Đề tài Thiết kế nhà máy thủy điện

4471,5.106 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra: Ptt1 = 700.7860,45.103 = 5502,32.106 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1: P = Pkh1 + Ptt1 = 4471,5.106 + 5502,32.106 = 9973,82.106 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm: Ci = Pi + a.Vi C = 9973,82.106 + 0,15.53232.106 = 17958,62.106 đồng/năm. 2. PHƯƠNG ÁN 2. + Tính vốn đầu tư cho thiết bị. Ta có: V2 = VB2.VTBPP2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 60 - Máy biến áp tự ngẫu có công suất 160 MVA, cấp điện áp cao 220KV có giá thành: VB = 800.107 đồng; KB = 1,4. - Máy biến áp hai cuộn dây có công suất 80 MVA, có cấp điện áp 110KV có 110BV = 416.10 7 đồng; 110BK = 1,5. Vậy tiền đầu tư máy biến áp phương án 2 là: VB1 = 2.1,4.800.107 + 2.1,5.416.107 = 3488.107 đồng Theo sơ đồ nối điện phương án 2: - Bên phía 220KV có 3 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 286.107 đồng. - Bên phía 110KV có 5 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 124.107 đồng. - Bên phía 10,5KV có 2 mạch máy cắt, giá mỗi mạch là 54.107 đồng. Do đó: VTBPP2 = (3.286 + 5.124 + 2.54).107 = 15860.106 đồng Vậy vốn đầu tư cho phương án 2: V1 = 34880.106 + 15860.106 = 50740.106 đồng + Tính phí tổn vận hành hàng năm: Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a = 8,4%. Pkh1 = 100 10.50740.4,8 100 V.a 61 = = 4262,2.106 đồng Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra: Ptt1 = 700.792,49.103 = 5549,24.106 đồng Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2: P = Pkh2 + Ptt2 = 4262,2.106 + + 5549,24.106 = 9811,44.106 đồng + Hàm chi phí tính toán hàng năm: Ci = Pi + a.Vi C = 9811,24.106 + 0,15.50740.106 = 17422.44.106 đồng/năm So sánh các phương án để chọn phương án tối ưu: Về mặt kinh tế Phương án Vốn đầu tư (106 đồng) Phí tổn vận hành (106 đồng) Hàm chi phí (106 đồng/năm) 1 53.232 9973,82 17.958,62 2 50.740 9811,44 17.422,44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 61 Ta thấy phương án 2 có tổng vốn đầu tư thấp, chi phí vận hành hàng năm thấp và hàm chi phí hàng năm nhỏ hơn so với phương án 1. Vì vậy chọn phương án tối ưu làm phương án thiết kế nhà máy nhiệt điện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 62 CHƯƠNG 5 LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN, THANH GÓP Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện như: máy phát, máy biến áp, máy bù cùng các khí cụ điện như máy cắt điện, dao cách ly, kháng điện được nối với nhau bằng thanh dẫn, thanh góp và cáp điện lực. Để nối từ đầu cực máy phát đến gian máy ta dùng thanh nối cứng. Khi dùng điện nhỏ thường dùng thanh hình chữ nhật còn khi có dòng điện lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ 2 hay 3 thanh hình chữ nhất đơn. Còn khi có dòng lớn hơn 3000A thì dùng thanh dẫn hình máng. (để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát chúng). Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác có thể ở một trong ba trạng thái cơ bản sau: - Chế độ làm việc lâu dài. - Chế độ quá tải. - Chế độ ngắn mạch. Ta phải lựa chọn các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sao cho thảo mãn tấy cả các yêu cầu kỹ thuật sau đồng thời đạt hiệu quả kinh tế hợp lý nhất. 5.1. CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN VÀ DAO CÁCH LY * Chọn máy cắt cho các mạch điện Máy cắt điện là một thiết bị dùng trong mạng điện cao áp để đóng, cắt dòng điện phụ tải và đóng cắt ngắn mạch. Đó là thiết bị đóng cắt, làm việc tin cậy. Song giá thành cao nên chỉ dùng ở những nơi quan trọng. - Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau: + Loại máy cắt khí SF6. Hoặc máy cắt không khí + Điện áp : UđmMC ≥ Uđm + Dòng điện : IđmNC ≥ Icb ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 63 + Điều kiện cắt : Icđm ≥ I” + Điều kiện ổn định động : ilđđ ≥ ixk + Điều kiện ổn định nhiệt : nhdm 2 nhdm t.I ≥ BN Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức ở những phần trước ta chọnd được các máy cắt có thông số sau: Bảng thông số máy cắt cho phương án 2: Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số định mức Uđm KV Icb KA I” KA ixk KA UđmMC KV IđmMC KV Icđm KA ilđđ KA N1 Cao 220 0,387 6,32 16,09 3AQ2 245 4 50 125 N2 Trung 110 0,41 11,36 28,92 3AQ1 123 4 40 100 N3 Hạ 10,5 4,33 49,69 126,49 8FG10 12 12,5 80 225 Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. • Chọn dao cách ly: Nhiệm vụ chủ yếu của dao cách ly là tạo ra khoảng hở cách điện được trông thấy giữa bộ phận đang mang dòng điện và bộ phận cắt điện nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho việc sửa chữa thiết bị. - Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau: + Loại dao cách ly. + Điện áp : UđmCL ≥ Uđm + Dòng điện : IđmCL ≥ Icb + Điều kiện ổn định động : ilđđ ≥ ixk + Điều kiện ổn định nhiệt : nhdm 2 nhdm t.I ≥ BN Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức ra chọn được dao cách ly cho các cấp điện áp như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 64 Bảng thông số dao cách ly. Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số định mức Uđm KV Icb KA I” KA ixk KA UđmMC KV IđmLC KV ilđđ KA Inh/tnh KA/S N1 Cao 220 0,387 6,32 16,09 SGC- 245/1250 245 1250 80 125 N2 Trung 110 0,41 11,36 28,92 SQCPT- 123/1250 123 1250 80 100 N4 Hạ 10,5 4,33 49,69 126,49 PBK - 20/5000 20 5000 200 75/10 Các dao cách ly đã chọn có dòng điện mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.2. CHỌN THANH DẪN CỨNG Thanh dẫn cứng dùng để nối từ máy phát tới cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai cuộn dây. Tiết diện thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép như đối với dây dẫn mềm. Để tận dụng diện tích mặt bằng ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thước và khoảng cách giữa các pha. 5.2.1. Chọn tiết diện Điều kiện: I’CP >Ilvcb Ta có: Ilvcb = 4,33 KA Hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trường. θmt = 250C, nhiệt độ môi trường xung quanh nơi đặt thanhd ẫn là: θxq = 350C, nhiệt độ cho phép vận hành lâu dài cho phép của thanh dẫn: θcp = 700C. Ta có: KHC = 2570 3570 mtcp xqcp − −=θ−θ θ−θ = 0,88 Do đó: I’cb = 4,33 KA hay ICp = 88,0 33,4 = 4,92 KA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 65 Tra bảng III (trang 125 - sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp - PGS. Nguyễn Hữu Khái) ta chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có các thông số sau: Kích thước (mm) Tiết diện một cực mm2 Mô men trở kháng cm3 Dòng điện cho phép (A)h b c r Một thanh Hai thanh Wg0y0 Một thanh Hai thanh Jg0y0 Wxx Wyy Jxx Jyy 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 Thanh dẫn đã chọn có Icp > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 5.2.2. Kiểm tra ổn định động. Ta lấy khoảng cách giữa các pha và khoảng cách giữa hai sứ liền nhau của một pha ứng với U = 10,5 KV là: a = 90 cm l = 180 cm - Khi đó lực tính toán tác tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là: 12 5 125 10mm 55 6,5mm X y0 y y0 y ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 66 Ftt = 1,76.10-2. 