Đề tài Tính toán phụ tải và cân bằng công suất chọn phương án nối dây

mục lục lời mở đầu chương 1: Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1.Chọn máy phát điện 2.Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 3.Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện chương 2: Tính toán chọn máy biến áp 1.Chọn MBA cho phương án I 2.Chọn MBA cho phương án II chương 3: Tính toán kinh tế và xác định phương án tối ưu Tính cho phương án I Tính cho phương án II chương 4:Tính toán ngắn mạch và chọn các thiết bị 1.Tính toán ngắn mạch 2.Chọn thiết bị phân phối chương 5: Chọn khí cụ điện Chọn thanh góp, thanh dẫn Chọn máy cắt, dao cách ly Chọn cáp và kháng điện cho mạch 10.5 KV Chọn máy biến áp đo lường Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng lời mở đầu Điện năng được sản xuất từ các nhà máy và được truyền tải đến các hộ tiêu dùng nhờ các trạm biến áp. Nhà máy điện và các trạm biến áp là khâu không thể thiếu trong hệ thống điện . Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng quốc gia, ở nước ta hệ thống điện cũng phát triển với nhiều nhà máy và trạm biến áp với công suất lớn. Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy điện sẽ mang lại những lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế nói chung và hệ thống điện nói riêng. Muốn giải quyết tốt các vấn đề đã nêu cần có những hiểu biết toàn diện, sâu sắc về nhà máy điện. Sau quá trình học tập nghiên cứu ở trường, tôi được thầy cô giáo giao nhiệm vụ thiết kế phần Điện của nhà máy điện. Do thời gian ít , trình độ còn nhiều hạn chế mặc dù đã cố gắng với tất cả khả năng của mình nhưng chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót trong khi thiết kế. Vì vậy tôi rất mong được sự giúp đỡ và góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án của tôi được hoàn chỉnh. Tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo Bộ môn Hệ thống điện đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản đồ án này. Chương 2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất chọn phương án nối dây Để đảm bảo chất lượng điện năng , tại mỗi thời điểm công suất do các nhà điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với công suất tiêu thụ " kể cả công suất tổn thất . Như vậy việc tính toán phụ tải và cân bằng công suất trong hệ thống điện là một điều vô cùng quan trọng . Trong thực tế , mức tiêu thụ điện năng tại các phụ tải luôn thay đổi theo thời gian, do đó việc nắm được qui luật này , tức là tìm được dạng đồ thị phụ tải là một điều vô cùng quan trọng đối với người thiết kế và vận hành bởi vì nhờ có đồ thị phụ tải mà có thể lựa chọn được phương án, sơ đồ nối điện phù hợp . Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật nâng cao độ tin cậy cung cấp điện . ngoài ra đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng dung lượng máy biến áp , phân bố được tối ưu công suất giữa các nhà máy điện hoặc giữa các tổ máy trong một nhà máy điện. I. Chọn máy phát điện Thiết bị điện chiếm vị trí quan trọng nhất trong nhà máy điện là máy phát điện , nó trực tiếp biến đổi cơ năng thành điện năng.Ngoài điều chỉnh công suất của mình , máy phát điện còn giữ vai trò quan trọng trong công việc đảm bảo chất điện năng. Dựa vào nhiệm vụ thiết kế và số liệu ban đầu của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi gồm 4 tổ máy mỗi tổ máy có công suất P = 100 MW, điện áp định mức 10,5kV. Theo tài liệu tham khảo chọn máy phát điện có ký hiệu : TBF-100-2 (Sách thiết kế mạng và hệ thống điện – Bộ môn Hệ Thống Điện) có các thông số sau: Bảng 1.1 S MVA P MW U kV Cosj I kA X"D X'D XD 62,5 50 10,5 0,8 3,437 0,1336 0,1786 1,4036 II. Tính phụ tải và cân bằng công suất Để chọn dung lượng và tính toán tổn thất trong máy biến áp cần thiết lập đồ thị phụ tải ngày của nhà máy. Máy biến áp được chọn theo công suất biểu kiến , mặt khác hệ số cosj các cấp khác nhau nên cân bằng công suất được tính theo công suất biểu kiến . Sau đây tiến hành tính công suất các cấp của nhà máy. Công thức chung để tính tính toán công suất như sau: S = Pmax ( 1 - 1) Trong đó : S - Công suất biểu kiến của phụ tải ở từng cấp Pmax - công suất cực đại P% - Công suất tính theo phần trăm công suất cực đại. cosj - hệ số công suất phụ tải. 1. Đồ thi phụ tải toàn nhà máy: Bỏ qua tổn thất của các máy biến áp điện lực và các biến áp tự dùng , phụ tải nhà máy theo thời gian xác định là : S(t) = Sđặt với Sđặt = 312,5 MVA Kết quả tính theo công thức được ghi bảng sau : Bảng 1.2 t(h) 0 á7 7á15 15á21 21á24 S% 80 90 100 75 S(MVA) 250 281,25 312,5 234,375 352,5 423 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 SNM(MVA) t(h) 399,5 475 450 425 400 375 350 325 300 470 329 Biểu đồ công suất phát toàn nhà máy điện 2. Đồ thị phụ tải điện áp máy phát (10.5kV) : Đồ thị phụ tải máy phát xác định như trên với : Pmax = 8 MW, cosj = 0,87 Kết quả tính được ghi trong bảng sau : Bảng 1.3 t(h) 0 á8 8á15 15á21 21á24 P% 65 80 100 70 S(MVA) 5,977 7,356 9,195 6,44 8.7 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 SUF(MVA) t(h) 11.6 16 14 12 10 8 6 4 2 12.325 9.425 14.5 Biểu đồ phụ tải điện áp máy phát 3 .Đồ thị phụ tải tự dùng: Đồ thị phụ tải tự dùng xác định theo công thức sau : Std = a.Snm.(0,4 + 0,6. ) ( 1- 2 ) Trong đó Std : Công suất tự dùng . Snm : Công suất đặt toàn nhà máy S(t) : Công suất phát toàn nhà máy tại thởi điểm t a : Phần trăm điện tự dùng. NM được thiết kế là nhà máy nhiết điện với hệ số tự dùng là 8% Kết quả tính được ghi trong bảng sau : Bảng 1.4 T(h) 0-7 7-15 15-21 21-24 Snm(t) MVA 250 281,25 312,5 234,375 Stdt MVA 22 23,5 25 21,25 34.22 31.96 35.34 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 STD(MVA) t(h) 40 35 30 25 20 15 10 5 37.60 30.83 4. Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110kV : Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110 kV xác định theo công thức (1-1) : Pmax = 120 MW, cosj = 0,86 Suy ra Smax = Pmax/ cosj =139,53 MVA Kết quả tính được ghi trong bảng sau : Bảng 1.5 T(h) 0-7 7-15 15-21 21-24 S110% 75 85 100 80 S110(t) MVA 104,65 118,60 139,53 111,63 5 .Công suất phát về hệ thống . Công suất phát về hệ thống được tính theo công thức sau .Tính gần đúng trên cơ sở tương đương về hệ số công suất: Sht  = Snm - ( Std + S110kV + SuF ) Trong đó Sht :Công suất phát về hệ thống Snm :Công suất đặt toàn nhà máy S110kV : Công suất phụ tải cao áp 110kV Std : công suất tự dùng SUF : Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát. Tổng hợp các kết quả tính toán trên được ghi ở bảng 1.6 Bảng 1.6 T(h) 0-7 7-8 8-15 15-21 21-24 Snm(t) MVA 250 281,25 281,25 312,5 234,375 Std(t) MVA 22 23,5 23,5 25 21,25 S10(t) MVA 5,977 5,977 7,356 9,195 6,44 S110(t) MVA 104,65 118,60 118,60 139,53 111,63 S220(t) MVA 117,373 133,173 131,794 138,775 95,055 Nhận xét: Theo kết quả tính toán được trong bảng (1-6) và qua các đồ thị phụ tải, ta nhận thấy: Chọn công suất mỗi tổ máy phát điện là hợp lý. Nhà máy có đủ công suất cung cấp cho các phụ tải ở các cấp điện áp. Công suất phát về hệ thống nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống (540 MVA), do đó sự ảnh hưởng của nhà máy điện đối với hệ thống là không đáng kể. Chương 2 Lựa chọn sơ đồ nói điện chính chọn máy biến áp III .Chọn sơ đồ nối điện chính Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế và kết quả tính toán được ở phần trước, ta tiến hành vạch một số phương án nối điện của nhà máy. Việc đưa ra các phương án nối điện phải đảm bảo sao cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng là bé nhất đồng thời thuận tiện cho công tác vận hành cũng như sửa chữa sau này có tính tới nhu cầu phát triển trong tương lai. Trước tiên ta có một số nhận xét sau dây: Nhà máy được thiết kế có hai cấp điện áp 10.5 kV, 110 kV và nối với hệ thống ở cấp điện áp 220kV do đó để liên lạc giữa các cấp điện áp ta sử dụng máy biến áp ba pha tự ngẫu có 3 cấp điện áp:10.5, 110 và 220kV. Theo tính toán thì công suất phụ tải cấp điện áp máy phát SuFMAX = 9,195 MVA < 15% SFĐM = 9,375MVA nhưng phụ tải ở cấp điện áp máy phát có số lộ nhiều (3 kép+ 1 đơn) nên trong sơ đồ nối điện ta sử dụng nối bộ máy phát- máy biến áp kết hợp với sơ đồ có hệ thống thanh góp điện áp máy phát. Công suất phát vào( hệ thống) phía cao áp: SCmax = 138,775 MVA . SC min = 95,055 MVA Dự trữ quay của hệ thống SDT Q = 95 MVA Phương án một: ở phương án này dùng 2 bộ MF-MBA ba pha hai cuộn dây nối với thanh góp điện áp trung và 2 MF nối với thanh góp điện áp máy phát liên hệ với thanh góp điện áp cao và trung qua 2 MBA 3 pha tự ngẫu Phương án hai : ở phương án này dùng bộ MF-MBA 2 cuộn dây nối với thanh cái điện áp cao, 1 bộ MF-MBA 2 cuộn dây phát lên thanh cái điện áp trung và sử dụng 2 MF nối với thanh góp điện áp máy phát liên hệ với thanh góp điện áp cao và trung qua 2 MBA 3 pha tự ngẫu Nhận xét chung : Ta thấy hai phương án đều dễ vận hành và đảm bảo khi mùa khô cho một tổ máy ngừng làm việc dễ dàng. Phương án một . phải dùng - Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 2 Máy - Máy biến áp ba tự ngẫu : 2 Máy * Phương án hai phải dùng - Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp cao : 1 Máy - Máy biến áp ba pha hai cuộn dây điện áp trung : 1 Máy - Máy biến áp ba tự ngẫu : 2 Máy Chương:II tính toán chọn máy biến áp I. Chọn máy biến áp cho phương án 1 1. Chọn máy biến áp AT1, AT2 Chọn máy biến áp ba pha tự ngẫu theo điều kiện sau: SAT1 = SAT2 = Sthừa*1/2a=1/2a*(SSđmF -Stdmax -SUFmin) =1/2*0,5*(2*117,5-18,8- 8,7)=207,5 MVA Chọn MBA (220kV) có các thông số như sau:ATДЦTH-250 -230 /121/11 Kiểm tra lại theo các điều kiện:Khi STmax mà sự cố 1 MBA a. Sự cố 1 bộ MF-MBA bên trung 2*kqt*a*Sđm≥ STmax -(SSbộT -ST4) 350 ≥ 275-(2*117,5-117,5) 350≥ 157,5 Điều kiện này thoả mãn b. Sự cố 1 MBA liên lạc kqt*a*Sđm≥ STmax -SSbộT 0,7*250≥275-235=140 Điều kiện này thoả mãn, như vậy MBA chọn thoả mãn Bảng 2.3 Loại máy SĐMAT MVA Uc kV UT kV Uh kV DP0 kW DPN kW UN% Io% Giá 40.106 C-T C-H T-H ATДЦTH 250 230 121 11 145 520 11 32 20 0.5 250 2. Chọn máy biến áp T3,T4 : Chọn máy biến áp ba pha hai cuộn dây theo điều kiện hợp bộ sau: SĐMT = SđmF - STDmin – 1/2SUfmin nhưng trong sơ đồ trên phụ tải cấp điện áp máy phát dự kiến sẽ đấu vào thanh góp điện áp máy phát nên trong công thức trên bỏ qua thành phần SUfmin SĐMT = 117,5 –7,7075= 109,7925MVA @109,8MVA Chọn MBA (110kV) có các thông số như sau: TДЦ-125 -121/10,5 Bảng 2.1 Loại máy SĐMT MVA Uc kV Uh kV DP0 kW DPN kW UN% Io% Giá 40.106 TДЦ 125 121 10,5 120 400 10,5 0,5 162 II. Phân bố công suất. Tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp 1. Phân bố công suất trong máy biến áp. a. Phân bố công suất trong máy biến áp T3, T4 : Đối với hai bộ MF-MBA T3, T4 ưu tiên phát công suất bằng phẳng: ST3 = ST4 = SDMF – STD = 117,5 – 9,4 = 108,1 MVA Phần còn lại thay đổi giao cho 02 máy biến áp điều chỉnh dưới tải đảm nhiệm. b. Phân bố công suất trong máy biến áp AT1, AT2 : SAT1= SAT2 = 0,5*(SHT + SU110 – ST3 – ST4) MVA Tại các thời điểm trong ngày ta có bảng phân bố công suất như sau: Bảng 2.2 2.Tính toán tổn thất trong MBA Ta xác định theo công thức : Trong đó: + DPKT là tổn thất không tải. + n là số MBA làm việc song song. + DPN là tổn thất ngắn mạch. + SMAX là công suất tải qua máy biến áp trong thời gian ti (Sti = 24giờ) + T= ti x365ngày. + SđmT là công suất định mức máy biến áp. a. Tổn thất điện năng trong MBA ba pha 2 dây quấn T3 và T4 . Với máy biến áp T3 T4: SMAX = SĐMF – STD = 117,5 - 9,4 = 108,1 MVA là công suất tải qua máy biến áp bằng phẳng suốt cả năm tính cho T= 8760 = 3.671.758kWh b. Tổn thất điện năng trong MBA ba pha tự ngẫu AT1, AT2 . thay số và tính toán ta được DATi= 4 578 447,54 kWh Vậy tổng tổn thất điện năng ở phương án một là: DA = 2*3.671.758 + 4.578.447 = 11.921.963 kWh. B. Chọn máy biến áp cho phương án hai I.Chọn máy biến áp: 1. Máy Biến áp T1: SđmT1 =SđmF- Stdmin = 117,5 -7,7075 = 103,8 MVA Chọn MBA có các thông số như sau: Bảng 2.3 Loại máy