Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, với chính sách kinh tế mới, Đảng và nhà nước ta chú trọng đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các nghành công nghiệp, nghành năng lượng Việt nam đã có những bước tiến vượt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinh tế.Cùng với việc xây dựng thành công đường dây tải điện Bắc – Nam và một số công trình lớn khác ,hệ thống điện nước ta đã từng bước được cải tạo, nâng cấp. Xuất hiện ngày càng nhiều nhà máy điện và các trạm biến áp phân phối điện,do đó sản lượng cũng như chất lượng điện năng ngày càng được nâng cao. Do địa hình nước ta có nhiều đồi núi và các con sông lớn nên ta có thể xây dựng các nhà máy thủy điện. Nhà máy thủy điện đem lại những lợi ích không nhỏ về kinh tế cũng như kỹ thuật. Tuy nhiên, xây dựng nhà máy thủy điện lại cần vốn đầu tư kinh tế lớn và thời gian xây dựng kéo dài nhiều năm.Do đó, để theo kịp tốc độ phát triển của nền kinh tế,để đáp ứng nhu cầu trước mắt về điện năng ta cần thiết phải xây dựng các nhà máy nhiệt điện : có vốn đầu tư ít hơn ,thời gian xây dựng nhanh hơn Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế – kỹ thuật sẽ đem lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế và hệ thống điện.Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên nghành hệ thống điện trước khi xâm nhập thực tế Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn : PGS –TS Nguyễn Hữu Khái đã hướng dẫn em tận tình, giúp em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2007 Sinh viên Nguyễn Minh Đức Nguyễn Minh Đức 1 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 2 1 LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG I 3 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI & CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 3 I .Chọn máy phát điện : 3 II .Tính toán phụ tải và cân bằng công suất : 4 9 CHƯƠNG II 9 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA NHÀ MÁY 9 I . ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN : 9 1 . Sơ đồ nối điện chính : 9 2 . Các phương án : 10 II .CHỌN MÁY BIẾN ÁP : 13 1 . Phương án I : 13 2 . Phương án II : 17 III - Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng : 21 1 . Phương án I : 21 2 . Phương án II : 22 IV .Tính dòng điện làm việc bình thường và dòng điện làm việc cưỡng bức 23 1 . Phương án I : 23 2 . Phương án II : 24 26 CHƯƠNG III 26 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 26 V - Mục đích : 26 1 . Xác định tham số : 26 2 . Phương án I : 28 3 . Phương án II : 36 45 CHƯƠNG IV 46 SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT 46 CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 46 VI . Chọn máy cắt điện : 46 VII . Chọn sơ đồ thanh góp : 46 VIII . Tính toán kinh tế : 47 1 . Phương án I : 47 2 . Phương án II : 49 CHƯƠNG V 51 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ THANH DẪN 51 I . Chọn thanh dẫn : 51 1 . Chọn thanh dẫn cho mạch máy phát (thanh dẫn cứng): 51 2 . Chọn sứ đỡ : 54 3 . Chọn thanh góp mềm phía cao áp : (220 KV) 55 4 . Chọn thanh góp mềm phía trung áp :(110 KV) 56 5 . Chọn dao cách ly : 58 Nguyễn Minh Đức 2 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 3 6 . Chọn máy biến điện áp BU : 58 7 Chọn máy biến dòng điện BI : 60 8 . Chọn cáp và kháng điện đường dây : 63 9 . Chọn chống sét van : 67 68 CHƯƠNG VI 68 SƠ ĐỒ TỰ DÙNG VÀ MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG 68 II . Sơ đồ nối điện tự dùng : 68 III . Chọn máy biến áp tự dùng : 68 1 . Chọn máy biến áp tự dùng cấp I : 68 2 . Chọn máy biến áp tự dùng cấp II : 69 3 .Chọn máy cắt : 69 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI & CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Đất nước ta đang trên đà phát triển mạnh theo con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá, vì thế điện năng đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu trong quá trình phát triển đất nước. Số hộ dùng điện và lượng điện năng tiêu thụ không ngừng thay đổi và tăng nhanh chóng. Do vậy, để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế người ta sử dụng các phương pháp thống kê, lập nên đồ thị phụ tải để từ đó lựa chọn phương thức vận hành, sơ đồ nối điện hợp lý. Trong nhiệm vụ thiết kế, người ta thường cho đồ thị phụ tải hàng ngày ở các cấp điện áp và hệ số công suất của phụ tải tương ứng, cũng có khi cho đồ thị phụ tải hàng ngày của toàn nhà máy. Dựa vào đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp mà xây dựng đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy, ngoài phần phụ tải của hộ tiêu thụ ở các cấp điện áp, phụ tải phát về hệ thống, còn có phụ tải tự dùng của nhà máy. Công suất tự dùng của nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố (dạng nhiên liệu, áp lực hơi ban đầu, loại tuabin và công suất của chúng, loại truyền động đối với các máy bơm cung cấp.v v ) và chiếm khoảng 5 - 8% tổng điện năng phát ra. Đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy thường vẽ theo công suất biểu kiến S (MVA) để có được độ chính xác hơn vì hệ số công suất của phụ tải ở các cấp điện áp thường khác nhau. Như vậy, dựa vào đồ thị phụ tải các cấp điện áp tiến hành tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy theo thời gian hàng ngày. I .Chọn máy phát điện : Nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, công suất mỗi máy là : 100 MW. - Chọn máy phát điện đồng bộ tuabin hơi có các thông số sau : Loại máy phát Thông số định mức Điện kháng tương đối n v/ph S MVA P MW U KV cos ϕ I KA X’’ d X’ d X d TBφ-100-2 3000 117,65 100 10,5 0,85 6,475 0,183 0,263 1,79 Nguyễn Minh Đức 3 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 4 II.Tính toán phụ tải và cân bằng công suất : Ta xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp, ta có : Ρ% (t) = 100. P )t(P max ⇒ P (t) = max P. 100 )t%(P ; S (t) = ϕCos )t(P . Trong đó : - S : là công suất biểu kiến của phụ tải thời điểm t. - P : là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t. - Cos ϕ : là hệ số công suất phụ tải. 1. Phụ tải điện áp máy phát (địa phương) : U đm = 10 KV ; P max = 10 MW ; Cos ϕ = 0,87 Gồm : 4 đường dây kép × 2,5 MW × 2,5 km ; - Ta có bảng phụ tải : t(h) công suất 0-8 8 14 14 20 20 24 P % (t) 65 80 100 70 P (t) (MW) 6.5 8 10 7 S (t) (MVA) 7.4713 9.1954 11.4943 8.046 Tại trạm địa phương đặt máy cắt hợp bộ có dòng cắt là 20 kA, thời gian cắt là 0,4 sec .Dùng cáp nhôm tiết diện bé nhất là 50 mm 2 . - Đồ thị phụ tải địa phương : 2. Phụ tải điện áp trung : Nguyễn Minh Đức 4 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 5 Uđm = 110 KV ; Pmax = 200 MW ; Cos ϕ = 0,86 ; Gồm 3 đường dây kép ; P (t) = max P. 100 )t%(P ; S (t) = ϕCos )t(P . - Kết quả tính toán cân bằng công suất ở phụ tải trung áp : t (h) công suất 0 – 7 7 - 14 14 - 20 20 - 24 P % (t) 70 85 100 80 P (t) (MW) 140 170 200 160 S (t) (MVA) 162.7907 197.6744 232.5581 186.0465 - Đồ thị phụ tải trung áp : 3. Phụ tải toàn nhà máy : P NMmax = ∑ P đm = n.P đmF = 4.100 = 400 (MW) . S NMmax = ∑ S đm = n.S đmF = 4.117,65 = 470,6 (MVA) . Cos ϕ = 0,85. P (t) = max P. 100 )t%(P ; S (t) = ϕCos )t(P . - Ta có bảng tính toán cân bằng công suất ở phụ tải toàn nhà máy : t (h) công suất 0-7 7 14 14 20 20 24 P % (t) 75 90 100 80 Nguyễn Minh Đức 5 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 6 P (t) (MW) 300 360 400 320 S (t) (MVA) 352.9412 423.5294 470.5882 376.4706 - Đồ thị phụ tải toàn nhà máy : 4. Công suất tự dùng : - Xác định phụ tải tự dùng của nhà máy nhiệt điện theo công thức sau : S td (t) = α . S NMmax . ( 0,4 + 0,6. maxNM NM S )t(S ) ; - Trong đó : S td (t) : phụ tải tự dùng tại thời điểm t. S NMmax : công suất đặt của toàn nhà máy. S NM (t) : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t. α : số phần trăm lượng điện tự dùng. S NMmax = 470,5882 (MVA) ; Tự dùng của nhà máy : α = 6 % ; - Tính toán theo công thức trên ta có bảng kết quả sau : Nguyễn Minh Đức 6 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 7 t (h) công suất 0-7 7 14 14 20 20 24 S NM (t) 352.9412 423.5294 470.5882 376.4706 S td (t) 24 26.54 28.24 24.85 - Đồ thị phụ tải tự dùng : 5. Cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống : - Ta xác định công suất của toàn nhà máy theo biểu thức : S NM (t) = S đf (t) + S T (t) + S td (t) + S HT (t) - Công suất phát vào hệ thống : S HT (t) = S NM (t) – [S đf (t) + S T (t) + S td (t)] - Bảng tính toán cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát vào hệ thống : thời gian 0 7 7 8 8 14 14 20 20 24 S NM (t) MVA 352.9412 352.9412 423.5294 470.5882 376.4706 S df (t) MVA 7.4713 9.1954 9.1954 11.4943 8.046 S T (t) MVA 162.7907 162.7907 197.6744 232.5581 186.0465 Nguyễn Minh Đức 7 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 8 S td (t) MVA 24 24 26.54 28.24 24.85 S HT 158.6792 156.9551 190.1196 198.2958 157.5281 Theo các số liệu từ bảng trên, ta có đồ thị phụ tải tổng hợp sau :  Nhận xét : - Nhà máy thiết kế có tổng công suất là : S NMđm = ∑ S đm = n.S đmF = 4.117,65 = 470,6 (MVA) - So với công suất hệ thống S HT = 2000 (MVA) thì nhà máy thiết kế chiếm 23,53 % công suất của hệ thống. - Công suất phát vào hệ thống: max = 198,2958 MVA từ :14 h - 20 h min = 156,9551 MVA từ : 0 h – 8h Nguyễn Minh Đức 8 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 9 - Phụ tải trung áp : + S Tmax = 232,5581 MVA từ 14 h – 20 h chiếm 49,42 % công suất nhà máy. + S Tmax = 162,7907 MVA từ 0 h – 7 h chiếm 34,59 % công suất nhà máy. - Nhà máy được thiết kế cung cấp điện cho phụ tải điện áp trung 110 kV và cấp lên hệ thống 220 kV . Do vậy ta sử dụng các máy biến áp tự ngẫu.(ở những cấp điện áp này có trung tính trực tiếp nối đất) - Phụ tải địa phương có : S đfmax = 11,4943 MVA Với: S đmF = 117,65 MVA. - Ta có : dmF maxdf S S = 11,4943 117,65 = 0,0977 Công suất địa phương cực đại (S đfmax ) chỉ bằng 9,77 % công suất định mức phát (S đmF ). * Khả năng phát triển của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí nhà máy, địa bàn phụ tải, nguồn nhiên liệu Riêng về phần điện nhà máy hoàn toàn có khả năng phát triển thêm phụ tải ở các cấp điện áp sẵn có. CHƯƠNG II CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA NHÀ MÁY I. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN : 1. Sơ đồ nối điện chính : Thiết bị, MFĐ, MBA, được nối với nhau theo một sơ đồ nhất định gọi là sơ đồ nối điện chính. Sơ đồ nối điện phụ thuộc vào số nguồn, số phụ tải, công suất nguồn, công suất phụ tải,phụ thuộc vào tính chất hộ tiêu thụ, phụ thuộc vào khả năng đầu tư Sơ đồ phải thỏa mãn điều kiện : + Về kỹ thuật : - Đảm bảo an toàn cung cấp điện theo yêu cầu. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. + Về kinh tế : - Vốn đầu tư ít . - Dễ vận hành, thay thế, lắp đặt, sửa chữa. - Sự linh hoạt trong vận hành (vận hành theo nhiều phương pháp). - Có khả năng phát triển về sau. Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy điện. Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy biến áp với các cấp điện áp, về Nguyễn Minh Đức 9 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 10 số lượng và dung lượng của máy biến áp, về số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát, số máy phát điện ghép bộ với máy biến áp v.v - Công suất mỗi bộ máy phát điện - máy biến áp không lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. - Phụ tải điện áp máy phát lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát – máy biến áp với công suất không quá 15 % công suất bộ. - Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. - Cả phía cao và trung áp đều có trung tính trực tiếp nối đất nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc. Từ đó ta đề xuất các phương án : 2. Các phương án : a. Phương án I : HT 110 kV 220 kV F 1 F 2 F 4 F 3 + Ưu điểm : Giảm được tối đa số thiết bị nối vào thanh góp điện áp nên giá thành rẻ có lợi về mặt kinh tế. Cả hai phía điện áp cao và điện áp trung đều có trung tính trực tiếp nối đất (U ≥ 110 kV) nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc. Mặt khác, chủng loại máy biến Nguyễn Minh Đức 10 [...]... kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 28 2 Phương án I : + Sơ đồ nối điện: Chọn các điểm ngắn mạch: a- Điểm ngắn mạch N1 : Cấp điện áp 220 KV, các thiết bị như : máy cắt ,dao cách ly ta nên chọn cùng một loại Vì vậy, ta chọn N1 là điểm ngắn mạch trên thanh góp 220 KV Nguồn cung cấp bao gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống Nguyễn Minh Đức 28 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 29 -.. .Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 11 áp ít nên sơ đồ dễ chọn lựa thiết bị cũng như vận hành, độ tin cậy cao, cung cấp điện đảm bảo + Nhược điểm : Có một phần công suất truyền qua hai lần biến áp làm tăng tổn thất công suất Nhưng vì sơ đồ trên sử dụng máy biến áp tự ngẫu liên lạc nên tổn thất công suất không đáng kể, có thể bỏ qua b Phương án II: HT 110 kV 220 kV F2 F3 F4 F5 + Ưu điểm : Về mặt công. .. cung cấp điện Nguyễn Minh Đức 12 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 13 Do đó, ta thấy hai phương án I & II có nhiều ưu điểm hơn, đảm bảo độ an toàn , độ tin cậy, cung cấp điện ổn định , dễ vận hành nên ta chọn hai phương án này để so sánh về mặt kinh tế, kĩ thuật, chọn ra phương án tối ưu II.CHỌN MÁY BIẾN ÁP : Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng Trong hệ thống điện, tổng công suất các máy biến... hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn so với MBA thường có cùng công suất 1 Phương án I : - Sơ đồ nối dây : HT 110 kV 220 kV F1 F2 F3 F4 a.Chọn máy biến áp cho phương án I : - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây : Nguyễn Minh Đức 13 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 14 SđmB ≥ SđmF = 117,65 (MVA) - Bộ máy phát điện – máy biến áp tự ngẫu : U C − U T 220 − 110 1 = = 0,5 ) SđmF ; α : Hệ số... Minh Đức 20 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 21 - Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (160MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn III - Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng : - Tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu gồm hai phần: + Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải của nó + Tổn thất đồng trong dây... (MVA) - Lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (160MVA) nên máy biến áp đã chọn thoả mãn 2 Phương án II : - Sơ đồ nối dây : HT 110 kV 220 kV F3 F1 F2 F4 a Chọn máy biến áp cho phương án II : - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên trung : SđmB ≥ SđmF = 117,65 (MVA) - Bộ máy phát điện – máy biến áp hai dây quấn bên cao : SđmB ≥ SđmF = 117,65 (MVA) - Bộ máy phát điện – máy biến... Phân bố công suất trên các cuộn dây MBA tự ngẫu khi xảy ra sự cố : - Công suất truyền tải qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu là : 1 232,5581 ST = ST max = = 116, 2791( MVA) 2 2 Nguyễn Minh Đức 19 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 20 - Công suất truyền tải qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu là : 1 1 1 1 S H = SdmF − Std − S df = 117, 65 − 28, 24 − 11, 4943 = 104,8429( MVA) 4 2 4 2 - Công suất truyền... công suất khắc phục được nhược điểm của phương án I, luôn luôn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải cho dù gặp phải sự cố ngừng một trong các máy Do đó, độ tin cậy cung cấp điện được nâng cao, cải thiện đáng kể + Nhược điểm : Chủng loại máy biến áp nhiều gây khó khăn trong vận hành và sửa chữa Vốn đầu tư máy biến áp đắt hơn so với phương án một Nguyễn Minh Đức 11 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện. .. đối của dòng điện ngắn mạch và điện kháng tính toán của mạch điện ngắn mạch tại những thời điểm khác nhau Để tính được dòng điện ngắn mạch trước hết phải thành lập sơ đồ thay thế, chọn các đại lượng cơ bản như : công suất cơ bản và điện áp cơ bản, tính điện kháng các phần tử Ta chọn : Scb =100 MVA Ucb = Utb = Uđmtb Cấp điện áp 220 KV có Utb = 230 KV Cấp điện áp 110 KV có Utb = 115 KV Cấp điện áp 10 KV... 60,9841 (MVA) 2 2 - Công suất qua cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu : Nguyễn Minh Đức 15 Thiết kế môn học Nhà Máy Nhiệt Điện 16 1 1 1 1 S H = SdmF − Std − S df = 117, 65 − 28, 24 − 11, 4943 = 104,8924( MVA) 4 2 4 2 - Công suất truyền qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu : SC = S H − ST = 104,8924 – 60,9841 = 43,8858 - Khi đó, công suất phát lên hệ thống là 198,2958 (MVA), vì thế lượng công suất thiếu là Sthiếu