2xki.a l KG (với khd = 1) Ftt = 1,76.10-2. 90 180 .129,492 = 563,19 KG - Mômen chống uốn tác dụng lên 1 nhịp thanh dẫn là: M = 10 180.19,56 10 l.Ftt = = 10137,42 KG.cm - Ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha: δ1 = 100 42,10137 W M 0y0y = = 101,37 KG/cm2 * Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm. - Lực tác dụng lên 1cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra: f2 = )1K(l.K. h 1 .10.51,0 hd 2 XKhd 2 =− = 0,51.10-2. 5,12 1 .126,492 = 6,53 KG/cm2 - Ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra. Wyy.12 l.f W M 222 yy 2 2 ==σ KG/cm2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là: δCP > δ1 + δ2 hay δ2 ≤ δϕ + δ1 l2 ≤ ( ) 72 W.12 1CPyy δ−δ Với thanh dẫn đồng: δq = 1400 KG/cm2. Vậy khoảng cách lớn giữa miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = ( ) 53,6 37,10114005,9.12 − = 105,6 cm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 67 l2max < l = 180 cm Do đó cần đặt số miếng đệm trên khoảng vượt giữa tai sứ là: n = 6,150 180 l l max2 = = 1,2 Vậy cần đặt thêm một miếng đệm trên khoảng vượt giữa hai sứ. Khi xét đến dao động, tần số riêng của dao động thanh dẫn được xác định theo công thức sau: ωr = Y.S 10.J.E . l 365 6 0y0y 2 Trong đó: E: Môđun đàn hồi của vật liệu, ECu = 1,1.106 KG/cm2 Jy0y0: mô men quán tính, Jy0y0 = 625 cm4 S: tiết diện thanh dẫn, S = 2.13,7 = 27,4 cm4 γ: khối lượng riêng của vật liệu, γCu = 8,93 g/cm3 ωr = 93,8.4,27 10.625.10.1,1 . 108 65,3 66 2 = 188,8 Hz Nằm ngoài khoảng 45-55 Hz và 90-110 Hz. Vậy thanh dẫn đã chọn cũng thoả mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến dao động. 5.3. CHỌN SỨ ĐỠ THANH DẪN. Ta chọn loại sứ đặt trong nhà 0Φ-10-2000 KB.Y3 Cấp điện áp : UđmS = 10 KV Lực phá hoại : Fph = 2000 Kg Chiều cao : H = 235 MM H’ = H + 2 h = 235 + 2 125 = 297,5 Ta có: F’H = FH. H 'H = 563,19. 235 5,297 = 712,97 kg 0,6.Fph = 0,6.2000 = 1200 kg Vậy điều kiện ổn định động của sứ F’tt ≤ 0,6.Fph được thoả mãn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 68 5.4. CHỌN DÂY DẪN VÀ THANH GÓP MỀN Dây dẫn được dùng nối từ cuộn cao, cuộn trung máy biến áp liên lạc và cuộn cao máy biến áp hai cuộn dây đến thanh góp 220 KV và 110KV tương ứng. Thanh góp ở các cấp điện áp này cũng được chọn là thanh dẫn mền, tiết diện dây dẫn mền được chọn theo điều kiện nhiệt độ cho phép trong chế độ làm việc lâu dài. ở đây ta dùng dây dẫn trần có nhiệt độ cho phép lâu dài Vcp = 70 0C. Ta coi nhiệt độ của môi trường xung quanh V0 = 35 0C. Khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ. I’cp = Khc.Icp với Khc = 2570 3570 VV VV dm0cp 0cp − −=− − = 0,88 5.4.1. Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mền Điều kiện chọn là cb cp I 'I với Icb là dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đượcc chọn. hay Icb = hck 1 .Icb •Mạch điện áp 220KV +Dòng điện cưỡng bức là Icb = 0,387 KA H H' Ftt F'tt thanh dÉn Sø ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 69 Icp = 88,0 387,0 = 0,439 KA •Mạch điện áp 110 KV +Dòng điện cưỡng bức là Icb = 0,41 KA Icp = 88,0 41,0 = 0,47 KA Từ đó chọn theo bảng X (trang 130 - Sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp - PGS Nguyễn Hữu Khái) ta có bảng thông số dây dẫn loại AC như sau: Bảng 5.2 Điện áp Mạch điện Tiết diện chuẩn nhôm/thép Tiết diện mm2 Đường kính mm Icp (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 220 KV Phía cao MBA và thanh góp 185/128 187 128 23.1 14.7 510 110 KV Phía trung MBA và thanh góp 240/32 244 31,7 21,6 7,2 610 5.4.2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là Smin = C B N Trong đó BN: xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch (A2.S) C: Hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ 2mm S.A Với dây dẫn AC có C = 70. 2mm S.A • Tính xung lượng nhiệt BN = BNCK + BNKCK ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 70 Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1sec. Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ. BNKCK1 = 2" 1NI .Ta = (6,32.10 3)2.0,05 = 1,997.106 A2S BNKCK2 = 2" 2NI .Ta = (11,36.10 3)2.0,05 = 6,452.106 A2S Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị. BNCK = ∑ = Δn 1i ti 2 tbi .I • Điểm N1 Ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N1 ta có: + Nhánh hệ thống XttHT = X1. cb HT S S = 1,65. Tra đường cong tình toán ta có: I0,1 = 0,56; I0,2 = 0,55; I0,5 = 0,54; I1 = 0,58 + Dòng ngắn mạch tại các điểm I0,1 = I. 230.3 S HT = 0,56. 230.3 2800 = 3,94 KA Ta có: I0,1 = 3,94 KA I0,2 = 3,87 KA I0,5 = 3,8 KA I1 = 4,08 KA + Nhánh máy phát điện. XttNM = X6. cb NM S S = 0,351 Tra đường cong tính toán ta có: I0,1 = 2,4; I0,2 = 2,2; I0,5 = 2,1; I1 = 2,0 XX 1 HTE 6 N 1 E1234 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 71 + Dòng ngắn mạch tại các điểm: I0,1 = I. 230.3 S HT = 2,4. 230.3 75.4 = 1,81 KA Ta có: I0,1 = 1,81 KA I0,2 = 1,66 KA I0,5 = 1,58 KA I1 = 1,51 KA ⇒ Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N1 do hệ thống và nhà máy cung cấp: I0,1N1 = 3,94 + 1,81 = 5,75 KA I0,2N1 = 0,387 + 1,66 = 5,53 KA I0,5N1 = 3,8 + 1,58 = 5,38 KA I1N1 = 4,08 + 1,51 = 5,59 KA Tìm các trị số trung bình bình thường 2 75,523,3 2 II I 222 1,0 2 02 1tb +=+= = 36,5 KA2 2 53,575,5 2 II I 222 2,0 2 3,02 2tb +=+= = 31,82 KA2 2 38,553,5 2 II I 222 5,0 2 2,02 3tb +=+= = 29,76 KA2 2 59,538,5 2 II I 222 1 2 5,02 4tb +=+= = 30,09 KA2 • Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ: BNCK = ∑ Δ4 1 i 2 tbi t.I = (36,5 + 31,82 + 29,76 + 30,09).0,1 = 12,817 KA 2S Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1: BN1 = BNCK1 + BNKCK1 = 12,817 + 1,997 = 14,814 KA2S • Điểm N2 Theo phần tính toán ngắn mạch. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 72 + Nhánh hệ thống: XttHT = X5. cb HT S S = 2,66 Tra đường cong tình toán ta có: I0,1 = 0,35; I0,2 = 0,36; I0,5 = 0,37; I1 = 0,375 + Dòng ngắn mạch tại các điểm I0,1 = I. tb HT U.3 S = 0,35. 115.3 2800 = 4,92 KA Ta có: I0,1 = 4,92 KA I0,2 = 5,06 KA I0,5 = 5,2 KA I1 = 5,27 KA + Nhánh máy phát điện. XttNM = X6. cb NM S S = 0,243 Tra đường cong tính toán ta có: I0,1 = 3,2; I0,2 = 2,9; I0,5 = 2,6; I1 = 2,4 + Dòng ngắn mạch tại các điểm: I0,1 = I. 230.3 S HT = 3,2. 115.3 2800 = 4,82 KA Ta có: I0,1 = 4,82 KA I0,2 = 4,37 KA I0,5 = 3,92 KA I1 = 3,61 KA ⇒ Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N2 do hệ thống và nhà máy cung cấp: XX 5 HTE 6 N 2 E1234 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 73 I0,1N2 = 4,92 + 4,82 = 9,74 KA I0,2N2 = 5,06 + 4,37 = 9,43 KA I05N2 = 5,2 + 3,92 = 9,12 KA I1N2 = 5,27 + 3,61 = 8,88 KA Tìm các trị số trung bình bình thường 2 74,936,11 2 II I 222 1,0 2 02 1tb +=+= = 111,95 KA2 2 43,974,9 2 II I 222 2,0 2 3,02 2tb +=+= = 91,89 KA2 2 12,943,9 2 II I 222 5,0 2 2,02 3tb +=+= = 86,05 KA2 2 88,812,9 2 II I 222 1 2 5,02 4tb +=+= = 81,01 KA2 • Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ: BNCK =(111,95 + 91,89 + 86,05 + 81,01).0,1 = 37,09 KA2S Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N2: BN2 = BNCK2 + BNKCK2 = 37,09 + 6,45 = 43,54 KA2S Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220KV và 110KV là: Smin1 = 70 10.81,14 C B 61N = = 54,98 mm2 Smin2 = 70 10.09,37 C B 62N = = 87 mm2 Vậy các dây dẫn và thanh góp mền đã chọn ở bảng 5.2 đều đảm bảo ổn định nhiệt. 5.4.3. Kiểm tra điều kiện vầng quang. Điều kiện: Uvq = 84.m.r.lg r a tb Trong đó: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 74 a: khoảng cách trung bình giữa các pha của dây dẫn (cm) r: bán kính ngoài của dây dẫn (cm) m: hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn, với dây AC: m = 0,85 Uvq : điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang. Khi ba pha bố trí trên mặt phẳng ngang thì giá trị này cần giảm đi 4%. • Đối với cấp điện áp 220KV Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 185 mm2 có r = 1,155cm a = 500cm Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang. Uvq = 0,96.84.0,85.1,155.lg 155,1 500 = 208 KV < 220KV Không thoả mãn điều kiện vầng quang. Vì vậy ta cần chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn cho mạch cuộn cao máy biến áp liên lạc. Chọn dây dẫn AC-400/32 có r = 1,33 cm. Khi đó: Uvq = 0,96.84.0,85.1,33.lg 33,1 500 = 235 KV > 220KV ⇒ Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Do đó dây dẫn AC-400 cũng thoả mãn điều kiện này. • Đối với cấp điện áp 110KV Kiểm tra với dây dẫn có tiết diện chuẩn 240 mm2 có r = 1,08cm a = 300cm Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí 3 pha trên mặt phẳng nằm ngang. Uvq = 0,96.84.0,85.1,08.lg 155,1 500 = 180,9 KV > 110KV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 75 ⇒ Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Do đó dây dẫn AC-240 cũng thoả mãn điều kiện này. 5.5. CHỌN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP VÀ MÁY BIẾN DÒNG. 5.5.1. Cấp điện áp 220KV Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKΦ-220-58 một pha nối theo sơ đồ Y0/Y0/Δ có các thông số kỹ thuật sau: 3xHKΦ-220-58. + Uđm = 3 220 KV - 3 100 V - 100 V + Cấp chính xác: 1 + SđmBU = 600 VA. Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle được chọn là TΦH-220-3T có các thông số kỹ thuật sau: + Dòng định mức: Iđmsc/IđmTC = 1200/5 + Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 2 Ω. + Điều kiện ổn định động: ilđđ = 108 KA > ixk = 16,09 KA. - Các máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.5.2. Cấp điện áp 110KV. Tương tự cấp điện áp 220KV, để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HKΦ-110-57 một pha nối theo sơ đồ Y0/Y0/Δ. + 3 x HKΦ-110-57. + Uđm = 3 110 KV - 3 100 V - 100 V + Cấp chinh xac: 1 + SđmBu = 600 VA. Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle được chọn là TΦH-110M ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 76 + Dòng điện định mức: Iđmsc/IđmTC = 1500/5 A + Cấp chính xác 0,5 ứng với mỗi phụ tải định mức 0,8Ω + Bộ số ổn định động: Kd = 75 + Điều kiện ổn định động: 2 .Kđ.Iscđm = 2 .75.1,5 = 159,1 KA > 28,92 KA Các máy biến dòng có dòng định mức sơ cấp lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.5.3. Mạch máy phát. • Chọn biến điện áp. Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tơ nên ta dùng hai biến điện áp một pha nối kiểu V/V: 2xHOM-10 có các thông số kỹ thuật sau: + Uđmsc = 3 000.10 V + Cấp chính xác: 0,5 Phụ tải của biến điện áp được phân bố đều cho cả hai theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp như bảng sau: Bảng 5.5 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp BC W War W War Vôn kế B-2 7,2 Cát kế 341 1,8 1,8 Cát kế phản kháng 342/1 1,8 1,8 Cát kế tự ghi -33 8,3 8,3 Tần số kế -340 6,5 Công tơ -670 0,66 1,62 0,66 1,62 Công tơ phản kháng WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 77 Tổng 20,42 3,24 19,72 3,24 • Biến điện áp AB Stc = 22 24,342,20 + = 20,7 VA cosϕ = 7,20 42,20 = 0,99 • Biến điện áp BC Stc = 22 24,372,19 + = 19,98 VA cosϕ = 9,19 72,19 = 0,99 Vậy ta chọn hai biến điện áp loại 3HOM-10 có công suất định mức mỗi cái ứng với cấp chính xác 0,5 là 75 VA Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp tới đồng hồ đo: + Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp: Ia = 100 7,20 U S ab ab = = 0,207 A Ic = 100 98,19 U S bc bc = = 0,199 A Từ giá trị môđun và góc pha của dòng điện trong dây dẫn thứ cấp pha a và pha c ta có thể coi Ia = Ic. Do đó: Ia = 3 .Ia = 3 .0,207 = 0,36 A Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và pha b ΔU = (Ia + Ib). S l.