Hướng dẫn Đồ án môn học nhà máy điện

- 1 - HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHÀ MÁY ĐIỆN GVHD: ThS. Lê Tiên Phong A. Cách thức thực hiện - Trình bày đồ án: + Viết tay trên giấy A4 nội dung thuyết minh theo đề tài đã được giao Mỗi buổi đi thông qua phải mang toàn bộ những phần đã làm + Hoặc đánh máy (để in trước khi đi thông qua và nộp quyển) Trường hợp có đánh máy thì phải đăng ký đánh máy từ đầu và mỗi buổi đi thông qua in những phần đã làm hoặc đã sửa để đối chiếu. - Yêu cầu: + Trình bày theo đúng nội dung thuyết minh theo yêu cầu (cho trong phần B dưới đây) + Thông qua hàng tuần nội dung đã thực hiện trong khoảng thời gian từ 7h30 đến 10h sáng thứ 2 hoặc sáng thứ 6 hàng tuần tại phòng 402 nhà A4 (chọn 1 trong 2 buổi hoặc cả 2 buổi càng tốt). Trong trường hợp SV trùng lịch học vào sáng thứ 6 thì có thể qua phòng gửi lại đồ án để thầy thông qua rồi cuối giờ quay lại lấy. B. Nội dung thuyết minh Phần 1: Thiết kế phần thủy công của nhà máy thủy điện I. Xác định công suất lắp máy tối ưu 1.1. Xác định công suất lắp máy tối ưu của nhà máy - Xác định công suất điều tiết ( Nđt ) Nđt = *Qđt *Hđt Trong thiết kế NMTĐ việc xác định được công suất lắp máy tối ưu là một công việc hết sức quan trọng vì: - Nếu công suất của nhà máy lớn hơn công suất mà phụ tải yêu cầu thì dẫn đến nhà máy vận hành không kinh tế gây lãng phí thiết bị và vốn đầu tư - Nếu công suất quá nhỏ thì sẽ không khai thác hết nguồn năng lượng thuỷ năng của dòng sông và không đáp ứng được yêu cầu của phụ tải Do vậy ta phải xác định được công suất lắp máy tối ưu nhất Công suất lắp máy được xác định: Nlm = NCT + NLT (MW) Nlm : Công suất lắp máy của NMTĐ NCT : Công suất cần thiết (MW) - 2 - NLT : Công suất lắp thêm (MW) * Xác định công suất cần thiết: NCT = Nđt + NDT (MW) Trong đó: NDT là công suất dự trữ của NMTĐ bao gồm: - Dự trữ quá tải bằng (25)%Nđt để đảm bảo chế độ làm việc bình thường của nhà máy khi phụ tải tăng đột ngột - Dự trữ kỹ thuật trong quá trình làm việc có thể xảy ra sự cố các máy phát, MBA, Đường dây. Do đó cần có dự trữ công suất để thay thế các phần bị hư hỏng thường lấy từ (810)%Nmax - Dự trữ cho sửa chữa và bảo quản - Dự trữ cho phát triển để đảm bảo vấn đề an ninh năng lượng cho quốc gia. ( NDT sửa chữa bảo quản + NDT phát triển = 0 ) NDT = NDTquá tải + NDT kỹ thuật = 15%Nđt * Xác định công suất lắp thêm Công suất lắp thêm là lượng công suất để tận dụng lượng nước thừa trong thời kỳ mùa lũ không dùng để thay thế cho phần công suất cần thiết của NMTĐ. Ta chỉ lắp thêm khi tiền đầu tư cho lắp thêm và chi phí vận hành riêng cho nó cân bằng với tiền đầu tư cho khai thác nhiên liệu và chi phí vận hành giảm đi tương ứng ở NMNĐ (có thể coi NLT = 0) II. Xác định số lượng và thông số của turbine 2.1. Chọn số lượng Turbine cho NMTĐ Khi số lượng tổ máy nhiều dẫn đến tăng vốn đầu tư cho thiết bị và xây dựng vì không gian lắp máy tăng lên. Nhưng khi số lượng tổ máy nhiều thì quá trình vận hành và khai thác nhà máy điện sẽ linh hoạt hơn. Giả sử khi ta đưa một tổ máy vào bảo dưỡng và sửa chữa thì các tổ máy còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ lượng công suất cần thiết cho hệ thống. Số lượng tổ máy không được nhỏ hơn 2 để đảm