Đồ án Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp

ều kiện : SđmB ≥ ≈ SđmF Trong đó : SđmF : công suất định mức máy phát SđmB : công suất định mức máy biến áp ta chọn. Áp dụng để chọn máy biến áp ta có: SđmF = 62,5 ( MVA ) → ta chọn được máy biến áp B1 có mã hiệu và tham số như sau : Mã Hiệu Sđm ( MVA ) Uc ( kV ) UH (kV) ΔP0 ( kW) ΔPN (kW ) UN% Io% Giá 103 rúp TPДЦH 63 230 11 67 300 12 0,8 109 → ta chọn máy biến áp B4 có số hiệu và tham số như bảng sau : Mã Hiệu Sđm ( MVA ) Uc ( kV ) UH ( kV ) ΔP0 ( kW ) ΔPN ( kW ) UN% Io% Giá 106 rúp TPДЦH 63 115 11 59 245 10,5 0,6 91 2.2 Chọn máy biến áp liên lạc : Với nhận xét như ở trên ta chọn các máy biến áp liên lạc B2, B3 là các máy biến áp tự ngẫu. Đối với máy biến áp tự ngẫu thì lõi từ cũng như các cuộn dây nối tiếp, trung, hạ đều được thiết kiết theo công suất tính toán : Stt ≥ α.SđmB Trong đó : ♦ α : là hệ số có lợi của máy biến áp. Ta có : ♦ SđmB : công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu. Để chọn được công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu trước hết phải xác định được công suất tải lớn nhất trong suốt 24h của từng cuộn dây. Gọi là công suất thừa lớn nhất. Công thức xác định công suất định mức MBA tự ngẫu như sau : Mà ta có: à Ta chọn MBATN có các thông số cho trong bảng sau: Mã hiệu Sđm ( MVA) U ( kV ) ΔPo (Kw) ΔPN (kw) ΔUN % Io% C T H C T H C T H ATдцTH 125 230 121 11 75 290 145 145 11 31 19 0,6 3. Kiểm tra quá tải của các máy biến áp. 3.1 Các máy biến áp nối bộ B1, B4. Vì hai máy biến áp này đã được chọn có công suất lớn hơn công suất định mức của máy phát điện. Đồng thời từ 0 – 24h ta coi luôn cho hai bộ này làm việc với phụ tải bằng phẳng như đã trình bày trong phần trước, nên đối với 2 máy biến áp B1,B4, ta không cần kiểm tra quá tải. 3.2 Các máy biến áp liên lạc B3 và B2. 3.2.1 Quá tải sự cố. Ta chỉ cần kiểm tra các máy biến áp tự ngẫu trong các trường hợp sự cố nặng nề nhất khi SUTmax và SUTmin , xét các trường hợp sau : ● Giả thiết sự cố 1 MBA bộ B4 hỏng ứng với thời điểm phụ tải điện áp trung cực đại SUTmax =142,86 ( MVA ) trong thời điểm từ 16h – 18h . - Điều kiện kiểm tra quá tải: → thỏa mãn Ta có sơ đồ sau: Phân bố công suất khi sự cố là : Ta thấy chiều truyền tải công suất là từ C,HàT. Nên cuộn chung mang tải nặng nhất ♦ Kiểm tra mức độ non tải hay quá tải theo công thức sau : Lượng công suất thiếu của nhà máy phát vào hệ thống được tính theo công thức: là SDP của hệ thống => Hệ thống làm việc ổn định. Giả thiết MBA tự ngẫu B3 hoặc B2 bị sự cố ứng với thời điểm phụ tải trung cực đại.(ở đây xét máy B3 sự cố) SUTmax =142,86 ( MVA ) vào thời điểm 16h – 18h - Điều kiện kiểm tra sự cố : → thoả mãn. Ta có sơ đồ như sau : - Phân bố công suất khi sự cố : Khi sự cố MBATN thì ta thấy công suất truyền từ hạ lên cao và hạ lên trungà cuộn chung mang tải nặng nhất. ♦ Kiểm tra mức độ non tải hay quá tải theo công thức sau : ♦ Lượng công suất thiếu được tính theo công thức: Hệ thống làm việc ổn định. Kết luận: Qua phân tích và tính toán ta thấy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu. 4.Tính toán tổn thất trong máy biến áp. 4.1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai dây quấn B1,B4 Như phần trên để vận hành đơn giản cho bộ máy phát điện – máy biến áp mang tải bằng phẳng ta có : Trong đó: ∆Po : tổn thất công suất không tải. ∆PN : tổn thất công suất ngắn mạch. - Tổn thất điện năng trong MBA B1: - Tổn thất điện năng trong MBA B4 : - Như vậy tổn thất điện năng của MBA bộ B1 và B4 là : ∆Abộ = ∆A1 + ∆A4 = 2785,24 + 2312,13 = 5097,37 MWh. 4.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu tính theo công thức : Trong đó : ∆A : tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu ( MWh ) ∆Po : tổn thất không tải máy biến áp tự ngẫu ( kW ) : tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao, trung, hạ. : công suất phụ tải phía cao, trung, hạ của MBA tự ngẫu ở thời điểm t ( MVA ) đã được tính ở phần phân bố công suất. ti : khoảng thời gian tính theo giờ của từng thời điểm trong ngày Bảng phân bố công suất trong máy biến áp tự ngẫu như sau: giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 Scc(t) 10,495 10,495 11,255 10,838 3,355 7,34 15,27 3,355 4,115 Sct(t) 28,335 28,335 28,335 35,475 35,475 42,62 35,475 35,475 28,335 Sch(t) 38,83 38,83 39,59 46,313 38,83 49,96 50,745 38,83 32,45 ∆ATN = 657 + 0,0365.( 788,267.4 + 788,267.4 + 816,589.2 + 1132,540.2 + 839,991.4 + 1356,960.2 + 1336,438.2 + 839,991.2 + 576,928.2 ) = 1452,152 MWh Tổng tổn thất trong máy biến áp là: ∆A= ∆Abộ +∆ATN =5097,37 + 1452,152 = 6549,522 MWh. 6. Tính toán dòng điện cưỡng bức cho phương án I. Phía cao áp 220 kV a. Đường dây kép nối với hệ thống. kA b. Phía cao áp MBA liên lạc. ♦ Ở chế độ bình thường : MVA ♦ Chế độ sự cố B4 : MVA ♦ Chế độ sự cố MBA-LL : MVA kA c. Bộ MF – MBA B1. kA Dòng cưỡng bức cực đại của mạch phía 220 kV là: Icb = 0,231 kA. Các mạch phía 110 kV : a. Bộ MF – MBA B4 : kA b. Mạch đường dây kép : kA c. Mạch đường dây đơn : kA d. Phía trung của MBA-LL : ♦ Khi bình thường : MVA ♦ Khi sự cố bên bộ MF – MBA B4 : MVA ♦ Khi sự cố bên MBA-TN : MVA Ta thấy công suất lớn nhất là lúc sự cố bên bộ MF-MBA B4. kA Như vậy mạch phía 110 kV có Icb = 0,5 kA là giá trị lớn nhất. Mạch hạ áp 6,3 kV. a. Phía hạ MBA-TN : kA b. Phía đầu MF : kA. Ta có bảng tổng kết dòng điện cưỡng bức phương án 1 là : Cấp điện áp kV 220 kV 110 kV 6,3 kV Dòng điện cưỡng bức (kA) 0,231 0,5 7,9019 B.Phương án II 1.Phân bố công suất cho các máy biến áp khi làm việc bình thường. 