thiết kế môn học nhà máy điện lời nói đầu Ngày nay, điện năng đợc sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống. Điện năng đợc sản xuất ra từ các nhà máy điện để cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Để đáp ứng nhu cầu phụ tải, cần phải xây dựng thêm nhiều nhà máy điện. Do đó việc nghiên cứu tính toán kinh tế kĩ thuật trong thiết kế xây dựng nhà máy điện là công việc hết sức cần thiết. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, cùng với những kiến thức chuyên ngành đã đợc học, em đã đợc giao thực hiện Đồ án thiết kế môn học Nhà máy điện với nhiệm vụ thiết kế phần điện của nhà máy nhiệt điện công suất 200 MW. Trong quá trình thiết kế, với sự tận tình giúp đỡ của các thày giáo trong bộ môn và các bạn trong lớp cùng với nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành đợc bản đồ án này. Tuy nhiên, do trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi có những thiếu sót. Em rất mong nhận đợc sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án này đợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn các thầy trong Bộ môn Hệ thống điện, đặc biệt là GS.TS. Lã Văn út và PGS.TS Nguyến Hữu Khái đã giúp em hoàn thành bản thiết kế đồ án môn học này. Hà nội, tháng 10 năm 2004 Sinh viên Nguyễn Tiến Quỳnh mục lục lời nói đầu 1 nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 1 - thiết kế môn học nhà máy điện mục lục 1 chơng i 4 1. chọn máy phát điện 5 2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 5 2.1. phụ tải cấp điện áp máy phát 5 2.2. phụ tải cấp điện áp trung 110kv 6 2.3. công suất phát của nhà máy 7 2.4. phụ tải tự dùng của nhà máy 8 2.5. công suất phát về hệ thống 9 3. Một số nhận xét chung 10 Chơng II 11 I. Đề xuất phơng án 11 1.1. Phơng án 1 12 1.2. Phơng án 2 13 13 1.3. Phơng án 3 13 1.4. Phơng án 4 14 II. tính toán chọn máy biến áp cho các phơng án 15 1. Phơng án 1 15 1.1. Chọn Máy Biến áp 15 1.2. Phân Bố Công Suất Cho Các MBA 16 1.3. Kiểm Tra Quá Tải Của Các MBA 17 1.4. Tính Tổn Thất Điện Năng 20 1.5. Tính Dòng Điện Cỡng Bức Của Các Mạch 22 2. Phơng án 2 23 23 2.1. Chọn máy biến áp 23 2.2. Phân Bố Công Suất Cho Các MBA 24 2.3. Kiểm Tra Quá Tải Của Các MBA 25 2.4. Tính Tổn Thất Điện Năng 27 2.5. Tính Dòng Điện Cỡng Bức Của Các Mạch 29 Chơng III 32 I. phơng án 1 32 1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán 32 2. xác định điện kháng của các phần tử 33 3. xác định dòng ngắn mạch 34 3.1. Ngắn mạch tại N-1 34 3.2. Ngắn mạch tại N-2 36 3.3. Ngắn Mạch Tại N-3 38 3.4. Ngắn mạch tại N-3 39 3.5. Ngắn Mạch Tại N-4 41 4. Chọn Máy Cắt Điện 41 II. phơng án 2 42 1. Xác định điểm ngắn mạch tính toán 42 nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 2 - thiết kế môn học nhà máy điện 2. xác định điện kháng của các phần tử 42 3. xác định dòng ngắn mạch 42 3.1. Ngắn mạch tại N-1 42 3.2. Ngắn mạch tại N-2 45 3.3. Ngắn Mạch Tại N-3 47 3.4. Ngắn mạch tại N-3 48 3.5. Ngắn Mạch Tại N-4 50 4. Chọn Máy Cắt Điện 51 Chơng IV 51 I. pHƯƠNG áN 1 53 1. Tính Vốn Đầu T Của Thiết Bị 53 1.1. Vốn Đầu T Mua Máy Biến áp 53 1.2. Vốn Đầu T Xây Dựng Các Mạch Thiết Bị Phân Phối 54 2. Tính Phí Tổn Vận Hành Hàng Năm 54 3. Chi Phí Tính Toán Của Phơng án 54 II. pHƯƠNG áN 2 54 1. Tính Vốn Đầu T Của Thiết Bị 54 1.1. Vốn Đầu T Mua Máy Biến áp 55 1.2. Vốn Đầu T Xây Dựng Các Mạch Thiết Bị Phân Phối 56 2. Tính Phí Tổn Vận Hành Hàng Năm 56 3. Chi Phí Tính Toán Của Phơng án 56 III. so sánh kinh tế - kỹ thuật chọn phơng án tối u 57 1. Kết Luận Về Tính Toán Kinh Tế 57 2. So Sánh Về Mặt Kỹ Thuật 57 3. Kết luận 57 Chơng V 57 1. Chọn dây dẫn Phụ tải cấp điện áp máy phát 58 1.1. Đờng Dây Kép 58 1.2. Đờng Dây Đơn 59 2. Chọn thanh dẫn, thanh góp 60 2.1. Chọn Thanh Dẫn Cứng 60 2.2. Chọn Dây Dẫn Và Thanh Góp Mềm Phía Trung áp 62 2.3. Chọn Dây Dẫn Và Thanh Góp Mềm Phía Cao áp 65 3. Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng 67 4. Chọn máy cắt điện 67 5. Chọn dao cách ly 68 6. Chọn kháng Điện phụ tải cấp điện áp máy phát 68 7. Chọn máy biến dòng Điện 71 7.1. Cấp Điện áp Máy Phát 71 7.2. Cấp Điện áp 110kV & 220kV 73 8. Chọn máy biến điện áp 73 8.1. Cấp Điện áp Máy Phát 73 8.2. Cấp Điện áp Cao Và Trung 75 Chơng VI 75 nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 3 - thiết kế môn học nhà máy điện 1. sơ đồ cung cấp điện tự dùng 75 2. chọn máy biến áp bậc một 76 2. chọn máy biến áp dự trữ 76 3. chọn máy biến áp công tác bậc hai 77 4. Chọn máy cắt Mạch tự dùng 77 4.1. Chọn MC - 1 77 4.2. Chọn MC - 2 77 tài liệu tham khảo 78 chơng i tính toán phụ tải và cân bằng công suất Chọn máy phát điện Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện là rất cần thiết đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định, tin cậy và đảm bảo chất lợng điện năng. Công suất do nhà máy điện phát ra phải cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải. Trong thực tế lợng điện năng luôn thay đổi do vậy ngời ta phải dùng ph- ơng pháp thống kê dự báo lập nên đồ thị phụ tải, nhờ đó định ra phơng pháp vận hành tối u, chọn sơ đồ nối điện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 4 - thiết kế môn học nhà máy điện 1. chọn máy phát điện Theo nhiệm vụ thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có công suất 200MW, gồm 4 máy phát điện 4 x 50MW, 8,0cos = , U đm = 10,5kV. Chọn máy phát điện loại 250TB có các thông số : bảng 1.1 S Fđm MVA P Fđm MW cos đm U Fđm kV I đm kA X d X d X d 62,5 50 0,8 10,5 5,73 0,135 0,3 1,84 2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất Xuất phát từ đồ thị phụ tải ngày ở các cấp điện áp theo phần trăm công suất tác dụng cực đại P max và hệ số công suất cos của phụ tải tơng ứng, ta xây dựng đợc đồ thị phụ tải các cấp điện áp và toàn nhà máy theo công suất biểu kiến. 2.1. phụ tải cấp điện áp máy phát Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm: 1 đờng dây kép x 3,2MW x 4km 6 đờng dây đơn x 1MW x 3km Phụ tải cấp điện áp máy phát có P UFmax = 9,2MW, cos = 0,8. Suy ra: MW5,11 8,0 2,9 cos P S maxUF maxUF == = Từ đồ thị phụ tải tính theo %P max , ta tính đợc nhu cầu công suất tại từng thời điểm trong ngày: maxUFUF maxUFUF S).t(p)t(S P).t(p)t(P = = Kết quả tính toán cho ta bảng cân bằng công suất cấp điện áp máy phát : bảng 1.2 Thời gian, h Công suất 0 - 6 6 - 10 10 - 14 14 -18 18 - 24 p, % 55 80 100 90 65 P UF , MW 5,06 7,36 9,2 8,28 5,98 S UF , MVA 6,325 9,2 11,5 10,35 7,475 Đồ thị phụ tải điện áp máy phát: nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 5 - thiết kế môn học nhà máy điện Hình 1.1 2.2. phụ tải cấp điện áp trung 110kv Phụ tải cấp điện áp trung bao gồm 1 đờng dây kép và 4 đờng dây đơn với công suất các mạch nh nhau. Phụ tải cấp điện áp trung có P UTmax = 110MW, cos = 0,8. Suy ra: MW5,137 8,0 110 cos P S UT maxUT maxUT == = Từ đồ thị phụ tải tính theo %P max , ta tính đợc nhu cầu công suất tại từng thời điểm trong ngày: maxUTUT maxUTUT S).t(p)t(S P).t(p)t(P = = Kết quả tính toán cho ta bảng cân bằng công suất cấp điện áp máy phát : bảng 1.3 Thời gian, h Công suất 0 - 4 4 - 10 10 - 14 14 -18 18 - 24 p, % 70 85 95 100 75 P UT , MW 77 93,5 104,5 110 82,5 S UT , MVA 96,25 116,875 