ρ Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến đồng hồ là l = 60m. Mạch điện có công tơ nên ΔU% ≤ 0,5%. Do đó: S = ( ) ( ) 5,0 60.0175,0.36,0207,0l.II ba +=Δ ρ+ = 1,19 mm2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 78 Theo tiêu chuẩn độ bền cơ của dây dẫn đồng ta chọn dây dẫn có tiết diện S = 1,5 mm2. • Chọn biến dòng điện: Biến dòng điện đặt trên cả 3 pha, mắc theo sơ đồ hình sao, ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại TΠЩ10 Có các thông số kỹ thuật sau: + UđmBI = 10KV + Iđmsc/Iđmtc = 3000/5A + Cấp chính xác 0,5 có phụ tải định mức 0,8Ω. Công suất tiêu thụ của các cuộn dây máy biến dòng được phân bố như sau: Bảng 5.6. Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải (VA) Pha A Pha B Pha C Ampe kế ∋-378 0,1 0,1 0,1 Cát kế tác dụng Д-335 0,5 0 0,5 Cát kế phản kháng Д -3054/1 0,5 0 0,5 Cát kế tự ghi Д -33 10 0 10 Công tơ tác dụng И-675 2,5 0 2,5 Công tơ phản kháng И-673M 2,5 2,5 2,5 Tổng 16,1 2,6 16,1 Pha A và pha C mang tải nhiều nhất: S = 16,1 Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này: ZΣdc = 22 dmtc 5 1,16 I S = = 0,644 Giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l = 30m. Do ba pha cùng có máy biến dòng nên chiều dài tính toán ltt = l = 30m. Tiết diện dây dẫn đồng: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 79 S = 644,08,0 0175,0.30 ZZ .l dcdm tt −=− ρ Σ = 3,37 mm2 Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = 4 mm2 Điều kiện ổn định động của máy biến dòng kiểu thanh dẫn được quyết định bởi ổn định động của thanh dẫn. Không cần kiểm tra ổn định nhiệt của máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A. Sơ đồ đấu nối các dụng cụ đo vào BU và BI. 5.6. CHỌN CÁP, KHÁNG VÀ MÁY CẮT HỢP BỘ CHO PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG. 5.6.1. Chọn cáp cho phụ tải địa phương Phụ tải cấp điện áp máy phát 10,5KV gồm: 1 đường dây cáp P = 3 MW, cosϕ = 0,84. 4 đường dây cáp đơn P = 1,5 MW, cosϕ = 0,84 S = 84,0 5,1 cos P =ϕ = 1,785 MVW Tiết diện cáp được chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế Jkt. Scáp = kt lvbt J I Trong đó: Ilvbt: dòng điện làm việc bình thường. A A A W VAR W Wh VARh A B C a b c 2.HOM-10 F F f UdmF = 10.5KV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 80 - Các đường cáp đơn có S = 1,785 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là: Ilvbt = 5,10.3 785,1 U.3 S dm = = 98,15 A - Các đường cáp kép có S = 3,57 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là: Ilvbt = 5,10.32 57,3 U.3 S dm = = 98,15 A Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại. Tmax - 100 6.704.1004.1004.806.50 .365365. S T.S max 24 0 ii ++++= ∑ Tra bảng 44 sách mạng lưới điện ta chọn cáp bọc giấy cách điện có Tkt = 1,2A/mm2 Tiết diện cáp đơn và cáp kép là: Scáp = 2,1 15,98 = 81,79 mm2 Tra bảng chọn loại cáp ba pha lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy vỏ bằng chì đặt trong đất. S = 98mm2; Uđm = 10,5 KV; ICP = 205A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài: I’cp = K1.K2.Icp ≥ Ilvbt Trong đó: K1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ. K1 = 0cp 0cp ' θ−θ θ−θ θcp: nhiệt độ phát nóng cho phép θcp = 600C θ’0: nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp θ’cp = 25 0C ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 81 θ0: nhiệt độ tínht toán tiêu chuẩn θ0 = 15 0C K1 = 1560 2560 − − = 0,88 K2: hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn có K2 = 1, với cáp kép K2 = 0,9. -Với cáp đơn: I’cp = 0,88.1.205 = 180,4 A > Ilvbt = 98,1A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức. Theo quy trình thiết bị điện các cáp có cách điện bằng giấy tẩm dàu điện áp không quá 10KV trong ddiều kiện làm việc bình thường dòng điện qua chúng không vượt quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh thì khi sự cố cho phép quá tải 30% trong thời gian không vượt qúa 5 ngày đêm. Dòng điện làm việc cưỡng bức qua cáp khi đứt 1 sợi: Icb = 2.Ilvbt = 2.98,1 = 196,2 A Vậy ta có: I’cp = Kqt.K1.K2.Icp = 1,3.180,4 = 234,5 A > icb = 196,2A Vậy điều kiện phát nóng khi sự cố thoả mãn. Kết luận: Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 5.6.2. Chọn kháng điện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 82 a. Chọn kháng điện đường dây. Kháng điện đường dây được chọn theo các tiêu chuẩn sau: + Điện áp : Iđmk = 10,5 KV + Dòng điện : Iđmk = Icmmax • Xác định dòng điện cưỡng bức qua kháng: Dòng cưỡng bức qua kháng được giả thiết khi sự cố 1 kháng điện. Lúc này công suất qua kháng còn lại là: Icbk = 5,10.3 7,10 U.3 maxS dm uF = = 0,588 KA Ta chọn kháng điện PbA_10_750 • Xác định Xk% của kháng: = K1 K2F1 F3 N6 N5 XX HT HTE K N 4 c2 X 6 N c1 X 5 N ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 83 Trong chương tính ngắn mạch ta tính được dòng ngắn mạch tại điểm N4: I”N4 = 49,69 KA. + Điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4 là: XHT = 69,49.5,10.3 100 = 0,11 + Điện kháng của cáp 1 là: Xc1 = X0.l 2 tb cb U S = 0,08.4. 25,10 100 = 0,29 + Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 là: InhS1 = 1 11 t C.S Trong đó: S1: tiết diện cáp = 95mm2 C1: hệ số cáp nhôm, C = 141. t1: thời gian cắt của máy cắt 1: t1 = 0,5 sec Dòng điện cắt của máy cắt hợp bộ Icđm = 20 KA Thời gian cắt của máy cắt 2 nhỏ hơn 1 cấp so với máy cắt 1 nên: tcắtMC2 = tcắtMC1 - Δt = 0,5 - 0,2 = 0,3 sec ⇒ InhS1 = 7,0 141.95 = 10,2 KA InhS2 = 3,0 141.50 t C.S 2 cc = = 8,21 KA Ta phải chọn được kháng có Xk% sao cho hạn chế được dòng ngắn mạch nhỏ hơn hay bằng dòng cắt định mức của máy cắt đã chọn, đồng thời đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện đã chọn. I”N5 ≤ (Icđm1, InhS1) I”N6 ≤ (Icđm2, InhS2) Vậy ta chọn khángc ó Xk% sao cho ngắn mạch tại N5 thì có dòng ngắn mạch I”N5 ≤ 10,2 KA. + Khi ngắn mạch tại N5 thì điện kháng tính đến điểm ngắn mạch là: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 84 XΣ = 2,10.5,10.3 10 I I minnh cb = = 0,54 Ta có XΣ = XHT - Xk ⇒ Xk = XΣ - XHT = 0,54 - 0,11 = 0,43 Vậy Xk% = Xk. 5,5 100.75,0.43,0 100. I I cb dmk = = 5,86% Vậy ta chọn kháng đơn loại: PbA-10-750 có các thông số kỹ thuật là: Xk% = 8% Iđm = 750A b. Kiểm tra kháng vừa chọn. + Điện kháng tương đối của điện kháng vừa chọn: XK = XK%. 