Đồ án Thiết kế nhà máy nhiêt điện

oán Xtt== 0,213 Tra đường cong tính toán ta được: =5,1 Dòng điện ngắn mạch tại N3 kA Dòng điện xung kích Vì ngắn mạch tại đầu cực máy phát nên ta lấy kxk=1,91 kA d) Tính dòng ngắn mạch tại N4 N4 · E3 · · · XHT XH XF E4 E2 EHT Xd 220 kV 110 kV XC XC XB-T XH XF XB-T XF Nguồn cung cấp gồm hệ thống và các máy phát của nhà máy trừ máy phát G1 Hình 3.24 X1=Xd+XHT=0,019+0,052=0,071 X2=XF+XB-T=0,121+0,053=0,174 X3=XC=0,096 X4= XF+XH=0,121+0,171=0,292 X5=XH=0,171 X6= EHT · · E34 E2 · X1 X6 X4 X5 X7 N4 X7= Ta có sơ đồ rút gọn: Hình 3.25 Ghép hai nguồn E34 và E2 X8=X4//X6= X9= X1+X7=0,071+0,048=0,119 EHT N4 · X8 · X10 X5 E234 Ta có sơ đồ rút gọn: Hình 3.26 Biến đổi thành (X10,X11) bỏ qua nhánh cân bằng: =0,594 =0,334 EHT · · N4 E234 X10 X11 Ta có sơ đồ rút gọn: Hình 3.27 Điện kháng tính toán phía hệ thống XttHT=X10× Vì XttHT>3 nên ta có thể tính dòng điện ngắn mạch phía hệ thống I”HT= kA Điện kháng tính toán phía nhà máy XttNM=X11× Tra đường cong tính toán ta được: = 0,56 Dòng ngắn mạch phía nhà máy kA Vậy dòng điện ngắn mạch tổng tại N4 kA Dòng điện xung kích kA e) Tính dòng ngắn mạch tại N5 Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện nên dòng điện ngắn mạch tại N5 kA Dòng điện xung kích kA Kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án II được tổng hợp ở bảng 3.2 Bảng 3.2: Dòng điện Điểm ngắn mạch I” kA ixk kA N1 5,982 15,228 N2 13,435 34,2 N3 28,872 77,988 N4 14,91 37,955 N5 43,782 111,451 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Mục đích của chương này là so sánh đánh giá các phương án về mặt kinh tế - kỹ thuật. Từ đó lựa chọn phương án tối ưu đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế. Các chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm: độ tin cậy, sự thuận tiện trong vận hành, độ bền vững các công trình, khối lượng sửa chữa định kỳ, mức độ tự động hóa. Các chỉ tiêu kinh tế cơ bản là vốn đầu tư ban đầu và phí tổn vận hành hàng năm. 4.1. Phương pháp đánh giá hiệu quả các phương án Một phương án về thiết bị điện được coi là có hiệu quả kinh tế nhất nếu chi phí tính toán thấp nhất: Ci = Pi + ađm×Vi + Yi Trong đó: Ci: hàm chi phí tính toán của phương án i (đồng/năm). Pi: phí tổn vận hành hàng năm của phương án i (đồng/năm). Vi: vốn đầu tư của phương án i (đồng). Yi: thiệt hại do mất điện gây ra của phương án i (đồng/năm). ađm: hệ số định mức của hiệu quả kinh tế ađm= 0,1 (1/năm). 4.1.1. Tính vốn đầu tư cho thiết bị: Khi tính vốn đầu tư của một phương án, chúng ta chỉ tính tiền mua thiết bị, tiền chuyên chở và xây lắp các thiết bị như máy phát điện, máy biến áp, máy cắt điện.... Ở hai phương án đều có số lượng các máy phát điện và loại máy đều như nhau nên ta chỉ so sánh vốn đầu tư của 2 phương án bằng vốn đầu tư cho máy biến áp và thiết bị phân phối là máy cắt . Như vậy vốn đầu tư của một phương án như sau: Vi = VBi + VTBPPi Trong đó: VB: vốn đầu tư máy biến áp VB = ∑kB×vB kB: hệ số tính đến chuyên chở và xây dựng. vB: tiền mua máy biến áp . VTBPPi: Vốn đầu tư thiết bị phân phối VTBPP = n1×VTBPP1 + n2×VTBPP2 + n3×VTBPP3 +.....+ nn×VTBPPn Trong đó: n1, n2... nn: số mạch thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1,U2... Un VTBPP1, VTBPP2 .... : giá tiền mỗi mạch thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2 ... Un . 4.1.2. Tính phí tổn vận hành hàng năm P: Phí tổn vận hành hàng năm của mỗi phương án được xác định: Pi = Pki + PPi +Pti Trong đó: Pki= : khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn. a: định mức khấu hao lấy bằng 10%. PPi: chi phí lương cho công nhân và sửa chữa nhỏ. Có thể bỏ qua vì nó chiếm giá trị không đáng kể so với tổng chi phí sản xuất và ít khác nhau giữa các phương án. Pti = b×DA: là chi phí do tổn thất điện năng hàng năm gây ra. b: giá thành trung bình điện năng b = 600 (đồng/kWh). DA: tổn thất điện năng trong thiết bị (kWh) chủ yếu do tổn thất trong máy biến áp quyết định. So sánh hiệu quả kinh tế của hai phương án có thể dùng phương pháp thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch: T: thời gian thu hồi vấn đầu tư chênh lệch (năm) Nếu T < Tđm thì dùng phương án hợp lý về mặt kinh tế là phương án có vốn đầu tư lớn. Nếu T > Tđm thì dùng phương án hợp lý về mặt kinh tế là phương án có vốn đầu tư thấp. Tđm=: thời gian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn 4.2. Chọn máy cắt cho các phương án Trên cơ sở những số liệu về các dòng ngắn mạch đã tính được, ta đi chọn máy cắt cho từng phương án với những điều kiện cho trước sau: + Điện áp : UđmMC Umạng + Dòng điện: IđmMC Icb + Điều kiện cắt: ICđm I’’ + Điều kiện ổn định động: ildd ixk + Điều kiện ổn định nhiệt: Bảng thông số máy cắt cho phương án I: Bảng 4.1 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 kA ICđm kA ildd kA N1 Cao 220 0,57 6,906 17,58 3AQ1 245 4 40 100 N2 Trung 110 0,97 11,44 29,11 3AQ1-FG 123 3,15 31,5 80 N3 Hạ 18 5,94 28,872 77,988 8BK41 18 12,5 80 225 Bảng thông số máy cắt cho phương án II: Bảng 4.2 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 kA ICđm kA ildd kA N1 Cao 220 0,91 5,982 15,23 3AQ1 245 4 40 100 N2 Trung 110 1,02 13,43 34,2 3AQ1-FG 123 3,15 31,5 80 N3 Hạ 18 5,94 28,872 77,988 8BK41 18 12,5 80 225 4.3. Chọn sơ đồ nối điện và thiết bị phân phối Việc chọn sơ đồ nối điện cho nhà máy điện là một khâu rất quan trọng, phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Đảm bảo cung cấp điện liên tục theo yêu cầu của phụ tải. - Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và sử lý sự cố. - Bố trí thiết bị trên mặt bằng thực tế hợp lý, đơn giản, không chồng chéo. - An toàn trong lúc vận hành và sửa chữa. - Hợp lý về kinh tế trên yêu cầu đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Trong thực tế khi lựa chọn khó đảm bảo toàn bộ các yêu cầu trên. Do vậy ta chọn các phương án có nhiều ưu điểm và phù hợp với tương lai phát triển của nhà máy. 4.3.1. Phương án I Phía 220 kV: có các đường