Thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện công suất 240 MW

i. - Trong các khoảng thời gian còn lại: chế độ làm việc của tự ngẫu là công suất được truyền từ , phụ tải phía hạ là lớn nhất. Do đó công suất qua cuộn hạ là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình thường là: Ta có SHmax = 63,09375 MVA < kbtStt = 104 MVA nên khi làm việc bình thường trong những khoảng thời gian trên máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải Như vậy máy biến áp tự ngẫu đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc quá tải bình thường. Quá tải sự cố Xét trường hợp sự cố máy biến áp nối bộ B4 Khi đó lượng công suất lớn nhất tải qua mỗi máy biến áp tự ngẫu để đưa sang trung áp là: MVA 75 , 68 5 , 137 . 2 1 S 2 1 S max . UT max . T = = = Công suất tải qua cuộn hạ cực đại là: SHmax= SFdm - STDmax- SUFmin =75– .24 – .10,2375 = 63,88125 MVA < 68,75 MVA Suy ra lượng công suất cực đại truyền từ cao áp sang trung áp qua mỗi máy biến áp tự ngẫu là: SCmax= STmax – SHmax =68,75 - 63,88125 =4.869 MVA Như vậy máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ truyền công suất, phụ tải phía trung là lớn nhất. Do đó công suất qua cuộn chung là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải sự cố là: Do hệ số công suất nên công suất qua cuộn chung bằng: Suy ra lượng công suất lớn nhất tải qua cuộn chung: ( ) . 88125 , 63 S S S max C H max . ch + 0,5.4,869 = 66,32 MVA = a + = Ta nhận thấy Sch.max< ksc.Stt = 112 MVA nên máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải sự cố. Xét trường hợp sự cố máy biến áp liên lạc B2. - Ta thấy , lượng công suất lớn nhất tải qua máy biến áp tự ngẫu để đưa sang trung áp là: STmax = SUTmax - Sb4 = 137.5 - 69 = 68,5 MVA Công suất tải qua cuộn hạ cực đại đã tính trong phần trước là: SHmax = 63,88125 MVA<68,5 MVA Lượng công suất cần tải qua tự ngẫu từ cao áp sang trung áp là: SCmax= STmax – SHmax =68,5 - 63,88125 = 4.619 MVA Như vậy chế độ làm việc của tự ngẫu là công suất được truyền từ, phụ tải phía trung là lớn nhất. Do đó công suất qua cuộn chung là lớn nhất và điều kiện kiểm tra quá tải bình thường là: Do hệ số công suất nên công suất qua cuộn chung bằng: Suy ra lượng công suất lớn nhất tải qua cuộn chung: ( ) . 88125 , 63 S S S max C H max . ch + 0,5.4,619 = 66,19 MVA = a + = Ta nhận thấy Sch.max< ksc.Stt = 112 MVA nên máy biến áp tự ngẫu không bị quá tải sự cố. Tóm lại, các máy biến áp đã chọn hoàn toàn đảm bảo điều kiện quá tải bình thường lẫn quá tải sự cố. Tính Tổn Thất Điện Năng Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai dây quấn B1 và B4 Do bộ máy biến áp – máy phát làm việc với phụ tải bằng phẳng trong suốt cả năm nên tổn thất điện năng trong mỗi máy biến áp hai cuộn dây có hai cuộn dây phân chia điện áp thấp là: Thay số ta có, tổn thất điện năng trong máy biến áp B3: ΔAB3 = 80.8760 + 320.(69/80)2.8760 = 2786118 kWh = 2786,118MWh Tổn thất điện năng trong máy biến áp B4: ΔAB4 = 70.8760 + 310.(69/80)2.8760 = 2633352 kWh = 2633,352 MWh Vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp hai dây quấn là: ΔAb = ΔAB3 + ΔAB4 = 5419,470 MWh Tổn thất điện năng trong máy biến áp liên lạc Tổn thất điện năng trong máy biến áp liên lạc tính theo công thức: trong đó: : tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu, kW : công suất qua cuộn cao, trung, hạ của máy biến áp tự ngẫu vận hành với thời gian ti trong ngày, MVA Tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây - Tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao - Tổn thất ngắn mạch trong cuộn trung - Tổn thất ngắn mạch trong cuộn hạ bảng 3.4 Thời gian 0 – 6 6 – 8 8 - 10 10 - 12 12 - 14 14 - 18 18 - 20 20 - 24 SB.C , MVA 11,12 -1,95 33,75 27,2688 12,9888 38,7625 49,47 13,77 SB.T , MVA 17,06 27,38 27,38 34,25 34,25 23,9375 13,63 13,63 SB.H , MVA 28,18 25,43 61,13 61,5188 47,2388 62,7 63,09 27,39 DAN , kWh 124,57 39,967 194,41 196,9813 119,2884 411,748 216,35 77,973 Tổn thất điện năng ngắn mạch trong ngày: ΔAN24 = ΣΔAiN = 1381.289 kWh Tổn thất điện năng trong 1 năm của mỗi máy biến áp tự ngẫu: ΔAB1= ΔAB2= 85.8760 + 365. 1381.289 = 1248770 kWh = 1248,770 MWh Tổn thất điện năng trong 1 năm của các máy biến áp liên lạc: ΔATN= ΔAB1 + ΔAB2= 2. 1248,770= 2497,541 MWh Tổn thất điện năng của phương án 2 Tổn thất điện năng của phương án 2 bằng: ΔA2= ΔAb + ΔATN= 5419,470 + 2497,541 = 7917,011MWh Tính Dòng Điện Cưỡng Bức Của Các Mạch Các mạch phía điện áp cao 220kV Đường dây nối với hệ thống: kA Cuộn cao áp máy biến áp liên lạc: kA Bộ máy phát – máy phát điện: kA Vậy dòng làm việc cưỡng bức ở phía điện áp cao là: ICcb = max{ I(1)cb, I(2)cb, I(3)cb } = 0,588 kA Các mạch phía điện áp trung 110kV Đường dây kép: kA Bộ máy phát - máy biến áp B4: kA Trung áp máy biến áp liên lạc: - Khi B4 sự cố, dòng cưỡng bức qua mạch 6 là: kA - Khi B2 sự cố, dòng cưỡng bức qua mạch 6 là: kA Do đó I(6)cb = 0,361 kA Vậy dòng làm việc cưỡng bức phía 110kV là: 413 kA , 0 } I , I , I max{ I ) 6 ( cb ) 5 ( cb ) 4 ( cb T cb = = Các mạch phía điện áp máy phát 10,5kV Mạch máy phát: kA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức phía điện áp máy phát là: IHcb = 4,33013 kA CHƯƠNG III TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Tính toán dòng điện ngắn mạch nhằm phục vụ cho việc lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua như máy cắt điện, dao cách ly, kháng điện, thanh dẫn, thanh góp, cáp ... Để tính được dòng điện ngắn mạch, trước hết ta sẽ chọn điểm ngắn mạch tính toán, rồi lập sơ đồ thay thế, tính điện kháng các phần tử, chọn các đại lượng cơ bản. Từ đó tính được dòng ngắn mạch. PHƯƠNG ÁN 1 Xác định điểm ngắn mạch tính toán Sơ đồ xác định các điểm cần tính ngắn mạch như trên hình vẽ. Mạch điện áp 110kV và 220kV thường chỉ chọn 1 loại máy cắt điện, và dao cách ly, nên ta chỉ tính toán ngắn mạch ở một điểm cho mỗi cấp điện áp. Để xác định điểm tính toán ngắn mạch ta căn cứ vào điều kiện thực tế có thể xảy ra sự cố nặng nề nhất. - Để chọn các khí cụ điện cho mạch 220kV ta lấy điểm N1 trên thanh góp 220kV là điểm tính toán ngắn mạch. Nguồn cung cấp khi ngắn mạch tại N1 là tất cả các máy phát điện của nhà máy và hệ thống. - Để chọn các khí cụ điện cho mạch 110kV ta chọn điểm N2 trên thanh góp 110 kV. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là các máy phát điện và hệ thống. - Chọn khí cụ điện cho mạch máy phát điện: điểm ngắn mạch N3 và N3’. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 là các máy phát điện và hệ thống. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3’ chỉ là máy phát điện F1. - Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng : điểm ngắn mạch N4, nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống. Xác định điện kháng của các phần tử. Chọn và Ucb bằng điện áp trung bình các cấp, tức là: Các dòng điện cơ bản có thể xác định được: Áp dụng các công thức tính toán, ta xác định trị số các phần tử trên sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. Hệ thống. Đường dây 220kV nối nhà máy với hệ thống. Máy biến áp tự ngẫu B1, B2. Tính điện áp ngắn mạch các cấp : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 5 , 19 11 20 32 2 1 % U % U % U 2 1 % U 0 32 20 11 2 1 % U % U % U 2 1 % U 5 , 11 20 32 11 2 1 % U % U % U 2 1 % U T C N H T N H C N H N H C N H T N T C N T N H T N H C N T C N C N = - + = - + = » - + = - + = = - + = - + = - - - - - - - - - Điện kháng thay thế: 2813 , 1 160 1000 . 100 5 , 19 S S 100 % U X 0 160 1000 . 100 0 S S 100 % U X 7811 , 0 160 1000 . 100 5 , 11 S S 100 % U X dm 1 B cb H N H dm 1 B cb T N T dm 1 B cb C N C = = = = = = = = = Máy biến áp 2 cuộn dây B3, B4. 3125 , 1 80 1000 . 100 5 , 10 S S . 100 % U X X dm 3 B cb N 4 B 3 B = = = = Máy phát điện. Điện kháng thay thế: 9467 , 1 75 1000 . 146 , 0 S S . X X Fdm cb " d F = = = XHT XD XC XH XF E1 E2 E3 E4 UHT N1 XB XF Xác định dòng ngắn mạch. Ngắn mạch tại N-1 Do điểm N-1 là điểm ngắn mạch đối xứng nên ta sử dụng phép gập đôi sơ đồ và biến đổi tương đương. XHT XD X1 X2 X4 X3 X4 E34 E12 UHT N1 X5 X1 X6 X7 E34 E12 UHT N1 trong đó : X5 X1 X8 E1234 UHT N1 X5 X9 E1234 UHT N1 Tiếp tục biến đổi ta được : X9 = X8 + X1 = 1,1702 Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến E1234 : Tra đường cong tính toán ta được : I1tt(0) = 2,83 I1tt(∞) = 2,14 Dòng điện định mức : kA Vậy ta có : Trị số dòng điện xung kích: kA XHT XD X1 X2 X4 X3 X4 E34 E12 UHT N2 XB XF XHT XD XC XH XF E1 E2 E3 E4 UHT N2 Ngắn mạch tại N-2 X7 X6 X5 UHT E34 E12 N2 Do điểm N-2 là điểm ngắn mạch đối xứng nên ta sử dụng phép gập đôi sơ đồ, trong đó : X5 X8 E1234 UHT N2 Tiếp tục biến đổi ta được : X5 = XHT + XD+ X1 = 0,6962 X6 = X3 + X4 =1,6296 X7 = X3 + X4 =1,614 Cuối cùng ta có sơ đồ : Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến E1234 : Tra đường cong tính toán ta được : I1tt(0) = 4,2 I1tt(∞) = 2,4 Dòng điện định mức : kA Vậy ta có : kA kA Trị số dòng điện xung kích: kA Ngắn Mạch Tại N-3 Khi ngắn mạch tại N-3, nguồn cung cấp là máy phát F1 và hệ thống máy biến áp liên lạc B-1 nghỉ, E1 XF N3 Ta có sơ đồ thay thế như sau: Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến E1 : Tra đường cong tính toán ta được : I1tt(0) = 6,95 I1tt(∞) = 2,67 Dòng điện định mức : kA Vậy ta có : kA kA Trị số dòng điện xung kích: kA XHT UHT XD XB XF XC XH XF E3 E4 E2 N3’ Ngắn mạch tại N-3’ Sơ đồ tương đương : UHT X1 X3 XC XH X2 E34 E2 N3’ UHT X4 XH X5 N3’ E234 X1 trong đó : X1 = XHT + XD = 0,6736 X2 = XH + XF = 3,2279 X3 = (XB + XF) =1,6296 X4 = = 0,3594 Tiếp tục thu gọn sơ đồ : UHT X6 XH X5 N3’ E234 UHT E234 X7 X8 N3’ ở đây : X6 = X1 + X4 = 1,033 Biến đổi đối với các nhánh ta có : Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến E234 : Tra đường cong tính toán ta được : I1tt(0) = 1,18 I1tt(∞) = 1,3 Dòng điện định mức : kA Vậy ta có : kA kA Trị số dòng điện xung kích: kA Ngắn Mạch Tại N-4 Tính điểm ngắn mạch N-4 với nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống, Ta có thể tính ngay được dòng điện ngắn mạch như sau: I”N-4 = I”N-3’ + I”N-3 Vậy: I”N-4(0) = I”N-3’(0) + I”N-3 (0) = 58,809 kA I”N-4(∞) = I”N-3’(∞) + I”N-3 (∞) = 42,643 kA iN-4xk = iN-3’xk + iN-3xk = 154,393 kA Như vậy ta có bảng kết quả tính ngắn mạch: bảng 3.1 Kết quả tính Điểm ngắn mạch I” , kA I∞ , kA ixk , kA N-1 9,584 9,064 24,397 N-2 13,537 10,826 34,460 N-3 28,661 11,011 72,959 N-3’ 30,148 31,632 81,434 N-4 58,809 42,643 154,393 Chọn máy cắt điện. Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau : - Loại máy cắt điện: máy cắt không khí hoặc máy cắt SF6 - Điện áp: - Dòng điện: - Ổn định nhiệt: - Ổn định lực động điện: - Điều kiện cắt: bảng3.2 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại MC điện Thông số định mức Uđm kV Icb kA I’’ kA ixk kA Uđm kV Idm kA Icắt kA ildd kA N1 220kV 220 0,5878 9,584 24,397 3AQ2 245 4 50 125 N2 110kV 110 0,4133 13,537 34,460 3AQ1 123 4 40 100 N3’ 10,5kV 10,5 4,33013 30,148 81,434 8BK41 12 12,5 80 225 Các máy cắt điện đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. PHƯƠNG ÁN 2 Xác định điểm ngắn mạch tính toán Xác định điện kháng của các phần tử. Điện kháng các phần tử tính hoàn toàn tương tự phương án 1, chỉ khác giá trị điện kháng thay thế của máy biến áp B3, Máy biến áp 2 cuộn dây B3 11 375 , 1 80 1000 . 