bảo các yêu cầu kinh tế – kỹ thuật của hệ thống điện lớn Nếu số lượng tổ máy ít thì công suất mỗi tổ máy tăng lên dẫn đến tăng về kích thước và tải trọng sẽ bị hạn chế do năng lực chế tạo và điều kiện chuyên chở Số lượng tổ máy trong NMTĐ cũng chính là số lượng turbine. Mỗi turbine được nối đồng trục với một máy phát điện. 2.2. Xác định các thông số cơ bản của turbine - 3 - Tuỳ theo kiểu tác động của dòng nước và BXCT mà ta có thể chọn một trong hai loại turbine chủ yếu đó là turbine phản kích và turbine xung kích phù hợp với cột nước và công suất của NMTĐ đem lại hiệu quả đầu tư cao nhất (tra đồ thị trong bài giảng NMĐ). a. Công suất turbine m N N mf lm TB .  Trong đó: - NTB : Công suất của Turbine - Nlm : Công suất lắp máy của NMTĐ - m : Số lượng tổ máy - mf : Hiệu suất của máy phát (Hiệu suất của Turbine) b. Xác định hệ số tỷ tốc tính toán (ns). Mỗi kiểu Turbine có một phạm vi tỷ tốc nhất định thích ứng với một phạm vi cột nước nhất định. Do chưa xác định được tốc độ quay của Turbine, nên phải từ cột nước tính toán Htt của NMTĐ ta xác định trị số ns dựa theo công thức kinh nghiệm ứng với mỗi loại turbine. c. Xác định tốc độ quay của Turbine (n) Ta có: TB s N H nn 25,1 . Trong đó: H = Hđt So sánh tốc độ quay vừa tính trên với tốc độ tiêu chuẩn để chọn tốc độ quay đồng bộ và xác định lại ns d. Xác định đường kính bánh xe công tác của turbine n H nD s *6.84*10*)*7.2293( 3 1  Chọn đường kính bánh xe công tác theo tiêu chuẩn gần nhất. e. Xác định hệ số khí thực của turbine Hệ số khí thực là đại lượng đặc trưng cho khả năng xuất hiện khí thực trong turbine. 41,16 )(*10*4.75 sn  g. Xác định chiều cao cột hút cho phép. Là khoảng cách từ mép ra cao nhất của cánh bánh xe công tác đến mực nước hạ lưu mà không xảy ra hiện tượng khí thực trong Turbine.   HKH TBs **90010    (m) - 4 - Trong đó: [Hs] Chiều cao cột hút cho phép của turbine (m) K : Hệ số dự trữ khí thực (1.11.2) Chọn K = 1.2 TB: Cao trình đặt bánh xe công tác của Turbine H: Chiều cao cột nước tính toán của Turbine : Hệ số khí thực h. Xác định cao trình thực của Turbine Cao trình đặt Turbine để không xảy ra hiện tượng khí thực trong Turbine.    STBTB H k. Xác định tốc độ quay lồng của Turbine Tốc độ quay lồng của Turbine là hiện tượng phụ tải của tổ máy bị cắt đột ngột mà bộ phận hướng dòng không kịp đóng lại tốc độ quay của Turbine tăng lên sau một khoảng thời gian sẽ đạt giá trị max (n1) 1 max' 111 . D H nn  Trong đó: n1: Tốc độ quay lồng n’11: Tốc độ quay lồng quy dẫn a0: Độ mở của cánh hướng dòng Ta chọn Turbine thoả mãn các thông số sau: Kiểu Turbine Số Turbine NTB(MW) H(m) D1(m) s Tra bảng thông số tiêu chuẩn ta chọn Turbine có các thông số sau: Bảng thông số của Turbine: Kiểu Turbine Hmax - Hmin(m) D0/D1 b0/D1 smax Q'1.ln (l/s) Q'1.max (l/s) ns III. Xác định thông số của máy phát điện 4.1. Xác định số cặp cực của máy phát Từ kết quả tính toán ở mục II ta có tốc độ quay tiêu chuẩn của Turbine là nTC Số vòng quay của MF phụ thuộc vào số vòng quay của Turbine, khi MF và Turbine nối đồng trục thì số vòng quay của Turbine cũng chính là số vòng quay - 5 - của MF. Ở VN, tần số dòng điện của MF xoay chiều 3 pha quy định là f = 50Hz. Quan hệ giữa n và f theo công thức sau: P f n .60  (v/p) Trong đó: P là số đôi cực của MF 4.2. Xác định đường kính ngoài của máy phát Da = Di +D (m) D = (0,50,9) (m) Di : Đường kính Roto của máy phát   P Di 2 * 2P : Số cặp cực của máy phát * : Chiều dài cung tròn vành bố trí cực Roto  )(*   SA Trong đó: A,  là các hệ số phụ thuộc vào chế độ làm mát của máy phát Trong quá trình làm việc máy phát có hiện tượng bị nóng lên do điện trở của vật liệu làm dây dẫn, do có hiện tượng từ trễ và dòng xoáy trong lõi thép. Do vậy MF cần phải có hệ thống làm mát để đảm bảo nhiệt độ của MF không lớn hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu cách điện. P S S MF 2  Với MF MF MF N S .cos  NMF : Công suất của máy phát cần thiết kế MF : Hiệu suất của MF. Trong tính toán sơ bộ coi MF = 1 NMF = NTB cos : Hệ số công suất của máy phát cần thiết kế Đường kính Di của Roto phải đảm bảo vận tốc dài của các bộ phận quay lớn nhất không vượt quá phạm vi cho phép khi Turbine quay lồng Di  Dgh Trong đó: .n.k 60.V D P P gh   VP : Vận tốc dài quay lồng cho phép lớn nhất với SMF > 175 MVA ta chọn KP : Hệ số quay lồng của Turbine ' 1 ' 11 P n n k  n’11 : Tốc độ quay lồng quy dẫn n’1 : Tốc độ quay quy dẫn thực tế của Turbine n : Tốc độ quay định mức của máy phát, bằng tốc độ quay của Turbine. - 6 - Với độ mở của cánh hướng dòng a0 (mm) Tra đường đặc tính của Turbine Tâm trục ta được '11n (v/p) H D .nn 1TC ' 1  4.3. Xác định chiều cao lõi thép của máy phát 2 0 .. ..30 i A a Dn SC l   Trong đó: S0 Công suất tính toán khi điều chỉnh hệ số phụ S0 = K.SMF YA S R C )(   So sánh với chiều cao tiêu chuẩn của máy phát để chọn được la 4.4. Xác định cấp điện áp của máy phát: Tùy theo công suất đặt để chọn được Uđm 4.1.5. Xác định loại máy phát Ta lập tỷ số a i l D L  L : Hệ số sử dụng của máy phát Di : Đường kính của Roto la : Chiều cao lõi thép của máy phát Tùy theo L để chọn kiểu máy phát Thông số cần chọn máy phát điện: Số Máy phát Kiểu máy phát Udm(kV) Sdm(MVA) NF(MW) 2P Da(m) la(m) cos Ta chọn máy phát có các thông số như sau: (Thiết kế Nhà Máy Điện và Trạm Biến Áp – Nguyễn Hữu Khái – Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật) Mã hiệu MF Uđm Công suất biểu kiến Iđm cos Xd” Xd’ Xd - 7 - Phần 2. Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện (Tham khảo thêm quyển thiết kế phần điện trong nhà máy điện – PGS. Nguyễn Hữu Khái) I. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Nhà máy cung cấp cho cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp. + Cấp điện áp phụ tải địa phương + Cấp điện áp phụ tải trung áp + Cấp điện áp phụ tải cao áp + Phụ tải tự dùng Từ các bảng 2, 3, 4, 5 ta thực hiện được các công việc sau: 1. Lập được bảng công suất của phụ tải địa phương, trung áp, cao áp theo mẫu sau: Thông số của nhà máy và của các cấp điện áp được cho dưới dạng bảng theo % công suất tác dụng Pmax và hệ số costb của từng phụ tải tương ứng. Từ đó ta tính được phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến S theo công thức sau: tb t PP S cos*100 *% max )(  Trong đó: S (t) : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểu t (MVA) P% : Công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng %Pmax (MW) Pmax : Công suất tác dụng cực đại của phụ tải (MW) T(h) 0  5 5 10 1018 18  24 P(%) S (MVA) 2. Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến thiên công suất của phụ tải địa phương, trung áp, cao áp theo mẫu sau: - 8 - 0 10 24 20 40 60 80 53.735 47.413 S (MVA) T (h)5 18 53.735 53.735 Lưu ý với phụ tải tự dùng: 100 .% dmTD TD PP P  Với: PTD%là công suất tự dùng tính theo % công suất đặt, Pđm là công suất đặt của các tổ máy trong nhà máy, bằng tổng công suất định mức của các máy phát trong nhà máy. 3. Xây dựng đồ thị phụ tải tổng hợp của NMĐ Lập bảng theo mẫu sau c«ng t suÊt 0 - 6 6 - 7 7 - 12 12 - 15 15 - 21 21 - 24 SNM(t) MVA Std(t) MVA S®p(t) MVA ST(t) MVA SHT(t) MVA Vẽ đồ thị tổng hợp theo mẫu sau: - 9 - 201410 110 0 245 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 S (MVA) T (h)6 7 1812 17 47.413 53.735 53.735 53.735 55.172 65.517 48.27551.724 88.372 66.279 82.848 93.895 199.354 213.147 207.264 201.302 184.06 178.172 161.967 175.186 168.289 II. Lựa chọn các phương án nối điện chính của nhà máy 1. Phân tích yêu cầu khi thiết lập sơ đồ nối điện chính của nhà máy 2. Đề xuất ít nhất 2 phương án nối điện cho nhà máy 3. Chọn và kiểm tra khả năng tải máy biến áp trong mỗi phương án Lưu ý phải kiểm tra khả năng tải cho tất cả các máy biến áp trong trường hợp nhà máy vận hành bình thường và khi có sự cố. Máy biến áp được lựa chọn phải có công suất sao cho đáp ứng được cho mọi trạng thái vận hành. 4. Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng cho mỗi phương án. 5. Lựa chọn phương án tối ưu Nếu chỉ có 2 phương án thì có thể dùng phương pháp thu hồi vốn đầu tư chênh lệch hoặc hàm chi phí tính toán. Nếu có nhiều phương án thì dùng hàm chi phí tính toán - 10 - Hai phương án có hàm chi phí tính toán chênh lệch không quá 5% thì có thể coi là tương đương về kinh tế. Lúc đó có thể phân tích kỹ hơn về yếu tố kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu. Để thực hiện so sánh kinh tế cần thực hiện như sau: + Tính toán phí tổn vận hành hàng năm + Tính vốn đầu tư ban đầu (chỉ tính cho các thiết bị chính) III. Chọn và kiểm tra các thiết bị điện 1. Tính toán dòng điện bình thường và cưỡng bức tại các vị trí chính 2. Chọn các thiết bị điện chính: máy cắt, dao cách ly, thanh cái 3. Kiểm tra các thiết bị điện: Để kiểm tra khả năng ổn định động và ổn định nhiệt, ta phải tính toán ngắn mạch, ở đây ta chỉ xét tới ngắn mạch 3 pha đối xứng Ta chọn các đại lượng cơ bản Scb, Ucb1, Ucb2, Ucb3 - Thiết lập sơ đồ thay thế của các phần tử (máy biến áp, hệ thống điện) - Tính toán giá trị điện kháng của các phần tử trong hệ đơn vị tương đối cơ bản - Tính toán giá trị dòng điện tại các vị trí quan trọng: thanh cái cao áp, thanh cái trung áp, thanh cái hạ áp trên cơ sở các phép biến đổi tương đương sơ đồ và sử dụng đồ thị tra giá trị dòng điện ngắn mạch đối với nhà máy thủy điện trong hệ đơn vị tương đối. - Lập bảng tổng kết giá trị dòng điện ngắn mạch - Kiểm tra khả năng ổn định động và ổn định nhiệt cho các thiết bị đã chọn Hoàn thiện sơ đồ thành 2 bản vẽ sau: Bản vẽ 1: Sơ đồ bố trí thiết bị chính phần thủy công của nhà máy Bản vẽ 2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phân phối của nhà máy Chú ý: có khung tên, bố trí kích thước giữa các bản vẽ và cỡ chữ phù hợp.