Thiết kế Nhà máy thủy điện 4 x 56 MW

ai loại máy biến áp. Ngoài ra do S110min = 71,43MVA > 2SFđm = 2.66 =132 MVA nên 2 bộ nối với thanh góp 110kV có thể luôn luôn làm việc ở chế độ định mức. 2-3. Phương án III(Hình 2-3). B3 B4 B5 ST SUF HT ~ B6 ~ B2 ~ B1 ~ Nhận xét : - Số lượng máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu tư lớn, đồng thời trong quá trình vận hành xác suất sự cố máy biến áp tăng, tổn thất công suất lớn. - Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây chung lớn so với công suất của nó. Tóm lại: Qua những phân tích trên đây ta để lại phương án I và phương án II để tính toán, so sánh cụ thể hơn về kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ đồ nối điện tối ưu cho nhà máy điện. CHƯƠNG III CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 3-1.Chọn máy biến áp - phân phối công suất cho máy biến áp. Giả thiết các máy biến áp được chế tạo phù hợp với điều kiện nhiệt độ môi trường nơi lắp đặt nhà máy điện. Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất định mức của chúng. I.Phương án I (hình 2-1). Chọn máy biến áp : - Công suất định mức của các máy biến áp tự ngẫu B1, B2 được chọn theo điều kiện sau: SB1đm = SB2đm ³ SFđm Trong đó a là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu Do đó : SB1đm = SB2đm ³ MVA Từ kết quả tính toán trên ta chọn máy biến áp tự ngẫu 3 pha cho mỗi máy biến áp B1,B2 loại: ATДЦTH-120 có các thông số kỹ thuật như bảng 3-1: Bảng 3-1 Sđm MVA Uđm (KV) UN%(*) DP0 (KW) DPN% I0 (%) Giá 103R UC UT UH C-T C-H T-H A C-T C-H T-H 160 230 121 11 11 32 20 85 380 - - 0,5 185 Máy biến áp B3 được chọn theo sơ đồ bộ : SB3đm ³ SFđm = 66 MVA Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha 2 cuộn dây có Sđm = 80 MVA là loại: TPДЦH-80 (115/10,5) có các thông số kỹ thuật như ở bảng 3-2 Bảng 3-2 Sđm (MVA) UCđm (kV) UHđm (kV) DP0 (kW) DPN (kV) UN% I0% Giá (103 R) 80 115 10,5 70 310 10,5 0,55 104 - Máy biến áp B4 cũng được chọn theo sơ đồ bộ như đối với B3: SB4đm ³ SFđm = 66 MVA Do đó ta chọn máy biến áp tăng áp ba pha 2 cuộn dây có Sđm = 80 MVA là loại: TДЦ-80 (242/10,5) có các thông số như ở bảng 3-3. Bảng 3-3 Sđm (MVA) UCđm (kV) UHđm (kV) DP0 (kW) DPN (kV) UN% I0% Giá (103R) 80 242 10,5 80 320 11 0,6 90 2.Phân bố công suất cho các máy biến áp. - Để thuận tiện trong vận hành, các bộ máy phát- máy biến áp hai cuộn dây F3-B3 và F4-B4 cho làm việc với đồ thị bằng phẳng suốt cả năm. Do đó công suất tải của mỗi máy là: SB3 = SB4 = SFđm – ¼ Stdmax= 65,88 – ¼ 4,22 = 64,83 MVA< SB3,B4đm= 80 MVA Do đó ở điêù kiện làm việc bình thường B3 và B4 không bị quá tải - Phụ tải qua mỗi máy biến áp tự ngẫu B1và B2 được tính như sau: Phụ tải truyền lên phía trung áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là: Phụ tải truyền lên phía cao áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là: Phụ tải truyền lên phía hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là: Kết quả tính toán cho trên bảng 3-4: Bảng 3-4 t(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24 SB3=SB4 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 ScB1 32,14 32,77 41,59 26,06 33,67 42,35 35,25 35,25 StB1 3,30 9,25 18,18 15,20 27,11 18,18 6,28 6,28 ShB1 35,44 42,03 59,77 41,27 60,78 60,53 41,52 41,52 Qua bảng phân bố công suất 3-4 thấy rằng: SCCmax = 42,35 MVA; SCTmax = 27,11 MVA; SCHmax = 60,78 MVA < SđmB1 = 160 MVA Như vậy các máy biến áp đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thường. 3. Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố. Vì công suất định mức của các máy biến áp hai cuộn dây được chọn theo công suất định mức của máy phát điện nên việc kiểm tra quá tải chỉ cần xét đối với máy biến áp tự ngẫu. Coi sự cố nặng nề nhất là lúc phụ tải trung áp cực đại S110max= 119,05 MVA. Khi đó SVHT =132,17 MVA; SUf =8,09 MVA Giả thiết sự cố bộ F3-B3. Kiểm tra điều kiện : 2.Kqtsc. a.SB1đm ³ S110max ( 2.1,4.0,5.160 =224 > 119,05 MVA ® thoả mãn điều kiện ) Lúc này công suất tải lên trung áp qua mỗi máy là: SCT-B1 = SCT-B2 = S110max/2 = 59,53 MVA Cho các máy phát F1và F2 làm việc với giá trị định mức. Do đó công suất qua cuộn hạ của B1 và B2 là: SCH-B1,B2 = SFđm - SUf /2 - Std /4 = 65,88 - 8,09/2 - 4,22/4 = 60,78 MVA Công suất tải lên cao áp của 1 MBA: SCC-B1,B2 = SCH-B1,B2 - SCT-B1,B2 = 60,78 - 59,53 = 1,25 MVA Khi đó lượng công suất nhà máy cấp cho phía cao áp còn thiếu một lượng: Sthiếu = SVHT - SB4- 2.SCC-B1,B2 = 132,17- 65,88- 2x1,25 = 63,79 MVA < SdtHT =204 MVA Với lượng công suất thiếu này nhỏ hơn dợ trữ quay của hệ thống. Qua trên thấy rằng khi sự cố bộ F3-B3, hai máy biến áp tự ngẫu B1,B2 làm việc không bị quá tải. Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu B1(hoặc B2). Khi B1 sự cố thì F1 ngừng. Trường hợp này kiểm tra quá tải của B2: Kiểm tra điều kiện : Kqtsc. a.SB1đm ³ S110max – SB3 ( 1,4.0,5.160 =112 > 119,05 - 65,88 = 53,17 MVA ® thoả mãn điều kiện ) - Công suất tải lên trung áp: SCT-B2 = S110max- SB3 = 119,05 - 65,88 = 53,17 MVA - Công suất qua cuộn hạ của B2: SCH-B2 = SFđm- SUf - Stdmax/4 = = 65,88 - 8,09 - 4,22/4 = 56,735 MVA - Công suất tải lên phía cao áp: SCC-T2 = SCH-B2 - SCT-B2 = 56,735 - 53,17 = 3,57 MVA Khi đó lượng công suất nhà máy cấp cho phía cao còn thiếu là: Sthiếu=SVHT - SB4 - SCC-B2 = = 132,17 - 65,88 – 3,57 = 62,72 MVA< SdtHT=204 MVA Lượng thiếu này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên B2 cũng không bị quá tải. II.Phương án II (hình 2-2). Chọn máy biến áp. -Hai máy biến áp B3 và B4 được chọn theo sơ đồ bộ .Do hai máy biến áp này cùng nối với thanh góp điện áp 110 kV nên được chọn giống nhau và chọn giống máy biến áp B3 ở phương án I là máy biến áp loại: TPДЦH-80 (115/10,5) có các thông số kỹ thuật như ở bảng 3-2 -Hai máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 được chọn tương tự như phương án I Công suất định mức của các máy biến áp tự ngẫu B1, B2 được chọn theo điều kiện sau: SB1đm = SB2đm ³ SFđm Do đó : SB1đm = SB2đm ³ MVA Ta chọn máy biến áp có ký hiệu: ATДЦTH-160 có các thông số kỹ thuật như bảng 3-1: Bảng 3-1 Sđm MVA Uđm (KV) UN%(*) DP0 (KW) DPN% I0 (%) Giá 103R UC UT UH C-T C-H T-H A C-T C-H T-H 160 230 121 11 11 32 20 85 380 - - 0,5 185 Phân phối công suất cho các máy biến áp. Để đảm bảo kinh tế và thuận tiện