100 S S . 100 % U X dm 3 B cb N 3 B = = = Xác định dòng ngắn mạch. Ngắn mạch tại N-1XB4 XF XHT XD XC XH XF E1 E2 E3 E4 UHT N1 XB3 XF Sơ đồ tương đương : XB4 XF XHT XD X1 X2 X3 E12 E3 E4 UHT N1 XB3 XF trong đó : X8 UHT X1 X6 E124 E3 X4 N1 X7 X5 UHT X1 X6 E12 E3 E4 X4 N1 Tiếp tục biến đổi ta được : trong đó: X4 = XHT + XD = 0,6736 X5 = X2 + X3 =1,61396 X6 = XB3 + XF =3,32167 X7 = XB4 + XF =3,25917 UHT X4 X10 E1234 N1 Tiếp tục thu gọn sơ đồ : UHT X4 X6 X9 E3 E124 N1 trong đó : X9 = X8 + X1 = 1,4388 Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến E1234 : Tra đường cong tính toán ta được : I1tt(0) = 3,35 I1tt(∞) = 2,27 Dòng điện định mức : kA Vậy ta có : kA kA Trị số dòng điện xung kích: kA UHT XH XF N2 XF XB4 E2 E1 E3 E4 XD XHT XF XB3 XC Ngắn mạch tại N-2 UHT X5 N2 X7 E12 E3 E4 X4 X1 X6 Biến đổi tương tự như điểm ngắn mạch N-1 ta có sơ đồ đẳng trị : E4 X7 N2 X8 X5 X9 UHT E3 E12 Biến đổi đối với các nhánh ta có : trong đó: Ghép song song các nhánh có nguồn 5, 7, 9 ta có: E1234 X10 N2 X8 UHT 0,9011 X 1 X 1 X 1 1 X 9 7 5 10 = + + = Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến E1234 : Tra đường cong tính toán ta được : I1tt(0) = 3,78 I1tt(∞) = 2,33 Dòng điện định mức : kA Vậy ta có : kA kA Trị số dòng điện xung kích: kA Ngắn Mạch Tại N-3 Khi ngắn mạch tại N-3, nguồn cung cấp là máy phát F1 và hệ thống máy biến áp liên lạc B-1 nghỉ, Ta có sơ đồ thay thế như sau: E1 XF N3 Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến E1 : Tra đường cong tính toán ta được : I1tt(0) = 6,95 I1tt(∞) = 2,67 Dòng điện định mức : kA Vậy ta có : kA kA Trị số dòng điện xung kích: kA XF UHT E3 XC XH XHT XF XB3 E2 E4 XF XD N3’ XB4 XH XC Ngắn mạch tại N-3’ Biến đổi tương đương như hình vẽ: trong đó : X1 = XHT + XD = 0,6736 X2 = XH + XF = 3,2279 X3 = (XB3 + XF) =3,3217 X4 = (XB4 + XF) = 3,2592 X5 = = 0,3594 UHT X3 X6 X1 N3’ E3 E24 X5 XH UHT XC X3 X2 X1 N3’ X4 E3 E2 E4 XH XC Biến đổi đối với các nhánh ta có : UHT X7 X9 E234 XH N3’ UHT X7 X8 X6 E24 E3 XH N3’ ta có: Biến đổi đối với các nhánh ta có : UHT X10 X11 E234 N3’ Vậy điện kháng tính toán tổng hợp nối đến E234 : Tra đường cong tính toán ta được : I1tt(0) = 1,11 I1tt(∞) = 1,25 Dòng điện định mức : kA Vậy ta có : kA kA Trị số dòng điện xung kích: kA Ngắn Mạch Tại N-4 Tính điểm ngắn mạch N-4 với nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống, Ta có thể tính ngay được dòng điện ngắn mạch như sau: I”N-4 = I”N-3’ + I”N-3 Vậy: I”N-4(0) = I”N-3’(0) + I”N-3 (0) = 58,012 kA I”N-4(∞) = I”N-3’(∞) + I”N-3 (∞) = 42,094 kA iN-4xk = iN-3’xk + iN-3xk = 152,24 kA Như vậy ta có bảng kết quả tính ngắn mạch: bảng 3.3 Kết quả tính Điểm ngắn mạch I” , kA I∞ , kA ixk , kA N-1 6,249 5,436 15,907 N-2 10,233 8,049 26,049 N-3 28,661 11,011 72,959 N-3’ 29,351 31,083 79,281 N-4 58,012 42,094 152,24 Chọn máy cắt điện. Máy cắt được chọn tương tự như phương án 1, Ta có kết quả chọn máy cắt như sau: bảng3.4 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại MC điện Thông số định mức Uđm kV Icb A I’’ kA ixk kA Uđm kV Idm kA Icắt kA ildd kA N1 220kV 220 0,588 6,249 15,907 3AQ2 245 4 50 125 N2 110kV 110 0,413 10,233 26,049 3AQ1 123 4 40 100 N3’ 10,5kV 10,5 4,33013 29,351 79,281 8BK41 12 12,5 80 225 Các máy cắt điện đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt, CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Để xác định được phương án thiết kế tối ưu, ta cần so sánh hai phương án theo chỉ tiêu kinh tế: phương án nào có chi phí tính toán thấp nhất thì sẽ là kinh tế nhất, Các chỉ tiêu kinh tế cơ bản cần xét là vốn đầu tư ban đầu và phí tổn vận hành hàng năm, Vốn đầu tư của thiết bị trong đó : - VB : vốn đầu tư máy biến áp, được xác định theo biểu thức: ở đây: vB : tiền mua máy biến áp kB : hệ số tính đến chi phí vận chuyển và xây lắp máy biến áp - VTBPP : vốn đầu tư xây dựng các mạch thiết bị phân phối: VTBPP = n1, vTBPP1 + n2,vTBPP2 + , , , ở đây : n1, n2, ,,, : số mạch của thiết bị phân phối ứng với các cấp điện áp U1, U2, ,,, vTPP1, vTBPP2, ,,, : giá thành mỗi mạch của thiết bị phân phối tương ứng với mỗi cấp điện áp U1, U2, ,,, Phí tổn vận hành hàng năm Phí tổn vận hành hàng năm của mỗi phương án được xác định: trong đó: Pk : tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn: ở đây: V : vốn đầu tư của phương án a : định mức khấu hao, % : chi phí phục vụ thiết bị (sửa chữa thường xuyên và tiền lương công nhân), 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, Do vậy, có thể bỏ qua nó khi tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu, : chi phí do tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện: ở đây: β: giá thành trung bình điện năng trong hệ thống điện DA : tổn thất điện năng hàng năm trong thiết bị, Ta sẽ lần lượt tính toán cho từng phương án, PHƯƠNG ÁN 1 Tính vốn đầu tư của thiết bị. Chọn sơ đồ hệ thống thanh góp cấp điện áp cao và trung, Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện khi vận hành bình thường cũng như khi sự cố hay sửa chữa thiết bị, ta chọn sơ đồ hệ thống hai thanh góp, Vốn đầu tư mua thiết bị của phương án: Vốn Đầu Tư Mua Máy Biến Áp Phương án 1 sử dụng hai máy biến áp tự ngẫu và hai máy biến áp hai dây quấn, Cụ thể: Hai máy biến áp tự ngẫu ATДцTH - 160MVA - 230kV, mỗi máy có giá là: vB1 = 200.103.40.103=8.109 VND và hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt máy biến áp là: Hai máy biến áp hai dây quấn TP ДцH - 80MVA - 115kV, mỗi máy có giá là: vB3= 104.103.40.103=4,16.109 VND và hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt máy biến áp là: Vậy vốn đầu tư mua máy biến áp là: V1B = 2.