Đồ án Nhà máy điện

IỆT 1. Thiết kế sơ đồ công nghệ nhà máy. 1.1. Chọn loại nhà máy. Do tính chất và yêu cầu của phụ tải cần xác định loại nhà máy phù hợp với loại phụ tải đơn thuần là phụ tải điện. Nếu loại nhà máy phù hợp là nhà máy nhiệt điện ngưng hơi. Nên phụ tải bao gồm cả phụ tải điện và phụ tải nhiệt thì phải thiết kế trung tâm nhiệt điện. Các yêu cầu này liên quan đến địa điểm xây dựng nhà máy, vấn đề cung cấp nhiên liệu và cung cấp nước và công suất tổng của nhà máy. Như vậy nhà máy nhiệt điện cần thiết kế là nhà máy nhiệt điện ngưng hơi. 1.2. Chọn số tổ máy và thông số của các thiết bị chính. a. Điều kiện chọn tổ máy. + Công suất càng lớn, thống số hơi càng cao thì hiệu suất của nhà máy càng lớn. + Công suất đơn vị của nhà máy nằm trong hệ thống điện vượt quá công suất dự phòng của hệ thống điện nghĩa là phải nhỏ hơn 10% công suất của hệ thống. + Công suất đơn vị của các tổ máy phải chọn giống nhau để thuận tiện cho việc thiết kế xây dựng, dự phòng, cũng như vận hành nhà máy. + Khi chọn công suất của tổ máy phải chú ý đến công suất toàn bộ của nhà mát sau khi phát triển tối đa để cho tổ máy của nhà máy thỏa mãn điều kiện: 2 ≤ Số tổ máy ≤ 8 Ta có công suất của hệ thống: Sht = 3100 (MVA) Cosφ = 0.8 Công suất của nhà máy: Pnm = 400 (MW) Ta đưa ra 2 phương án: Phương án 1: chọn số tuabin là 4 x 100 MW Phương án 2: chọn số tuabin là 8 x 50 MW b. Chọn lò hơi và nguyên liệu đốt lò: + Lò hơi: Khi chọn năng suất lò hơi phải dựa trên cơ sở sau: Đảm bảo cung cấp hơi. Mức độ kinh tế vận hành ở các chế độ vận hành ở các chế độ khác nhau. Áp dụng cấu trúc lò hơi hợp lý. Tổng năng suất lò hơi định mức phải cao hơn phụ tải hơi cực đại một ít phụ tải của lò hơi bao gồm lượng hơi cực dại đến tuabin làm việc. Các thiết bị giảm áp lượng hao hơi đến các ê jeter, bơm dầu hơi đến các tuabin phụ. Phụ tải của lò hơi (năng suất hơi) đực chọn theo tiêu hao hơi cực đại cho tuabin với độ dự chữ (3 – 5%). Nếu áp suất hơi mứi P0 < Pth chọn lò bao hơi. Chọn loại nhiên liệu: - Do điều kiện nước ta có nguồn than đá rồi rào nên ta chọn: Than đá. - Theo bảng tra 26 ta chọn loại nhiên liệu cho cả 2 phương án là than mua tại mỏ Hòn Gai, với nhiệt khi làm việc tương đối cao và độ tro thấp: Với số liệu về than cám Loại nhiên liệu Than cám A (Hòn Gai) Nhiệt trị(kT/kg) 28911 Độ tro (%) 7,0 Hệ số tổn thất (2%) 1,5 Giá bán tại mỏ (đ/t) 230 000 Hệ số vận chuyển 0,09 (đ/tấn km) Hệ số tiền bốc dỡ 3,6 (đ/tấn) 1.2.1. Phương án 1 1.2.1.1. Số tổ máy và thông số của chúng. Theo đề bài ta có công suất tổng của nhà máy: PNM = WNM = 400 (MW) SHT = 3100 (MVA) Ta chọn tổ máy: 4x100 (MW) Công suất dự phòng: 0.15x3100 = 465 (MW) > 100 (MW) Chọn loại tuabin: Theo dẫn chứng trên tra bảng đặc tính của tuabin ngưng hơi trang 69 (tài liệu hướng dẫn thiết kế nhà máy điện) ta chọn loại tuabin K – 100 – 90 với cac thông số trong bảng sau: Loại tuabin K – 100 -90 Nhà máy chế tạo M3 Công suất định mức 100 Số tầng cánh 12 (5 x2) Áp lực hơi mới (ata) 90 Nhiệt độ hơi mới [oC] 500 Áp lực hơi thoát [ata] 0,0033 Số cửa trích không điếu chỉnh 5 Lưu lượng hơi cực đại qua phần cao áp [t/h] 405 Lưu lượng hơi cực đại qua phần hạ áp [t/h] 298 Suất tiêu hao khi đóng các cửa trích hồi nhiệt [kg/kW.h] 3,37 Loại bình ngưng 100KцC-2 Bề mặt làm mát bình ngưng [m2] 3000x2 1.2.1.2. Chọn lò hơi Năng suất của lò hơi: Dlh > D0 + 3% D0 =1.03xD0 D0: lưu lượng hơi cực đại qua phần cao áp [t/h] Dlh > 1.03x405 = 417.5 (t/h) P0= 90x0.981 = 88.29 (Bar) Ta tra bảng 126-127 tài liệu “hướng dẫn và các số liệu dung cho thiết kế của ngành nhiệt điện” ta chọn lò hơi có thông số sau: Loại lò hơi TП-80 Năng suất lò hơi [t/h] 120 Áp lực hơi quá nhiệt [bar] 140 Nhiệt độ hơi quá nhiệt [oC] 570 Loại nhiên liệu Than đá khô 1.2.1.3. Xác định chỉ tiêu kinh tế của phương án. a. Vốn đầu tư. Tra bảng đặc tính (trang 17 tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt điện) ta có V1 = 243x109 (đ) b. Chi phí vận hành hàng năm. + Tiêu hao nhiên liệu than: tra bảng 23 (tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt) ta có: b = 371 (g/kW.h) + Lượng tiêu hao nhiên trong 1 năm B= b*N*n B= 371*400*6500*10-6 = 964600 [t/h] + Chi phí cho nhiên liệu có thể xác định: Zb = Cb *B (đ/năm) Cb = giá bán + chi phí vận chuyển + công bốc dỡ Tra tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt ta có: Cb= 23*104 + 0,015 *23*104 + 0,09*23*104 +36000 = 290150 (đ/tấn) Zb = 290150*964600 = 279,88*109 (đ) + Chi phí khấu hao thiết bị và sửa chữa: Zk = k*V1 (đ/năm) k: hệ số khấu hao trang 27 ‘tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt’ k= 5,76% hiệu chỉnh theo công suất của nhà máy k= 5,76% *3/4 =0,0432 Zk = 4,32*10-2*243000*106 = 10,498*109 (đ) + Chi phí trả lương công nhân viên về tiền lương Zn=β*We*n β= 20*106 (chi phí trả lương công nhân) n= 1.3 (hệ số biên chế công nhân viên tra trang 29 ‘tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt’ Zn= 20*106 *400*1.3 = 10.4*109 (đ) + Chi phí công việc chung và tổn thất khác Zc= α*(Zk+Zn) α: hệ số công việc chung α= 0,25 Zc= 0,25*(10,498*109+10,4*109) =5,224*109 Phí tổn vận hành hàng năm của tuabin ZpA1= Zb + Zk + Zn + Zc= (279,879 + 10,497 + 10,4 +5,224)*109=306*109 (đ) 1.2.2. Phương án 2 1.2.2.1. Số tổ máy và thông số của chúng: Theo đề bài ta có công suất tổng của nhà máy PN M = WN M = 400 (MW) S H T = 5000 (MVA) Ta chọn tổ máy: 8 x 50 (MW) Công suất dự phòng: 0,1 x 5000 = 500 MW > 100 (MW) Chọn loại tuabin: Theo dẫn chứng trên tra bảng đặc tính của tuabin ngưng hơi trang 69 (tài liệu hướng dẫn thiết kế nhà máy điện) ta chọn loại tuabin K – 50 – 90 với cac thông số trong bảng sau: Loại tuabin K – 100 -90 Nhà máy chế tạo M3 Công suất định mức 50 Số tầng cánh 22 (10 x2) Áp lực hơi mới (ata) 90 Nhiệt độ hơi mới [oC] 535 Áp lực hơi thoát [ata] 0,035 Số cửa trích không điếu chỉnh 8 Lưu lượng hơi cực đại qua phần cao áp [t/h] 216 Lưu lượng hơi cực đại qua phần hạ áp [t/h] 210 Suất tiêu hao khi đóng các cửa trích hồi nhiệt [kg/kW.h] 3,72 Loại bình ngưng 100Kvc -5 Bề mặt làm mát bình ngưng [m2] 3000 1.2.2.2 Chọn lò hơi Năng suất của lò hơi: Dlh > D0 + 3% D0 =1,03 D0 D0: lưu lượng hơi cực đại qua phần cao áp [t/h] Dlh > 1,03. 