Đồ án tốt nghiệp Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 1 LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng theo cách nhìn tổng quát là rất rộng lớn, là vô tận. Tuy nhiên, nguồn năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay đang càng trở nên khan hiếm và trở thành một vấn đề lớn trên thế giới. Đó là bởi vì để có năng lượng dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lượng sơ cấp phải trải qua nhiều công đoạn như khai thác, chế biế n vận chuyển và phân phối. Các công đoạn này đòi hỏi nhiều chi phí về tài chính, kỹ thuật và các ràng buộc xã hội. Hiệu suất các công đoạn kể từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối cùng nói chung là thấp. Vì vậy đề ra lựa chọn và thực hiện các phương pháp biến đổi năng lượng từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng l ượng cuối cùng để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất là một nhu cầu và cũng là nhiệm vụ của con người. Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng, bao gồm các nhà máy điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng sơ cấp như : than, dầu, khí đốt, thủy năng, . thành điện năng. Hiện nay ở nước ta lượng điện năng sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỷ trọng lớn như trong những năm thập kỷ 80 của thế kỷ trước. Tuy nhiên, với thế mạnh nguồn nguyên liệu như ở nước ta, tính chất phụ tải đáy của nhà máy nhiệt đ iện, và hạn hán . thì trong các năm tới đây sẽ xây dựng và đưa và sử dụng hàng loạt các nhà máy nhiệt điện chạy thanh ở miền Bắc nước ta. Trong bối cảnh đó, thiết kế phần điện nhà máy điện và tính toán vận hành tối ưu của nhà máy điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành H ệ thống điện trước khi thâm nhập vào thực tế. Với yêu cầu như vậy, đồ án môn học được hoàn thành gồm bản thuyết minh này (gồm 6 chương) kèm theo các bản vẽ phần nhà máy nhiệt điện. Các chương này trình bày toàn bộ quá trình tính toán từ chọn máy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy, đề 2 xuất các phương án nối điện, tính toán kinh tê - kỹ thuật, so sánh lựa chọn phương án tối ưu đến chọn khí cụ điện cho các phương án được lựa chọn. Phần này có kèm theo 1 bản vẽ A 0 . Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cảm ơn GS. TS Lã Văn Út cùng các thày cô trong bộ môn Hệ thống điện đã hướng dẫn một cách tận tình để em có thể hoàn thành bản đồ án này. CHƯƠNG I . TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 3 Việc cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện là một điều vô cùng cần thiết. Điện năng do nhà máy điện phát ra phải cân bằng với điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện và lượng điện năng tổn thất. Trong thực tế lượng điện năng luôn luôn thay đổi do vậy người ta phải dùng phương pháp thống kê d ự báo lập nên đồ thị phụ tải nhờ đó có thể lấp nên phương thức vận hành hợp lý,chọn sơ đồ nối điện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. 1.1 Chọn máy phát điện. Nhà máy điện gồm bốn máy phát, công suất mỗi máy là 50 MW. Ta sẽ chọn các máy phát cùng loại, điện áp định mứ c bằng 10,5 kV. Bảng 1.1. Bảng tham số máy phát điện. Loại máy phát Thông số định mức Điện kháng tương đối TBϕ-50-2 n v/ph S MVA P MW U kV cosϕ I kA X’’ d X’ d X d 3600 62,5 50 10,5 0,8 5,73 0,135 0,3 1,84 1.2 Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Từ bảng phụ tải ngày ta xây dựng đồ thị phụ tải của các cấp điện áp Ta áp dụng công thức: P t =P%.P max S t = ϕcos P t 1.2.1Tính toán phụ tải và cân bằng công suất nút điện áp máy phát Ta có: P max =14,2 MW cosϕ = 0,8 Phụ tải bao gồm các đường dây: 4 đơn x 1,8MW x 3km; 2 kép x 3,5 MW x 4km Ta tính theo công thức: 4 maxUFUF P. 100 )t%(P )t(P = ϕ = cos )t(P )t(S UF UF Ta có bảng: Thời gian(h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 P UF % 60 75 100 85 70 S UF MVA 10,65 13,31 17,75 15,98 12,43 Từ bảng ta có đồ thị phụ tải địa phương : 1.2.2.Tính toán phụ tải và cân bằng công suất cấp điện áp trung P max =80 MW cos ϕ =0,8 Phụ tải gồm