1.1 Đối với các máy biến áp nội bộ B3,B4. Với các bộ MF-MBA vận hành với tải bằng phẳng tức là cho phát hết công suất từ 0-24h lên thanh góp.Khi đó công suất tải qua MBA được tính như sau: Trong đó : : công suất tự dùng lớn nhất. n : số tổ máy của nhà máy thiết kế, n = 4. SdmF : công suất của một tổ máy phát. Áp dụng để tính toán ta có : Phần công suất còn lại do các máy biến áp liên lạc đảm nhận. 1.2 Phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp tự ngẫu B1, B2. - Công suất truyền phía cao của các máy biến áp tự ngẫu sang các phía của máy biến áp như sau : Kết quả tính toán phân bố công suất cho các cuộn dây của máy biến áp được ghi trong bảng sau : giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 Sfnm(t)(MVA) 225 225 225 237,5 225 250 250 225 225 Std(t)(MVA) 18,34 18,34 18,34 18,925 18,34 19,51 19,51 18,34 18,34 Suf(t) (MVA) 13,76 13,76 12,24 10,71 13,76 15,29 13,76 13,76 12,24 Sut(t) (MVA) 114,29 114,29 114,29 128,57 128,57 142,86 128,57 128,57 114,29 Svht(t) 78,61 78,61 80,13 79,295 64,33 72,34 88,16 64,33 65,85 Scc(t) 39,305 39,305 40,065 39,65 32,165 36,17 44,08 32,165 32,925 Sct(t) -0,475 -0,475 -0,475 6,665 6,665 13,81 6,665 6,665 -0,475 Sch(t) 38,83 38,83 39,59 46,315 38,83 49,98 50,745 38,83 32,45 à MBATN làm việc ở chế độ truyền tải điện áp từ hạ,trung và lên cao nên cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất: 2. Chọn loại và công suất định mức của máy biến áp. Công suất của các máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việc bình thường ứng với phụ tải cực đại khi tất cả các máy biến áp đều làm việc. Mặt khác khi có bất kỳ máy biến áp nào phải nghỉ do sự cố hoặc do sữa chữa thì các máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố phải đảm bảo đủ công suất cần thiết. 2.1 Chọn máy biến áp bộ B3,B4. Ta chọn 2MBA đều là loại 3pha hai dây quấn, không điều chỉnh dưới tải, có công suất được chọn theo hai điều kiện : SđmB ≥ ≈SđmF Trong đó : SđmF : công suất định mức máy phát SđmB : công suất định mức máy biến áp ta chọn. Áp dụng để chọn máy biến áp ta có: SđmF = 62,5 ( MVA ) → ta chọn được máy biến áp B3,B4 có mã hiệu và tham số như sau : Mã Hiệu Sđm ( MVA ) Uc ( kV ) UH (kV) ΔP0 ( kW) ΔPN (kW ) UN% Io% Giá 103 rúp TPДЦH 63 115 10,5 59 245 10,5 0,6 107,2 2.2 Chọn máy biến áp liên lạc : Với nhận xét như ở trên ta chọn các máy biến áp liên lạc B1, B1 là các máy biến áp tự ngẫu. Đối với máy biến áp tự ngẫu thì lõi từ cũng như các cuộn dây nối tiếp, trung, hạ đều được thiết kiết theo công suất tính toán : Stt ≥ α.SđmB Trong đó : ♦ α : là hệ số có lợi của máy biến áp. Ta có : ♦ SđmB : công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu. Để chọn được công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu trước hết phải xác định được công suất tải lớn nhất trong suốt 24h của từng cuộn dây. Gọi là công suất thừa lớn nhất. Công thức xác định công suất định mức MBA tự ngẫu như sau : Mà ta có: à Ta chọn MBATN có các thông số cho trong bảng sau: Mã hiệu Sđm ( MVA) U ( kV ) ΔPo (Kw) ΔPN (kw) ΔUN % Io% C T H C T H C T H ATдцTH 125 230 121 11 75 290 145 145 11 31 19 0,6 3. Kiểm tra quá tải của các máy biến áp. 3.1 Máy biến áp nối bộ B3. Vì hai máy biến áp này đã được chọn có công suất lớn hơn công suất định mức của máy phát điện. Đồng thời từ 0 – 24h ta coi luôn cho hai bộ này làm việc với phụ tải bằng phẳng như đã trình bày trong phần trước, nên đối với máy biến áp B3, ta không cần kiểm tra quá tải. 3.2 Các máy biến áp tự ngẫu B1,B2. 3.2.2.Quá tải sự cố. Ta chỉ cần kiểm tra các máy biến áp tự ngẫu trong các trường hợp sự cố nặng nề nhất khi SUTmax, xét các trường hợp sau : ● Giả thiết sự cố MBA bộ B4 hỏng ứng với thời điểm phụ tải điện áp trung cực đại SUTmax = 142,86 ( MVA ) trong thời điểm từ 16h – 18h . - Điều kiện kiểm tra quá tải: → thỏa mãn Ta có sơ đồ sau : Phân bố công suất khi sự cố là : -Cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất - Kiểm tra mức độ non tải hay quá tải. → thỏa mãn - Lượng công suất thiếu là: àNhà máy làm việc ổn định với hệ thống. Trường hợp hỏng một máy biến áp liên lạc B2 - Điều kiện kiểm tra quá tải: → thỏa mãn Ta có sơ đồ sau : Phân bố công suất khi sự cố là : -Chiều truyền công suất là từ hạ lên trung và lên caoàCuộn hạ mang tải nặng nhất : - Kiểm tra mức độ non tải hay quá tải. → thỏa mãn - Lượng công suất thiếu là: àNhà máy làm việc ổn định với hệ thống. 4.Tính toán tổn thất trong máy biến áp. 4.1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai dây quấn B3,B4 Như phần trên để vận hành đơn giản cho bộ máy phát điện – máy biến áp mang tải bằng phẳng ta có : Trong đó: ∆Po : tổn thất công suất không tải. ∆PN : tổn thất công suất ngắn mạch. - Tổn thất điện năng trong MBA B1: - Tổn thất điện năng trong MBA B4 : - Như vậy tổn thất điện năng của MBA bộ B3 và B4 là : ∆Abộ = ∆A3 + ∆A4 = 2452,294 + 2312,134=4764,428 MWh. 4.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu tính theo công thức : Trong đó : ∆A : tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu ( MWh ) ∆Po : tổn thất không tải máy biến áp tự ngẫu ( kW ) ∆PNC, ∆PNT, ∆PNH : tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao, trung, hạ. SiC, SiT, SiH : công suất phụ tải phía cao, trung, hạ của MBA tự ngẫu ở thời điểm t ( MVA ) đã được tính ở phần phân bố công suất. ti : khoảng thời gian tính theo giờ của từng thời điểm trong ngày Bảng phân bố công suất trong máy biến áp tự ngẫu như sau: giờ 0-4 4-8 8-10 10-12 12-16 16-18 18-20 20-22 22-24 Scc(t) 39,305 39,305 40,065 39,65 32,165 36,17 44,08 32,165 32,925 Sct(t) -0,475 -0,475 -0,475 6,665 6,665 13,81 6,665 6,665 -0,475 Sch(t) 38,83 38,83 39,59 46,315 38,83 49,98 50,745 38,83 32,45 ∆ATN = 657 + 0,0365.( 879,920.4 + 879,920.4 + 914,592.2 + 1167,508.2 + 812,336.4 + 1303,983.2 + 1408,332.2 + 812,336.2 + 615,277.2 ) = 1486,746 MWh Tổng tổn thất trong máy biến áp là: ∆A = ∆Abộ +∆ATN = 4764,428 + 1486,746 = 6251,174 MWh. 1.5. Tính Dòng Điện Cưỡng Bức Của Các Mạch Phía cao áp 220 kV a. Đường dây kép nối với hệ thống. kA b. Phía cao áp MBA liên lạc. ♦ Ở chế độ bình thường : MVA ♦ Chế độ sự cố B4 : MVA ♦ Chế độ sự cố MBA-LL : MVA kA c. Bộ MF – MBA B1. kA Dòng cưỡng bức cực đại của mạch phía 220 kV là: Icb = 0,231 kA. Các mạch phía 110 kV a. Bộ MF – MBA B4 : b. Mạch đường dây kép : kA c. Mạch đường dây đơn : kA d. Phía trung của MBA-LL : ♦ Khi bình thường : MVA ♦ Khi sự cố bên bộ MF – MBA B4 : MVA ♦ Khi sự cố bên MBA-TN : MVA Ta thấy công suất lớn nhất là lúc sự cố bên bộ MF-MBA B4. kA Như vậy mạch phía 110 kV có Icb = 0,5 kA là giá trị lớn nhất. Mạch hạ áp 6,3 kV. a. Phía hạ MBA-TN : kA b. Phía đầu MF : kA. Ta có bảng tổng kết dòng điện cưỡng bức phương án 2 là : Cấp điện áp kV 220 kV 110 kV 6,3 kV Dòng điện cưỡng bức (kA) 0,231 0,5 7,9019 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Tính toán dòng điện ngắn mạch nhằm phục vụ cho việc lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua như máy cắt điện, dao cách ly, kháng