75,0.5,10.3 100 . 10 8 I I cm cb = = 0,59 + Dòng ngắn mạchtại N5: I”N5 = 59,011,0 5,5 XX I KHT cb +=+ = 7,86 KA Thoả mãn điều kiện I”N5 ≤ Icắtđm1 = 20 KA I”N5 ≤ InhS1 = 10,2 KA + Dòng ngắn mạch tại N6: I”N6 = 29,059,011,0 5,5 XXX I 1cKHT cb ++=++ = 5,56 KA Thoả mãn điều kiện: I”N6 < Icắtđm2 = 20 KA I”N6 ≤ InhS2 = 8,21 KA Kết luận: Vậy kháng điện đã chọn đảm bảo yêu cầu. 5.6.3. Kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương. Để kiểm tra máy cắt hợp bộ của phụ tải địa phương ta tính dòng ngắn mạch tại N5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 85 XHT = 69,49.5,10.3 100 = 0,11 XK = XK%. 75,0.5,10.3 100 . 10 8 I I dm cb = = 0,59 + Dòng ngắn mạch tại N5: I”N5 = 59,011,0 5,5 XX I KHT cb +=+ = 7,86 KA + Dòng điện xung kích tại N5 là: IXK = 2 .1,8.7,86 = 20 KA Loại máy cắt điện ít dầu ở các trạm địa phương theo đầu bài có thông số như sau: Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (KA) Icđm (KA) Ilđđ (KA) BMΠ-10-1250-20 10 5600 20 64 - Dòng điện : IđmMC ≥ Icb - Điều kiện cắt : Icđn ≥ I” = 7,86 KA - Điều kiện ổn định động : ildd > ixk = 20 KA Kết luận: Vậy máy cắt chọn thoả mãn điều kiện. 5.7. CHỌN CHỐNG SÉT VAN. Chống sét van là thiết bị được ghép song song với thiết bị điện để bảo vệ chống quá điện áp khí quyển. Khi xuất hiện quá điện áp, nó sẽ phóng điện trước làm giảm trị số quá điện áp đặt trên cách điện của thiết bị và khi hết quá điện áp sẽ tự động dập hồ quang điện xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thường. 1. Chọn chống sét van cho thanh góp. Trên các thanh góp 220 KV và 110KV đặt các chống sét van với nhiệm vụ quan trọng là chống quá điênj áp truyền từ đường dây vào trạm. Các chống sét van này được chọn theo điện áp định mức của mạng. Trên thanh góp 110KV ta chọn chống sét van loại pBC-110 có Uđm = 110KV, đặt trên cả 3 pha. 2. Chọn chống sét van cho máy biến áp. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 86 a. Chống sét van cho máy tự ngẫu. Các máy biến áp tự ngẫu do có sự liên hệ về điện giữa cao áp và trung áp nên sóng điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp hoặc ngược lại. Vì vậy ở các đầu ra cao áp và trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta phải đặt các chống sét van. - Phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC- 220, có Uđm = 220KV, đặt cả 3 pha. - Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-110, có Uđm = 110KV đặt trên cả 3 pha. b. Chống sét van cho máy biến áp hai cuộn dây. Mặc dù trên thanh góp 220KV đã đặt các chống sét van nhưng đôi khi có những đường sắt có biên độ lớn truyền vào trạm, các chống sét van ở đây phóng điện. Điện áp dư còn lại truyền tới cuộn dây của máy biến áp vẫn rất lớn có thể phá hỏng cách điện của cuộn dây, đặc biệt là phần cách điện ở gần trung tính nếu trung tính cách điện. Vì vậy tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây cần bố trí một chống sét van. Tuy nhiên, do điện cảm của cuộn dây máy biến áp, biện độ đường sét khi tới điểm trung tính sẽ giảm một phần. Do đó chống sét van đặt ở trung tính được chọn có điện áp định mức giảm một cấp. Từ đây ta chọn chống sét van loại PBMΓ-110 có Uđm = 110 KV. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 87 CHƯƠNG 6 CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG Để sản xuất điện năng, các nhà máy điện tiêu thụ một phần điện năng cho các cơ cấu tự dùng đảm bảo hoạt động của máy phát điện như: chuẩn bị nhiên liệu, vận chuyển nhiên liệu, bơm nước tuần hoàn, quạt gió, thắp sáng, điều khiển, tín hiệu… Điện tự dùng trong nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: dạng nhiên liệu, áp suất ban đầu, kiểu và công thức tuabin… chiếm khoảng 5-8% tổng điện năng sản xuất. Tập hợp các máy công tác truyền động bằng động cơ điện, lưới điện, thiết bị phân phối, máy biến áp, giảm áp, nguồn năng lượng độc lập, hệ thống điều khiển, tín hiệu, thắp sáng… tạo thành hệ thống điện tự dùng của nhà máy điện với yêu cầu cơ bản: độ tin cậy cao, phù hợp yêu cầu kinh tế. Các máy công tác và các động cơ điện tương ứng của bất kỳ nhà máy nhiệt điện nào (ngưng hơi hay trích hơi) có thể chia làm 2 phần không đều nhau. - Những máy công tác đảm bảo sự làm việc của các lò và tuabin các tổ máy. - Những máy công tác phục vụ chung không có liên quan trực tiếp đến lò hơi và các tuabin, nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy. Đối với nhà máy điện thiết kế ta dùng 2 cấp điện áp tự dùng 6KV và 0,4 KV nối theo sơ đồ biến áp nối tiếp, số phân đoạn cuộn hạ và phía trên máy cắt các bộ phận máy phát - máy biến áp tự ngẫu. 6.1. CHỌN MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG. 6.1.1. Chọn máy biến áp cấp 1. Các máy biến áp cấp 1 có nhiệm vụ nhận điện từ thanh góp 10,5 KV cung cấp cho các phụ tải tự dùng cấp điện áp 6KV. Còn lại cung cấp tiếp cho ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 88 phụ tải cấp điện áp 0,4 KV. Từ đó công suất của chúng cần phải chọn phù hợp với phụ tải cực đại của các động cơ ở cấp điện áp 6KV và tổng công suất của các máy biến áp cấp 2 nốt tiếp với nó. Sđm ≥ ΣP1. 22 11 1 KS cos.n K Σ+ϕ Hệ số 11 1 cos.n K ϕ lúc làm việc bình thường chiếm khoảng 0,9. Hệ số đồng thời K2 cũng bằng 0,9. Nên ta có Sđm ≥(ΣP1 + ΣS2).0,9 Trong đó: ΣP1: tổng công suất tính toán của các máy công cụ với động cơ 6KV nối vào phân đoạn xét (KW). ΣP2: tổng công suất tính toán của các máy biến áp cấp 1 nối vào phân đoạn xét (MVA) 0,9: hệ số xét đến sự không đồng thời đầu tải của các máy công tác có động cơ 6KV và các máy biến áp cấp 2. - Trong phạm vi thiết kế, nên ta chọn công suất của máy biến áp tự dùng cấp I theo công suất tự dùng cực đại của toàn nhà máy. Stdmax = 24 MVA Bốn máy công tác có công suất: SđmB ≥ 4 1 Stdmax = 4 1 .24 = 6 MVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số như sau: Loại Sđm MVA Điện áp (KV Tổn thất KW UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ ΔP0 ΔPN TM 6,3 10 6,3 7,65 46,5 6,5 0,8 * Công suất của máy biến áp dự trữ cấp 1 được chọn phù hợp với chức năng của nó. May biến áp dự trữ cấp 1 không chỉ dùng thay thế máy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 89 biến áp công tác khi sửa chữa mà còn cung cấp cho hệ thống tự dùng trong quá trình hoạt động dừng lò. Do đó công suất cần chọn là: SđmBdt = 1,5. 