Đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 2

ra đường cong tính toán ta có : Ko = 1,4 ; K∞ = 1,48 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: kA kA Dòng điện ngắn mạch tổng tại N3 : = 13,086 + 17,321 = 30,407 kA = 13,086 + 18,31 = 31,396 kA Dòng điện xung kích tại N3 : = .1,8.30,407 = 77,404 kA * Ngắn mạch tại điểm N3’ : Nguồn cung cấp chỉ có máy phát F1: E1 X1=XF N3’ Điện kháng tính toán : Xtt = X1.= 1,497.= 0,146 Tra đường cong tính toán ta có : Ko = 7,0 ; K∞ = 2,7 Dòng điện ngắn mạch tại điểm N3’ là : kA kA Dòng điện xung kích tại N3’ : = .1,8.28,86 = 73,486 kA * Điểm N4 : Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát. Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế nên ta có : = 30,407 + 28,868 = 59,275 kA = 31,396 + 11,135 = 42,531 Ka Dòng điện xung kích : = .1,8.59,275 = 150,89 kA Dòng điện Điểm ngắn mạch I’’(kA) I∞(kA) Ixk(kA N1 4,544 4,129 11,567 N2 9,64 7,38 24,539 N3 30,407 31,396 77,404 N3’ 28,86 11,135 73,486 N4 59,275 42,531 150,89 Bảng 3.1: kết quả tính toán ngắn mạch phương án 1 III.2.2.Phương án 2 : III.2.2.1. Chọn điểm ngắn mạch tính toán : Cấp điện áp 220kV, ta chọn điểm ngắn mạch N1 trên thanh góp 220kV, nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy. Cấp điện áp 110kV, ta chọn điểm ngắn mạch N2 trên thanh góp 110kV, nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy. Cấp điện áp 10,5kV: nhằm chọn khí cụ điện mạch máy phát cần tính 2 điểm ngắn mạch N3 và N3’. Sau đó so sánh 2 giá trị dòng điện ngắn mạch trên, lấy trị số lớn hơn để chọn khí cụ điện. Tính điểm ngắn mạch N4 để lựa chọn khí cụ điện cho tự dùng nhà máy. - Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế : + Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán : SHT N2 B1 B2 B3 B4 F1 F2 F3 F4 ST 220kV 110kV N1 N3 N3’ N4 + Sơ đồ thay thế : XC XC XH XH XHT XD XF XF XF XF N1 N2 N3 N4 220kV 110kV EHT E1 E2 E3 E4 III.2.2.2. Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch tính toán * Điểm N1 : 110kV E1 E2 E3 E4 XF XC XC XH XH XHT XD XF XF N1 220kV EHT Nguồn cung cấp bao gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống Đặt X1 = XHT + XD = 0,75 + 0,3 = 1,05 X2 = XF + = 1,947 + 1,375= 3,322 X3 = X4 = XC = 0,719 X5 = X6 = XF + = 1,947 + 1,1,281 = 3,228 X7 = X8 = XF + = 1,947 + 1,313 = 3,26 Ngắn mạch tại điểm N1 có tính chất đối xứng nên ta có : X9 = = = 0,36 X10 = = = 1,614 E23 E4 E1 X1 X9 X10 X8 110kV 220kV EHT N1 X2 Ghép các nguồn phía nhà máy ta có : X11 =[( X8 // X10 ) + X9] // X2 = = 2,715 X1 X11 EHT E1234 N1 - Điện kháng tính toán nhánh hệ thống : XttHT = X1.= 1,05.= 2,1 Tra đường cong tính toán ta có : Ko = 0,47 ; K∞ = 0,5 Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp : kA kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy : XttNM = X11.= 2,715.= 0,815 Tra đường cong tính toán ta có : Ko = 1,25 ; K∞ = 1,35 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: kA kA Dòng điện ngắn mạch tổng tại N1 : = 2,36 + 0,94 = 3,3 kA = 2,51 + 1,01 = 3,52 kA Dòng điện xung kích tại N1 : = .1,8.3,3 = 8,4 kA * Điểm N2 : Nguồn cung cấp bao gồm tất cả các máy phát của nhà máy thiết kế và hệ thống. E23 E4 E1 EHT X1 X9 X10 X8 110kV 220kV N2 X2 Dựa vào kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ của diểm N1 ta rút gọn cho điểm ngắn mạch N2 . Ghép các nguồn E23 và E4 : X12 = X10 //X8 = Biến đổi Y( X1, X2 , X3 ) thành Ð (X13, X14) X13 = X1 + X9 + = 1,05 + 0,36 +=1,533 X14 = X2 + X9 + = 3,322 + 0,36 +=4,821 X12 N2 EHT E234 X14 E1 X13 Ghép các nguồn E1 và E234 : X13 X15 EHT E1234 N2 X15 = X14 // X12 == 0,882 - Điện kháng tính toán nhánh hệ thống : XttHT = X13.= 1,533.= 3,066 Vì XttHT > 3 nên ta áp dụng công thức : 0,326 Đổi ra đơn vị có tên ta được : = 0,326.= 3,27 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy : XttNM = X15.= 0,882.= 0,265 Tra đường cong tính toán ta có : Ko = 3,9 ; K∞ = 2,35 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: kA kA Dòng điện ngắn mạch tổng tại N2 : = 3,27 + 5,87 = 9,14 kA = 3,27 + 3,539 = 6,802 kA Dòng điện xung kích tại N2 : = .1,8.9,14 = 23,267 kA * Điểm N3 : Nguồn cung cấp gồm hệ thống và các máy phát của nhà máy thiết kế trừ máy phát F2 Sơ đồ thay thế : E1 E3 E4 XC XC XH XH XHT XD XF XF N3 220kV EHT 110kV X1 = XHT + XD = 0,75 + 0,3 = 1,05 X2 = XF + = 1,947 + 1,375 = 3,322 X4 = X3 = XC = 0,719 X5 = XH = 1,281 X6 = XF + XH = 1,947 + 1,281 = 3,228 X7 = XF + = 1,947 + 1,313 = 3,26 X8 = = = 0,36 EHT N3 X3 X4 X1 X7 X5 X6 E3 E4 220kV 110kV E1 X2 E1 X1 X2 X8 X5 X6 X7 E3 E4 N3 EHT Biến đổi Y(X1, X2, X8) thànhÐ (X9, X10) bỏ qua nhánh cân bằng : X9 = X2 + X8 + = 3,322 + 0,36 += 4,82 X10 = X1 + X8 + = 1,05 + 0,36 +=1,524 Ghép các nguồn E1, E3, E4 : X11 = X9// X6 // X7 E134 X10 EHT X5 N3 X11 N4 171,7 = = = 1,214 Biến đổi Y(X11, X10, X5) thành Ð (X12, X13) bỏ qua nhánh cân bằng : X12 = X10 + X5 + = 1,524 + 1,281 += 4,413 X13 = X11 + X5 + = 1,214 + 1,281 +=3,515 X12 X13 EHT N3 E134 - Điện kháng tính toán nhánh hệ thống : XttHT = X12.= 4,413.= 8,826 Vì XttHT >3 nên áp dụng công thức : = 0,113 Đổi ra đơn vị có tên ta được : = 12,427 kA - Điện kháng tính toán phía nhà máy : XttNM = X13.= 3,515.= 0,791 Tra đường cong tính toán ta có : Ko = 1,27 ; K∞ = 1,36 Dòng điện ngắn mạch phía nhà máy cung cấp: kA kA Dòng điện ngắn mạch tổng tại N3 : = 12,427 + 15,712 = 28,139 kA = 12,427 + 16,826 = 29,253 kA Dòng điện xung kích tại N3 : = .1,8.28,139 = 71,63 kA * Ngắn mạch tại điểm N3’ : Nguồn cung cấp chỉ có máy phát F2: E2 X2=XF N3’ Điện kháng tính toán : Xtt = X2.= 1,497.= 0,146 Tra đường cong tính toán ta có : Ko = 7,0 ; K∞ = 2,7 Dòng điện ngắn mạch tại điểm N3’ là : kA kA Dòng điện xung kích tại N3’ : = .1,8.28,86 = 73,486 kA * Điểm N4 : Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải điện áp máy phát. Nguồn cung cấp gồm hệ thống và tất cả các máy phát của nhà máy điện thiết kế nên ta có : = 28,139 + 28,868 = 58,007 kA = 29,523 + 11,135 = 40,658 kA Dòng điện xung kích : = .1,8.58,007 = 147,662 kA Dòng điện Điểm ngắn mạch I’’(kA) I∞(kA) Ixk(kA N1 3,3 3,52 8,4 N2 9,14 6,802 23,16 N3 28,139 29,253 71,63 N3’ 28,868 11,135 73,486 N4 58,007 40,658 147,662 Bảng 3.2: kết quả tính toán ngắn mạch phương án 2 CHƯƠNG IV 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 và kỹ thuật. Từ đó lựa chọn được phương án tối ưu đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế. Trên thực tế vốn đầu tư vào thiết bị chủ yếu phụ thuộc vào vốn đầu tư máy biến áp và các mạch của thiết bị phân phối. Nhưng vốn đầu tư của thiết bị phân phối chủ yếu phụ thuộc vào máy cắt. Vì vậy để chọn các mạch thiết bị phân phối cho từng phương án ta phải chọn máy cắt. IV.1. Chọn máy cắt cho các mạch : Chọn máy cắt điện theo các điều kiện sau : Điện áp định mức : Uđmmc ≥ Umạng Dòng điện định mức : Iđmmc ≥ Icb Ổn định lực động điện : ildd ≥ ixk Điều kiện cắt : Icđm ≥ I’’ Ổn định nhiệt : .tnh ≥ BN Các máy cắt nói chung khả năng ổn định nhiệt khá lớn đặc biệt với những loại máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000(A), khi đó không cần xét đến ổn đinh nhiệt của máy cắt. Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch, kết hợp với giá trị dòng điện ngắn mạch dã tính ở các phần trước ta chọn được máy cắt của các mạch cho các phương án như bảng dưới ( theo TL1- Tr 234,237 ) PA Cấp Điện áp, kv Đại lượng tính toán Loai máy cắt Đại lượng định mức Ilvcb kA I’’ kA Ixk kA Uđm kV Iđm kA Icđm kA ildd kA I 220 0,462 4,544 11,567 3AQ1 245 4 40 100 110 0,74 9,64 24,539 3AQ1-FE 123 3,15 31,5 80 10,5 6,158 30,407 31,396 8FG10 12 12,5 800 225 II 220 0,462 3,3 8,4 3AQ1 245 4 40 100 110 0,413 9,14 23,167 3AQ1-FE 123 3,15 31,5 80 10,5 6,158 28,868 73,486 8FG10 12 12,5 800 225 Bảng 4.1: Thông số máy cắt các phương án. IV.2. Chọn sơ đồ thiết bị phân phối : Trong các thiết bị điện của nhà máy điện và trạm biến áp , các khí cụ điện được nối với nhau thành sơ đồ nối điện. Yêu cầu chính đối với sơ đồ nối điện là làm việc đảm bảo tin cậy, cấu tạo đơn giản linh hoạt , kinh tế và an toàn cho người. Trong sơ đồ nối điện thanh góp là nơi nhận điện năng từ các nguồn cung cấp điện đến và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ. Thanh góp là phần tử cơ bản của thiết bị phân phối người ta thường dùng một hoặc hai thanh góp . Trong các phương án của sơ đồ ta có thể xây dựng sơ đồ hệ thống thanh góp như sau . IV.2.1. Phương án 1: Mạch 220kV : Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp Mạch 110kV : Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng vì số mạch vào ra nhiều và phụ tải trung áp là quan trọng. Mạch 10,5 : không có thanh góp điện áp máy phát. Sơ đồ nối điện phương án 1: B2 B1 B3 B4 F1 F2 F3 F4 220kV 110kV IV.2.2. Phương án 2 : Mạch 220kV : Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp Mạch 110kV : Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng vì số mạch vào ra nhiều và phụ tải trung áp là quan trọng. Mạch 10,5 : không có thanh góp điện áp máy phát. Sơ đồ nối điện phương án 2: B1 B2 B3 B4 F1 F2 F3 F3 220kV 110kV IV.3.Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu : Để tính toán kinh tế- kỹ thuật cho một phương án , ta phải dựa vào hai thành phần chủ yếu đó là : Vốn đầu tư của phương án Chi phí vận hành ( hay phí tổn hằng năm) Khi tính vốn đầu tư ( V) của một phương án chúng ta chỉ cần tính đến vốn đầu tư cho máy biến áp và thiết bị phân phối ( bao gồm cả tiền mua và vận chuyển , xây lắp ) ở các cấp điện áp tương ứng mà chủ yếu do loại máy cắt quyết định. IV.3.1. Vốn đầu tư của các phương án V = VB + VTBPP Với : - VB là vốn đầu tư máy biến áp : VB = Trong đó : + VBi : tiền mua máy biến áp. + KBi : hệ số có tính đến tiền chuyên chở và xây lắp + KB : phụ thuộc vào điện áp định mức cuộn cao áp và công suất định mức của máy biến áp. - VTBPP : vốn đầu tư về thiết bị phân phối : VB = Trong đó : + ni : Số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp Ui + VTBPP : Giá thành mỗi mạch thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp IV.3.2. Phí tổn vận hành hàng năm : P = Pk + Pt Trong đó : - Pk : là tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn bao gồm định mức khấu hao chung và định mức khấu hao về chi phí vận hành. Pk = ( VNĐ ) Trong đó : + a : định mức khấu hao (%) + V : Vốn đầu tư của phương án. - Pt : là chi phí tổn thất điện năng trong các thiết bị điện. Pt = ( VNĐ ) Trong đó : + = 550 ( VNĐ/1kWh ) : giá thành trung bình điện năng trong hệ thông điện. + : Tổn thất điện năng háng năm của thiết bị. Sau khi tính toán được chi phí vận hành hàng năm P và vốn đầu tư thiết bị V của từng phương án theo phương pháp trên , ta sẽ so sánh được hiệu quả kinh tế của hai phương án và rút ra được phương án tối ưu. IV.3.3. Tính chi tiết từng phương án. IV.3.3.1 Phương án 1: a. Tính vốn đầu tư của phương án : V1 = VB1 + VTBPP1 * Vốn đầu tư máy biến áp : + 02 máy biến áp tự ngẫu loại ATДЦTH- 160/230 công suất 160MW cáp điện áp cao 220kV có giá trị VB = 9,25.109 (VNĐ ) . Hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp là kB = 1,4. + 02 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn TДЦ – 80/121 công suất một máy là 80MVA . Giá của một máy là : 2,6.109 ( VNĐ ) . Hệ số tính đến tiền chuyên chở là : kB = 1,5. - Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp phương án 1 là : VB1 = (2.1,4.9,25.109 + 2.1,5.2,6.109) = 33,7.109 (VNĐ) * Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối : + Cấp điện áp 220kV gồm 3 mạch máy cắt : giá một mạch là 925.106 (VNĐ ) + Cấp điện áp 110kV gồm 6 mạch máy cắt giá một mạch là : 675.106 (VNĐ) + Cấp điện áp 10,5kV gồm 2 mạch máy cắt giá một mạch là : 450.106 (VNĐ) - Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối của phương án 1 la : VTBPP1 = ( 3.0,925 + 6.0,675 + 2.0,45).109 = 7,725.109 (VNĐ) * Vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 1 là : V1 = VB1 + VTBPP1= ( 33,7 + 7,725 ).109 = 41,425. 