(kB1.vB1+ kB3.vB3) = 34,88.109 VND Vốn Đầu Tư Xây Dựng Các Mạch Thiết Bị Phân Phối Phương án 1 có 3 mạch máy cắt cao áp 220 kV, 5 mạch máy cắt phía trung áp 110 kV và 2 mạch máy cắt phía hạ áp 10,5 kV, Cụ thể: Ba mạch máy cắt cao áp 220 kV, mỗi mạch trị giá: Năm mạch máy cắt trung áp 110 kV, mỗi mạch trị giá: Hai mạch máy cắt hạ áp 10,5 kV, mỗi mạch trị giá: Do đó vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối: Vậy vốn đầu tư của phương án 1: V1 = 34,88.109 + 15,98.109= 50,86.109 VND Tính phí tổn vận hành háng năm. Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1 được xác định: trong đó: Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn: 9 1 1 k 10 VND/năm . 27 , 4 100 50,86.109 . 4 , 8 100 V . a P = = = Chi phí do tổn thất hàng năm trong các thiết bị điện: 9 3 1 1 t 10 VND/năm . 84 , 4 10 . 8071 . 600 A P = = D b = Vậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1: 9 9 9 1 10 VND/năm . 11 , 9 10 . 84 , 4 10 . 27 , 4 P = + = Chí phí tính toán của phương án: Chi phí tính toán của phương án 1: Z1 = 9,11.109 + 0,15. 50,86.109= 16,739.109 VND/năm PHƯƠNG ÁN 2 Tính vốn đầu tư của thiết bị. Chọn sơ đồ hệ thống thanh góp cấp điện áp cao và trung, Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện khi vận hành bình thường cũng như khi sự cố hay sửa chữa thiết bị, ta chọn sơ đồ hệ thống hai thanh góp, Vốn đầu tư mua thiết bị của phương án: Vốn Đầu Tư Mua Máy Biến Áp Phương án 2 sử dụng hai máy biến áp tự ngẫu và hai máy biến áp hai dây quấn, Cụ thể: Hai máy biến áp tự ngẫu ATДцTH - 160MVA - 230kV, mỗi máy có giá là: vB1 = 200.103.40.103=8.109 VND và hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt máy biến áp là: Một máy biến áp hai dây quấn TДц - 80MVA - 242kV có giá là: vB3= 90.103.40.103=3,6.109 VND và hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt máy biến áp là: Một máy biến áp hai dây quấn TP ДцH - 80MVA - 115kV, có giá là: vB4= 104.103.40.103=4,16.109 VND và hệ số tính đến chi phí vận chuyển và lắp đặt máy biến áp là: Vậy vốn đầu tư mua máy biến áp là: V2B = 2.kB1.vB1+ kB3.vB3+ kB4.vB4 = 33,68.109 VND Vốn Đầu Tư Xây Dựng Các Mạch Thiết Bị Phân Phối Phương án 2 có 4 mạch máy cắt cao áp 220 kV, 4 mạch máy cắt phía trung áp 110 kV và 2 mạch máy cắt phía hạ áp 10,5 kV, Cụ thể: Bốn mạch máy cắt cao áp 220 kV, mỗi mạch trị giá: Bốn mạch máy cắt trung áp 110 kV, mỗi mạch trị giá: Hai mạch máy cắt hạ áp 10,5 kV, mỗi mạch trị giá: Do đó vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối: Vậy vốn đầu tư của phương án 2: VND 10 . 28 , 51 10 . 60 , 17 10 . 68 , 33 V 9 9 9 2 = + = Tính phí tổn vận hành hang năm. Phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2 được xác định: trong đó: Tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn: 9 9 2 2 k 10 VND/năm . 31 , 4 100 10 . 28 , 51 . 4 , 8 100 V . a P = = = Chi phí do tổn thất hàng năm trong các thiết bị điện: 9 3 2 2 t 10 VND/năm . 75 , 4 10 . 7917,0 . 600 A P = = D b = Vậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2: 9 9 9 2 10 VND/năm . 06 , 9 10 . 75 , 4 10 . 31 , 4 P = + = Chi phí tính toán của phương án. Chi phí tính toán của phương án: Z2 = 9,06.109 + 0,15. 51,28.109= 16,752.109 VND/năm SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Kết luận về tính toán kinh tế. Tổng kết tính toán kinh tế giữa các phương án bảng 3.1 Phương án Vốn đầu tư V, 109 VND Phí tổn vận hành hàng năm P, 109 VND/năm Chi phí tính toán hàng năm C, 109 VND/năm Kết luận 1 50,86 9,11 16,739 Tốt 2 51,28 9,06 16,752 So sánh về mặt kĩ thuật. Về mặt kỹ thuật, độ tin cậy cung cấp điện của hai phương án là như nhau, và đều đảm bảo tính linh hoạt trong vận hành cũng như an toàn cho người và thiết bị. Kết luận. Từ những so sánh về kinh tế - kỹ thuật, ta quyết định chọn phương án 1 có chi phí tính toán nhỏ hơn là phương án thiết kế, CHƯƠNG V LỰA CHỌN DÂY DẪN VÀ KHÍ CỤ ĐIỆN Trong chương này ta tiến hành chọn các dây dẫn và khí cụ điện như máy cắt, dao cách ly, thanh góp, thanh dẫn, sứ đỡ, các máy biến áp đo lường, Các dây dẫn và khí cụ điện được chọn theo điều kiện làm việc bình thường và được kiểm tra các điều kiện ổn định, CHỌN MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LY. Chọn máy cắt điện : Máy cắt điện đã được chọn ở chương III: bảng5.1 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại MC điện Thông số định mức Uđm kV Icb kA I’’ kA ixk kA Uđm kV Idm kA Icắt kA ildd kA N1 220kV 220 0,5878 9,584 24,397 3AQ2 245 4 50 125 N2 110kV 110 0,4133 13,537 34,460 3AQ1 123 4 40 100 N3’ 10,5kV 10,5 4,33013 30,148 81,434 8BK41 12 12,5 80 225 Các máy cắt điện đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt, Chọn dao cách ly. Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau : - Điện áp: UDCLđm ³ Uđm - Dòng điện: IDCLđm ³ Ilvcb - Ổn định nhiệt: - Ổn định lực động điện: Ta có bảng tổng hợp chọn dao cách ly: bảng5.2 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại DCL Thông số định mức Uđm kV Icb kA ixk kA Uđm kV Idm kA ildd kA N1 220kV 220 0,588 24,397 SGCT-245/1250 245 1,25 80 N2 110kV 110 0,413 34,460 SGCPT-123/1250 123 1,25 80 N3’ 10,5kV 10,5 4,33013 81,434 PBK-20/5000 20 5 200 Các dao cách ly đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. CHỌN THANH DẪN, THANH GÓP. Chọn thanh dẫn cứng : 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 = 250C. 