SđmT kVA Uc kV Uh kV DP0 kW DPN kW UN% Io% Giá 40.106 TTДЦ 125 242 10,5 135 380 11 0,5 181 2. Chọn máy biến áp T4 : SĐMT4 = SĐM - STDmin = 117,5 – 7,7075= 103,8MVA Chọn MBA có các thông số như sau: Bảng 2.4 Loại máy SĐMT kVA Uc kV Uh kV DP0 kW DPN kW UN% I0% Giá 40.106 TДЦ 125 121 10,5 120 400 10,5 0,5 162 3. Chọn máy biến áp T2, T3 : Chọn máy biến áp ba pha hai cuộn dây theo điều kiện hợp bộ sau: SĐMT2,T3 = (SĐMF - STDmin – SUfmin)* = 207,5 MVA Chọn MBA có các thông số như sau: Bảng 2.5 Loại máy SĐMB kVA Uc kV Uh kV DP0 kW DPN kW UN% IN% Giá 40.106 TДЦ 200 242 13,8 200 580 11 0,45 181 Kiểm tra khi : a. Sự cố 1 bộ máy phát – máy biến áp bên trung: 2*Kq*a*Sđm ³ STmax - (SSbộT - ST4 ) vì (SSbộT – ST4 ) = 0 nên 2*Kq*a*Sđm ³ STmax Sđm ³ STmax/(2Kqt. a) = STmax/(Kqt) = 196,5 Điều kiện này thoả mãn. b Sự cố 1 máy biến áp liên lạc: Kq*a*Sđm ³ STmax - SSbộT = 275 - 175,5 = 157,5 Û 1,4 * 0,5 * 250 = 175 ³ 157,5 Điều kiện này thoả mãn. III. Phân bố công suất,Tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp 1.Phân bố công suất trong máy biến áp. a. Phân bố công suất trong máy biến áp B1: Đối với hai bộ MF-MBA T1, T4 ưu tiên phát công suất bằng phẳng: ST1 = ST4 = SDMF – STD = 117,5 – 9,4 = 108,1 MVA Phần còn lại thay đổi giao cho 02 máy biến áp điều chỉnh dưới tải đảm nhiệm. b. Phân bố công suất trong máy biến áp T2,T3 : SAT2 = SAT3 = 0,5x(SHT + SU110 – ST1 – ST4 ) MVA Tại các thời điểm trong ngày ta có bảng phân bố công suất như sau: Bảng 2.5 t(h) 0 á4 4á6 6á8 8á10 10á12 12á14 14á18 18á20 20á24 ST1, S4 117,5 117,5 117,5 117,5 117,5 117,5 117,5 117,5 117,5 SU110 220 261,25 261,25 261,25 247,5 247,5 275,0 198,5 192,5 SHT 91,84 50,59 47,69 92,43 103,28 170,4 100,34 185,74 96,25 SAT2,AT3 38,42 38,42 36,97 59,34 57,89 91,45 70,17 71,62 26,875 SCT 51,25 72 72 72 65 65 78,75 37,5 37,5 SCC 12,83 33,58 35,03 12,66 7,11 26,45 8,58 34,12 1,625 2.Tính toán tổn thất trong MBA Ta xác định theo công thức : Trong đó: + DPKT là tổn thất không tải. + n là số MBA làm việc song song. + DPN là tổn thất ngắn mạch. + SMAX là công suất tải qua máy biến áp trong thời gian ti (Sti = 24giờ) + T= ti x365ngày. + SđmB là công suất định mức máy biến áp. Tổn thất điện năng trong MBA T1. = 3.475.537 kWh Tổn thất điện năng trong MBA T4. DAT4 = 3.671758 kWh c. Tổn thất điện năng trong MBA ba pha 2 dây quấn T2 và T3 . = 5 016 189kWh Vậy tổng tổn thất điện năng ở phương án hai là: DA = 5.016.189 + 3.671.758 + 3.475.537 = 12.153.484 KWh Chương III Chọn thiết bị phân phối, TíNH TOáN KINH Tế, XáC ĐịNH PHƯƠNG áN TốI ƯU A. Chọn thiết bị phân phối Ta sử dụng sơ đồ HTTC có thanh góp vòng cho cả hai phía cao và trung Phương án I: Phương án II: * Nhận xét chung: Mạch cấp cho phụ tải và cho hệ thống của các phương án là như nhau nên ta không so sánh. Thấy rằng ở phương án I : + Mạch 220 KV có 3 máy cắt điện + Mạch 110 KV có 5 máy cắt điện + Mạch 10,5KV có 5 máy cắt điện. Thấy rằng ở phương án II: + Mạch 220 KV có 4 máy cắt điện + Mạch 110 KV có 4 máy cắt điện + Mạch 10,5KV có 5 máy cắt điện. Để phục vụ cho việc tính toán chọn các khí cụ điện , ta tiến hành tính dòng cưỡng bức các mạch B. Tính dòng cưỡng bức các mạch 1.Tính dòng điện cưỡng bức mạch cho phương án I. Các khí cụ điện và dây dẫn có hai trạng thái làm việc bình thường và cưỡng bức.ứng với hai trạng thái làm việc trên có dòng Ibt và Icb . Tình trạng làm việc bình thường là tình trạng mà không có phần tử nào của khu vực đang xét bị cắt , Ibt là dòng lớn nhất trong tình trạng này. Dòng làm việc bình thường dùng để chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện kinh tế. Tình trạng làm việc cưỡng bức là tình trạng làm việc nếu 1 phần tử của khu vực xét bị cắt, dòng cưỡng bức cực đại thường để chọn khí cụ điện và đây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài. Cấp 220kV - Phía đường dây Theo nhiệm vụ thiết kế thì phụ tải của hệ thống được cung cấp bằng đường dây kép dài 82 km.Vậy dòng bình thường và dòng cưỡng bức của đường dây là: = 0,244 kA Icb= 2x 0,13 = 0,488 kA Phía máy biến áp: = 0,24 kA Icb= 1,4* Ibt = 0,34 kA Cấp 110kV: - Phía đường dây: = 0,24 kA Icb= 2 x 0,24 = 0,48 kA - Phía máy biến áp: = 0,62kA Icb = 1,05* Ibt = 1,05*0,62 = 0,65 kA Cấp 10,5kV: - Phía máy phát: = 6,5 kA Icb = 1,05* Ibt = 6,8 kA - Phía máy biến áp: = 5,1kA Icb =1,4* Ibt = 1,44*5,1 = 7,14 kA 2.Tính dòng điện cưỡng bức mạch cho phương án II . a. Cấp 220kV - Phía đường dây = 0,244 kA Icb= 2x 0,13 = 0,488 kA - Phía máy biến áp: + Máy biến áp 2 dây quấn: = 0,31 kA Icb= 1,05* Ibt = 0,32 kA + Máy biến áp từ ngẫu: = 0,09 kA Icb= 1,4* Ibt = 0,13 kA Cấp 110kV: - Phía đường dây: = 0,24 kA Icb= 2 x 0,24 = 0,48 kA - Phía máy biến áp: + Máy biến áp 2 dây quấn: = 0,31 kA Icb= 1,05* Ibt = 0,32 kA + Máy biến áp từ ngẫu: = 0,413 kA Icb= 1,4* Ibt = 0,58 kA Cấp 10,5kV: - Phía máy phát: = 6,5 kA Icb = 1,05* Ibt = 6,8 kA - Phía máy biến áp: = 5,1kA Icb =1,4* Ibt = 1,44*5,1 = 7,14 kA 3. Chọn máy cắt cho các mạch. Máy cắt điện dùng để đóng, cắt mạch khi có dòng phụ tải và cả khi có dòng ngắn mạch. Chính vì vậy các máy cắt điện được chọn theo điều kiện sau: + Điện áp định mức: UĐMMC ³ Ulưới + Dòng điện định mức: IĐMMC ³ ILVCB Ngoài ra các máy cắt điện được chọn cần phải kiểm tra ổn định nhiệt và ổn định động khi ngắn mạch. + Điều kiện kiểm tra ổn định động: ILĐĐ ³ IXK + Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt: INH . tNH ³ BNH Tuy nhiên đối với máy cắt điện nói chung thì khả năng ổn định nhiệt của chúng khá lớn đặc biệt đối với những loại có dòng điện định mức lớn hơn 100KA. Khi chúng ta đã ổn định động thì cũng thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt. Vì vậy lúc này không cần xét đến điều kiện ổn định nhiệt của máy cắt điện nữa. Từ các kết quả tính toán ở trên chọn được các loại máy cắt điện của các mạch có các thông số kỹ thuật như sau: thông số máy cắt cho các phương án Điện áp kV Icb kA Loại MC Thông số cơ bản Uđm kV Iđm kA Icắt đmkA Phương án 1 220 