dây phụ tải quan trọng và không quan trọng với công suất lớn, và cả đường dây nối về hệ thống nên yêu cầu tính cung cấp điện liên tục cao. Từ yêu cầu thực tế như vậy ta chọn sơ đồ một rưởi cho thanh góp phía cao áp. Sơ đồ đảm bảo được tính liên tục cung cấp điện cho các phụ tải và thuận tiện xử lý khi có sự cố và sửa chữa thiết bị. Phía 110 kV: có các đường dây phụ tải quan trọng và không quan trọng với công suất trung bình, nên để đảm bảo cung cấp điện và hợp lý về kinh tế ta chọn sơ đồ hai thanh góp, có thanh góp vòng cho phía 110 kV. Phía 6 kV: có cả phụ tải không quan trọng và phụ tải quan trọng nên vẫn phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng trong cấp điện áp này. Vì thế ta lấy điện từ phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu qua 2 máy biến áp 18/6,3 kV. AT1 AT2 HT G3 C3 C1 Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 Tr4 G1 G2 G4 T2 T1 C2 Sơ đồ nối điện phương án I: Hình 4.1 4.3.2. Phương án II Phía 220 kV: có các đường dây phụ tải quan trọng và không quan trọng với công suất lớn, và cả đường dây nối về hệ thống nên yêu cầu tính cung cấp điện liên tục cao. Từ yêu cầu thực tế như vậy ta chọn sơ đồ một rưởi cho thanh góp phía cao áp. Sơ đồ đảm bảo được tính liên tục cung cấp điện cho các phụ tải và thuận tiện xử lý khi có sự cố và sửa chữa thiết bị. Phía 110 kV: có các đường dây phụ tải quan trọng và không quan trọng với công suất trung bình, nên để đảm bảo cung cấp điện và hợp lý về kinh tế ta chọn sơ đồ 2 thanh góp, có thanh góp vòng cho phía 110 kV. Phía 6 kV: có cả phụ tải không quan trọng và phụ tải quan trọng nên vẫn phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng trong cấp điện áp này. Vì thế ta lấy điện từ phía hạ áp của máy biến áp tự ngẫu qua 2 máy biến áp 18/6,3 kV. C1 G1 AT1 AT2 G2 G3 T1 T2 G4 C2 HT C3 Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 Tr5 Sơ đồ nối điện phương án II: Hình 4.2 4.4. Tính toán cho từng phương án 4.4.1. Phương án I Vốn đầu tư của phương án này gồm vốn đầu tư cho máy phát, máy biến áp và thiết bị phân phối là máy cắt. Vốn đầu tư máy biến áp: phương án này gồm có: - Sáu máy biến áp tự ngẫu một pha có: Sđm=120 MVA; có cấp điện áp cao là 220 kV, có giá thành là vB = 1200.103 USD; hệ số kB = 1,3. - Một máy biến áp 2 cuộn dây có: Sđm=200 MVA; có cấp điện áp cao là 220 kV, có giá thành là vB= 1500.103 USD; hệ số kB=1,4. - Một máy biến áp 2 cuộn dây có: Sđm=200 MVA; có cấp điện áp cao là 110 kV, có giá thành là vB=1000.103 USD; hệ số kB=1,5 . Vậy nên vốn đầu tư cho máy biến áp ở phương án này là : VBI= (6×1200×1,3+1500×1,4+1000×1,5).103=12960.103 USD = 220,32.109 đồng Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối (máy cắt): phương án này có: - Phía thanh góp 220 kV có 15 máy cắt loại 3AQ1 có giá là 90.103 USD - Phía thanh góp 110 kV có 12 máy cắt loại 3AQ1-FG có giá là 60.103 USD. - Phía điện áp máy phát có 2 máy cắt hợp bộ loại 8BK41 có giá là 150.103 USD. Vậy vốn đầu tư cho máy cắt của phương án I là: VTBPPI = (15×90+12×60+2×150).103=2370.103 USD = 40,29.109 đồng Vốn đầu tư ban đầu của phương án I : VI = VBI + VTBPPI = (12960+2370).103=15330.103 USD = 260,61.109 đồng Chi phí vận hành hàng năm của phương án I: Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a=10% PkhI = = = 1533.103 USD = 26,061.109 đồng Phí tổn do tổn thất điện năng hàng năm gây ra: PttI = = 600×25668,08.103=15,4.109 đồng Như vậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án I là PI = PkhI + PttI = (26,061+15,4).109=41,461.109 đồng Hàm chi phí tính toán hàng năm của phương án : CI=PI+ađmVI=(41,461+0,1×260,61).109=67,522.109 đồng 4.4.2. Phương án II Vốn đầu tư của phương án này gồm vốn đầu tư cho máy phát, máy biến áp và thiết bị phân phối là máy cắt. Vốn đầu tư máy biến áp: phương án này gồm có: - Sáu máy biến áp tự ngẫu một pha có: Sđm=120 MVA; có cấp điện áp cao là 220 kV, có giá thành là vB = 1200.103 USD; hệ số kB = 1,3. - Hai máy biến áp 2 cuộn dây có: Sđm=200 MVA; có cấp điện áp cao là 110 kV, có giá thành là vB=1000.103 USD; hệ số kB=1,5 . Vậy nên vốn đầu tư cho máy biến áp ở phương án này là : VBII= (6×1200×1,3+2×1000×1,5).103=12360.103 USD = 210,12.109 đồng Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối (máy cắt): phương án này có: - Phía thanh góp 220 kV có 14 máy cắt loại 3AQ1 có giá là 90.103 USD - Phía thanh góp 110 kV có 13 máy cắt loại 3AQ1-FG có giá là 60.103 USD. - Phía điện áp máy phát có 2 máy cắt hợp bộ loại 8BK41 có giá là 150.103 USD. Vậy vốn đầu tư cho máy cắt của phương án II là: VTBPPII = (14×90+13×60+2×150).103=2340.103 USD = 39,78.109 đồng Vốn đầu tư ban đầu của phương án II: VII = VBII + VTBPPII = (12360+2340).103=14700.103 USD = 249,9.109 đồng Chi phí vận hành hàng năm của phương án II: Khấu hao về vốn và sửa chữa lớn với định mức khấu hao a=10% PkhII = = = 1470.103 USD = 24,99.109 đồng Phí tổn do tổn thất điện năng hàng năm gây ra: PttII = = 600×27415,02.103=16,449.109 đồng Như vậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án II là PII = PkhII + PttII = (24,99+16,449).109=41,439.109 đồng Hàm chi phí tính toán hàng năm của phương án : CII=PII+ađmVII=(41,439+0,1×249,9).109=66,429.109 đồng Sau khi tính toán kinh tế cho cả hai phương án ta có bảng thống kê như sau: Bảng 4.3: Phương án Vốn đầu tư .109 đồng Phí tổn vận hành .109 đồng Chi phí tính toán .109 đồng I 260,61 41,461 67,522 II 249,9 41,439 66,429 Nhận xét: - Về mặt kinh tế: Qua số liệu của bảng thống kê ta thấy chỉ tiêu kinh tế của phương án II nhỏ hơn phương án I nên về mặt kinh tế phương án II ưu việt hơn so với phương án I. - Về mặt kỹ thuật: + Hai phương án đều đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải. + Phương án II có các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây giống nhau và được nối trực tiếp vào trung áp 110 kV nên vận hành dễ dàng hơn. Qua những nhận xét trên ta chọn phương án II là phương án tối ưu để thiết kể nhà máy. CHƯƠNG 