210 =216,3 (t/h) P0= 90.0,981 = 88,29 (Bar) Ta tra bảng 126-127 tài liệu “hướng dẫn và các số liệu dung cho thiết kế của ngành nhiệt điện ” ta chọn lò hơi có thông số sau: Loại lò hơi TП-10 Năng suất lò hơi [t/h] 120 Áp lực hơi quá nhiệt [bar] 100 Nhiệt độ hơi quá nhiệt [oC] 540 Loại nhiên liệu Than đá khô 1.2.2.3 xác định chỉ tiêu kinh tế của phương án. a, Vốn đầu tư. Tra bảng đặc tính (trang 17 tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt điện) ta có V1 = 294x109 (đ) b, Chi phí vận hành hàng năm. + Tiêu hao nhiên liệu than: tra bảng 23 (tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt) ta có: b = 376 (g/kW.h) + Lượng tiêu hao nhiên trong 1 năm B= b*N*n B= 371*400*6500*10-6 = 977600 [t/h] Chi phí cho nhiên liệu có thể xác định Zb = Cb *B (đ/năm) Cb = giá bán + chi phí vận chuyển + công bốc dỡ Tra tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt ta có: Cb= 23*104 + 0,015 *23*104 + 0,09*23*104 +36000 = 290150 (đ/tấn) Zb = 290150*977600 = 283,651 *109 (đ) + Chi phí khấu hao thiết bị và sửa chữa: Zk = k*V1 (đ/năm) k: hệ số khấu hao trang 27 ‘tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt’ k= 5,71% hiệu chỉnh theo công suất của nhà máy k= 5,71% *3/4 =0,0428 Zk = 4,28*10-2*243000*106 = 12,59*109 (đ) + Chi phí trả lương công nhân viên về tiền lương Zn=β*We*n β= 20*106 (chi phí trả lương công nhân) n= 1,5 (hệ số biên chế công nhân viên tra trang 29 ‘tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt’ Zn= 20*106 *400*1,5 = 12*109 (đ) + Chi phí công việc chung và tổn thất khác Zc= α*(Zk+Zn) α: hệ số công việc chung α= 0,25 Zc= 0,25*(10,498*109+10,4*109) =5,224*109 Phí tổn vận hành hàng năm của tuabin ZpA2= Zb + Zk + Zn + Zc = (283,651 + 12,59+ 12 +5,224)*109=314,839*109 (đ) 1.3 Chọn phương án: ZpA1 =306*109 (đ) ZpA2 =314,839*109 (đ) Vậy ta thấy: ZpA1 < ZpA2 mà ta có cả hai phương án trên đều đảm bảo điều kiện kỹ thuật tối thiểu Vậy ta chọn phương án thiết kế là: Phương án 1. 1.4 Thiết kế sơ đồ công nghệ của nhà máy. Sau khi đã xác định phương án 1 là phương án thiết kế với thông số của tuabin và lò hơi: Thông số tuabin: Loại tuabin K – 100 -90 Nhà máy chế tạo M3 Công suất định mức 100 Số tầng cánh 12 (5 x2) Áp lực hơi mới (ata) 90 Nhiệt độ hơi mới [oC] 500 Áp lực hơi thoát [ata] 0,0033 Số cửa trích không điếu chỉnh 5 Lưu lượng hơi cực đại qua phần cao áp [t/h] 405 Lưu lượng hơi cực đại qua phần hạ áp [t/h] 298 Suất tiêu hao khi đóng các cửa trích hồi nhiệt [kg/kW.h] 3,37 Loại bình ngưng 100KцC-2 Bề mặt làm mát bình ngưng [m2] 3000x2 Thông số lò hơi: Loại lò hơi TП-80 Năng suất lò hơi [t/h] 120 Áp lực hơi quá nhiệt [bar] 140 Nhiệt độ hơi quá nhiệt [oC] 570 Loại nhiên liệu Than đá khô Đối với loại tuabin K100-90 ta tra bảng đặc tính làm việc hệ thống hồi nhiệt của tuabin ngưng hơi khi chế độ định mức, ta xác định được thông số của các cửa trích gia nhiệt hồi nhiệt dùng cho loại tuabin (K100-90) như sau: Thông số của các cửa trích gia nhiệt hồi nhiệt ở chế độ làm việc định mức: Chọn các bình gia nhiệt Các bình gia nhiệt được chọn theo loại của tuabin nên theo bảng thông số bình gia nhiệt trang 99 ‘tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt’ ta được loại bình gia nhiệt với thông số trong bảng sau: STT Loại bình gia nhiệt Hơi nóng Nước ngưng P(bar) T(0C) Dr(t/h) Tk1(0C) Tk2(0C) Dr(t/h) 1 ПB_480/230N03 31,2 404 17,7 202 226 362 2 ПB_480/230N02 19,5 346 16,2 178 202 363 3 ПB_480/230N01 11,55 294 8,7 158 178 363 4 ПH-200-1 4,81 194 17,2 113 142 308,6 5 ПH-200-1 2,02 119 14,8 86 113 308,6 Các bình gia nhiệt hồi nhiệt này là các bình gia nhiệt kiểu bề mặt với độ gia nhiệt thiếu đã cho trong bảng số liệu đầu bài ta sắp xếp các bình gia nhiệt cao áp và hạ áp theo số thứ tự như trên bảng.Như vậy ta chọn sơ đồ tận dụng nước đọng như sau: Nước đọng trong bình gia nhiệt hạ áp được đưa trực tiếp tới điểm hỗn hợp đặt sau bình gia nhiệt và đặt trước bình ngưng. 1.4.1. Chọn bình khử khí Nước cấp bình khử khí được tính với khả năng nước vào bình lớn nhất đối với sơ đồ thường đặt một hoặc hai bình khử khí với nhà máy điện không lớn thì phải lựa chọn có bình dự phòng bình chính cần tu bổ sứa chữa. Thể tích bình khử khí được tính dự trữ được trong khoảng thời gian 5 phút với nhà máy điện khối và trước 10 phút với nhà máy điện không khối khi làm việc với phụ tải cực đại. D0= 405 (t/h) Lượng dự chữ nước trong 5 phút Gkk>Gmax= 405*5/60 =33,75 (tấn) Tra bảng 107 ta chọn bình khử khí với thông số kỹ thuật sau: Loại bình khử khí Năng suất [t/h] Thông số định mức Áp lực bình [ata] Trọng lượng [kg] Pdm(ata) Tdm(oC) ПC-225 225 5 160 6 4480 1.4.2 Chọn bơm cấp Bơm cấp là loại thiết bị quan trọng trong nhà máy điện tuabin hơi chọn sao cho cấp đủ nước ở công suất cực đại với độ dự trữ nước không nhỏ hơn 5% Dbc > DTBH + 5% DTBH = 450 + 5%*450 =425,25 [t/h] Dùng bơm cấp chạy bằng điện đặt một bơm làm việc và một bơm dự trữ mỗi chiếc có công suất lưu lượng toàn bộ. Xác định cột áp bơm cấp. Áp lực đầu đẩy. Đối với lò bao hơi tuần hoàn tự nhiên và mắc bơm sau bình cấp khử khí: Pđ=Pbhm +Hd*δd*g*106 + Ptlđ (MPA) Trong đó:Pđ là áp lực đầu đẩy bơm cấp. Pbhm = (1,05 1,08)Pbh: áp lực lớn nhất cho phép rong bao hơi tính đến làm việc của các van an toàn. Chọn Pbhm= 1,05 Pbh Pbh: là áp lực bao hơi Hđ: chiều cao đầu đẩy- khoảng cách từ tâm trục bơm đến mức nước trong bao hơi. δd: khối lượng riêng trung bình của nước cấp. Ptlđ: Trở lực cua thiết bị ở đầu đẩy Ptlđ = 1(ata) Pđ = 1,05*140*0,981 + 17*1,1* 0,981* 10-3 + 0,981=145,206 (bar) áp lực đầu hút Ph=Pkk +Hh*δh*g*106 + Ptlh (MPA) Trong đó:Ph là áp lực đầu hút bơm cấp. Pkk = áp lực định mức bình khử khí Chọn Pbhm= 1,05 Pbh Pbh: là áp lực bao hơi Hh: độ cao dâng nước từ trục bơm cấp đến mức nước trong bình khử khí. δd: khối lượng riêng trung bình của nước cấp. Ptlh: Trở kháng thủy lực của đường ống. Ph=8*0,98+8*0,98*1,1*103*0,98*10-6-1,1*0,98 = 6,7855 (bar) Áp lực của ống bơm cấp là: Pb= Pd – Ph =138,331 (bar) =138,331 (MPA) Chọn bơm cấp là Sơ đồ mắc bơm cấp vào mạng đường bơm Chọn bơm cấp có đặc tính kỹ thuật sau: Loại bơm Năng suất [m3/h] Độ chênh cột áp [mH2O] Tốc độ vòng quay Công suất động cơ kéo bơm (MW) Nhiệt độ nước [oC] Пɜ_500_180 500 180 2900 3,15 160 1.4.3. Thiết kế sơ đồ sử dụng nước xả và nước bổ xung. Vì lò hơi là lò bao hơi nên thường xuyên phải xả một lượng nước từ bao hơi để làm giảm lượng muối hòa tan trong nước, tất nhiên xả như vậy sẽ gây nên tổn thất nhiệt và nước trong nhà máy, làm giảm chỉ tiêu kinh tế để thực hiện thu hồi nước và nhiệt trong nước xả bằng cách mắc sơ đồ phân lượng một cấp nối tiếp với bình làm lạnh nước xả lò. Nước bổ sung, được thực hiện bằng nhiệt có sử dụng bình bốc hơi 1 cấp trước khi nước cấp bổ xung vào bình phân ly được hâm nóng ở bình nước xả hơi thứ cấp được ngưng tụ trong bình GNHA Năng suất của bình sinh hơi của tuabin phải đảm bảo cung cấp đủ lượng hơi và lượng tổn thất có độ dự trữ tổn thất 5% Năng suất sinh hơi của phải đảm bảo điều kiện. DT = (αrr+ αxả)*Dtbmax+ 0,05(αrr+ αxả)*Dtbmax = 1,05*405 = 21,2625 (t/h) Tra bảng 112 ta có loại bình bốc hơi có đặc tính như sau: Loại bình Ps (ata) Ts(oC) Pt(ata) tt(oC) NCB-585-1M 13 250 ≥ 9 ≥190 1.4.4. Thiết kế sơ đồ nguyên lý: Sau khi chọn các thiết bị chính trong NMNĐ ta xây dựng sơ đồ nhiệt nguyên lý như sau: Sơ đồ nguyên lý phải đảm bảo gồm 6 cấp gia nhiệt hồi nhiệt 3 bình gia nhiệt cao áp và 3 bình gia nhiệt hạ áp Khử khí 1 cấp sử dụng phương pháp khử khí bằng nhiệt hơi bơm cấp một bơm dự phòng và một bơm làm việc, mỗi bơm có năng suất 100% đặt trước bình khử khí và sau bình gia nhiệt hồi nhiệt thứ 3 Sử dụng bình phân ly nối nối tiếp với bình làm lạnh nước xả Bổ xung nước cấp bằng thiết bị bốc hơi 1 cấp, hơi thứ cấp được ngưng tụ trong bình gia nhiệt hồi nhiệt hạ áp Sơ đồ nước đọng của bình gia nhiệt có áp suất thấp hơn bình khử khí đồng thời là bình gia nhiệt 4,là bình gia nhiệt kiểu hỗn hợp Nước đọng trong BGN hạ áp được đưa trực tiếp tới điểm hỗn hợp đặt trước bình ngưng và sau bơm cấp. 2. Thuyết minh sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy. Trong toàn bộ nhà máy 400MW bao gồm 4 khối, mỗi khối 100MW gồm có: lò hơi, tuabin ngưng hơi K-100-90. Hơi quá nhiệt từ lò hơi sau khi đưa qua bộ quá nhiệt sẽ được đưa tới tuabin, tại đây hơi được thổi vào các tầng cánh cứng của tuabin sẽ giãn nở sinh công, trên tuabin có 7 cửa trích gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp và thiết bị khử khí. Phần hơi còn lại sau khi ra khỏi phần hạ áp của tuabin được đưa vào bình ngưng, tại đây hơi được ngưng tụ thành nước ngưng nhờ nước tuần hoàn làm mát. Nước ngưng sau khi ra khỏi bình ngưng được bơm ngưng bơm nước qua các bình gia nhiệt hạ áp rồi dồn về thiết bị khử khí. Nước ngưng sau khi được khử khí sẽ được chứa trong bể khử khí, sau đó được bơm cấp nước cấp đưa qua các bình gia nhiệt cao áp làm tăng nhiệt độ trước khi đưa vào lò hơi. Hơi từ các cửa trích của tuabin gia nhiệt cho nước ngưng và nước cấp bao gồm: 3 cửa trích được gia nhiệt cho 3 BGNCA và KK, 4 cửa trích gia nhiệt cho BNGHH và 3 BGNHA. Ở thiết bị khử khí do hơi từ cửa trích có áp suất cao nên được đưa qua giảm áp để hạ nhiệt độ và áp suất xuống cho phù hợp với yêu cầu. Hơi ở các cửa trích sau khi đi qua các BGN sẽ ngưng tụ thành nước đọng. Sơ đồ dồn nước đọng ở các BGN được chọn ở đây là sơ đồ dồn cấp phối hợp với bơm: vừa dồn cấp, vừa bơm đẩy về đường nước chính. Ở các BGNCA nước đọng được dồn từ CA1 sang CA2 sang CA3 do độ lệch về áp suất sau đó nước đọng được dồn vào bình khử khí. Ở các BGNHA thì nước đọng được dồn từ bình GNHA: HA7 sang HA6 sang HH. 3. Lập bảng thông số hơi và nước, xây dựng đồ thị i-s 3.1. Lập bảng thông số hơi và nước Lập bảng thông số hơi và nước theo quá trình làm việc của dòng hơi và nước kết hợp với phân chia độ gia nhiệt giữa các bình gia nhiệt khi biết áp lực hơi tại cửa trích (Pr) xác định được áp lực làm việc thực tế của dòng hơi nước các bình gia nhiệt khi tính đến giảm áp trên đường dẫn hơi tổn thất áp lực trên đường dẫn hơi khoảng từ (38)% áp lực hơi các cửa trích (chọn 5%) ta xác định được nhiệt hàm của nước ngưng dựa vào bảng nước sôi và hơi quá nhiệt. từ đó xác định được nhiệt độ của nước cấp trước các bình gia nhiệt (xác định nhiệt hàm tương ứng của nước cấp theo độ gia nhiệt thiếu) áp lực làm việc trước các bình gia nhiệt có tính đến tổn thất. Bảng: Thông số hơi trên các cửa trích của Tuabin làm việc ở chế độ định mức: Số cửa trích 1 2 3 4 5 6 7 AS (ata/bar) 27/26.48 14.31/14.03 9.54/9.36 6.21/6.09 4.59/4.5 2.43/2.38 0.81/0.79 Nhiệt độ (oC) 360 295.2 234 190.8 144 100.8 54 Áp suất làm việc tại các BGN được lấy nhỏ hơn áp suất tại các cừa trích tương ứng với từ (3÷8)%. Riêng tại bình khử khí chọn làm việc với P'=6 (bar) hơi cấp cho bình khử khí được lấy từ cửa trích số 3 có áp suất cao do đó phải qua van giảm áp trước khi vào bình khử khí. Do điều kiện khí hậu ở Việt Nam, nhiệt độ nước làm mát bình ngưng là 26℃ do đó áp suất ngưng tụ Pk thay đổi. Nhiệt độ ngưng tụ được xác định như sau: tk=t1+∆t+θ (℃) Trong đó: tk: Nhiệt độ ngưng tụ tại bình ngưng (℃) t1: Nhiệt nước làm mát (℃) ∆t: Độ gia nhiệt nước làm mát (℃) θ: Độ gia nhiệt thiếu của nước trong bình ngưng (℃) Các giá trị hợp lí của tk, được xác định bằng tính toán KT-KT kết hợp 3 yếu tố: áp lực cuối Pk của hơi trong tuabin, bình ngưng. Độ gia nhiệt nước làm mát ∆t=(8÷12) ℃. Độ gia nhiệt thiếu của nước ở bình ngưng θ=(3÷5) ℃. tk=26+8+4=38 (℃) Bảng: Thông số hơi và nước chưa kể đến độ gia nhiệt thêm của nước sau bơm cấp và bình ngưng tụ của thiết bị bốc hơi. Điểm đóng hơi Bình gia nhiệt Thông số hơi BGN Thông số đường nước Độ gia nhiệt thiếu Hiệu suất (Ƞ) Pr (bar) Tr (oC) ir (kj/kg) PGN (bar) iGN (kj/kg) Tbh (oC) i'bh (kJ/kg) Pnc (bar) Tnc (oC) inc (kj/kg) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 O - 88.29 535 3329 - 3329 - - - 0 0 O’ - 85.641 532 3215 - 3215 - - - - 0 0 1 GN1 26.487 360 3145 25.692 3145 224 971 101.534 221 950 3 0.98 2 GN2 14.038 295 3020 13.617 3020 193 822 104.182 190 811 3 0.98 3 GN3 9.2705 234 2910 8.9923 2910 175 742 106.831 172 724 3 0.98 4 KK 6.092 191 2830 5.6656 2830 155 665 6.09 155 654 0 1 5 HH 4.5028 x=0.95 2745 4.1876 2745 145 612 8.59 145 605 0 1 6 GN6 2.3838 x=0.95 2630 2.217 2630 124 518 10.59 121 504 3 0.98 7 GN7 0.7946 x=0.95 2550 0.739 2550 90 385 12.59 87 355 3 0.98 K BN 0.33 x=0.95 