điện, thanh dẫn, thanh góp, cáp ... Để tính được dòng điện ngắn mạch, trước hết ta sẽ chọn điểm ngắn mạch tính toán, rồi lập sơ đồ thay thế, tính điện kháng các phần tử, chọn các đại lượng cơ bản. Từ đó tính được dòng ngắn mạch. II. PHƯƠNG ÁN I 1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán B3 B2 B4 F3 F4 220kV 110kV F2 HT§ N-1 N-2 F1 B1 N-4 N-3 N-3’ 2. Xác định điện kháng của các phần tử Tính điện kháng của các phần tử trong sơ đồ thay thế: Chọn Scb=100MVA; Ucb=Utbcác cấp Hệ thống : - Đường dây: Nhà máy nối với hệ thống 220kV bằng 2 lộ đường dây, chiều dài mỗi lộ 120km: 3. Máy biến áp a, Máy biến áp hai cuộn dây: Có điện kháng máy biến áp hai cuộn dây: b, Máy biến áp tự ngẫu Có điện áp ngắn mạch các cấp: => Điện kháng ngắn mạch các cấp: Máy phát điện Có điện kháng máy phát: 3. Xác định dòng ngắn mạch 3.1. Ngắn mạch tại N-1 ta có sơ đồ tương đương : trong đó : Tiếp tục biến đổi ta được : trong đó: Tiếp tục thu gọn sơ đồ : trong đó : Nhánh máy phát: Điện kháng tính toán : Tra đường cong tính toán ( của máy phát tuabin hơi có cuộn cảm ) với t = 0 và t = ∞ ta có các trị số dòng ngắn mạch như sau : kA kA Nhánh hệ thống : Điện kháng tính toán : Tra đường cong tính toán ( của máy phát tuabin hơi có cuộn cảm) với t=0 và t=∞ ta có trị số dòng ngắn mạch như sau: kA kA - Dòng xung kích tại N1: kA 3.2. Ngắn mạch tại N-2 Biến đổi tương tự như điểm ngắn mạch N-2 ta có sơ đồ tương đương : Biến đổi Y∆ thiếu đối với các nhánh ta có : trong đó: Ghép song song các nhánh có nguồn 5, 7, 9 ta có: Nhánh máy phát : Điện kháng tính toán : Tra đường cong tính toán ( của máy phát tuabin hơi có cuộn cảm ) với t = 0 và t = ∞ ta có các trị số dòng ngắn mạch như sau : kA kA Nhánh hệ thống : Điện kháng tính toán : Xtt = 4,47 > 3; Ngắn mạch xa nguồn và giá trị dòng ngắn mạch đựơc tính như sau: kA - Dòng xung kích tại N2: kA 3.3. Ngắn Mạch Tại N-3’ Khi ngắn mạch tại N-3’, nguồn cung cấp chỉ là máy phát F3 Ta có sơ đồ thay thế như sau: Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến F3 : Tra đường cong tính toán với tại thời điểm t =0 và t =∞ ta có trị số dòng ngắn mạch như sau: kA kA Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N3’: Dòng ngắn mạch xung kích: , với Kxk =1,91 3.4. Ngắn mạch tại N-3 Nguồn cấp là toàn bộ máy phát và hệ thống trừ máy phát F3 Biến đổi tương đương như hình vẽ:Trong đó : Biến đổi thiếu với các nhánh ta có : ta có: Biến đổi đối với các nhánh ta có  Nhánh hệ thống: Điện kháng tính toán XttHT > 3, coi như ngắn mạch xa và giá trị dòng ngắn mạch được tính như sau: Nhánh máy phát: Điện kháng tính toán: Tra đường cong tính toán với XttMF =0,852 tại thời điểm t =0 và t =∞ ta có trị số dòng ngắn mạch như sau: kA kA Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N3: Dòng ngắn mạch xung kích: , với Kxk =1,8 3.5. Ngắn Mạch Tại N-4 Tính điểm ngắn mạch N-4 với nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống. Ta có thể tính ngay được dòng điện ngắn mạch như sau: Vậy: Như vậy ta có bảng kết quả tính ngắn mạch: Bảng 3 : Kết quả tính Điểm ngắn mạch I” , kA I∞ , kA ixk , kA N-1 4,933 4,349 12,557 N-2 8,147 6,328 20,739 N-3’ 42,385 15,465 114,488 N-3 39,52 41,238 100,6 N-4 81,905 56,703 215,088 I. PHƯƠNG ÁN II 1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán Sơ đồ xác định các điểm cần tính ngắn mạch như trên hình vẽ. B1 B2 B3 B4 F1 F3 F4 220kV 110kV F2 HT§ N-1 N-3’ N-3 N-4 N-2 Mạch điện áp 110kV và 220kV thường chỉ chọn 1 loại máy cắt điện, và dao cách ly, nên ta chỉ tính toán ngắn mạch ở một điểm cho mỗi cấp điện áp. Để xác định điểm tính toán ngắn mạch ta căn cứ vào điều kiện thực tế có thể xảy ra sự cố nặng nề nhất. - Để chọn các khí cụ điện cho mạch 220kV ta lấy điểm N1 trên thanh góp 220kV là điểm tính toán ngắn mạch. Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N1 là tất cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống. - Để chọn các khí cụ điện cho mạch 110kV ta chọn điểm N2 trên thanh góp 110 kV. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là các máy phát điện và hệ thống. - Chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện: điểm ngắn mạch N3 và N3’. +Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 là các máy phát điện và hệ thống trừ máy phát F1. +Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3’ chỉ là máy phát F1. - Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng : điểm ngắn mạch N4, nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống 2. Xác định điện kháng của các phần tử Chọn và Ucb bằng điện áp trung bình các cấp, tức là: Các dòng điện cơ bản có thể xác định được: áp dụng các công thức tính toán, ta xác định trị số các phần tử trên sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. Hệ thống. Đường dây 220kV nối nhà máy với hệ thống. Máy biến áp tự ngẫu B1, B2. Tính điện áp ngắn mạch các cấp : Điện kháng thay thế: Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4. Máy phát điện. Điện kháng thay thế: 3. xác định dòng ngắn mạch 3.1. Ngắn mạch tại N-1 Biến đổi ta được : Tiếp tục thu gọn sơ đồ : Sơ đồ đơn giản : Nhánh máy phát: Điện kháng tính toán : Tra đường cong tính toán ( của máy phát tuabin hơi có cuộn cảm ) với t = 0 và t = ∞ ta có các trị số dòng ngắn mạch như sau : kA kA Nhánh hệ thống : Điện kháng tính toán : Xtt =2,763 < 3 Tra đường cong tính toán ( của máy phát tuabin hơi có cuộn cảm) với t=0 và t=∞ ta có trị số dòng ngắn mạch như sau: kA kA → IN1’’ = IHT’’ + IMF’’ = 2,786 + 1,7572 = 4,5432 (kA) →IN1∞ = IHT∞ + IMF∞ = 2,975 + 1,349 = 4,324 (kA) - Dòng xung kích tại N1: kA 3.2. Ngắn mạch tại N-2 Biến đổi tương đương ta được : Cuối cùng ta có sơ đồ : àSơ đồ đơn giản : Nhánh máy phát: Điện kháng tính toán : Tra đường cong tính toán ( của máy phát tuabin hơi có cuộn cảm ) với t = 0 và t = ∞ ta có các trị số dòng ngắn mạch như sau : kA kA Nhánh hệ thống : Điện kháng tính toán : Xtt = 4,143 >3; XttHT >3, coi như ngắn mạch xa và giá trị dòng ngắn mạch được tính như sau: → IN2’’ = IHT’’ + IMF’’ = 3,635 + 5,648 = 9,283 (kA) →IN2∞ = IHT∞ + IMF∞ = 3,635 + 3,075 = 6,71 (kA) - Dòng xung kích tại N2: kA 3.3. Ngắn Mạch Tại N-3’ Khi ngắn mạch tại N-3’, nguồn cung cấp chỉ là máy phát F1 Ta có sơ đồ thay thế như sau: Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến F1 : Tra đường cong tính toán với XttF =0,1336 tại thời điểm t =0 và t =∞ ta có trị số dòng ngắn mạch như sau: kA kA Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N3’: Dòng ngắn mạch xung kích: , với Kxk =1,91 3.4. Ngắn mạch tại N-3 Nguồn cấp là toàn bộ máy phát và hệ thống trừ máy phát F1 Sơ đồ tương đương : Trong đó : Tiếp tục thu gọn sơ đồ : ở đây : Biến đổi đối với các nhánh ta có : Nhánh hệ thống: Điện kháng tính toán XttHT >3, coi như ngắn mạch xa và giá trị dòng ngắn mạch được tính như sau: Nhánh máy phát: Điện kháng tính toán: Tra đường cong tính toán với XttMF =0,7941 tại thời điểm t =0 và t =∞ ta có trị số dòng ngắn mạch như sau: kA kA Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N3: Dòng ngắn mạch xung kích: , với Kxk =1,8 3.5. Ngắn Mạch Tại N-4 Tính điểm ngắn mạch N-4 với nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống. Ta có thể tính ngay được dòng điện ngắn mạch như sau: Vậy: Như vậy ta có bảng kết quả tính ngắn mạch: Bảng 3.1 Kết quả tính Điểm ngắn mạch I” , kA I∞ , kA ixk , kA N-1 4,5432 4,324 11,565 N-2 9,283 6,71 23,631 N-3’ 42,385 15,465 114,488 N-3 41,677 42,88 106,092 N-4 84,062 58,345 220,58 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1 Chọn máy cắt điện và dao cách ly. 4.1.1 Chọn máy cắt điện Nhiệm vụ: Máy cắt điện có nhiệm vụ đóng cắt mạch điện áp cao (> 1000 V) lúc bình thường cũng như là lúc có sự cố. Điều kiện để chọn máy cắt điện (MC) là: Trong đó: UdmMC : điện áp định mức của MC IdmMC : dòng điện định mức của MC ICdmMC: dòng cắt định mức của MC IlddmMC: dòng ổn định động của MC Nếu Idm > 1000 A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt. Chọn MC cho phương án 2: Bảng 4.1 Thông số máy cắt điện của phương án 1 Chọn MC cho phương án 1: Cấp điện áp; kV Điểm ngắn mạch Đại lượng tính toán Loại máy cắt Đại lượng định mức Icb; kA I”(3); kA Ixk; kA Udm, kV Idm; kA Icdm; kA ilddm; kA 220 N1 0,231 4,933 12,557 3AQ1 245 4 40 100 110 N2 0,5 8,147 20,739 3AQ1 123 4 40 100 6,3 N3’ 7,9019 42,385 114,488 MГ-20-9500/3000 20 9,5 100 300 Bảng 4.2 Thông số máy cắt điện của phương án 2 Chọn MC cho phương án 2: Cấp điện áp; kV Điểm ngắn mạch Đại lượng tính toán Loại máy cắt Đại lượng định mức Icb; kA I”(3); kA Ixk; kA Udm, kV Idm; kA Icdm; kA ilddm; kA 220 N1 0,231 4,5432 11,565 3AQ1 245 4 40 100 110 N2 0,5 9,283 23,631 3AQ1 123 4 40 100 6,3 N3’ 7,9019 42,385 114,488 MГ-20-9500/3000 20 9,5 100 300 4.1.2 Chọn dao cách ly Nhiệm vụ: Dao cách ly là vị trí đóng mở cơ khí, ở vị trí mở tạo nên khoảng cách cách điện trông thấy được. Điều kiện chọn dao cách ly (DCL) UdmCL : điện áp định mức của CL IdmCL : dòng điện định mức của CL ICdmCL: dòng cắt định mức của CL IlddmCL: dòng ổn định động của CL Nếu Idm > 1000 A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt. Bảng 4.3 Thông số dao cách ly của phương án 1 Cấp điện áp; kV Điểm ngắn mạch Đại lượng tính toán Loại DCL Đại lượng định mức Icb; kA Ixk; kA Udm, kV Idm; kA ilddm; kA 220 N1 0,231 12,557 SGC-245/1250 245 1,25 80 110 N2 0,5 20,739 SGCP-123/1250 123 1,25 80 6,3 N3’ 7,9019 114,488 PBK-20/12500 20 12,5 250 Bảng 4.4 Thông số dao cách ly của phương án 2 Cấp điện áp; kV Điểm ngắn mạch Đại lượng tính toán Loại DCL Đại lượng định mức Icb; kA Ixk; kA Udm, kV Idm; kA ilddm; kA 220 N1 0,231 11,565 SGC-245/1250 245 1,25 80 110 N2 0,5 23,631 SGCP-123/1250 123 1,25 80 6,3 N3’ 7,9019 114,488 PBK-20/12500 20 12,5 250 4.1 Chọn sơ đồ thiết bị phân phối Việc chọn sơ đồ thiết bị phân phối được căn cứ vào số mạch đường dây đấu nối vào chúng. Có: - Phụ tải cấp điện áp máy phát gồm 3 kép x 3MW x 4km, 2 đơn x 2MW x 4km. - Phụ tải cấp điện áp trung gồm 1 kép x 80MW, 1 đơn x 40MW. - Nhà máy nối với hệ thống 220kV bằng 2 lộ đường dây, chiều dài mỗi lộ là 120km. Nên: - Cấp 220kV: có 2 mạch đường dây, do nối với hệ thống nên chọn loại sơ đồ hai hệ thống thanh góp. - Cấp 110kV: có 3 mạch đường dấy, dùng sơ đồ thiết bị phân phối hai hệ thống thanh góp. Phương án 1: Ta có sơ đồ thiết bị phân phối: Phương án 2: Ta có sơ đồ thiết bị phân phối: 4.2 Tính toán kinh tế kỹ thuật, chọn phương án tối ưu A.Phương án 1: 1. Vốn đầu tư V = VB2 + VTBPP2 Có vốn đầu tư mua máy biến áp: VB = ∑kB.Vb Ta có bảng: B1 B2 B3 B4 Vb, 106 đ 7630 12950 12950 6370 kB 1,4 1,4 1,4 1,5 KB.Vb, 106 đ 8918 18130 18130 9555 => VB = 56,497.109 đ Có vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối: VTBPP =∑ni.vTBPPi = 6.vTBPPC + 7.vTBPPT + 2.vTBPPH = 6.3,35.109 + 7.1,5.109 + 2.0,6.109 = 31,8.109 đ => Vốn đầu tư là: V = 56,497.109 + 31,8.109 = 88,297.109 đ 2. Chi phí vận hành hàng năm Chi phí vận hành hàng năm: P = P1 + P2 Có tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn là: P1 =a%. V = 8,4%. 88,297.109 = 7,4169.109 đ Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp: P2 = β.∆A = 1000. 7,5619.106 = 7,5619.109 đ => P = 7,4169.109 + 7,5619.109 = 14,9788.109 đ B.Phương án 2: 1. Vốn đầu tư V = VB2 + VTBPP2 Có vốn đầu tư mua máy biến áp: VB = ∑kB.Vb Ta có bảng: B1 B2 B3 B4 Vb, 106 đ 7609 7609 6370 6370 kB 1,4 1,4 1,5 1,5 KB.Vb, 106 đ 10652,6 10652,6 9555 9555 => VB = 40,4152.109 đ Có vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối: VTBPP =∑ni.vTBPPi = 5.vTBPPC + 8.vTBPPT + 2.vTBPPH = 5.3,35.109 + 8.1,5.109 + 2.0,6.109 = 29,95.109 đ => Vốn đầu tư là: V = 40,4152.109 + 29,95.109 = 70,3652.109 đ 2. Chi phí vận hành hàng năm Chi phí vận hành hàng năm: P = P1 + P2 Có tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn là: P1 =a%. V = 8,4%. 70,3652.109 = 5,9107.109 đ Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp: P2 = β.∆A = 1000. 7,6.106= 7,6.109 đ => P =5,9107.109 + 7,6.109 = 13,5107.109 đ 4.2.3 Lựa chọn phương án tối ưu Ta có bảng: Phương án V, 109 đ P, 109 đ 1 88,297 70,3652 2 14,9788 13,5107 Có: V1> V2 P2> P1 => chọn phương án 2 là phương án tối ưu, ta sẽ dùng phương án này để tính toán tiếp. Chương 5: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 5.1 Chọn máy cắt điện và dao cách ly Theo kết quả của chương 4 ta có Bảng 5.1 Thông số máy cắt điện của phương án 2 Cấp điện áp; kV Điểm ngắn mạch Đại lượng tính toán Loại máy cắt Đại lượng định mức Icb; kA I”(3); kA Ixk; kA Udm, kV Idm; kA Icdm; kA ilddm; kA 220 N1 0,231 4,5432 11,565 3AQ1 245 4 40 100 110 N2 0,5 9,283 23,631 3AQ1 123 4 40 100 6,3 N3’ 7,9019 42,385 114,488 MГ-20-9500/3000 20 9,5 100 300 Bảng 5.2 Thông số dao cách ly của phương án 2 Cấp điện áp; kV Điểm ngắn mạch Đại lượng tính toán Loại DCL Đại lượng định mức Icb; kA Ixk; kA Udm, kV Idm; kA ilddm; kA 220 N1 0,231 11,565 SGC-245/1250 245 1,25 80 110 N2 0,5 23,631 SGCP-123/1250 123 1,25 80 6,3 N3’ 7,9019 114,488 PBK-20/12500 20 12,5 250 5.2 Chọn thanh dẫn cứng cho máy phát điện Thanh dẫn cứng làm nhiệm vụ nối từ máy phát điện đến cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp liên lạc. Tiết diện của thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép. 5.2.1 Chọn loại và tiết diện thanh dẫn cứng Để chọn được loại thanh dẫn ta cần xác định dòng cưỡng bức chạy qua thanh dẫn đang chọn. Cụ thể như sau: Nếu dòng cưỡng bức từ 3000 A trở lại thì chọn loại hình chữ nhật. Nếu dòng cưỡng bức từ trên 3000 A đến 8000 A thì chọn loại máng. Nếu dòng cưỡng bức trên 8000 A thì chọn loại ống. Theo như phần chương 2 đã tính toán, ta xác định được dòng cưỡng bức qua thanh dẫn cứng là: 7,9019 kA. Vậy ta chọn thanh dẫn cứng loại máng. Để chọn tiết diện cho thanh dẫn ta chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép: Trong đó: - dòng cho phép làm việc lâu dài đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ đặt thanh dẫn. Trong đó: θcp – nhiệt độ cho phép lúc bình thường ( thường lấy bằng 700C). θxq – nhiệt độ môi trường xung quanh (Việt Nam lấy bằng 350C). θch – nhiệt độ tiêu chuẩn của nhà chế tạo ( lấy bằng 250C). Theo (5.1) ta có: 0,88.Icp > Icb = 7,9019 kA ⇒ Icp > 8,9794 kA. Vậy ta chọn thanh dẫn bằng đồng loại hình máng có thông số như sau: Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cứng Kích thước, mm Tiết diện một cực, mm2 Mô men trở kháng, cm3 Mô men quán tính, cm4 Dòng điện cho phép cả 2 thanh, A H b c r Một thanh Hai thanh Wyo-yo Một thanh Hai thanh Jyo-y0 Wx-x Wy-y Jx-x Jy-y 200 90 10 14 3435 193 40 422 1930 254 4220 9900 Hình 5.1 Hình vẽ mặt cắt của thanh dẫn cứng 5.2.2 Kiểm tra ổn định nhiệt Vì Icp của thanh dẫn bằng nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. 5.2.3 Kiểm tra ổn định động Theo tiêu chuẩn của vật liệu cơ, ứng suất của vật liệu thanh dẫn đồng không được lớn hơn ứng suất cho phép của nó: stt ≤ scp Đối với đồng ứng suất cho phép là scp = 1400 kg/cm2 Thanh dẫn hình máng thì ứng suất tính toán được tính bằng công thức thức stt = s1 + s2 (5.3) với: s1 - ứng suất trong thanh dẫn gây ra bởi lực tác động tương hỗ giữa các pha. s2 - ứng suất do lực tác động giữa hai thanh dẫn trong một pha. · Xác định ứng suất s1: + Lực tính toán: kg trong đó: - dùng điện xung kích ngắn mạch 3 pha, = 107,345 kA l1 – khoảng cách của một nhịp sứ, cm a – khoảng cách giữa các pha, cm Với cấp điện áp 6,3 kV có thể chọn khoảng cách giữa 2 sứ liền nhau của 1 pha là : l1 = 120 cm, khoảng cách giữa các pha : a = 60 cm. kg + Xác định mô men uốn: + Ứng suất tính toán: kg/cm2 · Khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm l2max: kg/cm Để thỏa mãn ổn định động thì stt = s1 + s2 ≤ scp Hay s2 ≤ scp - s1 mà nên cm So sánh khoảng cách giữa hai sứ liền nhau l1 = 120 cm, và khoảng cách lớn nhất giữa 2 miếng đệm là l2max = 386,473 cm ta thấy giữa hai sứ đỡ không cần thêm miếng đệm. 5.2.4 Kiểm tra dao động riêng của thanh dẫn Tần số dao động riêng của sứ và thanh dẫn cần phải nằm ngoài khu vực cộng hưởng với giới hạn ±10% tần số chính của hệ thống. Cụ thể với tần số hệ thống 50 Hz thì tần số riêng này phải nằm ngoài giới hạn 45-55 Hz và 90-100 Hz. Tần số riêng của thanh dẫn dạng bất kì có thể xác định theo công thức: (5.4) trong đó: l – độ dài thanh dẫn giữa hai sứ, cm E – mô đun đàn hồi của vật liệu làm thanh dẫn, Ecu = 1,1.106 kg/cm2 J – mômen quán tính của tiết diện thanh dẫn đối với trục thẳng góc S – tiết diện ngang của thanh dẫn, cm2 g - khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn, gcu = 8,93 g/cm3 Vậy ta thấy tần số dao động riêng của thanh dẫn nằm ngoài khu vực cộng hưởng nên thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện dao động riêng. 5.3 Chọn sứ đỡ Sứ được chọn theo điều kiện sau: + loại sứ: sứ đỡ + Uđmsứ ≥ Uđmmạng = 6,3 kV Ta chọn loại sứ: OF-10-1250Y3 có thông số kỹ thuật như sau: Uđmsứ = 10 kV, Fph = 1250 kg, chiều cao 134 mm · Kiểm tra ổn định động Hình 5.2 Hình vẽ sơ đồ sứ đỡ Điều kiện kiểm tra ổn định động: F’tt ≤ 0,6.Fph (5.5) trong đó: F’tt – lực phá hoại cho phép của sứ, kg Fph – lực động điện đặt lên sứ khi ngắn mạch ba pha, kg Ta có: kg Fcp = 0,6.Fph = 0,6.1250 = 750 kg Do F’tt = 719,621 kg < Fcp = 750 kg nên sứ đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động. 5.4 Chọn thanh dẫn mềm 5.4.1 Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 220 kV Thanh dẫn mềm được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép Mà 0,88.Icp > Icb = 0,231 kA ⇒ Icp > 0,2625 kA. Ta có bảng thống số kỹ thuật của thanh dẫn Bảng 5.4 Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cấp điện áp 220 kV Tiết diện chuẩn nhôm/thép Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Dòng điện phụ tải cho phép, A Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 95/16 95,4 15,9 13,5 4,5 330 5.4.1.1 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch · Tính xung lượng nhiệt: Xung lượng nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt tỏa ra trong khí cụ điện và dây dẫn ứng với thời gian tác động của dòng ngắn mạch. Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch được tính theo công thức sau: trong đó: iN – dòng ngắn mạch. BNCK – xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần chu kì. BNKCK – xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành không phần chu kì. - Tính xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần chu kì (BNCK): trong đó: Theo kết quả tính toán ngắn mạch ở chương 3, tại điểm ngắn mạch N1 ta có: + Điện kháng tính toán phía hệ thống: XttHT = 2,763 nên ta có: + Điện kháng tính toán phía nhà máy: XttMF = 0,35 tra đường cong tính toán ta có: Dòng ngắn mạch tại các thời điểm phía nhà máy là: Vậy dòng ngắn mạch tại N1 ở các thời điểm là: Bảng 5.5 Dòng ngắn mạch tại N1 ở các thời điểm t 0 0,1 0,2 0,5 1 It, kA 2,2184 1,8572 1,7216 1,6788 1,631 Giá trị trung bình bình phương các khoảng thời gian như sau: Bảng 5.6 Giá trị trung bình bình phương các khoảng thời gian Dt 0,1 0,1 0,3 0,5 4,153 3,202 2,891 2,739 Vậy xung lượng nhiệt thành phần chu kì : - Tính xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần không chu kì (BNKCK): Giá trị xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần không chu kì được tính theo công thức sau: trong đó: I0 – giá trị hiệu dụng dòng siêu quá độ thành phần chu kì t - hằng số thời gian tương đương của lưới, bằng 0,05 đối với lưới trên 1000 V Nên ta có: Vậy xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch trên thanh góp 220 kV là: Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn phải có tiết diện nhỏ nhất là: trong đó: Smin – tiết diện nhỏ nhất của dây dẫn, mm2 BN – xung lượng nhiệt của dây dẫn, A2s C – hệ số, CAl = 79 A2s Vậy Ta thấy chọn S = 95 mm2 > Smin nên thanh dẫn ta chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động. 5.4.1.2 Kiểm tra điều kiện vầng quang trong đó: Uvq – điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang, kV trong đó: r – bán kính ngoài của dây dẫn, cm a – khoảng cách giữa các trục dây dẫn, cm m – hệ số xét đến sự xù xì bề mặt dây dẫn (dây một sợi m = 0,93 – 0,98; dây nhiều sợi m = 0,83 - 0,97) với dây dẫn đã chọn ta có: r = 0,675 cm, a = 5m = 500 cm, m = 0,95 nên < Udmmang = 220 kV, nên ta chọn dây dẫn với thông số sau: Bảng 5.7 Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cấp điện áp 220 kV Tiết diện chuẩn nhôm/thép Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Dòng điện phụ tải cho phép, A Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 330/43 332 43,1 25,2 8,4 690 > Udmmang nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang. 5.4.2 Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 110 kV Ta có 0,88.Icp > Icb = 0,5 kA ⇒ Icp > 0,568 kA. Ta có bảng thống số kỹ thuật của thanh dẫn Bảng 5.8 Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cấp điện áp 110 kV Tiết diện chuẩn nhôm/thép Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Dòng điện phụ tải cho phép, A Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 330/27 325 26,6 24,4 6,6 690 5.4.2.1 Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch - Tính xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần chu kì (BNCK): + Điện kháng tính toán phía hệ thống: XttHT = 4,143 nên ta có: kA + Điện kháng tính toán phía nhà máy: XttF = 0,2345 tra đường cong tính toán ta có: Dòng ngắn mạch tại các thời điểm phía nhà máy là: Vậy dòng ngắn mạch tại N2 ở các thời điểm là : Bảng 5.9 Dòng ngắn mạch tại N2 ở các thời điểm t 0 0,1 0,2 0,5 1 It, kA 9,305 8,045 7,541 7,1 6,785 Giá trị trung bình bình phương các khoảng thời gian như sau: Bảng 5.10 Giá trị trung bình bình phương các khoảng thời gian Dt 0,1 0,1 0,3 0,5 75,256 60,731 53,59 48,198 Vậy xung lượng nhiệt thành phần chu kì: - Tính xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch thành phần không chu kì (BNKCK): Nên ta có: Vậy xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch trên thanh góp 110 kV là: BN = 53,7747 + 4,309 = 58,0837 kA2s Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn phải có tiết diện nhỏ nhất là: Ta thấy chọn S = 330 mm2 > Smin nên thanh dẫn ta chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động. 5.4.2.2 Kiểm tra điều kiện vầng quang Với dây dẫn đã chọn ta có: r = 1,22 cm, a = 5m = 500 cm, m = 0,95 nên > Udmmang nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang. 5.5 Chọn cáp và kháng điện đường dây cho phụ tải địa phương Phụ tải địa phương có cấp điện áp 6,3 có Pmax = 13 MW, cosj = 0,85, gồm 3kép x 3 MW x 4 km và 2 đơn x 2 MW x 4 km. Chọn cáp theo điều kiện Jkt Ta có Tra bảng ứng với cáp cách điện bằng nhôm có Jkt = 1,2 A/mm2 5.5.1 Chọn cáp 5.5.1.1 Chọn cáp đơn · Ta tra bảng ứng với cáp 3 lõi bằng nhôm, cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì hay nhôm, đặt trong đất nhiệt độ 150C ta được: S = 185 mm2, Udm = 6 kV, Icp = 340 A, x0 = 0,073 Ω/km · Kiểm tra điều kiện phát nóng bình thường: K1.K2.Icp ≥ Ilvbt Hệ số hiệu chỉnh bình thường : Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song : Cáp chọn thỏa mãn điều kiện. 5.5.1.2 Chọn cáp kép Ta tra bảng ứng với cáp 3 lõi bằng nhôm, cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì hay nhôm, đặt trong đất nhiệt độ 150C ta được: S = 150 mm2, Udm = 6 kV, Icp = 300 A · Kiểm tra điều kiện phát nóng bình thường: K1.K2.Icp = 0,7888.0,92.300 = 217,7088 A ≥ Ilvbt = 162 A Cáp chọn thỏa mãn điều kiện. · Kiểm tra điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức: đối với cáp kép xét sự cố một lộ, lộ còn lại phải mang tải với khả năng quá tải của mình mà vẫn đảm bảo tải dòng điện. Khi đó cần thỏa mãn điều kiện sau: ở đây là hệ số quá tải sự cố, = 1,3 trong điều kiện làm việc bình thường, khi dòng điện qua chúng không vượt quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh và thời gian quá tải không quá 5 ngày đêm. 1,3.0,7888.0,92.300 = 283,021 A < Icb = 2.162 = 324 A nên dây đã chọn chưa thỏa mãn điều kiện này. Ta chọn dây có thông số kĩ thuật như sau: Ta tra bảng ứng với cáp 3 lõi bằng nhôm, cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì hay nhôm, đặt trong đất nhiệt độ 150C ta được: S = 240 mm2, Udm = 6 kV, Icp = 390 A, x0 = 0,073 Ω/km Ta kiểm tra lại các điều kiện : Kiểm tra điều kiện phát nóng bình thường: K1.K2.Icp = 0,7888.0,92.390 = 283,021 A ≥ Ilvbt = 162 A Kiểm tra điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức 1,3.0,7888.0,92.390 = 367,9279 A > Icb = 2.162 = 324 A nên dây đã chọn thỏa mãn điều kiện. 5.5.2 Chọn kháng điện đường dây Kháng điện đường dây được chọn theo các điều kiện sau: + Điều kiện về áp: UdmK ≥ Udmluoi = 6,3 kV + Điều kiện về dòng: IdmK ≥ Icb · Tính dòng cưỡng bức qua kháng : Trong đó: PDpmax – công suất tác dụng cực đại của phụ tải địa phương cosj - hệ số công suất của phụ tải địa phương Udm – điện áp định mức của lưới Vậy Do đó ta chọn kháng điện loại: PbA-6-1500-8 có thông số kĩ thuật là Udm = 6 kV, IdmK = 1500 A. · Tính toán chọn điện kháng: Để chọn điện kháng XK% của kháng điện ta lập sơ đồ thay thế như trên hình sau: Hình 5.3 Sơ đồ thay thế để chọn XK% Điểm N5 ngắn mạch tại nơi đấu kháng điện ( điểm ngắn mạch phục vụ chọn tự dùng và phụ tải địa phương) Điểm N6 điểm ngắn mạch ngay sau MC1 đầu đường dây cáp 1, phục vụ cho chọn MC1 và kiểm tra ổn định nhiệt cho cáp 1 khi ngắn mạch. Điểm N7 điểm ngắn mạch ngay sau MC2 đầu đường dây cáp 2, phục vụ cho chọn MC2 và kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch ( nếu có nhu cầu). * Chú ý: Cáp 1 là đoạn từ nhà máy sau kháng đường dây đến trạm địa phương, có máy cắt đầu đường dây là MC1. Cáp 2 là đoạn từ trạm địa phương đến hộ tiêu thụ mà đầu đường dây là máy cắt MC2. + Dòng ổn định nhiệt cho cáp InhCap được xác định theo công thức: trong đó: Inhcap – dòng ổn định nhiệt cho cáp, A F – tiết diện của cáp, mm2 C – hệ số ( cáp lõi đồng Ccu = 141, cáp lõi nhôm CAl = 90) tcat – thời gian cắt của máy cắt, bao gồm cả thời gian bảo vệ role, s Tại địa phương dùng máy cắt hợp bộ với Icat = 20 kA, tcat = 0,7s và cáp nhôm, vỏ PVC với thiết diện nhỏ nhất là 70mm2 Do đó dòng ổn định nhiệt của cáp 2: cáp 1: (t1 = t2 + Dt = 0,7 + 0,3 =1 ) Điện kháng của hệ thống : Cáp 1 có điện kháng là: Quy về dạng phần trăm ta có: Chọn XdmK% = 7 % Tính dòng ngắn mạch tại N6 : Tại N6 có : Có thỏa mãn . Tại có : Dòng ngắn mạch tại là : Có Lại có : Thỏa mãn . Có dòng xung kích : + Chọn máy cắt MC1: Với khí cụ điện có dòng định mức lớn hơn 1000 A thì ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Dòng cưỡng bức qua kháng là: Icb = 1,402 kA Thông số MC1 được chọn là: Bảng 5.11 Thông số máy cắt MC1 Cấp điện áp (kV) Điểm ngắn mạch Đại lượng tính toán Loại máy cắt Thông số định mức CÊp ®iÖn ¸p (KV) §iÓm ng¾n m¹ch Icb (kA) IN (kA) ixk (kA) Lo¹i m¸y c¾t Uđm kV Iđm kA Icắtđm kA Iđđm kA 6,3 N6 1,402 17,0976 43,523 8BJ50 7,2 2,5 40 100 + Kiểm tra điện kháng đã chọn: Ta thấy IN6 = 17,0976 kA ≤ IcatMC1 = 40 kA IN6 = 17,0976 kA ≤ InhCap1 = 21,6 kA và IN7 = 7,205 kA ≤ IcatMC2 = 20 kA IN7 = 7,205 kA ≤ InhCap2 = 7,529 kA Như vậy kháng đường dây đã chọn thỏa mãn các điều kiện. Kháng điện đã chọn có thông số sau : Loại kháng PbA-6-1500-8 6 1500 7 5.6 Chọn máy biến áp đo lường 5.6.1 Máy biến điện áp 5.6.1.1 Chọn máy biến điện áp cho cấp 6,3 kV : - BU được chọn theo các điều kiện sau : Loại BU đương chọn dựa vào vị trí đặt, sơ đồ nối dây và nhiệm vụ của nó . Để cấp điện cho công tơ chỉ cần hai BY một pha đúa V/V . Điều kiện về điện áp : Cấp chính các của BU : vì cấp điện cho công tư nên chọn BU có cấp chính xác 0,5 Công suất định mức tổng phụ tải nối vào điểm biến điện áp , phải bé hơn hay bằng công suất định mức của biến điện áp với cấp chính xác đã chọn : Ta có bảng phụ tải đồng hồ cho sơ đồ : Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải điện áp AB Phụ tải điện áp BC W VAr W VAr Vôn kế Э2 7,2 - - - Oát kế Д341 1,8 - 1,8 - Oát kế phản kháng Д342/1 1,8 - 1,8 - Oát kế tự ghi Д33 8,3 - 8,3 - Tần số kế Д340 - - 6,5 - Công tơ Д670 0,66 1,62 0,66 1,62 Công tơ phản kháng WT672 0,66 1,62 0,66 1,62 Tổng 20,4 3,24 19,72 3,24 Biến điện áp pha AB có : Biến điện áp pha BC có : Ta chọn BU cho cấp 6,3 kV có các thông số sau : Loại Cấp điện áp kV Điện áp định mức Công suất cực đại, VA Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp HOM 6 1385 100 50 400 b, Chọn BU cho cấp điện áp 110kV và 220 kV BU được chọn theo điều kiện sau : Loại BU được chọn dựa vào vị trí đặt , sơ đồ nối dây và nhiệm vụ của nó . Nhiệm vụ của BU ở các cấp điện áp này là kiểm tra cách điện và đo lường điện áp. Nên chọn sơ đồ đấu dây dùng biến điện áp một pha, nối sao/sao/tam giác hở. Điều kiện về điện áp : Cấp chính xác của BU : vì BU dùng cho đo lường và tự động hóa nên chonk cấp chính xác là 1 . Ta chọn BU có các thông số sau : Loại BU Cấp điện áp, kV Điện áp định mức các cuộn dây, V Công suất theo cấp chính xác, VA Công suất max, VA Sơ cấp Thứ cấp Cấp 0,5 Cấp 1 HKF -110-57 110 66000 100 400 600 2000 HKF -220-58 220 150000 100 400 600 2000 c, Chọn dây dẫn nối giữa máy biến điện áp và dụng cụ đo lường : Dây dẫn nối từ biến điện áp đến các dụng cụ đo lường phải thỏa mãn hai điều kiện sau : Tổn thất điện áp trên dây dẫn không vượt quá 0,5% (0,5 V) điện áp định mức thứ cấp khi có công tơ và 3% (3V) khi không có công tơ . Để đảm bảo độ bền về cơ thì tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn trị số sau : khi nối với dụng cụ đo điện năng : ; khi không nối với dụng cụ đo điện năng : . Dòng điện trong các dây dẫn : Để đơn giản coi Ia = Ic = 0,2 A và cosjab = cosjbc = 1 Như vậy, Ib = = 0,34 Điện áp giáng trên dây a và b bằng: Lấy l = ltt = 30 m và dùng dây dẫn đồng có r = 0,0175 Ω.mm2/m. Vì có công tơ nên DU = 0,5. Vậy tiết diện của dây dẫn là: Theo yêu cầu độ bền cơ, ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện F = 2,5 mm2 khi nối với dụng cụ đo, F = 1,5 mm2 khi không nối với dụng cụ đo . 5.6.2 Máy biến dòng điện : a, Chọn BI cho cấp điện áp máy phát 6,3 kV : BI được chọn theo các điều kiện sau : Loại BI được chọn dựa vào vị trí đặt, sơ đồ nối dây và nhiệm vụ của nó . Điều kiện về điện áp :c Điều kiện định mức sơ cấp : Cấp chính xác của BI : vì dùng cho công tơ nên chọn BI có cấp chính xác 0,5 . Phụ tải thứ cấp của BI chọn tương ứng với cấp chính xác . Ta chọn BI cho cấp 6,3 kV có các thông số sau : Loại Dòng điện định mức, A Sơ cấp Thứ cấp TШЛ6T 6 8000 5 1,2 Ta có bảng phụ tải đồng hồ cho sơ đồ : Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải, VA Pha A Pha B Pha C Ampe kế 1 1 1 Oat kế tác dụng 5 0 5 Oát kế phản kháng 5 0 5 Oát kế tự ghi 10 0 10 Công tơ tác dụng 2,5 5 2,5 Công tơ phản kháng 2,5 6 2,5 Tổng 26 6 26 BI có một phụ tải định mức là . Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu, tổng phụ tải thứ cấp của nó không vượt quá phụ tải định mức : Trong đó : : Tổng trở của dây dẫn nối biến dòng điện với dụng cụ đo . : Tổng phụ tải các dụng cụ đo . Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha A ( hay C ) là : Tiết kiệm dây dẫn : Trong đó : : Điện trở suất của vật liệu dây dẫn , . : Chiều dài tính toán. Chọn chiều dài tính toán từ thứ cấp của BI đến các dụng cụ đo là , và BI đấu sao hoàn toàn nên Chọn Có : Không cần kiểm tra điều kiện ổn điịnh nhiệt . BI đã chọn không cần kiểm tra điều kiện ổn định động vì nó quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát. b, Chọn BI cho cấp điện áp 110 kV, và 220 kV : BI được chọn theo các điều kiện sau : Điều kiện về điện áp : Điều kiện định mức sơ cấp : Có : Chọn cấp chính xác 0,5 . Ta chọn BI có các thông số sau : Loại Sơ cấp Thứ cấp TfHPД-110M 110 400 5 1,2 TfH-230-3T 220 300 5 1,2 Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào máy biến áp và biến dòng điện mạch máy phát : 5.6.3 Chọn chống sét van : Chống sét van là thiết bị được ghép song song với thiết bị điện, để bảo vệ chống quá điện áp khí quyển . Khi xuất hiện quá điện áp, nó sẽ phóng điện trước làm giảm trị số quá điện áp đặt trên cách điện của thiết bị và khi hết quá điện áp sẽ tự động dập hồ quang xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thường . a, Chọn chống sét van cho thanh góp : Trên các thanh góp 220 kV và 110 kV đặt các chống sét van với nhiệm vụ quan trọng là chống quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm. Các chống sét van này được chọn theo điện áp định mức của trạm. Trên thanh góp 110 kV ta chọn chống sét van PBC-110 có Trên thanh góp 220 kV ta chọn chống sét van PBC-220 có b, Chọn chống sét van cho máy biến áp : Chọn chống sét van cho máy biến áp liên lạc : Các máy biến áp tự ngẫu do có sự liên hệ về điện áp giữa cao áp và trung áp nên sóng điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp hoặc ngược lại . Vì vậy, ở các đầu ra cao áo và trung áp của các 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 , đặt cả ba pha . Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-110 có , đặt cả ba pha . Chống sét van cho máy biến áp hai cuộn dây : Mặc dù trên thanh góp 220 kV có đặt các chống sét van, nhưng đôi khi có những sóng có biên độ lớn truyền vào trạm, các chống sét van ở đây phóng điện. Điện áp dư còn lại truyền tới cuộn dây của máy biến áp vẫn rất lớn có thể phá hủy cách điện của cuộn dây, đặc biệt là phần cách điện ở gần trung tính nếu trung tính cách điện. Vì vậy, tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây cần bố trí một chống sét van . Tuy nhiên, do điện cảm của cuộn dây máy biến áp biên độ đường sét khi tới điểm trung tính sẽ giảm một phần, do đó chống sét van đặt ở trung tính được chọn có điện áp định mức giảm 1 cấp . Ta chọn chống sét van PBC-110 có Bảng thông số chống sét van đã chọn : Bảng 5.17 Thông số của chống sét van Loại Udm, kV U cho thép lớn nhất, kV Uđánh thủng (f = 50 Hz), kV Uđánh thủng xung kích, tgp = 2 – 10 s PBC-110 110 126 200 285 PBC-220 220 220 400 530 Chương 6: TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG Điện tự dùng là một phần điện năng không lớn nhưng lại giữ một phần quan trọng trong quá trình vận hành nhà máy điện, nó đảm bảo hoạt động của nhà máy như: chuẩn bị nhiên liệu, vận chuyển nhiêu liệu, bơm nước tuần hoàn, quạt gió, thắp sáng, điều khiển, tín hiệu và liên lạc … Điện tự dùng trong nhà máy nhiệt điện cơ bản chia làm hai phần: - Một phần cung cấp cho các máy công tác đảm bảo sự làm việc của lò 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 nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy. Như thể hiện trên hình vẽ, ta dùng phương pháp dự phòng lạnh: Dùng 1 MBA dự phòng lạnh được lấy từ phía hạ MBATN (bên trên MC). Máy cắt của MBA B9 ở trạng thái thường mở. 6.1 Cấp điện áp 6,3 kV : Dùng để cấp điện cho các động cơ có công suất từ 200 kW trở lên . Phân đoạn theo tổ máy phát , mỗi phân đoạn được nối với đầu cực máy phát bằng kháng điện . Sử dụng phương pháp dự phòng lạnh : dùng một kháng điện dự phòng lạnh được lấy điện từ phía hạ áp của máy biến áp liên lạc, máy cắt phía trên kháng điện ở trạng thái thường mở. Điều kiện chọn kháng điện : Điện áp : Dòng điện : Có : Vậy ta chọn các kháng điện có thông số sau : Loại PbA-6-400-3 6 600 43,8 35 10 Cấp điện áp 0,4 kV : Dùng để cấp điện cho các động cơ công suất dưới 200 kW và cho thắp sáng . Công suất phụ tải cấp 0,4 kV là : Chọn số phân đoạn cấp 0,4 kV là n = 4 Công suất định mức của máy biến áp là : Chọn máy biến áp ABB có các thông số sau : 500 6,3 1000 7000 4 10 Sử dụng dự phòng lạnh, có cùng công suất với máy biến áp tự dùng 0,4 kV . Máy cắt phía trên máy biến áp dự phòng làm việc bình thường thường mở . Phía 0,4 kV phải là trung tính trực tiếp nối đất đảm bản an toàn và có dây trung tính để lấy điện áp pha . 6.2 Chọn máy cắt và khí cụ điện : a, Chọn máy cắt cấp điện áp 6,3 kV phía trên kháng điện Điều kiện cắt : Điều kiện điện áp : Điều kiện dòng : Điều kiện cắt : Icắtđm . Điều kiện ổn định động : Điều kiện ổn định nhiệt : (điều kiện này chỉ xét khi máy cắt có dòng định mức dưới 1000 A ) Dựa vào các điều kiện trên, ta chọn được các máy cắt như sau : Điểm ngắn mạch Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số định mức N4 6,3 7,019 84,062 220,58 MΓ-10-9000/1800 10 9 90 300 b, Chọn máy cắt cấp đện áp 6,3 kV phía sau kháng điện : Điều kiện chọn máy cắt : Điều kiện điện áp : Điều kiện dòng : Điều kiện cắt : Icắtđm . Điều kiện ổn định động : Điều kiện ổn định nhiệt : (điều kiện này chỉ xét khi máy cắt có dòng định mức dưới 1000 A ) Có . Để chọn máy cắt điện trong trường hợp này ta phải tính dòng ngắn mạch tại thanh góp phân đoạn 6,3 kV, điểm : Điện kháng hệ thống : Điện kháng của kháng điện : Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch : Dòng điện ngắn mạch tại : Dòng điện xung kích tại : Căn cứ vào điều kiện trên, ta chọn được máy cắt có thông số sau : Cấp điện áp; kV Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số định mức Icb; kA I’’; kA Ixk; kA Udm, kV Idm; kA Icdm; kA ilddm; kA 6,3 0,6 5,6 14,255 8BJ50 7,2 3,150 40 100 c, Chọn aptomat và khí cụ điện phía hạ áp 0,4 kV : Để chọn aptomat ta tính dòng ngắn mạch tại thanh góp phân đoạn 0,4 kV ( điểm ) . Ta có sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau : Aptomat được chọn theo các điều kiện sau : Điện áp định mức : Dòng điện định mức : Dòng điện cắt định mức : Trong đó : : Dòng làm việc lớn nhất phía 0,4 kV : Dòng ngắn mạch tại thanh góp phân đoạn 0,4 kV Ta chọn aptomat có các thông số : Loại Udm, V Idm, A Số cực Icdm C801N 690 800 3 25 Tài liệu tham khảo Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp – PGS.TS Phạm Văn Hòa (chủ biên), Ths. Phạm Ngọc Hùng. Giáo trình cung cấp điện theo tiêu chuẩn IEC – Ths. Trần Quang Khánh. Ngắn mạch và đứt dây trong hệ thống điện – PGS.TS Phạm Văn Hòa.