130,625 137,5 103,125 Đồ thị phụ tải điện áp trung nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 6 - thiết kế môn học nhà máy điện Hình 1.2 2.3. công suất phát của nhà máy Nhiệm vụ thiết kế đã cho nhà máy gồm 4 tổ máy phát nhiệt điện có : P F = 50 MW, cos = 0,8. Do đó công suất biểu kiến của mỗi tổ máy là : MVA5,62 8,0 50 cos P S F F == = Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là: MW20050.4P4P FNM === MVA2505,62.4S4S FNM === Từ biểu đồ phát công suất của nhà máy, ta tính đợc công suất phát ra của nhà máy tại từng thời điểm trong ngày: NMNM NMNM S).t(p)t(S P).t(p)t(P = = Kết quả tính toán cho ta bảng cân bằng công suất phát của nhà máy: bảng 1.4 Thời gian, h Công suất 0 8 8 12 12 14 14 -20 20 24 p, % 70 90 100 85 70 P NM , MW 140 180 200 170 140 S NM , MVA 175 225 250 212,5 175 nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 7 - thiết kế môn học nhà máy điện Đồ thị phát công suất của nhà máy: Hình 1.3 2.4. phụ tải tự dùng của nhà máy Theo nhiệm vụ thiết kế phụ tải tự dùng của nhà máy chiếm 8% điện năng phát ra của nhà máy. Nh vậy lợng tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm trong ngày: += NM NM NMTD S )t(S .6,04,0.S.S trong đó: S NM : công suất đặt của nhà máy, MVA250S NM = : tự dùng nhà máy, %8= Kết quả tính toán cho ta bảng cân bằng công suất tự dùng của nhà máy: bảng 1.5 Thời gian, h Công suất 0 8 8 12 12 14 14 -20 20 24 S NM , MVA 175 225 250 212,5 175 S TD , MVA 16,4 18,8 20 18,2 16,4 Đồ thị phụ tải tự dùng: nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 8 - thiết kế môn học nhà máy điện Hình 1.4 2.5. công suất phát về hệ thống Nhà máy phát công suất lên hệ thống qua 2 lộ đờng dây 220kV, chiều dài mỗi lộ 80km. Công suất phát về hệ thống đợc xác định bằng biểu thức: ( ) TDUTUFNMVHT SSSSS ++= trong đó: NM S : công suất đặt của toàn nhà máy. Dựa vào các kết quả tính toán trớc ta tính đợc công suất phát về hệ thống của nhà máy tại từng thời điểm trong ngày. Kết quả tính ở trong bảng 1.6 bảng 1.6 Thời gian, h 0_4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 14_18 18_20 20_24 S NM , MVA 175 175 175 225 225 250 212,5 212,5 175 S UF , MVA 6,32 6,32 9,2 9,2 11,5 11,5 10,35 7,47 7,47 S UT , MVA 96,25 116,8 7 116,8 7 116,8 7 130,62 130,62 137,5 103,1 2 103,12 S TD , MVA 16,4 16,4 16,4 18,8 18,8 20 18,2 18,2 16,4 S VHT , MVA 56,02 35,4 32,52 80,12 64,07 87,87 46,45 83,7 48 nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 9 - thiết kế môn học nhà máy điện Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy: Hình 1.5 3. Một số nhận xét chung Về tính chất phụ tải ở các cấp điện áp: Ta thấy phụ tải phân bố không đều ở các cấp điện áp: MW110P MW2,9P maxUT maxUF = = %2,9100. 50 2/2,9 100. P 2/P dm.F UF == Phụ tải ở cấp điện áp máy phát nhỏ hơn 15% công suất của một tổ máy. Nhà máy không có phụ tải ở cấp điện áp cao. Nhà máy có đủ khả năng cung cấp cho phụ tải ở các cấp điện áp. Về vai trò của nhà máy đối với hệ thống: Công suất đặt của nhà máy: 4 x 50MW Công suất hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế): MVA2700S HT = Dự trữ công suất hệ thống là 15%, tức: MVA4052700%.15S DT == Công suất cực đại nhà máy phát lên hệ thống là: MVA875,87S maxVHT = tức là chiếm %7,21100. 405 875,87 = công suất dự trữ quay của hệ thống và chiếm %25,3100. 