Đồ án tốt nghiệp thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp

Trong nhiệm vụ thiết kế thường cho công suất cực đại, hệ số công suất cos φ và biểu đồ biến thiên hàng ngày công suất dạng phần trăm P%t đối với phụ tải từng cấp điện áp cũng như biểu đồ

PHẦN I: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

CHƯƠNG 1:TÍNH TOÁN PHỤ TẢI,CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY

Trong thiết kế và vận hành nhà máy điện, việc tính toán phụ tải và đảm bảo cân

bằng công suất giữa các phụ tải là hết sức quan trọng Công việc này sẽ đảm bảo cho

sự ổn định của hệ thống điện và chất lượng điện năng Quyết định phương thức huy

động nguồn cũng như vận hành từng tổ máy phải chính xác, hợp lý cả về kỹ thuật và

kinh tế Dưới đây ta sẽ tiến hành tính toán về phụ tải và phân phối công suất cho các tổ

máy của nhà máy thủy điện mà ta sẽ thiết kế

1.1.CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN

Máy phát điện (MPĐ), trái tim của nhà máy, một bộ phận không thể tách rời của

nhà máy điện (NMĐ) Vì vậy việc lựa chọn MPĐ sao cho phù hợp là một việc rất quan

trọng Để tiện cho việc thiết kế, tính toán thì ta chọn các tổ máy cùng một loại máy

phát Với yêu cầu thiết kế nhà máy thủy điện công suất đặt 220(MW) gồm 4 tổ máy,

công suất 55(MW) nên ta chọn máy phát loại CB-808/130-40 có các thông số kỹ thuật

cho dưới bảng sau: (Tra Bảng 1.2[Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp

PGS.TS Phạm Văn Hòa&Th.s Phạm Ngọc Hùng])

Loại MPĐ Sđm,MVA Pđm,MW cos Uđm,kV Iđm,kA nđm,v/ph

Điện kháng tương đối

xd'' xd' xd

CB

Bảng 1.1:Thông số máy phát loại CB-808/130-40

Công suất máy phát lớn nhất ta chọn: SđmF = 64,7 MVA

Công suất dự trữ quay của hệ thống: Sdtq= 120 MVA

Sdtq = 120 MVA > SđmF = 64,7 MVA

Vậy máy phát ta chọn thỏa mãn điều kiện công suất của một máy phát điện lớn

nhất không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống

1.2.TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Trong nhiệm vụ thiết kế thường cho công suất cực đại, hệ số công suất cos φ và

biểu đồ biến thiên hàng ngày công suất dạng phần trăm P%(t) đối với phụ tải từng cấp

điện áp cũng như biểu đồ biến thiên công suất phát của toàn nhà máy Do đó ta sẽ dựa

vào các số liệu trên để xây dựng đồ thị công suất phát của toàn nhà máy, đồ thị phụ tải

tự dùng, đồ thị từng cấp điện áp và công suất phát về hệ thống lần lượt như sau

Công suất phụ tải các cấp tại từng thời điểm được xác định theo công thức sau:

P(t) S(t)

P(t): Công suất phụ tải tại thời điểm t, (MW)

Pmax: Công suất phụ tải lúc cực đại, (MW)

P%: Phần trăm công suất cực đại

Cos: Hệ số công suất của phụ tải

S(t): Công suất biểu kiến ở từng cấp tại thời điểm t, (MVA)

1.2.1.Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

Phụ tải toàn nhà máy được xác định theo công thức sau:

TNM TNM

 STNM(t): Công suất phát biểu kiến của toàn nhà máy tại thời điểm

t, (MVA)

 PTNM(t): Công suất tác dụng toàn nhà máy tại thời điểm t, (MW)

 P%(t): Phần trăm công suất phụ tải tại thời điểm t

 CosF: Hệ số công suất định mức của máy phát

 Pđặt: Công suất tác dụng đặt toàn nhà máy, (MW)

 Pđặt = n.Pđm (1.2b)

 Sđặt = n.SđmF (1.2c)

 Sđặt: Công suất biểu kiến đặt toàn nhà máy, (MVA)

 Pđặt: Công suất tác dụng đặt toàn nhà máy, (MW)

 Pđm: Công suất tác dụng định mức 1tổ máy, (MW)

 SđmF: Công suất biểu kiến định mức 1 tổ máy, (MVA)

70

100

)40

%(

)40

)(18,18185,0

154cos

)40()

40

Tính toán tương tự ta có bảng sau:

Hình 1.1 Đồ thị phụ tải công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t

Lượng điện năng trong một năm :

Anăm = (PTNM(t) ti).365 (iN)

= (154.4 + 176.5 + 198.7 + 220.8).365 = 1694330 (MWh)

Thời gian phát công suất cực đại:

