Thiết kế phần điện nhà máy điện - Nhà máy nhiệt điện 4 x 50MW

năm: Tổn thất điện năng hàng năm của phương án I là: = 8035770,74 kWh Ta có: Pt = b. = 500. 8035770,74 = 4017,885.106 đ - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk) tính theo công thức sau: Trong đó: + - định mức khấu hao về vốn đấu tư các thiết bị điện lực và phân phối cấp điện áp 150 kV. + - định mức khấu hao vè vốn đấu tư các thiết bị điện lực và phân phối cấp điện áp 220 kV. Tra bảng 4.2 trang 52-“Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta có: + = 9,4 % + = 8,4 % Tổng vốn đầu tư cho máy biến áp và TBPP cấp điện áp 10,5 kV và 110 kV: VT+H (I) = VBA(T+H) +VTBPP(T+H) = 4232,8.106 + ( 10395 + 1134 ).106 = 15761,8.106 đ Tổng vốn đầu tư cho máy biến áp và TBPP cấp điện áp 220 kV: VC (I) = VBAC +VTBPPC = 16576.106 + 7560.106 = 24136.106đ Ta có: Pk = .106 = 3508,958.106đ - Vậy chi phí vận hành phương án I là: PI = Pt + Pk = ( 4017,885 + 3508,958 ).106 = 7526,843. 106 đ d. Tính chi phí tính toán của phương án I CI = PI + adm.VI = 7526,843. 106 + 0,15. 34185.106 = 12654,593.106 đ 4.3.2. Các chỉ tiêu kinh tế của phương án II a. Vốn đầu tư cho các máy biến áp Vốn đầu tư cho các máy biến áp được tính trong bảng 4 - 4: Bảng 4-4: Giá máy biến áp của phương án II Loại MBA Số lượng Đơn giá (x106 đ) kB Thành tiền (x106 đ) ATДЦTH -125/230/121/11 2 5920 1,4 4232,8 TPDU - 63/121 1 1628 1,5 2442 TPДЦH - 63/230 1 2360 1,4 3304 cho máy biến áp: VT II = ( 4232,8 + 2442 + 3304 ). 106 = 9978,8.106 đ b. Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối theo từng cấp được tính ở bảng 4-3 sau: Bảng 4-3: Giá máy cắt của phương án II Udm (kV) Kiểu MC Số lượng Đơn giá (x103 USD) Thành tiền (x103 USD) Thành tiền (x106 đ) 220 3AQ1 6 80 480 9072 110 3AQ1-FE 10 50 500 9450 10,5 8BK41 2 30 60 1134 - Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: VTBPP(II) = ( 9072 + 9450 + 1134).106 = 19656.106 đ - Vậy tổng vốn đầu tư cho phương án II là: VII = VT(II) + VTBPP(II) = (9978,8 + 19656 ).106 = 29634,8.106đ c. Tính chi phí vận hành hàng năm của phương án II - Chi phí do tổn thất điện năng: Tổn thất điện năng hàng năm của phương án II là: DAII = 8434354,92 kWh Ta có: Pt = b.= 500. 8434354,92 ≈ 4217,177. 106 đ - Khấu hao vận hành hàng năm và sửa chữa lớn (Pk): Tra bảng 4.2 trang 52 - “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta có: + = 9,4 % + = 8,4 % Tổng vốn đầu tư cho máy biến áp và TBPP cấp điện áp 10,5kV và 110kV: VT+H (I) = VBA(T+H) +VTBPP(T+H) = 2442.106 + ( 9450 + 1134 ).106 = 13026.106đ Tổng vốn đầu tư cho máy biến áp và TBPP cấp điện áp 220kV: VC (II) = VBAC +VTBPPC = ( 4232,8 + 3304 ).106+ 9072.106 = 16608.106 đ Ta có: Pk = .106 = 2619,516.106đ - Vậy chi phí vận hành phương án II là: PI = Pt + Pk = (4217,177+ 2619,516 ).106 = 6836,693.106 đ d. Tính chi phí tính toán của phương án II CII = PII + adm.VII = 6836,693.106 + 0,15. 29634,8.106 = 11281,793.106 đ 4.4. So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chọn phương án tối ưu. Từ các kết quả tính toán các chỉ tiêu kinh tế cho 2 phương án, ta có bảng so sánh về mặt kinh tế giữa 2 phương án: Bảng 4-6: Bảng so sánh kinh tế hai phương án PA Vốn đầu tư V (x103 USD) Chi phí vận hành hàng năm P (x103 USD) Chi phí tính toán hàng năm C (x106 đ) I 34185 7526,843 12654,593 II 29634,8 6836,693 11281,793 Do chi phí tính toán hàng năm của phương án II nhỏ hơn phương án I (CII < CI ) nên phương án II có lợi hơn về mặt kinh tế so với phương án I. Hơn nữa, về mặt kỹ thuật phương án II có tính linh hoạt cao trong quá trình vận hành và đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện khi làm việc bình thường cũng như khi sự cố. Một bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây nối trực tiếp vào thanh góp 220kV nên có thể cấp công suất trực tiếp cho hệ thống mà không qua máy biến áp liên lạc gây tổn thất. Vì những ưu điểm trên về kinh tế cũng như kỹ thuật nên ta chọn phương án II là phương án tối ưu. CHƯƠNG V CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN 5.1. Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát Thanh dẫn cứng được dùng ở cấp điện áp máy phát 10,5kV dùng để nối từ máy phát đến cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai cuộn dây. Do chiều dài các thanh dẫn này thường không lớn cho nên được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép: I’cp = khc . Icp ³ I lvcb ó Icp ³ Ilvcb: Dòng điện làm việc cưỡng bức tính toán cấp 10,5 kV; Ilvcb = 3,608 kA Icp: Dòng làm việc cho phép của thanh dẫn. I’cp : Dòng làm việc cho phép của thanh dẫn khi đã hiệu chỉnh. khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh (q0) qcp : Nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn. q0đm: Nhiệt độ môi trường quy chuẩn. q0: Nhiệt độ môi trường thực tế. 5.1.1. Chọn loại và tiết diện thanh dẫn Dòng làm việc của thanh dẫn lớn nên ta chọn thanh dẫn bằng đồng hình máng có: q0đm = 250C; qcp = 700C; giả thiết q0 = 350C. Hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện môi trường xung quanh: khc = = = 0,882 Vậy ta có điều kiện chọn thanh dẫn là: Icp ³ = = 4,091 kA Từ điều kiện trên ta chọn thanh dẫn bằng đồng có tiết diện hình máng quét sơn như hình 5-1 để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần đồng thời tăng khả năng làm mát. Thanh dẫn chọn có các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-1: Thông số thanh dẫn chọn Kích thước (cm) Tiết diện 1cực mm2 Mô men chống uốn (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 10 4,5 0,6 0,8 1010 27 5,9 58 135 18,5 290 4300 5.1.2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Thanh dẫn đã chọn có dòng điện cho phép Icp= 4300A >1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 5.1.3. Kiểm tra ổn định động Theo tiêu chuẩn độ bền cơ, ứng suất của vật liệu thanh dẫn không được lớn hơn ứng suất cho phép của nó: stt £ scp Ứng suất cho phép của thanh dẫn đồng là: scpCu = 1400 kG/cm2 Đối với thanh dẫn ghép, ứng suất trong vật liệu thanh dẫn gồm hai thành phần: Ứng suất do lực tác động giữa các pha gây ra: s1 Ứng suất do lực tương tác giữa các thanh dẫn trong cùng một pha gây ra: s2 Do đó ứng suất tính toán được xác định như sau: stt = s1 + s2 Lấy khoảng cách giữa các pha là a = 20cm, khoảng cách giữa hai sứ đỡ là l1 =200cm ( Cấp điện áp 6-22 kV thường lấy: a = 20-120cm; l1= 80-200cm ). Các thanh dẫn được đặt đứng trên mặt phẳng nằm ngang và trong cùng một pha các thanh dẫn được hàn chặt với nhau. Theo chương III ta có bảng kết quả dòng ngắn mạch tại các điểm N3, N4 như sau: Điểm NM (kA) (kA) N3 25,893 65,913 N4 24,059 64,987 - Tính ứng suất giữa các pha: Dòng điện ngắn mạch xung kích lớn nhất đầu cực máy phát: ixk10,5 = ixkN3 = 65,913 kA Lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài nhịp là: F1 = 1,76.10-2..ixk2.khd = 1,76.10-2..65,913 2.1 = 764,636 kG Mô men uốn tác dụng lên chiều dài nhịp (giả sử số nhịp n≥3): M1 = = = 15292,72 kG.cm Do các thanh dẫn được đặt đứng trên mặt phẳng nằm ngang và trong cùng một pha các thanh dẫn được hàn chặt với nhau nên ta tính được ứng suất do lực động điện giữa các pha tác động với nhau sinh ra là: s1 = = = 236,668 kG/cm2 < scpCu = 1400 kG/cm2 - Xác định khoảng cách giữa 2 miếng đệm: Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra (gần đúng lấy k = 1 và ): f2 = 0,51.10-2. .ixk2 = 0,51.10-2. . 65,913 2 = 2,216 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 : stt = s1 + s2 ≤ scp Cu ó s2 £ scp Cu - s1 ó l2 £ Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = = 192,790 cm Để đảm bảo ổn định động của các thanh dẫn, chiều dài thực giữa hai miếng đệm liên tiếp l2 phải thỏa mãn điều kiện: l2 < l2max Do l1 = 200 (cm) > l2max = 299,761 (cm) nên ta đặt các miếng đệm ở 2 sứ đỡ và ở giữa khoảng 2 sứ đỡ. - Xét sự dao động riêng của thanh dẫn: Tần số riêng của thanh dẫn xác định theo công thức: fr = Trong đó: a: Hệ số phụ thuộc cách cố định thanh dẫn. L: Độ dài thanh dẫn giữa 2 sứ, L = l1= 200 cm. E : Mômen đàn hồi của vật liệu thanh dẫn, ECu = 1,1.106 kG/cm2. Jyo - yo : Momen quán tính đối với trục y0 - y0, Jyo - yo = 2190 cm 4. S : Tiết kiệm ngang của thanh dẫn. S = 2. S1cực = 2. 1010 = 2020 mm2 = 20,2 cm2 g: Khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn. gCu = 8,93 g/cm3 Do giả thiết số nhịp n > 3, thanh dẫn được đặt đứng cùng trên mặt phẳng nằm ngang, tra bảng 4-6 - Sách “Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp _ TS. Đào Quang Thạch, TS. Phạm Vă Hoà” - trang 138 ta được: a = 3,56 Thay các thông số vào công thức ta có: fr = = 118,354 Hz fr nằm ngoài khoảng tần số cộng hưởng w = (45 ¸ 55) Hz và 2w = (90 ¸ 110) Hz. Như vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động thanh dẫn. 5.2. Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng Sứ đỡ thanh dẫn cứng được chọn theo điều kiện sau: Loại sứ: chọn loại sứ đặt trong nhà (thanh dẫn cứng được đặt trong nhà). Điện áp: UđmS ³ UđmMạng = 10 kV. Điều kiện ổn định động. Ta chọn sứ OF-10 - 6000Y3 có: Uđm = 10 kV ; Fcp = 6000 kG ; HS = 300 mm Kiểm tra ổn định động: Sứ được chọn cần thoả mãn điều kiện: F’tt £ 0,6.Fph = 0,6. 6000 = 3600 kG Trong đó: Fph: lực phá hoại cho phép tác động lên đầu sứ (kG). F’tt: lực tính toán lớn nhất tác động lên đầu sứ khi có ngắn mạch (kG). F’tt = Ftt Ftt: lực động điện lớn nhất tác động lên thanh dẫn khi có ngắn mạch (kG) Ftt = F = 764,636 kG HS: chiều cao của sứ (mm), HS = 300 mm. H: chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn (mm). Thanh dẫn đã chọn có chiều cao h = 100 mm (đặt thanh dẫn đứng). Do đó: H = Hs + b + 0,5.h = 300 + 4,5 + 0,5.100 = 354,5 mm. Lực phá hoại tính toán của sứ được tính toán như sau: F’tt = Ftt . = 764,636. = 903,545kG < 0,6.Fcp = 3600 kG Vậy sứ đã chọn thoả mãn yêu cầu ổn định động. 5.3. Chọn thanh góp và thanh dẫn mềm Trong nhà máy điện đối với cấp điện áp 35 kV trở lên, thanh dẫn mềm được dùng làm thanh góp và thanh dẫn nối các máy biến áp chính với hệ thống thanh góp. Các thanh dẫn và thanh góp trong nhà máy điện và trạm biến áp thường có chiều dài không lớn nên chọn tiết diện theo điều kiện phát nóng lâu dài. Khi đó thanh dẫn chọn phải thỏa mãn điều kiện: ³ Ilvcb/khc khc: hệ số hiệu chỉnh, dây nhôm trần có: ; q0đm = 25 0 C. Icp: dòng làm việc cho phép của dây dẫn trong điều kiện ; q0đm = 25 0 C Ilvcb : dòng điện làm việc cưỡng bức của dây dẫn. Giả sử nhiệt độ môi trường thực tế: q0 = 350C Ta có: khc = = = 0,882 5.3.1. Chọn tiết diện a. Mạch điện áp 220 kV Dòng làm việc cưỡng bức của mạch 220 kV: Ilvcb = 0,317 kA Dây dẫn chọn phải thỏa mãn điều kiện: Icp ³ = = 0,359 kA Từ đó ta chọn thanh góp và thanh dẫn mềm loại dây nhôm lõi thép có các thông số ghi trong bảng sau: Tiết diện chuẩn Nhôm/thép Tiết diện, Đường kính, mm dòng điện cho phép (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 240/32 244 31,7 21,6 7,2 610 Các thanh dẫn được bố trí trên mặt phẳng nằm ngang. b. Mạch điện áp 110 kV Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch 110kV: Ilvcb = 0,436 kA Dây dẫn chọn phải thỏa mãn điều kiện: Icp ³ = = 0,494 kA Từ đó ta chọn thanh góp và thanh dẫn mềm loại dây nhôm lõi thép có các thông số ghi trong bảng sau: Tiết diện chuẩn Nhôm/thép Tiết diện, Đường kính, mm dòng điện cho phép (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 185/24 187 24,2 18,9 6,3 510 Các thanh dẫn được bố trí trên mặt phẳng nằm ngang. 5.3.2. Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang a. Mạch điện áp 220 kV Các dây được sắp xếp trong cùng mặt phẳng nằm ngang. Điều kiện tránh phát sinh vầng quang khi làm việc bình thường: Uvq ³ Uđm (1) Với Uvq là điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang của dây dẫn 3 pha đặt trên các đỉnh của một tam giác đều, khi thời tiết khô ráo, sáng sủa, nhiệt độ môi trường xung quanh = và áp suất khí quyển p =760mmHg được xác định bởi biểu thức như sau: Uvq = 84. m. r. lg Trong đó: m: Hệ số có xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn. m = 0,87 ( sử dụng dây vặn xoắn ). r : Bán kính của dây dẫn; r = = = 10,8 mm = 1,08 cm D: Khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, chọn D = 500 cm. Thay vào công thức trên ta có: Uvq = 84. m. r. lg= 84. 0,87.1,08. lg = 210,382kV Vì các dây dẫn được bố trí trên mặt phẳng nằm ngang nên điện áp tới hạn phát sinh vầng quang của pha bên tăng lên 6% và của pha giữa giảm đi 4% nên ta chỉ cần xét điện áp tới hạn phát sinh vầng quang của pha giữa. Uvq(pha giữa) = 0,96 . Uvq = 0,96. 