2700 875,87 = công suất toàn hệ thống. Khả năng phát triển của nhà máy trong tơng lai nguyễn tiến quỳnh lớp htđ - F - K45 - 10 - S NM S UF S UT S TD S VHT [...].. .thiết kế môn học nhà máy điện Nhà máy có khả năng mở rộng trong tơng lai và tăng lợng công suất phát về hệ thống và đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải Chơng II CHọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những khâu quan trọng nhất trong việc tính toán thiết kế nhà máy điện Các phơng án đề xuất phải đảm bảo cung cấp điện liên tục, tin cậy... khả thi và tính kinh tế I Đề xuất ph ơng án Từ kết quả tính toán ở chơng I ta có một số nhận xét sau: nguyễn tiến quỳnh - 11 - lớp htđ - F - K45 thiết kế môn học nhà máy điện Đây là nhà máy nhiệt điện, phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ hơn 15% công suất của nhà máy điện, nên không dùng thanh góp điện áp máy phát Phụ tải tự dùng lấy từ đầu cực máy phát Do các cấp điện 220kV và 110kV đều có trung tính... K45 thiết kế môn học nhà máy điện Chơng III Tính toán dòng điện ngắn mạch Tính toán dòng điện ngắn mạch nhằm phục vụ cho việc lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua nh máy cắt điện, dao cách ly, kháng điện, thanh dẫn, thanh góp, cáp Để tính đợc dòng điện ngắn mạch, trớc hết ta sẽ chọn điểm ngắn mạch tính toán, rồi lập sơ đồ thay thế, tính điện kháng các phần tử, chọn các đại... phơng án 1 và phơng án 2 để tính toán kinh tế và kỹ thuật nhằm chọn đợc sơ đồ nối điện tối u cho nhà máy điện II tính toán chọn máy biến áp cho các ph ơng án 1 Phơng án 1 220kV B2 B1 F1 110kV B3 B4 F3 F2 F4 1.1 Chọn Máy Biến áp Chọn MBA 2 cuộn dây B3, B4 Máy biến áp hai dây quấn B3, B4 đợc chọn theo điều kiện: SB3dm = SB 4 dm SFdm nguyễn tiến quỳnh - 15 - lớp htđ - F - K45 thiết kế môn học nhà máy điện. .. 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 Phụ tải địa phơng UF đợc cung cấp điện qua hai máy biến áp nối với hai cực máy phát điện F1, F2 Ưu điểm:... cuộn dây, ta cho phát hết công suất từ 0 - 24h lên thanh góp, tức là làm việc liên tục với phụ tải bằng phẳng Khi đó công suất tải qua mỗi máy biến áp bằng: ii Đối với máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 - Công suất qua cuộn dây điện áp cao đợc phân bố theo biểu thức sau : 1 SB.C = Sht 2 nguyễn tiến quỳnh - 16 - lớp htđ - F - K45 thiết kế môn học nhà máy điện - Công suất qua cuộn dây điện trung đợc phân bố theo... 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 Nhợc điểm: - Tổn thất công suất lớn khi STmin nguyễn tiến quỳnh - 12 - lớp htđ - F - K45 thiết kế môn học nhà máy điện 1.2 Phơng án 2 220kV B1 B3 TD F3 F1 110kV B2 F2 B4 F4 Nhận xét: Phơng án 2 khác với phơng án 1 ở chỗ chỉ có một bộ máy phát điện máy biến... F - K45 thiết kế môn học nhà máy điện Nhà máy dùng bốn bộ máy phát máy biến áp nối vào thanh góp 110kV và dùng hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc giữa các cấp điện áp và cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát Ưu điểm: - Đảm bảo cung cấp điện liên tục - Do tất cả các máy biến áp đều nối về phía 110kV nên giảm đợc vốn đầu t so với phơng án 1 Nhợc điểm: - Do tất cả các máy biến áp đều nối vào phía... thêm một bộ máy phát điện - máy biến áp 2 cuộn dây Phụ tải địa phơng UF đợc cung cấp điện qua hai máy biến áp nối với hai cực máy phát điện F1, F2 Ưu điểm: - Bố trí nguồn và tải cân đối - 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 Nhợc điểm: - Có một bộ máy phát điện - máy biến áp... 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 ST max / ST min = 130,625 / 96,25 mà SđmF = 62,5 MVA, cho nên ghép 1 đến 2 bộ máy phát điện - máy biến áp hai cuộn dây bên trung áp Với các nhận xét trên ta có các phơng án nối điện cho nhà máy nh sau: 1.1 Phơng án 1 220kV B2 B1 F1 110kV B3 B4 F3 F2 F4 Nhận xét: Phơng án này có