Đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện công suất 200 MW

15 X + X 0,256 + 0,432 X = = = 0,344 2 2 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 47 8 9 16 X + X 0,263 + 0,432 X = = = 0,348 2 2 Biến đổi sơ đồ tiếp ta có X17 0,278 HT X18 0,154 E1234 N2 17 13 14X = X + X = 0,131 + 0,072 = 0,203 15 16 18 15 16 15 16 X .X 0,344.0,348 X = X //X = = X + X 0,344 + 0,348 = 0,173 Điện kháng tính toán dmF tt18 18 cb S 4.62,5 X = X = 0,173. = 0,216 S 200  Tra đường cong tính toán ta có '' 18I (0) = 4,66 ; '' 18I ( ) = 2,46 Dòng điện tính toán tt18I = dmF tb 4.S 3.U = 4.62,5 3.115 = 1,255 kA. Dòng điện ngắn mạch trong hệ có tên 110kV '' ''cb N-2 tt18 18 17 I I (0) = + I .I (0) X = 0,344 1,255.4,66 7,543 0,203   kA 110kV '' ''cb N-2 tt18 18 17 I I ( ) = + I .I ( ) X   = 0,344 1,255.2,46 4,782 0,203   kA Dòng điện xung kích '' xkN-2 xk N-2i = 2k .I (0) = 2.1,8.7,543 = 19,201 kA 3.2.3.3 Điểm ngắn mạch N-3 XF 0,135 N3 E1 Vì N-3 là điểm ngắn mạch ở đầu cực máy phát nên ta có '' tt dX = X = 0,135 Tra đường cong tính toán ta có ICK(0) = 7,75 ; ICK(∞) = 2,7 Dòng điện ngắn mạch tại N-3 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 48 '' dmF N-3 CK cb S 62,5 I (0) = I (0). = 7,75. 3.U 3.10,5 = 26,634 kA '' dmF N-3 CK cb S 62,5 I ( ) = I ( ). = 2,7. 3.U 3.10,5   = 9,279 kA Dòng điện xung kích ( do N-3 là ngắn mạch ở đầu cực MF nên kxk = 1,91) '' xkN-3 xk N-3i = 2k .I (0) = 2.1,91.26,634 = 71,942 kA 3.2.3.4 Điểm ngắn mạch N-4 X1 N4 HT 0,04 X2 0,091 X8 0,263 X9 0,432 X3 0,144 X4 0,144 X5 0,256 X6 0,256 X11 0,432 X12 0,432 X7 0,263 E3E2 E4 Rút gọn sơ đồ ta có X13 HT 0,131 X14 0,072 X5 0,256 X16 0,348 X15 0,688 N4 E2 X13 = X1 + X2 = 0,04 + 0,091 = 0,131 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 49 3 14 X 0,144 X = = 2 2 = 0,072 15 6 11X = X + X = 0,256 + 0,432 = 0,688 8 9 16 X + X 0,263 + 0,432 X = = = 0,348 2 2 Tiếp tục thu gọn sơ đồ ta có X17 HT 0,203 X5 0,256 0,231 N4 E234 X18 17 13 14X = X + X = 0,131 + 0,072 = 0,203 15 16 18 15 16 15 16 X .X 0,688.0,348 X = X //X = = = 0,231 X + X 0,688 + 0,348 Biến đổi sao – tam giác sơ đồ ta có X19 HT 0,819 X20 0,672 E234 N4 5 17 19 5 17 18 X .X 0,256.0,203 X = X + X + = 0,256 + 0,203 + X 0,231 = 0,684 5 18 20 5 18 17 X .X 0,256.0,231 X = X + X + = 0,256 + 0,231 + X 0,203 = 0,778 Điện kháng tính toán dmF tt20 20 cb S 3.62,5 X = X = 0,778. = 0,729 S 200  Tra đường cong tính toán ta được '' 20I (0) = 1,35 ; '' 20I ( ) = 1,44 Dòng điện tính toán tt20I = dmF tb 3.S 3.U = 3.62,5 3.10,5 = 10,31 kA Dòng điện ngắn mạch trong hệ có tên 10,5kV '' ''cb N-4 tt20 20 19 I I (0) = + I .I (0) X = 3,608 1 ,31.1,35 19,193 0,684   kA Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 50 10,5kV '' ''cb N-4 tt20 20 19 I I ( ) = + I .I ( ) X   = 3,608 10,31.1,44 20,121 0,684   kA Dòng điện xung kích '' xkN-4 xk N-4i = 2k .I (0) = 2.1,8.19,193 48,857 kA 3.2.3.5. Điểm ngắn mạch N-5 Ta có '' '' '' N-5 N-3 N-4I (0) = I (0) + I (0) = 26,634 + 19,193 = 45,827 kA '' '' '' N-5 N-3 N-4I ( )=I ( )+I ( )   = 9,279 + 20,121 = 29,4 kA Dòng điện xung kích xkN-5 xkN-3 xkN-4i = i + i = 71,942 + 48,857 = 120,799 kA 3.2.4. Kết quả tính toán ngắn mạch Bảng 3.1 Kết quả tính toán ngắn mạch của hai phương án Phương án Dòng điện Điểm ngắn mạch N1 N2 N3 N4 N5 A I(0) ,kA 5,402 6,989 26,634 18,304 44,989 I (), kA 4,497 4,63 9,279 19,438 28,717 i xk , kA 11,447 17,791 71,942 46,594 118,536 B I (0), kA 5,056 7,543 26,634 19,193 45,827 I (), kA 4,422 4,782 9,729 20,121 29,4 i xk , kA 12,87 19,201 71,942 48,857 120,799 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 51 4.1 Chọn máy cắt điện Máy cắt điện dùng để đóng cắt mạch điện với dòng phụ tải khi làm việc bình thường và dòng ngắn mạch khi sự cố xảy ra. Do đó cả với hai phương án thì máy cắt điện được chọn sơ bộ như sau:  Điện áp định mức của máy cắt : UđmMC > Uđm mạng  Dòng điện định mức của máy cắt : IđmMC > Icb  Dòng điện cắt định mức của máy cắt : Icắt đm > '' (0)NI Trong đó : + Icb : dòng điện cưỡng bức của mạch đặt máy cắt + '' NI (0) : dòng ngắn mạch tính toán  Kiểm tra theo điều kiện ổn định động : iđ.đm ≥ ixk  Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt : nhdm nh.dm NI . t B Trong đó: + Inhđm : dòng điện ổn định nhiệt định mức + tnh.đm : thời gian ổn định nhiệt định mức Đối với máy cắt có Iđm ≥ 1000A thì không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Các máy cắt ở cùng cấp điện áp được chọn cùng chủng loại. Từ các kết quả tính toán dòng cưỡng bức ( bảng 2.8), kết quả tính toán dòng ngắn mạch ( bảng 3.1) và tra phụ lục ta có bảng chọn lựa máy cắt như sau Bảng 4.1 Lựa chọn máy cắt cho các phƣơng án Phương án Cấp điện áp Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số máy cắt I cb (kA) I '' (kA) i xk (kA) U đm (kV) I đm (kA) I cat (kA) i ôdd (kA) A 220 0,395 5,402 11,447 3AQ1 245 4 40 100 110 0,344 4,63 17,791 3AQ1 123 4 40 100 10,5 3,608 26,634 71,942 8BK40 12 5 63 160 B 220 0,395 5,056 12,87 3AQ1 245 4 40 100 110 0,344 7,543 19,201 3AQ1 123 4 40 100 10,5 3,608 26,634 71,942 8BK40 12 5 63 160 Các máy cắt ở trên có dòng điện định mức > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. CHƢƠNG IV SO SÁNH KINH TẾ KĨ THUẬT – CHỌN LỰA PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 52 4.2 Chọn sơ đồ thanh góp - Phía 220kV ta chọn sơ đồ hệ thống hai thanh góp - Phía 110kV ta chọn sơ đồ hệ thống hai thanh góp - Phía 10kV không cần dùng thanh góp điện áp máy phát 4.3 Tính toán chỉ tiêu kinh tế 4.