210,382 = 201,967 kV < Uđm = 230 kV Do đó dây dẫn AC - 240/32 đã chọn không thoả mãn điều kiện (1). Ta nâng tiết diện dây lên một cấp, chọn dây AC - 300/39 với các thông số ghi trong bảng sau: Tiết diện chuẩn Nhôm/thép Tiết diện, Đường kính, mm dòng điện cho phép (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 300/39 301 38 24 8 690 Bán kính của dây dẫn: r = = = 12 mm = 1,2 cm. Từ đó ta có: Uvq = 84.m.r.lg.= 84.0,87.1,2.lg = 229,745 kV < Udm = 230 kV Do đó dây dẫn AC – 300/39 đã chọn không thoả mãn điều kiện (1). Ta nâng tiết diện dây lên một cấp, chọn dây AC – 400/22 với các thông số ghi trong bảng sau: Tiết diện chuẩn Nhôm/thép Tiết diện, Đường kính, mm dòng điện cho phép (A) Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 400/22 394 22 26,6 6 835 Bán kính của dây dẫn: r = = = 13,3 mm = 1,33 cm. Từ đó ta có: Uvq = 84.m.r.lg.= 84.0,87.1,33.lg = 250,292 kV à Uvq(pha giữa) = 0,96 . Uvq = 0,96. 250,292 = 240,280kV < Uđm = 230 kV Như vậy thanh dẫn AC-400/22 đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang. b. Mạch điện áp 110 kV Các dây được sắp xếp trong cùng mặt phẳng nằm ngang. Điện áp tới hạn phát sinh vầng quang được xác định như sau: Uvq = 84 .m.r.lg. Trong đó: Sử dụng dây vặn xoắn: m = 0,87 Bán kính dây dẫn: r = = = 9,45 mm = 0,945 cm Chọn D = 300 cm Từ đó ta có: Uvq = 84.m.r.lg.= 84.0,87.0,945.lg = 172,768 kV Vì các dây dẫn được bố trí trên mặt phẳng nằm ngang nên điện áp tới hạn phát sinh vầng quang của pha bên tăng lên 6% và của pha giữa giảm đi 4% nên ta chỉ cần xét điện áp tới hạn phát sinh vầng quang của pha giữa. Uvq(pha giữa) = 0,96 . Uvq = 0,96. 172,768 = 165,857 kV > Uđm = 121 kV Vậy dây AC-185/24 đã chọn thoả mãn điều kiện không phát sinh vầng quang khi làm việc bình thường. Kết luận: Dây dẫn mềm và thanh góp phía 220kV chọn dây AC-400/32, dây dẫn mềm và thanh góp phía 110kV chọn dây AC-185/24 thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt và phát sinh vầng quang. 5.3.3. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch a. Mạch điện áp 220 kV Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là : Smin = Trong đó: - BN : xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch [ A2.s ] - C : hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn [ ] Với dây nhôm lõi thép: CAl = 88 (Bảng 5.2-Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp). Xung lượng nhiệt do dòng ngắn mạch sinh ra được tính theo công thức : BN = BNck + BNkck Trong đó : BNck - Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ. BNkk - Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ. Tính : Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 0,5 s. Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kì theo công thức sau: Với - Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch thành phần chu kỳ tại thời điểm t = 0s. Theo chương III ta có: = = 6,215 kA. Đối với mạng điện 220kV có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ với Ta = 0,05 s - hằng số thời gian tắt dần đẳng trị thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch: = .Ta = ( 6,215.103 )2. 0,05 = 1,931.106 A2.s Tính : Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị : = Theo kết quả tính toán ở chương III, khi ngắn mạch tại N1 ta có : Điện kháng tính toán phía hệ thống: Xtt1 = 1,824 < 3 Tra đường cong tính toán ta được: Itt1(0) = 0,5 Itt1(0,1) = 0,492 Itt1(0,2) = 0,49 Itt1(0,5) = 0,485 Điện kháng tính toán phía nhà máy: Xtt2 = 0,28 Tra đường cong tính toán ta được: Itt2(0) = 3,5 Itt2(0,1) = 2,9 Itt2(0,2) = 2,61 Itt2(0,5) = 2,4 Dòng điện cơ bản tính toán: IdmΣ1 = 8,033 kA IdmΣ1 = 0,628 kA Dòng ngắn mạch tại điểm trong hệ đơn vị có tên ở các thời điểm t là: I(0) = IN(0) = Itt1(0).Iđm1 + Itt2(0).Iđm2 = 0,5.8,033 + 0,628.3,5 = 6,215 KA kA I(0,1) = IN(0,1) = Itt1(0,1).Iđm1 + Itt2(0,1).Iđm2 = 0,492.8,033 + 2,9.0,628 = 5,773 KA I(0,2) = IN(0,2) = Itt1(0,2).Iđm1 + Itt2(0,2).Iđm2 = 0,49.8,033 + 2,61.0,628= 5,575 kA I(0,5) = IN(0,5) = Itt1(0,5).Iđm1 + Itt2(0,5).Iđm2 = 0,485.8,033 + 2,4.0,628 = 5,403 KA Ta có: I = = = 35,422 kA2 I = = = 33,235 kA2 I = = = 31,168 kA2 Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị: BNck1 == (35,422. 0,1 + 33,235 .0,1 + 31,168.0,3).106 BNck1 = 16,216.106 A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm : BN1 = BNck1 + BNkck1 = 16,216.106 + 1,931.106 = 18,147.106 A2.s Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220 kV: Smin1 = = = 48,408 mm2 Đường dây chọn có tiết diện tiêu chuẩn là: Stc220 = 240 > Smin1 = 48,408 . Vậy đường dây đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt. b. Mạch điện áp 110 kV Tính : Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 0,5 s. Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kì theo công thức sau: Theo chương III ta có: = = 10,040 kA Đối với mạng điện 110kV có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ với Ta = 0,05 s - hằng số thời gian tắt dần đẳng trị thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch: BNkck2 = .Ta = (10,040.103 )2. 0,05 = 5,040.106 A2.s Tính : Theo kết quả tính toán ở chương 3, khi ngắn mạch tại N2 ta có : Điện kháng tính toán phía hệ thống: Xtt1 = 3,488 > 3 Ta có: Itt1(0) = Itt1(0,1) = Itt1(0,2) = Itt1(0,5) = = 0,287 Điện kháng tính toán phía nhà máy: Xtt2 = 0,283 Tra đường cong tính toán ta được: : Itt2(0) = 3,5 Itt2(0,1) = 2,9 Itt2(0,2) = 2,61 Itt2(0,5) = 2,41 Dòng điện cơ bản tính toán: IdmΣ1 = 19,676 kA IdmΣ1 = 1,255 kA Dòng ngắn mạch tại điểm trong hệ đơn vị có tên ở các thời điểm t là: I(0) = IN(0) = Itt1(0).Iđm1 + Itt2(0).Iđm2 = 0,287.19,676 + 3,5.1,255 = 10,040 KA I(0,1) = IN(0,1) = Itt1(0,1).Iđm1 + Itt2(0,1).Iđm2 = 0,287.19,676 + 2,9.1,255 = 9,287 KA I(0,2) = IN(0,2) = Itt1(0,2).Iđm1 + Itt2(0,2).Iđm2 = 0,287.19,676 + 2,61.1,255 = 8,923 KA I(0,5) = IN(0,5) = Itt1(0,5).Iđm1 + Itt2(0,5).Iđm2 = 0,287.19,676 + 2,41.1,255 = 8,672 KA Ta có: I = = = 93,525 kA2 I = = = 82,934 kA2 I = = = 77,412 kA2 Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị : BNck2 ==(93,525. 0,1 + 82,934. 0,1 + 77,412.0,3).