1,03 BBБ-220-31.5/2000 220 2 31.5 110 0,65 BBY-110-40/2000 110 2 40 10,5 7,14 BGM-20-90/11200Y3 20 11,2 90 Phương án 2 220 0,488 BBБ-220-31.5/2000 220 2 31.5 110 0,58 BBY-110-40/2000 110 2 40 10,5 7,14 BGM-20-90/11200Y3 20 11,2 90 C. Tính toán kinh tế chọn phương án tối ưu Để tính toán chỉ tiêu kinh tế của một phương án cần tính vốn đầu tư ban đầu và phí tổn vận hàng hàng năm do sửa chữa thay thế chỉ cần xét đến những phần tử thiết bị khác nhau trong các phương án như máy biến áp, máy cắt điện ...Như vậy vốn đầu tư các phương án chỉ tính đến tiền mua thiết bị, tiền chuyên chở và tiền xây lắp. Còn đối với các thiết bị phân phối thì tiền chi phí thiết bị dựa vào số mạch của thiết bị phân phối ứng với các cấp điện áp tương ứng và chủ yếu là do chủng loại máy cắt quyết định đ Vốn đầu tư của một phương án được tính theo biểu thức: V = ồKB .VB + ồVTBPP Trong đó: - VB: Vốn đầu tư máy biến áp - KB: Hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp máy biến áp, hệ số này phụ thuộc vào điện áp định mức của cuộn cao áp và công suất định mức của máy biến áp. - VTBPP: Vốn đầu tư xây dựng thiết bị phân phối và được tính như sau: VTBPP = n1 . VTBPP1 + n2 . VTBPP2 + n3 .VTBPP3 + ... + ... Với: n1, n2 ... số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2 ... trong sơ đồ nối điện đã chọn. VTBPP1, VTBPP2: giá thành mỗi mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2... và bao gồm cả tiền mua, chuyên chở, xây lắp ... - Phí tổn vận hành hàng năm: P = PK + PP + Pt Trong đó: PK : tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn được xác định như sau: PK =a.V Với: V - Vốn đầu tư của một phương án a - Số phần trăm định mức khấu hao PP: Chi phí phục vụ thiết bị gồm sửa chữa thường xuyên và tiền lương công nhân chi phí này phụ thuộc vào nhiều yếu tố và nhỏ,do đó khi đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án này có thể bỏ qua chi phí này. Pt: Chi phí tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị điện Pt = c. DA Trong đó:C là giá thành 1 KWh điện năng DA: Tổn thất điện năng hàng năm trong các thiết bị chủ yếu trong máy biến áp.Sau đây tính toán chỉ tiêu kinh tế cho từng phương án: I. Tính toán cho phương án I 1. Tính vốn đầu tư của thiết bị V a. Vốn đầu tư các máy biến áp - Bốn máy biến áp ba pha hai cuộn dây: TДЦ - 125 - 242/13,8 Giá: 162 * 103 * 40 * 103 VND với KB = 1,4 Vậy tổng số vốn đầu tư vào máy biến áp là: VB = (2 * 250 + 2 * 162 ) * 40*106*1,4 = 46.144*106 VNĐ b. Tính vốn đầu tư thiết bị phân phối Từ sơ đồ nối điện của hai phương án thấy rằng thiết bị phân phối hai phương án giống nhau tức là: Đối với thiết bị phân phối cao áp 220KV dùng hệ thống hai thanh góp có máy cắt nối. Do đó đối với hai phương án I và II chúng chỉ khác nhau ở thiết bị máy cắt vì vậy khi tính toán vốn đầu tư thiết bị phân phối chỉ tính toán giá thành đối với máy cắt điện ở các cấp điện áp: - Mạch cấp 220KV gồm có 5 mạch với máy cắt điện không khí kiểu BBb - 220 - 31.5/2000 Mỗi mạch giá: 71,5 . 103 . 40 . 103 VNĐ - Mạch cấp 13,8 KV gồm có 2 mạch với máy cắt điện không khí kiểu MGG - 20 – 6000/3000 Mỗi mạch giá: 15 .103 . 40 . 103 VND Vậy tổng vốn đầu tư để xây dựng thiết bị phân phối: VTBPP = [(3 * 71,5 + 5 * 40 +5* 15)] *40*106 VND VTBPP = 19.580 * 106 VND Tổng vốn đầu tư của phương án I. V = VB + VTBPP = (46.144 + 19.580) . 106 V = 65.724 * 106 VND 2. Tính phí tổn vận hành hàng năm - Khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn: Chọn aB = 8,1%; arB = 6,4% PK = (0,081 * 46.144 + 0,064 * 19.580)*106 = 3.852,73 *106 VND/năm - Chi phí do tổn thất điện năng PT = C. DA Lấy C = 400 VND/KWh PT = 400 * 11921963 = 4763,7. 106 VND Phí tổn vận hành hàng năm của phương án I là: P = pT + PK = (3 852,9 + 4763,7 ) * 106 = 8616,6 *106 VND/năm II. Tính toán cho phương án II: 1. Tính vốn đầu tư của thiết bị V a. Vốn đầu tư cho các máy biến áp - Hai máy biến áp ba pha hai cuộn dây: TДЦ - 200 - 242/13,8 Giá: 181 x 103 x 40 x 103 VND với KB = 1,4 - Một máy biến áp ba pha hai cuộn dây: TДЦ - 125 - 242/13,8 Giá: 181 x 103 x 40 x 103 VND với KB = 1,4 Vậy tổng số vốn đầu tư vào máy biến áp là: VB = (1*181 + 2 * 250 + 1 * 162 ) * 40*106*1,4 = 47.208*106 VNĐ b. Tính vốn đầu tư thiết bị phân phối Tương tự như phương án I chỉ cần tính vốn đầu tư của máy cắt điện: - Mạch cấp 220KV gồm có 4 mạch với máy cắt điện không khí kiểu BBb - 220 - 31.5/2000 Mỗi mạch giá: 71,5 . 103 . 40 . 103 VNĐ - Mạch cấp 10KV gồm có 2 mạch với máy cắt điện không khí kiểu BGM - 20 – 90/11200Y3 Mỗi mạch giá: 11,5 .103 . 40 . 103 VND Vậy tổng vốn đầu tư để xây dựng thiết bị phân phối: VTBPP = [(4 * 71,5 + 4 * 40 +5* 15)] *40*106 VND VTBPP = 20.840 * 106 VND 2. Tính phí tổn vận hành hàng năm Khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn: Chọn aB = 8,1%; arB = 6,4% PK = (0,081 * 47208.106 + 0,064 * 20840) .106 = 5157 x 106 VNĐ - Chi phí do tổn thất điện năng PT = b . A (Lấy b = 400 VND/KWh) DA = 12153484 KWh/năm (tính toán ở chương 2) PT = 400 x 12153484 = 4861,4. 106 VND/năm Phí tổn vận hành năm của phương án II là: P = PT + PK = 10 018. 106 VND/năm Có bảng tổng kết so sánh về mặt kinh tế của hai phương án như sau: P.A V (106 VND ) P (106 VND ) I 65724 8616,6 II 68048 10018 Nhận xét: Để chọn được phương án hợp lý nhất trong những phương án trên cần phải so sánh tổng hợp cả về mặt kinh tế và kỹ thuật giữa các phương án. Về mặt kinh tế từ bảng tổng kết dễ dàng nhận thấy: V1 < V2 và P1 < P2 Cho thấy sự ưu việt của phương án I truớc phương án II. Ngay cả về mặt kỹ thuật cũng thây sự linh hoạt của phương án I trước phương án II, ngoài ra phương án I còn dễ dàng trong vận hành Phương án I là phương án tối ưu và ta chọn phương án này để tính toán ngắn mạch và lựa chọn các khí cụ điện. Chương IV Tính toán ngắn mạch Để tính toán dòng điện ngắn mạch ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm địên áp định mức trung bình. Sơ đồ thay thế của nhà máy Chọn hệ cơ bản: SCB=1000 MVA UCB= UTB Giá trị điện kháng trong mạch: Hệ thống: XHT= xHT.SCB/SĐM=0,78.1000/3600=0,22 Đường dây: MBA hai dây quấn : MFĐ: Máy biến áp từ ngẫu : Vậy XT = 0 1.Biến đổi sơ đồ khi ngắn tại N1 . Biến đổi sơ đồ ta có: X1= 0,62 + 0,22 = 0,84 X2= 0,5*0,7 = 0,35 X3= 0,5 * 1,86 = 0,93 X4= X5= X6= X7= X2 + X6 = 1,06 áp dụng phương pháp đường cong tính toán ta có: Xtt(HT)=0,84.