1 4 . SđmBdt = 1,5. 1 4 . 24 = 9MVA Vậy ta chọn biến áp dầu có thông số như bảng sau: Loại Sđm KVA Điện áp (KV) Tổn thất (KW) UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ Δ P0 Δ PN TAHC 10.000 10,5 6,3 14,5 85 14 0,8 6.1.2. Chọn máy biến áp cấp 2: Các máy biến áp tư dùng cấp 2 dùng để cung cấp cho các phụ tải cấp điện áp 380/220V và chiếu sáng. Công suất của các loại phụ tải này thường nhỏ nên công suất máy biến áp thường được chọn là laọi có công suất từ: 630 ÷ 1.000 KVA. Loại lớn hơn thường không được chấp nhận vì giá thành lớn, dòng ngấn mạch phía thứ cấp lớn. Gải thiết các phụ tải này chiếm 10%. Công suất phụ tải cấp 1 . Khi đó ta chọn công suất mỗi máy là: SđmB2 = 100 10 .6.103 = 6000 KVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số như bảng sau: Loại Sđm KVA Điện áp (KV) Tổn thất (KW) UN % Io% Cuộn cao Cuộn hạ ΔPo ΔPN TC3 - 1000/10 1000 6 0,4 3 11,2 5,5 1,5 6.2.CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN TỰ DÙNG. * Chọn máy cắt hợp bộ: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 90 Để chọn máy cắt hợp bộ ta tính dòng điện ngắn mạch tại N5 dưới máy biến áp tự dùng cấp I, với người cung cấp là cả hệ thống và các máy phát điện của nhà máy. Như ta đã tính ở chương ngắn mạch: KA69,49I '' 4N = Vậy điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch tại N4 là: XHT = 0,11 - Điện kháng máy biến áp tự dùng. XB = 03,1 3,6 100 . 100 5,6 S S . 100 %U md cbN == - Dòng điện ngắn mạch tại điểm N7 KA1,13 )59,011,0.(3,6.3 100 XX I I KHT cb'' Nd =+=+= - Dòng điện xung kích tại điểm N7: iXKN7 = 2 .kXK.I”N7 = 2 .1,8.13,1 = 33,3A Coi dòng điện làm việc cưỡng bức bằng dòng điện làm việc ở mạch dự phòng khi khởi động hoặc dừng lò. Icb = 3,6.3 10000 3,6.3 S 1dmB = = 916,4 A Vậy ta chọn loại máy cắt điện ít dầu có thông số như sau: Loại máy cắt Uđm (KV) Iđm (A) Icđm (KA) Ilđđ (KA) BMΠΠ-10-1600-20 10 1600 20 52 Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt cho máy cắt vì có dòng định mức lớn hơn 1000A. XHT XBE®t N4 N7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy điện 91 B1 B2 B3 B4 6,3KV Dù phßng F1 F2 F3 F4 0,4 KV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 92 PHẦN II XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CỦA NHÀ MÁY THEO PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH ĐỘNG. Việc vận hành kinh tế một nhà máy là một yêu cầu hết sức quan trọng. Giảm đến nhỏ nhất chi phí sản xuất điện năng là mục tiêu sản xuất của nhà máy điện. Để thực hiện việc đó ta phải quy hoạch thiết kế hệ thống điện với các chế độ kinh tế nhất và có đủ trang thiết bị cần thiết để điều khiển các chế độ vận hành. Đồng thời trong quá trình vận hành nhà máy điện ta phải lập ra kế hoạch vận hànhd để làm sao chi phí cho tiêu hai nhiên liệu là nhỏ nhất. Xác định kế hoạch vận hành là việc phân bổ công suất phát của từng tổ máy ứng với một công suất yêu cầu của nhà máy để sao cho chi phí tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất. Việc phân bố tối ưu công suất sẽ mang lại lợi ích kinh tế rất lớn cho nhà máy mặc dù có thể lượng nhiên liệu giảm được trong một giờ hay một ngày là không lớn nhưng tính tổng tỏng một năm hay nhiều năm hoạt động của nhà máy thì lượng chi phí giảm được là rất lớn. Phân bố tối ưu công suất của nhà máy có rất nhiều phương pháp như… nhưng tỏng phạm vi bài viết này tôi xin chỉ trình bày phân bố công suất tối ưu theo phương pháp quy hoạch động. Phương pháp quy hoạch động dùng để lập đặc tính đẳng trị của toàn nhà máy. Từ đặc tínhc hi phí nhiên liệu của các tổ máy cho rời rạc, rồi từ đó đưa ra phương án vận hành tối ưu cho nhà máy. A. Phương pháp tính. Để giải bài toán phân bố công suất tối ưu cho các tổ máy của nhà máy nhiệt điện theo đặc tính tiêu hao nhiên liệu ta sử dụng phương pháp quy hoạch động vì chi phí nhiên liệu cho dưới dạng rời rạc. Bài toán đặt ra là có 4 tổ máy nhiệt điện, trong thời gian t, cần xác định giá trị công suất của các tổ máy theo đặc tính nhiên liệu sao cho lượng tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 93 Có thể có hai trường hợp có thể xảy ra: các tổ máy có thể đóng cắt trong phạm vi một ngày đêm (tương đối với nhà máy thuỷ điện, nhà máy tuabin khí hoặc nhà máy nhiệt điện trong trường hợp rất nhiêu công suất và biểu đồ phụ tải tổng của hệ thống lại thay đổi nhiều). Còn trường hợp thường hay xảy ra đối với nhà máy điện là các tổ máy không được đóng cắt trong phạm vi một ngày đêm (chỉ đóng cắt số tổ máy theo mùa). Trong đồ án tốt nghiệp này ta chỉ xét trường hợp các tổ máy làm việc đều suốt 24 giờ. Hay ta có BΣ = ∑ = n 1i )Pi(Bi ⇒ Pmin ∑ = n 1i Pi = Ppt Pimin ≤ Pi ≤ Pimax Trong đó Bi(Pi): là chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ i. Ppt: là nguồn vốn cần phân bố cho n đối tượng. Pimin, Pimax: là công suất giới hạn cực đại và cực tiểu của tổ máy thứ i. Giả sử đối tượng n nhận lượng công suất là Pn. Dù Pn là bao nhiêu thì lượng công suất còn lại là (Ppt - Pn) ta cũng phải phân bố tối ưu cho (n-1) tổ máy còn lại. fn(Ppt) = Bn(Pn) + fn-1(Ppt - Pn) Trong đó: Bn(Pn): là chi phí nhiên liệu cho tổ máy n khi công suất phát ra là Pn. fn-1(Ppt-Pn): là chi phí nhiên liệu khi phân bố lượng công suất (Ppt - Pn) cho n-1 tổ máy còn lại. Việc chọn tổ máy nào là tổ máy n không ảnh hưởng đến tính toán. Vấn đề là phải chọn Pn sao cho chi phí là nhỏ nhất. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 94 fn(Ppt) là chi phí nhiên liệu nhỏ nhất khi phân bố lượng công suất Ppt cho n nhà máy điện Vì đây là biểu thức dưới dạng tuỳ chứng nên quá trình giải diễn ra 2 quá trình thuận và ngược. 