)(5,7701220

16943308760

.max

1.2.2.Đồ thị phụ tải tự dùng

Công suất tự dùng phần trăm trong nhà máy thủy điện thấp hơn nhiều so với nhà

máy nhiệt điện, chỉ chiếm từ 0,8% đến 1,5% công suất định mức máy phát Phần tự

dùng nhà máy thủy điện gồm tự dùng chung (sử dụng chung cho toàn nhà máy, không

phụ thuộc vào công suất phát của toàn nhà máy) và tự dùng riêng cho từng tổ máy

phát Trong đó công suất cho tự dùng chung là chiếm đa phần công suất tự dùng của

toàn nhà máy Theo đề bài αTD=1%, rất nhỏ nên công suất tự dùng cho nhà máy thủy

điện coi như không đổi theo thời gian và bằng công suất tự dùng cực đại:

TD

TD TD

TD

t P S

t S



cos

) ( )

(1.3)

đmF TD

100 )

 PTD(t): Công suất tác dụng tự dùng tại thời điểm t, (MW)

 CosφTD : Hệ số công suất phụ tải tự dùng

 α : Lượng điện phần trăm tự dùng

 n : Số tổ máy

 PđmF : Công suất tác dụng của một tổ máy, (MW)

Từ công thức (1.3) và (1.3a) ta tính được phụ tải tự dùng của nhà máy như sau:

)(2,255.4.100

1

.100)

2,2cos

)(

MVA t

P S

Hình 1.2.Đồ thị phụ tải công suất tự dùng của toàn nhà máy tại thời điểm t

Lượng điện năng tự dùng trong một năm :

Anăm = (Ptd(t) ti).365 (iN) = 2,2.24.365 = 19272 (MWh) Thời gian phát công suất cực đại:

)(87602

,2

19272 8760

1.2.3.Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát (phụ tải địa phương).

Theo nhiệm vụ thiết kế ta có:

UĐP = 10,5 kV ; Pmax = 12 MW ; cos = 0,85 Gồm : 3 lộ kép x 3 MW x 4km và 2 lộ đơn x 1.5 MW x 4km

Từ công thức (1.1) và (1.1 a) ta có:

)(2,712.100

60

100

)40

%(

)40

)(47,885,0

2,7cos

)40()

40

Hình 1.3 Đồ thị phụ tải địa phương tại thời điểm t

Lượng điện năng tự dùng trong một năm :

Anăm = (PĐP(t) ti).365 (iN) = 248,4.365 = 90666 (MWh) Thời gian phát công suất cực đại:

)(5,755512

906668760

1.2.4.Đồ thị phụ tải phía trung áp

Theo nhiệm vụ thiết kế ta có:

U = 110 kV

Pmax = 140 MW

cos = 0,85 Gồm : 2 lộ kép x 40 MW và 3 lộ đơn x 20 MW

Từ công thức (1.1) và (1.1 a) ta có:

)(98140.100

70

100

)40

%(

)40

) ( 29 , 115 85 , 0

98 cos

) 4 0 ( )

4 0

Hình 1.4.Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t

Lượng điện năng tự dùng trong một năm :

Anăm = (PUT(t) ti).365 (iN) = 2856.365 = 1042440 (MWh) Thời gian phát công suất cực đại:

)(7446140

10424408760

1.3 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TOÀN NHÀ MÁY

Theo nguyên tắc cân bằng công suất tại mọi thời điểm (công suất phát bằng

công suất thu), không xét đến công suất tổn thất trong máy biến áp ta có :

STNM(t) = SVHT(t) + SĐP(t) + SUT(t) + SUC(t) + Std(t)  SVHT(t) = STNM(t) - [SĐp(t) + SUT(t) + SUC(t) + Std(t)] (1.4)

Trong đó :

 S VHT (t) : Công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, (MVA)

 S TNM (t) : Công suất phát của toàn nhà máy tại thời điểm t, (MVA)

 S ĐP (t) : Công suất của phụ tải địa phương tại thời điểm t, (MVA)

 S TD (t) : Công suất tự dùng nhà máy tại thời điểm t, (MVA)

 S UC (t) : Công suất phía cao áp tại thời điểm t, (MVA)

 S UT (t) : Công suất phía trung áp tại thời điểm t, (MVA)

Ở phía thanh góp cao ( TBPP cao áp) phát công suất thừa về hệ thống, vậy công

suất tại đây gọi là phụ tải thanh góp cao áp STGC(t) sẽ được tính:

Từ bảng cân bằng công suất toàn nhà máy ta có đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà

máy như sau:

Hình 1.5 Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

Kết luận :

Qua bảng số liệu trên ta thấy: SHVT(t) > 0 trong mọi thời điểm Do vậy nhà máy

luôn phát công suất thừa về hệ thống

Nhận xét:

+ Nhà máy thiết kế có những phụ tải ở cấp điện áp sau:

 Cấp điện áp máy phát (phụ tải địa phương): 10,5 kV

 Cấp điện áp trung: 110 kV

+ Nhà máy điện thiết kế có công suất đặt là: 258,8 MVA so với công suất đặt

của hệ thống là: 3000MVA chiếm 8,63 %

+ Phụ tải cấp điện áp máy phát (phụ tải địa phương) có:

Phụ tải cấp điện áp trung khi cực đại và cực tiếu so với công suất đặt của nhà

máy chiếm lần lượt là: 63,64 % và 44,55 %

+ Công suất phát về hệ thống:

S VHTmax  93 , 87MVA

S VHTmin  54 , 83MVA

Nhà máy luôn phát công suất thừa về hệ thống, công suất thừa phát lên hệ

thống khi cực đại so với công suất đặt của nhà máy chiếm: 36,27 %

Qua phân tích trên ta thấy nhà máy điện thiết kế đóng vai trò rất quan trọng

trong hệ thống điện với nhiệm vụ chính không những cung cấp đủ cho: phụ tải địa

phương, phụ tải cấp điện áp trung mà còn cung cấp cho hệ thống lúc cực đại lên đến

36,27 %

1.4 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN

1.4.1 Cơ sở chung để đề xuất các phương án nối điện

Phương án nối điện chính của nhà máy điện là một khâu hết sức quan trọng

trong quá trình thiết kế phần điện trong nhà máy điện Căn cứ vào kết quả tính toán phụ

tải và cân bằng công suất để đề xuất các phương án nối điện Có một số nguyên tắc

phục vụ cho đề xuất các phương án nối điện của nhà máy điện như sau:

Nguyên tắc 1

Khi phụ tải địa phương có công suất nhỏ thì không cần thanh góp điện áp máy

phát, mà chúng được cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát, phía trên máy cắt của máy

biến áp liên lạc Quy định về mức nhỏ công suất của địa phương là: cho phép rẽ nhánh

từ đầu cực máy phát một lượng công suất không quá 15% công suất định mức của một

tổ máy phát Vậy khi đó, giả thiết phụ tải địa phương trích điện từ đầu cực hai tổ máy

phát Nếu không thỏa mãn thì phải có thanh góp điện áp máy phát

Nguyên tắc 2

Trong trường hợp có thanh góp điện áp máy phát thì phải chọn số lượng tổ máy

phát ghép lên thanh góp này sao cho khi một tổ máy trong chúng nghỉ không làm việc

thì các tổ máy còn lại phải đảm bảo công suất cho phụ tải phụ tải địa phương lúc cực

đại và phụ tải tự dùng cho các tổ máy phát này

Nguyên tắc 3

Trường hợp có ba cấp điện áp (điện áp máy phát, điện áp trung, và điện áp cao),

nếu thỏa mãn cả hai điều kiện sau:

 Lưới điện áp phía trung và cao đều là lưới trung tính trực tiếp nối đất

C

0, 5 U

Thì nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu (MBATN) làm liên lạc Nếu một trong hai điều

kiện trên không thỏa mãn thì dùng hai máy biến áp (MBA) ba cuộn dây làm liên lạc

Ghi chú: Trong trường hợp chỉ có hai cấp điện áp (không có phụ tải phía trung)

thì dùng hai máy biến áp hai cuộn dây làm liên lạc

Nguyên tắc 4

Chọn số lượng bộ máy phát điện – máy biến áp (MPĐ-MBA) hai cuộn dây ghép

thẳng lên thanh góp (TBPP) cấp điện áp tương ứng trên cơ sở công suất cấp và công

suất tải tương ứng Cần lưu ý trong trường hợp máy biến áp liên lạc là máy biến áp ba

cuộn dây thì việc ghép số bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây bên trung phải thỏa mãn điều

kiện: tổng công suất định mức các máy phát ghép bộ phải nhỏ hơn công suất min của

phụ tải phía trung; Cụ thể là:

min dmF UT các bô S S (1.7) Điều kiện (1.7) đưa ra để không cho công suất truyền tải qua hai lần máy biến

áp (MBA bộ và MBA ba cuộn dây), nhằm giảm tổn thất điện năng trong MBA Nhưng

điều kiện này không cần đối với MBA liên lạc là tự ngẫu, vì đối với tự ngẫu khuyến

khích chế độ truyền tải công suất từ trung sang cao (phía cao tải được đến công suất

định mức mặc dù phía trung và phía hạ chỉ tải được công suất tính toán)

Nguyên tắc 5

Mặc dù có ba cấp điện áp, nhưng công suất phụ tải phía trung quá nhỏ thì không

nhất thiết phải dùng MBA ba cấp điện áp (ba cuộn dây hay tự ngẫu) làm liên lạc Khi

đó có thể được coi đây là phụ tải được cấp điện từ trạm biến áp với sơ đồ là trạm hai

MBA lấy điện trực tiếp từ hai đầu cực máy phát hay từ thanh góp (TBPP) phía điện áp

cao

Nguyên tắc 6

Đối với nhà máy điện có công suất một tổ máy nhỏ có thể ghép một số máy phát

chung một MBA, nhưng phải đảm bảo nguyên tắc tổng công suất các tổ máy phát phải

nhỏ hơn công suất dự chữ nóng của hệ thống điện, cụ thể là:

HT dmF dp ghép S  S (1.8)

1.4.2 Đề xuất các phương án sơ đồ nối điện

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế, kết quả tính toán cân bằng công suất ở Bảng 1.6

và dựa trên cơ sở các nguyên tắc nêu trên ta có một số nhận xét sau:

Giả sử phụ tải địa phương lấy điện từ 2 máy phát –máy biến áp liên lạc, vậy mỗi

tổ máy sẽ lấy là:

%15

%91,10100.7,64.2

12,14100 2

Vậy không cần thanh góp điện áp máy phát, các MPĐ sẽ được nối bộ với MBA

để đưa lên cấp điện áp cao và trung Phụ tải địa phương sẽ được trích ra từ đầu cực 2

MPĐ nối với MBA liên lạc

Vì mạng điên phía cao 220kV và phía trung 110kV là lưới trung tính nối đất và

Do vậy ta dùng 2 máy biến áp tự ngẫu (MBATN) làm liên lạc

Dựa vào bảng tổng hợp phụ tải các cấp thì ta có thể thấy rằng:

 SUTmax = 164,71 (MVA)

 SUTmin = 115,29 (MVA)

Mà SđmF của 1 tổ máy là 64,7 (MVA) nên ta nên ghép từ 1 đến 2 bộ MPĐ-MBA

để cấp điện cho thanh góp 110(kV) Từ những nhận xét trên,ta có thể đưa ra các

phương án nối dây như sau:

1.Phương án I

Hình 1.6 Sơ đồ nối điện phương án I

+ Đặc điểm:

Phương án này có hai bộ máy phát điện- máy biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh

góp điện áp 110kV để cung cấp điện cho phụ tải 110kV Hai bộ máy phát điện - máy

biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ

thống, vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV

+ Ưu điểm:

 Số lượng và chủng loại máy biến áp ít, các máy biến áp 110kV có giá

thành hạ hơn giá máy biến áp 220kV

 Vận hành đơn giản, linh hoạt đảm bảo cung cấp điện liên tục

2.Phương án II

Hình 1.7 Sơ đồ nối điện phương án II

+ Đặc điểm:

Phương án 2 khác với phương án 1 ở chỗ chỉ có một bộ máy phát điện- máy

biến áp 2 cuộn dây nối lên thanh góp 110 kV Phía thanh góp cao có một một máy phát

điện-máy biến áp 2 cuộn dây nối lên hệ thống và dùng 2 bộ máy phát điện - máy biến

áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp, vừa làm nhiệm vụ phát công suất lên hệ thống,

vừa truyền tải công suất thừa hoặc thiếu cho phía 110kV

3.Phương án III

Hình 1.8 Sơ đồ nối điện phương án III

+ Đặc điểm:

Nhà máy dùng bốn bộ máy phát điện- máy biến áp: hai bộ nối với thanh góp cao

và hai bộ nối với thanh góp 110kV Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa

thanh góp cao và thanh góp trung đồng thời để cung cấp điện cho phụ tải địa phương

+ Ưu điểm:

 Đảm bảo cung cấp điện liên tục

+ Nhược điểm:

 Số lượng, chủng loại máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu tư lớn, đồng thời

trong quá trình vận hành xác suất sự cố máy biến áp tăng

 Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây

chung lớn so với công suất của nó

4.Phương án IV

Hình 1.9 Sơ đồ nối điện phương án IV

+ Đặc điểm:

Nhà máy dùng bốn bộ máy phát điện- máy biến áp đều nối với thanh góp cao

220kV Dùng hai máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa thanh góp cao và thanh góp

trung đồng thời để cung cấp điện cho phụ tải địa phương

+ Ưu điểm:

 Đảm bảo cung cấp điện liên tục

+ Nhược điểm:

 Số lượng, chủng loại máy biến áp nhiều đòi hỏi vốn đầu tư lớn, đồng thời

trong quá trình vận hành xác suất sự cố máy biến áp tăng

 Khi sự cố bộ bên trung thì máy biến áp tự ngẫu chịu tải qua cuộn dây

chung lớn so với công suất của nó

Kết luận :

Qua bốn phương án đã được đưa ra ở trên ta có nhận xét rằng hai phương án I

và II đơn giản và kinh tế hơn so với phương án còn lại Hơn nữa, nó vẫn đảm bảo cung

cấp điện liên tục; an toàn cho các phụ tải và thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật Do đó ta sẽ

giữ lại phương án I và phương án II để tính toán kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn được sơ

đồ nối điện tối ưu cho nhà máy thủy điện mà ta thiết kế

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng Trong hệ thống điện, tổng công suất

các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng (4 5) lần tổng công suất của các máy phát

điện Do đó vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều Yêu cầu đặt ra là phải chọn số

lượng máy biến áp ít và công suất hợp lý mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho

các hộ tiêu thụ, dùng máy biến áp tự ngẫu và tận khả năng quá tải của máy biến áp,

không ngừng cải tiến cấu tạo của máy biến áp

Giả sử MBA được sản xuất tại Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh công suất

của MBA theo mỗi tổ máy

2.1.1 Tính phân bố công suất cho các MBA khi làm việc bình thường

Việc phân bố công suất cho các MBA cũng như cho các cấp điện áp của chúng

được tiến hành theo nguyên tắc cơ bản là: phân công suất cho MBA trong sơ đồ bộ

MPĐ-MBA hai cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ Phần thừa thiếu còn lại do

MBA liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát bằng công suất

thu, không xét đến tổn thất trong MBA Nguyên tắc trên được đưa ra để đảm bảo vận

hành đơn giản, không cần chọn MBA trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây loại

không điều chỉnh dưới tải, làm hạ vốn đầu tư đáng kể

Sau đây ta sẽ tính toán phân bố công suất cho MBA trong bộ MPĐ-MBA hai

cuộn dây và MBA liên lạc dựa theo nguyên tắc cơ bản trên

1.Các MBA bộ 2 cuộn dây B 3 ,B 4

Với các bộ MPĐ-MBA vận hành với phụ tải bằng phẳng, tức là cho phát hết

công suất từ 0 – 24 (h) lên thanh góp Khi đó công suất tải qua máy biến áp của

mỗi bộ được tính như sau :

riêng TD đmF

 SđmF : Công suất phát định mức của tổ máy, (MVA)

 S TD riêng 300(kVA)0,3(MVA): Công suất tự riêng của một tổ máy

Theo công thức (2.1) ta tính được công suất tải qua máy biến áp của mỗi bộ là:

)

(4,643,07,

S S

S Bo  đmF  TD riêng   

Phần công suất còn lại do các máy biến áp liên lạc đảm nhận

2 Phân bố công suất cho các cuộn dây của các MBA tự ngẫu B 1 ,B 2

Sau khi phân bố công suất cho MBA hai cuộn dây trong bộ MPĐ-MBA, phần

công suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận và được xác định trên cơ sở cân bằng

công suất, không xét đến tổn thất trong MBA

Phân bố công suất cho các phía của MBA tự ngẫu B1, B2 theo từng thời điểm

( )

(

) ( 2

1 ) (

2 ) ( 2

1 ) (

t S t S t S

t S t

S

S t

S t

S

CT CC

CH

VHT CC

bo UT

CT

(2.2)

Trong đó:

 SUT(t) - công suất phụ tải điện áp trung tại thời điểm t, (MVA)

 SCC(t), SCT(t), SCH(t) - công suất các phía cao, trung, hạ của MBA tại thời

điểm t, (MVA)

 SVHT(t) - công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, (MVA)

Áp dụng công thức (2.2) ta có bảng phân bố công suất các cuộn dây của MBA

liên lạc như sau:

Bảng 2.1 Bảng phân bố công suất của MBATN B 1 , B 2

2.1.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA

Công suất của các máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong

tình trạng làm việc bình thường ứng với phụ tải cực đại khi tất cả các máy biến áp đều

làm việc

Mặt khác khi có bất kỳ máy biến áp nào phải nghỉ do sự cố hoặc do sữa chữa thì

các máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố phải đảm bảo đủ công suất cần thiết

1.MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây

Ta chọn 2 MBA đều là loại 3pha hai dây quấn, không điều chỉnh dưới tải, có công

suất được chọn theo điều kiện :

SđmB ≥ SđmF (2.3)

Trong đó :

 SđmF : Công suất định mức máy phát, (MVA)

 SđmB : Công suất định mức máy biến áp ta chọn, (MVA)

Áp dụng để chọn máy biến áp ta có : SđmF = 64,7 ( MVA ).Vậy ta chọn được

máy biến áp tương ứng với từng cấp điện áp có mã hiệu và tham số như sau (Tra

Bảng 2.5 [Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp PGS.TS Phạm Văn

Tæn thÊt c«ng suÊt,

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của MBA B 3 , B 4

2 Chọn máy biến áp liện lạc

Do các máy biến áp liên lạc mang tải là không bằng phẳng nên ta phải dùng máy

có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải

Đối với máy biến áp tự ngẫu thì lõi từ cũng như các cuộn dây nối tiếp, chung, hạ

đều được thiết kiết theo công suất tính toán :

Stt = α.SđmB (2.4) Trong đó :

 α : Là hệ số có lợi của máy biến áp.( α=0,5)

 SđmB : Công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu, (MVA)

Để chọn được công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu trước hết phải xác

định được công suất tải lớn nhất trong suốt 24h của từng cuộn dây Gọi là công suất

thừa lớn nhất

Sthừamax = SđmF (2.5) Vậy công suất của máy biến áp tự ngẫu được tính như sau:

) ( 4 , 129 7 , 64 5 , 0

1 1

MVA S

S đmTN  đmF  



Vậy ta chọn MBA tự ngẫu là máy 3 pha có công suất 160 (MVA) tham số ghi

như trong bảng sau (Tra Bảng 2.6 [Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm

biến áp PGS.TS Phạm Văn Hòa&Th.s Phạm Ngọc Hùng])

Bảng 2.3 Bảng thông số kỹ thuật của MBATN B 1 , B 2

Kiểm tra điều kiện làm việc bình thường:

)(80

)(94,46

max

MVA S

MVA

S CC   đmB 

)(80

)(69,17

max

MVA S

MVA

S CT   đmB 

)(80

)(66,56

max

MVA S

MVA

S CH   đmB 

Kết luận: Vậy các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu đã chọn không bị quá tải

trong điều kiện làm việc bình thường

2.1.3.Kiểm tra khả năng quá tải của MBA khi có sự cố

Đối với máy biến áp hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA không cần kiểm

tra quá tải, bởi một trong hai phần tử máy phát hay máy biến áp bị sự cố thì cả bộ

ngừng làm việc, không thể xảy ra hiện tượng làm việc trong điều kiện sự cố

Còn đối với MBA liên lạc khi sự cố một trong các MBA trong sơ đồ thì MBA

liên lạc còn lại phải mang tải nhiều hơn cùng với sự huy động công suất dự phòng của

hệ thống thì mới có thể đảm bảo cung cấp công suất phụ tải các cấp cũng như phát về

hệ thống như lúc bình thường Quá tải sự cố tối đa cho MBA là 40% với điều kiện làm

việc không quá 6 giờ trong ngày và không được quá 5 ngày đêm liên tục

1 Sự cố 1: Hỏng bộ bên phía trung áp B4 tại thời điểm phụ tải phía trung là cực

đại

Ứng với : SUTmax = 164,71(MVA) tại thời điểm t = 17 ÷ 21 h ta có:

)(12,14

6,19(MVA)

S VHTUTmax=77,4(MVA)

STD

STD

Hình 2.2.Phân bố công suất các cuộn dây MBATN sự cố 1

Phân bố công suất khi sự cố:

)(345,564

59,212,14.2

17,644

12

1

)(155,504,6471,1642

12

1

max max

3 max

MVA S

S S

MVA S

S S

S

MVA S

S S

CT CH CC

TD UT

ĐP dmF

CH

boB UT

CT

Công suất được truyền từ hạ lên cao và lên trung, trường hợp này cuộn hạ mang

tải nặng nề nhất, tức là:

)(

345,56max

MVA S

S thua  CH SC Kiểm tra sự quá tải của máy biến áp theo điều kiện:

SC CH dmB

sc

K  

) ( 345 , 56 ) ( 112 160 5 , 0 4 ,

Vậy máy biến áp không bị quá tải

Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất:

S max 2.S  77,4 2.6,19 65,02(MVA) S 120(MVA)

Vậy khi hỏng máy biến áp B4 thì nhà máy vẫn làm việc bình thường

2.Sự cố 2: Hỏng máy biến áp tự ngẫu B2 tại thời điểm phụ tải phía trung cực đại

Ứng với : SUTmax = 164,71(MVA) tại thời điểm t = 17 ÷ 21 h ta có:

)(12,14

2

,64.2160.5,0.4,

Hình 2.3.Phân bố công suất các cuộn dây MBATN sự cố 2

Phân bố công suất khi sự cố:

)(93,494

59,212,147,644

1

)(91,354,64.271,164

2

max max

4 max

MVA S

S S

MVA S

S S

S

MVA S

S S

CT CH CC

TD UT

DP dmF CH

boB UT

93,49

max

MVA S

S thua  CH SC 

Kiểm tra sự quá tải của máy biến áp theo điều kiện:

SC CH dmB

sc

K  

) ( 93 , 49 ) ( 112 160 5 , 0 4 ,

Vậy máy biến áp không bị quá tải

Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất:

) ( 120 )

( 38 , 63 02 , 14 4 , 77

S

DP CC

UT VHT

Vậy khi hỏng máy biến áp B2 thì nhà máy vẫn làm việc bình thường

3.Sự cố 3: Hỏng máy biến áp tự ngẫu B2 tại thời điểm phụ tải phía trung cực

tiểu

Ứng với SminUT=115,29(MVA) tại thời điểm t = 0 ÷ 4 h ta có:

Ta có:

)(47,8

) ( 58 , 55 4

59 , 2 47 , 8 7 , 64 4

1

) ( 51 , 13 4 , 64 2 29 , 115

2

max min

min

MVA S

S S

MVA S

S S S

MVA S

S S

CT CH CC

TD UT

DP dmF CH

bo UT

CT

Dấu (-) cho thấy công suất truyền từ phía 110kV sang phía 220kV

Hình 2.4Phân bố công suất các cuộn dây MBATN sự cố 3

Qua phân bố công suất ta thấy công suất truyền từ trung đồng thời từ hạ lên cao

Trường hợp này công suất làm việc của máy biến áp bị giới hạn bởi phía hạ và phía

cao, tức là bị giới hạn bởi khả năng tải của cuộn hạ và cuộn nối tiếp

Trường hợp này cuộn nối tiếp mang tải nặng nhất và công suất của cuộn nối tiếp

được xác định gần đúng theo công thức:

)(545,3409,69.5,0

max

MVA S

S

S thua  nt SC  CC SC  

Kiểm tra điều kiện quá tải cuộn nối tiếp của máy biến áp theo điều kiện:

SC nt dmB

Kiểm tra điều kiện quá tải cuộn hạ của máy biến áp theo điều kiện:

SC CH dmB

sc

K  

)(

58,55)(

112160

.5,0.4,

Vậy các cuộn dây của máy biến áp không bị quá tải

Khi đó phụ tải hệ thống thiếu một lượng công suất:

) ( 120 )

( 26 , 14 09 , 69 83 , 54

min

MVA S

MVA S

S

Vậy khi hỏng máy biến áp tự ngẫu B2 thì nhà máy vẫn làm việc bình thường

Kết luận: Qua tính toán phân bố công suất ở trên ta thấy các máy biến áp đã

chọn ở Phương án I đạt yêu cầu

2.1.4 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp

1 Tính toán tổn thất điện năng trong sơ đồ bộ máy phát điện - máy biến áp 2

cuộn dây:

Tổn thất điện năng được xác định theo công thức:

8760

2 0

S

S P P

A

Trong đó:

Po : Tổn thất công suất không tải trong máy biến áp, kW

PN: Tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp, kW

SđmB: Công suất định mức của máy biến áp, MVA

Sbộ: Công suất truyền tài qua máy biến áp bộ MPĐ-MBA, MVA

Theo công thức (2.7) ta có:

Đối với máy biến áp B3, B4 cấp điện áp 110kV ta có:

.80

4,64.31,007,0

2 4

2 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu

Trong trường hợp nhà chế tạo chỉ cho biết trị số ΔPNCT thì được coi:

) ( 190 380 2

1 2

1

kW P

5,0

1901902

12

1

W)(1905

,0

1901903802

12

1

W)(1905

,0

1901903802

12

1

2 2

2 2

2 2

k P

P P

P

k P

P P

P

k P

P P

P

CT N

TH N CH N H

N

CH N TH N CT N T

N

TH N CH N CT N C

ΔPNC, ΔPNT, ΔPNH - tổn thất công suất ngắn mạch các cuộn cao, trung, hạ

ΔPNCT, ΔPNCH, ΔPNTH - tổn thất công suất ngắn mạch cao – trung, cao - hạ,

trung - hạ (nhà chế tạo cho)

α - hệ số có lợi của MBA tự ngẫu;   0,5

C

T C

U

U U



Tổn thất điện năng trong máy biến áp được xác định theo công thức:

)(697,1216

.365

8760

2 1

24

2 2

2

0 2

1

MWh A

A

t S

S P S

S P S

S P P

A

A

B B

i

H i H N dmB

T i T N dmB

C i C N B

Vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án I là:

)(348,7179)

977,2372697

,1216.(

2) (



2.1.5 Tính dòng cưỡng bức

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 bình thường Ibt và dòng cưỡng bức Icb Để

chọn các khí cụ điện và dây dẫn ta phải căn cứ vào hai giá trị dòng điện trên

110kV 220kV

 Đường dây kép nối nhà máy với hệ thống 220 kV dài 70 km

Dòng điện làm việc bình thường:

) ( 123 , 0 220 3 2

87 , 93

3 2

max

kA U

I cb  bt  

 Phía cao của máy biến áp liên lạc B1 và B2:

Chế độ làm việc bình thường: S bt  46,94(MVA)

Khi sự cố máy biến áp bên trung: S SC1 6,19(MVA)

Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu tại SUTmax: SSC2 14,02(MVA)

Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu tại SUTmin: S SC3  69,09(MVA)

)(181,0220.3

09,69

3

,,,

kA U

S S S S

)(123,0110.85,0.3.2

40

cos.3.2

Mạch đường dây đơn

)(123,0110.85,0.3

20

cos.3

3

max max

kA U

P U

S I



 Mạch máy biến áp bộ trong sơ đồ MPĐ-MBA hai cuộn dây B3, B4:

7,64



 Mạch máy biến áp liên lạc B1 và B2:

Chế độ làm việc bình thường: Sbt  17 , 96 ( MVA )

Khi sự cố máy biến áp bên trung: S SC1 50,155(MVA)

Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu tại SUTmax: SSC2  35 , 91 ( MVA )Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu tại SUTmin: S SC3 13,51(MVA)

)(263,0110.3

155,50

3

,,,

kA U

S S S S

7,64

S I

3

cos.3.2

3.2

max max

kA U

P U

S I

đm đm

ĐP kép

)(194,0097,0.2

I cb kép bt kép 

 Mạch đường dây đơn:

5,1

cos.3

3

max max

kA U

P U

S I

I

đm đm

ĐP don

cb don

Hình 2.6.Sơ đồ nối điện phương án II

2.2.1 Tính phân bố công suất cho các MBA khi làm việc bình thường

Việc phân bố công suất cho các MBA cũng như cho các cấp điện áp của chúng

được tiến hành theo nguyên tắc cơ bản là: phân công suất cho MBA trong sơ đồ bộ

MPĐ-MBA hai cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24 giờ Phần thừa thiếu còn lại do

MBA liên lạc đảm nhận trên cơ sở đảm bảo cân bằng công suất phát bằng công suất

thu, không xét đến tổn thất trong MBA Nguyên tắc trên được đưa ra để đảm bảo vận

hành đơn giản, không cần chọn MBA trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây loại

không điều chỉnh dưới tải, làm hạ vốn đầu tư đáng kể

Sau đây ta sẽ tính toán phân bố công suất cho MBA trong bộ MPĐ-MBA hai

cuộn dây và MBA liên lạc dựa theo nguyên tắc cơ bản trên

1.Các MBA bộ 2 cuộn dây B 1 ,B 4

Với các bộ MPĐ-MBA vận hành với phụ tải bằng phẳng, tức là cho phát hết

công suất từ 0 – 24 (h) lên thanh góp Khi đó công suất tải qua máy biến áp của

mỗi bộ được tính như sau :

riêng TD đmF

S   Trong đó :

 SB : Công suất tải qua máy biến áp của mỗi bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây,

(MVA)

 SđmF : Công suất phát định mức của tổ máy, (MVA)

 S TD riêng 300(kVA)0,3(MVA): Công suất tự dùng lớn nhất

Theo công thức (2.1) ta tính được công suất tải qua máy biến áp của mỗi bộ là:

)

(4,643,07,

S S

S Bo  đmF TD riêng   Phần công suất còn lại do các máy biến áp liên lạc đảm nhận

2 Phân bố công suất cho các cuộn dây của các MBA tự ngẫu B 2 ,B 3

Sau khi phân bố công suất cho MBA hai cuộn dây trong bộ MPĐ-MBA, phần

công suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận và được xác định trên cơ sở cân bằng

công suất, không xét đến tổn thất trong MBA

Phân bố công suất cho các phía của MBA tự ngẫu B1, B2 theo từng thời điểm

( )

(

) ( 2

1 ) (

) ( 2

1 ) (

t S t S t S

S t S t

S

S t S t

S

CT CC

CH

bo VHT

CC

bo UT

CT

Trong đó:

 SUT(t) - công suất phụ tải điện áp trung tại thời điểm t, (MVA)

 SCC(t), SCT(t), SCH(t) - công suất các phía cao,trung,hạ cả MBA tại thời

điểm t, (MVA)

 SVHT(t) - công suất phát về hệ thống tại thời điểm t, (MVA)

Áp dụng công thức (2.2) ta có bảng phân bố công suất các cuộn dây của MBA

liên lạc như sau:

Bảng 2.5 Bảng phân bố công suất của MBATN B 2 , B 3

2.2.2 Chọn loại và công suất định mức của MBA

Công suất của các máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong

tình trạng làm việc bình thường ứng với phụ tải cực đại khi tất cả các máy biến áp đều

là việc

Mặt khác khi có bất kỳ máy biến áp nào phải nghỉ do sự cố hoặc do sữa chữa thì

các máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố phải đảm bảo đủ công suất cần thiết

1.MBA hai cuộn dây trong sơ đồ bộ MPĐ-MBA hai cuộn dây

Ta chọn 2 MBA đều là loại 3pha hai dây quấn, không điều chỉnh dưới tải, khác

nhau về cấp điện áp và có công suất được chọn theo điều kiện :

SđmB ≥ SđmF Trong đó :

 SđmF : Công suất định mức máy phát, (MVA)

 SđmB : Công suất định mức máy biến áp ta chọn, (MVA)

Áp dụng để chọn máy biến áp ta có : SđmF = 64,7 ( MVA ) Vậy ta chọn được

máy biến áp tương ứng với từng cấp điện áp có mã hiệu và tham số như sau(Tra Bảng

2.5 và Bảng 2.6 [Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp PGS.TS Phạm Văn

Hòa&Th.s Phạm Ngọc Hùng])

Tæn thÊt c«ng suÊt,

Tæn thÊt c«ng suÊt,

Bảng 2.7 Bảng thông số kỹ thuật của MBA B 4

2 Chọn máy biến áp liện lạc

Do các máy biến áp liên lạc mang tải là không bằng phẳng nên ta phải dùng máy

có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải

Đối với máy biến áp tự ngẫu thì lõi từ cũng như các cuộn dây nối tiếp, chung, hạ

đều được thiết kiết theo công suất tính toán :

Stt = α.SđmB Trong đó :

 α : Là hệ số có lợi của máy biến áp.( α=0,5)

 SđmB : Công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu, (MVA)