trong vận hành, các máy phát F3, F4 cho làm việc với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm. -Do đó công suất tải qua mỗi máy biến áp B3,B4 là: SB3 = SB4 = SFđm – ¼ Std = 65,88 – 4,22/4 = 64,83 MVA - Phụ tải qua các máy biến áp tự ngẫu T1và T2 được tính như sau : Phụ tải truyền lên phía cao áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là : Phụ tải truyền lên phía trung áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là : Phụ tải phía hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu là : Dựa vào bảng 1-5 đã tính ở chương I và các công thức ở trên ta tính được phụ tải cho từng thời điểm , kết quả ghi trong bảng 3-5 Bảng 3-5 t(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24 SB3=SB4 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 SccB1 64,55 65,19 74,00 58,48 66,09 74,76 67,66 67,66 SctB1 -29,12 -23,16 -14,23 -17,21 -5,31 -14,23 -26,14 -26,14 SchB1 35,44 42,03 59,77 41,27 60,78 60,53 41,52 41,52 Dấu ’-‘ chứng tỏ công suất đi từ phía thanh góp 110 kV sang thanh góp 220kV để bổ xung lượng công suất thiếu phía 220kV. Qua bảng phân bố công suất 3-5 thấy rằng: SCCmax = 74,76 MVA SCTmax = 29,12 MVA SCHmax = 60,78 MVA < SđmB1 = 160 MVA Như vậy các máy biến áp đã chọn không bị quá tải khi làm việc bình thường. Kiểm tra các máy biến áp khi bị sự cố. Cũng coi sự cố nguy hiểm nhất là xảy ra khi phụ tải trung áp cực đại. Đối với các bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây không cần kiểm tra quá tải vì công suất định mức của các máy biến áp này được chọn theo công suất định mức của máy phát điện. Do đó việc kiểm tra quá tải chỉ tiến hành với các máy biến áp tự ngẫu. Khi sự cố bộ F3-B3 (hoặc F4-B4). Kiểm tra điều kiện : 2.Kqtsc. a.SB1đm ³ S110max ( 2.1,4.0,5.160 = 224 > 119,05 MVA ® thoả mãn điều kiện ) Khi đó công suất tải lên các phía qua mỗi máy biến áp tự ngẫu được xác định như sau: - Phía trung áp: SCT-B1 = SCT-B2 = ( S110max - SB4)= (119,05 - 64,83) = 27,11 MVA - Công suất qua cuộn hạ: SCH-B1 = SCH-B2 = SFđm - SUf/2 - Std/4 = 60,78 MVA - Công suất phát lên phía cao: SCC-B1 = SCC-B2 = SCH-B1- SCT-B1 = 60,78 - 27,11 = 33,67 MVA Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất là: Sthiếu = SVHT - (SCC-B1 + SCC-B2) = 132,17 - 2.33,67 = 64,83 MVA Lượng công suất thiếu này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống =204MVA. Qua trên thấy rằng khi sự cố bộ F3- B3 thì các máy biến áp tự ngẫu B1,B2 không bị quá tải. Khi sự cố tự ngẫu B1 (hoặc B2). Khi B1 bị sự cố thì F1 ngừng, ta kiểm tra quá tải của B2. Kiểm tra điều kiện : Kqtsc. a.SB1đm ³ S110max - 2.SB3 (1,4.0,5.160 =112 >119,05 -2.64,83 = -10,61 MVA ®thoả mãn điều kiện ) Công suất tải qua các phía của B2 như sau: Phía trung áp: SCT-B2 = S110max - (SB3 + SB4) = 119,05 - 2.64,83 = -10,61 MVA - Phía hạ áp: SCH-B2 = SFđm - SUf - Std/4 = 56,735 MVA Phía cao áp: SCC-B2 = SCH-B2 - SCT-B2 = 56,735 – (-10,61) = 67,345 MVA Phụ tải hệ thống bị thiếu một lượng công suất là: Sthiếu = SVHT - SCC-B2 = 132,17- 67,345= 64,83 MVA < SdtHT=204MVA Lượng này nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống. Do đó trong trường hợp này B2 cũng không bị quá tải. Tóm lại: Các máy biến áp đã chọn đều thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật khi làm việc bình thường và khi sự cố. 3-2 Tính toán tổn thất điện năng. Tính toán tổn thất điện năng là một vấn đề không thể thiếu được trong việc đánh giá một phương án về kinh tế và kỹ thuật. Trong nhà máy điện tổn thất điện năng chủ yếu gây nên bởi các máy biến áp tăng áp. I. Phương án I (Hình 2-1). Để tính toán tổn thất điện năng trong các máy biến áp ta dựa vào bảng phân bố công suất của máy biến áp đã cho ở bảng 3-4 Tổn thất điện năng hằng năm của máy biến áp B3. Công thức tính toán: Trong đó: T: là thời gian làm việc của máy biến áp, T= 8760h. SB3: phụ tải của máy biến theo thời gian và được lấy theo đồ thị phụ tải hằng ngày. Ta có B3 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại TPДЦH-80-115/10,5 có : DP0 = 70 kW, DPN = 310 kW, SB3 = 64,83 MVA = hằng số. Suy ra : DAB3 = 0,07. 8760 + 0,31 . = 2396,56 MWh. 2.Tổn thất điện năng hăng năm của máy biến áp B4. Tương tự như tính DAB3, B4 là máy biến áp ba pha hai cuộn dây loại TДЦ-80-242/10,5 có: DP0 = 80 kW; DPN = 320kW; SB4 = 64,83 MVA = hằng số . Suy ra : DAB4 = 0,08. 8760 + 0,32 . = 2541,68 MWh. 3.Tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp tự ngẫu. Để tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu ta coi máy biến áp tự ngẫu như máy biến áp ba cuộn dây. Khi đó cuộn nối tiếp, cuộn chung và cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu tương ứng với cuộn cao, cuộn trung và cuộn hạ của máy biến áp ba dây cuốn. Tổn thất công suất trong các cuộn được tính như sau: Máy biến áp tự ngẫu 3 pha loại : ATДЦTH-160-230/121/11 có DP0=85 kW và DPNC-T = 380 kW, DPNC-H = 190 kW, DPNT-H = 190 kW Từ đó ta tính được: MW MW MW Từ các kết quả bảng 3-4 và công thức tính ở trên ta có công thức tính tổn thất điện năng của máy biến áp tự ngẫu 3 pha được tổ hợp từ 3 máy biến áp một pha như sau : DAB1=DAB2 Ở đây: SiC , SiT , SiH là phụ tải phía cao áp, trung áp và hạ áp của mỗi máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm ti ghi trong bảng 3-4 đã tính ở trên. T = 8760 h. DPN , DPo , SBđm : là của máy biến áp tự ngẫu 3 pha. Ta có: DAT =DA1 + DA2 Thành phần thứ nhất: DA1 = DP0.8760 = 85.8760 =744600 kWh = 744,6 MWh Thành phần thứ hai : DA2 = SDA2i =S (DPN-C.+ DPN-T.+ DPN-H.).ti Dựa vào bảng phân bố công suất ta tính được thành phần thứ hai như sau: t(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24 SB3=SB4 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 64,83 ScB1 32,14 32,77 41,59 26,06 33,67 42,35 35,25 35,25 StB1 3,30 9,25 18,18 15,20 27,11 18,18 6,28 6,28 ShB1 35,44 42,03 59,77 41,27 60,78 60,53 41,52 41,52 ∆A2i 13034 17496 34611 16307 35084 35526 17482 17482 Ta được: DA2 = SDA2i = 187,023 MWh Tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu là: DATB1,2 = 2.( DA1 +DA2) = 2.