= 40,870.A2.s Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm : BN2 = BNck2 + BNkck2 = 40,870.106 + 5,040.106 = 45,910.106 A2.s Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220 kV: Smin2 = = = 76,996 mm2 Đường dây chọn có tiết diện tiêu chuẩn là: Stc110 = 185 > Smin2 = 76,996 . Vậy đường dây đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt. 5.4. Chọn máy cắt trong mạch điện chính Các máy cắt được chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức: Uđm MC ³ Uđm Mạng - Dòng điện định mức: IđmMC ³ Ilvcb - Điều kiện cắt: ICđm ³ I’’ - Kiểm tra điều kiện ổn định động: iÔđđ ³ ixk - Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: I2nh.tnh ³ BN Trong chương IV ta đã tiến hành chọn máy cắt trong các mạch điện chính. Thông số các máy cắt chọn cho trong được ghi trong bảng sau: Bảng 5-2: Thông số máy cắt Uđm (kV) Thông số tính toán Loại máy cắt Thông số máy cắt Ilvcb (kA) (kA) ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (kA) ICđm (kA) iôdd (kA) 220 0,317 6,215 15,821 3AQ1 245 4 40 100 110 0,436 10,040 25,558 3AQ1-FE 123 3,15 31,5 80 10,5 3,608 25,893 65,913 8BK41 12 12,5 80 225 Các máy cắt được chọn đều có dòng làm việc định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.5. Chọn dao cách ly trong mạch điện chính Để thuận tiện cho lắp đặt, vận hành và sửa chữa, ta chọn một loại dao cách ly cho các mạch điện cùng điện áp. Các dao cách ly được chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau: - Điện áp: UđmCL ³ Uđm Mạng - Dòng điện định mức: IđmCL ³ Ilvcb - Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôđđ ³ ixk - Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: I2nh .tnh ³ BN Bảng 5-3: Thông số dao cách ly Uđm (kV) Ilvcb (kA) ixk (kA) Loại DCL Uđm (kV) Iđm (kA) iôdd (kA) Inh (kA) tnh (sec) 220 0,317 15,821 PЛHД - 220П/600 220 0,6 60 12 10 110 0,435 25,558 PЛHД- 110/600 110 0,6 80 12 10 10,5 0,361 65,913 PBK - 20/5000 20 5 200 70 10 Ta chỉ cần kiểm tra ổn định nhiệt cho dao cách ly cấp 220kV: Theo tính toán xung lượng nhiệt BN ở phần 3 - chọn thanh dẫn mềm ta có: Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm : BN1 = 18,147.106 A2.s Từ Bảng 5-3 ta có: = (A2.s) > = BN1 = 18,147.106 (A2.s) Vậy các dao cách ly chọn đều đạt yêu cầu. 5.6. Chọn cáp và kháng đường dây cho phụ tải địa phương 5.6.1. Chọn cáp cho phụ tải địa phương - Phụ tải địa phương có các thông số cơ bản như sau: + Udmdp = 10kV, Pdpmax = 12MW, cosj = 0,8. + Gồm 2 đường dây cáp kép 2MW3km và 2 đường dây cáp đơn 4 MW 3km. - Cáp điện lực được chọn theo các điều kiện sau: + Loại cáp: ta dùng cáp lõi nhôm đi trong đất. + Điện áp định mức: Uđmcáp ³ UđmMạng = 10kV a.Xét đường cáp kép Gồm 2 đường dây cáp kép 2 MW3 km; cosj = 0,8; Udm = 10 kV. Ta có: Pmax = 2 MW à Smax = = = 2,5 MW Ta chọn tiết diện dây theo phương pháp mật độ dòng điện kinh tế. a.1. Chọn tiết diện cáp Dòng điện làm việc bình thường lớn nhất qua cáp là: Ilvmaxbt = = = 72,169 A Dòng điện làm việc cưỡng bức của cáp là: Icb = 2. Ilvmaxbt = 2. 72,169 = 144,338 A Tiết diện của cáp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế : Fkt = ( mm2 ) (*) Trong đó: - dòng điện làm việc bình thường lớn nhất qua cáp [A] Jkt - mật độ dòng điện kinh tế [A/mm2] Jkt được xác định dựa trên thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải địa phương: Tmax = 365. = 365. (h) Ta tính được: Tmax = 365.( 0,8.7 + 1.5 + 0,85.3 + 1.4 + 0,85.5) = 7811 (h) Tra bảng 4.34 -“ Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện _ Ngô Hồng Quang ” với cáp lõi đồng và Tmax=7811 h ta được: = 2,7 A/mm2. Cáp 10 kV yêu cầu dây chọn phải có tiết diện thỏa mãn: F Fmin = 16 mm2. Tiết diện kinh tế của cáp là: Fkt = = = 26,729 mm2 Vậy ta chọn cáp lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì, đặt trong đất có các thông số như sau: Bảng 5-4: Thông số cáp kép Uđm(kV) Tiết diện (mm2) Icp (A) qcp (0C) qođm (0C) 10 70 165 60 15 a.2. Kiểm tra điều kiện phát nóng của cáp Ta cần kiểm tra điều kiện phát nóng của cáp như sau: - Kiểm tra điều kiện phát nóng khi bình thường: I’cp = k1. k2. Icp ³ Ilvmaxbt = 72,169 A - Kiểm tra khi sự cố: I’cpsc = kqt.k1.k2.Icp ³ Icb = 144,338 A Trong đó: Icp: dòng làm việc lâu dài cho phép qua cáp; Icp = 165 A k1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ; k1 = Cáp đồng 10 kV đặt trong đất: ; Nước ta nhiệt độ lớn nhất trong đất là : θ0 = 250 Ta có: k1 = k2: hệ số ảnh hưởng do cáp đi song song; Cáp kép gồm 2 cáp đơn đi song song, chọn khoảng cách giữa các cáp a =100 mm, tra bảng 42-Giáo trình mạng và hệ thống điện- trang 169 ta được: k2 = 0,9. kqt: hệ số quá tải sự cố. - Kiểm tra điều kiện phát nóng khi bình thường: I’cp = 0,882. 0,9. 165 = 130,977 A > Ilvbtmax = 72,169 A - Khi xảy ra sự cố 1 lộ trong đường dây cáp kép: Hệ số non tải khi làm việc bình thường là: = = = 0,551 < 0,8 à Cho phép quá tải 30% trong thời gian không quá 5 phút. Dòng điện làm việc cho phép qua cáp trong chế độ sự cố (đã hiệu chỉnh) là: I’cpsc = 1,3. 0,882. 0,9. 165 = 170,270 A > Icb = 144,338 A Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài. b. Xét đường dây đơn Gồm 2 đường dây đơn 4 MW 3 km; cosj = 0,8; Uđm = 10 kV Ta có: Pmax = 4 MW à Smax = = = 5 MW Ta chọn tiết diện dây theo phương pháp mật độ dòng điện kinh tế. b.1. Chọn tiết diện cáp Dòng điện làm việc bình thường lớn nhất: Ilvbtmax = = = 288,675 A Từ phần chọn cáp kép ta đã có: Jkt = 2,7 A/mm2. Cấp 10 kV yêu cầu cáp chọn phải có tiết diện thỏa mãn: F Fmin = 16 mm2. Tiết diện của cáp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế Jkt: Fkt = = = 106,917 mm2 Vậy ta chọn cáp lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu, nhựa thông và dầu không cháy, vỏ bằng chì đặt trong đất có các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-5: Thông số cáp đơn Uđm (kV) Tiết diện (mm2) ICP (A) cp (0C) odm (0C) 10 185 310 60 15 b.2. Kiểm tra điều kiện phát nóng của cáp Kiểm tra điều kiện phát nóng lâu dài theo điều kiện: Ilvbtmax £ I’CP = k1. k2. ICP Trong đó: k1: là số hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt cáp; k1 = k2: hệ số hiệu chỉnh theo số cáp làm việc đặt song song trong đất. với cáp đơn: k2= 1 ICP: dòng điện cho phép lâu dài của cáp ; ICP = 275A Do đó: I’CP = 0,882. 