Đồ án Thiết kế điện cho Nhà máy nhiệt điện công suất 220kw

7-20 2 cuộn dây T SBbộ 64,625 64,625 64,625 64,625 64,625 64,625 Tự ngẫu C SCC 15,321 29,819 25,113 34,772 8,262 17,797 T SCT 38,637 48,296 48,296 68,637 38,637 17,797 H SCH 53,958 78,115 73,409 73,409 46,899 51,604 2. Tính tổn thất điện năng của máy biến áp. a) Đối với máy biến áp ghép bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây Công thức tính tổn thất điện năng như sau: t S SPtPA Bdm B NB ... 2 2 0 Δ+Δ=Δ (2-7) trong đó : ΔP0, ΔPN- tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của MBA SBđm- Công suất định mức của máy biến áp. t- Thời gian vận hành của máy biến áp trong năm 20 Do máy biến áp B3, B4 vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng suốt cả năm và công suất truyền tải qua là SB = 64,625 MVA và t = 8760 h Máy biến áp ghép bộ phía trung áp: → 32 2 3B 10.295,23858760.80 625,64.3108760.70A =+=Δ (kW) Máy biến áp ghép bộ phía cao áp: → 32 2 4B 10.059,25308760.80 625,64.3208760.80A =+=Δ (kW) b) Đối với máy biến áp tự ngẫu biến áp pha ∑ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Δ+Δ+Δ+Δ=Δ −−− i Bdm iH HN Bdm iT TN Bdm iC CN tS SP S SP S SPtPA .....365. 2 2 2 2 2 2 0 (2-8) trong đó : SiC, SiT, SiH- công suất tải qua cuộn cao, cuộn trung và cuộn hạ áp của máy biến áp tự ngẫu ΔPN-C, ΔPN-T, ΔPN-H- tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây điện áp cao, trung, hạ áp của máy biến áp tự ngẫu được tính theo các công thức sau: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Δ+Δ+Δ−=Δ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Δ+Δ−Δ=Δ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Δ−Δ+Δ=Δ −− −− −− −− −− −− 2 . 2 . . 2 . 2 . . 2 . 2 . . .5,0 .5,0 .5,0 αα αα αα HTNHCN TCNHN HTNHCN TCNTN HTNHCN TCNCN PPPP PPPP PPPP (2-9) Cho ΔPN.C-T = 380 (kW) → ΔPN.T-H = ΔPN.C-H = 0,5.ΔPN.C-T = 190 (kW) Từ đó ta tính được: ΔPN-C = ΔPN-T = 190 (kW) ΔPN-H = 570 (kW) ⎢⎢⎣ ⎡ +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++=Δ=Δ 8. 160 958,53.570 160 637,38.190 160 321,15.190.3658760.85AA 2 2 2 2 2 2 2B1B +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++ 2. 160 409,73.570 160 296,48.190 160 113,25.1904. 160 115,78.570 160 296,48.190 160 819,29.190 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++ 2. 160 899,46.570 160 637,38.190 160 262,8.1904. 160 899,46.570 160 637,38.190 160 772,34.190 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4. 160 604,51.570 160 807,33.190 160 797,17.190 2 2 2 2 2 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++ =1558,733 (MWh) Như vậy tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp của phương án 2 là : ΔA2 = ΔAB1 + ΔAB2 + ΔAB3 +ΔAB4 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 21 ΔA2 = 2385,295.103 +2530,059.103+ 2.1558,733.103 = 8032,82.103 (kWh) 3. Tính dòng điện cưỡng bức của mạch ở điện áp cao, trung, hạ. a) Các mạch phía 220 kV - Đường dây kép nối vào hệ thống: 352,0 230.3 168,134 U.3 S I dm maxVHT)1( cb === (kA) - Bộ MFĐ - MBA B4: 189,0 220.3 75,68.05,1 