1. Quá trình ngược. Xây dựng đặc tính chi phí nhiên liệu tối ưu của nhà máy ta xác định cơ cấu tổ máy tối ưu. Với những giá trị khác nhau khi bắt đầu từ bước cuối cùng (1 tổ máy) sau đó hai bước cuối cùng (2 tổ máy) rồi tiếp tục đến n bước cuối cùng (n tổ máy). Tìm lời giải có điều kiện đối với từng tổ máy tức là tìm Bi(Pi); i = 1, n; fi(Pi) = Bi(Pi) • Xét hai tổ máy. f2(Ppt) = min {B2(P2) + f1(Ppt - P2)}(*) P2min ≤ P2 ≤ P2max Trong đó: f2(Ppt): là chi phí nhiên liệu nhỏ nhất khi phân phối Ppt cho hai tổ máy. f1(Ppt-P2): là chi phí nhiên liệu nhỏ nhất của tổ máy 1 khi có lượng phụ tải chung là Ppt và tổ máy 2 nhận P2. Chi phí nhiên liệu cho 2 tổ máy ta so sánh lấy giá trị theo biểu thức (*). Ứng với bước này để xác định lời giải tối ưu có điều kiện ta cần thực hiện 2 chu trình. + Chu trình trong. Cho giá trị Ppt không đổi, ta thay đổi giá trị P2 từ 0 đến P2max (hoặc từ P2min). Với mỗi giá trị P2 ta tínhc chi phí nhiên liệu cho 2 tổ máy. Sau đó so sánh giá trị min. Như vậy ứng với mỗi giá trị phụ tải Ppt trong trường hợp 2 tổ máy ta được trị số tối ưu P2 (khi phụ tải là Pptmin) là công suất cần phát của tổ máy 2. Ngoài ra ta cũng tính được chi phí nhiên liệu cực tiểu khi phân phối Pptmin cho 2 tổ máy là f2(Pptmin). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 95 + Chu trình giữa. Ta cho số tổ máy tănglên là 3, quá trình trình tính toán cũng lập lại tương tự như đối với 2 tổ máy, lúc này thay đổi giá trị P3 (với Ppt cố định). Sau đó lại thay đổi Ppt. Như vậy ứng với 3 tổ máy ta cũng xác định được giá trị công suất tối ưu của tổ máy thứ 3 và giá trị cực tiểu của chi phí nhiên liệu cho 3 tổ máy như sau: f3(Ppt) = min {B3(P3) + f2(Ppt - P3)} P3min ≤ P3 ≤ P3max Tương tự ta xét tiếp cho 4 tổ máy, ta có: BΣ(PΣ) = f4(Ppt) = min {B4(P4) + f3(Ppt - P4) P4min ≤ P4 ≤ P4max 2. Quá trình thuận. Giả sử cần tìm phần bố tối ưu công suất cho các tổ máy ứng với công suất tổng cho trước là Ppt. Xuất phát từ bảng phân bố tối ưu công suất cho tổ máy thứ 4 ở bước cuối cùng ta xác định được ngay công suất tối ưu. Ký hiệu là P4tư, dựa vào bảng phân bố tối ưu công suất cho 1, 2, 3 tổ máy ta xác định được công suất tối ưu cho tổ máy 3. Ký hiệu là −t3P . Khi đó phần công suất tối ưu còn lại của 2 tổ máy sẽ là: −t 3 −t 4pt −t 3 −t 3,2,1 −t 2,1 PPPPPP −−=−= Tương tự ta lần lượt xác định được công suất tối ưu của mọi tổ máy ứng với công suất Ppt cho trước. Thay đổi giá trị cụ thể của Ppt trong phạm vi có thể vận hành được của nhà máy ta có toàn bộ phương án vận hành tối ưu của nhà máy. B. Tính toán cụ thể Ta có đặc tính tiêu hao nhiên liệu của các tổ máy cho dưới dạng bảng như sau: B/P 30 35 40 45 50 55 60 B1 16,7 18,7 20,5 24,3 28,6 33,5 39,7 B2 15,5 16,2 18,3 21,6 26,7 31,7 39,7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 96 B3 17,8 19,3 21,5 23,7 26,5 30,5 37,3 B4 13,3 15,9 17,6 20,3 23,9 28,9 36,5 1. Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của toàn nhà máy tương ứng với chi phí nhiên liệu cực tiểu. 1.1. Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của hai tổ máy. Ta thấy công suất phát của mỗi tổ máy giới hạn trong 30-60 MVA. Với mỗi giá trị của phụ tải từ 60-120 MVA ta đều có thể lựa chọn tổ hợp máy phát mà chi phí tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất. Ta lập bảng sau PΣ Phân bố tối ưu công suất 60 P1 30 P2 30 B1,2 32,2 65 P1 30 35 P2 35 30 B1,2 32,9 34,2 70 P1 30 35 40 P2 40 35 40 B1,2 35 34,2 36 75 P1 30 35 40 45 P2 45 40 35 30 B1,2 38,3 37 36,7 39,8 80 P1 30 35 40 45 50 P2 50 45 40 35 30 B1,2 43,4 40,3 38,8 40,5 44,1 85 P1 30 35 40 45 50 55 P2 55 50 45 40 35 30 B1,2 48,4 45,4 42,1 42,6 44,8 49 90 P1 30 35 40 45 50 55 60 P2 60 55 50 45 40 35 30 B1,2 56,4 50,4 47,2 45,9 46,9 49,7 55,2 95 P1 35 40 45 50 55 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 97 P2 60 55 50 45 40 35 B1,2 58,4 52,2 51 50,2 51,8 55,9 100 P1 40 45 50 55 60 P2 60 55 50 45 40 B1,2 60,2 56 55,3 55,1 58 105 P1 45 50 55 60 P2 60 55 50 45 B1,2 64 60,3 60,2 61,3 110 P1 50 55 60 P2 60 55 50 B1,2 68,3 65,2 66,4 115 P1 55 60 P2 60 55 B1,2 73,2 71,4 120 P1 60 P2 60 B1,2 79,4 Bảng tổng kết đặc tính tiêu hao nhiên liệu của 2 tổ máy (P1, P2) như sau: P1,2 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 B1,2 32,2 32,9 34,9 36,7 38,8 40,1 45,9 50,2 55,1 60,2 65,2 71,4 79,4 1.2. Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của 3 tổ máy. Dựa vào kết quả của phần xây dựng đặc tính đẳng trị của 2 tổ máy ta lập được bảng. PΣ Phân bố tối ưu công suất 90 P1,2 60 P3 30 B1,2,3 50 95 P1,2 60 65 P3 35 65 B1,2,3 51,5 50,7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 98 100 P1,2 60 65 70 P3 40 35 30 B1,2,3 54 52,2 52,7 105 P1,2 60 65 70 75 P3 45 40 35 30 B1,2,3 55,9 54,4 54,2 54,5 110 P1,2 60 65 70 75 80 P3 50 45 40 35 30 B1,2,3 58,7 56,6 56,4 56 56,6 115 P1,2 60 65 70 75 80 85 P3 55 50 45 40 35 30 B1,2,3 62,7 59,4 58,6 58,2 58,1 59,9 120 P1,2 60 65 70 75 80 85 90 P3 60 55 50 45 40 35 30 B1,2,3 69,5 64,4 61,4 60,4 60,3 61,4 63,7 125 P1,2 65 70 75 80 85 90 95 P3 60 55 50 45 40 35 30 B1,2,3 70,2 65,4 63,2 62,5 63,6 65,2 68 130 P1,2 70 75 80 85 90 95 100 P3 60 55 50 45 40 35 30 B1,2,3 72,2 67,2 65,2 65,8 67,4 69,5 72,9 135 P1,2 75 80 85 90 95 100 105 P3 60 55 50 45 40 35 30 B1,2,3 74 69,3 68,6 69,6 71,7 74,4 78 140 P1,2 80 85 90 95 100 105 110 P3 60 55 50 45 40 35 30 B1,2,3 76,1 72,6 72,4 73,9 76,6 79,5 83 145 P1,2 85 90 95 100 105 110 115 P3 60 55 50 45 40 35 30 B1,2,3 79,4 76,4 76,7 78,8 81,7 84,5 89,2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 99 150 P1,2 90 95 100 105 110 115 120 P3 60 55 50 45 40 35 30 B1,2,3 83,2 80,7 81,6 83,9 86,7 90,7 97,2 155 P1,2 95 100 105 110 115 120 P3 60 55 50 45 40 35 B1,2,3 87,5 85,6 86,7 88,9 92,9 98,7 160 P1,2 100 105 110 115 120 P3 60 55 50 45 40 B1,2,3 92,4 90,7 91,7 95,1 100,9 165 P1,2 105 110 115 120 P3 60 55 50 45 B1,2,3 97,5 95,7 97,9 103,1 170 P1,2 110 115 120 P3 60 55 50 B1,2,3 102,5 101,2 105,9 175 P1,2 115 120 P3 60 55 B1,2,3 102,7 109,9 180 P1,2 120 P3 60 B1,2,3 116,7 Bảng tổng kết đặc tính tiêu hao nhiên liệu của 3 tổ máy (P1, P2, P3) P1,2,3 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 B1,2,3 50 50,7 52,2 54,2 56 58,1 60,3 62,5 65,3 68,6 P1,2,3 140 145 150 155 160 165 170 175 180 B1,2,3 72,4 76,4 80,7 85,6 90,7 95,7 101,9 108,7 116,7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 100 1.3. Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu của cả 4 tổ máy. Dựa vào kết quả tính đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của 3 tổ máy đã tính ta lập được bảng. PΣ Phân bố tối ưu công suất 120 P1,2,3 90 P4 30 BΣ 63,3 125 P1,2,3 90 95 P4 35 30 BΣ 65,9 64 120 P1,2,3 90 95 100 P4 40 35 30 BΣ 67,6 66,6 65,5 135 P1,2,3 90 95 100 105 P4 45 40 35 30 BΣ 70,6 68,3 68,1 67,5 140 P1,2,3 90 95 100 105 110 P4 50 45 40 35 30 BΣ 73,9 71 69,7 70,1 69,3 145 P1,2,3 90 95 100 105 110 115 P4 55 50 45 40 35 30 BΣ 78,9 74,6 72,5 71,8 71,9 71,4 150 P1,2,3 90 95 100 105 110 115 120 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 86,5 79,6 76,1 74,5 73,6 74 76,6 155 P1,2,3 95 100 105 110 115 120 125 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 87,2 81,1 78,1 76,3 75,7 76,2 75,2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 101 160 P1,2,3 100 105 110 115 120 125 130 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 88,7 82,1 79,9 78,4 77,1 78,4 78,6 165 P1,2,3 105 110 115 120 125 130 135 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 90,7 84,9 82 80,6 80,1 81,2 81,9 170 P1,2,3 110 115 120 125 130 135 140 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 92,5 87 84,2 82,8 82,9 84,5 85,7 175 P1,2,3 115 120 125 130 135 140 145 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 94,6 89,2 86,4 85,6 86,2 88,3 87,7 180 P1,2,3 120 125 130 135 140 145 150 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 96,8 91,4 89,2 88,9 90 92,3 94 185 P1,2,3 125 130 135 140 145 150 155 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 99 94,2 92,5 92,7 94 96,6 98,9 190 P1,2,3 130 135 140 145 150 155 160 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 101,8 97,5 96,3 96,7 98,3 101,5 104 195 P1,2,3 135 140 145 150 155 160 165 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 105,1 101,3 100,3 101 103,2 106,6 109 200 P1,2,3 140 145 150 155 160 165 170 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 108,9 105,3 104,6 105,9 108,3 111,6 115,2 205 P1,2,3 145 150 155 160 165 170 175 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 112,9 109,6 108,5 111 113,2 117,8 122 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 102 210 P1,2,3 150 155 160 165 170 175 180 P4 60 55 50 45 40 35 30 BΣ 117,2 119,8 114,6 116 119,5 124,6 130 215 P1,2,3 155 160 165 170 175 180 P4 60 55 50 45 40 35 BΣ 122,1 119,6 119,6 122,2 126,3 132,6 220 P1,2,3 160 165 170 175 180 P4 60 55 50 45 40 BΣ 127,2 124,6 125,8 129 134,3 225 P1,2,3 165 170 175 180 P4 60 55 50 45 BΣ 132,2 130,8 132,6 137 230 P1,2,3 170 175 180 P4 60 55 50 BΣ 138,4 137,6 140,6 235 P1,2,3 175 180 P4 60 55 BΣ 145,2 145,6 240 P1,2,3 180 P4 60 BΣ 153,2 Bảng tổng kết đặc tính tiêu hao nhiêu liệu của cả 4 tổ máy. PΣ 120 125 130 135 140 145 150 155 BΣ 63,3 64 65,5 67,5 69,3 71,4 73,6 75,7 PΣ 160 165 170 175 180 185 190 195 BΣ 77.9 80.1 82.8 85.6 88.9 92.5 96.3 100.3 PΣ 200 205 210 215 220 225 230 235 240 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 103 BΣ 104,6 109,5 114,5 119,6 124,6 130,8 137,6 145,2 153,2 Đường đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị toàn nhà máy. 2. Thiết lập bảng phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy theo bậc công suất phát tổng của nhà máy. Từ đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị của toàn nhà máy ta thực hiện quá trình thuận xác định công suất phát tối ưu của từng tổ máy. Từ đó lậpd được bảng phân bố tối ưu công suất của toàn nhà máy. Bảng phân bố tối ưu công suất của toàn nhà máy. PNM Phân bố tối ưu công suất BΣ P1 P2 P3 P4 120 30 30 30 30 63,3 125 30 35 30 30 64 130 30 35 35 30 65,5 240 153,2 120 30 6.,3 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 P (MVA) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 104 135 35 35 35 30 67,5 140 40 35 35 30 69,3 145 40 40 35 30 71,4 150 40 35 35 40 73,6 155 40 40 35 40 75,7 160 40 40 40 40 77,9 165 40 40 45 40 80,1 170 40 40 45 45 82,8 175 40 40 50 45 85,6 180 40 45 50 45 88,9 185 40 45 50 50 92,6 190 45 45 50 50 96,3 195 45 45 45 50 100,3 200 50 45 45 50 104,6 205 55 45 55 50 109,5 210 55 45 55 50 114,5 215 55 50 55 50 119,6 220 55 55 55 55 124,6 225 60 55 55 55 130,8 230 60 55 60 55 137,6 235 60 55 60 60 145,2 240 60 60 60 60 153,2 3. Xác định chế độ vận hành tối ưu của nhà máy Ứng với biểu đồ công suất đã cho (biểu đồ phát công suất tổng trong ngày). Xác định chi phí nhiên liệu tổng. Ta có đồ thị phụ tải toàn nhà máy như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 105 Từ đồ thị phụ tải toàn nhà máy mà ta xaya dựng được bảng vận hành tối ưu cho nhà máy theo yêu cầu của phụ tải trong từng thời điểm khác nhau. Bảng phương án vận hành tối ưu. Thời gian t PNM Phân bố công suất tối ưu BΣ (tấn/giờ) Số giờ vận hành Btổng P1 P2 P3 P4 0-8 168 43 40 45 40 81,72 8 653,76 8-14 240 60 60 60 60 153,2 6 919,2 14-20 216 56 50 55 55 120,6 6 723,6 20-24 192 47 45 50 50 97,9 4 391,6 Do trí số P lẻ, không có trong bảng đặc tính tiêu hao nhiên liệu nên ta phải dùng phương pháp sội suy tuyến tính. 240 t (h)24201480 168 240 216 192 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 106 Công thức nội suy tuyến tính cho điểm (P*, B*) B* = B1 + ΔB = B1 + ( )1 12 12 P*P PP BB −− − Ta có: P* = 168 ⇒ 80,1 + 165170 1,808,82 − − (168 - 165) = 81,72 P* = 192 ⇒ 96,3 + 190195 3,963,100 − − (192 - 190) = 97,9 P* = 216 ⇒ 119,6 + 215220 6,1196,124 − − (216 - 215) = 120,6 Tổng nhiên liệu tiêu hao cho toàn bộ nhà máy trong 1 ngày đêm là: Σ u−tèitængB = 2688,16 tấn 4. So sánh chi phí nhiên liệu Xác định được theo chế độ vận hành tối ưu và chế độ phân bố đều công suất cho các tổ máy. t (h) ΔB P1 P* P2 B1 B* B2 B(t/h) ΔP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân bố tối ưu công suất 107 Bảng phân bố công suất theo phương pháp phân bố đều Thời gian t PNM Phân bố công suất tối ưu BΣ (tấn/giờ) Số giờ vận hành Btổng P1 P2 P3 P4 0-8 168 42 42 42 42 82,7 8 661,6 8-14 240 60 60 60 60 153,2 6 919,2 14-20 216 54 54 54 54 120,82 6 724,92 20-24 192 48 48 48 48 99,38 4 397,52 Nhiênliệu tiêu hao toàn bộ nhà máy trong một ngày đêm là: Σ dÒutængB = 2703,24 tấn Lượng nhiên liệu tiết kiệm được trong 1 ngày đêm của phương pháp phân bố công suất tối ưu theo phương pháp quy hoạch động so với việc phân bố công suất cho các tổ máy là: ΔB = 2703,24 - 2688,16 = 15,08 tấn/ngày Trong mỗi ngày đêm lượng nhiên liệu tiết kiệm được tính theo % là: ΔB% = 16,2688 08,15 .100% = 0,56%