=3,03 Xtt(7)=0,5 Tra đường cong tíng toán ta được: I*HT(0) = 0,525 I*7(0) = 2 Dòng ngắn mạch tại N1 là: I”7(0) = I”(0) = I”N1=2,36 + 3 = 5,36 KA ixk= kxk..I” = 1,8. .5,36 = 13,65 KA 2.Dòng ngắn mạch tại N2 . Từ kết quả ở trên ta có sơ đồ với các giá trị điện kháng . Biến đổi sơ đồ ta có: X1 = 0,84 + 0,35 =1,19 X2 = (1,86 + 1,56)*0,5 =1,71 X3 = (0,84 + 1,56)*0,5 =1,2 X4= =0,71 XTT(HT)== 4,29 > 3 I”(0) = Với X4 = 0,71 suy ra X4(TT)== 0,33 Tra đường cong ta được: I*4(0) = 3,5 I”4(0) = I”N2 = 7,86 + 4 =11,86 kA ixkN2= kxk..I” = 1,8. .12,97= 29,9 KA 3.Dòng ngắn mạch tại N3 Biến đổi sơ đồ ta có: X1 = Xd + XHT = 0,84 X2 = 0,5.XC = 1,19 X3 = 0,5.XH = 0,93 X4= 0,5.XF = 0,78 X5= 0,5.(XT3 + XF) = 1,2 X6= X1 + X2 =2,03 X7= X3 + X6 + = 4,53 X8= X3 + X5 + = 2,7 X9= = 0,61 XTT(HT)== 16,308 > 3 I”(0) = Với X9 = 0,61 suy ra X9(TT)== 0,3 Tra đường cong ta được: I*9(0) = 3,2 I”9(0) = I”N3 = 46,34 + 11,58 = 57,9 kA ixkN3= kxk..I” = 1,9. .57,9= 146 KA Bảng tổng kết dòng ngắn mạch ở các cấp điện áp Cấp điện áp (kV) Điểm Ngắn mạch I”(0) (kA) IXK (kA) 220 N1 5,36 13,65 110 N2 11,86 29,9 10,5 N3 57,9 146 Chương V Chọn khí cụ điện Nói chung khi lựa chọn dây dẫn và khí cụ điện cần phải xét đến tác dụng của dòng điện đối với khí cụ điện và dây dẫn nhiệt độ của nó sẽ tăng lên do tổn thất công suất biến thành nhiệt. Một phần nhiệt lượng làm tăng nhiệt độ của dây dẫn và khí cụ điện, một phần tỏa ra môi trường ... Có hai tình trạng phát nóng : phát nóng lâu dài và phát nóng ngắn hạn tương ứng do làm việc lâu dài và dòng ngắn mạch hay dòng quá tải gây ra. Khi phát nóng ngắn hạn, nhiệt độ của dây dẫn có thể cao nhưng chưa đạt đến ổn định. Nếu nhiệt độ của các khí cụ điện và dây dẫn quá cao có thể làm cho chúng bị hư hỏng (nhất là ở những chỗ tiếp xúc) hoặc làm giảm thời gian phục vụ. Do đó đối với khí cụ điện và dây dẫn phải quy định nhiệt độ cho phép và trong vận hành bình thường cũng như khi ngắn mạch nhiệt độ của chúng không được quá thị số cho phép. Những thiệt bị chính trong nhà máy điện (máy phát, máy biế áp, máy bù ... ) cùng với các khí cụ điện (máy cắt, dao cách ly, kháng điện) được nối nhau bằng thanh dẫn, thanh góp và cáp điện lực. Thanh dẫn, thanh góp có hai loại chính: thanh dẫn mềm và thanh dẫn cứng. Thanh dẫn cứng thường làm bằng đồng hoặc nhôm và được dùng để nối từ đầu cự máy phát điện đến gian máy dùng làm thanh góp điện áp máy phát. Còn thanh dẫn mềm dùng để làm thanh dẫn thanh góp cho thiết bị ngoài trời. I. Chọn thanh dẫn thanh góp Thanh dẫn thanh góp để nối từ các máy phát lên các máy biến áp ta dùng thanh dẫn cứng. Tất cả các dây dẫn từ máy biến áp lên thanh góp cao áp và trung áp chọn là thanh dẫn mềm. Thanh góp cao áp và trung áp được chọn là thanh góp mềm. 1. Chọn thanh dẫn cứng Thanh dẫn cứng được chọn theo các tiêu chuẩn sau: Chọn tiết diệt thanh dẫn: chọn tiết diện thanh dẫn theo dòng cho phép lâu dài. Dòng cho phép lâu dài của thanh dẫn ICP phải lớn hơn hoặc bằng dòng cưỡng bức qua nó (ICB) tức là: ICPCH ³ ICB Trong đó: ICPHC là giá trị dòng cho phép lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Như đã xác định ở chương 3 có ICB mạch máy phát là: 7,14 KA Với giả thiết qCP = 700C nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn q0qd = nhiệt độ môi trường xung quanh quy định khi tính ICP và q0QĐ=250C qxq = nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế nơi đặt thanh dẫn và qxq = 350C. Ta hiệu chỉnh lại dòng cho phép lâu dài theo nhiệt độ thực tế như sau: I CP =7,14/0.88 = 8,12 Ta chọn thanh hai dẫn hình máng ( đồng) để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát cho chúng. Chọn thanh dẫn hình máng có thông số kỹ thuật sau: ICP Kích thước (mm2) T/diện 1 cực Mô men trở kháng (cm3) Mô men quán tính (cm3) KA Một thanh 2Thanh một thanh 2Thanh h b c r mm2 Wx-x Wy-y Wyo-yo Jx-x Jy-y Jyo-yo 12,5 225 105 12,5 16 4880 307 66,5 645 3450 490 7250 h=225mm x b=105mm C=12,5mm y yo r=16mm y yo h=225mm x y y - Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: Với thanh dẫn hình máng đã chọn có ICP =12,5KA > 7,14KA . Do dòng điện qua mạch lớn hơn 1000A nên ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt của thanh dẫn. - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: Theo tiêu chuẩn độ bền cơ thì ứng suất của vật liệu thanh dẫn không được lớn hơn ứng suất cho phép của nó nghĩa là: dtt Ê dcp ứng suất cho phép đối với thanh đồng là d cp = 1400kg/cm2 Lấy khoảng cách giữa hai sứ liền nhau của một pha: l = 120cm Khoảng cách giữa các pha là: a = 60cm Xác định lực tính toán Ftt tác dụng lên một nhịp của thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là: Với Im= là dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N3’ Mô men uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là: ứng suất xuất hiện trên mỗi thanh dẫn với giả thiết là hai thanh được hàn vào nhau: Trong đó: dCP ứng suất cho phép đối với thanh đồng (dCP = 1400KG/cm) Do đó thanh dẫn đã chọn đảm bảo ổn định động. - Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm: Ta có lực điện động do đồng ngắn mạch trong cùng một pha gây ra trên một đơn vị độ dài (1cm) là: với Khd : hệ số hình dáng = 1. Với h: bề rộng của hai hình máng ghép: Km = 1 vì hai thanh hàn chặt với nhau. Khoảng cách giữa các miếng đệm So sánh giữa l1 = 55,027 cm và khoảng cách 120 cm đã chọn ta thấy rằng giữa hai sứ đỡ cần phải đặt thêm miếng đệm trung gian để thanh dẫn đảm bảo ổn định động khi ngắn mạch. 2. Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng Sứ đỡ thanh dẫn cứng được chọn theo điều kiện sau: - Loại sứ : chọn theo vị trí đặt - Điện áp: UĐMS ³ UĐMHT h H H’ - Kiểm tra ổn định động Trong đó: F PH: lực phá hoại cho phép của sứ Ftt: lực biến động đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch ba pha. F 'tt: lực điện động tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch ba pha. H: Chiều cao của sứ H': Chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm thiết điện thanh dẫn với : H' = H + h/2 h = 225 mm : chiều cao thanh dẫn Ftt = 766 KG Do đó điều kiện sứ đỡ phải thỏa mãn: Tra bảng sứ trong nhà chọn sứ loại: OФ - 20 – 4250KBY3 với các thông số kỹ thuật sau: UĐM = 20KV FPH = 4250KG; H = 305cm Với chiều cao thanh dẫn đã chọn ở trên là h = 225 mm tính được: So sánh: Vậy sứ đỡ đã chọn là hoàn toàn thỏa mãn 3. Chọn thanh dẫn mềm Vì trong nhà máy điện khoảng cách giữa các máy biến áp với hệ thống thanh góp điện áp cao cũng như chiều dài của các thanh góp nhỏ nên dây dẫn mềm được chọn dựa vào dòng điện làm việc lâu dài cho phép: IHCCPID ILVCB Trong đó: -IHCCPLD là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn khi đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt. -ILVCB dòng điện làm việc cưỡng bức Và cũng phải thỏa mãn khi kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang. Đối với điện áp định mức từ 110KV trở lên, theo điều kiện sau: UVQ ³ UĐM Trong đó : UVQ điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang. Nếu dây dẫn 3 pha trong điều kiện thời tiết khô ráo, áp suất không khí là 760mmHg, nhiệt độ môi trường là 250C thì UVQ có thể xác định theo công thức sau: Trong đó: r bán kính ngoài của dây dẫn D khoảng cách giữa các pha của dây dẫn m Hệ số xù sì lấy là 0.83 Do dây dẫn ba pha được đặt trên cùng một mặt phẳng cho nên UVQ với pha giữa giảm 4% và pha bên tăng 6%. Lúc này khoảng cách D giữa các pha có giá trị là: a- Chọn dây dẫn mềm làm thanh góp cao áp 220KV: Xác định ILVCB của dây dẫn trong mạch này có Smax = Sc+SHT = 417,9 MVA = 1,1 KA Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm có: Với ICPLD : Là dòng điện cho phép lâu dài. (tra bảng) Do đó : K hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ ( t xung quanh là 45độ) Tra bảng chọn được dây dẫn ACO - 700 có dòng điện làm việc cho phép ở điều kiện tiêu chuẩn đặt ngoài trời: ICPBT = 1220A Vậy dây dẫn ACO - 700 đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài. Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Theo điều kiện: UVQ ³ UĐMHT Trong đó: UVQ điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang. UVQ có thể xác định theo công thức sau: Do dây dẫn đã chọn nhiều sợi xoắn nên có: m = 0,83 r = 1,855cm D = 700cm Thay số liệu tính toán được kết quả sau: Tính toán UVQ đối với pha giữa: UVQ giảm 4% cho nên: UVQ = 0.96 .*333 = 332 KV > 220KV Cho nên dây dẫn ACO - 700 thỏa mãn điều kiện vầng quang. b. Chọn dây dẫn mềm làm thanh dẫn mạch cao áp 220KV: Đã xác định được ILVCB của dây dẫn trong mạch này là: Icb = 0,73KA Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm có: Với ICPLD : Là dòng điện cho phép lâu dài. (tra bảng) Do đó : K hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ ( t xung quanh là 45độ) Tra bảng chọn được dây dẫn ACO - 400 có dòng điện làm việc cho phép ở điều kiện tiêu chuẩn đặt ngoài trời: ICPBT = 835A Vậy dây dẫn ACO - 400 đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài. Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Theo điều kiện: UVQ ³ UĐMHT Trong đó: UVQ điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang. UVQ có thể xác định theo công thức sau: Do dây dẫn đã chọn nhiều sợi xoắn nên có: m = 0,83 r = 1,36cm D = 600cm Thay số liệu tính toán được kết quả sau: Tính toán UVQ đối với pha giữa: UVQ giảm 4% cho nên: UVQ = 0.96 .*250 = 241 KV > 220KV Cho nên dây dẫn AC0 - 400 thỏa mãn điều kiện vầng quang. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: Theo điều kiện: Tức là tiết diện của dây dẫn chọn không được nhỏ hơn tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt. BN là xung lượng nhiệt ngắn mạch. Lấy gần đúng BN =I’’ (tc + ta) tc là xung lượng nhiệt khi ngắn mạch , lấy tc =0,4s ta là hằng số thời gian, lấy ta =0,05s BN= 23,9682x(0,4 + 0,05) =258,509KA2.s Với dây dẫn nhôm hằng số C =79A2s Vậy: Như vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn về ổn định nhiệt khi ngắn mạch. II. Chọn máy cắt và dao cách ly. 1. Chọn máy cắt a. Máy cắt được chọn theo những điều kiện sau: Loại máy cắt điện trên cùng một cấp điện áp ta chọn cùng một chủng loại máy cắt, trên các đường dây phụ tải cấp điện áp máy phát thì nên dùng máy cắt hợp bộ. Điện áp định mức: điện áp định mức của máy cắt đã chọn tương ứng với điện áp của lưới. Dòng điện định mức: IĐMMC ³ ILVCB Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: I2NH . INH ³ BN = I200QĐ Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: ILđm MC ³ Ixk - Điều kiện cắt : ICĐM ³ I'' ở chương IV đã chọn máy cắt cho các cấp điện áp b. Kiểm tra các điều kiện làm việc của máy cắt + Máy cắt phía cao áp 220KV Là máy cắt không khí loại BBъ - 220 – 31,5/2000 có các thông số kỹ thuật như sau: Uđm = 220KV = U làm việc của lưới Iđn = 2000A > Icb= 340A ICđm = 31.5kA > I’’ = 5,36kA ILdd MC=80 kA >13,65kA Máy cắt đã chọn có Iđm = 2000 A > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt Vậy máy cắt đã chọn là thỏa mãn các yêu cầu + Máy cắt phía cao áp 110KV Là máy cắt không khí loại BBY - 110 – 40/2000 có các thông số kỹ thuật như sau: Uđm = 110KV = U làm việc của lưới Iđm = 2000A > Icb= 0,65kA= 650 A ICđm = 40kA > I’’ = 11,86kA ILdd MC=102 kA > IXK = 29,9kA Máy cắt đã chọn có Iđm = 1000 A > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt Vậy máy cắt đã chọn là thỏa mãn các yêu cầu + Máy cắt phía cao áp 10,5KV Là máy cắt không khí loại BΓM-20-90/11200Y3 có các thông số kỹ thuật như sau: Uđm = 20KV > U làm việc của lưới Iđm = 11,2kA > Icb= 7,14 kA ICđm = 90kA > I’’ = 57,9 kA Ildd MC=300kA > Ixk =146 kA Máy cắt đã chọn có Iđm = 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt Vậy máy cắt đã chọn là thỏa mãn I 220 0.474 3.34 10.99 BBb-220-31,5/2000 220 2 31,5 80 110 0.65 11.86 29.9 BBY-11-40/2000 110 2 40 102 10,5 5.169 34.99 107.75 BΓM-20-90/11200Y3 20 11,2 90 300 2. Chọn dao cách ly a. Dao cách ly được chọn theo những điều kiện sau: - Loại dao cách ly: trên cùng một cấp điện áp ta chọn cùng một loại dao , trên các đường dây phụ tải cấp điện áp máy phát thì dùng máy cắt hợp bộ. - Điện áp định mức: điện áp định mức của dao cách ly đã chọn tương ứng với điện áp của lưới. - Dòng điện định mức: IĐMDCL ³ ILVCB - Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: I2NH . tNH ³ BN - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: IlddDCL ³ iXK ở đây - Từ kết quả của dòng điện làm việc cưỡng bức của các cấp điện áp chọn được DCL ghi vào bảng sau: Loại DCL ILVCB KA UĐM KV IĐM A ILĐD KA INH KA tNH sec PHд - 220 T/1500 1.5 220 1500 80 22 3 PHд3 - 110 /2000 2.0 110 2000 100 40 3 PBK - 20 /12500 12.5 20 12500 320 125 4 b. Kiểm tra dao cách ly - DCL đã chọn có IĐMDCL>1000A nên không phải kiểm tra ổn định nhiệt. +DCL phía cao áp 220 KV: Loại PHд - 220 T/1500 - UđmDCL = 220 KV phù hợp lưới điện - IđmDCL = 1500 A > ILVCB = 735A - iLdd = 80KA > iXK = 10,99 KA Vậy DCL đã chọn thỏa mãn +DCL phía cao áp 220 KV: Loại PHд - 220 T/1500 - UđmDCL = 220 KV phù hợp lưới điện - IđmDCL = 1500 A > ILVCB = 735A - iLdd = 80KA > iXK = 10,99 KA Vậy DCL đã chọn thỏa mãn +DCL phía 110 KV: Loại PHд3 - 110/2000 - UđmDCL = 110 KV phù hợp lưới điện - IđmDCL = 2000 A > ILVCB = 650A - iLdd = 100KA > iXK = 29,9 KA Vậy DCL đã chọn thỏa mãn + DCL phía hạ áp 10,5 KV Loại PBK - 20 / 12500 - UđmDCL = 20 kV>10,5KV điện áp làm việc - IđmDCL =12500A > ILVCB = 7,14A - iLdd = 320KA > iXK = 146 KA Vậy DCL đã thỏa mãn. III. Chọn cáp cho mạch phụ tải 10,5KV 1. Chọn cáp - Phụ tải cáp điện áp máy phát Pmax =11.6 MW, Cos j = 0,8 2 đường cáp đơn có P = 1 MW, cos j = 0,80đ S = 1,25 MVA 3 đường cáp kép có P = 3,2 MW, cos j = 0,8đ S = 4 MVA - Tiết diện cáp được chọn theo mật độ dòng kinh tế Trong đó: IBT : dòng điện làm việc bình thường JKT : mật độ kinh tế a. Chọn tiết diện cáp đơn Theo nhiệm vụ thiết kế gồm 2 đường dây đơn có S = 1,25 MVA Do đó: Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính được TMAX (thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải máy phát) - Tra bảng T45 giáo trình thiết kế nhà máy điện với TMAX = 5606,5h > 5000 h và dùng cáp lõi đồng nên ta lấy mật độ kinh tế jKT = 2 A/mm2 Scăp =83/2 = 41,5 mm2 Vậy chọn cáp ba lõi bằng nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu, nhựa thông, vỏ bằng chì đặt trong đất có: Uđm = 20KV; S = 70mm2 có ICP = 200A Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài theo điều kiện IBT Ê I'CP Với I'CP =k1 . k2 .ICP Trong đó: k1 - số liệu hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt cáp k2 - hiệu số hiệu chỉnh theo cáp làm việc đặt song song trong đất với cáp đơn k2 = 1 ( đạt cáp sợi đơn ) ICP : dòng điện cho phép lâu dài của cáp của cáp ở 150C Do đó: I'CP = 0,88*200 = 176A > IBT = 83 A Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng. b. Chọn tiết diện cáp kép Theo nhiệm vụ thiết kế gồm có 2 đường cáp kép S = 4 MVA vì là cáp kép nên dòng điện cưỡng bức xảy ra khi một đường cáp bị sự cố lúc này. ICB = 2IBT = 2x 130 = 260 A Vậy ta chọn cáp ba lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông vỏ bằng chì đặt trong đất có: UĐM = 20KV; S = 150 mm2 có Icp = 240A Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài; Ibt Ê I'CP Với I'CP = k1 . k2 . ICP Trong đó k1 = 0,88; k2 = 0,9 ( cáp đặt song song cách nhau 10cm) I'CP = 0.88 * 0.9 * 240 =190 A ³ Ibt = 130 A Vậy cáp đã chọn thỏa mãn được phát nóng lâu dài + 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 dầu, điện áp không quá 20KV, trong điều kiện làm việc sự cố có thể cho phép cáp quá tải 30% trong thời gian không quá 5 ngày 5 đêm. Như vậy có điều kiện kiểm tra như sau: 1,3 . k1 . k2 .ICPBT ³ ICB Trong đó k1 = 0.88, k2 =0,9 ( cáp đặt song song cách nhau 100mm) 1.3*0.88*0.9*240 = 261 A ³ Icb = 260A Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng khi làm việc cưỡng bức. Do ta đặt kháng đường dây để hạn chế dòng ngắn mạch để cho việc chọn các máy cắt cấp cho cấc phụ tải địa phương giảm được công suất cắt nên không kiểm tra ổ địng nhiệt (Việc chọn kháng được tính trên điều kiện của ổn định nhiệt của các cáp) 2. Chọn kháng điện đường dây phụ tải cấp điện áp máy phát. Sơ đồ MCLL MCLL F2 XK XHT HT XC1 XC2 N 4 N C1 N C2 220KV B1 F1 Mc1 Mc2 B2 F3 b. Chọn kháng: Dòng sự cố qua kháng điện là dòng cực đại qua kháng khi kháng kia ngừng hoạt động. Dựa vào UĐM, ISC chọn loại kháng điện bê tông có cuộn dây bằng nhôm KA U S I cb 27 . 1 5 . 10 * 3 23 * 3 max = = = 10KV loại PbA - 10 - 1500 có Iđm = 1500A có Xk%=3.9 Theo chương ngắn mạch có: I''N4 = 35KA Chọn hệ tương đối cơ bản đểu tính ngắn mạch SCB = 100MVA Ucb= Utb nên Icb=Scb/ệ3*10.5=5.505 Xác định dòng ổn định nhiệt của cáp: Trong đó: S - là tiết diện cáp 70 mm2 ( lấy cáp có thiết diện nhỏ nhất để tính ) C - là hệ số với cáp đồng CCU = 141 A2sec t: thời gian cắt ngắn mạch bao gồm cả bảo vệ rơ le. Bởi lấy thời gian cắt cho máy cắt 1là t= 0,4 * Xác định X k% : Theo dòng ổn định nhiệt và dòng cắt của máy cắt ta chọn XK% của kháng sao cho dòng ngắn mạch qua các cáp phải thỏa mãn: Vậy diện kháng XK% là: Do vậyXk=XS -Xht=0.353-0.157=0,196 ( tương đối cơ bản ) Tính được Xk trong đơn vị tương đối đối định mức Tính dòng ngắn mạch tại N5: I”N5=Icbản/(Xht+Xk)=5.05/(0.157+0.09) < 20kA nên các máy cắt phía sau kháng có thể giảm nhẹ công suất cắt IV. Chọn máy biến áp đo luờng Việc chọn máy biến điện áp và máy biến áp dòng điện phụ thuộc vào tải của nó. Điện áp định mức của chúng phải phù hợp với điện áp định mức của mạng điện. Ngoài ra mỗi loại còn có một số điều kiện cần thỏa mãn riêng. Sau đây tiến hành chọn máy biến áp và máy biến dòng điện cung cấp cho các dụng cụ đo lường của máy phát