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. [...]... (phương án 1) Thờigian, h SC(t), MVA ST(t), MVA SH(t), MVA 0-4 4-6 6-8 8-1 0 1 0-1 2 1 2-1 4 1 4-1 8 1 8-2 0 2 0-2 4 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 -1 5 -9 .6875 -9 .6875 -9 .6875 -1 5 -1 5 -4 .375 -1 7.65625 -1 7.65625 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. .. của các máy biến áp cho phương án 1 Điện áp cuộn dây, Cấp điện áp, Loại Sđm MVA kV 110 kV C T H Po Io % PN C-T A Тдц 220 ATдцтH UN % Tổn thất công suất, kW C-T C-H C-H T-H Giá, 103R T-H 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 môn học Thiết kế nhà máy điện HTĐ Hình 2.6 Các máy biến áp cho phương án 2... - 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. .. ΔPN(T), ΔPN(H): ΔPN(C) = 0.5(ΔPN(C-T) + ΔPN(C-H) - PN(T-H) ) ΔPN(T) = 0.5(ΔPN(C-T) +ΔPN(T-H) - PN(C-H) ) ΔPN(H) = 0.5(ΔPN(C-H) +ΔPN(T-H) - ΔPN(C-T) ) - 26 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện Thay số liệu từ bảng thông số của máy biến áp tự ngẫu (bảng 2.3) vào tính toán ΔPN(C) = 1 (290 + 14 5-1 45) = 145 kW 2 ΔPN(T) = 1 (290 + 14 5-1 45) = 145 kW 2 ΔPN(H) = được: 1 (145+14 5-2 90) =0 2 Từ bảng phân bố công... bản của các máy biến áp cho phương án 2 Điện áp cuộn dây, Cấp điện áp, Loại Sđm MVA kV 110 kV T Io % PN Po C C-T H A Тдц 220 ATдцтH UN % Tổn thất công suất, kW C-T C-H C-H T-H Giá, 103R T-H 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... và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” (Ngô Hồng Quang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -1 0-3 00 0-1 0 Các thông số kỹ thuật của kháng điện này: Uđm =10 kV IKđm = 3 kA XK% = 10% - 33 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện 2.4.2 Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức cho phương án 2 Sơ đồ: HTĐ Phụ tải cấp điện áp máy phát bao.. .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 toán chương I Phụ tải cấp điện áp máy phát : SUFmax = 22 MVA SUFmin... 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. .. 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 -1 5 -9 .6875 -9 .6875 -9 .6875 -1 5 -1 5 -4 .375 -1 7.65625 -1 7.65625 14.1 14.1 13 30.85 28.65 40.55 48.15 50.35 20.6 248.043 118.438 117.745 133.036 138.363 154.357 294.278 176.385 267.106 Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp tự ngẫu: - 27 - Đồ án môn học Thiết kế nhà máy điện ΔATN = ΔATN (t1)+ ΔATN (t2)+ ΔATN (t3)+ ΔATN (t4)+ ΔATN... gian t ta có bảng kết quả phân bố dòng công 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 công 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 8-1 0 1 0-1 2 1 2-1 4 1 4-1 8 1 8-2 0 2 0-2 4 13.75 19.0625 19.0625 19.0625 13.75 13.75 24.375 11.09375 11.09375 . 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. 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