(744,16 + 187,023) = 1862,37 MWh Như vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án I là: DAI = DAB4 + DAB3 + 2. DATB1,2 = 2541,68 + 2396,56 + 1862,37 = 6800,61 MWh II-Phương án II (hình 2-2). Tổn thất điện năng hàng năm của các máy biến áp B3 và B4. Theo công thức như ở phương án I : DAB3 = DAB4= Máy biến áp B3 và B4 đã chọn là máy biến áp kiểu TДЦ-80-115/10,5 có thông số như ở bảng 3-2 do đó tổn thất điện năng của máy biến áp B3 và B4 ở phương án này bằng nhau và đúng bằng tổn thất trong máy biến áp B3 ở phương án I trên: DAB3 = DAB4 = 2396,56 MWh Tính tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp tự ngẫu B1 và B2. Tương tự ta phương án I, ta có: Máy biến áp tự ngẫu 3 pha: ATДЦTH-160-230/121/10,5 có DP0=85 kW và DPNC-T =380 kW, DPNC-H = DPNT-H =DPNC-T/2=190 kW và dựa vào bảng 3-5 Ta có: DAT =DA1 + DA2 Thành phần thứ nhất: DA1 = DP0.8760 = 85.8760 =744600 kWh = 744,6 MWh Thành phần thứ hai : DA2 = SDA2i =S (DPN-C.+ DPN-T.+ DPN-H.).ti Dựa vào bảng phân bố công suất ta tính được thành phần thứ hai như sau: t(h) 0-6 6-8 8-12 12-14 14-18 18-20 20-22 22-24 ScB2 64,55 65,19 74,00 58,48 66,09 74,76 67,66 67,66 StB2 -29,12 -23,16 -14,23 -17,21 -5,31 -14,23 -26,14 -26,14 ShB2 35,44 42,03 59,77 41,27 60,78 60,53 41,52 41,52 ∆A2i 23792 27320 44415 23907 41929 45463 28263 28263 Ta được: DA2 = SDA2i = 263,352 MWh Tổn thất điện năng trong các máy biến áp tự ngẫu là: DATB1,2 = 2.( DA1 +DA2) = 2.(744,16 + 263,352) = 2015,024 MWh Như vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án I là: DAI = DAB4 + DAB3 + 2. DATB1,2 = 2.(2396,56 + 2015,024) = 8823,17 MWh Bảng so sánh tổn thất điện năng giữa hai phương án: Bảng 3-6: Tổn thất điện năng DAS(MWh) Phương án I 6800,61 Phương án II 8823,17 CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN KT-KT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Việc quyết định bất kỳ một phương án nào cũng đều phải dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế và kỹ thuật, nói khác đi là dựa trên nguyên tắc đảm bảo cung cấp điện và kinh tế để quyết định sơ đồ nối dây chính cho nhà máy điện. Trên thực tế vốn đầu tư vào thiết bị phân phối chủ yếu phụ thuộc vào vốn đầu tư máy biến áp và các mạch thiết bị phân phối. Nhưng vốn đầu tư của các mạch 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 phải chọn các máy cắt.Trong tính toán chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật ta chỉ cần chọn sơ bộ các máy cắt. 4-1. Chọn sơ bộ máy cắt của các phương án. I-Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch. 1-Phương án I (Hình 2-1). Cấp điện áp về hệ thống 220 kV. - Mạch đường dây nối với hệ thống: Phụ tải cực đại của hệ thống là SVHTmax=149,52 MVA. Vì vậy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính với điều kiện một đường dây bị đứt. Khi đó: kA - Mạch máy biến áp ba pha 2 cuộn dây B4: Dòng điện làm việc cưỡng bức được xác định theo dòng điện cưỡng bức của máy phát điện: kA -Mạch máy biến áp tự ngẫu B3(B4) : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là: kA Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là kA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là kA Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phương án I này là : Icbcao = 0,392 kA Cấp điện áp trung 110 kV. -Mạch đường dây: Phụ tải trung áp được cấp bởi 2 đường dây kép*45MW, 3 đơn*30MW, ta có: Dòng điện làm việc cưỡng bức là : kA -Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây : kA -Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : kA Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là kA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là kA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở phía 220 kV được lấy là : Icbtrung = 0,357 kA Cấp điện áp 10,5 kV. Dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch này chính là dòng điện làm việc cưỡng bức của máy phát điện nên ta có : kA Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức cuả phương án I là: Bảng 4-1 Cấp điện áp 220 kV 110 kV 13,8 kV Icb (kA) 0,392 0,357 3,8 2-Phương án II (Hình 2-2). Cấp điện áp 220 kV. -Mạch đường dây cũng như phương án I ta đã có: Ilvcb = 0,392 kA -Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : kA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là kA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 220 kV của phương án II là: Icb220kV = 0,392 kA Cấp điện áp 110 kV. -Mạch đường dây tương tự như phương án I ta có: Ilvcb = 0,265 kA -Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây như phương án I ta có: Ilvcb = 0,357 kA -Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi làm việc bình thường thì dòng cưỡng bức của mạch này là : kA Khi sự cố bộ bên trung thì dòng cưỡng bức là kA Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì dòng cưỡng bức là kA Như vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 110 kV là: Icb110kV = 0,318 kA Cấp điện áp 10,5 kV. Tương tự như phương án I ta đã có: Ilvcb = 3,8 kA Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức của phương án II là : Bảng 4-2 Cấp điện áp 220 kV 110 kV 10,5 kV Icb (kA) 0,392 0,318 3,8 II-Chọn máy cắt cho các phương án. Các máy cắt khí SF6 với ưu điểm gọn nhẹ, làm việc tin cậy nên được dùng khá phổ biến. Tuy nhiên các máy cắt loại này có nhược điểm là giá thành cao, việc thay thế sửa chữa thiết bị khó khăn. Với nhà máy thiết kế đều dùng các máy cắt khí SF6 ở cả ba cấp điện áp. Ta chọn sơ bộ máy cắt theo điều kiện sau: UđmMC ³ Ulưới IđmMC ³ Icbmax Các thông số kỹ thuật của máy cắt cho ở bảng 4-3. Bảng 4-3 Phương án Cấp điện áp (kV) Dòng Ilvcb (kA) Loại máy cắt Đại lượng định mức U (kV) I (kA) Icắt (kA) Ilđđ (kA) I 220 0,392 3AQ1 245 4 40 100 110 0,357 3AQ1 145 4 40 100 10,5 3,8 8BK41 12 12,5 80 225 II 220 0,392 3AQ1 245 4 40 100 110 0,318 3AQ1 145 4 40 100 10,5 3,8 8BK41 17,5 12,5 80 225 4-2. So sánh chỉ tiêu kinh tế giữa các phương án. *Vốn đầu tư cho một phương án là: V = VB + VTBPP Trong đó : Vốn đầu tư cho máy biến áp : VB = Ski. vBi ki=1,4 : Hệ số tính đến chuyên trở và xây lắp. vBi: Tiền mua máy biến áp. Vốn đầu tư cho máy cắt: VTBPP = S(nC.vC + nT.vT + nH.vH) nC,nT,nH : Số mạch phân phối. vC,vT,vH :Giá tiền mỗi mạch phân phối. *Phí tổn vận hành hàng năm của một phương án được xác định như sau: P = Pkh + PDA Trong đó: Pkh = : Khấu hao hàng năm về vốn và sửa chữa lớn . a=8,4: định mức khấu hao (%). PDA = b.DA : Chi phí do tổn thất hàng năm gây ra. b : là giá 1 kWh điện năng (b = 400 đồng /kWh) DA : là