U.3 S .05,1I dm Fdm)10( cb === (kA) - Phía cao áp máy biến áp liên lạc B1, B2: + Lúc bình thường: SCCmax = 34,772 (MVA) + Lúc sự cố 1 bộ bên trung: SCCB1 = SCCB2 = -7,201 (MVA) + Lúc sự cố 1 MBA liên lạc: SCC =50,226 (MVA) 132,0 220.3 226,50 U.3 S I dm maxCC)2( cb === (kA) Vậy Icb(2) = 0,132 (kA) Vậy Icb(220) = 0,352 (kA) 22 b) Các mạch phía 110 khu vực - Đường dây kép cấp cho phụ tải trung áp 155,0 110.3.88,0 30 U.3.cos P 2 1I max)3(bt ==ϕ= (kA) → Icb = 0,31 (kA) - Đường dây đơn cấp cho phụ tải trung áp (không có tình trạng cưỡng bức) 167,0 110.3.88,0 28 U.3.cos P I max)4(bt ==ϕ= (kA) - Phía trung áp máy biến áp liên lạc B1, B2: + Lúc bình thường: SCTmax = 48,296 (MVA) + Sự cố 1 bộ bên trung: SCTmax = 48,296 (MVA) + Sự cố 1 MBA B1(B2): SCTmax =31,966 (MVA) 253,0 110.3 296,48 U.3 S I dm maxCT)5( cb === (kA) Vậy dòng cưỡng bức: Icb(5) = 0,253 (kA) - Bộ MFĐ - MBA B3: 379,0 110.3 75,68.05,1 U.3 S .05,1I dm Fdm)6( cb === (kA) Vậy Icb(110) = 0,379 (kA) c) Các mạch phía 10,5 kV - Mạch máy phát: 292,2 5,10.3 75,68.05,1 U.3 S .05,1I dm Fdm)9( cb === (kA) - Phía hạ áp máy biến áp liên lạc B1, B2: + Lúc bình thường: SCHmax = 41,065 (MVA) + Sự cố 1 bộ bên trung: SCHB1 = SCHB2 = 41,096 (MVA) + Sự cố 1 MBA liên lạc: SCH = 82,192 (MVA) Vậy Icb(6) = 4,519 (kA) - Dòng cưỡng bức qua kháng điện phân đoạn: + Lúc bình thường: không có dòng công suất chạy qua kháng điện + Sự cố 1 máy phát điện: SKmax = 36,971 (MVA) + Sự cố 1 MBA liên lạc: SKmax = 71,65 (MVA) Vậy Icb(8) = 3,94 (kA) Vậy Icb(10,5) = 4,195 (kA) Bảng tổng kết dòng điện cưỡng bức các mạch của phương án 2: ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 23 Bảng 3- 4 Cấp điện áp, kV 220 110 10,5 Dòng điện cưỡng bức, kA 0,352 0,379 4,195 4. Tính toán kinh tế kỹ thuật a. Chọn sơ bộ máy cắt và dao cách ly Chọn máy cắt và dao cách ly theo điều kiện (4-7) giống như phương án I b. Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối Giống phương án I c. Tính vốn đầu tư : Làm tương tự phương án I ta được. Vốn đầu tư cho máy biến áp gồm có 2 máy biến áp tự ngẫu và 2 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn là: VB = 2.1,4. 205.103 + 2.1,4.100.103 = 854.103 (Rúp) Hay VB = 34,16.109 (VNĐ) Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối gồm có : Phía cao áp (220KV) có 4 mạch Phía trung áp (110KV) có 5 mạch Phía hạ áp (10,5KV) có 3 mạch VTBPP = (4.63,2 + 5.21 + 3.25,5).103 = 434,3.103 (Rúp) B1 220kV 110kV ~ F1 ~ F2 B2 ~ B3 F3 ~ B4 F4 24 Hay VTBPP = 17,372.109 (VNĐ) Như vậy tổng vốn đầu tư là : V2 = 34,16.109 + 17,372.109 = 51,532.109 (VNĐ) 5. Tính chi phí vận hành hàng năm : Tính tương tự phương án I ta có 6392 10.1,8345,82.108032.50010.532,51.100 4,8P =+= (VNĐ) Kết luận: Từ các phần trên ta có bảng so sánh giữa 2 phương án về mặt kinh tế như sau: Bảng 3- 5 Phương án Vốn đầu tư (x106 VNĐ) Chi phí vận hành (x106 VNĐ) I 46840 7450,5 II 51532 8345,1 Vậy phương án I là phương án tối ưu nên ta giữ lại phương án I để tính toán ngắn mạch. Chương 4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH I. CHỌN ĐIỂM NGẮN MẠCH Chọn điểm ngắn mạch tính toán sao cho dòng ngắn mạch lớn nhất có thể có, tất cả các nguồn phát cùng làm việc. Ở cấp UC và UT do thang thiết bị lớn, dòng ngắn mạch nhỏ, thường chỉ chọn một loại máy cắt nên ta chỉ tính một điểm ngắn mạch: N1, N2 trên thanh góp, nguồn cung cấp là toàn bộ máy phát điện của nhà máy và hệ thống. Ở cấp UF: tính các điểm ngắn mạch như sau: Trong phạm vi đồ án môn học ta chỉ cần tính toán ngắn mạch ở điểm sự cố nặng nề nhất N6 : - Mạch máy phát điện tính 2 điểm ngắn mạch N5 và N5’ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 25 + Khi tính N5 coi như F2 nghỉ (F2 không cung cấp dòng ngắn mạch) nguồn cung cấp là hệ thống và tất cả các máy phát điện còn lại. + Khi tính N5’ chỉ kể thành phần do F2 cung cấp. - Mạch tự dùng tính điểm ngắn mạch N6 với nguồn cung cấp là các máy phát điện và hệ thống (Thực ra có thể lấy IN6 = IN5 + IN5’) Trong phạm vi đồ án môn học ta chỉ cần tính toán ngắn mạch ở điểm sự cố nặng nề nhất. Sơ đồ chọn các điểm ngắn mạch tính toán như sau: N1 N2 N3 N6 N4 N5 N5 ' II. LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ N5' N1 XB3 XF F3 XB4 XF F4 XF F1 XF F2 N5 N6 XC XH XC XH HT XHT XD N2 26 Chọn hệ tương đối cơ bản: Scb = 100 MVA Ucb = Utb = 230/115/10,5 kV cb cb cb U.3 S I = ⇒ Icb1 = 0,251 kA Icb2 = 0,5 kA Icb3 = 5,5 kA - Điện kháng của hệ thống điện: Nhiệm vụ thiết kế đã cho điện kháng tương đối định mức thứ tự thuận của hệ thống là XHT1 = 1,2 và công suất định mức của hệ thống SHTđm = 2100 MVA. Do đó điện kháng của hệ thống qui đổi về lượng cơ bản là: 057,0 2100 100.2,1 S S .XX mdHT cb HT1HT === - Điện kháng của máy phát điện: Các máy phát điện đã cho là loại TBΦ-55-2 cực ẩn và có điện kháng siêu quá độ dọc trục là Xd’’ = 0,123. Do đó điện kháng qui đổi về lượng cơ bản là: 179,0 75 100.123,0 S S .XX Fdm cb'' dF === - Điện kháng của đường dây 220kV: 038,0 230 100.100.4,0. 2 1 U S .l.x. 2 1X 2 1 2 cb cb 0D === - Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây: 131,0 80 100. 100 5,10 S S 100 %U Bdm cbN 3 ===BX - Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu. UN-C% = 0,5.(UN.C-T + UN.C-H - UN.T-H) = 0,5.(11 + 32 - 20) = 11,5 UN-T% = 0,5.(UN.C-T + UN.T-H - UN.C-H) = 0,5.(11 + 20 - 32) = - 0,5 ≈ 0 UN-H% = 0,5.(UN.C-H + UN.T-H - UN.C-T) = 0,5.(32 + 20 - 11) = 20,5 Điện kháng qui đổi của máy biến áp tự ngẫu ba pha về lượng cơ bản: 072,0 160 100. 100 5,11 S S . 100 U X dm cbCN C === − 0 S S . 100 U X dm cbTN T == − 128,0 160 100. 100 5,20 S S . 100 U X dm cbHN H === − - Điện kháng qui đổi của kháng điện phân đoạn ở thanh góp điện áp máy phát: ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 27 H X1 N1 X1 X1 F3 N1 HT X1 X14 55,0 6,0 5,5. 100 6. 100 % === Kdm cbK K I Ixx III. TÍNH DÒNG NGẮN MẠCH THEO ĐIỂM 1. Điểm ngắn mạch N1 Sơ đồ thay thế dùng để tính toán điểm nhắn mạch N1 như sau: Do tính đối xứng của sơ đồ so với điểm ngắn mạch nên không có dòng qua kháng nên ta có thể bỏ qua kháng điện trong sơ đồ thay thế. Đặt các điện kháng như sau: X1 = XHT + XD = 0,057 + 0,038 = 0,095 X2 = X3 = XC = 0,072 X4 = X5 = XT = 0 X6 = X7 = XH + XF = 0,179 +0,128 = 0,307 X8 = X9 = XB + XF = 0,131 + 0,179 = 0,31 Lợi dụng tính đối xứng của sơ đồ so với điểm ngắn mạch ta biến đổi: X11 = (X2 // X3) ⇒ 036,02 072,0 2 X X 211 === X10 = (X8 // X9) ⇒ 155,02 31,0 XX X.X X 98 98 10 ==+= X12 = (X6 // X7) ⇒ 154,02 307,0 2 X X 612 === X13 = (X10 // X12) ⇒ 077,0154,0155,0 154,0.155,0 XX X.X X 1210 1210 13 =+=+= X14 = X13 + X11 = 0,077 + 0,036 = 0,113 X8 F3 HT X1 N1 X3X2 X6 F1 X7 F2 X9 F4 28 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch là: 995,1 100 2100.095,0 S S .XX cb HT 1ttHT === Tra đường cong tính toán ta được: K0 = 0,49 ; K∞ = 0,53 Dòng điện ngắn mạch được cung cấp từ phía hệ thống là: 58,2 230.3 2100.49,0 U.3 S .K)0(I 1cb HT 0 '' HT === (kA) 79,2 230.3 2100.53,0 U.3 S .K)(I 1cb HT HT ===∞ ∞ (kA) Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch là: 311,0 100 275.113,0 S S .XX cb NM 14ttNM === Tra đường cong tính toán ta được: K0 = 3,3 ; K∞ = 2,25 Dòng điện ngắn mạch được cung cấp từ phía nhà máy là: 277,2 230.3 275.3,3 U.3 S .K)0(I 1cb NM 0 '' NM === (kA) 553,1 230.3 275.25,2 U.3 S .K)(I 1cb NM NM ===∞ ∞ (kA) Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N1 là: 875,4277,2598,2)0(I)0(I)0(I "NM"HT" 1N =+=+= (kA) 343,4553,179,2)(I)(I)(I NMHT1N =+=∞+∞=∞ (kA) Dòng điện xung kích: 65,9875,4.4,1.2I.K.2i " 1Nxk1Nxk === (kA) 2. Điểm ngắn mạch N2 Để tính toán điểm ngắn mạch tại N2 ta có thể lợi dụng kết quả tính toán, biến đổi sơ đồ ở một số bước của điểm ngắn mạch N1 X3 X7 F2 X8 F3 N2 X9 F4 H X1 X2 X6 F1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 29 X15 E1234 X13 HT N2 HT X1 X15 = X1 + X11 = 0,095 + 0,036 = 0,131 X13 = 0,077 Sơ đồ trở thành hình : Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là : XnHT = X15. 100 2100.131,0 S S cb dmHT = = 2,751 Tra đường cong tính toán ta được: K0 = 0,36 ; K∞ = 0,38 Dòng điện ngắn mạch được cung cấp từ phía hệ thống là: 8,3 110.3 2100.36,0 U.3 S .K)0(I 1cb HT 0 '' HT === (kA) 19,4 110.3 2100.38,0 U.3 S .K)(I 1cb HT HT ===∞ ∞ (kA) Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch là: 212,0 100 275.077,0 S S .XX cb NM 13ttNM === Tra đường cong tính toán ta được: K0 = 4,9 ; K∞ = 2,5 Dòng điện ngắn mạch được cung cấp từ phía nhà máy là: 1,7 110.3 275.9,4 U.3 S .K)0(I 1cb NM 0 '' NM === (kA) 61,3 110.3 275.5,2 U.3 S .K)(I 1cb NM NM ===∞ ∞ (kA) Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N2 là: 9,101,78,3)0(I)0(I)0(I "NM"HT" 2N =+=+= (kA) 8,761,319,4)(I)(I)(I NMHT2N =+=∞+∞=∞ (kA) Dòng điện xung kích: 58,219,10.4,1.2I.K.2i " 2Nxk1Nxk === (kA) 3. Điểm ngắn mạch N5 Từ sơ đồ hình 5-2 , ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N5 như sau: HT N2 E34 X10 X12 E12 X1 X11 30 X11 H N5X0 F34 X18 X21 X19 F1 X16 X15X15 X10 E34 HT N5 X14 X17 F1 Lúc này chỉ có 3 máy phát làm việc nên tổng công suất phát là : ΣSGđm = 3.Sđm = 3.68,75 = 206,25 (MVA) Để tính dòng ngắn mạch tại điểm N5 ta sử dụng các giá trị điện kháng tương đối đã tính ở phần trên và dùng các biến đổi nối tiếp và song song từ đó ta có sơ đồ như hình sau: Với : X10 =0,155 X14 = 0,131 X15 = XH = 0,128 X16 = XK = ( ) 22,0 3 5,5. 