1. 310 = 273,42 A < Ilvbtmax = 288,675 A à Cáp đã chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng, ta chọn lên một mức: Uđm (kV) Tiết diện (mm2) ICP (A) cp (0C) odm (0C) 10 240 355 60 15 Khi đó: : I’CP = 0,882. 1. 355 = 313,11 A > Ilvbtmax = 288,675 A Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài. 5.6.2. Chọn kháng đường dây cho phụ tải địa phương Mục đích của việc chọn kháng đường dây là tăng điện kháng tổng, hạn chế dòng ngắn mạch do đó có thể chọn khí cụ điện sau kháng đối với yêu cầu thấp hơn và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp sau kháng. - Kháng được chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau: Điện áp định mức: UđmK ³ Uđmmang Dòng điện định mức: IđmK ³ Ilvcb Trị số điện kháng XK% chọn xuất phát từ điều kiện hạn chế dòng ngắn mạch để có thể dùng được các khí cụ đóng cắt hạng nhẹ và cáp có tiết diện nhỏ đảm bảo ổn định nhiệt. Kiểm tra tổn thất điện áp trên kháng khi làm việc bình thường và cưỡng bức. Kiểm tra ổn định động: iÔđđ ³ ixk Kiểm tra ổn định nhiệt: I2nh.tnh ³ BN Dòng điện cưỡng bức qua kháng điện được tính toán như sau: Ilvcb = = .103 = 866,025 A Ta chọn loại kháng PbA-10-1500 - XK% có thông số như sau: + Điện áp định mức: UđmK = 10kV + Dòng điện định mức: IđmK = 1500A = 1,5kA + Điện kháng phần trăm: XK% Trị số điện kháng XK% chọn xuất phát từ điều kiện hạn chế dòng ngắn mạch để có thể dùng được các khí cụ đóng cắt hạng nhẹ và cáp có tiết diện nhỏ đảm bảo ổn định nhiệt. Theo chương III ta có dòng điện ngắn mạch tại điểm N5: I’’N5 = 49,952 kA; ixkN5 = 130,900 kA Chọn điện áp và dòng điện cơ bản như sau: Ucb = UdmK = 10 kV; Icb = IđmK = 1500A =1,5 kA Vì công suất của phụ tải địa phương rất nhỏ so với tổng công suất của hệ thống, nên xem hệ thống có công suất vô cùng lớn, sức điện động của hệ thống không đổi và bằng điện áp trung bình. Lập sơ đồ thay thế cho tính toán ngắn mạch: Điện kháng của hệ thống: X HT = = = 0,032 Dòng ổn định nhiệt của cáp: InhC ≈ (1) Trong mạch địa phương dùng máy cắt hợp bộ có Icắt dm =20 (KA) thời gian cắt là tc2 = 0,5 s Trong đề tài thiết kế đã cho cáp 2 lõi đồng với: FC2min = 50 mm2. Chọn cấp thời gian chọn lọc: Dt = 0,3sec Cáp đồng 10kV có: CCu = 171 A./mm2. Thay số vào (1) ta được: InhC2 = .10-3 = 12,091 kA Thời gian cắt ngắn mạch tại đầu đường cáp 1 là: tC1 = tC2 + Dt = 0,5 + 0,3 = 0,8sec Cáp 1 đã chọn là cáp lõi đồng 10kV có: CAl = 171 (A./mm2). Ta cần kiểm tra tính ổn định nhiệt theo FC1min= 70 mm2 (cáp kép): InhC1 = = 13,383 kA Kháng diện đường dây được chọn theo điều kiện cung cấp đủ công suất cho phụ tải địa phương khi làm việc bình thường cũng như khi sự cố và đảm bảo ổn định nhiệt của các cáp và khả năng cắt của các máy cắt trong cả lưới cung cấp và lưới phân phối. Điều kiện chọn kháng: I NC1 £ Min{IC1đm, InhC1}= Icp1 = Min{20kA; 13,383 kA} = 13,383 kA I NC2 £ Min{IC2đm, InhC2}= Icp2 = Min{20 kA; 12,091 kA}= 12,091 kA Kháng điện thường có điện trở rất nhỏ so với điện kháng nên ta bỏ qua điện trở kháng điện trong tính toán ngắn mạch. - Khi ngắn mạch tại NC2 yêu cầu: Icp2 = 12,091 kA Điện kháng một lộ cáp C1: XC1 = (W) (1) Điện trở một lộ cáp C1 : RC1 = (W) (2) x0: kháng điện đơn vị của cáp (W/km) r0: điện trở đơn vị của cáp (W/km) l: chiều dài của cáp (km) So sánh tiết diện cáp đơn và 1 lộ đường cáp kép: Fđơn = 240 mm2 > Fkép = 70 mm2. Do đó, điện kháng và điện trở đơn vị của cáp đơn sẽ nhỏ hơn của 1 lộ đường cáp kép: x0đơn < x0 (1lộkép) ; r0đơn < r0 (1lộkép) Mà ta có: lđơn = lkép = 3km, như vậy điện kháng và điện trở của cáp đơn sẽ nhỏ hơn điện kháng và điện trở của 1 lộ đường cáp kép: Xđơn < X1lộkép; Rđơn < R1lộkép. Do đó dòng ngắn mạch đầu cáp 2 khi tính với cáp 1 là cáp đơn sẽ lớn hơn khi tính với 1 lộ cáp kép. Để chọn XK để đảm bảo yêu cầu ổn định nhiệt của cáp trong lưới phân phối ta cần xét dòng ngắn mạch lớn nhất ở đầu cáp 2, tức là phải đảm bảo cáp ổn định nhiệt khi ngắn mạch tại đầu cáp 2 với cáp 1 là cáp đơn. Cáp đơn: Fđơn = 240 mm2; x0 = 0,075 W/km ; lđơn = 3km. r0 = 0,077 W/km (Bảng 5-Thiết kế mạng điện và hệ thống điện - tr 262) Điện kháng và điện trở của cáp đơn được tính toán theo (1), (2) như sau: XC1đơn = 0,075. 3. = 0,058 RC1đơn = 0,077. 3. = 0,060 - Khi ngắn mạch tại NC2 yêu cầu: Icp2 = 12,091 kA ó ó ó XK 2,56 % (3) - Khi ngắn mạch tại NC1 yêu cầu: InhC1 = 13,383 kA ó ó XK (4) Từ (3) và (4) ta thấy rằng để đảm bảo ổn định nhiệt của các cáp trong lưới phân phối và lưới cung cấp cần chọn kháng điện đơn có: XK . Do đó, ta chọn kháng đơn PbA-10-1500-10. Tính toán ổn định nhiệt của cáp đã chọn: XK = = = 0,1 Dòng điện ngắn mạch tại Nc1: INC1 = = 11,932 kA < InhC1 = 13,383 kA Dòng điện ngắn mạch tại Nc2: INC1 = = 7,464 kA < InhC2 = .10-3 = 12,091 kA Vậy, cáp đã chọn thoả mãn. 5.6.3. Chọn máy cắt mạch phụ tải địa phương (sau kháng điện) Để đơn giản cho vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị, ta chọn các máy cắt giống nhau cho cùng một cấp điện áp. Do đó chọn loại máy cắt hợp bộ của hãng Siemens với các thông số kỹ thuật như sau: Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt: Điện áp định mức: UđmMC ³ Uđm mạng = 10 kV Dòng điện định mức: IđmMC ³ Ilvcb MC = Ilvcb K = 0,866 kA Dòng điện cắt định mức: ICđm ³ = = 11,932kA Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôđđ ³ ixk = .1,8 .13,383 = 34,068 kA Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: I2nh. tnh ³ BN Ta chọn loại máy cắt hợp bộ của hãng Siemens với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-7: Thông số máy cắt chọn Loại máy cắt SF6 8DC11 Uđm (kV) Iđm (A) ICđm (kA) iôđđ(kA) 12 1250 23 63 Máy cắt chọn có IđmMC = 1250A > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.6.4. Chọn dao cách ly mạch phụ tải địa phương Dao cách ly (DCL) được chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau: Điện áp định mức: UđmCL ³ Uđm Mạng Dòng điện định mức: IđmCL ³ Ilvcb DCL = IlvcbK = 0,886 kA. Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôđđ ³ ixkN5 = 130,900 kA Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: I2nh .tnh ³ BN Bảng 5-10: Thông số dao cách ly chọn Loại DCL PBK-20/5000 Uđm(kV) Iđm(A) iôđđ(kA) 20 5000 200 70/10 Dao cách ly chọn có dòng định mức IđmDCL = 5000A > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. 5.7. Chọn chống sét van cho các cấp điện áp (CSV) Các máy biến áp tự ngẫu do có sự liên hệ về điện giữa cao và trung áp nên sóng quá điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp hoặc ngược lại. Do đó ở các đầu ra cao áp và trung áp của các máy biến áp tự ngẫu ta phải đặt các chống sét van. Các chống sét van chọn theo cấp điện áp. Chọn chống sét van theo điều kiện: Uđm cs ³ UđmMạng. 5.7.1. Cấp điện áp 220 kV Chọn chống sét van PBC-220 có các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-11: Thông số chống sét van 220kV Udm (kV) Loại CSV Ucpmax (kV) Điện áp đánh thủng ở tần số 50 Hz (kV) Điện áp đánh thủng xung kích với tpđ =(1,5-20)s (kV) 220 PBC-220 220 500 530 5.7.2. Cấp điện áp 110 kV Chọn chống sét van PBC-110 có các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-12: Thông số chống sét van 110kV Udm (kV) Loại CSV Ucpmax (kV) Điện áp đánh thủng ở tần số 50 Hz (kV) Điện áp đánh thủng xung kích với tpđ =(1,5-20)s (kV) 110 PBC-110 100 250 285 5.7.3. Chống sét van cho trung tính máy biến áp hai cuộn dây Mặc dù trên thanh góp 110kV và 220kV có đặt các chống sét van nhưng đôi khi có những đường sét 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 (dao cách ly ở trung tính mở). Vì vậy tại trung tính của máy biến áp hai cuộn dây cần mắc một chống sét van song song với dao cách ly. 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. Bảng 5-13: Thông số chống sét van trung tính máy biến áp Máy biến áp Loại CSV Udm (kV) Ucpmax (kV) Điện áp đánh thủng ở tần số 50Hz (kV) Điện áp đánh thủng xung kích với tpđ = (1,5-20)s (kV) T1 PBC-110 110 100 250 285 T4 PBC-35 35 40,5 98 125 5.8. Chọn máy biến dòng điện và máy biến điện áp đo lường Trong nhà máy điện, máy biến điện áp và máy biến dòng điện được sử dụng với nhiều mục đích như đo lường, bảo vệ rơle, tự động hoá, tín hiệu điều khiển, kiểm tra cách điện, hoà đồng bộ, theo dõi các thông số… 5.8.1. Cấp điện áp 220kV a. Chọn máy biến điện áp BU (đặt ngoài trời) Phụ tải thứ cấp của BU 220kV thường là các cuộn dây điện áp của các đồng hồ Vônmét có tổng trở tương đối lớn nên công suất thường nhỏ nên không cần tính phụ tải thứ cấp. Nhiệm vụ chính của các BU ở các cấp điện áp này là cung cấp tính hiệu cho rơle bảo vệ và đo lường, ta đặt các máy biến điện áp trên thanh góp 220kV, nối dây theo sơ đồ . Điều kiện chọn BU: Ta chọn các biến điện áp một pha 3 cuộn dây HKf-220-58 với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-14 USCđm (kV) UTCđm (V) UTCphụđm (V) Cấp chính Xác SđmBU (VA) SmaxBU (VA) 0,5 400 2000 b. Chọn biến dòng điện BI (đặt ngoài trời) Các máy biến dòng điện đi kèm với các mạch máy cắt, có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle và đo lường. Điều kiện chọn BI: Điện áp định mức: = 220 kV Dòng điện định mức sơ cấp: ISCdm do khi làm việc lâu dài, các BI được phép quá tải 20% dòng điện định mức. Chọn biến dòng điện TfH-220-3T với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-15 Uđm (kV) ISCđm (A) Cấp chính Xác Z2đm (W) iôđđ (kA) Inh/tnh (kA/s) 220 300 0,5 30 27 10,2/1 Kiểm tra BI đã chọn: Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôđđ = 27 kA > ixkN1 = 15,821 kA Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: = (10,2.103)2.1 = 104,04.106 Ta đã tính được xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N1: BN1 = 18,147.106 A2.s < = 104,04.106 Như vậy BI đã chọn đạt yêu cầu. 5.8.2. Cấp điện áp 110kV a. Chọn máy biến điện áp BU (đặt ngoài trời) Nhiệm vụ chính của các BU ở các cấp điện áp này là cung cấp tính hiệu cho rơle bảo vệ và đo lường, ta đặt các máy biến điện áp trên thanh góp 110kV, nối dây theo sơ đồ . Điều kiện chọn BU: Ta chọn biến điện áp một pha HK f - 110 - 58 với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-16 USCđm (kV) UTCđm (V) UTCphụđm (V) Cấp chính xác SđmBU (VA) SmaxBU (VA) 0,5 400 2000 b. Chọn biến dòng điện BI (đặt ngoài trời) Các máy biến dòng điện đi kèm với các mạch máy cắt, có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle và đo lường. Điều kiện chọn BI: Điện áp định mức: = 110 kV Dòng điện định mức sơ cấp: ISCdm A Chọn BI TfHд -110M với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-17 Uđm (kV) ISCđm (A) Cấp chính xác Z2đm () kôđđ knh/tnh (1/s) 110 600 0,5 1,2 150 43,3/3 Kiểm tra BI đã chọn: Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôđđ = .kôđđ.ISCđm = .150. 0,6 = 90 kA > ixkN2 = 25,558 kA Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: = (Knh.Iscdm)2.tnh = (43,3.0,6.103)2.3 = 2024,881.106 Ta đã tính được xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại điểm N2: BN2 = 45,910.106 A2.s < = 2024,881.106 Như vậy BI đã chọn đạt yêu cầu. 5.8.3. Cấp điện áp 10,5 kV Ta chọn máy biến điện áp và biến dòng điện cho mạch máy phát điện 10,5kV. Trong mạch này, các máy biến điện áp và biến dòng điện có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho các dụng cụ đo lường và bảo vệ. Trong đó, mạch máy phát thường có các phần tử đo lường sau: Ampe kế, Vôn kế, Tần số kế, Oát kế tác dụng, Oát kế phản kháng, Oát kế tự ghi, Công tơ tác dụng, Công tơ phản kháng. a. Chọn máy biến điện áp (BU) Dụng cụ thứ cấp dùng công tơ nên ta dùng hai máy biến điện áp một pha nối dây V/V. Điều kiện chọn BU: Điện áp định mức sơ cấp của BU: =10,5 kV (1) Chọn công suất định mức của BU: SBUđm ³ S2 (2) Trong đó: S2 - Tổng phụ tải nối vào BU. Phụ tải của BU được phân bố đồng đều theo cách bố trí đồng hồ phía thứ cấp như sau: Bảng 5-18 STT Phần tử Ký hiệu Phụ tải AB Phụ tải BC P (W) Q (VAr) P (W) Q (VAr) 1 Vôn kế ЗH 4,7 - - - 2 Oát kế д-305 1,5 - 1,5 - 3 Oát kế phản kháng д-305 1,5 - 1,5 - 4 Oát kế tự ghi H-348 10 - 10 - 5 Tần số kế M-1756 - - 5 - 6 Công tơ tác dụng и 0,66 1,62 0,66 1,62 7 Công tơ phản kháng иP 0,66 1,62 0,66 1,62 8 Tổng cộng 19,02 3,24 19,32 3,24 - Phụ tải của máy biến điện áp pha A-B: S2AB = VA CosjAB = - Phụ tải của máy biến điện áp pha B-C: S2BC = VA CosjBC = Tổng phụ tải thứ cấp của BU (xem như cùng hệ số công suất): S2 = S2AB + S2BC = 19,26 + 19,58 = 38,84 VA Yêu cầu: SBUdm S2 = 38,84 VA (2)’ Theo điều kiện (1), (2)’ ta