109 ( VNĐ) b. Tính phí tổn vận hành hàng năm : P1 = Pk1 + Pt1 Với : a = 6,4% Pk1 = = = 2,6512.109 (VNĐ) Pt1 = = 550.8354,284.103 = 4,5949.109 (VNĐ) - Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1: P1 = ( 2,6512 + 4,5949 ).109 = 7,2461.109 (VNĐ) * Chi phí tính toán cho phương án 1: C1 = P1 + ađm.V1 = ( 7,2461 + 0,15.41,425).109 = 13,4599 (VNĐ) IV.3.3.2. Phương án 2: a. Tính vốn đầu tư của phương án : V2 = VB2 + VTBPP2 * Vốn đầu tư máy biến áp : + 02 máy biến áp tự ngẫu loại ATДЦTH- 160/230 công suất 160MW cáp điện áp cao 220kV có giá trị VB = 9,25.109 (VNĐ ) . Hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp là kB = 1,4. + 01 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn TДЦ - 80/121 công suất một máy là 80MVA . Giá của một máy là : 2,6.103 ( VNĐ ) . Hệ số tính đến tiền chuyên chở là : kB = 1,5. + 01 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn TДЦ - 80/121 công suất một máy là 80MVA . Giá của một máy là : 4,5.109 ( VNĐ ) . Hệ số tính đến tiền chuyên chở là : kB = 1,5. - Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp phương án 2 là : VB2 = (2.1,4.9,25+ 1,5.2,6+1,4.4,5) .109 =36,55.109 (VNĐ) * Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối : + Cấp điện áp 220kV gồm 4 mạch máy cắt : giá một mạch là 925.106 (VNĐ ) + Cấp điện áp 110kV gồm 5 mạch máy cắt giá một mạch là : 675.106 (VNĐ) + Cấp điện áp 10,5kV gồm 2 mạch máy cắt giá một mạch là : 450.106 (VNĐ) - Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối của phương án 2 là : VTBPP2 = ( 4.0,925 + 5.0,675 + 2.0,45).109 = 7,975.109 (VNĐ) * Vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 2 là : V2 = VB2 + VTBPP2= ( 36,55 + 7,975 ).109 = 44,525. .109 (VNĐ) b. Tính phí tổn vận hành hàng năm : P2 = Pk2 + Pt2 Với : a = 6,4% Pk2 = = = 2,8496.109 (VNĐ) Pt2 = = 550.7931,162.103 = 4,3621.109 (VNĐ) - Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1: P2 = ( 2,8496 + 4,3621).109 = 7,2117.109 (VNĐ) * Chi phí tính toán cho phương án 2 là : C2 = P2 + ađm.V2 = ( 7,2117 + 0,15.44,525).109 = 13,7958.109 (VNĐ) IV.4. So sánh chọn phương án tối ưu : Bảng tổng kết so sánh hai phương án : Phương án Vốn đầu tư (x109) VNĐ Phí tổn vận hành (x109) VNĐ Chi phí tính toán (x109 ) VNĐ 1 41,425 7,2461 13,4599 2 44,525 7,2117 13,7598 Bảng 4.2 Nhận xét chung : - Về mặt kinh tế : Phương án 1 có các chỉ tiêu kinh tế ưu việt hơn phương án 2 nên phương án 1 tối ưu hơn về mặt kinh tế. - Về mặt kỹ thuật : cả hai phương án đều đảm bảo cung cấp điện đầy đủ cho các phụ tải làm việc trong chế độ bình thường cũng như sự cố. Phương án 1 có hai bộ máy phát- máy biến áp hai cuộn dây giống nhau nên vận hành linh hoạt và dễ dàng hơn nhiều ở cấp điện áp 110kV. Do đó, mức độ an toàn sẽ an toàn hơn cho người vận hành và thiết bị. Qua những nhận xét trên ta chọn phương án 1 là phương án tối ưu làm phương án thiết kế nhà máy điện. CHƯƠNG V CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA Trong quá trình làm việc khí cụ điện và dây dẫn thường bị phát nóng và có thể bị biến dạng. Nguyên nhân chủ yếu do : - Tác dụng nhiệt của dòng phụ tải lâu dài. - Tác dụng nhiệt và lực động điện của dòng ngắn mạch. Nếu nhiệt độ tăng quá cao có thể làm chúng bị hư hỏng, nhất là những chổ tiếp xúc hoặc làm giảm tuổi thọ cách điện của chúng. Vì vậy đối với khí cụ điện và dây dẫn cần phải quy định nhiệt độ cho phép. Đồng thời khi chọn chúng cần phải tính toán sao cho trong quá trình vận hành ở chế độ bình thường cũng như sự cố xảy ra, chúng phải đảm bảo ổn định động và ổn định nhiệt. V.1. Chọn dao cách ly : Dao cách ly dùng để ngắt mạch với dòng không tải.Dao cách ly dược chọn theo điều kiện sau : - Điện áp : Uđmcl ≥ Uđm - Dòng điện : Idmcl ≥ Icb - Ổn định nhiệt : I2nh. tnh ≥ BN - Ổn định lực động điện : ildd ≥ ixk Tư các kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức và dòng ngắn mạch chọn được loại dao cách ly như sau (TL1- Tr 242,245,246 ) Cấp điện áp, kV Icb, kA I’’N, kA ixk, kA Loại dao cách ly Uđm’ kV Iđm , kA Ildd, kA 220 0,462 4,544 11,567 PH Д-220T/1500 220 1,5 80 110 0,74 9,64 24,539 3PД3-110/2000 110 2 100 10,5 6,185 30,407 77,404 PBK-10/2000 10 2 85 Bảng 5.1: Thông số dao cách ly Đối với dao cách ly có dòng định mức lớn hơn 1000A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt. VI.2. Chọn thanh dẫn và thanh góp : Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện (máy phát, máy biến áp, máy bù …) cùng với các khí cụ điện ( máy cắt điện , dao cách ly, kháng điện… ) được nối với nhau bằng thanh dẫn , thanh góp và cáp điện lực, thanh dẫn, thanh góp có hai loại chính : thanh dẫn cứng và thanh dẫn mềm. Thanh dẫn cứng được làm bằng đồng, nhôm , thường dùng để nối đầu cực máy phát đến gian máy , dùng làm thanh góp điện áp máy phát, thanh góp 6-10,5kV ở các trạm biến áp, đoạn từ thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát đến máy biến áp tự dùng…Tuỳ theo dòng tải mà thanh dẫn cứng có cấu tạo khác nhau. Khi dòng tải nhỏ thì thường dùng thanh dẫn hình chử nhật. khi dòng điện lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ hai hay ba thanh dẫn hình chữ nhật đơn trên một pha. Còn đối với dòng điện trên 3000A thì dùng thanh dẫn hình máng để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát cho chúng. Khi dòng lớn thì dùng thanh dẫn cứng hình ống. Thanh dẫn mềm dùng để làm thanh góp, thanh dẫn cho thiết bị ngoài trời điện áp 35kV trở lên. Khi dùng một sợi dây không đủ tải dòng cần thiết phải dùng chùm các dây dẫn mềm. Chùm dây bao gồm nhiều dây phân bố đều và kẹp chặt trên vòng kim loại thường có dạng vòng tròn . Thanh dẫn và thanh góp của ba pha được bố trí nằm ngang, thẳng đứng hay ba pha trên các đỉnh tam giác. V.2.1. Chọn dây dẫn, thanh góp mềm Dây dẫn được dùng nối từ cuộn cao, cuộn trung máy biến áp liên lạc và cuộn cao máy biến áp hai cuộn dây đến thanh góp 220kV và 110kV tương ứng. Thanh góp ở các cấp điện áp này cũng được chọn là thanh góp mềm. Tiết diện dây dẫn được chọn theo điều kiện nhiệt độ cho phép trong chế độ làm việc lâu dài. Dùng dây trần có nhiệt độ cho phép cp = 70oC