các đường dây: 1 kép + 4 đơn S max =P max /cos ϕ =80/0.8=100 MVA Ta có bảng: Thời gian (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 P UT % 70 90 85 100 70 Phô t¶i cÊp ®iÖn ¸p m¸y ph¸t 0 6 10 14 18 24 S UF [MWA] t, [h] 10,65 13,31 17,75 15,98 12,43 5 S UT MVA 112.5 135 127.5 150 120 Từ bảng ta có đồ thị: 1.2.3.Công suất phát toàn nhà máy Công suất đặt toàn nhà máy 250 MVA Số lượng máy phát: 4 tổ P đmF =50 MW; cos ϕ =0.8 Ta có bảng: Thời gian(h) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 P NM % 75 90 100 85 70 S NM MVA 187,5 225 250 212,5 175 Ta có đồ thị phụ tải t, [h] [MWA] UT S 2418141040 Phô t¶i cÊp ®iÖn ¸p trung 70 90 85 100 70 6 1.2.4.Công suất tự dùng toàn nhà máy Công suất tự dùng của nhà máy cho bởi công thức: S tdt =αS NM .(0,4+0,6.S t /S NM ) Trong đó: S tdt : Phụ tải tự dùng tạ thời điểm t S NM : ông suất đặt toàn nhà máy S t : Công suất của nhà máy phát ra tại thời điểm t α: Số phần trăm lượng điện tự dùng Ta có: P NM =200 MW → S NM = 250 8.0 200 = MVA α=8% Ta có bảng : Thời gian(h) 0-8 8-12 12-14 14-20 20-24 Công suất % 75 90 100 85 70 S td MVA 75 18,8 20 18,2 16,4 Ta có đồ thị: Phô t¶i toμn nhμ m¸y ®iÖn 0 8 12 14 20 24 S NM [MWA] t, [h] 187,5 225 250 212,5 175 7 1.2.5.Cân bằng công suất và toàn nhà máy và xác định công suất phát vào hệ thống . Bỏ qua tổn thất công suất, từ phương trình cân bằng công suất ta có: S NM =S td (t) + S UF (t) + S T (t) + S HT (t) ⇒S HT =S NM (t) – [S td (t) + S đp (t) + S T (t)] Ta có bảng: Thời gian (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 S NM (t) 187,5 187,5 187,5 225 225 250 215,5 212,5 175 S td (t) 17 17 17 18,8 18,8 20 18,2 18,2 16,4 S UF (t) 10,65 10,65 13,31 13,31 17,75 17,75 15,98 12,43 12,43 S T (t) 70 90 90 90 85 85 100 70 70 S HT (t) 89,85 69,85 67,19 102,9 103,5 127,3 78,33 111,9 76,18 Ta có sơ đồ: t, [h] [MWA] TD S 2420141280 Tù dïng cña nhμ m¸y ®iÖn 17 18,8 20 18,2 16,4 8 1.3.Chọn sơ đồ nối điện chính Chọn sơ đồ nối điện chính là một khâu quan trọng. Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu dùng điện, thể hiện được tính khả thi và kinh tế. Cơ sở để vạch ra các phương án là bảng phụ tải tổng hợp, đồng thời tuân theo những yêu cầu kỹ thuật chung. Vớ i nhiệm vụ thiết kế đặt ra nhà máy gồm có 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất đặt là 50 MW. Theo kết quả tính toán ta có: +Phụ tải cấp điện áp máy phát: S UFmax =17,75 MVA; S UFmin =10,65 MVA +Phụ tải cấp điện áp trung: S Tmax =100 MVA; S Tmin =70 MVA +Phụ tải tự dùng: S tdmax =20 MVA; S tdmin =16,4 MVA +Phụ tải phát vào hệ thống: C«ng suÊt ph¸t vμo hÖ thèng 0 8 12 14 20 24 S HT [MWA] t, [h] 6 4 10 18 69,85 67,19 102,9 103,5 127,3 119,9 78,33 76,18 89,85 9 S HTmax =127,3 MVA; S HTmin =67,19 MVA Ta có: %2,14 5,62.2 75,17 S.2 S MF maxUF == <15% nên ta không dùng thanh góp điện áp máy phát. Phụ tải địa phương và tự dùng lấy từ đầu cực của máy phát. Do các cấp điện áp 220kV và 110kV là lưới đều có trung tính nối đất trực tiếp, mặt khác hệ số có lợi α=0,5 nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống. Do S Tmax /S Tmin =100/70 mà S đmF =62,5 MVA, cho nên ghép 1 đến 2 bộ máy phát điện-máy biến áp hai cuộn dây bên trung áp. Không nối bộ hai máy phát với một máy biến áp vì công suất của một bộ như vậy sẽ lớn hơn dự trữ quay của hệ thống. Với các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau: 1.Phương án 1 F1 ~ ~ ~ ~ F2 F3 F4 TD+ĐP TD+ĐP TD TD B1 B2 B3 B4 220 kV 110 kV [...]