chương 1: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



lời mở đầu

Điện năng đợc sản xuất từ các nhà máy và đợc truyền tải đến các hộ tiêu dùng

nhờ các trạm biến áp. Nhà máy điện và các trạm biến áp là khâu không thể thiếu

trong hệ thống điện . Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lợng quốc gia, ở nớc ta

hệ thống điện cũng phát triển với nhiều nhà máy và trạm biến áp với công suất lớn.

Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận

hành nhà máy điện sẽ mang lại những lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế nói chung

và hệ thống điện nói riêng. Muốn giải quyết tốt các vấn đề đã nêu cần có những hiểu

biết toàn diện, sâu sắc về nhà máy điện.

Sau quá trình học tập nghiên cứu ở trờng, tôi đợc thầy cô giáo giao nhiệm vụ

thiết kế phần Điện của nhà máy điện. Do thời gian ít , trình độ còn nhiều hạn chế mặc

dù đã cố gắng với tất cả khả năng của mình nhng chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót

trong khi thiết kế. Vì vậy tôi rất mong đợc sự giúp đỡ và góp ý của các thầy cô giáo

và các bạn để đồ án của tôi đợc hoàn chỉnh.

Tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo Bộ môn Hệ thống điện đã

tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản đồ án này.



Sinh Viên:Phạm văn Thảo



2



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



Chơng 2



Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

chọn phơng án nối dây

Để đảm bảo chất lợng điện năng , tại mỗi thời điểm công suất do các nhà điện

phát ra phải hoàn toàn cân bằng với công suất tiêu thụ " kể cả công suất tổn thất . Nh

vậy việc tính toán phụ tải và cân bằng công suất trong hệ thống điện là một điều vô

cùng quan trọng .

Trong thực tế , mức tiêu thụ điện năng tại các phụ tải luôn thay đổi theo thời

gian, do đó việc nắm đợc qui luật này , tức là tìm đợc dạng đồ thị phụ tải là một điều

vô cùng quan trọng đối với ngời thiết kế và vận hành bởi vì nhờ có đồ thị phụ tải mà

có thể lựa chọn đợc phơng án, sơ đồ nối điện phù hợp . Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh

tế - kỹ thuật nâng cao độ tin cậy cung cấp điện . ngoài ra đồ thị phụ tải còn cho phép

chọn đúng dung lợng máy biến áp , phân bố đợc tối u công suất giữa các nhà máy

điện hoặc giữa các tổ máy trong một nhà máy điện.

I. Chọn máy phát điện

Thiết bị điện chiếm vị trí quan trọng nhất trong nhà máy điện là máy phát điện ,

nó trực tiếp biến đổi cơ năng thành điện năng.Ngoài điều chỉnh công suất của mình ,

máy phát điện còn giữ vai trò quan trọng trong công việc đảm bảo chất điện năng.

Dựa vào nhiệm vụ thiết kế và số liệu ban đầu của nhà máy nhiệt điện ngng hơi

gồm 4 tổ máy mỗi tổ máy có công suất P = 100 MW, điện áp định mức 10,5kV. Theo

tài liệu tham khảo chọn máy phát điện có ký hiệu : TB-100-2 (Sách thiết kế mạng

và hệ thống điện Bộ môn Hệ Thống Điện) có các thông số sau:

Bảng 1.1

S

MVA



P

MW



U

kV



Cos



I

kA



X"D



X'D



XD



62,5



50



10,5



0,8



3,437



0,1336



0,1786



1,4036



II. Tính phụ tải và cân bằng công suất

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



3



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



Để chọn dung lợng và tính toán tổn thất trong máy biến áp cần thiết lập đồ thị phụ

tải ngày của nhà máy. Máy biến áp đợc chọn theo công suất biểu kiến , mặt khác hệ

số cos các cấp khác nhau nên cân bằng công suất đợc tính theo công suất biểu kiến .

Sau đây tiến hành tính công suất các cấp của nhà máy.

Công thức chung để tính tính toán công suất nh sau:

S=

Trong đó :



p%

100. cos Pmax



( 1 - 1)



S



- Công suất biểu kiến của phụ tải ở từng cấp

Pmax - công suất cực đại

P% - Công suất tính theo phần trăm công suất cực đại.

cos - hệ số công suất phụ tải.

1. Đồ thi phụ tải toàn nhà máy:

Bỏ qua tổn thất của các máy biến áp điện lực và các biến áp tự dùng , phụ tải

nhà máy theo thời gian xác định là :

S(t) =



S%

100.