chọn 2 BU loại HOM-10 với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-19 USCđm (kV) UTCđm (V) Cấp chính xác SđmBU (VA) SmaxBU(VA) 10,5 100 0,5 75 640 Chọn dây dẫn từ BU đến các đồng hồ đo: Chọn dây dẫn đồng nối từ BU đến đồng hồ đo. Tiết diện dây dẫn được chọn sao cho tổn thất điện áp trên dây không được lớn hơn 0,5% điện áp định mức thứ cấp khi có công tơ và 3% điện áp định mức thứ cấp khi không có công tơ ở thứ cấp BU. Theo điều kiện độ bền cơ học: đối với dây dẫn đồng yêu cầu FCu 1,5 mm2. Xác định dòng trong các dây dẫn a, b, c: Ia = A Ic =A Để đơn giản trong tính toán ta coi: Ia = Ic = 0,196 A cosjab = cosjab =1 Bỏ qua góc lệch pha giữa Ia và Ib. Ta có: Ib =.Ia =.0,196 = 0,339 A Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và b được tính toán như sau: DU = ( Ia + Ib ).r = (Ia + Ib). (V) Với: - Điện trở suất của vật liệu dây dẫn, . Lấy khoảng cách từ BU đến các đồng hồ đo điện là l= 60m. Trong các phụ tải của BU có thiết bị đo đếm điện năng nên điều kiện chọn tiết diện dây dẫn là tổn thất điện áp trên dây dẫn không được lớn hơn 0,5% điện áp định mức thứ cấp (0,5V). DU = (Ia + Ib). £ 0,5 (V) ó F Kết hợp với điều kiện độ bền cơ của BU ta chọn dây đồng có tiết diện Ftc = 1,5 mm2. b. Chọn biến dòng điện (BI): Biến dòng được đặt trên cả ba pha và nối hình sao. Điều kiện chọn BI: Điện áp định mức: UđmB1 UđmMạng = 10,5 kV Khi làm việc lâu dài, các BI được phép quá tải 20% dòng điện định mức. Dòng điện sơ cấp định mức: ISCđm Ta chọn biến dòng điện Tứở - 20 -1 với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 5-20 Uđm(kV) ISCđm(A) ITCđm(A) Cấp chính xác Z2đm() knh/tnh (1/s) 20 6000 5 0,5 1,2 20/4 - BI kiểu này không cần kiểm tra ổn định động vì nó được quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát. - BI đã chọn có dòng định mức ISCdm = 6000 A > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Chọn tiết diện của dây nối BI và dụng cụ đo lường: - Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu, tổng phụ tải thứ cấp không vượt quá phụ tải định mức: Z2 = ZSdc + Zdd £ ZBIđm (1) Trong đó: ZSdc: Tổng phụ tải các dụng cụ đo. Zdd: Tổng trở của dây dẫn nối BI với dụng cụ đo. Lấy gần đúng: Zdd Rdd = Từ điều kiện (1) ta có: Zdd £ ZBIđm - ZSdc Tương đương với: F ³ (2) Công suất tiêu thụ của các cuộn dây của các dụng cụ đo cho trong bảng sau: Bảng 5-21 STT Phần tử Loại Phụ tải (VA) Pha A Pha B Pha C 1 Ampe kế A-335 0,5 0,5 0,5 2 Oát kế tác dụng д-305 0,5 0 0,5 3 Oát kế phản kháng д-305 0,5 0 0,5 4 Oát kế tự ghi H-348 10 0 10 5 Công tơ tác dụng и 2,5 0 2,5 6 Công tơ phản kháng иP 2,5 5 2,5 Tổng cộng 16,5 5,5 16,5 - Tổng phụ tải của các pha: SA = SC = 16,5 VA; SB = 5,5 VA. - Phụ tải lớn nhất là: Smax = SA = SC = 16,5 VA. - Tổng trở các dụng cụ đo mắc vào pha A (hay pha C) là: ZdcS = Ta chọn dây dẫn bằng đồng và giả sử chiều dài từ BI đến các dụng cụ đo l=60m. Vì sơ đồ nối sao đủ nên ta có = l = 60m, với rCu = 0,0175 (W mm2/m). Tiết diện dây dẫn nối BI với dụng cụ đo thứ cấp được chọn theo công thức (2): Ftc Theo điều kiện độ bền cơ học: chọn dây dẫn bằng đồng Đối với dây dẫn không nối với dụng cụ đo điện năng: FCu 1,5 mm2 Đối với dây dẫn nối với dụng cụ đo điện năng: FCu 2,5 mm2 Căn cứ vào điều kiện này ta chọn dây dẫn đồng với tiết diện tiêu chuẩn là 2,5 mm2. Sơ đồ nối của BI và BU CHƯƠNG VI CHỌN SƠ ĐỒ VÀ CÁC THIẾT BỊ TỰ DÙNG 6.1. Sơ đồ tự dùng Để sản xuất điện năng các nhà máy điện phải tiêu thụ một phần điện năng để các cơ cấu tự dùng đảm bảo cho máy phát điện có thể làm việc được. Trong nhà máy nhiệt điện, điện tự dùng chiếm tỷ lệ khá lớn chủ yếu cho các khâu chuẩn bị nhiên liệu, vận chuyển nhiên liệu vào lò đốt, đưa nước vào nồi hơi, bơm nước tuần hoàn, bơm ngưng tụ, quạt gió, quạt khói, thắp sáng, điều khiển...Phần tự dùng quyết định trực tiếp đến sự làm việc bình thường của nhà máy. Vì vậy sơ đồ tự dùng của nhà máy phải có độ tin cậy tương đối cao mà vẫn đảm bảo được những chỉ tiêu về mặt kinh tế. Do nhà máy thiết kế không có thanh góp điện áp máy phát nên điện tự dùng cho mỗi tổ máy được lấy ngay từ đầu cực máy phát qua các máy biến áp hạ áp. Trong nhà máy nhiệt điện, điện tự dùng thường dùng hai cấp điện áp là 6,3kV và 0,4kV: Cấp tự dùng 6,3kV chiếm tỷ lệ lớn, cung cấp cho động cơ công suất lớn, đảm bảo sự làm việc của lò hơi và tuabin các tổ máy. Cấp tự dùng 0,4kV cung cấp cho các động cơ công suất nhỏ và chiếu sáng. Mỗi tổ máy liên quan đến một lò và mỗi lò được cung cấp từ một phân đoạn do đó để cung cấp điện tự dùng cho 5 tổ máy cần dùng 5 phân đoạn, mỗi phân đoạn được cung cấp điện từ một máy biến áp hạ áp 10/6,3 kV. Với cấp 0,4 kV có thể không nhất thiết phải phân đoạn theo số lò. Để dự trữ cho cấp 6,3kV dùng một máy biến áp dự trữ nối vào phía hạ máy biến áp tự ngẫu (phía trên máy cắt đầu cực). Dự trữ cho cấp 0,4 kV cũng dùng một máy biến áp nối với thanh góp dự phòng 6,3kV. Phần điện tự dùng của nhà máy thiết kế được bố trí như sau: 6.2. Chọn các thiết bị điện và khí cụ điện tự dùng 6.2.1. Chọn máy biến áp tự dùng 10,5/6,3 kV Công suất tự dùng cực đại của nhà máy thiết kế là: STDmax = 17,5 MVA Nhà máy gồm 4 tổ máy: n = 4 < 6 nên ta dùng 4 phân đoạn cho tự dùng 6,3kV và dùng 1 máy biến áp dự phòng chung cho 4 máy biến áp tự dùng làm việc. - Chọn máy biến áp tự dùng làm việc: Chọn máy biến áp tự dùng theo điều kiện: SđmBTD1 ³ MVA = 4375 kVA Ta chọn máy biến áp TMH - 6300 - 10/6,3. - Chọn máy biến áp dự phòng cấp 1 (10/6,3 kV): Máy biến áp dự phòng cấp một được chọn theo điều kiện không chỉ để thay thế cho máy biến áp công tác khi sự cố hay sửa chữa mà còn phải đảm bảo việc tự mở máy của các động cơ trong các cơ cấu tự dùng quan trọng. Máy biến áp dự phòng được chọn như sau: SđmBDP1 = MVA Ta chọn máy biến áp TдHC-10000-10,5/6,3, ta có bảng thông số kỹ thuật như sau:. Bảng 6-1 Loại MBA Sđm (kVA) UC (kV) UH (kV) Po (kW) PN (kW) UN (%) TMH 6300 10 6,3 9 46,5 6,5 TдHC 10000 10,5 6,3 12,3 85 14 6.2.2. Chọn máy cắt 10,5 kV Tra Bảng 3-2 ta được dòng ngắn mạch tại điểm N5 như sau: I’’N5 = 49,952 kA; ixkN5 = 130,900 kA Dòng điện làm việc cưỡng bức qua máy cắt phía cao áp của máy biến áp tự dùng 10,5/6,3 kV được tính toán như sau: Icb = Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt: Điện áp định mức: = 10,5 kV Dòng điện định mức: = 360,871A Điều kiện cắt: ICđm > I’’N5 = 49,952 kA Kiểm tra ổn định động: iôđđ > ixk = 130,900 kA Kiểm tra ổn định nhiệt: > BN Vậy ta chọn máy cắt 8BK41 với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 6-2 Loại máy cắt 8BK40 Uđm (kV) Iđm (kA) ICđm (kA) iôđđ (kA) 12 5 63 160 Máy cắt chọn có dòng định mức Iđm = 5 kA > 1kA nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Kiểm tra điều kiện cắt và ổn định động : ICđm = 63 kA > I’’N5 = 49,952 kA iôđđ = 160 kA > ixk = 49,952 kA Vậy máy cắt chọn đạt yêu cầu. 6.2.3. Chọn dao cách ly 10,5 kV Điều kiện chọn và kiểm tra dao cách ly: Điện áp định mức: = 10,5 kV Dòng điện định mức: = 360,871A Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôđđ > ixk = 130,900 kA Kiểm tra ổn định nhiệt: > BN Ta chọn dao cách ly PBK - 20/5000 với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 6-3 Loại DCL PBK - 20/5000 Uđm (kV) Iđm (A) iôđđ (kA) Inh/tnh (kA/s) 20 5000 200 70/10 - Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôđđ = 200 kA > ixk = 130,9 kA - Dao cách ly chọn có IđmDCL = 5000A > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt cho dao cách ly. Vậy dao cách ly đã chọn đạt yêu cầu. 6.2.4. Chọn máy biến áp tự dùng 6,3/0,4 kV Nguồn cung cấp tự dùng 0,4kV được lấy từ phân đoạn 6,3kV xuống. Thông thường công suất tự dùng cấp điện áp 0,4kV chiếm khoảng (15 - 20)% công suất tự dùng của toàn nhà máy. Khi đó máy biến áp tự dùng 6,3/0,4 kV được chọn theo điều kiện sau: SBTD2 = Vậy ta chọn máy biến áp do Công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 6-4 Loại MBA Sđm (kVA) UC (kV) UH (kV) Po (kW) PN (kW) UN % 1000/6,3 1000 6,3 0,4 1,6 10 5 Cấp tự dùng 0,4kV cung cấp cho các động cơ công suất nhỏ và chiếu sáng. Máy biến áp dự phòng cấp hai (6,3/0,4 kV) làm nhiệm thay thế máy biến áp công tác khi sự cố hoặc sửa chữa, do vậy ta chọn cùng loại với máy biến áp công tác. 6.2.5. Chọn máy cắt 6,3 kV Để đơn giản cho vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa các thiết bị ta chọn các máy cắt cùng cấp điện áp giống nhau. Dòng điện cưỡng bức qua máy cắt được tính toán như sau: Ilvcb = Để chọn máy cắt cho mạch 6,3 kV cần xác định dòng ngắn mạch sau các máy biến áp tự dùng 10/6,3 kV. Chọn các đại lượng cơ bản như sau: Scb = 100MVA; Ucb = Utb Điện kháng MBA (làm việc và dự phòng cấp 1) tính trong hệ đơn vị tương đối cơ bản: XB = = Điện kháng của hệ thống tính trong hệ đơn vị tương đối cơ bản: XHT = 1,4 0,11 Vì công suất của các trạm biến áp tự dùng rất nhỏ so với tổng công suất của hệ thống, nên xem hệ thống có công suất vô cùng lớn, sức điện động của hệ thống không đổi và bằng điện áp trung bình. Sơ đồ thay thế tính dòng ngắn mạch sau máy biến áp tự dùng cấp 1 như sau: XB Dòng ngắn mạch siêu quá độ tại N6 được tính toán như sau: I’’N6 = kA Dòng ngắn mạch xung kích tại N6 là: ixkN6 =.kxk. I’’N6 = .1,8. 6,069 = 15,449 kA Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt: Điện áp định mức: = 6,3 kV Dòng điện định mức: = 601,452 A Điều kiện cắt: ICđm > I’’N6 = 6,069 kA Kiểm tra ổn định động: iôđđ > ixk = 15,449 kA Kiểm tra ổn định nhiệt: > BN Ta chọn máy cắt hợp bộ của hãng Siemens với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 6-5 Điểm ngắn mạch N6 Loại máy cắt 8DC11 Uđm (kV) 7,2 Ilvcb (A) 601,452 IđmMC (A) 1250 I’’N6 (kA) 6,069 ICđm (kA) 25 ixk (kA) 15,449 iôđđ (kA) 63 Kiểm tra máy cắt đã chọn: Kiểm tra ổn định động: kA > ixk = 15,449 kA Do IđmMC = 1250A > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. Vậy máy cắt đã chọn thoả mãn yêu cầu. 6.2.6. Chọn Aptômat Dòng điện làm việc cưỡng bức qua Aptomat được tính toán như sau: Ilvcb = (1) Tính toán ngắn mạch chọn Aptômat: Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch máy biến áp tự dùng 6,3/0,4 kV là: Ur% = Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch máy biến áp tự dùng 6,3/0,4 kV là: UX% = Do điện trở Aptomat, dây dẫn và điện trở tiếp xúc của các thiết bị thường rất nhỏ so với tổng trở của máy biến áp nên trong sơ đồ thay thế tính ngắn mạch có thể bỏ qua các thông số trên. Chọn các đại lượng cơ bản như sau: Scb = 100 MVA; Ucb = Utb Dòng ngắn mạch lớn nhất sau máy cắt 6,3 kV là: I’’N6 = 6,069 kA Điện kháng của hệ thống và máy biến áp tự dùng cấp 2 tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản như sau: XHT = XB2 = = RB2 = Sơ đồ thay thế để tính ngắn mạch chọn aptomat: 5,827 1,306 1,510 Dòng ngắn mạch tại N7 được tính toán như sau: I’’N7 = Thay số vào ta được: I’’N7 = kA Điều kiện chọn và kiểm tra Aptomat: Điện áp định mức: UđmAp UđmMạng = 400 V Dòng điện định mức: Iđm Ilvcb = 1262,954 A Điều kiện cắt: INmax I’’N7 = 19,368 kA Ta chọn Aptômat CM2500N của hãng Merlin Gerin (pl 5.6- 101 Bài tập LĐ - tr 366) với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 6-6 Thông số tính toán Điểm ngắn mạch N7 Loại Aptômat C1251NN Thông số của Aptômat Ilvcb (A) 1262,954 Uđm (V) 690 I’’N7 (kA) 19,368 Iđm (A) 1250 INmax (kA) 25 Kiểm tra Aptômat đã chọn: Uđm = 690 V > UđmMạng = 400 V IđmAp = 1250 A = Ilvcb INmax = 25 kA > I’’N7 = 19,368 kA Vậy Aptomat đã chọn đạt yêu cầu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS. Nguyễn Hữu Khái. Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp. (Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2004) [2]. TS. Đào Quang Thạch, TS. Phạm Văn Hòa. Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp. (Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2004) [3]. PGS.TS. Trần Bách. Lưới điện và hệ thống điện tập I. (Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2005) [4]. Ngô Hồng Quang. 101 bài tập lưới điện, cung cấp điện, cơ khí đường dây. (Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2006) [5]. PGS.TS. Phạm Văn Hòa, ThS. Phạm Ngọc Hùng. Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp. (Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2007) [6]. GS.TS. Lã Văn út. Ngắn mạch trong hệ thống điện. (Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2007) [7]. PGS.TS. Trần Bách. ổn định của hệ thống điện. (Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2001)