điện. 1. Chọn máy biến điện áp BU Mạch máy phát có UĐM = 10,5KV Chọn hai BU một pha nối dây theo V/V các dụng cụ mắc vào mạch đo lường có các thông số theo bảng sau: TT Tên dụng cụ do Ký hiệu Phụ tải pha AB Phụ tải pha BC P(W) Q(VAR) P(W) Q(VAR) 1 Vôn kế B -2 7,2 2 Oat kế II - 341 1,8 1,8 3 Oat kế phản kháng II - 341/1 1,8 1,8 4 Oat kế tự ghi II 33 8,3 8,3 5 Tần số kế 340 6,5 6 Công tơ II - 670 0,66 0,66 0,66 1,62 7 Công tơ phản kháng NT-672 0,66 0,66 0,66 1,62 Tổng cộng 20,4 3,42 19,72 3,24 Chọn 2 biến điện áp một pha với các thông số sau: Kiểu Điện áp (kV) Điện áp định mức (V) Công suất định mức (VA) Cuộnsơ cấp Thứ cấp Thứ cấp phụ Cấp 0,5 Cấp 1 HOM10-66T 10 11000 100 75 150 Chọn dây dẫn từ BU đến các đồng hồ đo: Để tính toán đơn giản có Ia = I0 = 0,2 (A); cos jab = cos jbc như vậy: Ib = = 0,34A Giả thiết chiều dài dây dẫn 50m, dây đồng có r = 0,0175, tổn thất điện áp DU% = 0,5% Thiết diện dây được chọn theo điều kiện: Theo yêu cầu độ bền cơ, chọn dây đồng có thiết diện 1,5 mm2 2. Chọn máy biến dòng điện BI a. Chọn máy biến dòng điện BI mạch máy phát Từ sơ đồ nối dây các dụng cụ đo lường vào các BI như hình vẽ xác định được các phụ tải của các pha như sau: TT Tên dụng cụ Kiểu Phụ tải (VA) A B C Ampe mét 3-302 1 1 1 Oat kế tác dụng II-341 5 - 5 Oat kế tác dụng tự ghi II-33 10 - 10 Oat kế phản kháng II-342/1 5 - 5 Công tơ tác dụng II-670 2,5 - 2,5 Công tơ phản kháng NT-672 2,5 5 2,5 Tổng cộng 26 6 26 Từ bảng xác định được tổng phụ tải Pha A: SA = 26,1 VA; Pha B: S1 = 2,6VA; Pha C: SC = 26,1VA Vậy phụ tải lớn nhất ở pha A và pha C là: SMAX = SA = SC = 26VA Máy biến dòng điện được cần thỏa mãn cấp chính xác của các đồng hồ trong mạch. Vì có công tơ trong mạch và công tơ chọn cấp chính xác 0,5 cho nên cấp chính xác của BI phải chọn là 0,5. Điện áp định mức: UĐM-BI ³ UP = 10,5KV Dòng điện định mức: IĐM-BI ³ ILVCB Trong chương trước đã xác định ILVCB = 7,14KA nên Chọn BI có ký hiệu TШL - 20 - 1 Có các thông số sau: UĐM= 20KV, IĐMSC = 8KA, IĐMTC = 5A Cấp chính xác 0,5, ZĐM = 1,2W Để thỏa mãn cấp chính xác 0,5 của BI cần chọn dây dẫn đến các dụng cụ đo lường. Lấy khoảng cách từ máy biến dòng điện đến các dụng cụ đo lường là l = 40m. Vì các máy biến dòng điện nối kiểu sao hoàn toàn cho nên lTT = l = 40m trong đó lTT: chiều dài tính toán. Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha A hay pha C theo sơ đồ . Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu tổng phụ tải thứ cấp Z (kể cả dây dẫn) không được vượt quá phụ tải định mức của biến dòng ZĐMB Z2 = ZồDC + ZDD Ê ZĐMB TRong đó ZồDC là tổng trở phụ tải dụng cụ đo ZDD là tổng trở của dây dẫn nối với biến dòng với dụng cụ đo. Trường hợp giới hạn có: Do đó tiết diện dây dẫn: r: điện trở suất vật liệu dây dẫn: rCU = 0,0175W Chọn dây dẫn đồng có tiết điện SDD = 5mm2 b. Kiểm tra điều kiện làm việc của BI: * Kiểm tra ổn định động của BI Theo điều kiện . kd . IDMSC ³ tXK Trong đó kD = 81: bội số ổn định động của biến dòng Có . 81. 6 = 687,31KA ³ tXK = . 1,8.57,9 = 146KA Đảm bảo ổn định động * Kiểm tra ổn định nhiệt của BI Dòng định mức sơ cấp IĐMSC = 6KA > 1000 A cho nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. => Máy biến dòng đã chọn TШL - 20 - 1 /8000 là thỏa mãn Chọn BU - BI cho cấp điện áp 220KV, Chọn theo điều kiện sau: UĐM ³ UĐMHP; IĐM ³ ICB Thông số BI: Thông số tính toán Loại Bội số ODD Bội số ođn/s UDM KV IDM Cấp CX Phụ tải W iLDD KA Iôđnh KA S T Uđm(kV) Icb(A) 220 340 TFHU-220M 150 43,3/3 220 2000 5 P 1,2 145 49 Thông số BU: Loại Cấp ĐA (KV) Điện áp định mức CS theo CCX CS max (VA) S T TP 0,5 1 HKF220.58 220 100/3 150 250 1200 iv. Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng 1. Sơ đồ nối điện tự dùng (hình vẽ ) 2. Chọn mạch điện tự dùng 10,5 KV a. Chọn máy biến áp bậc I. Theo nhiệm vụ thiết kế công suất tự dùng cực đại của nhà máy bằng 8% công suất, vì vậy công suất tự dùng max của toàn nhà máy là: STDMAX = a . S đặt = 37,6 MVA Cần chọn công suất mỗi máy biến áp cấp điện áp 10,5/6,3KV thỏa mãn điều kiện sau: n. Số tổ máy của nhà máy nối với số thanh tự dùng 6,3KV Tra bảng chọn máy biến áp TдHC - 1000 – 10,5/6,3 SDM(MVA) UC (KV) UH (KV) DP0(KW) DPN (KW) UN % I0% 10 10,5 6,3 12,3 85 14 0,9 Máy biến áp dự trữ cho cấp này được chọn giống như máy biến áp TДHC - 10000 – 10,5 /6,3kV b. Chọn máy cắt và dao cách ly : Như ở chương III đã xác định được: I''NH = 75,45 KA Vậy sẽ xác định đựơc máy cắt và dao cách ly như sau: Đại lượng tính toán Máy cắt Dao cách ly ĐLĐM MC DCL U (KV) ILVCB (KA) I'' (KA) iXK (KA) 20 7,14 57,9 146 MG-10-9000/1800 PBR-20/8000 UĐMKV IĐMKA ICATKA iLDDKA 20 9000 105 300 20 8000 500 Kiểm tra máy cắt và dao cách ly: + Với máy cắt MG - 10 - 9000 /1800 - UĐMMC = 20KV > UĐM = 6,3KV - IĐMMC = 8000A > ILVCB = 7140A - Máy cắt đã chọn có IĐMMC = 8000 A > 1000A nên không phải kiểm tra ổn định nhiệt. - iLDD = 300KA > iXK = 146KA - ICĐM = 105KA > I'' =57,9KA Máy cắt đã chọn là thỏa mãn. + Với dao cách ly PBK - 20/8000 - UĐMMC = 20KV > UĐM - IĐMCL = 8000A > ILVCB = 7140A - Dao cách ly đã chọn có IĐMDCL = 8000A > 1000A nên không phải kiểm tra ổn định nhiệt. - iLDD = 200KA > iXK = 146KA Vậy dao cách ly đã chọn là thỏa mãn c. Chọn máy biến áp bậc 2: 6,3/0,4 KV: Máy biến áp bậc 2 có nhiệm vụ cung cấp cho động cơ 380/220V và thắp sáng. Với giả thiết lúc này không tính đến sự làm việc của các động cơ vì ở giai đoạn ban đầu thiết kế các loại động cơ điện và công suất định mức của chúng còn chưa biết. Với giả thiết công suất tiêu thụ tự dùng cấp 0,4KV bằng khoảng 15% công suất tự dùng của toàn nhà máy. Như vậy tổng công suất ở cấp 6/0,4 KV là: STD = 0,15. 37,6 = 5,64 MVA = 5640KVA SĐMB ³ 5640/4 = 1410KVA Tra bảng chọn loại máy biến áp TC3 - 1600 - 6,3/ 0,4 có các thông số: SDM(KVA) UC (KV) UH (KV) DP0(KW) DPN (KW) UN % I0% 1600 6,0 0,4 4,2 16 5,5 1,5 Như vậy ta đã chọn xong các thiết bị cho sơ đồ nối điện chính của toàn nhà máy điện được thiết kế. Sơ đồ nối điện chính toàn nhà máy nhiệt điện