Sđặt



với Sđặt = 312,5 MVA



Kết quả tính theo công thức đợc ghi bảng sau :

Bảng 1.2

0 ữ7



S%

S(MVA)



7ữ15



15ữ21



21ữ24



80

250



t(h)



90

281,25



100

312,5



75

234,375



SNM(MVA)



470



475



423



450



399,5



425

400

375



352,5



329



350

325

300



0 2

4

20 22 24



Sinh Viên:Phạm văn Thảo



6



8



10



12



14



16



18



t(



h)



4



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



Biểu đồ công suất phát toàn nhà máy điện

2. Đồ thị phụ tải điện áp máy phát (10.5kV) :

Đồ thị phụ tải máy phát xác định nh trên với :

Pmax = 8 MW, cos = 0,87

Kết quả tính đợc ghi trong bảng sau :

Bảng 1.3

0 ữ8

65

5,977



t(h)

P%

S(MVA)



8ữ15

80

7,356



SUF(MVA)



16



15ữ21

100

9,195



21ữ24

70

6,44



14.5



14



12.325



11.6



12



9.425



8.7



10

8

6

4

2



0



2



4



6



8



10



12



14



16



18



20



22



24 t(h)



Biểu đồ phụ tải điện áp máy phát

3 .Đồ thị phụ tải tự dùng:

Đồ thị phụ tải tự dùng xác định theo công thức sau :

s (t )



Std = .Snm.(0,4 + 0,6. s

) ( 1- 2 )

nm

Trong đó



Std : Công suất tự dùng .

Snm : Công suất đặt toàn nhà máy

S(t) : Công suất phát toàn nhà máy tại thởi điểm t

: Phần trăm điện tự dùng. NM đợc thiết kế là nhà máy nhiết điện

với hệ số tự dùng là 8%

Kết quả tính đợc ghi trong bảng sau :

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



5



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện

Bảng 1.4

T(h)

Snm(t) MVA

Stdt MVA



0-7

250

22



7-15

281,25

23,5



Đồ án môn NMĐ



15-21

312,5

25



21-24

234,375

21,25



STD(MVA)

37.60



40

35



34.2

2



31.9

6



30



35.34



30.83



25

20

15

10

5



0



2



4



6



8



10



12



14



16



18



20



22 24(h

t

)



4. Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110kV :

Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110 kV xác định theo công thức (1-1) :

Pmax = 120 MW, cos = 0,86 Suy ra Smax = Pmax/ cos =139,53 MVA

Kết quả tính đợc ghi trong bảng sau :

Bảng 1.5

T(h)

0-7

7-15

15-21

21-24

S110%

75

85

100

80

S110(t) MVA

104,65

118,60

139,53

111,63



5 .Công suất phát về hệ thống .

Công suất phát về hệ thống đợc tính theo công thức sau .Tính gần đúng trên cơ

sở tơng đơng về hệ số công suất:

Sht = Snm - ( Std + S110kV + SuF )

Trong đó Sht :Công suất phát về hệ thống

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



6



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



Snm :Công suất đặt toàn nhà máy

S110kV : Công suất phụ tải cao áp 110kV

Std : công suất tự dùng

SUF : Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát.

Tổng hợp các kết quả tính toán trên đợc ghi ở bảng 1.6



Bảng 1.6



T(h)

Snm(t) MVA

Std(t) MVA

S10(t) MVA



0-7

250

22

5,977



7-8

281,25

23,5

5,977



8-15

281,25

23,5

7,356



15-21

312,5

25

9,195



21-24

234,375

21,25

6,44



S110(t) MVA

S220(t) MVA



104,65



118,60



118,60



139,53



111,63



117,373



133,173



131,794



138,775



95,055



Nhận xét:

Theo kết quả tính toán đợc trong bảng (1-6) và qua các đồ thị phụ tải, ta nhận thấy:

- Chọn công suất mỗi tổ máy phát điện là hợp lý.

- Nhà máy có đủ công suất cung cấp cho các phụ tải ở các cấp điện áp.

- Công suất phát về hệ thống nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (540 MVA), do

đó sự ảnh hởng của nhà máy điện đối với hệ thống là không đáng kể.



Sinh Viên:Phạm văn Thảo



7



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



Chơng 2



Lựa chọn sơ đồ nói điện chính

chọn máy biến áp

III .Chọn sơ đồ nối điện chính

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế và kết quả tính toán đợc ở phần trớc, ta tiến hành

vạch một số phơng án nối điện của nhà máy. Việc đa ra các phơng án nối điện phải

đảm bảo sao cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng là bé nhất đồng thời thuận

tiện cho công tác vận hành cũng nh sửa chữa sau này có tính tới nhu cầu phát triển

trong tơng lai.

Trớc tiên ta có một số nhận xét sau dây:

- Nhà máy đợc thiết kế có hai cấp điện áp 10.5 kV, 110 kV và nối với hệ thống

ở cấp điện áp 220kV do đó để liên lạc giữa các cấp điện áp ta sử dụng máy biến áp ba

pha tự ngẫu có 3 cấp điện áp:10.5, 110 và 220kV.

Theo tính toán thì công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

- SuFMAX = 9,195 MVA < 15% SFĐM = 9,375MVA nhng phụ tải ở cấp điện áp

máy phát có số lộ nhiều (3 kép+ 1 đơn) nên trong sơ đồ nối điện ta sử dụng nối bộ

máy phát- máy biến áp kết hợp với sơ đồ có hệ thống thanh góp điện áp máy phát.

- Công suất phát vào( hệ thống) phía cao áp: SCmax = 138,775 MVA .

SC min = 95,055 MVA

Dự trữ quay của hệ thống SDT Q = 95 MVA

Phơng án một:

ở phơng án này dùng 2 bộ MF-MBA ba pha hai cuộn dây nối với thanh góp điện áp

trung và 2 MF nối với thanh góp điện áp máy phát liên hệ với thanh góp điện áp cao

và trung qua 2 MBA 3 pha tự ngẫu



Sinh Viên:Phạm văn Thảo



8



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



Phơng án hai :

ở phơng án này dùng bộ MF-MBA 2 cuộn dây nối với thanh cái điện áp cao, 1 bộ

MF-MBA 2 cuộn dây phát lên thanh cái điện áp trung và sử dụng 2 MF nối với thanh

góp điện áp máy phát liên hệ với thanh góp điện áp cao và trung qua 2 MBA 3 pha tự

ngẫu



Nhận xét chung : Ta thấy hai phơng án đều dễ vận hành và đảm bảo khi mùa khô

cho một tổ máy ngừng làm việc dễ dàng.

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



9



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện

Phơng án một . phải dùng

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung

- Máy biến áp ba tự ngẫu

* Phơng án hai phải dùng

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp cao

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung

- Máy biến áp ba tự ngẫu



Đồ án môn NMĐ



: 2 Máy

: 2 Máy

: 1 Máy

: 1 Máy

: 2 Máy



Chơng:II

tính toán chọn máy biến áp

I. Chọn máy biến áp cho phơng án 1

1. Chọn máy biến áp AT1, AT2

Chọn máy biến áp ba pha tự ngẫu theo điều kiện sau:

SAT1 = SAT2 = Sthừa*1/2=1/2*(SđmF -Stdmax -SUFmin)

=1/2*0,5*(2*117,5-18,8- 8,7)=207,5 MVA

Chọn MBA (220kV) có các thông số nh sau:ATTH-250 -230 /121/11

Kiểm tra lại theo các điều kiện:Khi STmax mà sự cố 1 MBA

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



10



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



a. Sự cố 1 bộ MF-MBA bên trung

2*kqt**Sđm STmax -(SbộT -ST4)

350 275-(2*117,5-117,5)

350 157,5

Điều kiện này thoả mãn

b. Sự cố 1 MBA liên lạc

kqt**Sđm STmax -SbộT

0,7*250275-235=140 Điều kiện này thoả mãn, nh vậy MBA

chọn thoả mãn

Bảng 2.3

UN%



Loại máy



SĐMAT

MVA



Uc

kV



UT

kV



Uh

kV



P0

kW



PN

kW



C-T



C-H



T-H



ATTH



250



230



121



11



145



520



11



32



20



Io%



Giá

40.106



0.5



250



2. Chọn máy biến áp T3,T4 :

Chọn máy biến áp ba pha hai cuộn dây theo điều kiện hợp bộ sau:

SĐMT = SđmF - STDmin 1/2SUfmin nhng trong sơ đồ trên phụ tải cấp điện áp máy

phát dự kiến sẽ đấu vào thanh góp điện áp máy phát nên trong công thức trên bỏ qua

thành phần SUfmin

SĐMT = 117,5 7,7075= 109,7925MVA 109,8MVA

Chọn MBA (110kV) có các thông số nh sau: T-125 -121/10,5

Bảng 2.1

Loại SĐMT

Uc

Uh

P0

PN

UN%

Io%

máy MVA

kV

kV

kW

kW

T



125



121



10,5



120



400



10,5



0,5



Giá

40.106

162



II. Phân bố công suất. Tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp

1. Phân bố công suất trong máy biến áp.

a. Phân bố công suất trong máy biến áp T3, T4 :

Đối với hai bộ MF-MBA T3, T4 u tiên phát công suất bằng phẳng:

ST3 = ST4 = SDMF STD = 117,5 9,4 = 108,1 MVA

Phần còn lại thay đổi giao cho 02 máy biến áp điều chỉnh dới tải đảm nhiệm.

b. Phân bố công suất trong máy biến áp AT1, AT2 :

SAT1= SAT2 = 0,5*(SHT + SU110 ST3 ST4) MVA

Tại các thời điểm trong ngày ta có bảng phân bố công suất nh sau:

Bảng 2.2

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



11