tổn thất điện năng hàng năm I.Phương án I. Chọn sơ đồ nối điện. Phía 220 kV: Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp. Phía 110 kV: Dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp đường vòng vì số nhánh vào ra nhiều. Phía 10,5 kV: Không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát có cấp điện áp 6 kV mà điện áp đầu cực máy phát la 10,5 kV nên ta phải dùng máy biến áp giảm áp 10,5/6kV. Sơ đồ nối điện phương án 1:(hình 4-1) B4 B1 B2 B3 ~ ~ ~ ~ 220 kV 110kV F4 F1 F2 F3 2.Tính hàm chi phí tính toán. Vốn đầu tư. Vốn đầu tư cho máy biến áp : Phương án I dùng 3 loại máy biến áp là : - Hai máy biến áp tự ngẫu 3 pha kiểu ATДЦTH - 160 Với giá tiền: 185.103 R(1R = 40.103 đồng) nên giá tiền của MBA là 185.103.40.103 = 7,4.109 VNĐ - Một máy biến áp 3 pha hai cuộn dây loại TДЦ-80-242/10,5 Với giá tiền: 90.103.40.103 = 3,6.109 VNĐ và k = 1,4. - Một máy biến áp 3 pha hai cuộn dây loại TPДДH-80-115/10,5 Với giá tiền: 104.103.40.103 = 4,16.109 VNĐ và k = 1,4. Như vậy tổng vốn đầu tư cho máy biến áp của phương án I là : VB1 = 2.1,4.7,4.109 + 1,4.3,6.109 + 1,4.4,16.109 = = 31,584.109 VNĐ. Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: Từ sơ đồ hình 4-1 ta nhận thấy : Cấp điện áp 220 kV gồm có 4 mạch máy cắt kiểu 3AQ1 giá tiền một mạch là: 71,5.103.40.103 = 2,86.109 VNĐ / mạch . Vậy giá 4 mạch máy cắt kiểu 3AQ1 là : 4.2,86.109 = 11,44.109 VNĐ Cấp điện áp 110 kV gồm có 5 mạch máy cắt kiểu 3AQ1 giá tiền một mạch là 31.103.40.103 = 1,24.109 VNĐ/mạch . Vậy giá tiền 5 mạch máy cắt 3AQ1 là : 5.1,24.109 = 6,2.109 VNĐ Cấp điện áp 13,8 kV gồm có 2 mạch máy cắt ,giá tiền một mạch là 15.103.40.103= 0,6.109 VNĐ/mạch . Vậy giá tiền của 2 mạch máy cắt là : 2.0,6.109 = 1,2.109 VNĐ Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối là : VTBPP1 = 11,44.109 + 6,2.109 + 1,2.109 = 18,84.109 VNĐ Từ đó tính được tổng vốn đầu tư của phương án I là: V = VB1 + VTBPP1 = 31,584.109 + 18,84.109 = 50,424.109 VNĐ Tính phí tổn vận hành hàng năm. *Khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn: Suy ra: VNĐ *Chi phí do tổn thất điện năng hàng năm: PDA= b.DA1 = 400.6800,61.103 = 2,72.109 VNĐ Như vậy phí tổn vận hành hàng năm là: P1 = Pkh + PDA = 4,24.109 + 2,72.109 =6,96.109 VNĐ II-Phương án II. Chọn sơ đồ nối điện. Tương tự như phương án I ở cấp điện áp 220 kV ta dùng sơ đồ hệ thống 2 thanh góp. Cấp điện áp 110 kV dùng hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng như sơ đồ hình 4-2. Sơ đồ nối điện phương án 2: B1 B1 B2 B4 ~ ~ ~ ~ B3 220 kV 110kV F1 F2 F3 F4 Hình 4-2 Tính toán hàm chi phí tính toán. Vốn đầu tư. Vốn đầu tư cho máy biến áp: Phương án này gồm có: - Hai máy biến áp tự ngẫu 3 pha kiểu: ATДЦTH - 160 giá mỗi máy 7,4.109VNĐ và k = 1,4 - Hai máy biến áp 3 pha hai cuộn dây loại TPДДH-80-115/10,5 giá 2.104.103.40.103 = 8,32.109 VNĐ và k = 1,4 Như vậy tổng vốn đầu tư cho máy biến áp là : VB = 2.1,4.7,4.109 + 2.1,4.4,16.109 = 32,368.109 VNĐ Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối : Từ sơ đồ 4-2 ta nhận thấy : Cấp điện áp 220 kV gồm có 3 mạch máy cắt kiểu 3AQ1 giá tiền một mạch là 2,86.109 đ mạch Vậy giá 3 mạch máy cắt kiểu 3AQ1 là: 3.2,86.109 = 8,58.109 đ Cấp điện áp 110 kV gồm có 6 mạch máy cắt kiểu 3AQ1 giá tiền một mạch là 1,24.109 đ/mạch Vậy giá tiền 6 mạch máy cắt 3AQ1 là: 6.1,24.109 = 7,44.109 đ Cấp điện áp 10,5 kV gồm có 2 mạch máy cắt, giá tiền của 2 mạch máy cắt là: 1,2.109 đ Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối là : VTBPP2 = 8,58.109 + 7,44.109 + 1,2.109 = 17,22.109 đ Từ đó tính được tổng vốn đầu tư của phương án I là: V2 = VB2 + VTBPP2 = 32,368.109 + 17,22.109 = 49,588.109 đồng Tính phí tổn vận hành hàng năm. * Chi phí do tổn thất điện năng : Từ công thức tính đã nêu ở trên và tổn thất điện năng DA đa tính được ở chương III ta có : PDA = b.DA2 = 400.8823,17.103 = 3,529.109 đồng * Khấu hao hàng năm : đồng Vậy phí tổn vận hành hàng năm là : P2 = Pkh + PDA = 4,165.109 +3,529.109 = 7,694.109 đồng Bảng kết quả tính toán kinh tế của hai phương án ở bảng 4-4: Bảng 4-4 Phương án Vốn đẩu tư V ( x109 đ ) Phí tổn vận hành P ( x109 đ ) I 50,424 6,96 II 49,588 7,696 Qua trên ta chọn phương án II là phương án tối ưu cho bản đồ án thiết kế này do VII < VI CHƯƠNG V TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn, thanh dẫn của nhà máy điện theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch tính toán là dòng điện ngắn mạch ba pha. Để tính toán dòng điện ngắn mạch ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình của mạng. Chọn các lượng cơ bản: Công suất cơ bản: Scb =100MVA; Các điện áp cơ bản: Ucb1 = 230 kV; Ucb2 =115 kV; Ucb3 =10,5 kV 5-1. Tính các điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. Điện kháng của hệ thống điện . Nhiệm vụ thiết kế đã cho điện kháng tương đối của hệ thống thứ tự thuận của hệ thống là XHT = 0,9 và công suất định mức của hệ thống SHTđm = 2550 MVA. Do đó điện kháng của hệ thống qui đổi về cơ bản là: XHT = XHT. Điện kháng của nhà máy phát điện. Các máy phát điện có điện kháng siêu quá độ dọc trục là Xd’’ =0,21. Do đó điện kháng qui đổi về lượng cơ bản là: XF = X’’d. Điện kháng của đường dây 220kV Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy được nối với hệ thống qua hai đường dây cao áp 220kV có chiều dài 86 km. Có X0 = 0,4 W/km Trị số điện kháng qui đổi về lượng cơ bản là: XD = X0 .l. Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây. Loại TPДЦH-80 (115/10,5) XB3 = XB4 = Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu. Nhà chế tạo đã cho điện áp ngắn mạch giữa các phía điện áp của máy biến áp tự ngẫu. Từ đó ta có: UNC% = 0,5.( UNC-T + UNC-H - UNT-H ) = 0,5.( 11 + 32 - 20 ) = 11,5 UNT% = 0,5.( UNC-T + UNT-H - UNC-H ) = 0,5.( 11 + 20 - 32 ) = -0,5 » 0 UNH% = 0,5.( - UNC-T + UNC-H + UNT-H ) = 0,5.