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 = 4,921 kA Như vậy ta chọn thanh dẫn cứng bằng đồng, có tiết diện hình máng như hình 5-1, quét sơn và có các thông số như ở bảng 5-3: bảng 5.3 Kích thước, mm Tiết diện một cực, mm2 Mômen trở kháng, cm3 Mômen quán tính, cm4 Icp cả hai thanh, A h b c r Một thanh Hai thanh Wy0-y0 Một thanh Hai thanh Jy0-y0 Wx-x Wy-y Jx-x Jy-y 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 h y y y0 x x b h c Hình 5-1 y y y0 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. Ở điện áp 10,5kV lấy khoảng cách giữa các pha là a = 50 cm, khoảng cách giữa hai sứ đỡ là l = 180 cm. Tính ứng suất giữa các pha: Lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là: F1 = 1,76.10-8..ixk2 . khd KG ( khd = 1 ) = 1,76.10-8..( 81,434.103)2 = 420,17 KG Mô men uốn tác dụng lên chiều dài nhịp : M1 = = = 7563,09 KG.cm Và ứng suất do lực động điện giữa các pha là : s1 = = = 75,63 KG/cm2 với Wyoyo = 100 cm3 là mô men chống uốn của tiết diện ngang thanh dẫn. Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm : Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra: f2 = 0,254.10-2. .ixk2 KG/cm = 0,254.10-2. .81,4342 = 1,35 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 s1 + s2 hay s2 £ scpCu - s1 l2 £ Với thanh dẫn đồng scpCu = 1400 KG/cm2. Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là : l2max = = 334 cm Giá trị này lớn hơn khoảng cách của khoảng vượt l = 180cm. Do đó chỉ cần đặt miếng đệm tại hai đầu sứ mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động. Khi xét đến dao động: Tần số riêng của dao động thanh dẫn dược xác định theo công thức sau : fr = Trong đó : E : Mô đun đàn hồi của vật liệu ECu = 1,1.106 KG/cm2 Jyoyo : Mô men quán tính Jyoyo = 625 cm4 S : Tiết diện thanh dẫn S = 2.13,7 = 27,4 cm2 g : Khối lượng riêng của vật liệu gCu = 8,93 g/cm3 Suy ra: fr = = 188,84 Hz Với tấn số tính được nằm ngoài khoảng cộng hưởng (45 - 55) Hz và (90 - 110) Hz. Vậy thanh dẫn đã chọn cũng thoả mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến dao 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 Uđm = 10kV Điều kiện ổn định động. Ta chọn sứ OF-10- 4250KBY3 có: Uđm = 10kV ; Fcp = 4250KG ; HS = 230mm 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 = F1 Với : F1 – Lực động điện tác động lên thanh dẫn khi có ngắn mạch H – 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 = 125mm. Do đó: H’= H + 0,5.h = 230 + 0,5.125 = 292,5mm. Lực phá hoại tính toán của sứ : KG < 4250KG H’ = (230 + 62,5)mm Thanh dẫn SỨ F1 Ftt Hình 5-2 H=230mm 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 220kV và 110kV. 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: ³ Ilvcb/Khc Trong đó : 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 = 0,88 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 II tính được dòng cho phép (đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ) của các cấp điện áp. Mạch điện áp 220kV: Dòng làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong mạch này là: Ilvcb = 0,5878kA Ta phải chọn dây dẫn có : Icp ³ kA Tra tài chọn dây nhôm lõi thép có Icp = 0,69kA D = 24mm bảng 5.4 Tiết diện chuẩn Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Icp, A Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 300/39 301,0 38 24 8 690 Mạch điện áp 110 kV: Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch: Ilvcb = 0,4133kA Ta phải chọn dây dẫn có : Icp ³ kA Như vậy chọn dây với các thông số Icp =0,51kA. D = 18,9mm bảng 5.5 Tiết diện chuẩn Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Icp, A Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 185/24 187,0 24,2 18,9 6,3 510 Kiểm tra điều kiện vầng quang. Kiểm tra điều kiện vầng quang theo công thức : Uvq ³ Uđm với Uvq = 84.m.r.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 =500cm (với cấp 220kV) và a = 400cm (với cấp 110kV) r là bán kính ngoài của dây dẫn. Điện áp 220 kV: Uvq = 84.0,87.1,2.lg= 229,74 kV > Uđm = 220kV Vậy dây dẫn dã chọn thoả mãn diều kiện vầng quang. Điện áp 110 kV: Dây có : Icp = 510 A, D = 18,9 mm đặt trên mặt phẳng nằm ngang. Lấy khoảng cách giữa các pha là a = 400 cm. Uvq = 84.0,87. 0,945.lg= 181,40 kV > Uđm = 110 kV Như vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt Điện áp 110kV Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch hay với: C : hằng số, với dây ACO thì BN : xung lượng dòng ngắn mạch, A2s Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1s. Xác định xung lượng nhiệt thành phần không chu kì Với thời gian ngắn mạch , xung lượng nhiệt thành phần chu kì được tính gần đúng theo công thức: ở đây: - : dòng ngắn mạch thành phần siêu quá độ thành phần chu kì, ta đã tính được ở trong chương II,.13,537 kA - Ta : hằng số thời gian tương đương của lưới điện. Với lưới cao áp có thể lấy . Vậy xung lượng nhiệt thành phần không chu kì: BN.kck = 9,16.106 kA2s Xác định xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ Để xác định xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ , ta sử dụng phương pháp giải tích đồ thị: + Theo kết quả tính toán ngắn mạch ở chương III : (Ngắn mạch tại