5 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN, DÂY DẪN VÀ THANH GÓP 5.1. Chọn thanh dẫn nối từ máy phát đến máy biến áp 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 máy biến áp vì có sự hạn chế về kích thước của thiết bị nên ta dùng thanh nối cứng. Khi dòng 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 nhật 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 chọn các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sao cho thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật đồng thời đạt hiệu quả kinh tế hợp lý nhất. 5.1.1. Chọn tiết diện theo dòng điện làm việc lâu dài. Điều kiện: = khc × Icp > Ilvcb Trong đó: Ilvcb: Dòng điện làm việc cưỡng bức (Ilvcb=5,944 kA) : Dòng điện cho phép làm việc lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Icp: Dòng điện cho phép làm việc lâu dài. khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Vì mỗi nhà sản xuất sản xuất thiết bị theo một tiêu chuẩn nhất định và các thông số kỹ thuật đều tương ứng với nhiệt độ đó vì thế khi sử dụng những thiết bị này ở nhiệt độ môi trường khác nhau với nhiệt độ chuẩn ta phải tiến hành hiệu chỉnh các thông số theo nhiệt độ môi trường. Hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trường. khc= Trong đó: Nhiệt độ chuẩn là: Nhiệt độ môi trường xung quanh nơi đặt thanh dẫn: Nhiệt độ cho phép vận hành lâu dài cho phép của thanh dẫn là: Do đó: khc= Nên khc × Icp > 5,944 kA Icp > kA Do >3000 A nên ta chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có sơn. Tra bảng 3 (trang 285 giáo trình thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp của Thầy Nguyễn Hữu Khái), ta chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có các thông số cho ở bảng 5.1. Bảng 5.1 Kích thước mm Tiết diệnmột cực mm2 Mômen trở kháng cm4 Mômen quán tính cm4 Dòng điện cho phép (A) h b c r Một thanh Hai thanh Wyoyo Một thanh Hai thanh Jyoyo Wxx Wyy Jxx Jyy 150 65 7 10 1785 74 14,7 167 560 68 1230 7000 Vì thanh dẫn đã chọn có Icp > 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. x x 7mm 150mm 150mm 65mm y y y y y0 y0 10mm Hình 5.1 5.1.2. 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 Uđm=18 kV là: a=90 cm; l=180 cm Khi đó lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là : Trong đó : khd: hệ số hình dạng của thanh dẫn. ixk: dòng điện xung kích của ngắn mạch ba pha, ở đây ta lấy dòng xung kích có trị số lớn nhất tại cấp 18 kV là dòng xung kích. tại điểm N3 (ixk = =77,988 kA) kG.cm Momen uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là : kG.cm2 Vì để tăng khả năng ổn định động của thanh dẫn thì hai nữa thanh dẫn được hàn lại với nhau tại các chổ có đặt miếng đệm. Ứng xuất do dòng ngắn mạch giữa các pha kG/cm2 Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm: Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng một pha gây ra: kG Ứng xuất do dòng điện cùng pha gây nên: kG/cm2 Điều kiện để thanh dẫn ổn định động Với thanh dẫn đồng: бcp = 1400 kG/cm2. Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: cm Vì khoảng cách tính toán cần đặt miếng đệm lớn hơn khoảng cách giữa các sứ (l2=342,712 cm > l1=180 cm). Nên không cần đặt miếng đệm trong khoảng giữa hai sứ mà vẫn đảm bảo ổn định động. 5.2. Chọn sứ đỡ thanh dẫn Sứ đỡ được chọn theo các điều kiện sau: - Loại sứ: - Điện áp: UđmS ³ Uđmmạng - Kiểm tra ổn định động: sự bền vững của sứ đỡ được xác định theo lực tính toán đầu sứ Ftt điều kiện độ bền sứ là: Trong đó : Ftt: lực điện động tác dụng lên thanh dẫn khi ngắn mạch 3 pha. : lực điện động đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch. Fph: lực phá hoại cho phép của sứ. Fcp: lực cho phép tác dụng lên đầu sứ. H : chiều cao của sứ. H’: chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn. H’ = H + h: chiều cao thanh dẫn. Ftt’ Ftt H’ = 235 H = 160 Sứ Thanh Dẫn Hình 5.2 Theo tính toán ở trên ta tính toán được: Ftt = 214,09 kG Với sứ trong nhà ta chọn loại OΦ-20-375KPY3, có các thông số: - Điện áp định mức: UđmS = 20 kV - Chiều cao sứ: H = 295 mm - Lực phá hoại cho phép: Fph = 375 kG Thanh dẫn đã chọn có chiều cao h = 150 mm. Thay số ta có: H’ = H + = 295 + = 370 mm kG Fcp = 0,6×Fph = 0,6×375 = 225 kG Như vậy theo điều kiện ổn định động thì sứ được chọn không đảm bảo ổn định động, ta phải chọn sứ có Fcp lớn hơn. Ta chọn loại OΦP-20-750Y3, có các thông số: - Điện áp định mức : UđmS = 20 kV - Chiều cao sứ : H = 160 mm - Lực phá hoại cho phép: Fph = 750 kG Thanh dẫn đã chọn có chiều cao h = 150 mm. Thay số ta có : H’ = H + = 160 + = 235 mm kG Fcp = 0,6×Fph = 0,6×750 = 450 kG Vậy loại sứ OΦP-20-750Y3 thỏa mãn yêu cầu về ổn định động, nên ta chọn loại này. 5.3. Chọn dây dẫn và thanh góp mềm Dây dẫn được nối từ cuộn cao, cuộn trung máy biến áp liên lạc và cuộn cao của máy biến áp hai cuộn dây đến thanh góp 220 kV và 110 kV tương ứng. Thanh góp ở các cấp điện áp này cũng được chọn là thanh dẫn mềm. Tiết diện dây dẫn mềm được chọn theo điều kiện nhiệt độ cho phép trong chế độ làm việc lâu dài. 5.3.1. Chọn tiết diện theo dòng điện làm việc lâu dài Điều kiện: = khc × Icp > Ilvcb Trong đó: Ilvcb: Dòng điện làm việc cưỡng bức. : Dòng điện cho phép làm việc lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Icp: Dòng điện cho phép làm việc lâu dài. khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Vì mỗi nhà sản xuất sản xuất thiết bị theo một tiêu chuẩn nhất định và các thông số kỹ thuật đều tương ứng với nhiệt độ đó vì thế khi sử dụng những thiết bị này ở nhiệt độ môi trường khác nhau với nhiệt độ chuẩn ta phải tiến hành hiệu chỉnh các thông số theo nhiệt độ môi trường. Hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trường khc= Trong đó: Nhiệt độ chuẩn là: Nhiệt độ môi trường xung quanh nơi đặt thanh dẫn: Nhiệt độ cho phép vận hành lâu dài cho phép của thanh dẫn là: Do đó: khc= 1) Mạch điện áp 220 kV. Dòng điện cưỡng bức ở cấp này là: Icb=0,565 kA kA Tra bảng trang 293 (sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp), ta chọn dây AC-300/39 có tiết diện 300 mm2, đường kính d=24 mm, bố trí dây dẫn các pha đặt trên mặt phẳng nằm ngang, khoảng cách giữa các pha là D=500 cm, dòng điện cho phép của một sợi là: Icp=690 A. 2) Mạch điện áp 110 kV. Dòng điện cưỡng bức ở cấp này là Icb=0,973 kA. kA Tra bảng trang 293 (sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp), ta chọn dây AC-700/86 có tiết diện 700 mm2, đường kính d=36,2 mm, bố trí dây dẫn các pha đặt trên mặt phẳng nằm ngang, khoảng cách giữa các pha là D=400 cm, dòng điện cho phép của một sợi là: Icp=1220 A. 5.3.2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn đảm bảo ổn định nhiệt là: Smin= Trong đó: BN: Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch. C: Hệ số ổn định nhiệt của dây dẫn, với dây AC có C=70 Tính xung lượng nhiệt của thành phần ngắn mạch. BN=BNCK + BNKCK Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là một giây, khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt thành phần ngắn mạch không chu kỳ: BNKCK= Với U > 1000 V thì Ta=0,05 s 1) Mạch điện áp 220 kV. Dòng ngắn mạch = 5,982 kA. Do đó: BNKCK== (5,982.103)2 0,05 = 1,789.106 A2s =1,789 kA2s Tính xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ: xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị: N1 X9 E1,2,3,4 X1 EHT Tính ngắn mạch tại N1 ta có: Hình 5.3 Điện kháng tính toán phía hệ thống: Vì XttHT >3, nên ta có thể tính dòng điện ngắn mạch phía hệ thống kA Điện kháng tính toán phía nhà máy Tra đường cong tính toán ta có: I*0=1,38; I*0,1=1,28; I*0,2=1,3; I*0,5=1,25; I*1=1,45 Dòng điện cơ bản của phía nhà máy kA Do đó: I0 = 2,445 kA I0,1 = 2,268 kA I0,2 = 2,304 kA I0,5 = 2,215 kA I1 = 2,569 kA Vậy dòng ngắn mạch do tại N1 là: kA kA kA kA kA Tính các trị số trung bình bình thường kA2 kA2 kA2 kA2 Vậy ta có xung lượng nhiệt của thành phần chu kỳ: =34,526 kA2s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1 là: BN1=BNCK1 + BNKCK1=34,526+1,789=36,315 kA2s Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt là: =86,09 mm2 < Sthực=300 mm2 Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt. 2) Mạch điện áp 110 kV. Vì dây dẫn đã chọn ở mạch 110 kV có Icp=1220 A > 1000 A nên dây dẫn ở mạch này ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.3.3. Kiểm tra điều kiện vầng quang Điều kiện kiểm tra vầng quang là: Uvq > Uđmmạng Trong đó: Uvq: Là điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang. Trường hợp dây dẫn ba pha bố trí trên đỉnh tam giác đều thì: Trong đó: m: Hệ số có xét đến độ nhẵn của bề mặt dây dẫn, với dây AC ta lấy hệ số m = 0,85. D: Khoảng cách trung bình giữa các pha của dây dẫn. r: Bán kính đẳng trị của dây dẫn một pha. Trường hợp dây dẫn ba pha đặt trên cùng mặt phẳng thì Uvq cũng được tính theo công thức trên với pha giữa thì giảm 4% (Uvqg=0,96Uvq), với pha bên thì tăng 6% (Uvqb=1,06Uvq). 1) Mạch điện áp 220 kV. Dây AC-300/39 có tiết diện chuẩn là F=300 mm2, có: r = 1,2 cm; D = 500 cm Do ba pha đặt trên mặt phẳng ngang nên ta chỉ cần tính điện áp vầng quang tới hạn của pha giữa. Điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí ba pha trên mặt phẳng ngang. Uvq=0,96×84×0,85×1,2×=215,48 kV Vì Uvq=215,48 kV < Uđmmạng=230 kV, tức không thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang nên ta phải chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn. Ta chọn dây AC-300/204 có r =1,46 cm. Uvq=0,96×84×0,85×1,46×=253,65 kV Vì Uvq=253,65 kV > Uđmmạng=230 kV, tức thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Vậy ở cấp điện áp 220 kV ta chọn dây dẫn AC-300/204. 2) Mạch điện áp 110 kV. Dây AC-700/86 có tiết diện chuẩn là F=700 mm2, có: r = 1,81 cm; D = 400 cm Do ba pha đặt trên mặt phẳng ngang nên ta chỉ cần tính điện áp vầng quang tới hạn của pha giữa. Điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí ba pha trên mặt phẳng ngang. Uvq=0,96×84×0,85×1,81×=290,85 kV Vì Uvq=290,85 kV > Uđmmạng=115 kV, tức thỏa mãn điều kiện phát sinh vầng quang. Vậy ở cấp điện áp 110 kV ta chọn dây dẫn AC-700/86. Bảng 5.2. Bảng thông số kỹ thuật của các dây dẫn đã chọn. Uđm kV Mạch điện Số sợi 1 pha Tiết diện chuẩn Nhôm/thép Tiết diện mm đường kính mm Icp A Nhôm Thép Dây dẫn lõi thép 220 Cao áp 1 300/204 298 204 29,2 18,6 690 110 Trung áp 1 700/86 687 85,9 36,2 12 1220 5.4. Chọn máy cắt điện và dao cách ly 5.4.1. Chọn máy cắt điện Máy cắt điện dùng để nối (đóng) hay ngắt (cắt) các mạch điện đường dây trên không, đường dây cáp, máy biến áp, cuộn kháng điện, bộ tụ điện, nối các thanh góp, các động cơ điện..., đảm bảo việc truyền tải điện năng khi bình thường và khi cắt các phần tử bị hư hỏng ra khỏi lưới điện. Trên cơ sở những số liệu về các dòng ngắn mạch đã tính được, ta đi chọn máy cắt theo những điều kiện sau: + Điện áp : UđmMC Umạng + Dòng điện: IđmMC Icb + Điều kiện cắt: ICđm I’’ + Điều kiện ổn định động: ildd ixk + Điều kiện ổn định nhiệt: Thông số kỹ thuật của các máy cắt đã chọn cho ở bảng 5.3. Bảng 5.3 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 kA ICđm kA ildd kA N1 Cao 220 0,91 5,982 15,23 3AQ1 245 4 40 100 N2 Trung 110 1,02 13,43 34,2 3AQ1-FG 123 3,15 31,5 80 N3 Hạ 18 5,94 28,872 77,988 8BK41 18 12,5 80 225 Vì các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.4.2. Chọn dao cách ly Nhiệm vụ chủ yếu của dao cách ly là tạo ra một khoảng hở cách điện trông thấy được giữa bộ phận mang điện với bộ phận cắt điện, nhằm 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 ³ Uđm - Dòng điện: IđmCL ³ Icb - Điều kiện ổn định động: ildd ³ ixk - Điều kiện ổn định nhiệt: Vì các máy cắt phía điện áp máy phát ta đã chọn máy cắt hợp bộ nên ta không cần chọn dao cách ly cho cấp điện áp này. Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức, ta chọn dao cách ly cho các cấp điện áp, có thông số cho ở bảng 5.4: Bảng 5.4 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số định mức Uđm kV Icb kA ixk kA UđmCL kV IđmCL A ildd kA N1 Cao 220 0,565 15,23 SGC-245/1250 245 1,25 80 N2 Trung 110 0,973 34,2 SGCP-123/1250 123 1,25 80 Vì các dao cách ly đã chọn có dòng định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.5. Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện Máy biến điện áp được chọn theo điều kiện: - Điện áp: UđmBU ≥ Uđmmạng - Cấp chính xác: phù hợp với yêu cầu của các dụng cụ đo. - Công suất định mức: S2đmBU ≥ S2 Trong đó phụ tải thứ cấp S2 được xác định như sau: và là tổng công suất tác dụng và công suất phản kháng của các dụng cụ đo, xác định dựa trên sơ đồ nối dây của các dụng cụ đo vào thứ cấp của máy biến điện áp. Máy biến dòng điện được chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp: UđmBI ≥ Uđmmạng - Dòng điện: IđmBI ≥ Ilvcb - Phụ tải: Z2đmBI ≥ Z2 - Ổn định động: - Ổn định nhiệt: (knh×I1đm)2×tnh ≥ BN Đối với máy biến dòng, ngoài các điều kiện chọn trên ta cần phải chú ý đến cấp chính xác, vì ứng với mỗi cấp chính xác đều có phụ tải thứ cấp nhất định. Tổng trở thứ cấp của máy biến dòng bao gồm tổng phụ tải các dụng cụ đo và tổng trở dây dẫn nối từ thứ cấp máy biến dòng đến dụng cụ đo Zdd Z2=+ Zdd Biến dòng điện đặt trên cả ba pha, mắc hình sao, cách đấu nối BI: a b c A B C Hình 5.4 5.5.1. Cấp điện áp 220 kV 1) Máy biến điện áp Y0/Y0/ Tại cấp điện áp 220 kV, mục đích chính của biến điện áp là dùng cho đo lường, bảo vệ role và tự động hóa. Nên ta chọn biến điện áp loại 3xHKF-220-58 một pha, nối dây theo sơ đồ có các thông số kỹ thuật sau: - Cấp điện áp: 220 kV - Điện áp định mức: V - Cấp chính xác: 1 - Công suất định mức: 600 VA 2) Máy biến dòng điện Tại cấp điện áp 220 kV, mục đích chính của biến dòng điện là dùng cho đo lường, bảo vệ role và tự động hóa. Nên ta chọn biến điện áp loại TFH-220–3T, có các thông số kỹ thuật sau: - Dòng định mức: IđmSC/IđmTC = 600/5 A. - Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 1,2 W. - Điều kiện ổn định động: ildd=54 kA > ixk=15,228 kA. 5.5.2. Cấp điện áp 110 kV 1) Máy biến điện áp Y0/Y0/ Tại cấp điện áp 110 kV, mục đích chính của biến điện áp là dùng cho đo lường, bảo vệ role và tự động hóa. Nên ta chọn biến điện áp loại 3xHKF-110-58 một pha, nối dây theo sơ đồ có các thông số kỹ thuật sau: - Cấp điện áp: 110 kV - Điện áp định mức: V - Cấp chính xác: 1 - Công suất định mức: 600 VA 2) Máy biến dòng điện Tại cấp điện áp 110 kV, mục đích chính của biến dòng điện là dùng cho đo lường, bảo vệ role và tự động hóa. Nên ta chọn biến điện áp loại TFH-110M, có các thông số kỹ thuật sau: - Dòng định mức: IđmSC/IđmTC = 1000/5 A. - Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 0,8 W. - Bội số ổn định động: kd = 75. - Điều kiện ổn định động: Vì máy biến dòng có dòng điện sơ cấp lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.5.3. Mạch máy phát A A A A B C MC W VAr W Wh VArh F V f a b c Hình 5.5 Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào BU và BI: 1) Chọn máy biến điện áp Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tắc tơ nên ta dùng hai máy biến điện áp một pha nối theo kiểu V/V: 2×HOM-18 * Kiểm tra máy biến điện áp: Phụ tải của máy biến điện áp được phân bố đều cho cả hai cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp như bảng 5.4. Bảng 5.5 Tên đồng hồ Ký hiệu Cấp chính xác Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp BC VA W VA W Vôn kế - 335 1,5 2 - - - Oát kế Д - 335 1,5 1,5 - 1,5 - Oát kế phản kháng Д - 335 1,5 1,5 - 1,5 - Oát kế tự ghi H - 348 1,5 10 - 10 - Tần số kế M - 1756 1,5 - - 5 - Công tơ tác dụng И - 675 1,0 - 3 - 3 Công tơ phản kháng И - 673M 2,0 - 3 - 3 Tổng 15 6 18 6 Tính toán phụ tải của các máy biến điện áp: Xem như bỏ qua công suất phản kháng cuộn áp của công tơ tác dụng và công tơ phản kháng: cos=1; Pct=Sct Phụ tải biến điện áp AB Sab = S∑ + Sct = 15 + 6 = 21 VA Phụ tải biến điện áp BC Sbc = S∑ + Sct = 18 + 6 = 24 VA Vì SđmBA=75 VA > Sdcmax=24 VA Vậy ta chọn hai máy biến điện áp loại 2×HOM-18, có các thông số kỹ thuật sau: Cấp chính xác: 0,5 SđmBA=75 VA; Uđm=18 kV; UđmSC=18000 V UđmTC=100 V * Chọn dây dẫn nối từ máy biến điện áp đến đồng hồ đo: Đối với máy biến điện áp tiết diện dây dẫn được chọn sao cho tổn thất điện áp trên nó không lớn hơn 0,5% điện áp định mức sơ cấp và theo độ bền cơ học, tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đối với dây dẫn đồng là 1,5 mm2 và đối với dây dẫn nhôm là 2,5 mm2. Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp: A A Vì Ia < Ic nên ta tính với Ic Do đó: A Tổn thất điện áp trên dây dẫn: Theo điều kiện về tổn thất điện áp: . Ta có: Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến đồng hồ đo là l = 50 m Chọn dây dẫn đồng có: Do đó: mm2 Theo tiêu chuẩn độ bền cơ học của dây dẫn đồng ta chọn dây dẫn có tiết diện F = 2,5 mm2 . 2) Chọn máy biến dòng diện Biến dòng điện được đặt trên cả ba pha, mắc theo sơ đồ hình sao. Máy biến dòng điện được chọn phải thỏa mãn các điều kiện sau: - Cấp chính xác: Phụ tải của biến dòng điện là công tơ nên cấp chính xác phải chọn là 0,5. - Điện áp định mức: UđmBI ≥ Uđm=18 kV. - Dòng điện định mức: IđmSC ≥ Ilvcb=5,944 kA. - Phụ tải thứ cấp định mức: ZđmBI. Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu thì tổng phụ tải thứ cấp Z2 không vượt quá phụ tải định mức: Z2=Z∑dc+Zdd ≤ ZđmBI. Trong đó: Z∑dc: Tổng phụ tải dụng cụ đo. Zdd: Tổng trở dây dẫn nối biến dòng điện với dụng cụ đo. Ngoài ra máy biến dòng điện còn phải thỏa mãn các điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Như vậy ta chọn biến dòng kiểu thanh dẫn loại TШΛ-20-1, có các thông số kỹ thuật sau: - Điện áp định mức: UBIdm = 20 kV. - Dòng định mức sơ cấp: Iđmsc = 6000 A. - Dòng định mức thứ cấp: Iđmtc = 5 A. - Cấp chính xác: 0,5 - Phụ tải định mức: 1,2 Ω. Theo sơ đồ hình 5.5 công suất các cuộn dây máy biến dòng được phân bố như bảng 5.6. Bảng 5.6 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải VA Pha A Pha B Pha C Ampe kế -335 0,5 0,5 0,5 Oát kế tác dụng Д - 335 0,5 0 0,5 Oát kế phản kháng Д - 335 0,5 0 0,5 Oát kế tự ghi H-348 10 0 10 Công tơ tác dụng Д - 675 2,5 0 2,5 Công tơ phản kháng ИT - 673M 2,5 2,5 2,5 Tổng 16,5 3 16,5 * Chọn dây dẫn nối từ biến dòng đến đồng hồ đo: Pha A và pha C mang tải nhiều nhất: S = 16,5 VA Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này: Từ điều kiện: Z2 = Zådc + Zdd £ ZđmBI Zdd £ ZBIdm - Zådc Trong đó : F: tiết diện dây dẫn từ biến dòng đến các dụng cụ đo lường. r: điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn. l: chiều dài của dây dẫn từ biến dòng đến các dụng cụ đo. Giả sử khoảng cách từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l=50 m. Chọn dây dẫn đồng có: Do đó: . Theo tiêu chuẩn độ bền cơ học của dây dẫn đồng ta chọn dây dẫn có tiết diện F = 2,5 mm2. * Kiểm tra ổn định động của máy biến dòng điện: Máy biến dòng điện kiểu TШΛ-20-1 có sơ cấp là thanh dẫn, nên được quyết định bởi ổn định động của thanh dẫn. Do vậy không cần kiểm tra ổn định động của máy biến dòng điện. * Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: Dòng điện định mức sơ cấp của máy biến dòng lớn hơn 1000 A, nên ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt của máy biến dòng. 5.6. Chọn chống sét van Thiết bị chống sét van là thiết bị được ghép song song với thiết bị điện để bảo vệ quá điện áp khí quyển. Khi xuất hiện quá điện áp nó sẽ phóng điện trước làm giảm trị số quá điện áp đặt lên cách điện của thiết bị và khi hết quá điện áp sẽ tự động dập tắt hồ quang của dòng điện xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thường. Ta chọn chống sét van cho các thanh góp và các mạch phía 110 kV, 220 kV và trung tính máy biến áp. 5.6.1. Chọn chống sét van cho thanh góp Mục đích chọn chống sét van trên các thanh góp 220 kV và 110 kV là ngăn chặn quá điện áp truyền vào trạm biến áp gây sự cố phá hoại cách điện trong trạm mà còn gây nên phóng điện trên cách điện đường dây. Các chống sét van này được chọn theo điện áp định mức của mạng điện. Trên thanh góp 220 kV ta chọn chống sét van loại PBC- 220 có điện áp định mức Udm = 220 kV đặt trên cả ba pha. Trên thanh góp 110 kV ta chọn chống sét van loại PBC- 110 có điện áp định mức Udm = 110 kV đặt trên cả ba pha. 220 kV PBC- 220 SHT 110 kV PBC- 110 ST Hình 5.6 5.6.2. Chọn chống sét cho máy biến áp 1) Chống sét cho máy biến áp tự ngẫu Các máy biến áp tự ngẫu có liên hệ về điện giữa cuộn cao và trung áp nên sóng quá điện áp có thể truyền từ cao sang trung và 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 điện áp định mức U = 220 kV, đặt ở cả ba pha. Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC- 110 có điện áp định mức U = 110 kV, đặt ở cả ba pha. PBC- 110 PBC- 220 Hình 5.7 2) Chống sét van cho máy biến áp hai dây quấn Như trên, trên thanh góp 110 kV đã đặt chống sét van nhưng đôi khi có những dòng sét có biên độ lớn truyền vào trạm. Điện áp còn dư lại truyền tới cuộn dây của máy biến áp, điện áp này có thể phá hỏng cách điện cuộn dây, đặt biệt là phần cách điện ở gần trung tính nếu trung tính cách điện. 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, biên độ dòng 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. Phía cao 110 kV chọn chống sét van PBC - 110. Phía trung tính của máy biến áp chọn PBC - 35 có Uđm = 35 kV. PBC- 35 Hình 5.8 5.7. Chọn các thiết bị cho phụ tải địa phương. Theo nhiệm vụ thiết kế, cho phụ tải địa phương gồm có: Pmax=18 MW; Uđm=6 kV; cos=0,84 Bốn đường dấy cáp kép × 3 MW × 2,5 km Ba đường dấy cáp đơn × 2 MW × 3 km. Phụ tải địa phương được lấy từ phía hạ áp của hai máy biến áp tự ngẫu. Qua hai máy biến áp địa phương B1 và B2. Sơ đồ nối dây phụ tải địa phương như hình 5.9. N7 120 mm2 120 mm2 4 đường dây cáp kép + 3 đường dây cáp đơn N6 8DA10 B2 B1 Hình 5.9 5.7.1. Chọn cáp cho phụ tải địa phương. Theo yêu cầu thiết kế phụ tải cấp địa phương có: Pmax=18 MW; cos=0,84 Phụ tải địa phương gồm: Bốn đường dây cáp kép có: Pk=3 MW Ba đường dây cáp đơn có: Pđ=2 MW Tiết diện cáp được chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế Jkt Trong đó: Ilvbt: dòng làm việc bình thường. Các đường cáp đơn có dòng làm việc bình thường: Ilvbtđ = kA Các đường cáp kép có dòng làm việc bình thường: Ilvbtk = kA Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại Tra bảng 5.3 trang 56 sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp, ta chọn cáp lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu có: jkt = 2 A/mm2. Tiết diện kinh tế của đường dây cáp kép là: mm2 Tiết diện kinh tế của đường dây cáp đơn là: mm2 Tra bảng trang 288 sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp, ta chọn loại cáp ba pha lõi đồng, có vỏ bọc chì, cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy, đặt trong đất: - Cáp đơn: Fđơn = 120 mm2; Uđm = 6 kV; Icp = 340 A - Cáp kép: Fkép = 95 mm2; Udm = 6 kV; Icp = 295 A * Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài: Điều kiện: Trong đó: k1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ. θcp: nhiệt độ phát nóng cho phép θcp= 650C θmt: nhiệt độ môi trường nơi đặt cáp θcp= 250C θtc: nhiệt độ tiêu chuẩn θtc= 150C k2: hệ số điều chỉnh theo số cáp đặt song song: - Với cáp đơn: k2=1 - Với cáp kép: k2= 0,9 Với cáp đơn: = 0,894×1×340 = 303,96 A > Ilvbtđ = 229 A Với cáp kép: = 0,894×0,9×295 = 237,36 A > Ilvbtk = 172 A Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài. * Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức: Điều kiện: Ta có: Tức là trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện qua cáp không vượt quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh. Theo quy trình thiết bị các cáp có cách điện bằng giấy tẩm dầu, trong điều kiện 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 quá 5 ngày đêm. Dòng điện cưỡng bức qua cáp khi đứt một sợi: Icb = 2×Ilvbt = 2×172 = 344 A Dòng quá tải cho phép: kqt×= 1,3×237,66 = 308,96 A < Icb= 344 A Vậy cáp kép đã chọn không thỏa mãn điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức.Vì thế ta chọn lại cáp có tiết diện lớn hơn một cấp. Ta chọn cáp có: F = 120 mm2; Uđm=6 kV; Icp= 340 A = 0,894×0,9×340 = 273,56 A Dòng quá tải cho phép: kqt×= 1,3×273,56 = 355,63 A > Icb= 344 A Vậy cáp kép đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức. 5.7.2. Chọn máy biến áp cho phụ tải địa phương. Theo kết quả chương 1, ta có công suất phụ tải địa phương cực đại SĐPmax=21,43 MVA. Các máy biến áp địa phương được chọn theo điều kiện quá tải: Trong đó: kqt: là hệ số quá tải cho phép của máy biến áp kqt=1,4. MVA Từ những điều kiện trên ta chọn máy biến áp địa phương là loại máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại TДHC, có các thông số cho ở bảng 5.7. Bảng 5.7 Loại máy Sđm MVA Điện áp định mức Tổn thất công suất UN% I0% UCđm kV UHđm kV ΔPN ΔP0 TДHC 16000 18 6,3 17,8 105 10 0,6 5.7.3. Chọn máy cắt cho phụ tải địa phương. Chọn máy cắt theo các điều kiện sau: - Loại máy cắt: Máy cắt hợp bộ. - Điện áp: UđmMC ≥ Umạng - Dòng điện: IđmMC ≥ Icb - Dòng điện cắt: Icđm ≥ I” - Điều kiện ổn định động: ildd ≥ ixk - Điều kiện ổn định nhiệt: 1) Chọn máy cắt phía 18 kV. Từ những điều kiện trên ta chọn máy cắt hợp bộ loại 8BK41, có các thông số cho ở bảng 5.8. Bảng 5.8 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 kA ICđm kA ildd kA N5 ĐP 18 0,687 43,782 111,451 8BK41 18 12,5 80 225 2) Chọn máy cắt sau máy biến áp địa phương. Để chọn máy cắt sau máy biến áp địa phương ta tính dòng ngắn mạch tại điểm N6 sau máy biến áp địa phương. Nguồn cung cấp là toàn hệ thống và các máy phát của nhà máy. Để đơn giản trong tính toán ngắn mạch ta có thể gộp chung hệ thống và toàn bộ nhà máy. Chọn Scb=100 MVA; Ucb=Utb Theo tính toán ngắn mạch trong chương 3 ta có dòng ngắn mạch tại N5 là=43,782 kA. Khi đó ta có thể tính được điện kháng tương đối cơ bản tại N5: Điện kháng tương đối của máy biến áp địa phương : · Eå XB N6 Ta có sơ đồ thay thế Hình 5.10 Điện kháng tính toán tính đến điểm N6 là: Dòng ngắn mạch tại N6 là: kA Dòng xung kích tại điểm N6 là: kA Dòng điện cưỡng bức tại N6 là dòng qua máy biến áp trong trường hợp một máy biến áp làm việc: kA Căn cứ vào số liệu tính toán ở trên ta chọn máy cắt có các thông số kỹ thuật cho ở bảng 5.9. Bảng 5.9 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 UdmMC kV IdmMC kA ICdm kA ildd kA N6 ĐF 6 2,062 13,129 33,422 8DA10 7,2 2,5 40 110 Vì các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.7.4. Kiểm tra cáp tại các đường dây phụ tải địa phương. 1) Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp đầu đường dây phụ tải địa phương. Điều kiện: Dòng ổn định nhiệt của cáp: Trong đó: F1: tiết diện cáp. C: hằng số ổn định nhiệt của cáp đồng, CCU=141 A/mm2. tC1: Thời gian cắt của máy cắt ở đầu đường dây, thời gian này lớn hơn một cấp so với máy cắt ở cuối đường dây tC1=tC2+=0,4+0,2=0,6 s Do đó: kA > kA Vậy cáp đã chọn đảm bảo ổn định nhiệt khi có ngắn mạch tại N6 2) Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp trạm cuối đường dây phụ tải địa phương. Theo yêu cầu thiết kế, các trạm cuối đường dây phụ tải địa phương dùng cáp lõi đồng có tiết diện nhỏ nhất Fmin=70 mm2, máy cắt có dòng điện cắt định mức ICđm2=20 kA, thời gian cắt ngắn mạch tC2=0,4 s Điều kiện kiểm tra: Dòng ổn định nhiệt của cáp. Trong đó: F2: tiết diện cáp. C: hằng số ổn định nhiệt của cáp đồng, CCU=141 A/mm2. tC1: Thời gian cắt của máy cắt ở cuối đường dây tC2=0,4 s. Do đó: kA Điện kháng của cáp đầu đường dây: · Eå XB N7 XC1 Ta có sơ đồ thay thế: Hình 5.11 Điện kháng tính toán đến điểm N7 là: = 59,296 > 3 Dòng điện ngắn mạch tại N7 là: kA Vì kA < {20 kA; 15,6 kA}. Vậy cáp đã chọn đảm bảo ổn định nhiệt khi có ngắn mạch tại N7. CHƯƠNG 6 SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG Điện tự dùng trong nhà máy nhiệt điện có vai trò rất quan trọng trong quá trình vận hành nhà máy điện. Điện tự dùng trong nhà máy nhiệt điện cơ bản chia thành hai phần khác nhau: - Một phần cung cấp cho các máy công tác đảm bảo sự làm việc của lò hơi và tua bin các tổ máy. - Phần kia cung cấp cho các máy công tác phục vụ chung không liên quan trực tiếp đến lò hơi và tua bin, tuy nhiên cần thiết cho sự làm việc của nhà máy. Trong nhà máy nhiệt điện, điện tự dùng sử dụng hai cấp điện áp 6 kV và 0,4 kV. Ở cấp điện áp 6 kV ta dùng 4 phân đoạn để cung cấp điện, mỗi phân đoạn qua máy biến áp giảm áp 18/6 kV. Cấp điện áp 0,4 kV được cung cấp qua máy biến áp giảm áp 6/0,4 kV. Để dự trữ cho cấp 6 kV ta dùng một máy biến áp nối với cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu phía trên máy cắt các bộ máy phát - máy biến áp. Dự trữ cho cấp 0,4 kV ta dùng một máy biến áp nối với thanh góp dự trữ 6 kV. Sơ đồ nối điện tự dùng ở hình 6.1. Sơ đồ nối điện mạch tự dùng: ~ ~ ~ ~ AT1 AT2 T1 T2 8KB41 8KB41 6 kV 0,4 kV TДHC-10000 TMH-1600 8KB41 TДHC -16000 G1 G2 G3 G4 TMH-1600 8DA10 M40 8DA10 M40 8DA10 PBK-20/5000 Hình 6.1 6.1. Chọn máy biến áp cấp một 6.1.1. Máy biến áp công tác: Máy biến áp cấp một có nhiệm vụ nhận điện từ đầu cực máy phát cung cấp cho các phụ tải tự dùng 6 kV, còn lại cung cấp tiếp cho phụ tải tự dùng cấp 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 6 kV và tổng công suất của các máy biến áp cấp hai nối tiếp với nó. Theo nhiệm vụ thiết kế, ta chọn công suất của máy biến áp tự dùng cấp một theo công suất tự dùng cực đại của toàn nhà máy STDmax=42,35 MVA. Ta dùng bốn máy biến áp công tác có công suất: MVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số cho ở bảng 6.1. Bảng 6.1: Loại SdmB kVA Điện áp kV Tổn thất kW Un% I0% Cuộn cao Cuộn hạ ∆P0 ∆PN TДHC 10000 18 6,3 12,3 85 8 0,8 6.1.2. Máy biến áp dự trữ: Máy biến áp dự trữ có nhiệm vụ dự phòng cho các máy biến áp cấp một và để cung cấp cho hệ thống tự dùng trong quá trình dừng và khởi động lò. Công suất cần thiết để dừng một tổ máy và khởi động tổ máy khác chiếm khoảng 50% công suất cần thiết cho sự làm việc bình thường của khối lúc đầy tải. Do vậy công suất của máy biến áp dự trữ được chọn lớn hơn so với công suất của máy biến áp công tác. SđmBdt ≥ 10,288×1,5 = 15,432 MVA Vậy ta chọn máy biến áp dầu có thông số cho ở bảng 6.2. Bảng 6.2: Loại SdmB kVA Điện áp kV Tổn thất kW Un% I0% Cuộn cao Cuộn hạ ∆P0 ∆PN TДHC 16000 18 6,3 17,8 105 10,0 0,6 6.2. Chọn máy biến áp cấp hai Máy biến áp cấp hai dùng để cung cấp cho các động cơ 380/220 V và chiếu sáng. Công suất của máy biến áp thường nằm khoảng 630 ¸ 1600 kVA. Máy biến áp công suất lớn hơn không mong muốn vì lúc đó dòng ngắn mạch trong lưới 380 V và giá thành thiết bị tương ứng tăng lên quá nhiều. Giả thiết các phụ tải này chiếm 15% công suất phụ tải cấp một. Khi đó ta chọn công suất của mỗi máy biến áp cấp hai là: MVA. Vậy ta chọn máy biến áp dầu có các thông số cho ở bảng 6.3. Bảng 6.3: Loại SdmB2 kVA Điện áp, kV Tổn thất, kW Un% I0% Cuộn cao Cuộn hạ ∆P0 ∆PN TMH 1600 6 0,4 2,8 18 5,5 1,3 Nhà máy thiết kế, ta đặt 4 máy công tác cấp hai, do đó ta đặt một máy biến áp cấp hai dự trữ cho các máy công tác, công suất của máy biến áp dự trữ được chọn bằng công suất các máy công tác, có thông số cho ở bảng 6.2. 6.3. Chọn máy cắt cho mạch tự dùng. Ta chọn máy cắt theo các điều kiện sau: - Điện áp: UđmMC ≥ Umạng - Dòng điện: IđmMC ≥ Icb - Điều kiện cắt: ICđm ≥ I” - Điều kiện ổn định động: ildd ≥ ixk - Điều kiện ổn định nhiệt: 6.3.1. Chọn máy cắt ở cấp điện áp 18 kV. Để chọn máy cắt cho cấp điện áp 18 kV, ta xét điểm ngắn mạch N5 đã được tính ở chương 3. kA; ixk=111,451 kA Dòng điện làm việc bình thường qua máy cắt: kA Chọn dòng điện cưỡng bức bằng dòng điện làm việc bình thường. Icb = Ilvbt=0,34 kA Từ những điều kiện trên, ta chọn máy cắt có thông số cho ở bảng 6.4. Bảng 6.4: 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 kA ICđm kA ildd kA N5 TD 18 0,34 43,782 111,451 8BK41 18 12,5 80 225 Vì máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 6.3.2. Chọn máy cắt ở cấp điện áp 6,3 kV. Để chọn máy cắt cho cấp điện áp này, ta phải tính dòng ngắn mạch ba pha tại điểm N8 dưới máy biến áp tự dùng cấp một. Nguồn cung cấp là toàn hệ thống và các máy phát của nhà máy. Để đơn giản trong tính toán ngắn mạch ta có thể gộp chung hệ thống và toàn bộ nhà máy. Chọn Scb=100 MVA; Ucb=Utb Theo tính toán ngắn mạch trong chương 3, ta có dòng ngắn mạch tại N5 là=43,782 kA. Khi đó ta có thể tính được điện kháng tương đối cơ bản tại N5: Điện kháng tương đối của máy biến áp cấp một: Để chọn máy cắt, ta xét ngắn mạch nặng nề nhất tại điểm N8, do dó ta chọn XBtd=0,625. XBtd1 · Eå N8 Ta có sơ đồ thay thế: Hình 6.2 Điện kháng tính toán tính đến điểm N8 là: Dòng ngắn mạch tại N8 là: kA Dòng xung kích tại điểm N8 là: kA Coi dòng điện làm việc cưỡng bức bằng dòng điện làm việc ở mạch dự trữ khi khởi động hoặc dừng lò: kA Với Sđmdt: Công suất định mức của máy biến áp dự trữ. Từ những điều kiện và giá trị tính được ở trên ta chọn máy cắt có các thông số kỹ thuật cho ở bảng 6.5. Bảng 6.5 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 UdmMC kV IdmMC kA ICdm kA ildd kA N8 TD 6 1,539 13,129 33,422 8DA10 7,2 2,5 40 110 Vì các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 6.4. Chọn dao cách ly cho mạch tự dùng. Nhiệm vụ chủ yếu của dao cách ly là tạo ra một khoảng hở cách điện trông thấy được giữa bộ phận mang điện với bộ phận cắt điện, nhằm 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 ³ Uđm - Dòng điện: IđmCL ³ Icb - Điều kiện ổn định động: ildd ³ ixk - Điều kiện ổn định nhiệt: Dựa vào kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch và dòng điện cưỡng bức, ta chọn dao cách ly cho cấp điện áp này, có thông số cho ở bảng 6.6. Bảng 6.6 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số định mức Uđm kV Icb kA ixk kA UđmCL kV IđmCL A ildd kA N5 TD 18 0,34 111,451 PBK-20/5000 18 5000 200 Vì các dao cách ly đã chọn có dòng định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 6.5. Chọn Áptomát cho cấp điện áp 0,4 kV. Áptomát được chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp: UđmAT ≥ Uđmmạng - Dòng điện: IđmAT ≥ Icb - Điều kiện cắt: ICđm ≥ I” Để chọn áptomát cho cấp điện áp 0,4 kV, ta phải tính toán ngắn mạch tại điểm N9, tại cấp điện áp 0,4 kV. Khi đó nguồn cung cấp là toàn bộ hệ thống và các máy phát của nhà máy. Để đơn giản trong tính toán ta gộp chung hệ thống và toàn bộ nhà máy. Điện kháng tương đối của máy biến áp cấp hai: XBtd1 · Eå N9 XBtd2 Ta có sơ đồ thay thế: Hình 6.3 Điện kháng tính toán tính đến điểm N9 là: = 247,86 > 3 Dòng ngắn mạch tại N9 là: kA Dòng điện làm việc cưỡng bức A = 2,309 kA Với Sđmdt2: Công suất định mức của máy biến áp dự trữ ở cấp 0,4 kV. Từ những điều kiện và giá trị tính được ở trên, tra bảng 3.4 trang 355 sách hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp, đô thị và nhà cao tầng, ta chọn áptomát có các thông số kỹ thuật cho ở bảng 6.7. Bảng 6.7: Cấp điện áp Dòng điện tính toán Loại áptomát Đại lượng định mức Ilvcb kA kA Uđm kV Icđm kA ildd kA 0,4 2,309 30,32 M40 0,4 4 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong quá trình làm đồ án em đã sử dụng những tài liệu tham khảo: 1. Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp – phần điện Tác giả: PSG.TS.Nguyễn Hữu Khái Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2006 2. Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp Tác giả: TS.Đào Quang Thạch (chủ biên) PSG.TS.Phạm Văn Hòa Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2007 3. Ngắn mạch trong hệ thống điện Tác giả: GS.TS.Lã Văn Út Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2000 4. Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp, đô thị và nhà cao tầng Tác giả: Nguyễn Công Hiền (chủ biên) Nguyễn Mạnh Hoạch Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2005 5. Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện (từ 0,4 – 500 kV) Tác giả: Ngô Hồng Quang Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, năm 2007