( -11 + 32 + 20 ) = 20,5 Từ đây tính được điện kháng qui đổi của máy biến áp tự ngẫu ba pha về lượng cơ bản: XC = = = 0,072 XT = 0 XH == = 0,128 5-2. Tính toán dòng điện ngắn mạch. 1.Sơ đồ nối điện (Hình 5-1). F1 B1 HT N4 N3 F3 F2 F4 B2 N3' N1 B4 B3 N2 Hình 5-1 2.Sơ đồ thay thế (Hình 5-2) XHT XD XC XH XF XC XH XB4 XF N1 N2 N3’ N3 N4 F1 F2 F3 F4 HT Hình 5-2 XB3 XF XF 3.Tính toán ngắn mạch Để chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV, ta chọn diểm ngắn mạch N1 với nguồn cung cấp là toàn bộ hệ thống và các máy phát điện. Đối với mạch 110kV, điểm ngắn mạch tính toán là N2 với nguồn cung cấp gồm toàn bộ các máy phát và hệ thống. Tuy nhiên với mạch máy phát điện cần tính toán hai điểm ngắn mạch là N3 và N’3. Điểm ngắn mạch N3 có nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát(trừ máy phát F2) và hệ thống. Điểm ngắn mạch N’3 có nguồn cung cấp chỉ có máy phát F2. So sánh trị số của dòng điện ngắn mạch tại hai điểm này và chọn khí cụ điện theo dòng điện có trị số lớn hơn. Để chọn thiết bị cho mach tự dùng ta có điểm ngắn mạch tính toán N4. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 gồm toàn bộ các máy phát và hệ thống điện. Dòng ngắn mạch tại N4 có thể xác định theo dòng ngắn mạch tại N3 và N’3 Ngắn mạch điểm N1 Sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N1(Hình 5-3): X8 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X9 X11 N1 F1 F2 F3 F4 HT Hình 5-3 Từ sơ đồ hình 5-2 ta có sơ đồ thay thế tính toán điểm ngắn mạch N1 như hình 5-3 có các thông số như sau : X1 = XHT + XD = 0,035 + 0,033 = 0,068 X2 = X5 = XC = 0,072 X3 = X6 = XH = 0,128 X4 = X7 = X9 = X11 = XF = 0,319 X8 = X10 = XB3,B4 = 0,131 Bằng cách ghép nối tiếp và song song các điện kháng ta được hình 5-4: X12 = X13 = X1 N1 X13 X14 X12 F12 F34 Hình 5-4 HT X14 = Ghép song song F1,F2 với F3,F4 rồi nối tiếp với X13 ta có X15 = X16 = X13 + X15 = 0,036 + 0,113 = 0,149 N1 X1 X16 HT NM Hình 5-5 Sơ đồ hình 5-5 là sơ đồ tối giản có hai đầu cung cấp điện cho N1 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là : Tra đường cong tính toán của nhà máy thuỷ điện tại t= 0 ses và t= : I*" = 0,6 ; I*¥ = 0,69 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I" = kA I¥ = kA Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N1 là : Với åSFđm = 4SFđm = 4.65,88 = 263,53 MVA Tra đường cong tính toán của thuỷ điện ta được : I”* = 2,56 ; I*¥ = 2,54 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có I" = kA I¥ = kA Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N1 là : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ: IN1" = 3,84 + 1,693 = 5,533 kA - Dòng ngắn mạch duy trì: I¥N1 = 4,417 + 1,68 = 6,097 kA - Dòng điện xung kích : ixkN1 = .kxk.IN1" = .1,8.5,533 = 14,09 kA Điểm ngắn mạch N2 HT F34 X1 X13 X14 X12 N2 F12 Hình 5-6 Để tính toán điểm ngắn mạch N2 có thể lợi dụng kết quả khi tính toán, biến đổi sơ đồ của điểm N1 ở trên. Từ hình 5-3 ta có: N2 X15 X16 HT NM Hình 5-7 Cũng như đối với điểm N1 ta cũng ghép F1,F2 và F3,F4 ta có sơ đồ hình 5-7 X15 = X1 + X13 = 0,068 + 0,036 = 0,104 X16 = Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là : Tra đường cong tinh toán tại t = 0 s và t = ¥ ta được I*" = 0,38; I*¥ = 0,42 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I" = kA I¥ = kA Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N2 là : Tra đường cong tính toán của thuỷ điện ta được : I”* = 3,8 ; I*¥ = 3,2 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có I" = kA I¥ = kA Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N2 là : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ: IN2" = 4,86 + 5,03 = 9,89 kA - Dòng ngắn mạch duy trì: I¥N2 = 5,377 + 4,23 = 9,607 kA - Dòng điện xung kích : ixkN2 = .kxk.IN2" = .1,8.9,89 = 25,18 kA Điểm ngắn mạch N3 Ta đã biết điểm ngắn mạch N3 được cung cấp bởi hệ thống và nhà máy (trừ máy phát F2). Tồng công suất của nhà máy cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 là åSFđm = 3SFđm = 3.65,88 = 197,64 MVA Từ sơ đồ hình 5-3 ta có sơ đồ thay thế hình 5-8 X8 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X10 X9 X11 N3 F1 F3 F4 HT Hình 5-8 Biến đổi tương đương ta có sơ đồ hình 5-9 như sau : HT X1 X12 X14 X6 NM N3 Hình 5-9 Ta có: X12 = X13 = X14= Ghép F1 với F3,F4 ta có sơ đồ hình 5-9. Ta có: X15 =X1 +X12 =0,068 + ,0,036 = 0,104 Biến đổi sơ đồ sao X6 , X14 , X15 thành sơ đồ tam giác thiếu X16 , X17 : X16 = X6 + X15 + = 0,128 + 0,104 + = 0,321 X17= X6 + X14 + = 0,128 + 0,15 + = 0,463 HT NM X16 X17 Hình 5-10 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N3 là : Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : I*" = I*¥ = Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I" = I¥ = kA Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N3 là : Tra đường cong tính toán ta được: I”* = 1,16 ; I*¥ = 1,42 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có I" = kA I¥ = kA Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N3 là : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ: IN3" = 17,1 + 12,61 = 29,71 kA - Dòng ngắn mạch duy trì: I¥N3 = 17,1 + 15,43 = 32,53 kA - Dòng điện xung kích : ixkN3 = .kxk.IN3" = .1,8.29,71 = 75,63 kA Điểm ngắn mạch N3' G2 X7 N3’ Hình 5-11 Điểm ngắn mạch N3’ chính là ngắn mạch đầu cực máy phát điện F2 nên nguồn cung cấp chỉ gồm có một máy phát F2 và có sơ đồ thay thế như hình 5-11 Điện kháng tính toán: Xtt = X7 = Xd" = 0,21 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có : - Dòng ngắn mạch siêu quá độ và duy trì: IN3’" = I¥N3’ = kA - Dòng điện xung kích : ixkN3’ = .kxk.IN3’" = .1,9.17,25 = 46,35 kA (Ngắn mạch đầu cực lấy kxk =1,9) e) Điểm ngắn mạch N4 Từ sơ đồ thay thế hình 5-2 ta thấy : IN4 = IN3 + IN3' từ đó ta có : -Dòng ngắn mạch siêu quá độ: I"N4 = I"N3 + I"N3' = 29,71 + 17,25 = 46,96 kA -Dòng ngắn mạch duy trì : I¥N4 = I¥N3 + I¥N3' = 32,53 + 17,25 = 49,78 kA -Dòng điện xung kích : ixkN4 = .kxk.IN4" = .1,9.46,96 = 126,18 kA Kết quả tính toán ngắn mạch của phương án : Bảng 5-1 Cấp điện áp ( kV ) Điểm ngắn mạch I" (KA) I¥ (KA) ixk (KA) 220 N1 5,553 6,097 14,09 110 N2 9,89 9,607 25,18 10,5 N3 29,71 32,53 75,63 N3' 17,25 17,25 46,35 N4 46,96 49,78 126,18 4.Chọn máy cắt và dao cách ly Ta có tiêu chuẩn chọn máy cắt là : UđmMC ³ Uđmlưới IđmMC ³ Icbmax Icắtđm ³ I” iđđm ³ ixk Ta có điều kiện chọn dao cách ly là : UđmCL ³ Uđmlưới IđmCL ³ Icbmax iđđm ³ ixk Từ đó ta có bảng chọn máy cắt và dao cách ly như sau: Mạch Thông số tính toán Thông số máy cắt, dao cách ly Uđm ( kV) Icb (kA) I” (kA) Ixk (kA) Loại K.hiệu Uđm (kV) Iđm (kA) Icắtđm (kA) Iđđm (kA) Cao áp 220 0,392 5,553 14,09 MC 3AQ1 245 4 40 100 DCL SGC 245/800 245 0,8 -- 80 Trung áp 110 0,318 9,89 25,18 MC 3AQ1 145 4 40 100 DCL SGCP 123/800 123 0,8 -- 80 Hạ áp 10,5 3,8 46,96 126,2 MC 8BK40 12 5 63 160 DCL SGCP 36/1250 36 12,5 -- 125 CHƯƠNG VI CHỌN DÂY DẪN VÀ KHÍ CỤ ĐIỆN 6-1.Chọn thanh dẫn cứng, thanh dẫn mềm , thanh góp. Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát. Thanh dẫn cứng dùng để nối từ máy phát tới cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp ba pha hai cuộn dây. Tiết diện của thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài. Chọn tiết diện thanh dẫn . Giả thiết nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn bằng đồng là qcp = 70oC, nhiệt độ môi trường xung quanh là q0 = 35oC và nhiệt độ tính toán định mức là qđm = 200C. Từ đó ta có hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ là : Tiết diện của thanh dẫn cứng được chọn theo dòng điện lâu dài cho phép : Ilvcb £ Icp.Khc Do đó ta có : Icp ³ kA Như vậy ta chọn thanh dẫn cứng bằng đồng, có tiết diện hình máng như hình 6-1, quét sơn và có các thông số như ở bảng 6-1: Bảng 6-1 Kích thước (mm) Tiết diện 1cực mm2 Mô men trở kháng (cm3) Mô men quán tính (cm4) Icp cả 2 thanh A h b c r 1 thanh 2 thanh 1 thanh 2 thanh Wxx Wyy Wyoyo Jxx Jyy Jyoyo 150 65 7 10 1785 74 14,7 167 560 68 1260 7000 h x c b y y0 y Hình 6-1 AÄệ-400 AOÄệTH-267 AÄệ-400 3AF2 ~ ~ ~ ~ G4 G1 G2 Hình 5-1 G3 h y y y y ~ c Hình 6-1 Kiểm tra ổn định nhiệt khi nhắn mạch. Thanh dẫn đã chọn có dòng điện cho phép Icp > 1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Kiểm tra ổn định động. Lấy khoảng cách giữa các pha là a = 60 cm, khoảng cách giữa hai sứ đỡ là l = 200 cm. * Tính ứng suất giữa các pha: Lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là: Ftt = 1,76.10-2..ixk2 = 1,76.10-2..126,182 = 934,1 kG. ( khd = 1 ) Mô men uốn tác dụng lên chiều dài nhịp : Mtt = = = 18682 kG.cm Và ứng suất do lực động điện giữa các pha là : stt = = = 111,9 kG/cm2 với Wyoyo =167 cm3 là mô men chống uốn của tiết diện ngang thanh dẫn. Thanh dẫn đồng có scpCu = 1400 kG/cm2 thõa mãn điều kiện stt < scpCu = 1400 * Xác định khoảng cách giữa 2 sứ: Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra: f2 = 0,26.10-2. .ixk2 = 0,26.10-2. .126,182 = 6,37 kG/cm Ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra : s2 = = kG/cm2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là : scpCu ³ stt + s2 hay s2 £ scpCu - stt l2 £ Với thanh dẫn đồng scpCu = 1400 kG/cm2. Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các sứ mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động là : l2max = = 201,43 cm Giá trị này lớn hơn khoảng cách của khoảng vượt l = 200 cm. Do đó không cần đặt miếng đệm tại hai đầu sứ mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động. Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng. Sứ đỡ thanh dẫn cứng được chọn theo điều kiện sau: Loại sứ: Sứ đặt trong nhà. Điện áp: USđm ³ Uđmmg = 10,5 kV Điều kiện ổn định động. Ta chọn sứ OF- 20-2000KB.Y3 có: Uđm = 20 kV; Fcp = 2000 kG; HS = 315 mm Kiểm tra ổn định động: Sứ được chọn cần thoả mãn điều kiện : F’tt £ 0.6 Fph trong đó: Fph- Lực phá hoại cho phép của sứ. F’tt- Lực động điện đặt trên đầu sứ khi có ngắn mạch. F’tt = Ftt Với : Ftt – Lực động điện tác động lên thanh dẫn khi có ngắn mạch Hs – Chiều cao của sứ H’ – Chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn Thanh dẫn đã chọn có chiều cao h = 150 mm. Do đó: H’= Hs + 0,5.h =315 + 0,5.150 = 390 mm. Lực phá hoại tính toán của sứ : kG Hs=315 mm H'=390 Thanh dẫn Sứ F1 Ftt Hình 6-2 Lực này nhỏ hơn lực phá hoại cho phép của sứ. Vậy sứ đã chọn hoàn toàn thoả mãn Chọn dây dẫn mềm. Thanh dẫn mềm được dùng để từ đầu cực phía cao, phía trung của máy biến áp tự ngẫu và cuộn cao của máy biến áp hai cuộn dây lên các thanh góp 220 kV và 110 kV. Tiết diện của thanh góp và thanh dẫn mềm được chọn theo điều kiện nhiệt độ lâu dài cho phép. Khi đó dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ là: Ihccp ³ Ilvcb/Khc Trong đó : Ihccp là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ tại nơi lắp đặt. Ilvcb : dòng điện làm việc cưỡng bức. Khc: Hệ số hiệu chỉnh,Khc = 0,837 Các dây dẫn mềm này treo ngoài trời, có độ ổn định nhiệt tương đối lớn nên ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Chọn tiết diện. Từ kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức ở chương trước tính được dòng cho phép (đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ) của các cấp điện áp. Mạch điện áp 220 kV: - Dòng làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong mạch này là: Ilvcb = 0,392 kA Ta phải chọn dây dẫn có : Icp ³ kA Như vậy ta chọn loại dây dẫn AC-300 có S = 300 mm2 và Icp = 585 A. Mạch điện áp 110 kV: Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch: Ilvcb = 0,318 kA Ta phải chọn dây dẫn có : Icp ³ kA Như vậy chọn dây AC-240 có tiết diện S = 240 mm2, Icp = 505 kA. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là : Smin = BN : Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch ( A2.s ) . C : Hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn ( ) . Với dây dẫn AC có C = 70 . Tính xung lượng nhiệt : BN = BNck + BNkck Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 0.5 sec. Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ: BN kck = I”2.Ta(1- e-2t/Ta) BNkck1 = I”N12.Ta = ( 5,553.103 )2. 0,05(1-e-2.0,5/0,05) = 1,54.106 A2.s BNkck2 = I”N22.Ta = ( 9,89.103 )2. 0,05(1-e-2.0,5/0,05) = 4,89.106 A2.s Thành phần 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 điểm N1 và N2 ( đã đưa về hai biến đổi ) của phương án tối ưu ( phương án 2) ta tính được giá trị dòng điện ngắn mạch tại N1 và N2 theo thời gian như sau: t ( sec ) Dòng điện 0 0,1 0,2 0,5 IN1 ( kA ) 5,553 5,81 5,55 5,59 IN2 ( kA ) 9,89 8,45 7,98 7,74 Điểm N1: I2tb1 = = = 32,31 kA2 I2tb2 = = = 32,31 kA2 I2tb3 = = = 31,04 kA2 Từ đó : BNck1 = 32,31.0,1 + 32,31.0,1 + 31,04.0,3 = 15,77 kA2.s = 15,77.106 A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1 : BN1 = BNck1 + BNkck1 = 1,54.106 + 15,77.106 = 17,31.106 A2.s Điểm N2: I2tb1 = = = 84,6 kA2 I2tb2 = = = 67,5 kA2 I2tb3 = = = 61,79 kA2 Từ đó: BNck1 = 84,6.0,1 + 67,5.0,1 + 61,79.0,3 = 33,75 kA2.s= 33,75.106 A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N2 : BN2 = BNck2 + BNkck2 = 4,89.106 + 33,75.106 = 38,64.106 A2.s Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220 