Nhiệt độ định mức của môi trường tính toán đã quy định ođm = 25oC Coi nhiệt độ của môi trường xung quanh khi dây dẫn làm việc 0=35oC . Khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ : I’cp = Khc. Icp Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ được tính : = = 0,882 Điều kiện chọn là : I’cp ≥ Icb mà I’cp = Khc. Icp do đó ta có công thức : I cp ≥ .Icb a. Mạch điện áp 220kV: Ta có : Icb = 0,462 kA , Khc = 0,882 nên : Icp ≥ = 0,524 kA Vậy ta chọn dây dẫn AC-240 cho mạch 220kV có Icp = 610 A b. Mạch điện áp 110kV : Ta có : Icb = 0,413 kA , Khc = 0,882 nên : Icp ≥ = 0,468 kA Vậy ta chọn dây dẫn AC-185 cho mạch 110kV có Icp = 510 A. Thông số và đặc tính cơ bản của dây nhôm lõi thép trong 2 mạch cho ở bảng dưới ( TL1- Tr 292,293 ) Điện áp, kV Mạch điện Tiết diện chuẩn: nhôm/thép Tiết diện , mm2 Đường kính , mm Icp, A Nhôm thép Dây dẫn Lõi thép 220 MBATN 240/32 244 31,7 21,6 7,2 610 Thanh góp 240/32 244 31,7 21,6 7,2 610 110 MBA bộ 185/24 187 24,2 18,9 6,3 510 Thanh góp 185/24 187 24,2 18,9 6,3 510 MBATN 185/24 187 24,2 18,9 6,3 510 Bảng 5.2: Thông số của dây nhôm lõi thép V.2.1.1. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch : Tiết diện nhỏ nhất dể dây dẫn ổn định nhiệt là : Smin = Trong đó : BN : Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch ( A2.s ) - C : Hằng số phụ thuộc vào vật liệu , dây dẫn AC có C = 70 lưới có U > 1000 V có thể lấy Ta = 0,05 s * Tính xung lượng nhiệt : BN = BNCK + BNKCK Trong đó : BNCK : xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ BNKCK : xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ. Có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ : - Cấp điện áp 220kV : BNKCK1 = .Ta = 4,544 2.0,05.106 = 1,0324.106 ( A2.s) - Cấp điện áp 110kV : BNKCK2 = .Ta = 9,642.0,05.106 = 4,6465.106 ( A2.s) Xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị : BNCK = Từ sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch tại điểm N1, N2 của phương án tối ưu ta tính ra giá trị dòng điện ngắn mạch tại N1, N2 theo thời gian như sau : a. Tại điểm N1: Theo kết quả tính toán ngắn mạch chương III ta có : - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống : XttHT = 2,1 + Tra đường cong tính toán tại t= 0 ; t=0,1 ; t=0,2 ; t=0,5 ; t=1 ta có : K(0) = 0,47 K(0,1) = 0,45 K(0,2) = 0,44 K(0,5) = 0,43 K(1) = 0,47 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp tính theo công thức : I(i)HT = K(i). (kA) Ta được dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp tại các thời điểm I(0)HT = 2,36 kA I(0,1)HT = 2,26 kA I(0,2)HT = 2,21 kA I(0,5)HT = 2,16 kA I(1)HT = 2,36 kA - Điện kháng tính toán của phía nhà máy : XttNM = 0,351 + Tra đường cong tính toán tại t= 0 ; t=0,1 ; t=0,2 ; t=0,5 ; t=1 ta có : K(0) = 2,9 K(0,1) = 2,45 K(0,2) = 2,02 K(0,5) = 2,1 K(1) = 2,0 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp tính theo công thức : I(i)NM = K(i). (kA) Ta được dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp tại các thời điểm I(0)NM = 2,184 kA I(0,1)NM = 1,845 kA I(0,2)NM = 1,521 kA I(0,5)NM = 1,581 kA I(1)NM = 1,506 kA * Dòng điện ngắn mạch tổng tại N1 tại các thời điểm tính theo công thức : I(i)N1 = I(i)HT + I(i)NM Ta được kết quả : I(0)N1 = 4,544 kA I(0,1)N1 = 4,105 kA I(0,2)N1 = 3,731 kA I(0,5)N1 = 3,741 kA I(1)N1 = 3,866 kA b. Tại điểm N2 : Theo kết quả tính toán ngắn mạch chương III ta có : - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống : XttHT = 2,82 + Tra đường cong tính toán tại t= 0 ; t=0,1 ; t=0,2 ; t=0,5 ; t=1 ta có : K(0) = 0,36 K(0,1) = 0,34 K(0,2) = 0,35 K(0,5) = 0,335 K(1) = 0,335 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp tính theo công thức : I(i)HT = K(i). (kA) Ta được dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp tại các thời điểm I(0)HT = 3,615 kA I(0,1)HT = 3,414 kA I(0,2)HT = 3,514 kA I(0,5)HT = 3,364 kA I(1)HT = 3,364 kA - Điện kháng tính toán của phía nhà máy : XttNM = 0,252 + Tra đường cong tính toán tại t= 0 ; t=0,1 ; t=0,2 ; t=0,5 ; t=1 ta có : K(0) = 4,0 K(0,1) = 3,2 K(0,2) = 2,9 K(0,5) = 2,6 K(1) = 2,4 + Dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp tính theo công thức : I(i)NM = K(i). (kA) Ta được dòng điện ngắn mạch phía hệ thống cung cấp tại các thời điểm I(0)NM = 6,025 kA I(0,1)NM = 4,82 kA I(0,2)NM = 4,367 kA I(0,5)NM = 3,916 kA I(1)NM = 3,615 kA * Dòng điện ngắn mạch tổng tại N2 tại các thời điểm tính theo công thức : I(i)N2 = I(i)HT + I(i)NM Ta được kết quả : I(0)N2 = 9,640 kA I(0,1)N2 = 8,234 kA I(0,2)N2 = 7,881 kA I(0,5)N2 = 7,280 kA I(1)N2 = 6,979 kA Ta có bảng kết quả dòng ngắn mạch N1, N2 ứng với các thời điểm t= 0 ; t=0,1 ; t=0,2 ; t=0,5 ; t=1 t(s) dòng điện 0 0,1 0,2 0,5 1 IN1 (kA) 4,544 4,105 3,731 3,741 3,866 IN2 (kA) 9,64 8,234 7,881 7,280 6,979 Bảng 5.3: giá trị ngắn mạch tại các thời điểm Tính giá trị trung bình bình phương của dòng điện ngắn mạch : * Điểm N1 : = = 18,749 kA = = 15,386 kA = = 13,958 kA = = 14,471 kA Từ đó : BNCK1 = 18,749.0,1+ 15,386.0,1 + 13,958.0,3 + 14,471.0,5 = 14,8364 kA2.s = 14,8364.106 A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1 : BN1= BNCK + BNKCK = ( 1,0324 + 14,8324).106= 15,8648.106 A2.s * Điểm N2 : = = 80,36 kA = = 64,95 kA = = 57,55 kA = = 50,85 kA Từ đó : BNCK2 = 80,36.0,1+ 64,95.0,1 + 57,55.0,3 + 50,85.0,5 = 57,221 kA2.s = 57,221.106 A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1 : BN2= BNCK + BNKCK = ( 4,6465+57,221).106= 61,8675.106 A2.s - Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp : + Cấp điện áp 220kV : Smin220kV = = = 56,9 mm2 Mà tiết diên dây chọn Schọn = 288 mm2 > 56,9 mm2 Vậy dây AC-240/32 đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt. + Cấp điện áp 110kV : Smin110kV = = = 112,37 mm2 Mà tiết diên dây chọn Schọn = 187 mm2 > 112,37 mm2 Vậy dây AC-185/24 đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt. V.2.1.2. Kiểm tra điều kiện vầng quang : Điều kiện để không phát sinh vầng quang nếu dây dẫn được bố trí trên ba đỉnh của tam giác đều : Uvq = 84.m.r.lg ≥ Uđm Trong đó : m : hệ số xù xì bề mặt dây dẫn với dây AC lấy m=0,85 r : bán kính ngoài của dây dẫn (cm) atb : khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn (cm) Uvq : điện áp tới hạn để phát sinh hồ quang (kV), khi ba pha bố trí trên mặt phẳng nằm ngang thì lấy giảm 4% - Cấp điện áp 220kV : Dây dẫn AC-240/32 , cấp điện áp 220kV lấy a = 500 cm : r = = = 1,08 (cm) atb = 1,08.a = 1,08.500 = 540 (cm) Điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí ba pha trên mặt phẳng nằm ngang : Uvq = 0,96.84.0,85.1,08.lg= 199,79 kV<Umạng=220 kV Vậy dây dẫn AC-240/32 không đảm bảo điều kiện vầng quang Chọn dây dẫn AC-300/6 có d = 2,45 (cm) r = = = 1,225(cm) atb = 1,225.a = 1,225.500 = 612,5 (cm) Điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí ba pha trên mặt phẳng nằm ngang : Uvq=0,96.84.0,85.1,225.lg=226,62kV>Umạng=220 kV Do đó dây dẫn AC-300/66 thoả mản điều kiện chống phát sinh vầng quang ở cấp điện áp 220kV - Cấp điện áp 110kV : Dây dẫn AC-185/24 , cấp điện áp 110kV lấy a = 300 cm : r = = = 0,945 (cm) atb = 0,945.a = 1,08.300 = 283,5 (cm) Điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi bố trí ba pha trên mặt phẳng nằm ngang : Uvq=0,96.84.0,85.0,945.lg=160,45kV>Umạng=110 kV Vậy dây dẫn AC-185/24 thoả mản điều kiện chống phát sinh vầng quang ở cấp điện áp 110kV Thông số của dây dẫn đã chọn cho ở bảng sau : ( TL1- Tr 292,293) Điện áp, kV Mạch điện Tiết diện chuẩn: nhôm/thép Tiết diện , mm2 Đường kính , mm Icp, A Nhôm thép Dây dẫn Lõi thép 220 MBATN 300/66 288 65,8 24,5 10,5 585 Thanh góp 300/66 288 65,8 24,5 10,5 585 110 MBA bộ 185/24 187 24,2 18,9 6,3 510 Thanh góp 185/24 187 24,2 18,9 6,3 510 MBATN 185/24 187 24,2 18,9 6,3 510 Bảng 5.4: Thông số của dây dẫn đã chọn V.2.2. Chọn thanh dẫn cứng : Thanh dẫn cứng thường dùng để nối từ đầu cực máy phát điện lên máy biến áp , đoạn từ thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát đến máy biến áp tự dùng. V.2.2.1. Chọn tiết diện thanh dẫn cứng : Điều kiện Icp’ ≥ Ilvcb Trong đó : Ilvcb = 6,185 kA : dòng làm việc cưỡng bức mạch máy phát Icp’ là dòng điện cho phép của thanh dẫn đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Do đó : Icp’ ≥ = = 8,076 kA Do Icp’ > 3000 A nên ta chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có sơn thông số của thanh dẫn ( TL1- Tr 285 ) Kích thước mm Tiết Diện Một Cực mm2 Moment trở kháng, cm3 Moment quán tính , cm4 Dòng Điện Cho phép (A) Một thanh Hai Thanh Wyo-yo Một thanh Hai Thanh Jyo-yo h b c r Wx-x Wy-y Jx-x Jy-y 175 80 8 12 2440 122 25 250 1070 114 2190 8550 Bảng 5.5: thông số của thanh dẫn 175 175 80 x x yo yo y y 8 Thanh dẫn đã chọn có Icp > 1000 A nên ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch . V.2.2.2. Kiểm tra ổn định động : Điều kiện kiểm tra : δtt ≤ δcp = 1400 KG/cm2 Xác định lực tính toán : lấy khoảng cách giữa các pha là 45(cm) , giữa hai sứ đỡ là 120 (cm). Khi đó lực động điện cực đại tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa khi ngắn mạch ba pha trên chiều dài khoảng vượt được xác định theo biểu thức : Ftt = 1,76.10-8. .i2xk ( KG) Trong đó : ixk : dòng điện xung kích ixk = .1,8.= = 77,404 (kA) a : khoảng cách giữa các pha L : khoảng cách giữa hai sứ liền nhau của một pha Vậy : Ftt = 1,76.10-8. .= 281,195 (KG) Momen chống uốn : M = = = 3374,34 ( KG.cm) Ứng suất do dòng ngắn mạch : δtt = = = 13,497 (KG/cm2) Wyo-yo : moment chống uốn của thanh dẫn đối với trục thẳng góc phương uốn (khi thanh dẫn đã được hàn) Vậy δtt =13,497 KG/cm2 < δcp = 1400 KG/cm2 . Thanh dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định động . Lực tác dụng tương hổ giữa các thanh dẫn lên một cm chiều dài do dòng ngắn mạch trong cùng một pha gây ra : Fc = 0,26.10-8. .i2xk.khd ( KG/cm) Trong đó : b : chiều dài thanh dẫn. khd : hệ số hình dáng. Khd = 1 Vậy : Fc = 0,26.10-8. ..1= 1,947 ( KG/cm) - Khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm : = = = 462,209 (cm) Ta thấy Lcmax = 462,209(cm ) > Lcp = 120 (cm) nên ta không cần đặt thêm miếng đệm. V.3. Chọn sứ đỡ cách điện : Sứ đỡ thanh dẫn đầu cực máy phát được chọn theo điều kiện sau : Loại sứ Điện áp : Uđmsứ ≥ Uđmmạng F’tt h/2 Ftt H H’ Theo điều kiện trên ta chọn loai sứ đặt trong nhà loại : 0P-20-750Y3 với các thông số sau : ( TL1- Tr253 ) + Cấp điện áp : UđmS = 20kV + Lực phá hoại : Fph = 750 KG + chiều cao : H= 160 mm + Chiều cao thanh dẫn : h = 175 mm V.3.1. Kiểm tra ổn định động : Điều kiện : < 0,6. Fph Ta có : = Ftt. Trong đó : Ftt = 281,195 (KG) H : Chiều cao sứ , H= 160 mm h : chiều cao thanh dẫn , h= 175 mm Nên ta có : = 281,195.= 434,974 (KG) 0,6.Fph = 0,6.750 = 450 (KG) Ta thấy = 434,974 (KG) < 0,6. Fph = 450 (KG) Vậy sứ đã chọn đảm bảo yêu cầu. V.4. Chọn biến điện áp và biến dòng điện . * Máy biến dòng điện được chọn theo điều kiện sau : + Điện áp : UđmBI ≥ Umạng + Dòng điện : IđmBI ≥ Ilvcb + Phụ tải : Z2đmBI ≥ Z2 + Ổn định động : .Klđđ ≥ ixk Đối với máy biến dòng , ngoài các điều kiện chọn 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 ZΣdc và tổng trở dây dẫn từ thứ cấp máy biến dòng đến dụng cụ đo Zdd. Z2 = ZΣdc + Zdd Biến dòng đặt trên cả ba pha , mắc hình sao , cách đấu nối BI : A B C a b c * Máy biến điện áp được chọn theo điều kiện sau : + Điện áp : Uđm ≥ Umạng + Cấp chính xác : phù hợp với yêu cầu dụng cụ đo. + Công suất định mức : S2đmBU ≥ S2 Trong đó : Phụ tải thứ cấp S2 được xác định : ΣPdc và ΣQdc là tổng công suất tác dụng và phản kháng của dụng cụ đo, xác định dựa trên sơ đồ nối dây của các dụng cụ đo vào thứ cấp của máy biến điện áp. V.4.1. Cấp điện áp 220kV : * Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle được chọn : TH-220-3T có các thông số sau : (TL1- Tr259) + Dòng định mức : IđmSC/ IđmTC = 1200/5 A + Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 2Ω. + Điều kiện ổn định động ilđđ = 108 kA Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy biến dòng điện có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A. * Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn máy biến điện áp kiểu HK một pha nối dây theo sơ đồ Yo/ Yo/Ð 3xHK-220-58 + Điện áp Uđm = 150/kV/100/V/100V + Cấp chính xác : 1 + SđmBU = 600 VA. V.4.2. Cấp điện áp 110kV : * Máy biến dòng dùng cho bảo vệ rơle được chọn : TH-110M có các thông số sau : (TL1- Tr259) + Dòng định mức : IđmSC/ IđmTC = 1500/5 A + Cấp chính xác 0,5 ứng với phụ tải định mức 0,8Ω. + Bội số ổn định động : Kđ = 75 Điều kiện ổn định động : Kđ.IđmSC = .75.1,5 = 159,1 kA > ixk = 23,167 kA. Ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A. * Để kiểm tra cách điện và cung cấp cho bảo vệ rơle ta chọn biến điện áp kiểu HK một pha nối dây theo sơ đồ Yo/ Yo/Ð 3xHK-110-57 + Điện áp Uđm = 66/kV/100/V/100V + Cấp chính xác : 1 + SđmBU = 600 VA. V.5. Mạch máy phát : * Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tắc tơ nên ta dùng hai biến điện áp một pha : 2x3HOM-15-66T : + UđmSC = 15000 V + Cấp chính xác 0,5 Phụ tải của biến điện áp được phân bố đồng đều cho hai biến điện áp theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp như sau : (TL1- Tr323,324) Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp BC W var W var Vôn kế Oát kế tác dụng Oát kế phản kháng Oát kế tự ghi Tần số kế Công tơ tác dụng Công tơ phản kháng B2 341 342/1 33 340 670 T-672 7,2 1,8 1,8 8,3 0,66 0,66 1,62 1,62 1,8 1,8 8,3 6,5 0,66 0,66 1,62 1,62 Tổng 20,4 3,24 19,72 3,24 Bảng 5.6: Phụ tải của máy biến điện áp Biến điện áp AB : Sab = = 20,7 (VA) Cos = = 0,98 Biến điện áp BC : Sbc = = 19,9(VA) Cos = = 0,99 Vậy ta chọn biến điện áp loại 3HOM-15 có công suất định mức 50VA ứng với cấp chính xác 0,5 - Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp trên đồng hồ : + Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp : Ia = = = 0,207 (A) Ic = = = 0,199 (A) Để đơn giản trong tính toán coi Ia = Ic = 0,21 và coi == 1 Do đó : Ib = = = 0,364 (A) Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và b : Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến đồng hồ là l=70m. Mạch điện có công tắc tơ nên U ≤ 0,5%. S ≥ ≥ = 1,407 (mm2) Vậy ta chọn dây đồng có tiết diện S= 1,5 mm2 để đảm bảo độ bền cơ. * Chọn biến dòng điện và dây dẫn nối tới dụng cụ đo : Biến dòng điện đặt trên cả ba pha, mắc hình sao. Ta chọn biến dòng điện kiểu có : UđmBI = 20kV IđmSC / IđmTC = 8000/5 A Cấp chính xác 0,5 ở phụ tải định mức 1,2Ω Bảng dụng cụ đo nối vào BI ở bảng dưới ( TL1- Tr323,324) Tên đồng hố Ký hiệu Phụ tải (VA) Pha A Pha B Pha C Ampe kế Э-302 1 1 1 Oát kế tác dụng Д-341 5 0 5 Oát kế phản kháng Д-342/1 5 0 5 Oát kế tự ghi Д-33 10 0 10 Công tơ tác dụng Д-670 2,5 0 2,5 Công tơ phản kháng иT- 672 2,5 5 2,5 Tổng 26 6 26 Bảng 5.7: Phụ tải của máy biến dòng điện Pha A và C mang tải nhiều nhất S = 26 VA Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha : ZΣdc = = = 1,04 (Ω) Giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l= 50m. Do ba pha cùng biến dòng nên chiều dài tính toán ltt = l = 50m. Tiết diện dây dẫn đồng : S ≥ = 5,46 (mm2) Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S= 6 mm2. + Kiểm tra ổn định động máy biến dòng điện : máy biến dòng điện kiểu Tш-20-1 có sơ cấp là thanh dẫn được quyết định 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 cuả máy biến dòng điện lớn hơn 1000A nên ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt của máy biến dòng điện. A W VAR Wtg W.h VARh V f 2.HOM-10 MF a A A b c Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào BU và BI : Tш-20-1 V.6.Chọn cáp, kháng và máy cắt hợp bộ cho phụ tải địa phương : V.6.1. Chọn cáp : Phụ tải điện áp 10,5 kV gồm: 4 đường dây kép x 3MW x 2 km, cosφ = 0,86. Lựa chọn cáp và khí cụ điện của thiết bị phân phối dựa trên mật độ dòng điện kinh tế trong chế độ làm việc bình thường , theo nhiệt độ cho phép trong chế độ cưỡng bức và tính toán ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện kinh tế của dây dẫn là tiết diện ứng với chi phí hàng năm nhỏ nhất theo dòng điện phụ tải nhất định của mạch điện. Tiết diện kinh tế xác định theo biểu thức sau : Scáp = , mm2 Trong đó : Ilvbt : dòng điện làm việc tính toán của mạch điện, A Jkt : Mật độ dòng kinh tế, A/mm2 + Cáp kép có dòng điện làm việc bình thường là : Ilvbt = = = 95,91 A + Xác định Jkt : từ đồ thị phụ tải điện áp máy phát ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại : Đối với cáp bọc giấy cách điện và dây dẫn bọc cao su cách điện, lõi đồng có Jkt = 2,0 A/mm2. ( TL2- Tr 234 ) Scáp = = 47,95 mm2 Chọn cáp có Scáp = 70 mm2, có Icp = 215 A. ( TL1- Tr 288 ). a. Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài : Cáp đã chọn phải thỏa mãn các yêu cầu sau : I’cp = k1.k2.Icp ³ Ilvbt Trong ñoù : k1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ Với : qCP : nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép ; qCP = 600C q0 : nhiệt độ quy chuẩn của nhà sản xuất ; q0 = 150C qo’ :nhiệt độ môi trường xung quanh ; qo’ = 250C k2 : hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song , đối với cáp kép k2 = 0,9 Vậy : I’cp = 0,88.0,9.215 = 170,28 A ³ Ilvbt = 95,91 A . Cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài. b. Kiểm tra cáp theo điều kiên phát nóng khi làm việc cưỡng bức : Theo quy trình thiết bị điện các cáp có cách điện bằng giấy tẩm dầu điện áp không quá 10kV trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện qua chúng không vượt quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh thì khi sự cố cho phép quá tải 30% trong thời gian không vượt quá 5 ngày đêm. Dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố đứt 1 dây của cáp kép : Icb = 2Ilvbt = 2. 95,91 = 191,82 A Điều kiện kiểm tra cáp là : kqt .k1 .k2 .Icp ³ Icb Trong đó : k1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ Với : qCP : nhiệt độ làm việc lâu dài cho phép ; qCP = 600C q0 : nhiệt độ quy chuẩn của nhà sản xuất ; q0 = 150C qo’ :nhiệt độ môi trường xung quanh ; qo’ = 250C k2 : hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song , đối với cáp kép k2 = 0,9 kqt : hệ số quá tải cho phép trong chế độ cưỡng bức , kqt = 1,3 (TL1- Tr 54 ). Vậy : 1,3.0,88.0,9.215 = 221,364 A > Icb = 191,82 A . Cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức. Kết luận : Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. V.6.2. Chọn máy cắt điện : Các máy cắt đầu đường dây được chọn cùng loại và đảm bảo các điều kiện sau : - Điện áp định mức : UđmMC ≥ Uđm mạng - Dòng cưỡng bức Icb qua máy cắt được tính toán cho trường hợp nặng nề nhất. Icb = = = 0,767 kA - Dòng cắt : 20 kA , thời gian cắt là 0,3s Chọn máy cắt loại 8BJ50 của SIEMENS có các thông số cho ở bảng sau : ( TL1- Tr 236 ) Loại MC Uđm, kV Iđm thanh cái , A Iđm Nhánh, A Icắt đm, kA Ilđd, kA 8BJ50 17,5 2000 1250 20 50 Bảng 5.8: Thông số của máy cắt V.6.3. Chọn kháng điện : Kháng điện được chọn sơ bộ như sau : UđmK ≥ Uđm mạng = 10 kV IđmK ≥ Icb Xác định dòng làm việc cưỡng bức qua kháng. Từ sơ đồ cung cấp điện cho tới phụ tải địa phương ta có công suất qua kháng lúc bình thường và lúc sự cố một kháng như sau: ~ ~ N6 N5 F1 K1 171,7 K2 171,7 Dòng cưỡng bức qua kháng được giả thiết khi sự cố 1 kháng điện. Lúc này công suất qua kháng còn lại là: Icb = = = 0,767 kA Ta chọn kháng đơn dây nhôm: PbA-10-1000: Uđm = 10 (KV); Iđm = 1000 (A) ( TL1- Tr265) Cáp của lưới điện phân phối có tiết diện nhỏ nhất là Smin = 50 mm2 lõi bằng nhôm theo yêu cầu thiết kế. - Xác định điện kháng : Xk% của kháng điện : Điện kháng của kháng điện đường dây dùng cho phụ tải địa phương được chọn sao cho đảm bảo hạn chế dòng ngắn mạch nhỏ hơn hay bằng dòng cắt của máy cắt và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện đã chọn. * Sơ đồ thay thế : N4 N5 XC2 XC1 XHT XK N6 Khi lập sơ đồ thay thế cho tính ngắn mạch đã chọn Scb=100 MVA và ngắn mạch tại N-4 có: - Điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4 là : XHT = = 0,093 Điện kháng của cáp 1( kép, 3MW ×2km) là : XC1 = = Dòng ổn định nhiệt của cáp S1 : InhS1 = Trong đó : S1 : tiết diện của cáp 1 , S1 = 70 mm2 C : Phụ thuộc và vật liệu của cáp ( nhôm C = 90 ) t1 : thới gian cắt của máy cắt 1 t1 = t2 + ∆t = 0,3 + 0,2 = 0,5s InhS1 = = 8909 A = 8,909 kA. Dòng ổn định nhiệt của cáp S2 : InhS2 = = 8215 A = 8,215 kA Ta có min{InhS2; Icắt2} = min{8,215;20} = 8,215kA. Vậy: Điện kháng tổng tính đến điểm N-6 là : Xå = = 0,67 kA Ta có : Xå = XHT + XK + XC1 Điện kháng của kháng điện sẽ là : XK = Xå - XHT - XC1 = 0,67 – 0,093 – 0,073 = 0,504 Vậy : XK% = Xk. .100 = 0,504. .100 = 9,16 * Ta chọn loại kháng điện đơn dây đồng : PbA-10-1000-8: UđmK =10 (KV) : IđmK = 1000 (A) : XK% = 8 %. Dòng điện ổn định động : 29 (KA) Tổn thất định mức 1 pha : 10,2 (KW) - Tính toán kiểm tra lại kháng điện đã chọn : * Tính toán kiểm tra lại kháng đã chọn tại điểm ngắn mạch N5 : XK = XK%.0,08. 0,44 - Dòng điện ngắn mạch tại N5 là : I’’N5 = 10,32 (KA) Ta thấy : ICđm = 20 KA ≥ I’’N5 = 10,32 kA InhS1 = 9,012 KA ≤ I’’N5 = 10,32 kA Kháng điện đã chọn không đảm bảo điều kiện hạn chế dòng ngắn mạch tai điểm N5 . Chọn loại kháng điện đơn dây đồng : PbA-10-1000-10: UđmK =10 (KV) : IđmK = 1000 (A) : XK% = 10 %. Dòng điện ổn định động : 23,5 (KA) Tổn thất định mức 1 pha : 11,5 (KW) - Điện kháng của kháng vừa chọn là : XK = XK%.0,1. 0,55 - Dòng điện ngắn mạch tại N5 là : I’’N5 = 8,55 (KA) Ta thấy : ICđm = 20 KA ≥ I’’N5 = 10,32 kA InhS1 = 9,012 KA ≥ I’’N5 = 10,32 kA Như vậy kháng điện đã chọn thoả mãn điều kiện hạn chế dòng ngắn mạch tại điểm N5. * Tính toán kiểm tra lại kháng đã chọn tại điểm ngắn mạch N6 : - Dòng điện ngắn mạch tại N6 là : I’’N6 = 6,997 KA ICđm = 20 (KA) ; InhS2 = 8,215 (KA). Þ thỏa mãn điều kiện : I’’N6 £ min (ICđm ; Inh S2 ) - Kiểm tra ổn định động của kháng điện : - Dòng ổn định động : 23,5 (KA). - Kiểm tra ổn định động : ixk = kxk..IN6 = 1,8..6,997 = 17,81 KA < 23,5 KA. Vậy kháng điện đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định động. V.7. Chọn chống sét van cho thanh góp : Mục đích chọn chống sét van trên các thanh góp 220kV và 110kV 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. Trên thanh góp 220kV ta chọn chống sét van loại PBC-220 có điện áp định mức Uđm = 220kV đặt trên cả ba pha. Trên thanh góp 110kV ta chọn chống sét van loại PBC-110 có điện áp định mức Uđm = 110kV đặt trên cả ba pha. * Sơ đồ đấu nối chống sét van ở thanh góp 220kV,110kV. ST PBC-220 PBC-110 220kV 110kV SHT V.8. Chọn chống sét van cho máy biến áp : V.8.1. Chống sét van 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 loại chống sét van loại PBC-220 có điện áp định mức Uđm = 220kV ,đặt trên cả ba pha . Phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn loại chống sét van loại PBC-110 có điện áp định mức Uđm = 110kV, đặt trên cả ba pha . PBC-220 PBC-110 V.8.2. Chống sét van cho máy biến áp hai dây quấn: * Đối với máy biến áp hai cuôn dây phía điện áp 110kV : Như trên, trên thanh góp 110kV 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 đặc biệt là phần cách điện ở gần trung tính nếu trung tình 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 110kV chọn chống sét van PBC-110. Phía trung tính của máy biến áp chọn PBC-35. PBC-35 CHƯƠNG VI CHỌN SƠ ĐỒ 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 máy công tác đảm bảo làm việc của lò hơi và tuabin các tổ máy. Phần kia cung cấp cho các máy công tác phục vụ chung không liên quan trực tiếp đến lò hơi và tuabin , 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 6kV và 0,4kV. Ở cấp điện áp 6kV ta dùng 4 phân đoạn để cung cấp điện, mỗi phân đoạn giảm cấp qua máy biến áp 10,5/6 kV. Cấp điện áp 0,4 kV được cung cấp qua máy biến áp 6/0,4kV. Để dự trữ cho cấp 6kV 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 0,4kV ta dùng một máy biến áp nối với thanh góp dự trữ 6kV. VI.1. Chọn máy biến áp cấp một : VI.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 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 6kV và tổng công suất của các máy biến áp cấp hai nối tiếp với nó. Ta dùng bốn máy biến áp công tác có công suất : SđmT ≥ Stdmax = .18.103 = 4500 kVA Vậy ta chọn máy biến áp loại TMHC có Sđm = 6300 kVA có các thông số cho ở bảng sau : ( TL1- Tr 140) Loại Sđm , (kVA) Điện áp , kV Tổn thất, kW UN% Io% Cuộn cao Cuộn hạ TMHC 6300 10,5 6,3 8,0 46,5 8,0 0,9 Bảng 6.1: Thông số máy biến áp công tác VI.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 do vậy công suất của nó phải lớn hơn các máy biến áp công tác trên. Máy biến áp dự trữ chọn công suất bằng 1,5lần công suất máy biến áp công tác : SdmTdt = 1,5. Stdmax = 1,5. .18.103 = 6750 kVA Vậy ta chọn máy biến áp TДHC  có Sđm = 10000 kVA có các thông số cho ở bảng sau :( TL1 – Tr140 ) Loại Sđm , (kVA) Điện áp , kV Tổn thất, kW UN% Io% Cuộn cao Cuộn hạ  TДHC 10000 10,5 6,3 12,3 85 14 0,8 Bảng 6.2: Thông số máy biến áp dự trữ. VI.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 phổ biến là 630kVA hay 1000kVA, máy biến áp công suất lớn hơn thì ta không mong muốn vì lúc đó dòng ngắn mạch phía thứ cấp lớn và giá thành thiết bị tăng lên quá nhiều. Giả thiết các phụ tải này chiếm 10-15% công suất phụ tải cấp một. Khi đó ta chọn công suất mỗi máy : SđmT2 ≥ .4500 = 675 kVA Vậy ta chọn máy biến áp loại TM-1000/6 có các thông số cho ở bảng sau : ( TL2- Tr209 ) Loại Sđm , (kVA) Điện áp , kV Tổn thất, kW UN% Io% Cuộn cao Cuộn hạ  TM-1000/6 1000 6,3 0,4 2,3 12,2 8 1,5 Bảng 6.3: Thông số máy biến áp cấp hai Nhà máy thiết kế đặt 4 máy công tác cấp một do đó ta cũng đặt một máy biến áp cấp hai dự trữ cho các máy công tác, công suất chọn bằng các máy công tác , thông số cho ở bảng 6.3 VI.3.Chọn máy cắt : VI.3.1. Chọn máy cắt cho mạch tự dùng cấp điện áp 10,5kV : Các máy cắt của cấp 10,5 kV được chọn giống nhau , ta xét tại điểm ngắn mạch N4 , đă tính ở chương III. = 58,007 kA ; ixk = 147,662 kA Dòng điện làm việc bình thường qua máy cắt : = = 0,247 kA Chọn dòng cưỡng bức bằng dòng làm việc bình thường : Icb = Ilvbt = 0,247 kA Chọn máy cắt theo điều kiện sau : + Điện áp : UđmMC ≥ Umạng + Dòng điện : IđmMC ≥ Icb + Điều kiện cắt : ICđm ≥ + Điều kiện ổn định động : ildd ≥ ixk + Điều kiện ổn định nhiệt : ≥ BN Từ đó ta chọn máy cắt không khí loại 8BK40 do SIEMENS chế tạo có các thông số cho ở bảng sau : ( TL1- Tr 236 ) Loại máy cắt Uđm, kV Iđm , A ICđm, kA Ildd , kA 8BK40 12 5000 63 160 Bảng 6.4 Do máy cắt chọn có Iđm = 5000A > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. VI.3.2. Chọn dao cách ly : Dao cách ly được chọn theo điều kiện sau : + Điện áp : UđmDCL ≥ Uđm + Dòng điện : IdmDCL ≥ Icb + Ổn định nhiệt : I2nh. tnh ≥ BN + Ổn định lực động điện : ildd ≥ Ixk Tương tự như trên ta có Icb = 0,247 kA , ixk = 147,662 kA Chọn dao cách ly loại PBK-20/5000 có các thông số như sau : (TL1- Tr243 ) + UdmDCL = 20 kV + IdmDCL = 5 kA + Ildd = 200 kA Do dao cách ly chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. VI.3.3. Chọn máy cắt cho mạch tự dùng cấp điện áp 6 kV : Để chọn máy cắt ta tính dòng ngắn mạch ba pha tại N5 dưới máy biến áp tự dùng cấp một với nguồn cung cấp là cả hệ thống phía trên gồm hệ thống và nhà máy điện thiết kế. Chọn Scb = 1000 MVA Ucb = Utbđm Điện kháng hệ thống tính đến trước máy biến áp tự dùng cấp một : XHT = = = 0,948 Điện kháng các máy biến áp tự dùng cấp một : + Máy biến áp công tác : XB1 = .= = 12,698 + Máy biến áp dự trữ : XB2 = .= = 14 Ta chọn XB = min[XB1,XB2] = min [ 12,698 ; 14 ] vì để khi ngắn mạch tại N5 thì ta có được tình trạng nặng nề nhất cho việc chọn máy cắt. XB = XB1 = 12,698 Điện kháng tính toán : Xtt = ( XHT + XB).= (0,948 +12,698).= 27,292 Do Xtt > 3 nên ta có dòng điện ngắn mạch siêu quá độ tại N5 : = = = 6,716 kA Dòng điện xung kích : ixkN5 = .Kxk. = .1,8.6,716 = 17,096 kA Coi dòng điện làm việc cưỡng bức bằng dòng điện làm việc ở mạch dự trữ khi khởi động hoặc dừng lò : Icb = = = 962,25 A Từ các giá trị tính được kết hợp với các điều kiện chọn máy cắt . Ta chọn máy cắt không khí loại 8BJ50 do SIEMENS sản xuất có các thông số cho ở bảng sau : ( TL1- Tr236 ). Loại máy cắt Uđm, kV Iđm , A ICđm, kA Ildd , kA 8BJ50 7,2 3150 40 100 Bảng 6.5: thông số máy cắt cấp 6kV VI.4. Chọn áptômát cho tự dùng cho thanh góp 0,4kV: Áptômát được chọn theo 3 điều kiện sau : UđmA ≥ UđmLD IđmA ≥ Itt ICđmA ≥ IN Dòng điện định mức của máy biến áp cấp hai : IđmBA = = = 1443,376 A Vậy ta chọn áptômát loại CM1600N do Merlin Gerin chế tạo có các thông số cho ở bảng sau : ( TL3 – Tr 155 ) Loại Uđm ( V ) Iđm (A) ICđm (kA) CM1600N 690 1600 80 Bảng 6.6: thông số của áptômát. * Kiểm tra điều kiện cắt dòng điện ngắn mạch : Với lưới hạ áp ngắn mạch xa nguồn nên: IN = Ick = I∞ = I’’ Để tính ngắn mạch hạ áp, cho phép lấy kết quả gần đúng bằng cách cho trạm biến áp phân phối là nguồn, trong tổng trở ngắn mạch chỉ cần tính từ tổng trở biến áp đến điểm cần tính ngắn mạch. Do đó ta có sơ đồ tính toán ngắn mạch : H ZBA ZC ZA N Tổng trở biến áp quy về phía hạ áp : = = = 1,952 + j12,8 mΩ Chọn cáp nối giữa máy biến áp và áptômát là loại cáp đồng PVC (3x120+70) có chiều dài 10m. ( TL3- Tr378). Tổng trở đoạn cáp đồng : Zc = (0,253.0,01+0,443.0,01).103= 6 Ω Tổng trở của áptômát : ZA = RA + jXA = (RCD + Rtx) + jXA = = (0,09+0,1) + j0,088 = 0,19 + j0,088 mΩ Trị số dòng ngắn mạch tại thanh góp 0,4kV : Inm = = = 15,2kA Ta thấy dòng ngắn mạch tính toán Inm = 15,2kA < IcđmA= 80kA nên áptômát đã chọn đạt yêu cầu. B1 B2 B3 B4 F1 F2 F3 F4 TMHC-6300 TДHC-10000 TM-1000/6 TM- 1000/6 8BK40 PBK-20/5000 8BJ50 6 kV 0,4 kV CM1600N Sơ đồ tự dùng của mhà máy Tài liệu tham khảo : TL1: PGS.Nguyễn Hữu Khái. Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp (phần điện). Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2006 TL2:Nguyễn Văn Đạm. Mạng Lưới Điện. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2005 TL3: Nguyễn Công Hiền. Nguyễn Mạnh Hoạch. Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. TL4: PGS.TS. Lã Văn Út. Ngắn mạch trong hệ thống điện. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật ,2002