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá Trong hai phương án thì 2 chỉ tiêu được xét đến để chọn phương án tối ưu là vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm. 4.3.1.1 Vốn đầu tƣ Vốn đầu tư của một phương án được tính theo công thức sau B TBPPV = V + V Trong đó : + VB : vốn đầu tư máy biến áp, được xác định bởi công thức B B BV = K .v với : - KB : hệ số xét đến lắp đặt và vận chuyển máy biến áp - Bv : tiền mua máy biến áp + VTBPP : vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối TBPP i TBPPiV = n .v với : - in : số mạch cấp điện áp i - TBPPv : giá thành mỗi mạch TBPP cấp điện áp i 4.3.1.2 Chi phí vận hành hàng năm Chi phí vận hành của các phương án được tính theo công thức sau k p tP = P + P + P + Pk : tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn k a%V P = 100 với : - a : định mức khấu hao %, lấy a= 8,4% - V: vốn đầu tư của một phương án + PP : chi phí phục vụ thiết bị ( sửa chữa thường xuyên và tiền lương công nhân đồng/năm). Chi phí này tạo nên một phần không đáng kể so với tổng chi phí sản xuất, mặt khác nó cũng khác nhau ít giữa các phương án so sánh nên khi đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án có thể bỏ qua chi phí này. Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 53 + Pt : chi phí do tổn thất điện năng hành năm trong MBA tP = β.ΔA - β : giá thành trung bình điện năng trong HTĐ, lấy β=900đồng/kWh - ΔA : tổn thất điện năng hàng năm trong MBA, kWh 4.3.2 Tính toán cụ thể cho từng phƣơng án 4.3.2.1 Phƣơng án A a. Vốn đầu tƣ  Vốn đầu tư cho MBA ( Vb) Phương án này có: o Hai MBA tự ngẫu loại ATДЦTH công suất 160MVA – 220kV. Mỗi máy có giá trị T1 T2V = V = 7400.10 6 (VNĐ). Có KB= 1,4 o Một MBA ba pha hai cuộn dây TДЦ -80MVA-110kV. Máy có giá: VB4 = 2080.10 6 (VNĐ). Có KB = 1,5 o Một MBA ba pha hai cuộn dây TДЦ -80MVA-220kV. Máy có giá: VB3 = 3600.10 6 (VNĐ). Có KB = 1,4 → Vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp 6 BV = (2.7400.1,4 + 2080.1,5 + 3600.1,4).10 = 28880.10 6 (VNĐ)  Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối B3 F3 F1 B1 F2 B2 B4 F4 220k V 110kV Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 54 Bảng 4.2 Vốn đầu tƣ cho thiết bị phân phối Cấp điện áp kV Mạch điện Kiểu máy cắt Số lượng (cái) Đơn giá (10 3 USD/cái) Thành tiền (10 3 USD) 220kV Mạch cao áp 3AQ1 6 80 480 110kV Mạch trung áp 3AQ1 8 50 400 10,5kV Mạch hạ áp 8BK40 2 30 60 Như vậy tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối là VTBPP = (480 + 400 + 60).10 3 = 940.10 3 USD = 940.10 3 .20.10 3 = = 18800.10 6 (VNĐ) Như vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 1 B TBPPV = V + V = 28880.10 6 + 18800.10 6 = 47680.10 6 (VNĐ) b. Phí tổn vận hành hàng năm k tP = P + P Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn 6 6 k a%.V 8,4.47680.10 P = = = 4005,12.10 100 100 Chi phí do tổn thất điện năng tP = β.ΔA =900.6666002,759 = 5999,402.106 (VNĐ) Vậy chi phí vận hành hàng năm P = 4005,12.10 6 + 5999,402.10 6 = 10004,522.10 6 (VNĐ) Chi phí tính toán của phương án A dmC = P + a .V = 10004,522.10 6 + 0,15. 47680.10 6 = 17156,522.10 6 (VNĐ) 4.3.2.2 Phƣơng án B a. Vốn đầu tư  Vốn đầu tư cho MBA ( Vb): Phương án này có: o Hai MBA tự ngẫu loại ATДЦTH công suất 160MVA – 220kV. Mỗi máy có giá trị 1 2T TV V = 7400.10 6 VNĐ. Có KB= 1,4 o Hai MBA ba pha hai cuộn dây TДЦ -80MVA-110kV. Máy có giá: VB4 = 2080.10 6 VNĐ. Có KB = 1,5 → Vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp 6 BV = (2.7400.1,4 + 2.2080.1,5).10 = 26960.10 6 VNĐ  Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 55 Sơ đồ thiết bị phân phối B3 F1 B1 F2 B2 B4 F4 220kV 110kV F3 Vốn đầu tư thiết bị phân phối theo từng cấp điện áp được tính ở bảng sau Bảng 4.2 Vốn đầu tƣ cho thiết bị phân phối Cấp điện áp (kV) Mạch điện Kiểu máy cắt Số lượng (cái) Đơn giá, (10 3 USD/cái) Thành tiền, (10 3 USD) 220kV Mạch cao áp 3AQ1 5 80 400 110kV Mạch trung áp 3AQ1 9 50 450 10,5kV Mạch hạ áp 8BK40 2 30 60 Như vậy tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối là VTBPP = (400 + 450 + 60).10 3 = 1010.10 3 USD = 910.10 3 .20.10 3 = = 18200.10 6 (VNĐ) Như vậy tổng vốn đầu tư cho phương án 2 B TBPPV = V + V = 26960.10 6 + 18200.10 6 = 45160.10 6 (VNĐ) b. Phí tổn vận hành hàng năm k tP = P + P Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn 6 6 k a%V 8,4.45160.10 P = = = 3793,44.10 100 100 (VNĐ) Chi phí do tổn thất điện năng Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 56 tP = β.ΔA = 900.7118302,122 = 6335,859.10 6 (VNĐ) Vậy chi phí vận hành hàng năm P = 3793,44.10 6 + 6335,859.10 6 = 10129,299.10 6 (VNĐ) Chi phí tính toán của phương án B dmC = P + a .V = 10129,299.10 6 + 0,15. 45160.10 6 = 16903,299.10 6 (VNĐ) 4.3.3 So sánh chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật và chọn phƣơng án tối ƣu Từ các kết quả tính toán các chỉ tiêu cho 2 phương án, ta có bảng so sánh về mặt kinh tế giữa 2 phương án. Bảng 4.3 Chỉ tiêu kinh tế của hai phƣơng án Phương án Vốn đầu tư (10 6VNĐ) Chi phí vận hành (10 6VNĐ) Chi phí tính toán (10 6VNĐ) A 47680 10004,522 17156,522 B 45160 10129,299 16903,299 Từ bảng trên ta thấy được: + Phương án A có vốn đầu tư lớn hơn phương án B + Phương án A có chi phí vận hành nhỏ hơn phương án B Nhận thấy V1 > V2; P1 < P2 nên ta tính thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch: 1 2 2 1 V - V 47680 - 45160 T = = = P - P 10129,299 - 10004,522 20,2năm Mặt khác ta có dm dm 1 1 T = = 7 a 0,15  năm Từ trên ta thấy T > Tđm nên ta chọn phương án có vốn đấu tư thấp hơn làm phương án nối điện chính tức là phương án B. Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 57 Những thiết bị chính trong nhà máy điện ( máy phát, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly,…) được nối với nhau bằng hệ thống các thanh góp và cáp điện lực. 5.1. Chọn thanh dẫn cứng Để nối từ đầu cực của máy phát đến gian máy và làm thanh góp điện áp máy phát, đoạn từ cấp điện áp đầu cực máy phát đến máy biến áp tự dùng ta chọn thanh dẫn cứng. Thanh dẫn mềm dùng cho thanh góp, thanh dẫn đặt ngoài trời có cấp điện áp từ 35kV trở lên. 5.1.1 Chọn loại thanh dẫn và tiết diện thanh dẫn Tiết diện của thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép ' cp cbI I trong đó: + ' cpI : dòng điện cho phép hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường ' cp hc cpI = k .I với cpI : dòng điện cho phép của thanh dẫn hck : hệ số hiệu chỉnh. Giả thiết với thanh dẫn đồng có nhiệt độ lâu dài cho phép là 070cp C  , nhiệt độ môi trường xung quanh là 0 0 35 C  , nhiệt đô môi trường khi tính toán quy định 0 0d 25m C  thì ta có hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ là cp 0 hc cp 0dm θ - θ 70 - 35 k = = = 0,882 θ - θ 70 - 25 + cbI : dòng điện cưỡng bức qua thanh dẫn cbI = 3,608kA Vậy ta có cb cp hc cb cp hc I 3,608 I .k I I = = 4,09 k 0,882    kA Ta thấy dòng cưỡng bức lớn hơn 3000A nên ta chọn loại thanh dẫn hình máng để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần đồng thời cũng tăng khả năng làm mát cho chúng. Kết hợp với kết quả tính toán ở trên ta chọn thanh dẫn cứng bằng đồng tiết diện hình máng. Tra bảng phục lục XII.1 ta có bảng thông số như sau CHƢƠNG V CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ THANH DẪN Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 58 Bảng 5.1 Lựa chọn thanh dẫn cứng Kích thước (mm) Tiết diên một cực, mm 2 Mômen trở kháng (cm 3 ) Mômen quán tính (cm 4 ) Dòng điện cho phép (A) h b c r Một thanh Hai thanh Wyo yo Một thanh Hai thanh J yoyo Wx x Wy y J xx J yy 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 5.1.2 Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt Do thanh dẫn có dòng điện cho phép lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. 5.1.3 Kiểm tra điều kiện ổn định động 5.1.3.1 Kiểm tra điều kiện ổn định động khi ngắn mạch Khi dùng thanh dẫn ghép thì ứng suất lớn nhất có thể sinh ra trong thanh dẫn sẻ là 1 2σ = σ + σ trong đó: + 1σ : ứng suất do dòng điện các pha sinh ra + 2σ : ứng suất do dòng điện trong các thanh dẫn cùng pha tác động với nhau sinh ra. a. Tính 1σ Ta có 1 1 yo-y0 M σ = W trong đó: yo - yoW : mô men chống uốn cả hai thanh, 3 yo-yoW = 100cm yy 0 h y h x x b r c Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 59 M1: mômen uốn tác động lên một nhịp của thanh dẫn 1 1 1 F .l M = 10 = 2 1 1 l f . 10 Lực tác động lên một nhịp của thanh dẫn -8 (3) 21 1 xk l F = 1,76.10 . (i ) a trong đó: i xk : dòng điện xung kích của ngắn mạch ba pha, A l 1 : khoảng cách hai sứ liền nhau của một pha, cm. a : khoảng cách giữa các pha, cm. Với cấp điện áp máy phát là 10,5 kV có thể chọn l 1 =120 cm và khoảng cách giữa các pha a= 60 cm, vậy lực tác dụng lên thanh dẫn khi đó sẽ là: -8 tt1 120 F = 1,76.10 . .( 60 71,942.10 3 ) 2 = 182,18KG. Vậy: 1 182,18.120 Μ = = 2186,16 10 (KG.cm).  Ứng suất do lực động điện giữa các pha gây nên: 1 2186,16 σ = = 21,862 100 KG/cm 2 . b)Tính  2 : 2 2 y-y M σ = W Trong đó: W y-y - mômen chống uốn của một thanh, W y-y = 9,5cm 3 M 2 - mômen uốn do lực tác dụng tương hỗ giữa các thanh trong cùng một pha gây nên: tt2 2 2 F .L Μ = 12 + L 2 là chiều dài giữa các miếng đệm Lực tác dụng tương hỗ giữa các thanh trong một pha trên chiều dài L 2 : -8 22 tt2 xk L F = 0,51.10 . .i h (KG)  Lực tác dụng tương hỗ giữa các thanh cùng một pha gây nên trên 1 cm chiều dài là: -8 2 -8 3 2 tt2 xk 1 1 F = 0,51.10 . .i = 0,51.10 . .(71,942.10 ) = 1,76 h 15 KG/cm.  2 1,76.1 Μ = = 0,147 12 (KG.cm).  Ứng suất do lực động điện giữc các thanh trong 1 pha gây nên: Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 60 2 0,147 σ = = 0,0154 9,5 KG/cm 2 .  Điều kiện để đảm bảo ổn định động của thanh dẫn sẽ là:  tt =  1 + 2 = 21,862 + 0,0154 = 21,8874 <  cp =1400 ( KG/cm 2 )  thỏa mãn điều kiện Vậy khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm là: y-y cp 1 2max tt2 12.W .(σ - σ ) L = F Với giả thiết chọn khoảng cách giữa hai miếng đệm gần nhau đúng bằng khoảng cách giữa hai sứ thì để đảm bảo ổn định động thì phải thỏa mãn: l max2 > l 1 . Thay số vào ta có: 2max 12.9,5.(1400 - 21,862) L = = 298,77 1,76 cm >L 1 =120 cm.  Như vậy, không cần đặt đệm trung gian mà chỉ cần đệm ở chính tại sứ. * Kiểm tra có xét đến dao động riêng của thanh dẫn : Tần số dao động riêng của thanh dẫn được xác định theo biểu thức 6 yo-yo r 2 E.J .103,65 f = . L S.γ Trong đó : L : độ dài thanh dẫn giữa hai sứ, L = 120 cm E : Mômen đàn hồi của vật liệu, ECu = 1,1.10 6 kG/cm 2 yo-yoJ : Mômen quán tính của tiết diện đối với trục thẳng góc 4 yo-yoJ = 625 cm S : tiết diện ngang của thanh dẫn, S = 2.13,70 = 27,4 cm2  : khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn, 3 Cuγ = 8,93kG/cm Do đó ta có : 6 6 r 2 3,65 1,1.10 .625.10 f = . = 424,879 120 27,4.8,93 Hz Giá trị này nằm ngoài khoảng tần số cộng hưởng (45 55)   Hz và 2 (90 110)   Hz. Vì vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động thanh dẫn. 5.1.4 Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng Chọn loại sứ đặt trong nhà với điều kiện : Uđmsứ  Uđmlưới = 10 KV Tra bảng chọn loại sứ đớ OФ – 10 – 750 – KBY3 có : Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 61 Uđm = 10 KV Fph = 750 kG H = 215 mm = 21,5 cm *Kiểm tra ổn định động : Dựa trên điều kiện : Độ bền sứ : Ftt’  Fcp = 0,6.750 = 450 kG Trong đó : + Fcp – lực cho phép tác dụng trên đầu sứ, kG + Fph – lực phá hoại cho phép của sứ, kG. Ftt’ được xác định theo công thức : tt' tt H' F = F H Ftt’ đã tính ở trên Ftt = 182,18 kG h= 6  H’ = H + h = 21,5 + 3 = 24,5 2 cm Ftt’ = Ftt. H' 24,5 = 182,18 . = 207,6 H 21,5 kG Ta thấy rằng Ftt’ = 207,6 kG < 0,6.Fph = 450 kG Vậy sứ đã chọn đảm bảo yêu cầu. 5.1.5 Chọn dây dẫn mềm Trong nhà máy nhiệt điện khoảng cách giữa các máy biến áp với hệ thống thanh góp cao áp, trung áp cũng như chiều dài các thanh góp là nhỏ, do đó ta chọn dây dẫn mềm theo dòng điện làm việc cho phép qua nó trong tình trạng làm việc cưỡng bức. khc.Icp  Icb  cb cp hc I I k  Trong đó : Icb : Dòng làm việc cưỡng bức tính toán ở cấp điện áp đang xét. Icp : Dòng làm việc cho phép của thanh dẫn sẽ chọn. khc : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh. Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 62 5.1.5.1 Dây dẫn từ máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp 220 KV Như ở chương 2 đã xác định được dòng điện làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong trường hợp này là Icb = 0,395 kA Do đó : cb cp hc I 0,395 I = = = 0,448 k 0,882 KA Với Icp = 0,448 kA, chọn loại dây nhôm lõi thép AC – 320/48 có Icp = 690 A, đường kính dây dẫn bằng 24,1 mm, đặt dây dẫn 3 pha trên đỉnh một tam giác đều. Khoảng cách giữa các pha phụ thuộc vào cấp điện áp tại nơi đặt dây dẫn mềm. Cụ thể : cấp điện áp 220 KV tương ứng với D = 4 – 5 m. Chọn D = 5m =500cm. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt của cấp điện áp 220 KV N min B F = F C  C : hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, với dây dẫn AC có C = 88 ( 2 A. s mm ) BN : là xung lượng nhiệt khi ngắn mạch. Ta có : BN = BNCK + BNKCK Trong đó : BNCK : là xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ. BNKCK : là xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch không chu kỳ. Để xác định xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ ta sử dụng phương pháp giải tích đồ thị. Khi đó : n 2 NCK tbi i i=1 B = I .Δt với 2 2 2 i-1 i tbi i i i-1 I +I I = ,Δt = t - t 2 Từ kết quả tính toán dòng ngắn mạch ở chương 3, xác định được giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ tại các điểm N1 tính theo công thức sau: 220kV '' ''cb N-1 tt17 17 13 I I = + I .I X Với 220kV cbI = 0,395 ; 13X = 0,131 ; tt17X = 0,306 ; I tt17 = 0,628 kA. Bảng 5.2 Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ tại điểm N1 t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1 I '' 17 (t) 3,25 2,7 2,15 2,27 2,16 I '' N , kA 5,056 4,711 4,365 4,441 4,372 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 63 Từ bảng trên ta có: 2 2 0 0,12 tb1 Ι + Ι Ι = = 23,878 2 (kA 2 ) ; 2 2 0,1 0,22 tb2 Ι + Ι Ι = = 20,623 2 (kA 2 ) 2 2 0.2 0,52 tb3 Ι + Ι Ι = = 19,388 2 (kA 2 ) ; 2 2 0,5 12 tb4 Ι + Ι Ι = = 19,418 2 (kA 2 ) Và : t 1 =0,1 ; t 2 =0,1 ; t 3 =0,3 ; t 4 =0,5. Vậy: B Ν-CK = 23,878.0,1+ 20,623.0,1+19,388.0,3+19,418.0,5=19,9755 (kA 2 .s). Tính xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần không chu kì: B Ν-KCK = (I '' 1N (0)) 2 . T a Trong đó: T a - hằng số thời gian tương đương của lưới, lấy T a =0,05 s.  B Ν-KCK =(5,056.10 3 ) 2 .0,05= 1,278.10 6 (A 2 .s) Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N 1 là: Ν Ν-CK N-KCKΒ = Β + Β =19,9755 + 1,278=21,254 (kA 2 .s). Tiết diện nhỏ nhất ở cấp điện áp 220 kV: N 3 min B 21,254 S = = .10 = 52,389 C 88 mm 2 . Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt. Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang vq đmU U Trong đó: U vq - điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang. Nếu dây dẫn 3 pha được bố trí trên ba đỉnh của tam giác đều thì giá trị điện áp vầng quang được xác định theo công thức: vq a U = 84.m.r.lg r Với: r - bán kính ngoài của dây dẫn, r = 1,08 cm. m - hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn, m=0,85 a - khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, a=500 cm. Thay số ta có: vq 500 U = 84.0,85.1,205.lg = 225,243 1,205 kV > U đm = 220 kV. Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 64 Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang. 5.1.5.2 Dây dẫn từ máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp 110kV Như ở chương 2 đã xác định được dòng điện làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong trường hợp này là Icb = 0,344kA. Do đó : cb cp hc I 0,344 I = = = 0,39 k 0,882 KA Với Icp = 0,39 kA, chọn loại dây nhôm lõi thép AC – 150/19 có Icp = 445A, đường kính dây dẫn bằng 16,8mm, đặt dây dẫn 3 pha trên đỉnh một tam giác đều. Khoảng cách giữa các pha phụ thuộc vào cấp điện áp tại nơi đặt dây dẫn mềm. Cụ thể : cấp điện áp 110 KV tương ứng với D = 4 – 5 m. Chọn D = 5m =500cm. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt của cấp điện áp 110 kV N min B F = F C  C : hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, với dây dẫn AC có C = 88 ( 2 A. s mm ) BN : là xung lượng nhiệt khi ngắn mạch. Ta có : BN = BNCK + BNKCK Trong đó : BNCK : là xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ. BNKCK : là xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch không chu kỳ. Để xác định xung lượng nhiệt của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ ta sử dụng phương pháp giải tích đồ thị. Khi đó : n 2 NCK tbi i i=1 B = I .Δt với 2 2 2 i-1 i tbi i i i-1 I +I I = ,Δt = t -t 2 Từ kết quả tính toán dòng ngắn mạch ở chương 3, xác định được giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ tại các điểm N2 tính theo công thức sau: 110kV '' ''cb N-2 tt18 18 17 I I = + I .I X Với 110kV cbI = 0,344 ; 17X = 0,173 ; tt18X = 0,216 ; I tt18 = 1,255 kA. Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 65 Bảng 5.2 Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ tại điểm N2 t (s) 0 0,1 0,2 0,5 1 I '' 18 (t) 4,66 3,67 3,21 2,8 2,53 I '' N , kA 7,837 6,594 6,017 5,502 5,164 Từ bảng trên ta có: 2 2 0 0,12 tb1 Ι + Ι Ι = = 52,45 2 (kA 2 ) ; 2 2 0,1 0,22 tb2 Ι + Ι Ι = = 39,843 2 (kA 2 ) 2 2 0,2 0,52 tb3 Ι + Ι Ι = = 33,238 2 (kA 2 ) ; 2 2 0,5 12 tb4 Ι + Ι Ι = = 28,469 2 (kA 2 ) Và : t 1 =0,1 ; t 2 =0,1 ; t 3 =0,3 ; t 4 =0,5. Vậy: B Ν-CK = 52,45.0,1+ 39,843.0,1+33,238.0,3+28,469.0,5 = 33,437(kA 2 .s). Tính xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần không chu kì: B Ν-KCK = (I '' 2N (0)) 2 . T a Trong đó: T a - hằng số thời gian tương đương của lưới, lấy T a =0,05 s.  B Ν-KCK =(7,837.10 3 ) 2 .0,05= 3.071.10 6 (A 2 .s) Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại 2N là: Ν Ν-CK N-KCKΒ = Β + Β = 33,437 + 3,071 = 36,508 (kA 2 .s). Tiết diện nhỏ nhất ở cấp điện áp 110kV: N 3 min B 36,508 S = = .10 = 68,661 C 88 mm 2 . Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt. Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang vq đmU U Trong đó: U vq - điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang. Nếu dây dẫn 3 pha được bố trí trên ba đỉnh của tam giác đều thì giá trị điện áp vầng quang được xác định theo công thức: Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 66 vq a U = 84.m.r.lg r Với: r - bán kính ngoài của dây dẫn, r = 0,8a cm. m - hệ số xét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn, m=0,85 a - khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, a=500 cm. Thay số ta có: vq 500 U = 84.0,85.0,84.lg = 166,414 0,84 kV > U đm =110 kV. Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang. 5.2 Chọn máy cắt và dao cách ly 5.2.1 Chọn máy cắt Máy cắt đã được chọn giống như trong bảng 4.1 trong chương IV 5.2.2 Chọn dao cách ly Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau : * Điện áp định mức : UđmCL > UđmL * Dòng điện định mức : IđmCL > Icb * Ổn định nhiệt : Inh 2 .tnh > BN * Ổn định lực động điện : ildđ > ixk Đối với dao cách ly có Iđm > 1000A thì không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Dao được chọn như bảng sau : Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 67 Bảng 5.4 Chọn dao cách ly và thông số Tên mạch điện Điểm ngắn mạch Uđm mạng điện kV Các đại lượng tính toán Ký hiệu dao cách ly Các đại lượng định mức Icb kA I” kA ixk kA Uđm kV Iđm kA iđđm kA 220kV N1 220 0,395 5,402 11,487 SGC - 245/800 245 0,8 80 110kV N2 110 0,344 6,989 17,791 SGCP - 123/800 123 0,8 80 Hạ áp MBA liên lạc N3 10,5 3,608 26,635 71,942 PBK- 20/5000 20 5 200 Máy phát N4 10,5 3,608 18,304 46,594 PBK- 20/5000 20 5 200 Tự dùng - Phụ tải địa phương N5 10,5 44,989 118,536 PBK- 20/5000 20 5 200 5.3 Chọn máy biến điện áp (BU) và máy biến dòng điện (BI) Trong nhà máy điện, máy biến điện áp và máy biến dòng điện được sử dụng với nhiều mục đích như đo lường, bảo vệ rơ le, tự động hóa, tín hiệu điều khiển, kiểm tra cách điện, hòa đồng bộ, theo dõi các thông số. Chúng có mặt ở các cấp điện áp trong nhà máy. Việc chọn máy biến điện áp và máy biến dòng phụ thuộc vào tải của nó. Điện áp định mức của chúng phải phù hợp với điện áp định mức của mạng. 5.3.1 Chọn máy biến điện áp 5.3.1.1. Cấp điện áp 220 KV Ở cấp điện áp 220 KV để kiểm tra cách điện, cung cấp cho bảo vệ role, tự động hóa, ta chọn 3 biến điện áp 1 pha nối dây theo sơ đồ Y0/Y0/ , loại HKФ – 220 - 58 có các thông số kỹ thuật sau : * Điện áp sơ cấp : Usđm = 220 3 KV * Điện áp thứ cấp chính : UT1đm = 110 3 , V * Điện áp thứ cấp phụ : UT2đm =100, V * Cấp chính xác 0,5 và công suất S = 400, VA Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 68 5.3.1.2. Cấp điện áp 110 KV Chọn 3 biến điện áp 1 pha loại HKФ – 110 – 58 có các thông số kỹ thuật sau : * Điện áp sơ cấp : Usđm = 110 3 , KV * Điện áp thứ cấp chính : UT1đm = 100 3 , KV * Điện áp thứ cấp phụ : UT2đm = 100 3 , KV * Cấp chính xác 0,5 và công suất S = 400, VA 5.3.1.3. Cấp điện áp chọn phải thỏa mãn điều kiện sau Máy biến điện áp chọn phải thỏa mãn điều kiện sau : * Điện áp định mức : UBuđm > UđmL = 10 KV * Công suất định mức : Tổng phụ tải S2 nối vào BU phải bé hơn hoặc bằng phụ tải định mức của BU, với cấp chính xác đã chọn, tức là : S2 < SBUđm với S2 = 2 2 dc dc( P ) +( Q )  Trong đó : ∑Pdc và ∑Qdc là tổng công suất tác dụng và công suất phản kháng các dụng cụ đo mắc vào biến điện áp. Dụng cụ phía thứ cấp của máy biến điện áp là công tơ nên dùng hai máy biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V. Bảng 5.5 Thông số các dụng cụ phía thứ cấp của máy biến điện áp Số TT Phần tử Ký hiệu Phụ tải BU: AB Phụ tải BU: BC P, (W) Q,(VAR) P, (W) Q,(VAR) 1 Vôn kế B - 2 7.2 - - - 2 Oát kế tác dụng Д-341 1.8 - 1.8 - 3 Oát kế phản kháng Д-342/1 1.8 - 1.8 - 4 Oát kế tự ghi H - 348 8.3 - 8.3 - 5 Oát kế phản kháng tự ghi H - 348 8.3 - 8.3 - 6 Tần số kế  - 340 - - 6.5 - 7 Công tơ tác dụng Д-670 0.66 1.62 0.66 1.62 8 Công tơ phản kháng ИT-672 0.66 1.62 0.66 1.62 9 Tổng 28.72 3.24 28.02 3.24 Phụ tải máy biến điện áp pha A : 2 2 2 2 2 AB AB ABS = S = ( P ) + ( Q ) = 28,72 + 3,24 = 28,9  VA Phụ tải máy biến điện áp pha C Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 69 BC BC P 28,02 cosυ = = = 0,99 Q 28,21 Vì phụ tải của các biến điện áp là các dụng cụ đo lường nên ta chọn máy biến điện áp kiểu HOM – 10 có các thông số sau : * Điện áp định mức cuộn sơ cấp : Usđm = 10,5 KV * Điện áp định mức cuộn thứ cấp : UTđm = 100 V * Công suất định mức : S = 75 VA * Công suất định mức cực đại : S = 640 VA * Cấp chính xác : 0,5 Để chọn dây dẫn nối từ biến điện áp đến các đồng hồ ta xác định dòng trong các pha A, B, C như sau : ab A ab S 28,9 I = = = 0,289 U 100 A BC C BC S 28,21 I = = = 0,282 U 100 A Để đơn giản trong tính toán coi : IA = IB ≈ 0,289 A, AB BCcosυ = cosυ 1 Khi đó ta có : IB = A3.I = 3.0,289 = 0,5 A Điện áp giáng trong dây A và B là : . . . . . A AB B ρ.l ΔU = ( I + I ).r = ( I + I ). F Để đơn giản bỏ qua góc lệch pha giữa IA và IB, mặt khác ta lấy khoảng cách từ BU đến các đồng hồ đo là 50m. Theo điều kiện % 5%U  ta có : A B ρ.l (I + I ). 5% F  Hay thiết diện của dây dẫn phải thỏa mãn : A B(I + I ).ρ.l (0,289 + 0,5).0,0175.50F = = 1.381 0,5 0,5  mm 2 Để đảm bảo độ bền cơ ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện F = 1,5 mm2 5.3.2 Chọn máy biến dòng điện 5.3.2.1. Cấp điện áp 220kV và 110kV Chọn BI theo điều kiện : UđmBI  UđmL IđmmBI  Icb Với cấp điện áp 110 KV có : Icb 110 = 0,344 KA Với cấp điện áp 220 KV có : Icb 220 = 0,395 KA Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 70 Vậy ta chọn các loại BI có các thông số sau : Bảng 5.6 Thông số của máy biến dòng điện BI Loại BI Uđm(kV) Bội số ổn định động Bội số ổn định nhiệt Iđm(A) Cấp chính xác Phụ tải () Ildd (kA) Sơ cấp Thứ cấp THД- 110M 110 110 34,6/3 400 5 0,5 1,2 145 TH- 220-3T 220 75 60/1 400 5 0.5 2 24-48 5.3.2.2. Cấp điện áp máy phát Biến dòng điện được đặt trên cả 3 pha, mắc hình sao. Máy biến dòng điện được chọn cần thỏa mãn các điều kiện sau : * Cấp chính xác : Vì phụ tải của BI có công tơ nên cấp chính xác chọn 0,5. * Điện áp định mức : UBIđm  UđmL = 10 KV * Dòng điện định mức : Iscđm  Icb = 3,608kA * Phụ tải thứ cấp định mức ZBIdm : Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu, tổng phụ tải thứ cấp Z2 không vượt quá phụ tải định mức : Z2 = Z∑dc + Zdd  ZB1đm Trong đó : Z∑dc : Tổng phụ tải các dụng cụ đo. Zdd : Tổng trở của dây dẫn nối biến dòng điện với dụng cụ đo. Ngoài ra nó cần phải thỏa mãn các điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Ta chọn biến dòng kiểu TΠIII – 10 có các thông số sau : * Điện áp định mức : UB1đm = 10 KV. * Dòng điện sơ cấp định mức : Iscđm = 4000 A * Dòng điện thứ cấp định mức : ITđm = 5 A * Cấp chính xác : 0,5 * Phụ tải định mức : Z2BIdm = 1,2 Ω * Từ điều kiện Z2 = Z∑dc + Zdd  ZBIdm, ta suy ra : dd BIdmZ Z - Z∑dc Hay tt B1dm ρ.l Z - F  Z∑dc tt BIdm dc ρ.l F Z - Z   Trong đó : Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 71 F : Tiết diện dẫn từ BI đến các dụng cụ đo lường.  : Điện trở suất của vật liệu dây dẫn. ltt : Chiều dài tính toán của dây dẫn từ BI đến các dụng cụ đo lường. Công suất tiêu thụ của các đồng hồ đo lường cho trong bảng sau Bảng 5.7 Thông số công suất của các cuộn dây của BI Stt Phần tử Loại Phụ tải Pha A Pha B Pha C 1 Ampemét Ǝ – 378 0,1 0,1 0,1 2 Oát kế tác dụng Д – 341 0,5 - 0,5 3 Oát kế tác dụng tự ghi H – 348 10 - 10 4 Oát kế phản kháng Д – 342/1 0,5 - 0,5 5 Oát kế phản kháng tự ghi H – 318 10 - 10 6 Công tơ tác dụng Д – 670 2,5 - 2,5 7 Công tơ phản kháng иT - 672 2,5 2,5 2,5 8 Tổng 26,1 2,6 26,1 Tổng phụ tải của các pha SA = SC = 26,1VA ; SB = 2,6VA Phụ tải lớn nhất là Smax = SA = SC = 26,1VA Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha A ( hay pha C) là: max dc 2 2 dmtc S 26,1 Z = = = 1,044Ω I 5  Ta chọn dây dẫn bằng đồng có 2 Cuρ = 0,0175(Ωmm /m) và giả sử chiều dài từ biến dòng điện đến các dụng cụ đo là l = 30m. Vì sơ đồ là sao đủ nên ta có ltt=l=30m. Tiết diện của dây dẫn được chọn theo công thức 2Cu BIdm dcå ρ .l 0,0175.30 F = = 3,365mm Z -Z 1,2-1,044  Căn cứ vào điều kiện này ta chọn dây dẫn bằng đồng với tiết diện F= 4mm2 Biến dòng điện kiểu này không cần kiểm tra điều kiện ổn định động vì nó điều kiện quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát. Biến dòng điện đã chọn không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì nó có dòng sơ cấp định mức trên 1000A. Ta có sơ đồ nối dây các thiết bị đo. Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 72 5.4 Chọn các thiết bị cho phụ tải địa phƣơng Phụ tải địa phương được cung cấp bằng đường cáp chôn trong đất. Tiết diện cáp được chọn theo chỉ tiêu kinh tế. Cáp được chọn phải có điện áp định mức phù hợp với điện áp định mức của mạng điện, phải thõa mãn điều kiện phát nóng lúc bình thường cũng như lúc sự cố, thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 5.4.1 Chọn cáp Phụ tải địa phương cấp điện áp 10kV Gồm 2 đường dây cáp kép P = 5MW, cosυ = 0,85 P 5 S = = = 5,882 cosυ 0,85 MVA Tiết diện cáp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế Jkt lvbt cap kt I S = J trong đó: + lvbtI : dòng điện làm việc bình thường trên đường dây Công suất mỗi đường dây cáp kép là S = 5,882 MVA a) Chọn cáp Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 73 Dòng điện làm việc bình thường qua cáp là 3 lvbt S 5,882.10 I = = = 169,8 A 2. 3.U 2. 3.10,5 Tiết diện cáp được chọn là 2lvbt capkep kt I 169,8 S = = = 84,9 mm J 2 Tra bảng chọn loại cáp 3 lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy, võ bằng chì đặt trong đất, nhiệt độ của đất là 150C. S = 95 mm 2 ; Udm = 10,5 kV; Icp = 265A b)Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng cưỡng bức Điều kiện kiểm tra là : 1 2 qtsc cp cbk .k .k .I > I + kqtsc là hệ số quá tải khi sự cố, với cáp đồng đặt trong đất lấy kqtsc = 1,3. + k1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, k1 = 0,882 + k2: hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song, k2 = 0,92 + Icb : 3 cb S 5,882.10 I = = = 323,43 3U 3.10,5 A 1 2 qtsc cp cbk .k .k .I = 0,882.0,92.1,3.265 = 279,54A < I = 323,43 A Vậy cáp đã chọn không đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, do đó phải chọn lại cáp. Ta chọn lại cáp có S = 120 mm2 ; Uđm = 10 kV ; Icp = 310 A. Khi đó: 1 2 qtsc cp cbk .k .k .I = 0,882.0,92.1,3.310 = 327A > I = 323,43A . Vậy cáp đã chọn lại thỏa mãn yêu cầu kĩ thuật. c)Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài Điều kiện là : 1 2 cp lvbtk .k .I I trong đó: + k1: hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt cáp ' cp 0 1 cp 0 θ - θ k = θ - θ = 0,882 k2 : hệ số điều chỉnh theo số cáp đặt song song, với cáp kép thì k2 = 0,92 Thay số vào ta có lvbt0,882.0,92.310 = 251,55 I = 169,8A Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài cho phép. 5.4.2 Chọn máy cắt hợp bộ đầu đƣờng dây Các máy cắt đầu đường dây được chọn cùng loại. Dòng cưỡng bức qua máy cắt được tính toán cho đường dây kép khi một đường dây bị sự cố. Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 74 3 cb S 5,882.10 I = = = 339,6 3U 3.10 A Tra bảng chọn loại máy cắt BM∏-11-1000-20KT có các thông số: Udm = 11kV; Iđm = 1kA ; Icắtdm = 20kA. Vấn đề là phải chọn kháng điện để hạn chế dòng ngắn mạch nếu có sự cố ngắn mạch trên đường dây của phụ tải địa phương để dòng ngắn mạch không vượt quá trị số Icắtđm =20kA. 5.4.3 Chọn kháng điện Theo nhiệm vụ thiết kế phụ tải địa phương gồm + 2 đường dây cáp kép x 5MW x 2km *Xét trường hợp dùng kháng điện đơn như hình vẽ dưới đây: Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 75 F2 F3 N5 N6 N7 K1 K2 Sơ đồ thay thế: XHT XK XC1 XC2 N5 N6 N7 Để chọn kháng điện ta chọn theo các điều kiện sau đây: + Điện áp định mức của kháng điện : Kdm đmMLDU U + Dòng điện định mức của kháng : Kdm cbI I Dòng điện cưỡng bức chạy qua kháng là: Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 76 3 max cbkhang cb P 10.10 I = = = 646,89 A 3.U .cosυ 3.10,5.0,85 Ta chọn kháng điện đơn có cuộn dây nhôm PbA-10-750 có 750KdmI  (A) Cũng từ đây ta chọn máy cắt cho thiết bị phân phối của phụ tải địa phương với thời gian cắt ngắn mạch của máy cắt đầu đường dây cung cấp là 0,5s và dòng điện định mức của máy cắt thỏa mãn dm cbI I = 646,89 A và Cdm đmMLDU U ta chọn máy cắt 8BM20 (MC1) có thông số như sau: CdmU = 12 (kV), dmI = 1250 (A), CdmI = 25 (kA), ddmi = 63 (kA). + Chọn điện kháng của kháng điện 0 0 Kx theo hai điều kiện sau: * 0 0Kx phải được chọn sao cho hạn chế được dòng ngắn mạch tại N6 để chọn MC1 và đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt cho cáp 1 tức là IN6 ≤ {Icắt1; Iodnh1} * 0 0Kx phải được chọn sao cho hạn chế được dòng ngắn mạch tại N7 để chọn MC2 và đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt cho cáp 2 tức là IN7 ≤ {Icắt2; Iodnh2} Với Iodnh là dòng điện ổn định nhiệt của các cáp. Iodnh được xác định như sau: odnh cat S.C I = t trong đó: + S: tiết diện của cáp + C: hằng số phụ thuộc vào loại tiết diện dây dẫn + tcắt: thời gian cắt ngắn mạch Tại các trạm địa phương đã chọn máy cắt điện ( MC2) có Icắt2 = 20kA và thời gian cắt ngắn mạch là tcắt2 = 0,5s, khi đó thì thời gian cắt ngắn mạch tại đầu cáp 1 ứng với đường dây kép là tcắt1kep = 0,5 + 0,3 = 0,8s Đã chọn cáp 2 có S = 50mm2 nên dòng ổn định nhiệt của cáp 2 odnhcap2 3 141.50 I = 10 0,5 = 9,97(kA) Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 nếu cáp 1 là cáp kép (S = 120 mm2) odnhcap1kep 3 141.120 I = 10 . 0,5 + 0,3 = 18,92(kA) Ta nhận thấy rằng Iodnhcap1kep < Icắt1 ( 18,92 < 20) nên ta chỉ cần chọn kháng sao cho dòng điện ngắn mạch tại N6 thõa mãn điều kiện: IN6 ≤ Iodnhcap1kep = 18,92 (kA) Từ điều kiện trên ta có điện kháng tính đến điểm N6 Ta có: cb 200 I = = 10,997 3. 3.10,5 cbS U  Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 77 cb N6 I 10,997 X = = 0,581 I 18,92   Mặt khác ta có X∑ = XHT + XK → XK = X∑ - XHT Ngoài ra ta có điện kháng tính đến điểm ngắn mạch N5 là: cb HT N5 I 10,997 X = = = 0,24 I 45,827 Suy ra XK ≥ 0,581 – 0,24 = 0,341 → Điện kháng của kháng điện theo phần trăm trong hệ đơn vị tương đối định mức : Kdm K(dm) K cb I 0,75 x % = X . 0,341. .100 I 10,997  = 2,33% Như vậy ta chọn kháng điện đơn có cuộn dây nhôm PbA – 10 – 750 – 4 có 3,1%Kx  . Sau khi chọn được kháng điện ta kiểm tra lại các điều kiện sau: + Tính toán kiểm tra lại kháng đã chọn tại điểm ngắn mạch N7 Điện kháng của kháng điện đã chọn là cb K K(dm) dmK I 10,997 X = x %. = 0,031. = 0,455 I 0,75 Điện kháng của đường dây cáp kép là cb C1 0 2 2 cb S 200 X = x .l. = 0,081.2. = 0,294 U 10,5 Dòng ngắn mạch tại N7: 7 cb N HT K C1 I 10,997 I = = = 11,12 X + X + X 0,24 + 0,455 + 0,294 A Ta thấy IN7 > Iodnhcap2 = 9,97 kA nên dòng ngắn mạch chưa thỏa mãn điều kiện Chọn lọai kháng điện đơn có cuộn dây nhôm PbA – 10 – 750 – 4 có 4%Kx  . + Tính toán kiểm tra lại kháng đã chọn tại điểm ngắn mạch N7 Điện kháng của kháng điện đã chọn là cb K K(dm) dmK I 10,997 X = x %. = 0,04. = 0,587 I 0,75 Điện kháng của đường dây cáp kép là cb C1 0 2 2 cb S 200 X = x .l. = 0,081.2. = 0,294 U 10,5 Dòng ngắn mạch tại N7: 7 cb N HT K C1 I 10,997 I = = = 9,8 X + X + X 0,24 + 0,587 + 0,294 A Ta thấy IN7 < Iodnhcap2 = 9,97 kA nên dòng ngắn mạch thỏa mãn điều kiện Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 78 Như vậy ta thấy đặt kháng như vậy là hợp lý. 5.5. 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. 5.5.1. 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. Vì vậy các chống sét van được chọn theo điện áp định mức của mạng lưới điện. Trên thanh góp 110 kV ta chọn chống sét van loại PBC- 110 có 110đmU kV, đặt trên cả ba pha. 5.5.2. Chọn chống sét van cho máy biến áp + Chống sét van cho máy tự ngẫu : Các máy biến áp tụ ngẫu do có sự liên hệ về điện giữa cao và trung áp nên sóng điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp hoặc ngược lại. Vì vậy ,ở các đầu ra cao áp và trung áp của 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 220đmU kV, đặt cả ba pha. • Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-110 có 110đmU kV, 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 đường sắt có biên độ lớn truyền vào trạm, các chống sét van ở đây phóng điện. Điện áp dư còn lại truyền tới cuộn dây của máy biến áp vẫn rất lớn có thể phá hỏng cách điện của cuộn dây,đặc biệt là phần cách điện ở gần trung tính nếu trung tính cách điện. Vì vậy tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây cần bố trí một chống sét van. Tuy nhiên do điện cảm của cuộn dây máy biến áp 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 một cấp. Ta chọn chống sét van loại PBC-110 có 110đmU kV. Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 79 6.1. Sơ đồ nối 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 nhiên 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 có thể 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 tuabin nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy. Ta chọn sơ đồ tự dùng theo nguyên tắc kinh tế và đảm bảo cung cấp điện liên tục,đối với nhà máy điện thiết kế ta dùng hai cấp điện áp tự dùng : 6 kV và 0,4 kV. CHƢƠNG VI SƠ ĐỒ TỰ DÙNG VÀ MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 80 B3 F1 F2 F4 B1 B2 B4 F3 6,3k V 0,4k V Sơ đồ tự dùng toàn nhà máy Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 81 6.2. Chọn máy biến áp tự dùng 6.2.1. Chọn máy biến áp tự dùng bậc một Các máy này có nhiệm vụ nhận điện từ đầu cực máy phát 10,5 kV cung cấp cho phụ tải tự dùng cấp điện áp 6 kV còn lại cung cấp tiếp cho phụ tải cấp điện áp 380/220 V. Công suất định mức của máy biến áp công tác bậc một có thể xác định từ biểu thức sau : 1 Bdm 1 2 2 1 1 K S ΣP + ΣS K η cos Trong đó : 1ΣP : tổng công suất tính toán của các máy công tác tới động cơ 6 kV nối vào phân đoạn xét 2ΣS : tổng công suất định mức của máy biến áp bậc hai nối vào phân đoạn xét. 1K : hệ số đồng thời có tính đến sự không đầy tải của các máy công tác của động cơ 6 kV 1η và 1cosυ : hiệu suất và hệ số công suất của động cơ 6 kV 2K : hệ số đồng thời của nhóm máy biến áp bậc hai Lấy 1 1 1 K = 0,9 η .cos ; 2K = 0,9 Nên ta có : Bdm 1 2S 0,9.(ΣP + ΣS ) Trong phạm vi thiết kế ta chọn công suất của máy biến áp tự dùng bậc một theo công suất tự dùng cực đại của toàn nhà máy : tdmaxS = 19,53 (MVA) Vậy công suất máy biến áp tự dùng bậc một là : B1dm tdmax 1 19,53 S S = = 4,88 n 4  (MVA) Tra bảng chọn loại máy biến áp : TMH-6300/10,5 có các thông số sau : Bảng 6.1: Thông số của máy biến áp tự dùng cấp một Loại dmBS 1 (kVA) Điện áp (kV) Tổn thất (kW) 0 0 nu 0 0 0I cuộn cao cuộn hạ 0P NP TMHC 6300 10,5 6,3 8 46,5 8 0,9 + Máy biến áp dự trữ : được chọn phù hợp với mục đích của chúng : máy biến áp dự trữ chỉ phục vụ để thay thế máy biến áp công tác khi sửa chữa • Công suất máy biến áp dự trữ : dtdm tdmax 1 1 S 1,5. .S = 1,5. .19,53 = 7,324 n 4  (MVA) Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 82  Chọn loại máy biến áp : TДHC-10000/10,5 có các thông số cho ở bảng sau: Bảng 6.2: Thông số của máy biến áp dự trữ của máy biến áp tự dùng cấp một Loại dmBS 1 (kVA) Điện áp (kV) Tổn thất (kW) 0 0 nu 0 0 0I cuộn cao cuộn hạ 0P NP TMH 10000 10,5 6,3 12,3 85 14 0,8 6.2.2 Chọn máy biến áp tự dùng công tác bậc hai Các máy biến áp tự dùng bậc hai dùng để cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp 380/220 V và chiếu sáng. Công suất của các loại phụ tải này thường nhỏ nên công suất máy biến áp thường được chọn loại máy có công suất từ 630-1000 kVA. Loại lớn hơn thường không được chấp nhận vì giá thành lớn và dòng ngắn mạch phía 380 (V) lớn. Công suất của máy biến áp tự dùng cấp hai được chọn như sau : 0 0 0 0 0 0 0 0B2dm tdmax B1dm 1 S (10 - 20 ). .S = (10 - 20 ).S n  Lấy: 0 0B2dm B1dmS 10 S = 0,1.6,3 = 0,63MVA = 630kVA Vậy, ta chọn loại máy biến áp ABB-800/6,3 có các thông số sau : Bảng 6.3: Thông số của máy biến áp tự dùng bậc hai Loại MBA dmBS 2 (kVA) Điện áp (kV) Tổn thất (W) 0 0 nu 0 0 0I cuộn cao cuộn hạ 0P NP ABB-800/6,3 800 6,3 0,4 1400 10500 5 - 6.3. Chọn máy cắt 6.3.1. Máy cắt phía cao áp MBA tự dùng Dòng cưỡng bức mạch MBA tự dùng 10 0,55 3. 3.10,5 B cb dm S I U    kA Chọn tương tự như với máy cắt của cấp điện áp 10,5kV đã được lựa chọn trong chương 4. Tức là loại máy cắt 8BK40 có các thông số cho trong bảng sau: Bảng 6.4: Thông số máy cắt cao áp của máy biến áp tự dùng Cấp điện áp (kV) Đại lượng tính toán Loại máy cắt Đại lượng định mức cbI (kA) )0("NI (kA) xki (kA) dmU (kV) dmI (kA) catdmI (kA) lddi (kA) 10,5 0,55 45,83 120,8 8BK40 12 5 63 160 Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 83 6.3.2. Máy cắt hạ áp MBA tự dùng Để chọn máy cắt điện trong trường hợp này ta tính dòng ngắn mạch tại thanh góp phân đoạn 6 (kV) điểm N8 để chọn máy cắt XHT N5 N8 0,24 XB1 2,54 EHT Chọn : cbS = 200 (MVA) , (10) cbU = 10,5 (kV) Điện kháng hệ thống : 5 cb cb HT N cb N5 I S 200 x = = = = 0,24 I 3U I 3.10,5.45,83 Điện kháng của máy biến áp tự dùng bậc một : 20 0 đmB cbn B1*(cb) 2 đmB cb U Su 8 200 X = . . = . = 2,540 100 S U 100 6,3 Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch N8 : ΣX = 0,24 + 2,54 = 2,78 Dòng ngắn mạch tại N8 là : cb N8 Σ I 200 I = = = 6,593 X 3.6,3.2,78 (kA) Dòng xung kích tại N8 : 8xk xk N i = 2k I = 2.1,8.6,593 = 16,783 (kA) Dòng điện làm việc cưỡng bức : B1dm cb S 6,3 I = = = 0,577 3.6,3 3.6,3 (kA) Căn cứ vào các điều kiện chọn máy biến áp và các giá trị dòng ngắn mạch, dòng xung kích, dòng cưỡng bức vừa tính được ta chọn máy cắt đặt SF6 : 8BM20 có catI = 25 (kA), dmU = 7,2 (kV), dmI = 1250 (A) và lddi = 63 (kA). Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Tiến Thắng – HTĐ3 84 1. Nguyễn Hữu Khái - Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp – NXB KHKT - 2006 2. Đào Quang Thạch, Phạm Văn Hòa - Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp – NXB KHKT - 2007 3. Lã Văn Öt - Ngắn mạch trong hệ thống điện – NXB KHKT - 2006 4. Lã Văn Öt - Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện – NXB KHKT - 2006 5. Nguyễn Văn Đạm – Thiết kế các mạng và hệ thống điện – NXB KHKT – 2006 6. Ngô Hồng Quang - Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4kV – 500kV – NXB KHKT - 2007 TÀI LIỆU THAM KHẢO