kV và 110 kV là : Smin1 = = = 59,4 mm2 . Smin2 = = = 88,8 mm2 . Vậy các dây dẫn và thanh góp mềm đã chọn đều đảm bảo ổn định nhiệt. Kiểm tra điều kiện vầng quang. Kiểm tra điều kiện vầng quang theo công thức : Uvq ³ Uđm với Uvq = 84.m.Rdt.lg() kV Trong đó: Uvq là điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang m là hệ số có xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn, lấy m = 0,87 a là khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, lấy a = 500 cm (với cấp 220 kV) và a =300 cm (với cấp 110 kV) R là bán kính ngoài của dây dẫn. Điện áp 220 kV: Dây AC- 300 có : Icp = 585 A, d = 24 mm đặt trên mặt phẳng nằm ngang. Khoảng cách giữa các pha là a = 500 cm. Khoảng cách trung bình hình học atb = 1,26.a = 630 cm. Uvq = 84.0,87.1,2.lg= 238 kV > Uđm = 220 kV Như vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang. Tương tự đối với điện áp 110 kV ta cũng thấy thoả mãn. 6-2.Chọn cáp và kháng đường dây. 1.Chọn cáp cho phụ tải 10,5 kV - Phụ tải cấp điện áp 10,5 kV có Pmax = 8,6 MW gồm : + 1 đường dây cáp kép P = 2,6 MW, Cosj = 0,85 S = = + 3 đường dây cáp đơn P = 2 MW, Cosj = 0,85 S = = - Tiết diện cáp được chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế Jkt Scáp = với Ilvbt : Dòng điện làm việc bình thường Chọn tiết diện cáp đơn: Các đường cáp đơn có S = 2,35 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là: Ilvbt = Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại: Tmax = Tra bảng có Tmax = 6567 h ta chọn cáp cách điện bằng giấy lõi đồng có Jkt = 2A/mm2 Tiết diện cáp trong trường hợp này: Scáp = = 65 mm2 Tra bảng chọn loại cáp ba lõi bằng đồng và nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy, vỏ bằng chì S = 70 mm2 ; Uđm = 10,5 kV; Icp = 215 A - Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài K1.K2.Icp Ilvbt K1 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ K1 = K2 : Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song, với cáp đơn có K2=1 0,837.1.215 = 179,9 A > Ilvbt = 129 A Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài cho phép Chọn tiết diện cáp kép có S= 3,06 MVA Z Dòng điện làm việc bình thường qua mỗi cáp : Ilvbt = Có Jkt = 2A/mm2 Tiết diện cáp được chọn : Scáp = = Z Tra bảng chọn loại cáp ba pha lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy vỏ bằng chì đặt trong đất, ta chọn cáp có Uđm = 10,5 kV, S = 70 mm2, Icp = 215A Tương tự như trên ta kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài Kqt.K1.K2.Icp ³ Icb = 2.Ilvbt K1 = 0,837 ; K2 = 0,9 ( Với 2 cáp đặt song song ) ; Kqt = 1,3 1,3.0,837.0,9.215 = 210 A > 196 A = 2.Ilvbt Vậy điều kiện phát nóng lâu dài thoả mãn Kết luận : Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 2.Chọn kháng đường dây. 1 kép 3,06 MVA 2 đơn 2,35 MVA 1 đơn 2,35 MVA * Xác định dòng cưỡng bức qua kháng: Dòng cưỡng bức qua kháng được giả thiết khi sự cố 1 kháng điện. Lúc này công suất qua kháng còn lại là: Công suất qua kháng MVA KHÁNG 1 Kháng 2 Bình thường 3,88 6,23 Sự cố kháng 1 0 7,76 Sự cố kháng 2 5,41 0 Dòng cưỡng bức qua kháng là: IcbK = = Tra bảng ta chọn kháng đơn PbA-10-600-3 có dòng điện IđmK = 600A Xác định XK% của kháng XHT XK XC1 MC2 N6 MC1 EHT N4 N5 Trong chương tính ngắn mạch ta đã tính được dòng ngắn mạch tại điểm N4 IN4” = 46,96 kA Vậy điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4 là: XHT = = Điện kháng của cáp 1 là: XC1 = X0.l.= = 0,218 Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 là : InhC1 = S1: Tiết diện cáp 70 mm2 C1: Hệ số cáp nhôm C1 = 141 As1/2/s t1 : Thời gian cắt của máy cắt 1: tcắt MC1 = tcắt MC2 + t = 0,7 + 0,3 = 1 sec InhC1 = Dòng ổn định nhiệt cáp 2 : InhC2 = = Ta phải chọn được kháng có XK% sao cho hạn chế được dòng ngắn mạch nhỏ hơn hay bằng dòng cắt định mức của máy cắt đã chọn đồng thời đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện đã chọn: IN5” ( ICđm1, InhC1 ) và IN6” ( ICđm2, InhC2 ) Chọn máy cắt đầu đường dây MC1: Các máy cắt đầu đường dây được chọn cùng loại. Dòng cưỡng bức qua máy cắt được tính toán cho đường dây kép khi 1 đường dây bị sự cố Icb = = Tra bảng chọn máy cắt 8DA10 có: Uđm = 12 kV Iđm = 3510 A Icắt đm = 40 kA Mục đích của việc chọn kháng điện đường dây là để hạn chế dòng ngắn mạch tại hộ tiêu thụ tới mức có thể đặt được máy cắt 8DA10 và cáp của lưới điện phân phối có tiết diện nhỏ nhất là 70 mm2 theo yêu cầu của đầu bài. IN5” ( 40 kA; 9,87 kA ) IN6” ( 20 kA; 11,8 kA ) Vậy ta chọn kháng có XK% sao cho ngắn mạch tại N6 thì có dòng ngắn mạch IN6” 11,8 kA Khi ngắn mạch tại N6 thì điện kháng tính đến điểm ngắn mạch là: = Mà ta có = XHT + XK + XC1 XK = - XHT – XC1 = 0,466 – 0,117 – 0,218 = 0,131 Nên XK% = XK. Vậy ta chọn kháng đơn dây nhôm PbA-10-600-10 XK% = 3%; Iđm = 600A; Uđm= 10,5 kV Kiểm tra kháng vừa chọn Điện kháng tương đối của kháng điện vừa chọn XK = XK%. Dòng ngắn mạch tại N5 I”N5 = Không thoả mãn điều kiện: I”N5 Icắt đm1= 40 kA I”N5 InhC1 = 9,87 kA Ta chọn lại kháng điện có XK% = 5% Điện kháng tương đối của kháng điện vừa chọn XK = XK%. Dòng ngắn mạch tại N5 I”N5 = Không thoả mãn điều kiện: I”N5 Icắt đm1= 40 kA I”N5 InhC1 = 9,87 kA Dòng ngắn mạch tại N6 I”N6 = Thoả mãn điều kiện: I”N6 < ICắt đm2= 20 kA I”N6 < InhS2 = 11,88 kA Kết luận: Vậy kháng đã chọn đảm bảo yêu cầu. 6-3.Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện. Việc chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện phụ thuộc vào tải của nó. Điện áp định mức của chúng phải phù hợp với điện áp định mức của mạng. Cấp điện áp 220 kV. Máy biến điện áp: Để kiểm tra cách điện và cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle, đo lường đặt các máy biến điện áp trên thanh góp 220 kV. Thường chọn máy biến điện áp một pha kiểu HKụ -220 - 58Y1 nối dây theo sơ đồ Yo/Yo// có các thông số sau: Điện áp sơ cấp: Usđm = 150000/ V; Điện áp thứ cấp 1: Ut1đm = 100/ V Điện áp thứ cấp 2: Ut2đm = 100/3 V ; Cấp chính xác: 0,5 Công suất định mức: STUđm = 400 VA Máy biến dòng điện. Các máy biến dòng điện được đi kèm với các mạch máy cắt có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle. Với mục đích đó chọn máy biến điện kiểu TФH-220-3T có các thông số sau: Dòng điện sơ cấp: Isđm = 600 A ; Dòng điện thứ cấp: Itđm = 5 A Cấp chính xác: 0,5 ; Phụ tải định mức: 2W Dòng điện ổn định động : ildd = 54 kA Máy biến dòng đã chọn có dòng điện sơ cấp định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Cấp điện áp 110 kV. Máy biến điện áp: Để kiểm tra cách điện và cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle, đo lường đặt các máy biến điện áp trên thanh góp 110 kV. Thường chọn máy biến điện áp một pha kiểu HKụ -110 – 57,Y1 nối dây theo sơ đồ Yo/Yo// có các thông số sau: Điện áp sơ cấp: Usđm = 66000/ V ; Điện áp thứ cấp 1: Ut1đm = 100/ V Điện áp thứ cấp 2: Ut2đm = 100/3 V ; Cấp chính xác: 0,5 Công suất định mức: STUđm = 400 VA Máy biến dòng điện. Các máy biến dòng điện được đi kèm với các mạch máy cắt có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle. Với mục đích dó chọn máy biến điện kiểu TФH-110M có các thông số sau: Dòng điện sơ cấp: Isđm =600 A ; Dòng điện thứ cấp: Itđm = 5 A Cấp chính xác: 0,5 ; Phụ tải định mức: 0,8W Dòng điện ổn định động : ildd = 145 kA Máy biến dòng đã chọn có dòng điện sơ cấp định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Cấp điện áp máy phát 10,5 kV. Mạch máy phát điện các biến điện áp và biến dòng điện nhằm cung cấp cho cácdụng cụ đo lường. Theo quy định bắt buộc mạch máy phát phải có các phần tử đo lường sau: ampe kế, vôn kế, tần số kế, cosj kế, oát kế tác dụng, oát kế phản kháng, oát kế tác dụng tự ghi, công tơ tác dụng, công tơ phản kháng. Các dụng cụ đo được mắc như hình 6-3. Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào BU và BI A A A W VAR W Wh VARh V f 2.HOM-15 G a b c Hình 6-3 Chọn máy biến điện áp. Máy biến điện áp được chọn phải thoả mãn điều kiện sau : Sdc STUđm với Sdc = Vì phụ tải của biến điện áp là các dụng cụ đo lường nên dùng hai biến điện áp một pha nối dây kiểu V/V và được nối vào đầu cực để lấy các điện áp dây AB và BC. Các dụng cụ đo lường sử dụng qua máy biến điện áp được ghi ở bảng 6-5. Bảng 6.5 Thứ Tự Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải ab Phụ tải bc P(W) Q(Var) P(W) Q(Var) 1 Vôn kế ầB2 7,2 2 Tần số kế Ä344 6,5 3 Oát kế tác dụng Ä 341 1,8 1,8 4 Oát kế phản kháng Ä 342/1 1,8 1,8 5 Oát kế tự ghi \\ Ä 33 8,3 8,3 6 Công tơ tác dụng ẩT 0,66 0,66 1,62 7 Công tơ phản kháng ẩTP 0,66 1,62 0,66 1,62 Tổng cộng 20,40 3,24 19,72 3,24 Phụ tải của biến điện áp ab: Sab = = 20,7 VA ; cosjab = Phụ tải biến điện áp bc: Sbc = = 19,9 VA ; cosjbc = Vì phụ tải của máy biến điện áp là dụng cụ đo lường nên ta chọn máy biến điện áp kiểu một pha HOM-15 có các thông số sau : Điện áp sơ: 15750 /V ; Điện áp cuộn thứ 1: 100/ V Điện áp cuộn thứ 2: 100/3 V ; Cấp chính xác : 0,5 Phụ tải định mức: Sđm = 75 VA * Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp đến dụng cụ đo : Giả sử độ dài từ máy biến điện áp đến các đồng hồ đo lường là l = 60 m Dòng điện trong các pha a, b, c : Ia = A ; Ic = A Để đơn giản trong tính toán coi Ia = Ic= 0,2 A và coi cosjab = cosjbc = 1 Khi đó Ib =.Ia = 0,34 A Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và b: DU = (Ia + Ib) lấy rCu = 0,0175 W Vì mạch điện có công tơ nên DU £ 0,5 %. Vậy tiết diện dây dẫn là: Fdd = mm2 Để đảm bảo độ bền cơ ta chọn dây dẫn đồng có bọc cách điện có tiết diện là: Fdd = 1,5 mm2 Chọn máy biến dòng điện . Các biến dòng được đặt trên cả ba pha và được nối theo sơ đồ sao. Vì các công tơ có cấp chính xác 0,5 nên các máy biến dòng được chọn phải có cùng cấp chính xác. Ngoài ra còn phải đảm bảo các điều kiện sau: Điện áp định mức: UTIđm ³ UFđm =13,8 kV Dòng điện định mức sơ: ITIđm ³ Ilvcb = 5,186 kA Vậy chọn máy biến dòng điện kiểu Tỉ۸-20-1 có các thông số kĩ thuật như sau: Uđm = 20 kV , Isđm = 10000 A , Itđm = 5 A , phụ tải định mức Zđm = 1,2 W , cấp chính xác 0,5. Bảng dụng cụ đo lường nối vào TI được ghi trong bảng 6-6: BẢNG 6-6 Thứ tự Tên dụng cụ Kí hiệu Phụ tải (VA) A B C 1 Am pe kế ầ-302 1 1 1 2 Oát kế tác dụng Ä-341 5 5 3 Oát kế tự ghi Ä –33 10 10 4 Oát kế phản kháng Ä -342/1 5 5 5 Công tơ tác dụng Ä –670 2,5 2,5 6 Công tơ phản kháng ẩT-672 2,5 5 2,5 Tổng cộng 26 6 26 Pha a và c của biến dòng mang tải nhiều nhất Smax =26 VA Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này là: Zåđd = W Để thoả mãn cấp chính xác 0,5 của máy biến dòng điện ta cần chọn dây dẫn đến các dụng cụ đo lường có đủ độ lớn cần thiết. Giả sử khoảng cách từ máy biến dòng điện đến các dụng cụ đo lường là l = 50 m. Chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện thoả mãn: Fdd ³ mm2 Theo điều kiện về độ bền cơ ta chọn dây dẫn đồng có bọc cách điện có tiết diện F = 6 mm2. Kiểm tra ổn định động máy biến dòng điện: Máy biến dòng kiểu TШL-20-1 có sơ cấp là thanh dẫn của thết bị phân phối nên ổn định động của nó quyết định bởi ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát. Do vậy không cần kiểm tra ổn định động của máy biến dòng điện này. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: Vì dòng định mức sơ cấp của máy biến dòng điện lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. Vậy máy biến dòng điện đã chọn hoàn toàn thoả mãn yêu cầu. CHƯƠNG VII CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG Lượng điện tự dùng của nhà máy thuỷ điện là rất nhỏ so với nhà máy nhiệt điện cùng công suất. Mặt khác theo đề bài thiết kế thì đây là nhà máy thuỷ điện có công suất trung bình ( [ 1000 MVA ) nên sơ đồ tự dùng của nhà máy thiết kế có những đặc điểm sau: Một máy phát hay một nhóm máy phát ghép chung 1 MBA, có một MBA tự dùng hạ từ 10,5/0,4 kV. Điện lấy ngay từ cực máy phát. Dự phòng nóng cho nhau thông qua Aptomát phía hạ áp. Khi một MBA bị sự cố, các máy còn lại sẽ tăng công suất thay thế MBA bị sự cố. Phía cao của MBA tự dùng không cần dùng máy cắt mà chỉ cần dùng cách ly (vì là MBA trong nhà, thường bảo quản rất tốt nên hầu như không bao giờ có sự cố sảy ra). Phía hạ của MBA tự dùng là Aptômát và dao cách ly phục vụ sửa chữa 380/220V, do đó phải nối đất để an toàn và có dây trung tính để lấy điện áp pha. Chọn máy biến áp tự dùng. Máy biến áp tự dùng được chọn theo điều kiện sau: và (n-1).SđmB.Kqtscá Smaxtd do đó ta chọn MBA tự dùng TM-1,6 có thông số như sau : Loại Sđm (MVA) UCđm (kV) UHđm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) Un% I0% TM 1,6 10 0,4 2,8 16,5 5,5 1,3 Ta có sơ đồ tự dùng của thuỷ điện như sau: B1 F1 TM-1,6 B2 B3 B4 F2 F3 F4 0,4 KV