điểm N2) Dòng ngắn mạch phía hệ thống tại mọi thời điểm đều bằng nhau: I’’HT = = 7,21(KA) +) XttNM = 0,2433 tại thời điểm t = 0 Þ I CK(0) = 4,2 I’’NM = I CK(0).I1dmΣ = 4,2.1,5061=6,33kA I’’N1 = I’’HT + I’’NM = 13,54 (KA). * Tính toán tương tự ta có : Tại : t = 0,1 Þ ICK(0,1) = 3,3 Þ I’’NM(0,1) = 4,97 (KA) I’’N1(0,1) = I’’HT(0,1) + I’’NM(0,1) = 12,18 (KA) Tại : t = 0,2 Þ ICK(0,2) = 2,37Þ I’’NM(0,2) = 3,57(KA) I’’N1(0,2) = I’’HT(0,2) + I’’NM(0,2) = 10,78 (KA) Tại : t = 0,5 Þ ICK(0,5) = 2,63 Þ I’’NM(0,5) = 3,96(KA) I’’N1(0,5) = I’’HT(0,5) + I’’NM(0,5) =11,17 (KA) Tại : t = 1 Þ ICK(1) = 2,41 Þ I’’NM(1) = 3,63(KA) I’’N1(1) = I’’HT(1) + I’’NM(1) = 10,84 (KA) Bảng kết quả : bảng 5.6 Thời gian (s) Dòng điện 0 0,1 0,2 0,5 1 IN2(KA) 13,54 12,18 10,78 11,17 10,84 I2tb1 = = 164,78 (KA2) ; I2tb2 = = 132,28 (KA2) I2tb3 = = 120,49 (KA2) ; I2tb4 = = 121,15 (KA2) Với Dt = 0,1; 0,1; 0,3; 0,5. Từ đó ta có : BN-CK = 126,53 (KA2.s) = 126,53.106 A2s Do đó, xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch: B= BN.kck+ BN.ck=135,69.106 A2s Suy ra tiết diện dây dẫn đảm bảo ổn định nhiệt: 147,45mm2 Ta thấy tiết diện dây đã chọn S=187mm2>Smin nên dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt Điện áp 220kV Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch hay với: C : hằng số, với dây ACO thì BN : xung lượng dòng ngắn mạch, A2s Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1s. Xác định xung lượng nhiệt thành phần không chu kì Với thời gian ngắn mạch , xung lượng nhiệt thành phần chu kì được tính gần đúng theo công thức: ở đây: - : dòng ngắn mạch thành phần siêu quá độ thành phần chu kì, ta đã tính được ở trong chương II,. 9,584kA - Ta : hằng số thời gian tương đương của lưới điện. Với lưới cao áp có thể lấy . Vậy xung lượng nhiệt thành phần không chu kì: BN.kck = 4,59.106 A2s Xác định xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ Để xác định xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ , ta sử dụng phương pháp giải tích đồ thị: + Theo kết quả tính toán ngắn mạch ở chương III : (Ngắn mạch tại điểm N1) Dòng ngắn mạch phía hệ thống tại mọi thời điểm đều bằng nhau: I’’HT = (KA) +) XttNM = 0,3511 tại thời điểm t = 0 Þ I CK(0) = 2,83 I’’NM = I CK(0).I1dmΣ = 2,83.0,7531=2,13kA I’’N1 = I’’HT + I’’NM = 7,45 + 2,13 = 9,58 (KA). * Tính toán tương tự ta có : Tại : t = 0,1 Þ ICK(0,1) = 2,4 Þ I’’NM(0,1) = 1,81 (KA) I’’N1(0,1) = I’’HT(0,1) + I’’NM(0,1) = 9,26 (KA) Tại : t = 0,2 Þ ICK(0,2) = 2Þ I’’NM(0,2) = 1,51(KA) I’’N1(0,2) = I’’HT(0,2) + I’’NM(0,2) = 8,96 (KA) Tại : t = 0,5 Þ ICK(0,5) = 2,1 Þ I’’NM(0,5) = 1,58(KA) I’’N1(0,5) = I’’HT(0,5) + I’’NM(0,5) = 9,03 (KA) Tại : t = 1 Þ ICK(1) = 2,2 Þ I’’NM(1) = 1,66(KA) I’’N1(1) = I’’HT(1) + I’’NM(1) = 9,11 (KA) Bảng kết quả : bảng 5.7 Thời gian (s) Dòng điện 0 0,1 0,2 0,5 1 IN1(KA) 9,58 9,26 8,96 9,03 9,11 I2tb1 = = 88,75. 106 (KA2) ; I2tb2 = = 82,96 . 106 (KA2) I2tb3 = = 80,89. 106 (KA2) ; I2tb4 = = 82,25 . 106 (KA2) Với Dt = 0,1; 0,1; 0,3; 0,5. Từ đó ta có : BN-CK = Σ I2tbi*Δti= 82,56. 106 (KA2.s) Do đó, xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch: B= BN.kck+ BN.ck=87,12.106 A2s Suy ra tiết diện dây dẫn đảm bảo ổn định nhiệt: 118,15 mm2 Ta thấy tiết diện dây đã chọn S=301,0mm2>Smin nên dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt CHỌN THIẾT BỊ CHO PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG. Chọn cáp cho phụ tải địa phương. Phụ tải cấp điện áp máy phát 10,5KV gồm: 3 đường dây cáp đơn Pđơn = 1,2 MW, dài 3 km, cosj = 0,8 Sđơn = = 1,5 MVA 3 đường dây cáp kép Pkép = 3 MW, dài 4 km, cosj = 0,8. Skép = = 3,75 MVA Tiết diện cáp được chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế Jkt. Scáp = Trong đó: Ilvbt: dòng điện làm việc bình thường. - Các đường cáp đơn có Sđơn = 1,5 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là: Ilvbt.đơn = = 82,45 A - Các đường cáp kép có Skép = 3,75 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là: Ilvbt.kép = = 103,10 A Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại. Tmax = 7081h Với Tmax > 5000 (h) và sử dụng cáp cách điện bằng giấy tẩm dầu lõi nhôm thì tương ứng có Jkt = 1,2 A/mm2. Tiết diện kinh tế : Cáp đơn: Skt.đơn = = 68,7 mm2. Cáp kép: Skt.kép = = 85,9 mm2 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. cáp đơn:S = 70mm2; ICP = 215A cáp kép: S = 95mm2 ;ICP = 265A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài: I’cp = K1.K2.Icp ³ Ilvbt Trong đó: K1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ. K1 = qcp: nhiệt độ phát nóng cho phép qcp = 600C q’0: nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp q’cp = 25 0C q0: nhiệt độ tínht toán tiêu chuẩn q0 = 15 0C K1 = = 0,88 K2: hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn có K2 = 1, với cáp kép K2 = 0,9. -Với cáp đơn: I’cp = 0,88.1.215 = 189,2 A > Ilvbt = 82,45A -Với cáp kép: I’cp = 0,88.0,9.265 = 209,88 A > Ilvbt = 103,10A -Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức. Theo quy trình thiết bị điện các cáp có cách điện bằng giấy tẩm dàu điện áp không quá 10KV trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện qua chúng không vượt quá 80% dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh thì khi sự cố cho phép quá tải 30% trong thời gian không vượt qúa 5 ngày đêm. Dòng điện làm việc cưỡng bức qua cáp khi đứt 1 sợi: Icb = 2.Ilvbt = 2.103,1 = 206,2 A Vậy ta có: I’cp = Kqt.K1.K2.Icp = 1,3.209,88 = 272,844 A > icb = 206,2A Vậy điều kiện phát