2371 0.314 2371 28 163 14.59 28 125 0 0 3.2. Xây dựng đồ thị i-s 3.2.1. Phương pháp xây dựng đồ thị i-s Đồ thị i-s được xây dựng dựa vào áp suất và nhiệt độ của dòng hơi của tuabin tại các cửa trích với trạng thái của hơi trích là hơi quá nhiệt. Điểm O: là điểm có áp suất hơi mới và nhiệt độ hơi mới trước khi đưa vào tuabin với thông số của áp suất hơi mới và nhiệt độ hơi mới được xác định theo loại tuabin K-100-90. Điểm O’: là điểm có thông số áp suất và nhiệt độ của hơi mới khi đi qua van STOP vào tầng cánh đầu tiên của tuabin. Van STOP có tác dụng điều chỉnh lưu lượng của dòng hơi khi phụ tải điện thay đổi. Áp suất tại điểm O’ được lấy bằng 95% áp suất của hơi mới do ảnh hưởng của van STOP. Nhiệt độ tại điểm O’ sẽ được giảm đi so với nhiệt độ của hơi mới là (2÷3)℃. Điểm (1÷3): là điểm làm việc của các bình gia nhiệt cao áp. Thông số áp suất và nhiệt độ được xác định theo thông số của các bình gia nhiệt cao áp ứng với loại tuabin K-100-90. Điểm 4: là điểm làm việc của bình khử khí. Do hơi quá nhiệt đưa vào bình khử khí được trích ra từ đường hơi từ cửa trích thứ 3. Do hơi trích tại cửa trích có áp suất cao hơn áp suất làm việc tại bình khử khí (áp suất định mức) để đảm bảo an toàn cho bình khử khí, áp suất đưa vào bình khử khí phải không vượt quá áp suất định mức của bình khử khí. Như vậy hơi trích từ đường hơi trích cửa số 3 được đưa qua 1 van giảm áp điều chỉnh sao cho áp suất hơi quá nhiệt đưa vào bình khử khí phải bằng áp suất định mức của bình khử khí là 6 ata. Nhiệt độ của hơi quá nhiệt tại bình khử khí được lấy bằng nhiệt độ của bình GNCA3. Điểm (5÷7): là điểm làm việc của các bình gia nhiệt hạ áp với áp suất được xác định theo thông số của các BGNHA ứng với loại tuabin. Nhiệt độ tại BGN này không được xác định theo nhiệt độ của hơi quá nhiệt mà xác định theo độ khô của hơi. Do BGN này lấy hơi trích từ tầng cánh cuối của tuabin nên sau khi sinh công ở những tầng cánh trên đã giảm nhiệt độ và độ ẩm của hơi tăng lên, hơi không còn là hơi quá nhiệt mà thuộc vùng hơi ẩm, hơi thoát ra khỏi tầng cánh cuối được chọn với độ khô từ (0,92÷0,96). Điểm 8: là điểm làm việc của bình ngưng (BN), tại đây áp suất được xác định theo áp suất hơi thoát khỏi tuabin trừ đi lượng tổn thất trong ống thoát của tuabin. Với độ khô của hơi thoát là x=0,95 Pk=0,033 (bar) Entanpi (i): Entanpi được tra theo bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt theo nhiệt độ và áp suất ứng với các điểm làm việc từ O,O'÷7 (HA6) Entanpi của điểm làm việc (5÷8) được tra theo bảng nước và hơi bão hòa theo áp suất. Gọi x là độ khô ir: là Entanpi của hơi thoát khỏi các cửa trích và hơi thoát khỏi tuabin i'r: Entanpi của nước ứng với áp suất Pr Ta có: ir=i"r.x+i'r.(1-x) (*) Theo (*) ta xác định được Entanpi tương ứng. Entropi (s): Được xác định theo nhiệt độ và áp suất tại các điểm làm việc tương ứng. Cách xác định tương tự như xác định “i”. Đồ thị i-s được xây dựng trên hình 3.2.2. Đồ thị i-s 4. Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật 4.1. Tính toán cân bằng năng lượng và cân bằng vật chất 4.1.1. Tính toán cân bằng cho BGNCA1 GNCA1 α 1 ,i 1 α',i' 1 1 α 2 ,i 2 nc nc α 1 ,i 1 nc nc Trên hình 4.1, tất cả các đại lượng được xác định (trừ lưu lượng hơi trích α1) trích cho bình này là chưa biết. Dựa vào các đại lượng trong bảng thông số hơi và nước ta xác định được: - Entanpi của hơi trích vào BGNCA1: i1=3145 KJKg - Entanpi nước đọng ra khỏi BGNCA1: i'1=971KJKg - Entanpi nước cấp vào BGNCA1: i2nc=811 KJKg - Entanpi nước cấp ra khỏi BGNCA1: i1nc=950 KJKg - Lưu lượng nước cấp qua BG NCA1: αnc=1+αrr+αx=1+0.01+0.02=1.03 Phương trình cân bằng năng lượng cho BGNCA1 có dạng: α1.i1-i'1.Ƞ1=αnc.(i1nc-i2nc) α1=αnc.(i1nc-i2nc)i1-i'1.Ƞ1=1.03×(950-811)0.98×(3145-971)=0.0672 4.1.2. Tính toán cân bằng cho BGNCA2GNCA2 α 2 ,i 2 (α 1 +α 2 ),i' α 3 ,i 3 nc nc α',i' 1 1 α 2 ,i 2 nc nc Entanpi của hơi trích vào BGNCA2: i2=3020 KJKg Entanpi nước đọng ra khỏi BGNCA2: i'2=822 KJKg Entanpi nước cấp vào BGNCA2: i3nc=724 KJKg Entanpi nước cấp ra khỏi BGNCA2: i2nc=811 KJKg Entanpi nước đọng dồn từ BGNCA1 về: i'1=971 KJKg Lưu lượng nước cấp qua BGNC2: αnc=1.03 Lưu lượng nước đọng dồn từ BGNCA1: α1=0.0672 Phương trình cân bằng năng lượng cho BGNCA2 có dạng: [α2.i2+α1.i'1-(α1+α2)i'2].Ƞ2=αnc.(i2nc-i3nc) α2=αnc.i2nc-i3nc-α1i'1-i'2Ƞ2i2-i'2.Ƞ2=1.03×(811-724)-0.0672×971-822×0.980.98×(3020-822)=0.037 Nước cấp ra khỏi bơm cấp bị tăng 1 chút về entanpi do đặc tính của quá trình nén có thể làm tăng nhiệt độ. Nước cấp ra khỏi bình khử khí coi như ở trạng thái sôi để đáp ứng được hiệu quả khử khí kiểu nhiệt. Vì thế trước khi tính toán BGNCA3 ta cần phải tính sơ bộ độ gia nhiệt bơm cấp để xác định entanpi của nước ra khỏi bơm cấp. Dựa vào tính toán bình khử khí và hình 3.1 ta có tổng chiều cao cột áp của bơm cấp: ∆P=Pbc=15.842×106 (Nm2) Độ gia nhiệt bơm cấp: τ=∆P.VtbȠbc Trong đó: Vtb : Thể tích riêng trung bình của nước tại đầu đẩy và hút , Vtb = 1⍴ Ƞbc: Hiệu suất của bơm cấp , Ƞbc=0.76 τ=15.842×1060.76×990=21.055 (kJKg) 4.1.3. Tính toán cân bằng cho BGNCA3 GNCA3 α 3 ,i 3 α kk ,i kk (α 1 +α 2 +α 3 ),i' nc nc (α 1 +α 2 ),i' 2 α 3 ,i 3 nc nc 3 Entanpi của hơi trích vào BGNCA3: i3=2910 KJKg Entanpi nước đọng ra khỏi BGNCA3: i'3=742 KJKg Entanpi nước cấp vào BGNCA3: iKKnc=iKK'+τ=665+21.055=686.055 KJKg Entanpi nước cấp ra khỏi BGNCA3: i3nc=724 KJKg Entanpi nước đọng dồn từ BGNCA2 về: i'2=822KJKg Lưu lượng nước cấp qua BGNC3: αnc=1.03 Lưu lượng nước đọng dồn từ BGNCA2: α1+α2=0.0672+0.037=0.1042 Phương trình cân bằng năng lượng cho BGNCA3 có dạng: [α3.i3+(α1+α2).i'2-(α1+α2+α3)i'3].Ƞ3=αnc.(i3nc-iKKnc) Thay các thông số đã biết ta có: [2910×α3+0.1042×822-(0.1042+α3)×742]×0.98 = 1.03×(724-686.055) ó α3=0.014 4.1.4. Tính toán cân bằng cho bình khử khí (KK) KK α kk ,i kk α kk ,i kk α HH ,i HH nc nc (α 1 +α 2 +α 3 ),i' 3 nc nc Entanpi của hơi trích vào KK: iKK=2830 KJKg Entanpi nước đọng ra khỏi KK: ikknc=665 KJKg Entanpi nước ngưng dồn từ BGNHH: iHHnc=605 KJKg Entanpi nước đọng dồn từ BGNCA3 về: i'3=724KJKg Lưu lượng nước cấp qua BGNC3: αnc=1.03 Phương trình cân bằng vật chất cho bình khử khí có dạng: αkknc=α1+α2+α3+αKK+αHHnc αHHnc=αkknc-α1+α2+α3+αKK=0.9118-αKK Phương trình cân bằng năng lượng cho bình khử khí có dạng: αkknc×ikknc=(α1+α2+α3)×i'3+ αKK× iKK+αhhnc× ihhnc Thay các thông số đã biết ta có: 1.03×665= 0.1182×724+2830. αKK +(0.9118 - αKK).605 αKK=0.0215 αhhnc=0.9118-0.0215=0.8903 4.1.5. Tính toán cân bằng cho BGNHHGNHH α hh ,i hh α',i' 6 6 α 6 ,i 6 nc nc α hh ,i hh nc nc Entanpi của hơi trích vào BGNHH: ihh=2745KJKg Entanpi nước ra khỏi BGNHH: ihhnc=605KJKg Entanpi nước ngưng vào BGNHH: i6nc=504KJKg Entanpi nước đọng vào BGNHH: i6,=518KJKg Lưu lượng nước ngưng qua BGNH4: αhhnc=0.8903 Phương trình cân bằng năng lượng và vật chất có dạng: αhhihh+α6nci6nc+α6,i6,=αhhncihhnc (1) αhh+α6nc+α6'=αhhnc (2) 4.1.6. Tính toán cân bằng cho BGHA6 Entanpi của hơi trích vào BGNHA6: i6=2360KJKg Entanpi nước đọng ra khỏi BGNHA6: i'6=518KJKg Entanpi nước đọng vào BGNHA6: i'7=385KJKg Entanpi nước ngưng vào BGNHA6: i7nc=355KJKg Entanpi nước ngưng ra khỏi BGNHA6: i6nc=504KJKg Phương trình cân bằng năng lượng cho BGNHA6 có dạng: α6i6+α7nci7nc+α'7i'7=α6nci6nc+α'6i'6 (3) α6=α'6-α'7 (4) 4.1.7. Tính toán cân bằng cho BGNHA7 GNHA7 α 7 ,i 7 α 7 ,i 7 α BN ,i BN α',i' 7 7 nc nc nc nc Entanpi của hơi trích vào BGNHA7: i7=2550KJKg Entanpi nước đọng ra khỏi BGNHA7: i'7=385KJKg Entanpi nước ngưng vào BGNHA7: iBNnc=125KJKg Entanpi nước ngưng ra khỏi BGNHA7: i7nc=355 KJKg Phương trình cân bằng năng lượng cho BGNHA7 có dạng: α'7.i7-i'7=α7nc.(i7nc-iBNnc) (5) Ta có thêm: α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+αk=1 Mà αk=α7nc α5+α'6-α'7+α7'+α7nc=1-0.197=0.8603 (6) (1)(2)(3)(4)5(6) α5=0.042; α6=0.032; α7=0.0251; αk=0.7612 4.1.8. Tính toán cân bằng năng lượng cho bình ngưng (BN): BN α lm ,i lm α lm ,i lm α k ,i k v v r r α BN ,i BN nn nn Entanpi của hơi thoát vào BN: ik=2371 KJKg Entanpi nước ngưng ra khỏi BN: iBN=163 KJKg Kiểm tra cân bằng vật chất chu trình tại bình ngưng Tính theo đường hơi: αK=1-α1-α2-α3-α4-α5-α6-α7 =1-0.0672-0.037-0.014-0.0215-0.042-0.032-0.0251=0.7612 Kết quả tính toán kiểm tra cân bằng vật chất cho chu trình tại điểm nút là bình ngưng theo 2 dòng vật chất như trên chứng tỏ rằng khi tính toán đã ko có 1 sai phạm nào về cân bằng vật chất. 4.2. Kiểm tra cân bằng Công suất tua bin Xác định hệ số nhiệt giáng: yi= ii-ikio'-ik Bảng: Xác định các hệ số nhiệt giáng Điểm trích αi ii (KJ/Kg) yi 0’ 1 3215 - 1 0.0672 3145 0,7463 2 0.037 3020 0,6258 3 0.014 2910 0,5488 4 0.0215 2830 0,4428 5 0.0412 2745 0,3386 6 0.032 2630 0,2344 7 0.0251 2550 0,1619 BN 0.7612 2371 - Tổng lưu lượng hơi vào tua bin: Do=Nei0'-ik.1-i=17αi.yi.ƞg.ƞm =1000003475-2371,23.1-0,133.0,96=108,85 kgs=391,86 tấnh Tính toán công suất mỗi cụm tầng: Lưu lượng hơi mỗi cụm tầng: Di=αi.Do (kgs) Độ chênh lệch entanpi mỗi cụm tầng: hi= ii-ii+1 (kjkg) Công suất điện tương ứng với mỗi cụm tầng: Ni=Di. i0'-ii. ƞg.ƞm Bảng 4.2: Kết quả tính toán các công suất trong mỗi cụm tầng Điểm trích Dikgs hi (kjkg) Ni(kw) 0’ 108,85 - 1 6,3677 280 6747,3372 2 4,256 133 4509,7393 3 7,6413 85 8096,8682 4 4,2016 117 4452,096 5 4,3866 115 4648,125 6 0,5986 115 634,288 7 5,8234 80 6170,5864 BN 75,5745 178,77 68907,6274 Tổng công suất tuabin 104166,6667 Công suất điện phát ra ở đầu máy phát (có kể đến tổn thất cơ khí , khớp nối , và tổn thất máy phát ) là: Ne=Ni. ƞg.ƞm=104166,6667.0,96=100000 kw=100 (MW) Kết quả tính toán không có sai số về công suất chứng tỏ rằng các tính toán cân bằng năng lượng cho toàn chu trình không mắc phải sai sót gì. 4.3. Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của tổ máy Tiêu hao hơi vào tuabin: D0=108,85 kgs=391,86 tấnh Suất tiêu hao hơi cho tuabin: d0=D0Ne=391,86.103100000=3,9186 kgkwh Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin: QTB=D0.i0-inc=108,85.3475-1038=265267,45 (kw) Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin: qTB=QTBNe=265267,45100000=2,6526 kjkws=9549,6282 kjkwh Tiêu hao nhiệt cho lò hơi: QLH=DLH.iqn-inc=αnc.D0iqn-inc Trong đó: αnc=1,02 iqn: là entanpi của hơi quá nhiệt ra khỏi bộ quá nhiệt cuối cùng của lò hơi, áp suất hơi quá nhiệt sơ bộ lấy 100 ata, nhiệt độ hơi quá nhiệt chọn 540°C, iqn=3482 kjkg QLH=1,02.108,85.3482-1038=271349,988 (kw) Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi: qLH=QLHNe=271349,988100000=2,7135 kjkws=9768,6 kjkwh Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy: QC=QLHȠLH=271349,9880,86=315523,24 kw Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy: qC=QCNe=315523,24100000=3,1552 kjkws=11358,83 kjkwh Hiệu suất truyền tải môi chất trong nhà máy: Ƞtt=QTBQLH=265267,45271349,988=0,9775=97,75 % Hiệu suất của thiết bị tuabin: Ƞtb=NeQTB=100000265267,45=0,3769=37,69 % Hiệu suất của toàn tổ máy: ȠC=NeQC=100000315523,24=0,3169=31,69 % Tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy trong nhà máy: Ta có nhiệt thấp của nhiên liệu tiêu chuẩn Qthlv=28911 (kjkg) Btc=NeȠC.Qthlv=1000000,3169.28911=10,9147 kgs=39,3 (tấnh) Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn cho toàn tổ máy: btc=BtcNe=39,3.103100000=0,393 kgkwh B. PHẦN ĐIỆN 1. Chọn máy phát điện tính toán phụ tải bằng công suất 1.1. Chọn máy phát điện Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện là thiết kế nhà máy có 4 tổ máy công suất mỗi tổ máy là 100m w ta đi trọn máy phát điện. Chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi có thông số sau: Loại máy phát n (v/p) Sđm (MVA) Pđm (MW) Uđm (kV) cosđm Iđm (kA) Điện kháng tương đối xđ xđ xđ TB∅-100-2 3000 125 100 10.5 0.8 6.475 0.183 0.263 1.79 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Từ bảng biến thiên phụ tải và xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp. Pt= P%100×Pđm St= P(t)cosφ P(t): Công suất tác dụng của phụ tải ở thời điểm t. S(t): Công suất biểu kiến của phụ tải ở thời điểm t. Cosφ: Hệ số công suất của phụ tải. 1.2.1. Phụ tải ở cấp điện áp nhà máy vụ tại địa phương. Thông số phụ tải. Uđm(kV) 10.5 Pmax(MW) 22 cosφ 0.86 Áp dụng biểu thức mục b ta có T(giờ) 0-8 8-18 18-21 21-24 P% 95 100 80 60 Pđpt [MW] 20.9 22 17.6 13.2 Sđpt [MVA] 24.3 25.58 20.47 15.35 Đồ thị phụ tải địa phương 1.2.2. Phụ tải phía trung áp Thông số của phụ tải trung áp. Uđm(kV) 110 Pmax(MW) 150 cosφ 0.86 Áp dụng biểu thức mục b ta có: T(giờ) 0-10 10-19 19-21 21-24 P% 90 100 90 80 Ptt [MW] 135 150 135 120 Stt [MVA] 156.98 174.42 156.98 139.53 Đồ thị phụ tải trung áp 1.2.3. Phụ tải toàn nhà máy. Thông số của phụ tải toàn nhà máy. Uđm(kV) 10.5 Pmax(MW) 400 cosφ 0.8 Bảng biến thiên phụ tải toàn nhà máy. T(giờ) 0-8 8-12 12-14 14-18 18-24 P% 75 95 80 90 70 Pnmt [MW] 300 380 320 360 280 Snmt [MVA] 375 475 400 450 350 Đồ thị phụ tải của nhà máy 1.2.4. Phụ tải tự dùng Công thức phụ tải tự dùng được xác định. St=αSnm(0.4+0.6×SnmtSnm) Std(t): Phụ tải tự dùng thời điểm t Snm=500MVA công suất đặt của nhà máy. Snm(t): Công suất nhà máy thời điểm t. α=8%: Số % lượng điện tự dùng. Bảng biến thiên phụ tải tự dùng: T(giờ) 0-8 8-12 12-14 14-18 18-24 Pnm(t) [MW] 300 380 320 360 280 Snm(t) [MW] 375 475 400 450 350 Std(t) [MVA] 34 38.8 35.2 37.6 32.8 Đồ thị phụ tải tự dùng 1.2.5. Phụ tải cao áp. Từ đồ thị phụ tải toàn nhà máy ta có bảng biến thiên phụ tải trung áp: Sct=Snmt-Stt-Stdt-Sđpt T(giờ) 0-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-19 19-21 21-24 Sct[MVA) 159.72 253.64 235.2 164.8 212.4 122.31 139.75 162.32 Đồ thị phụ tải cao áp Bảng tổng hợp phụ tải các cấp: T(giờ) 0-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-19 19-21 21-24 Sct[MVA] 159.72 253.64 235.2 164.8 212.4 122.31 139.75 162.32 Stt[MVA] 156.98 156.98 174.42 174.42 174.42 174.42 156.98 139.53 Sđpt[MVA] 24.3 25.58 25.58 25.58 58.58 20.47 20.47 15.35 Stdt[MVA] 34 38.8 38.8 35.2 37.6 32.8 32.8 32.8 Snmt[MVA] 375 475 475 400 450 350 350 350 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 2. Đề xuất các phương án nối điện. Theo tính toán ở phần 1 ta có. Loại phụ tải Smax Smin Cao áp 253.64 122.31 Trung áp 174.42 139.53 Địa phương 25.58 15.35 Tự dùng 38.8 32.8 Toàn nhà máy 475 350 Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy nhiệt điện các phương án đưa ra phải đảm bảo tính liên tục cung cấp điện và vận hành hiệu quả nhất. Công suất dự trữ quay của hệ thống. Pdtq=Pdtq%100×Sht×cosφ=15100×3100×0.8=372 (MW) Ta có PđmF=100MW<Pdtq=372MW Nên ta dùng bộ máy phát điện máy biến áp. Công suất rẽ nhánh của phụ tải địa phương trích điện từ đầu cực hai tổ máy phát. Sđpmax2SđmF×100=25.582×125×100=10.232%<15% Vậy sơ đồ nối điện không cần có thanh góp điện áp máy phát. Do lưới điện có điện áp phía cao áp là 220kV phía trung áp là 110kV đầu ra là lưới có trung tính trực tiếp nối đất. Mặt khác ta có hệ số có lợi. α=Uc-UtUc=220-110220=0.5 Nên ta chọn máy biến áp tự ngẫu là máy biến áp liên lạc trong sơ đồ nối điện. 2.1. Đề xuất phương án nối điện. 2.1.1. Phương án 1. Nhận xét: Ưu điểm: dùng 2 loại máy biến áp nên có lợi cho vận hành và bảo vệ số lượng thiết bị nối với thành phố biển cao áp nên vốn đầu tư thấp hơn. Nhược điểm: khi dùng phụ tải điện áp 110kv min thi nữ công suất đẩy từ trung về cao lớn dây tổn thất lớn trong thiết bị tự ngẫu. 2.1.2. Phương án 2. Nhận xét: Ưu điểm: máy phát có thể phát bằng phẳng liên tục tổn thất trong máy biến áp trong chế độ làm việc bình thường nhỏ. Nhược điểm: dùng 3 máy biến áp gây khó khăn trong việc vận hành và bảo vệ số thiết bị trên phía cao áp nhiều nên vốn đầu tư cao. 2.2. Tính toán lựa chọn máy biến áp. Máy biến áp là thiết bị quan trọng. Vốn đầu tư cho MBA cũng chiếm tỷ lệ vốn lớn. Vì vậy cần tính toán lựa chọn MBA để đảm bảo an toàn cung cấp điện với số lượng MBA ít nhất, công suất nhỏ nhất. Việc phân phối công suất cho các MBA cũng như cho các cấp điện áp được tiến hành trong nguyên tắc cơ bản là: phân bố công suất cho MBA trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 dây quấn là bằng phẳng suốt 24h, phần thừa thiếu còn lại do MBA liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất thu phát không xét tới tổn thất trong MBA. Nguyên tắc trên đưa ra để vận hành đơn giản. MBA 2 cuộn dây trong bộ MF-MBA không cần chọn điện áp dưới tải để giảm vốn đầu tư. Đối với MBA tự ngẫu thì lõi từ như 3 cuộn dây nối tiếp trung áp và hạ áp đều được thiết kế theo công suất tính toán. Trong quá trình tính toán ta giả thiết các MBA được chọn chế tạo theo môi trường lắp đặt nên không cần hiệu chỉnh lại công suất của các MBA Stt=α.SđmB α: là hệ số có lợi Để chọn được công suất định mức của MBA tự ngẫu trước hết phải xác định được công suất tải 24h của từng cuộn dây được gọi là công suất thừa lớn nhất Sthua.max. Tùy theo chế độ truyền tải công suất giữa các cấp mà xác định công suất truyền tải cho mỗi cuộn dây. Chọn MBA tự ngẫu B1, B2 theo điều kiện công suất thừa: Sthừa.max=k=1n1SđmF-Sđp.min+n1n.Std.max Trong đó: SđmF: Công suất định mức của một máy phát Sđp.min: Công suất phụ tải địa phương cực tiểu Std.max: Công suất tự dùng cực đại n1: Số tổ máy ghép vào thanh góp cấp điện áp máy phát n: Số tổ máy Sthừa.max=2×125-16.25+24×36.8=200,65 (MVA) 2.2.1. Phương án 1 2.2.1.1. Chọn máy biến áp cho Phương án I a. Chọn máy biến áp ba pha 2 cuộn dây B3 và B4 Điều kiện chọn: SđmB ≥ SFđm = 125 (MVA) Căn cứ vào điều kiện trên ta chọn MBA B3 và B4 có ký hiệu TДЦ-125/121. Có các thông số kỹ thuật trong bảng sau: Loại Sđm (MVA) UC (KV) UH (KV) ∆P0 (KW) ∆PN (KW) UN% I0% TДЦ-125/121 125 121 10,5 100 400 10,5 0,5 b. Chọn máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 Điều kiện chọn: SđmTN ≥ 1α.SFđm Ta có: SđmB1 = SđmB2 ≥ 10,5.125=250 (MVA) Vậy ta chọn MBA tự ngẫu B1 và B2 có ký hiệu ATДЦTH-250. Có các thông số kỹ thuật trong bảng sau: Loại máy biến áp Sđm (MVA) Điện áp cuộn dây (KV) ∆P0 (KW) ∆PN (KW) UN (%) I0 (%) C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H ATДЦTH-250 250 230 121 11 120 520 260 260 11 32 20 0,5 Ta có bảng phân bố dòng côngsuất trong các máy biên áp: T(h) 0-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-19 19-21 21-24 SB3, SB4 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 SCTN (t) 79.86 126.82 118.1 82.4 106.2 61.16 69.88 81.16 STTN (t) -36.81 -36.81 -28.09 -28.09 -28.09 -28.09 -36.81 -45.54 SHTN (t) 43.05 90.01 90.01 54.31 78.11 33.07 33.07 35.62 Dấu “-” thể hiện chiều công suất truyền từ phía trung áp sang phía cao áp Nhận xét: Chế độ làm việc bình thường công suất truyền từ phía hạ và phía trung lên quận cao nên quận nội tiếp là quận mang tải nặng nề nhất 2.2.1.2. Kiểm tra quá tải các máy biến áp Công suất định mức của các MBA lớn hơn công suất thừa cực đại nên không cần kiểm tra điều kiên quá tải bình thường. Kiểm tra sự cố: Ta cần kiểm tra sự cố trong các trường hợp sau: Sự cố hỏng 1 MF-MBA bên trung khi ST = STmax Sự cố hỏng 1 MBA tự ngẫu khi ST = STmax Sự cố hỏng 1 MBA tự ngẫu khi ST = Stmin a. Sự cố hỏng 1 MF-MBA bên trung khi ST = STmax Khi đó: Stmax = 174.42 (MVA) Sđp = 25.58 (MVA) Hình vẽ: Điều kiện kiểm tra sự cố: 2.α.Kqt. SđmTN ≥ STmax ó 2x0.5x1.4x250 = 350 > 174.42 (MVA) Đạt yêu cầu. Phân bố công suất khi xảy ra sự cố: Công suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu: STTN=12Stmax-SB3=12174.42-115.3=29.56 (MVA) Công suất qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu: SHTN= SđmF- 12.Sđp- 14.Stdmax= 125 - 12.25.58 - 14×38.8= 102.51 (MVA) Công suất qua cuộn cao của MBA tự ngẫu: SCTN=SHTN-STTN=102.51-29.56=72.95 (MVA) Ở chế độ này cuộn hạ chịu tải lớn nhất SHTN=102.51 <SHdm=αSTNđm=0.5×250=125 (MVA) Máy biến áp không bị quá tải Công suất chuyển về từ hệ thống bị thiếu đi một lượng Sthiếu=Sct-2SCTN=236.2-2×72.95=90.3 (MVA) Ta thấy: Sthiếu<SdtHT=0.15×3100=465 (MVA) Nên hệ thống làm việc ổn định khi sự cố. b. Xét khi hỏng máy biến áp liên lạc B2 Với thời điểm phụ tải bên trung cực đại (10-12h) phụ tại địa phương lúc này Stmax = 174.42 (MVA) Sđp = 25.58 (MVA) Phân bố công suất cho máy biến áp tự ngẫu Công suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu: STTN=Stmax-SB3-SB4=174.42-2×115.3=-58.18 (MVA) Công suất qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu: SHTN= SđmF-Sđp- 14.Stdmax= 125 -25.58 - 14×38.8=89.72 (MVA) Công suất qua cuộn cao của MBA tự ngẫu: SCTN=SHTN-STTN=89.72+58.18=147.9 (MVA) Như vậy trong chế độ này máy biến áp truyền công suất từ phía hạ và phía trung sang phía cao niên quận nối tiếp là của chịu tải lớn nhất kiểm tra quá tải máy biến áp trong trường hợp này là kiểm tra quá tải quận hạ và quận nối tiếp. SHTN=89.72 <SHdm=αSTNđm=0.5×250=125 (MVA) Máy biến áp không bị quá tải Công suất chuyển về từ hệ thống bị thiếu đi một lượng Sthiếu=Sct-2SCTN=236.2-2×147.9=88.3 (MVA) Ta thấy: Sthiếu<SdtHT=0.15×3100=465 (MVA) Nên hệ thống làm việc ổn định khi sự cố. 2.2.2. Phương án 2 2.2.2.1. Chọn máy biến áp cho Phương án II a. Chọn máy biến áp ba pha 2 cuộn dây B1 và B4 Điều kiện chọn: SđmB ≥ SđmF = 125 (MVA) Căn cứ vào điều kiện trên ta chọn MBA B3 và B4 có ký hiệu và các thông số kỹ thuật trong bảng sau: Loại Sđm (MVA) UC (KV) UH (KV) ∆P0 (KW) ∆PN (KW) UN% I0% TДЦ-125/121 125 121 10,5 100 400 10,5 0,5 TДЦ-125/242 125 242 10,5 115 380 11 0,5 b. Chọn máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 Điều kiện chọn: SđmTN ≥ 1α.SFđm Ta có: SđmB1 ≥ 10,5.117,5=250 (MVA) Vậy ta chọn MBA tự ngẫu B2 và B3 có ký hiệu ATДЦTH-250. Có các thông số kỹ thuật trong bảng sau: Loại máy biến áp Sđm (MVA) Điện áp cuộn dây (KV) ∆P0 (KW) ∆PN (KW) UN(%) I0(%) C T H C-T C-H T-H C-T C-H T-H ATДЦTH-250 250 230 121 11 120 520 260 260 11 32 20 0,5 Ta có bảng phân bố dòng công suất trong các máy biên áp: T(h) 0-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-19 19-21 21-24 SB3, SB4 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 SCTN (t) 22.21 69.17 60.45 24.75 48.55 3.51 12.23 23.51 STTN (t) 20.84 20.84 29.56 29.56 29.56 29.56 20.84 12.12 SHTN (t) 43.05 90.01 90.01 55.31 78.11 33.07 33.07 35.63 2.2.2.2. Kiểm tra quá tải các máy biến áp a. Sự cố hỏng 1 MF-MBA bên trung F4-B4 khi ST = STmax Khi đó: Stmax = 174.42 (MVA) Sđp = 25.58 (MVA) Hình vẽ: Điều kiện kiểm tra sự cố: 2.α.Kqt. SđmTN ≥ STmax ó 2x0.5x1.4x250 = 350 > 174.42 (MVA) Đạt yêu cầu. Phân bố công suất khi xảy ra sự cố: Công suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu: STTN=12Stmax=12×174.42=87.21 (MVA) Công suất qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu: SHTN= SđmF- 12.Sđp- 14.Stdmax= 125 - 12.25.58 - 14.38= 102.51 (MVA) Công suất qua cuộn cao của MBA tự ngẫu: SCTN=SHTN-STTN=102.51-87.21=15.3 (MVA) Ở chế độ này cuộn hạ chịu tải lớn nhất SHTN=102.51 <SHdm=αSTNđm=0.5×250=125 (MVA) Máy biến áp không bị quá tải Công suất chuyển về từ hệ thống bị thiếu đi một lượng Sthiếu=Sct-(SB1+2SCTN)=236.2-(115.2+2×15.3)=90.3 (MVA) Ta thấy: Sthiếu<SdtHT=0.15×3100=465 (MVA) Nên hệ thống làm việc ổn định khi sự cố. b. Xét khi hỏng máy biến áp liên lạc B3 khi St max Khi đó: Stmax = 174.42 (MVA) Sđp = 25.58 (MVA) Phân bố công suất khi xảy ra sự cố: Công suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu: STTN=Stmax-SB4=174.42-115.3=59.12 (MVA) Công suất qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu: SHTN= SđmF- Sđp- 14.Stdmax= 125 - 25.58 - 14×38.8= 89.72 (MVA) Công suất qua cuộn cao của MBA tự ngẫu: SCTN=SHTN-STTN=98.72-59.12=30.6 (MVA) Như vậy trong chế độ này thì máy biến áp truyền công suất từ phía hạ sang phía trung và phía cao lên quận hạ là quận chịu tải lớn nhất. SHTN=102.51 <SHdm=αSTNđm=0.5×250=125 (MVA) Máy biến áp không bị quá tải Công suất chuyển về từ hệ thống bị thiếu đi một lượng Sthiếu=Sct-(SB1+SCTN)=236.2-(115.2+30.6)=90.4 (MVA) Ta thấy: Sthiếu<SdtHT=0.15×3100=465 (MVA) Nên hệ thống làm việc ổn định khi sự cố. 3. Tính toán kinh tế, chon phương án hợp lý. 3.1. Tính tổn thất điện năng và tổn thất công suất Tổn thất trong máy biến áp gồm có 2 phần: Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của MBA và bằng tổn thất không tải của nó. Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của MBA. Ta có cong thức tính tổn thất điện nang trong MBA 3 pha 2 dây quấn trong trong một năm: ∆A2dq=∆P0+∆PN.SSđm2.t Trong đó: ∆P0, ∆PN: tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của MBA t: thời gian vận hành MBA trong năm. t = 8760h Sđm: công suất định mức của MBA S: công suất tải của MBA Đối với MBA tự ngẫu 3 pha: ∆ATN=∆P0.t+365SđmB2.(∆PNC.SCi2.ti+ ∆PNT.STi2.ti+ ∆PNH.SHi2.ti) Trong đó: SCi, STi, SHi: công suất tải qua cuộn cao, trung, hạ áp của MBA tự ngẫu trong khoảng thời gian ti. ∆P0: tổn hao sắt ∆PN: tổn thất ngắn mạch Tổn hao ngắn mạch của các cuộn dây trong MBA tự ngẫu: ∆PNC=0,5.(∆PNC-T+∆PNC-Hα2-∆PNT-Hα2) ∆PNT=0,5.(∆PNC-T+∆PNT-Hα2-∆PNC-Hα2) ∆PNH=0,5.(∆PNC-Hα2-∆PNT-Hα2-∆PNC-T) Từ các công thức trên ta đi tính tổn thất điện năng trong MBA ở từng phương án. 3.1.1. Phương án 1 a. Máy biến áp 3 pha 2 dây quấn Máy biến áp B3 và B4 luôn làm việc với công suất truyền tải qua nó là: S=SđmF - 14Stdmax=125- 14×25.58 =118.61 (MVA) Trong cả năm, do đó tổn thất điện năng của một MBA là: ∆A2dq100+400.118.611252.8760=155007.88(KWh) b. Máy biến áp tự ngẫu Từ các số liệu ∆PNC-T; ∆PNC-H; ∆PNT-H đã tra được ta tính được các giá trị ∆PNC-T; ∆PNC-H; ∆PNT-H: ∆PNC=0,5.520+2600,52-2600,52=260 (KW) ∆PNT=0,5.520+2600,52-2600,52=260 (KW) ∆PNH=0,5.2600,52-2600,52-520=780 (KW) Tổn thất điện năng của một MBA tự ngẫu được xác định: ∆ATN=∆P0.t+365SđmB2. (∆PNC.SCi2.ti+ ∆PNT.STi2.ti+ ∆PNH.SHi2.ti) ∆PNC.SCi2.ti=2608×79.862+2×126.822+2×118.12+2×82.42+4×106.22+1×61.162+2×69.882+3×81.162 =52791412.128 ∆PNT.STi2.ti=2608×36.812+2×36.812+2×28.092+2×28.092+4×28.092+1×28.092+2×36.812+3×45.542 =7691533.434 ∆PNH.SHi2.ti=7808×43.052+2×90.012+2×90.012+2×54.312+4×78.112+1×33.072+2×33.072+3×35.622 =66007257.342 ∆ATN=120*8760+3652502.52791412.128+7691533.434+66007257.342=1789902.78 KWh Tổng tổn thất điện năng của phương án I trong năm là: ∆AI=∆AB1+∆AB2+∆AB3+∆AB4=2×1789902.78+155007.88=3889821.32 (KWh) 3.1.2. Phương án 2 a. Máy biến áp 3 pha 2 dây quấn Máy biến áp B1 và B4 luôn làm việc với công suất truyền tải qua nó là: Sb = 118.61 (MVA) trong cả năm, do đó tổn thất điện năng của các MBA là: ∆AB4=(100+400.118.6121252).8760=3506273,956 (KWh) ∆AB1=(115+380.118.6121252).8760=3506160,26 (KWh) b. Máy biến áp tự ngẫu Từ các số liệu ∆PNC-T; ∆PNC-H; ∆PNT-H đã tra được ta tính được các giá trị ∆PNC-T; ∆PNC-H; ∆PNT-H: ∆PNC=0,5.520+2600,52-2600,52=260 (KW) ∆PNT=0,5.520+2600,52-2600,52=260 (KW) ∆PNH=0,5.2600,52-2600,52-520=780 (KW) Tổn thất điện năng của một MBA tự ngẫu được xác định: ∆ATN=∆P0.t+365SđmB2. (∆PNC.SCi2.ti+ ∆PNT.STi2.ti+ ∆PNH.SHi2.ti) ∆PNC.SCi2.ti=2608×22.212+2×69.172+2×60.452+2×24.752+4×48.552+1×3.512+2×12.232+3×23.512 =8696172.368 ∆PNT.STi2.ti=2608×20.842+2×20.842+2×29.562+2×29.562+4×29.562+1×29.562+2×20.842+3×12.122 =3514288.128 ∆PNH.SHi2.ti=2608×43.052+2×90.012+2×90.012+2×55.312+4×78.112+1×33.072+2×33.072+3×35.632 =22059977.264 ∆ATN=120.8760+3652502×8696172.368+3514288.128+22059977.264 =200260.23(KWh) Tổng tổn thất điện năng của phương án II trong năm là: ∆AII=∆AB1+∆AB2+∆AB3+∆AB4=2×200260.23+3506273.965+3506160.26=7412954.685 (KWh) Phương án PA1 PA2 A (MWh) 3889.8 7412.9 3.2. TÍNH TOÁN KINH TẾ – LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Để chọn được một sơ đồ nối điện tối ưu, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và vận hành đơn giản. Ta dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế và kỹ thuật. Nhà máy nhiệt điện ta đưa ra 2 phương án nối điện chính cả 2 phương án này đều đảm bảo về mặt kỹ thuật. Vì vậy ta so sánh 2 phương án trên về mặt kinh tế bao gồm vốn đầu tư xây dựng, lắp đặt và mua thiết bị và chi phí vận hành hàng năm. Phương án nào có chi phí nhỏ nhất sẽ được làm chọn làm phương án nối điện chính cho nhà máy. Giả thiết chi phí cho máy cắt, dao cách ly và các chi phí khác là không đáng kể Ta có: Z = (avh + atc)*V + C (VNĐ) Trong đó: V là vốn đầu tư cho trạm kể cả xây lắp và vận chuyển ta có: V= n*SdmBA*kC*kB n: số máy biến áp trong trạm Kc: giá tiền 1 MVA MBA Với Udm = 220 kV thì kC = 400*106 (VNĐ/MVA) Với Udm = 110 kV thì kC = 250*106 (VNĐ/MVA) KB: hệ số tính đến việc vận chuyển và xây lăp trạm biến áp lấy kB = 1,5 (theo tài liệu thiết kế NMĐ và TBA) Co: giá 1 kW điện năng Co = 1000 (VNĐ/kWh) avh: hệ số vận hành avh = 0,1 atc: hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn atc = 0,2 SdmBA: Công suất định mức của MBA 3.2.1. Phương án 1 Ta có: V1 = 3*200*400*106*1,5 = 360*109 (VNĐ) Tổn thất điện năng trong trạm biến áp là: A1 = 5113,1 (MWh) Chi phí cho tổn thất điện năng hàng năm: CA1 = A1*Co = 5113,1*103*1000 = 5.113*109 (VNĐ) Chi phí tính toán cho phương án 1 là: Z1 = (avh + atc)*V + CA1 = (0,1 + 0,2)*360*109 + 5,113*109 = 113,113*109 (VNĐ) 3.2.2 Phương án 2: Chi phí mua máy biến áp tự ngẫu (BA1) V1 = 2*200*400*106*1,5 = 240*109 (VNĐ) Chi phí mua máy biến áp 3 pha 2 dây quấn (BA2) V2 = 200*250*106*1,5 = 75*109 (VNĐ) Tổn thất điện năng trong trạm biến áp là A2 = 8443,93 (MWh) Chi phí cho tổn thất điện hàng năm: CA2 = A2*Co = 8443,93*103*1000 = 8,444*109 (VNĐ) Tổng chi phí cho MBA là: V = V1 + V2 = 240*109 +75*109 = 315*109 (VNĐ) Chi phí tính toán cho phương án 2 là: Z = (avh + atc)*V + C2 = (0,1 +0,2)*315*109 + 8,444*109 = 102,944*109 (VNĐ) Ta có bảng tổng kết cho 2 phương án Bảng so sánh phương án. PA Vi (VNĐ) Ci (VNĐ) Zi (VNĐ) 1 360*109 113,1*109 113,113*109 2 315*109 8443,93*109 102,944*109 Ta thấy phương án 2 có tổng chi phí tính toán nhở hơn phương án1 (Z2<Z1) ® ta chọn phương án 2 làm phương án nối điện chính cho nhà máy nhiệt điện. 4. Chọn cấu trúc hệ thống thanh góp và phương thức vận hành nhà máy. 4.1. Chọn cấu trúc hệ thống thanh góp. Phía 220 kV sử dụng sơ đồ 2 thanh góp Khi làm việc bình thường mỗi mạch chỉ được nối với 1 trong 2 thanh góp. Khi làm việc bình thường mỗi mạch chỉ được nối với một trong 2 TG. Có thể cho làm việc cả hai TG hoặc một TG làm việc và 1 TG dự trữ. Nếu chỉ làm việc trên một thanh góp khi có sự cố trên TG này sẽ mất điện trên toàn bộ các mạch cho đến khi chúng được chuyển sang TG còn lại. Do vậy người ta thường chọn làm việc cả hai TG. Khi đó MCn làm nhiệm vụ giống như MCpđ trong sơ đồ 1 TG khi làm việc bình thường. Ưu điểm: Các hộ tiêu thụ không bị mất điện khi nào sửa chữa từng TG Sửa chữa DCL TG của mạch nào chỉ mạch ấy bị cắt điện Nhanh chóng phục hồi sự làm việc của thiết bị khi có ngắn mạch Hộ tiêu thụ không bị mất điện lâu dài khi sửa chữa máy cắt của máy mạch bất kỳ Nhược điểm: Dùng dao cách ly thao tác đóng cắt mạch song song, nếu nhầm lẫn sẽ dẫn đến hiệu quả hậu quả nghiêm trọng. Tốn nhiều dao cách li, bố trí thiết bị phân phối phức tạp, giá thành cao. Sửa chữa máy cắt của một mạch nào đó thì phải mất điện suốt thời gian thao tác đưa MCn vào thay thế và thời gian đưa MC đã sửa xong vào làm việc trở lại. 4.2. Phương thức vận hành nhà máy. Cho hai thanh góp vận hành song song. Một thanh góp làm việc, một thanh góp dự trữ.