... thống vào thời điểm này khi vận hành bình thường thì lượng công suất thiếu hụt là: Sth= 78,33-54,75 = 23,58 MVA 220 kV 110 kV 2,75 62,5 42,5 B3 B4 B1 B2 39,75 ~ F4 TD ~ F1 TD ~ F2 TD ~ F3 TD 23 2.2.3 .Tính tổn thất điện năng Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 phần: -Tổn thất sắt không phụ thuộc vào phụ tải của máy biến áp và bằng tổn thất không tải của nó -Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải. .. X4 Theo tính toán như trên ta có: X1=0,0647 X2=0,046 X3=0,189 X4=0,191 Biến đổi sơ đồ ta có: HT X5 X6 N2 NM X5=X1+X2=0,0647+0,046=0,1107 X X 0,189.0,191 X6= 3 4 = = 0,095 X 3 + X 4 0,189 + 0,191 Tính toán dòng ngắn mạch: +Nhánh hệ thống: S 2200 = 2,4354 Điện kháng tính toán: XttHT= Χ 5 HT = 0,1107 Scb 100 Tra đường cong tính toán ta được: Ι 0 = 0,43 Ι ∞ = 0,47 Vậy giá trị dòng ngắn mạch nhánh hệ thống... Để tính toán dòng ngắn mạch trong đồ án thiết kế này ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp định mức trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình Ucb=Utb các cấp Công suất cơ bản Scb=100MVA A.PHƯƠNG ÁN 1 I.Chọn điểm ngắn mạch Chọn điểm ngắn mạch ở từng cấp điện áp sao cho dòng ngắn mạch tại đó là cực đại ứng với cấp đó Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán: ... máy phát điện - máy biến áp ta cho phát hết công suất từ 0-24 giờ lên thanh góp, tức là bộ này làm việc với phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua máy biến áp mỗi bộ được tính: SB3=SB4= SdmF − S td max 20 = 62,5 − = 57,5 MVA 4 4 Tổng công suất của hai máy: SB3+SB4=2.57,5=115 MVA b)Phân bố công suât trên máy biến áp B1 và B2 -Phía điện áp cao 220kV: Công suất của cuộn dây điện áp cao được phân bố... nhất để chọn khí cụ điện và tính toán ổn định động thanh dẫn đầu cực máy phát Điểm ngắn mạch tính toán là N4 có nguồn cung cấp là hệ thống và mọi máy phát II.Lập sơ đồ thay thế 1.Sơ đồ thay thế EHT XHT XD XC N2 N1 XC XH N3 XB110 XH N4 XF XB110 XF N5 XF XF 27 2.Xác định các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản Ta chọn Scb=100MW, Ucb=Uđm của các cấp điện áp -Điện kháng của hệ thống: S 100... B2 B3 34 N3 N5 HT II.Lập sơ đồ thay thế 1.Sơ đồ thay thế XHT XD XB220 XC N1 XC XH N3 XF N2 XB110 XH N4 XF XF N5 XF 2.Xác định các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản -Điện kháng của máy biến áp B1 U % S 11 100 Χ B 220 = N cb = = 0,138 100 S dmB 100 800 Các đại lượng còn lại chọn như phương án 1 3 .Tính toán dòng ngắn mạch a.Điểm ngắn mạch N1 Sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch: X1 N1 XF... việc với công suất định mức thì công suất đưa vào phía hạ của máy biến áp B3 là: SHB3=SđmF- S td max − Smf = 62,5 − 5 − 17,75 = 39,75 MVA 4 Công suất truyền từ phía cao của máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp cao áp: SCB3= SHB3-STB3 = 39,75-42,5= -2,75 MVA Vậy công suất luôn lấy từ hệ thống xuống Lượng công suất phát lên hệ thống: SHT = SCB3+SđmF-Stdmax/4 = 62,5-2,75-5 = 54,75 MVA So với công suất phát... STB2=STmin-(SB3+SB4)=70-115= -45 MVA Lượng công suất này nhỏ hơn công suất định mức của cuộn dây điện áp trung áp như ta đã tính Do đó các máy biến áp đã chọn không bị quá tải Khi đó nếu máy phát F2 phát công suất định mức thì cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu sẽ tải một lượng công suất là: SHB2=SđmF- S tdmax − SUF max = 62,5 − 5 − 17,75 = 39,75 MVA 4 Công suất qua cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu lên... - Công suất truyền tải từ cao sang trung qua máy biến áp tự ngẫu nhỏ nên tổn thất công suất nhỏ - Đảm bảo về mặt kỹ thuật, cung cấp điện liên tục - Vận hành đơn giản +Nhược điểm: Có một bộ máy phát điện - máy biến áp bên cao nên đắt tiền hơn 11 CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, công suất của chúng rất lớn, bằng khoảng 4 đến 5 lần công. .. (1,625 và 2,75) Icb(6) = ⇒ 2,75 = 0,007 (kA) 3.220 Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất bên trung là : Icbmax(cao) = 0,334 (kA) CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH Mục đích tính ngắn mạch là để phục vụ cho việc chọn các khí cụ điện (DCL,MC ) và các phần có dòng điện chạy qua (cáp, dây dẫn) theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch Dòng ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện và dây . trình tính toán từ chọn máy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy, đề 2 xuất các phương án nối điện, tính. tận tình để em có thể hoàn thành bản đồ án này. CHƯƠNG I . TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 3 Việc cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện là