ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN Nhiệm vụ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ t n sinh vi n: Nguy n Cơng Bình Lớp: Đ5H1 Ngành: Hệ thống điện Cán hƣớng dẫn: TS Nguy n Đăng Toản PHẦN I: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN Nhà máy điện kiểu: NĐNH gồm tổ máy x 100 MW Nhà máy có nhiệm vụ cấp điện cho phụ tải sau Tự dùng nhà máy ; 4,5% , cosφ =0,85 Phụ tải cấp điện áp trung 110 kV : Pmax = 160 MW, cos = 0,85 Gồm : kép x 50MW x40 km đơn x 40MW x 30km Đồ thị phụ tải biến thi n theo thời gian sau t(giờ) 0-8 8-12 12-16 16-24 P/Pmax(%) 85 90 95 80 Hệ thống : Tổng công suất h thống không kể nhà máy 4500MVA, dự trữ hệ thống 300MVA, điện kháng tƣơng đối định mức đến góp hệ thống X*đm=1,0(pu) Nhà máy li n kết hệ thống đƣờng dây kép 220kV dài 140km Đồ thị phát cơng suất tồn nhà máy t(giờ) 0-8 8-12 12-16 16-24 P/Pmax(%) 80 100 95 80 Khơ có phụ tải địa phƣơng PHẦN II: Tính tốn ổn định nhà máy điện vừa thiết kế với thông số động đƣợc cho trƣớng mô làm việc role khoảng cách powerworld Ngày giao nhiệm vụ: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Trƣởng khoa Giáo vi n hƣớng dẫn TS Trần Thanh Sơn TS Nguy n Đăng Toản LỜI NĨI ĐẦU Trong q trình cơng nghiệp hố đại hố ngành lƣợng ngành công nghiệp quan trọng, nhu cầu sử dụng lƣợng ngày cao đƣợc ƣu ti n phát triển hàng đầu Năng lƣợng, theo cách nhìn tổng quát rộng lớn, vô tận Tuy nhi n, nguồn lƣợng mà ngƣời khai thác phổ biến trở n n khan trở thành vấn đề lớn tr n giới nhà máy điện phần thiếu đƣợc ngành lƣợng Cùng với phát triển ngành lƣợng việc xây dựng nhà máy điện hoà vào hệ thống điện nâng cao tính bảo đảm cung cấp điện li n tục cho hộ ti u thụ điện chúng hỗ trợ cho có cố nhà máy đó, nâng cao chất lƣợng điện năng, công suất truyền tải, giảm tổn thất điện năng, ổn định cao hệ thống đáp ứng y u cầu ti u kinh tế kỹ thuật đề ngành lƣợng Sau kết thúc bốn năm học ngành hệ thống điện, em đƣợc giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp gồm phần: Phần 1: Thiết kế phần điện nhà máy Nhiệt Điện Phần 2: Tính tốn ổn định cho nhà máy Nhiệt Điện Về sơ lƣợc em hiểu biết đƣợc sâu kiến thức phần điện nhà máy nhiệt điện hiểu biết phần mềm power world tính tốn ổn định cho nhà máy nhiệt điện Và trang bị kiến thức hữu ích cho cơng việc em sau trƣờng Hà nội, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực Nguy n Cơng Bình LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa hệ thống điện đặc biệt thầy TS.Nguy n Đăng Toản hƣớng dẫn em nhiệt tình trang bị cho em lƣợng kiến thức sâu rộng môn nhà máy điện ổn định hệ thống điện để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy điện mảng đề tài lớn đặc trƣng nghành điện nói chung khoa hệ thống điện nói ri ng đòi hỏi nhiều trình độ chuy n mơn, q trình thiết kế em có giúp đỡ phối hợp tốt với bạn bè nhóm đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn bầy tỏ lòng biết ơn thầy tận tình giảng dạy giúp đỡ em năm học vừa qua NHẬN XÉT CỦA CƠ QUAN THỰC TẬP NHẬN XÉT CỦA GIẢO VIÊN HƢỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT CỦA CƠ QUAN THỰC TẬP NHẬN XÉT CỦA GIẢO VIÊN HƢỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC CHƢƠNG TÍNH TỐN PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CƠNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY 1.1 Lựa chọn máy phát điện 1.2 Tính tốn phụ tải 1.2.1 Phụ tải phía điện áp máy phát 1.2.2 Phụ tải toàn nhà máy 1.2.3 Công suất tự dùng nhà máy 1.2.4 Phụ tải phía trung áp 1.2.5 Phụ tải cấp điện áp cao 1.2.6 Công suất phụ tải hệ thống 1.2.7 Nhận xét chung 1.3 Đề xuất phƣơng án nối điện 1.3.1 Cơ sở chung để đề xuất phƣơng án nối điện 10 1.3.2 Đề xuất phƣơng án nối điện 11 CHƢƠNG TÍNH TỐN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 14 2.1 Phƣơng án 14 2.1.1 Phân bố công suất cấp điện áp máy biến áp 14 2.1.2 Tính tốn lựa chọn máy biến áp hai đƣờng dây 15 2.1.3 MBA li n lạc 15 2.1.4 Kiểm tra tải máy biến áp 17 2.1.5 Tính tốn tổn thất điện máy biến áp 22 2.2 Phƣơng án 24 2.2.1 Phân bố công suất cấp điện áp máy biến áp 24 2.2.2 Tính toán lựa chọn máy biến áp hai đƣờng dây 24 2.2.3 MBA li n lạc 25 2.2.4 Kiểm tra tải cố 27 2.2.5 Tính toán tổn thất điện máy biến áp 30 2.2.6 Tính tốn tổn that máy biến áp cuộn dây 30 2.2.7 Tính tổn thất điện MBA tự ngẫu 31 CHƢƠNG TÍNH TỐN KINH TẾ KỸ THUẬT, CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU 33 3.1 Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối 33 3.1.1 Phƣơng án 33 3.1.2 Phƣơng án 34 3.2 Tính tốn kinh tế, kỹ thuật, chọn phƣơng án tối ƣu 34 3.2.1 Các ti u kinh tế phƣơng án 34 3.2.2 Các ti u kinh tế phƣơng án 36 3.3 So sánh ti u kinh tế, kỹ thuật Chọn phƣơng án tối ƣu 38 3.3.1 Nhận xét phƣơng án 38 CHƢƠNG TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MẠCH 40 4.1 Chọn điểm ngắn mạch 40 4.2 Lập sơ đồ thay 40 4.3 Tính tốn ngắn mạch theo điểm 44 4.3.1 Điểm ngắn mạch N1 44 4.3.2 Điểm ngắn mạch N2 46 4.3.3 Điểm ngắn mạch N3 49 4.3.4 Điểm ngắn mạch N3’ 51 4.3.5 Điểm ngắn mạch N4 52 CHƢƠNG CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 53 5.1 Tính tốn dòng cƣỡng cấp điện áp 53 5.1.1 Cấp điện áp 220 kV 53 5.1.2 Cấp điện áp 110 kV 54 5.1.3 Cấp điện áp 10,5 kV 54 5.2 Chọn máy cắt dao cách ly 55 5.2.1 Chọn máy cắt 55 5.2.2 Chọn dao cách ly 56 5.3 Chọn dẫn cứng đầu cực máy phát 57 5.3.1 Chọn loại tiết diện 57 5.3.1 Kiểm tra ổn định động ngắn mạch 58 5.3.2 Chọn sứ đỡ cho dẫn cứng 61 5.4 Chọn dẫn mềm 62 5.4.1 Chọn góp cấp điện áp 220(kV) 64 5.4.2 Chọn góp cấp điện áp 110kV 67 5.5 Chọn máy biến áp đo lƣờng 70 5.5.1 Chọn máy biến dòng điện 70 5.5.2 Chọn máy biến điện áp 74 5.5.1 Hình vẽ sơ đồ nối dụng cụ đo 77 5.6 Chọn chống sét van 77 CHƢƠNG CHỌN SƠ ĐỒ VÀ CÁC THIẾT BỊ TỰ DÙNG 79 6.1 Sơ đồ tự dùng 79 6.2 Chọn thiết bị điện khí cụ cho tự dùng 81 6.2.1 Chọn máy biến áp tự dùng cấp (10,5/6,3kV) 81 95 Ứng dụng thiết bị bảo vệ tốc độ nhanh – Nhanh chóng loại trừ cố khỏi hệ thống điện Điều có ý nghĩa quan trọng việc giảm hậu cố – Dùng hệ thống bảo vệ hiệu – Các MC đại Ứng dụng hệ thống đóng lặp lại tốc độ cao – Phần lớn cố thống qua, việc đóng lặp lại có hiệu nhanh chóng khơi phục lại khả truyền tải đƣờng dây – Cần ý đóng lặp lại vào cố trì, lúc máy cắt phải đƣợc cắt khơng đƣợc tiếp tục đóng lặp lại, lúc máy cắt ngắt ra, loại trừ hồn tồn cố trì Ứng dụng hệ thống đóng cắt pha – Phần lớn cố ngắn mạch pha, việc cắt pha cố cho phép tiếp tục truyền tải cơng suất qua đƣờng dây lại – Các nghi n cứu rằng, phần lớn cố ngắn mạch pha thƣờng tự triệt ti u, việc đóng cắt, đóng lặp lại pha thƣờng có hiệu lớn việc nâng cao ổn định Sử dụng MPĐ với số quán tính lớn, điện kháng độ nhỏ – Một MPĐ có số qn tính (H) lớn cho phép giảm khả tăng tốc góc rotor giảm khả dao động góc rotor – Do tăng thời gian tới hạn loại trừ cố – Giảm điện kháng độ, cho phép tăng khả mang tải MPĐ thời gian cố, khoảng sau cố Sử dụng hệ thống kích từ đáp ứng nhanh độ lợi lớn (Gain lớn) – Hệ thống kích từ đại đƣợc thiết kế để tác động nhanh với độ lợi lớn cảm nhận đƣợc giảm nhanh điện áp đầu cực MPĐ có ngắn mạch GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 96 – Hiệu tăng cơng suất đầu suốt trình cố sau cố Do thời gian tới hạn loại trừ cố tăng l n – Thƣờng trang bị AVR PSS Ứng dụng hệ thống van điều khiển tốc độ cao – Một số tuabin đƣợc trang bị hệ thống van điều khiển dòng tốc độ cao, nhanh chóng giảm cơng suất đầu Khi cố xảy gần MPĐ, công suất điện đầu giảm, hệ thống van điều khiển tốc độ cao nhanh chóng tác động để cân cơng suất công suất điện – Điều giảm tăng tốc rôto tăng thời gian tới hạn loại trừ cố Vậy có nhiều biện pháp nâng cao ổn định cho nhà máy điện nhƣng đồ án đƣợc giao nhiệm vụ khảo sát tính ổn định nhà máy thơng qua phần mềm power world với hệ thống kích từ ổn định công suất PSS Bộ tự động điều chỉnh điện áp điện áp Automatic Voltage Regulator (AVR) có vai trò trì điện áp định mức tr n đầu cực máy phát điện Nguy n tắc điều chỉnh điện áp máy phát điều chỉnh dòng điện kích thích chiều tr n cuộn dây kích thích tạo từ trƣờng máy phát điện – Hệ thống kích từ đƣợc điều khiển bảo vệ nhằm đáp ứng công suất kháng cho hệ thống thông qua điều khiển điện áp cách điều khiển dòng điện kích từ – Chức điều khiển bao gồm việc điều chỉnh điện áp, phân bố công suất nâng cao tính ổn định hệ thống Chức bảo vệ đảm bảo đƣợc khả máy điện đồng bộ, hệ thống kích từ thiết bị khác không đƣợc vƣợt giới hạn Bộ ổn định công suất power system stabilizers (PSS) thiết bị quan trọng AVR dùng máy phát điện có cơng suất lớn, đƣờng dây truyền tải điện có chiều dài lớn PSS thiết bị hỗ trợ cho AVR để tạo khả kích từ phản ứng nhanh nhanh Khi có hƣ hỏng hệ thống điện điện áp máy phát dao động, loại AVR phản ứng nhanh đƣợc trang bị th m PSS cho phép hãm lại dao động độ hệ thống điện GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 97 Để làm đƣợc việc cách hiệu cần phải trang bị hệ thống kích từ phản ứng nhanh phải có vai trò PSS AVR 8.2 Mơ có thơng số động máy phát điện Ta điền đầy đủ thông số động máy phát điện, máy biến áp cuộn dây, máy biến áp tự ngẫu phía hệ thống nhà máy theo nhƣ n u mục mơ hình thiết bị 8.2.1 Khi ngắn mạch thống qua góp 220 kV Trên sơ đồ mơ case chương trình chọn Runmode >> Add ons >> Transient Stability Analysis >> Insert Apply and Clear Fault hộp thoại hình xuất ta chọn thông số nhƣ tr n hình sau: Hình vẽ 8-1: Biểu thị loại ngắn mạch thời gian ngắn mạch TG 220kV GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 98 Ta chọn save ok để hình dạng đồ thị ngắn mạch pha thoáng qua tr n góp thời gian 0,11 giây ta chọn nhƣ sau: Plot >> Plot Designer >> Rotor Angle ta Add nút tức ngắn mạch dạng đồ thị góc rotor MPĐ1 (xét MPĐ1 với máy phát tƣơng tự ) Hình vẽ 8-2: Cách chọn dạnh đồ thị Nhấn nút Run Transient Stability đồ thị GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 99 Hình vẽ 8-3: Góc rotor MPDD1 NM 0,11s chƣa có kích từ Qua đồ thị tr n cho thấy ngắn mạch thống qua tr n góp 220kV thời gian 0,18s có thơng số động máy phát (chƣa có hệ thống điều khiển kích từ), góc Rotor máy phát dao động với giới hạn dao động góc Rotor là: max 830 540 sau trở trạng thái ổn định vị trí góc 630 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 20s Tƣơng tự nhƣ tr n ta xét ngắn mạch pha thống qua tr n góp220kV thời gian 0,3s ( xét cho MPĐ1 ) nhƣ hình vẽ sau: GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 100 Hình vẽ 8-4: Góc rotor MPDD1 NM trện TG 0,3s chƣa có kích từ Qua đồ thị cho thấy MPĐ có thơng số động máy phát (chƣa có hệ thống điều khiển kích từ) ngắn mạch thống qua thời gian 0,3s góp 220kV ta thấy góc Rotor máy phát tăng l n đến vô không trở lại vị trí ổn định ban đầu chứng tỏ góc Rotor máy phát bị ổn định 8.2.2 Khi ngắn mạch thoáng qua đường dây Xét thời gian ngắn mạch 0,11s cho MPĐ mơ tƣơng tự nhƣ ngắn mạch thống qua tr n góp 220kV tr n GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 101 Hình vẽ 8-5: Biểu thị loại ngắn mạch thời gian ngắn mạch đƣờng dây GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 102 Hình vẽ 8-6: Góc rotor MPĐ1 NM đƣờng dây với thời gian NM 0,11s chƣa có kích từ Qua đồ thị tr n cho thấy ngắn mạch thoáng qua đƣờng dây nối góp 220kV với hệ thống thời gian 0,11s có thơng số động máy phát (chƣa có hệ thống điều khiển kích từ), góc Rotor máy phát dao động với giới hạn dao động góc Rotor là: max 760 630, sau trở trạng thái ổn định vị trí góc 72,50 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 20s GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 103 8.3 Mơ có kích từ 8.3.1 Khi ngắn mạch thống qua góp 220 kV Tƣơng tự nhƣ tr n ta xét ngắn mạch pha thống qua tr n góp220kV thời gian 0,19s ( xét cho MPĐ1 ) nhƣ hình vẽ dƣới Hình vẽ 8-7: Góc rotor MPĐ1 NM TG với thời gian NM 0,19s có kích từ Khi có thơng số động máy phát có hệ thống điều khiển kích từ ngắn mạch thoáng qua thời gian 0,19s tr n góp 220kV ta thấy góc Rotor máy phát trở lại vị trí ổn định ban đầu góc 630 Góc rotor dao động với giới hạn dao động là: max 1060 28,50 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 17s GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Công Bình 104 8.3.2 Khi ngắn mạch thống qua đường dây Xét cho MPĐ1 với thời gian ngắn mạch 0,3s tƣơng tự nhƣ tr n Hình vẽ 8-8: : Góc rotor MPĐ1 NM đƣờng dây với thời gian NM 0,3s có kích từ Qua đồ thị tr n cho thấy MPĐ có thơng số động máy phát có hệ thống điều khiển kích từ ngắn mạch thống qua thời gian 0,3s đƣờng dây ta thấy góc Rotor máy phát trở lại vị trí ổn định ban đầu góc 630 Góc rotor dao động với giới hạn dao động là: max 780 470 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 40s GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 105 8.4 Mơ có kích từ ổn định cơng suất 8.4.1 Khi ngắn mạch thống qua góp 220 kV Xét cho MPĐ1 với thời gian ngắn mạch 0,19s tƣơng tự nhƣ tr n Hình vẽ 8-9: Góc rotor MPĐ1 NM TG 0,19s có kích từ, PSS Qua đồ thị tr n cho thấy ngắn mạch thoáng qua tr n góp 220kV thời gian 0,19s có kích từ ổn định cơng suất PSS góc Rotor MPĐ dao động với giới hạn dao động góc Rotor là: max 1100 280, sau trở trạng thái ổn định vị trí góc 630 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 13s GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 106 8.4.2 Khi ngắn mạch thoáng qua đường dây Xét cho MPĐ1 với thời gian ngắn mạch 0,3s tƣơng tự nhƣ tr n Hình vẽ 8-10: Góc rotor MPĐ1 NM đƣờng dây với thời gian NM 0,33s có kích từ, PSS Qua đồ thị cho thấy ngắn mạch thoáng qua đƣờng dây nối góp 220kV với hệ thống thời gian 0,3s có thơng số động máy phát hệ thống điều khiển kích từ,bộ ổn định cơng suất PSS góc Rotor máy phát dao động với giới hạn dao động góc Rotor là: max 780 470, sau trở trạng thái ổn định vị trí góc 630 Thời gian để góc Rotor MPĐ1 trở trạng thái ổn định 20s GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Công Bình 107 8.5 Nhận xét chƣơng Trong chƣơng khảo sát đƣợc ổn định động nhà máy nhiệt điện thơng qua phần mềm power world Qua nghi n cứu đƣợc dạng ngắn mạch tr n góp 220kV ngắn mạch đƣờng dây nối góp 220kV với hệ thống Khi xét ngắn mạch tr n góp đƣờng dây nối hệ thống với góp 220kV trƣờng hợp cụ thể: – Khi có thơng số động MPĐ – Khi MPĐ có th m kích từ – Khi MPĐ có th m kích từ ổn định cơng suất PSS Qua cho thấy đƣợc tác dụng rõ rệt hệ thống điều khiển kích từ ổn định cơng suất PSS với ổn định nhà máy nhiệt điện thiết kế Và chƣơng đề xuất đƣợc biện pháp nâng cao ổn định cho nhà máy để nhà máy điện vận hành cách tối ƣu cho hiệu cao GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 108 KẾT LUẬN CHUNG Theo đề tài thiết kế đồ án đƣợc thiết kế dựa tr n nhiều môn chuy n nghành hệ thống điện, bật môn: nhà máy điện, ổn định hệ thống điện, rơ le, cao áp Và đồ án gồm phần chính: Phần 1: Thiết kế phần điện nhà máy Nhiệt Điện Phần 2: Tính tốn ổn định cho nhà máy Nhiệt Điện  Trong phần đƣợc thiết kế gồm chƣơng: Chƣơng 1: Chọn máy phát điện, phân tích đồ thị phụ tải đề xuất phƣơng án nối dây Chƣơng 2: Chọn kiểm tra máy biến áp Chƣơng 3: Tính tốn dòng điện ngắn mạch Chƣơng 4: Tính tốn kinh tế kỹ thuật chọn phƣơng án tối ƣu Chƣơng 5: Chọn khí cụ điện dây dẫn Chƣơng 6: Chọn sơ đồ tự dùng máy biến áp tự dùng  Trong phần đƣợc thiết kế gồm chƣơng: Chƣơng 7: Tìm hiểu chung ổn định Chƣơng 8: Khảo sát ổn định động nhà máy nhiệt điện GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình 109 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Phạm Văn Hòa, Phạm Ngọc Hùng Thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2007 PGS.TS Phạm Văn Hòa Ngắn mạch đứt dây hệ thống điện Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2006 TS Nguy n Đăng Toản Ổn định hệ thống điện Trƣờng đại học điện lực http://www.powerworld.com/downloads/demosoftware.asp http://www.powerworld.com/ GVHD: TS Nguyễn Đăng Toản SV: Nguyễn Cơng Bình