST1 Dựa vào tính toán cân bằng công suất của chơng 1, trong từng khoảng thời gian ti ta có bảng kết... tải điện áp máy phát, cần tiến hành xây dựng những đờng đặc tính phụ tải ngày đêm và sự trao đổi công suất giữa nhà máy với hệ thống trong chế độ làm việc bình thờng, ngoài ra cũng phải xem xét những luồng công suất trao đổi trong chế độ sự cố - Một trong những máy phát điện công suất lớn nhất của nhà máy nối vào thanh góp điện áp máy phát nghỉ không làm việc (trờng hợp này các máy còn lại phải làm... với công suất định mức ) - Khi sự cố trong hệ thống điện, các máy phát điện của nhà máy cần thiết mang công suất định mức Việc liên lạc với hệ thống bằng một máy biến áp chỉ thực hiện khi công suất truyền vào hệ thống không vợt quá công suất dự trữ quay của hệ thống trong chế độ làm việc bình thờng Các máy biến áp và máy biến áp tự ngẫu thờng chọn loại ba pha có điều chỉnh điện áp dới tải trừ máy biến... này công suất truyền lên hệ thống chỉ do hai máy biến áp tự ngẫu nên công suất truyền lên phía cao 220 kV của một máy biến áp tự ngẫu là: S ht 2 Công suất truyền lên trung áp 110 kV do hai bộ máy phát điện- máy biến áp và lợng công suất phía trung của hai máy biến áp tự ngẫu nên công suất truyền lên phía trung 110kV của mỗi máy biến áp tự ngẫu là: Sc1 = Sc 2 = ST1 = ST2 = S Tmax 2S bộ 2 Công suất. .. nhng tổn thất điện năng trong máy biến áp rất lớn Bởi vậy ngời ta mong muốn chọn số lợng máy biến áp ít và công suất đặt nhỏ mà vẫn đảm bảo đợc an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện Chọn máy biến áp trong nhà máy điện là chọn loại, số lợng, công suất định mức, và hệ số biến áp MBA đợc chọn phải đảm bảo an toàn trong điều kiện bình thờng và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất Đối với nhà máy điện có . bằng công suất I. Chọn máy phát điện Theo yêu cầu của đề bài ta phải thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện. Nhà máy có số tổ máy phát điện là 4 tổ máy và có công suất là 40 0MW. Nhà máy nối. thống Nhà máy thiết kế có nhiệm vụ cung cấp cho phụ tải điện áp máy phát, phụ tải điện áp trung và phát lợng công suất thừa lên hệ thống 220 kV. Ta có tổng công suất phát toàn nhà máy bằng tổng công. S nmmax là công suất đặt của nhà máy, MVA S nm là công suất của nhà máy tại thời điểm t,MVA là số phần trăm lợng điện tự dùng, = 0,07 Theo công thức trên thì phụ tải tự dùng của nhà máy gồm