100 12 I I . 100 X dm cb0 0 K == X17 = XF = 0,179 Biến đổi Δ 15,15,16 thành 18,19,20 D = X16 + 2. X15 =0,22 +2.0,128 = 0,476 X18 = 476,0 128,0.128,0 D X.X 1515 = = 0,034 X20 = 476,0 22,0.128,0 D X.X 1615 = = 0,059 X23 HT X19 F134 X24 N5 X25 X26 X19 N5 X23 HT X21 F1 X22 F34 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 31 X19 = 476,0 22,0.128,0 D X.X 1615 = = 0,059 X21 = X20 + X17 = 0,059 + 0,179 = 0,238 Biến đổi 14,10,18 thành Δ thiếu 23,22 X22 = 359,0031,0 034,0.155,0034,0155,0 X X.X XX 14 1810 1810 =++=++ X23 = 072,0155,0 034,0.031,0034,0031,0 X X.X XX 10 1814 1814 =++=++ Ghép song song nguồn E3,4, E1 và biến đổi sơ đồ sao X19, X23, X24 thành sơ đồ tam giác thiếu X25, X26. Như vậy sơ đồ còn lại là: X24 = 238,0359,0 238,0.359,0 XX X.X 2122 2122 +=+ = 0,143 X25 = 16,0143,0 072,0.059,0072,0059,0 X X.X XX 24 2319 2319 =++=++ X26 = 319,0072,0 143,0.059,0143,0059,0 X X.X XX 23 2419 2419 =++=++ Ta được sơ đồ như hình vẽ sau: Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N3 là : XnHT = X25. 100 2100.16,0 S S cb HTdm = = 3,36 Vì XnHT > 3 nên áp dụng công thức tính : 298,0 36,3 1 X 1II nHT * " * ==== ∞ Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I” = I∞ === 5,10.3 2100.298,0 U.3 S .I 3cb HTdm" * 34,41 (KA) Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N5 là : XttNM = X26. 100 75,68.3.319,0 S S.3 cb Fdm = = 0,66 Tra đường cong tính toán ta được : "*I = 1,53 ; ∞*I = 1,55 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = == 5,10.3 75,68.3.53,1 U.3 S.3 .I 3cb Fdm" * 17,35 (KA) X25 E134 X26 HT N5 32 I∞ = ==∞ 5,10.3 75,68.3.55,1 U.3 S.3 .I 3cb Gdm * 17,58 (KA) Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N5 là: Dòng ngắn mạch siêu quá độ: " 5NI = 34,41 + 17,35 = 51,76 (KA) Dòng ngắn mạch duy trì: IN5 = 34,41 + 17,58 = 51,99 (KA) Dòng điện xung kích: ixkN5 = 2 .Kxk. " 5NI = 2 .1,4.51,76 = 102,48 (KA) 6. Điểm ngắn mạch N5’ Điểm ngắn mạch N5’ chính là ngắn mạch đầu cực máy phát điện F2 nên nguồn cung cấp chỉ gồm có một máy phát F2 và có sơ đồ thay thế như sau Điện kháng tính toán: Xtt = XF . 100 75,68 = 0,123 Tra đường cong tính toán ta được : "*I = 7,9 ; ∞*I = 2,9 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có : Dòng ngắn mạch siêu quá độ: " N'3 I = 86,29 5,10.3 75,68.9,7 U3 S I 3cb Fdm" * == KA Dòng ngắn mạch duy trì: ∞ ' 3N I = 96,10 5,10.3 75,68.9,2 U3 S .I 3cb Fdm * ==∞ KA Dòng điện xung kích : ixkN3’ = 2 .Kxk. "N'3I = 2 .1,9.29,86 = 80,23 KA (Ngắn mạch đầu cực lấy kxk =1,9) 7. Điểm ngắn mạch N6 Từ sơ đồ thay thế hình 5-2 ta thấy : IN6 = IN5 + IN5' từ đó ta có : Dòng ngắn mạch siêu quá độ : I"N6 = I"N5 + I"N5' = 51,76 + 29,86 = 78,62 KA Dòng ngắn mạch duy trì : I∞N6 = I∞N5 + I∞N5' = 51,99 + 10,96 = 62,95 KA Dòng điện xung kích : ixkN6 = ixkN5 + ixkN5’ =102,48 + 80,23 = 182,71 KA Kết quả tính toán ngắn mạch : Bảng 4 XF F2 N5 " ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 33 Cấp điện áp, kV Điểm ngắn mạch I’’, kA I∞, kA Ixk, kA 220 N1 4,875 4,343 9,65 110 N2 10,9 7,8 21,58 10,5 N5 51,76 51,99 102,48 N5’ 29,86 10,96 80,23 N6 78,62 62,95 182,71 Chương 5 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN Ở mỗi cấp điện áp ta tiến hành chọn cho một mạch bao gồm: máy cắt, dao cách ly, thanh dây dẫn mềm, thanh góp mềm ở điện áp từ 110 kV trở lên và thanh dẫn cứng, kháng điện ở điện áp 10 kV, máy biến dòng, máy biến điện áp và chống sét van trên thanh góp, trung tính máy biến áp. I. CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN VÀ CHỌN DAO CÁCH LY: 1.Chọn máy cắt điện: Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau: - Loại máy cắt điện: Chọn loại máy cắt bằng khí SF6 - Điện áp định mức: UđmMC ≥ Uđm - Dòng điện định mức: IđmMC ≥ Icb 34 - Điều kiện ổn định nhiệt: Inh2.tnh ≥ BN (Không cần kiểm tra ổn định nhiệt với máy cắt điện có dòng điện định mức lớn hơn 1000A) - Điều kiện ổn định động: ilđđ ≥ ixk - Điều kiện cắt: Icắt MC ≥ I’’ Từ các điều kiện trên ta chọn máy cắt điện như sau: Bảng 5-1 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại máy cắt điện Thông số định mức Uđm, kV Icb, kA I’’, kA ixk, kA UđmM C kV IđmMC A Icắt, kA ilđđ, kA N1 Cao 220 0,352 4,875 9,65 3AQ1 245 4000 40 100 N2 Trung 110 0,379 10,9 21,58 3AQ1 123 4000 40 100 N6 Hạ 10 4,195 78,62 182,71 8FG10 12 12500 80 225 2. Chọn dao cách ly : Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau: - Loại dao cách ly - Điện áp định mức: UđmCL ≥ Uđm - Dòng điện định mức: IđmCL ≥ Icb - Điều kiện ổn định nhiệt: Inh2.tnh ≥ BN (Không cần kiểm tra ổn định nhiệt với dao cách ly có dòng điện định mức lớn hơn 1000A) - Điều kiện ổn định động: ilđđ ≥ ixk Từ các điều kiện trên ta chọn dao cách ly như sau: Bảng 5-2 Điểm ngắn mạch Tên mạch điện Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số định mức Uđm, kV Icb, kA I’’, kA ixk, kA UđmC L kV IđmCL A ilđđ, kA Inh/tnh kA/s N1 Cao 220 0,352 4,875 9,65 SGC 245/1250 245 1250 80 125 N2 Trung 110 0,379 10,9 21,58 SGC 145/1250 145 1250 80 125 N6 Hạ 10 4,195 78,62 182,71 PBK 10/5000 10 5000 200 70/10 II. CHỌN THANH DẪN CỨNG VÀ SỨ ĐỠ ĐẦU CỰC MÁY PHÁT Thanh dẫn cứng dùng để nối từ máy phát tới cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp ba pha hai cuộn dây. Tiết diện của thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài. Để tận dụng diện tích mặt bằng ta chọn thanh dẫn đồng nhằm giảm kích thước và khoảng cách giữa các pha 1. Chọn tiết diện thanh dẫn cứng ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 35 Điều kiện chọn: Icphc ≥ Icb ; Icphc = Icp.Khc Giả thiết nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn bằng đồng là θcp = 70oC, nhiệt độ môi trường xung quanh là θ0 = 35oC và nhiệt độ tính toán định mức là θđm = 250C. Từ đó ta có hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ là: 88,0 2570 3570K dmcp ocp hc =− −=θ−θ θ−θ= Tiết diện của thanh dẫn cứng được chọn theo dòng điện lâu dài cho phép: 77,4 88,0 195,4 K I I hc hc cp cp ==≥ (kA) Như vậy ta chọn thanh dẫn cứng bằng đồng, có tiết diện hình máng, quét sơn và có các thông số như sau: Bảng 5- 3 Kích thước (mm) Tiết diện 1 cực, mm2 Mômen trở kháng, cm3 Mômen quán tính, cm 4 Icp cả 2 thanh A H b c r 1 thanh 2 thanh 1 thanh 2 thanh Wxx Wyy Wyoyo Jxx Jyy Jyoyo 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 2. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Thanh dẫn đã chọn có dòng điện cho phép Icp > 1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 3. Kiểm tra ổn định động Ở điện áp 10,5 kV lấy khoảng cách giữa các pha là a = 50 cm, khoảng cách giữa hai sứ đỡ là l = 180 cm. h y yy0 xx b h c y yy0 36 a) Tính ứng suất giữa các pha Lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên chiều dài khoảng vượt là: 14,211510.71,182. 50 180.10.76,1k.i. a l.10.76,1F 628hd 2 xk 8 1 === −− (KG) Mô men uốn tác dụng lên chiều dài nhịp: 58,38072 10 180.14,2115 10 l.F M 11 === KG.cm Và ứng suất do lực động điện giữa các pha là: 7,380 100 58,38072 W M 00yy 1 1 ===σ KG/cm2 với Wyoyo = 100 cm3 là mô men chống uốn của tiết diện ngang thanh dẫn. b) Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm - Khi không xét đến dao động: Lực tác dụng lên 1 cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng pha gây ra: 62,1371,182. 5,12 1.10.51,0i. h l.10.51,0f 222xk 2 2 === −− KG/cm Ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra: yy 2 22 yy 2 2 12.W l.f W M ==σ KG/cm2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là : σcpCu ≥ σ1 + σ2 hay σ2 ≤ σcpCu - σ1 → 2 1Cucpyy 2 f ).(12.W l σ−σ≤ Với thanh dẫn đồng σcpCu = 1400 KG/cm2. Vậy khoảng cách lớn nhất giữa các miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là : 37,92 13,62 380,7)- 1400.(12.9,5l max2 == (cm) l2max < l = 180 cm → số miếng đệm phải dùng : 95,137,92 180 l l n max2 1 === → n = 2 - Khi xét đến dao động: Tần số riêng của dao động thanh dẫn dược xác định theo công thức sau : γ= S. 10.E.J . l 3,56f 6 yoyo 2r Trong đó E: Mô đun đàn hồi của vật liệu ECu = 1,1.106 KG/cm2 Jyoyo: Mô men quán tính Jyoyo = 625 cm4 S: Tiết diện thanh dẫn S = 2.13,7 = 27,4 cm2 γ: Khối lượng riêng của vật liệu γCu = 8,93 g/cm3 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 37 Suy ra: 18,184 27,4.8,93 10..6251,1.10. 180 3,56f 66 2r == (Hz) Với tấn số tính được nằm ngoài khoảng cộng hưởng (45 - 55) Hz và (90 - 110) Hz. Vậy thanh dẫn đã chọn cũng thoả mãn điều kiện ổn định động khi có xét đến dao động. 4. Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn cứng Sứ đỡ thanh dẫn cứng được chọn theo điều kiện sau: - Loại sứ: Sứ đặt trong nhà. - Điện áp: USđm ≥ Uđm = 10kV - Điều kiện ổn định động. Ta chọn sứ OΦP-10- 6000Y3 có: Uđm = 10kV ; Fcp = 6000 KG; HS = 300mm a) Kiểm tra ổn định động: Sứ được chọn cần thoả mãn điều kiện : F’tt ≤ 0,6.Fph Trong đó: Fph- Lực phá hoại cho phép của sứ. F’tt- Lực động điện đặt trên đầu sứ khi có ngắn mạch. F’tt = F1 H H ' Với: F1 - Lực động điện tác động lên thanh dẫn khi có ngắn mạch H - Chiều cao của sứ H’ - Chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn Thanh dẫn đã chọn có chiều cao h = 125mm. Do đó: H’ = H + 0,5.h = 300 + 0,5.125 = 362,5 (mm) Lực phá hoại tính toán của sứ : 66,4259 300.6,0 5,362.14,2115 H.6,0 'H.FF 1tt === KG < 6000 KG Lực này nhỏ hơn lực phá hoại cho phép của sứ. Vậy sứ đã chọn hoàn toàn thoả mãn : III. CHỌN DÂY DẪN VÀ THANH GÓP MỀM PHÍA ĐIỆN ÁP CAO VÀ TRUNG ÁP H’ = (300 + 62,5)mm Thanh dẫn Sứ F1 Ftt H=300mm 38 Thanh dẫn mềm được dùng để nối từ đầu cực phía cao, phía trung của máy biến áp tự ngẫu và cuộn cao của máy biến áp hai cuộn dây lên các thanh góp 220kV và 110kV. Tiết diện của thanh góp và thanh dẫn mềm được chọn theo điều kiện nhiệt độ lâu dài cho phép. Khi đó dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ là: hc lvcbhc cp K II ≥ Trong đó: Ihccp: là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ tại nơi lắp đặt. Ilvcb : dòng điện làm việc cưỡng bức. Khc: Hệ số hiệu chỉnh, Khc = 0,88 Các dây dẫn mềm này treo ngoài trời, có độ ổn định nhiệt tương đối lớn nên ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 1. Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm Từ kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức ở chương II tính được dòng cho phép (đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ) của các cấp điện áp. a) Mạch điện áp 220kV Dòng làm việc cưỡng bức của dây dẫn trong mạch này là: Ilvcb = 0,352 (kA) Ta phải chọn dây dẫn có : 4,0 88,0 352,0 K I I hc lvcb cp ==≥ (kA) Tra tài liệu chọn dây nhôm lõi thép AC- 150 có các thông số Icp = 445 A D = 17,5mm b) Mạch điện áp 110 kV: Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch: Ilvcb = 0,379kA Ta phải chọn dây dẫn có : 431,0 88,0 379,0 K I I hc lvcb cp ==≥ (kA) Như vậy chọn dây AC-150 với các thông số Icp = 445 A D = 17,5 mm 2. Kiểm tra điều kiện vầng quang Kiểm tra điều kiện vầng quang theo công thức : Uvq ≥ Uđm với r a84.m.r.lg = U vq (kV) Trong đó: Uvq là điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang m là hệ số có xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn, lấy m = 0,87 a là khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, lấy a = 500 cm (với cấp 220 kV) và a = 400 cm (với cấp 110 kV) ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 39 r là bán kính ngoài của dây dẫn. a) Điện áp 220 kV 1,314 1,75 50075.lg84.0,87.1, = U vq = kV > Uđm = 220kV Vậy dây dẫn dã chọn thoả mãn diều kiện vầng quang. a) Điện áp 110 kV 257,8 1,75 40075.lg84.0,87.1, = U vq = kV > Uđm = 110 kV Như vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang. 3. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là: C B S N=min trong đó BN- xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch (A2.s) C- hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn, với dây dẫn AC có 2 .70 mm SAC = Để tính xung lượng nhiệt ta có: BN = BNCK + BNKCK Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1 sec. Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kì như sau: BNKCK1 = IN1’’2.Ta = (4,875.103)2