nóng khi sự cố thoả mãn. Kết luận: Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Chọn kháng điện : Cấp điện áp định mức của kháng : Uđm K = Ulưới = 10 KV. Xác định dòng cưỡng bức lớn nhất qua kháng : Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức qua kháng. Từ sơ đồ cung cấp điện cho tới phụ tải địa phương ta có công suất qua kháng lúc bình thường và lúc sự cố một kháng như sau: Dòng cưỡng bức qua kháng được giả thiết khi sự cố 1 kháng điện. Lúc này công suất qua kháng còn lại là: Icbk = = 0,866 KA Ta chọn kháng đơn dây nhôm : PbA-10-1000 : Uđm = 10 (KV) ; Iđm = 1000 (A) - Tại trạm địa phương đặt máy cắt hợp bộ có dòng cắt là : 20 (KA), thời gian cắt là : 0,6 (s). ( Thời gian cắt ngắn mạch của lưới phân phối tại hộ tiêu thụ là : t2 = 0,6 (s) ; của lưới cung cấp là : t1 = 0,6 + 0,3 = 0,9 (s)). - Dùng cáp đồng tiết diện bé nhất là : 50 mm2 - Xác định điện kháng : Xk% của kháng điện : Điện kháng của kháng điện đường dây dùng cho phụ tải địa phương được chọn sao cho đảm bảo hạn chế dòng ngắn mạch nhỏ hơn hay bằng dòng cắt định mức của máy cắt và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp có tiết diện đã chọn. * Sơ đồ thay thế : Khi lập sơ đồ thay thế cho tính ngắn mạch đã chọn và ngắn mạch tại N-4 có: Khi lập sơ đồ thay thế cho tính ngắn mạch đã chọn và ngắn mạch tại N-4 có: Vậy điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N4 là : XHT = = 0,935 XHT Điện kháng của cáp 1(kép,3MW ×4km) là : N4 XK XC2 N5 XC1 = 2,902. Dòng ổn định nhiệt của cáp S1 : XC1 InhS1 = = 9,012 kA Dòng ổn định nhiệt của cáp S2 : N6 InhS2 = = 5,809 kA Ta có min{InhS2; Icắt2} = min{5,809 ;20} = 5,809kA. Vậy: Điện kháng tổng tính đến điểm N-6 là : Xå = = 9,466kA Ta có : Xå = XHT + XK + XC1 Điện kháng của kháng điện sẽ là : XK = Xå – XHT - XC1 = 9,466– 0,935 – 2,902= 5,629 Þ XK% = Xk. .100 = 5,629. .100 = 10,237 * Ta chọn loại kháng điện đơn dây đồng : PbA-10-1000-10: UđmK =10 (KV) : IđmK = 1000 (A) : XK% = 10 %. Dòng điện ổn định động 23,5 (KA) Tổn thất định mức 1 pha : 11,5 (KW) . - Tính toán kiểm tra lại kháng điện đã chọn : * Tính toán kiểm tra lại kháng đã chọn tại điểm ngắn mạch N5 : XK = XK%.0,1. 5,499. - Dòng điện ngắn mạch tại N5 là : I’’N5 = 8,547 (KA) ICđm = 20 (KA) ; InhS1 = 9,012 (KA) Þ thỏa mãn điều kiện : I’’N5 £ (ICđm ; Inh S1 ) * Tính toán kiểm tra lại kháng đã chọn tại điểm ngắn mạch N6 : - Dòng điện ngắn mạch tại N6 là : I’’N6 = 5,890 (KA) ICđm = 20 (KA) ; InhS2 = 5,809 (KA). Þ thỏa mãn điều kiện : I’’N6 £ (ICđm ; Inh S2 ) - ổn định động của kháng điện : - Dòng ổn định động : 23,5 (KA). - Kiểm tra ổn định động : ixk = kxk..IN6 = 1,8..5,890 = 14,99 (KA) < 22,2 (KA). Þ Thỏa mãn . 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. Chọn chống sét van cho thanh góp : Trên các thanh góp 220 KV và 110 KV đặt các chống sét van với nhiệm vụ quan trọng là chống quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm. Các chống sét van này được chọn theo điện áp định mức của trạm. Trên thanh góp 110 KV ta chọn chống sét van loại PBC- 110 có Uđm = 110 KV, đặt trên cả ba pha. 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 Uđm = 220 KV, đặt cả ba pha. - Phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu ta chọn chống sét van loại PBC-110 có Uđm = 110 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 Uđm = 110 KV. 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 HKF-220-58 nối dây theo sơ đồ Y0/Y0/D các thông số sau: Điện áp sơ cấp: Usđm = 220/ KV Điện áp thứ cấp 1: Ut1đm = 100/ V Điện áp thứ cấp 2: Ut2đm = 100 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 dòng điện kiểu TFH-220-3T có các thông số sau: Dòng điện sơ cấp: Iscđm = 1200 A Dòng điện thứ cấp: Itcđm = 1 A Cấp chính xác : 0,5 Phụ tải định mức: 50 W Điều kiện ổn định động: ilđđ = 108 KA > ixk = 24,397 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 HKF -110 - 58 nối dây theo sơ đồ Y0/Y0/D.có các thông số sau: Điện áp sơ cấp: Usđm = 110/ KV 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 TụH – 110M có các thông số sau: Dòng điện sơ cấp: Isđm = 1500 A Dòng điện thứ cấp: Itđm = 1 A Cấp chính xác : 0,5 Phụ tải định mức: 20 W Dòng điện ổn định động : iđđm = 145 kA > ixk = 34,460 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 các dụng 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 5-3. Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào BU và BI VARh a W W VAr Wh c b A B A A C B A A MC f V F 2-HOM-10 C · Chọn biến điện áp. Dụng cụ phía thứ cấp dùng công tơ nên ta dùng hai biến điện áp một pha nối kiểu V/V: 2xHOM-10 có các thông số kỹ thuật sau: + Uđmsc = V + Cấp chính xác: 0,5 Phụ tải của biến điện áp được phân bố đều cho cả hai theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp như bảng sau: Bảng 5.8 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp BC W War W War Vôn kế B-2 7,2 Cát kế 341 1,8 1,8 Cát kế phản kháng 342/1 1,8 1,8 Cát kế tự ghi -33 8,3 8,3 Tần số kế -340 6,5 Công tơ -670 0,66 1,62 0,66 1,62 Công tơ phản kháng WT-672 0,66 1,62 0,66 1,62 Tổng 20,42 3,24 19,72 3,24 · Biến điện áp AB Stc = = 20,7 VA cosj = = 0,99 · Biến điện áp BC Stc = = 19,98 VA cosj = = 0,99 Vậy ta chọn hai biến điện áp loại 3HOM-10 có công suất định mức mỗi cái ứng với cấp chính xác 0,5 là 75 VA Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp tới đồng hồ đo: + Dòng điện trong các dây dẫn thứ cấp: Ia = = 0,207 A Ic = = 0,199 A Từ giá trị môđun và góc pha của dòng điện trong dây dẫn thứ cấp pha a và pha c ta có thể coi Ia = Ic. Do đó: Ia = .Ia = .0,207 = 0,36 A Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và pha b DU = (Ia + Ib). Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến đồng hồ là l = 60m. Mạch điện có công tơ nên DU% £ 0,5%. Do đó: S = = 1,19 mm2 Theo tiêu chuẩn độ bền cơ của dây dẫn đồng ta chọn dây dẫn có tiết diện S = 1,5 mm2. · Chọn biến dòng điện: Biến dòng điện đặt trên cả 3 pha, mắc theo sơ đồ hình sao, ta chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn loại TΠЩ10 Có các thông số kỹ thuật sau: + UđmBI = 10KV + Iđmsc/Iđmtc = 3000/5A + Cấp chính xác 0,5 có phụ tải định mức 0,8W. Công suất tiêu thụ của các cuộn dây máy biến dòng được phân bố như sau: bảng 5.9 Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải (VA) Pha A Pha B Pha C Ampe kế '-378 0,1 0,1 0,1 Cát kế tác dụng Д-335 0,5 0 0,5 Cát kế phản kháng Д -3054/1 0,5 0 0,5 Cát kế tự ghi Д -33 10 0 10 Công tơ tác dụng И-675 2,5 0 2,5 Công tơ phản kháng И-673M 2,5 2,5 2,5 Tổng 16,1 2,6 16,1 Pha A và pha C mang tải nhiều nhất: S = 16,1 Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này: ZSdc = = 0,644 Giả sử chiều dài dây dẫn từ máy biến dòng đến dụng cụ đo là l = 30m. Do ba pha cùng có máy biến dòng nên chiều dài tính toán ltt = l = 30m. Tiết diện dây dẫn đồng: S = = 3,37 mm2 Ta chọn dây dẫn đồng có tiết diện S = 4 mm2 Điều kiện ổn định động của máy biến dòng kiểu thanh dẫn được quyết định bởi ổn định động của thanh dẫn. Không cần kiểm tra ổn định nhiệt của máy biến dòng có dòng điện định mức sơ cấp lớn hơn 1000A. CHƯƠNG VI CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG SƠ ĐỒ CUNG CẤP 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 kVvà 0,4 kV. 6 kV 0,4 kV 220 kV 110 kV CHỌN MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG: Chọn máy biến áp tự dùng cấp I : Các máy này có nhiệm vụ nhận điện từ thanh cái 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 : SBđm ³ +åS2.K2 - Trong đó : + åP1 : Tổng công suất tính toán của các máy công tác tới động cơ 6 KV nối vào phân đoạn xét.(KW) + åS2 : Tổng công suất định mức của máy biến áp bậc hai nối vào phân đoạn xét. + K1 : hệ số đồng thời có tính đến sự không đầy tải của các máy công tác của động cơ 6 KV. + h1 và cosj1 : hiệu suất và hệ số công suất của động cơ 6 KV. Tỷ số : thường lấy bằng 0,9. Hệ số đồng thời K2 cũng lấy gần đúng bằng 0,9. Nên ta có : SBđm ³ (åP1 + åS2).0,9 Trong phạm vi thiết kế ta chọn công suất của máy biến áp tự dùng cấp I theo công suất tự dùng cực đại của toàn nhà máy : Stdmax = 24 MVA Vậy công suất máy biến áp tự dùng cấp I là : SđmB ³ .24 = 6 MVA. Tra bảng chọn loại máy biến áp : TMHC-6300/10,5 có các thông số sau : bảng 6.1 Loại SđmB (KVA) Điện áp (KV) Tổn thất (KW) UN% Io% cuộn cao cuộn hạ D Po D PN TMHC 6300 10,5 6,3 8,0 46,5 8,0 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 : Sđmdt ³ 1,5..Stdmax = 1,5. .24 = 9 MVA. Þ Chọn loại máy biến áp : TДHC-10000/10,5 : bảng 6.2 Loại Sđm KVA Điện áp (KV) Tổn thất (KW) UN% I0% Cuộn cao Cuộn hạ D P0 D PN TДHC 10 000 10,5 6,3 14,5 85 14 0,8 Chọn máy biến áp tự dùng cấp II : Các máy biến áp tự dùng cấp 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 thưòng 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 : SđmB 2 ³ ( 10 ¸ 20 )%. .Stdmax SđmB 2 ³ 10%. .Stdmax = 0,1.6 = 0,6 MVA Þ 600 KVA. Vậy, ta chọn loại máy biến áp TC3-630/10 có các thông số sau : bảng 6.3 Loại MBA SđmB (KVA) Điện áp (KV) Tổn thất (KW) UN% Io% cuộn cao cuộn hạ D Po D PN TC3 -630/10 630 6,3 0,4 2 7,3 5,5 1,5 CHỌN MÁY CẮT Máy cắt phía cao áp MBA tự dùng : Máy cắt điện hạ áp được chọn theo các điều kiện sau : - Loại máy cắt điện: máy cắt không khí - Điện áp: - Dòng điện: IdmMC ≥ Icb(10,5kV) = 4,33 kA - ổn định lực động điện: ildd ≥ ixk(N-4) = 154,393 kA - Điều kiện cắt: ICdm ≥ I “N-4 = 58,809 kA Ta chọn được máy cắt không khí loại 8BK41 của hãng SIEMENS với các thông số kỹ thuật chính: bảng 6.4 Loại máy cắt Uđm , kV Iđm , A ICđm , kA Ilđđ, kA 8BK41 12 12500 80 225 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 N7 để chọn máy cắt : Theo kết quả tính ở phần 2,5 chương III ta có: . - Điện kháng hệ thống : XHT = = 0,926 Điện kháng của máy biến áp tự dùng cấp I : XB1 = = 12,698 - Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch : N7 XB1 EHT XHT N4 Xå = 0,926 + 12,698=13,624 - Dòng ngắn mạch tại N7 là : I’’N7 = = 6,73 (KA) - Dòng xung kích tại N7 : ixk = kxk..I’’N7 = 1,8..6,73= 17,123 (KA) - Dòng điện làm việc cưỡng bức : Icb = = 0,577 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 trong nhà : loại máy cắt ít dầu , có các thông số sau : bảng 6.5 Loại MC Uđm (KV) Iđm (A) Icđm (KA) iIdd (KA) inh/tnh (kA/s) BMÕ-10-1000-20 10 1000 20 64 20/8 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn thiết kế nhà máy điện - Bộ môn Phát dẫn điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 1968 Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp - Nguyễn Hữu Khái, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật - 2004 Phần điện trong Nhà máy điện và trạm biến áp - Trịnh Hùng Thám, Nguyễn Hữu Khái, Đào Quang Thạch, Lã Văn Út, Phạm Văn Hoà, Đào Kim Hoa, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật - 1996 Ngắn mạch trong hệ thống điện - Lã Văn Út, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 2000 Thiết kế hệ thống cấp điện - Ngô Hồng Quang, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật - 1997