Đồ án Thiết kế phần điện của nhà máy Nhiệt điện 240 MW

Icb(3) = 1,05.Ibt(3) = 1,05.0,197 = 0,207 (kA) - Phía cao áp máy biến áp liên lạc T2, T3: + Chế độ bình thường: SCmax = 42,774 (MVA) + Sự cố T4: SCT2 = SCT3 = 6,839 (MVA) + Sự cố T2 (hoặc T3): SCT3 = 13,679 (MVA) Icb(2) = Vậy Icbmax(220) = 0,262 (kA) 2 - Các mạch phía 110 kV ở chế độ bình thường: - Đường dây kép 30MW: Ibt(4) = Icb(4) = 2.Ibt(4) = 2.0,096 = 0,179 (kA) - Đường dây đơn 25MW Ibt(5) = - Phía trung áp máy biến áp liên lạc B2, B3: Icb(6) = - Bộ máy phát điện - máy biến áp B4: Ibt(7) = Icb(7) = 1,05.Ibt(7) = 1,05.0,394 = 0,413 (kA) Vậy Icbmax(110) = 0,413 (kA) 3 - Các mạch phía 10,5 kV - Mạch máy phát: Ibt(8) = Icb(10) = 1,05.Ibt(10) = 1,05.4,124 = 4,33 (kA) Bảng tổng kết dòng điện cưỡng bức các mạch của phương án 1: Bảng 3- 7 Cấp điện áp(kV) Dòng điện (kA) 220 110 10,5 Icb 0,262 0,413 4,33 II - Phương án II 1- Các mạch phía 220 kV - Đường dây kép nối với hệ thống: Ibt(1) = Icb(1) = 2.Ibt(1) = 2. 0,103 = 0,206 (kA) - Đường dây kép (85 MW) phụ tải cao áp: Ibt(8) = Icb(8) = 2.Ibt(8) = 2.0,125 = 0,251 (kA) - Mạch 2 là phía cao máy biến áp liên lạc: + Chế độ bình thường : SCmax = 77,873 MVA + Sự cố B3 : SC = 41,902 MVA + Sự cố B1 : SCB2max = 83,805 MVA Vậy Icb(2) = = 0,22(kA) Vậy Icb(220) = 0,251 (kA) 2 - Các mạch phía 110 kV ở chế độ bình thường: - Đường dây kép: Ibt(3) = Icb(3) = 2.Ibt(3) = 2.0,09 = 0,18 (kA) - Đường dây đơn : Ibt(4) = - Bộ máy phát điện - máy biến áp B3 và B4: Ibt(5) = Icb(5) = 1,05.Ibt(5) = 1,05. 0,394 = 0,414 (kA) - Phía trung áp máy biến áp liên lạc : Ibt(6) = Icb(6) được xét khi có sự cố B1 hay B2 và B3 hay B4 Sự cố B1 dòng qua mạch 6 sẽ là: I(6) = Sự cố B3 dòng qua mạch 6 sẽ là: I(6) = Vậy Icb(6) = 0,133 (kA) Vậy Icb(110) = 0,414 (kA) 3- Các mạch phía 10,5 kV - Mạch máy phát: Ibt(7) = Icb(7) = 1,05.Ibt(7) = 1,05.4,124 = 4,33(kA) Bảng tổng kết dòng điện cưỡng bức các mạch của phương án 2: Bảng 3-8 Cấp điện áp(kV) Dòng điện (kA) 220 110 10,5 ICB 0,251 0,414 4,33 Chương IV TíNH TOáN DòNG ĐIệN NGắN MạCH Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn, thanh dẫn của nhà máy điện theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch tính toán là dòng điện ngắn mạch ba pha. Để tính toán dòng điện ngắn mạch ta dùng phương pháp gần đúng với khái niệm điện áp trung bình và chọn điện áp cơ bản bằng điện áp định mức trung bình của mạng. Chọn các lượng cơ bản: Công suất cơ bản: Scb =100 MVA Các điện áp cơ bản: Ucb1 = 230kV; Ucb2 =115kV; Ucb3 =10,5kV 4 -1 Tính các điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản 1- Điện kháng của hệ thống điện Nhiệm vụ thiết kế đã cho công suất định mức của hệ thống SHTđm =2750 MVA và công suất ngắn mạch tính đến thanh cáI HT S N =3200 MVA Do đó điện kháng của hệ thống qui đổi về lượng cơ bản là: XHT = 2 - Điện kháng của nhà máy phát điện Các máy phát điện đã chọn có điện kháng siêu quá độ dọc trục là Xd’’ =0,146. Do đó điện kháng qui đổi về lượng cơ bản là : XG = X’’d. 3 - Điện kháng của đường dây 220kV Theo nhiệm vụ thiết kế, nhà máy được nối với hệ thống qua một đường dây kép có chiều dài 122km. Để đơn giản khi tính toán tính ngắn mạch ta bỏ qua điện dung của đường dây (trong tính toán chính xác phải kể đến), bỏ qua điện trở và giả thiết đường đây không có bù nối tiếp. Như vậy trên sơ đồ thay thế đường đây 220kV với thông số tập trung chỉ còn điện kháng. Trị số điện kháng này qui đổi về lượng cơ bản là: XD = X0 .l. 4 - Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây Loại ΤДЦ – 80-242/10,5 : Đã cho UN% = 11, STđm = 80 MVA XT4 = Loại ΤДЦ – 80 -121/10,5 : Đã cho UN% = 10,5, STđm = 80 MVA XT3 = 5 - Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu Nhà chế tạo đã cho điện áp ngắn mạch giữa các phía điện áp của máy biến áp tự ngẫu. Từ đó ta có: UN (C)% = 0,5.( UN (C-T) + UN (C-H) - UN (T-H) ) = 0,5.( 11 + 32 - 20 ) = 17,5 UN (T)% = 0,5.( UN (C-T) + UN (C-H) - UN (T-H) ) = 0,5.( 11 + 40 - 64 ) = -6,5 ằ 0 UN (H)% = 0,5.( - UN (C-T) + UN (C-H) + UN (T-H) ) = 0,5.( -11 + 64 + 40 ) = 46,5 Từ đây tính được điện kháng qui đổi của máy biến áp tự ngẫu về lượng cơ bản: xC = = xT = = xH = = 4 - 2 Tính toán dòng điện ngắn mạch Hệ thống đã cho có công suất tương đối lớn, do đó các tính toán ngắn mạch coi hệ thống như một nguồn đẳng trị. Hơn nữa trong tính toán, biến đổi sơ đồ không nhập hệ thống với các máy phát điện . Để chọn khí cụ điện cho mạch 220kV,ta chọn diểm ngắn mạch N1 với nguồn cung cấp là toàn bộ hệ thống và các máy phát điện. Đối với mạch 110kV,điểm ngắn mạch tính toán là N2 với nguồn cung cấp gồm toàn bộ các máy phát và hệ thống.Tuy nhiên với mạch máy phát điện cần tính toán hai điểm ngắn mạch là N3 và N’3. Điểm ngắn mạch N3 có nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát(trừ máy phát G1) và hệ thống . Điểm ngắn mạch N’3 có nguồn cung cấp chỉ có máy phát G1. So sánh trị số của dòng điện ngắn mạch tại hai điểm này và chọn khí cụ điện theo dòng điện có trị số lớn hơn. Để chọn thiết bị cho mach tự dùng ta có điểm ngắn mạch tính toán N4. Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 gồm toàn bộ các máy phát và hệ thống điện. Dòng ngắn mạch tại N4 có thể xác định theo dòng ngắnmạch tại N3 và N’3 I - Phương án I 1 - Sơ đồ nối điện Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện và dây dẫn của nhà máy theo các điều kiện đảm bảo về ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện và dây dẫn là dòng điện ngắn mạch ba pha . 2 - Tính toán ngắn mạch Sơ đồ thay thế a) Điểm ngắn mạch N1 Ta có sơ đồ tính toán điểm nhắn mạch N1 như sau: Biến đổi sơ đồ ta có: x1 = xHT + xD = 0,031 + 0,046 = 0,077 x2 = x 4= xC = 0,072 x3 = x 5 = xH + xG = 0,197 + 0,195 = 0,392 x6 = xT3 + xG = 0,131 + 0,195 = 0,326 x7 = xG + xT4 = 0,195 + 0,138 = 0,333 Dùng các biến đổi nối tiếp và song song ta có sơ đồ rút gọn như sau x8 = x2//x4 = x9 = x3//x5 = x10 = x6//x9 = x11 = x8 + x10 = 0,036 + 0,122 = 0,158 x12 = x7//x11 = Vậy ta có sơ đồ đơn giản: *) Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là : + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp : *) Điện kháng tính toán phía nhà máy: xttNM = x12 + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : *) Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N1 *) Dòng điện xung kích tại N1 ixkN1 = . Kxk.IN1(0)'' = .1,8.5,516 = 14,041kA b) Điểm ngắn mạch N2 Để tính toán điểm ngắn mạch tại N2 ta có thể lợi dụng kết quả đã tính tính toán tại điểm N1 , biến đổi sơ đồ ở một số bước của phương án I, ta có: Trong đó x10 = x6//x9 = - Biến đổi Y(x1 , x7, x8) đ D (x11 , x12 ): x11 = x1 + x8 + x12 = x7 + x8 + Biến đổi tiếp ta có sơ đồ đơn giản sau: x13= x10//x12 = *) Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống xttHT = x11 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: *) Điện kháng tính toán phía nhà máy xttNM = x13 + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : *) Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N2 *) Dòng điện xung kích tại N2 ixkN2 = . Kxk.IN2(0)'' = .1,8.9,262 = 23,577 kA c) Điểm ngắn mạch N3 Ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N3 như sau: x1 = xHT + xD = 0,031 + 0,046 = 0,077 x2 = x 4= xC = 0,072 x3 = xH + xG = 0,197 + 0,195 = 0,392 x5 = xH = 0,197 x6 = xT3 + xG = 0,131 + 0,195 = 0,326 x7 = xG + xT4 = 0,195 + 0,138 = 0,333 Dùng các biến đổi nối tiếp và song song ta có sơ đồ thay thế Với : x8 = x2//x4 = x9 = x3//x6 = - Biến đổi Y(x1 , x7, x8) đ D (x10 , x11 ): x10 = x1 + x8 + x11 = x7 + x8 + - Ghép các nguồn E13 và E4 ta có: x12 = x9//x11 - Biến đổi Y(x5 , x10, x12) đ D (x13 , x14 ) x13 = x10 + x5 + x14 = x5 + x 12 + *) Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống xttHT = x13 - Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp : *) Điện kháng tính toán phía nhà máy xttNM = x14 + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : *) Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 *) Dòng điện xung kích tại N3 ixkN3 = . Kxk.IN3(0)'' = .1,8.23,004 = 58,559 kA d) Điểm ngắn mạch N3’ Điểm ngắn mạch N3’ chính là ngắn mạch đầu cực máy phát điện G2 nên nguồn cung cấp chỉ gồm có một máy phát G2 và có sơ đồ thay thế như sau: *) Điện kháng tính toán xtt = xG + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : *) Dòng điện xung kích tại N’3 ixkN’3 = . Kxk.IN3’(0)'' = .1,8. 28,043 = 71,386 kA e) Điểm ngắn mạch N4 *) Dòng ngắn mạch tại N4 *) Dòng điện xung kích ixkN4 = . Kxk . IN4(0)'' = . 1,8 . 51,047 = 129,944 kA Kết quả tính toán ngắn mạch của phương án : Cấp điện áp ( kV ) Điểm ngắn mạch I" (KA) IƠ (KA) ixk (KA) 220 N1 5,516 5,124 14,041 110 N2 9,262 7,305 23,577 10,5 N3 23,004 24,241 58,559 N3' 28,043 11,052 71,386 N4 51,047 35,293 129,944 II - Phương án II 1 - Sơ đồ nối điện Tương tự như phương án I, để chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV điểm tính toán ngắn mạch là N1 với nguồn cung cấp là hệ thống và toàn bộ các máy phát điện của nhà máy. Mạch 110 kV điểm tính toán ngắn mạch là N2 và nguồn cung cấp cũng là hệ thống cùng toàn bộ các máy phát điện. Đối với mạch tự dùng thì điểm tính toán ngắn mạch là N4 còn nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát và hệ thống. Đối với mạch máy phát điện cần phải so sánh dòng điện ngắn mạch tại N3 và N3' . Khi ngắn mạch tại N3 nguồn cung cấp là hệ thống và các máy phát G1,G3, G4. Khi ngắn mạch tại N3' nguồn cung cấp chỉ có máy phát G2 . 2 - Tính toán ngắn mạch Sơ đồ thay thế: Ngắn mạch điểm N1 Sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N1 Biến đổi sơ đồ ta có: x1 = xHT + xD = 0,031 + 0,046 = 0,077 x2 = x 4= xC = 0,072 x3 = x 5 = xH + xG = 0,197 + 0,195 = 0,392 x6 = x7 = xT3 + xG = 0,131 + 0,195 = 0,326 Dùng các biến đổi nối tiếp và song song ta có x8 = x2//x4 = x9 = x3//x5 = x10 = x6//x7 = Vậy ta có sơ đồ đơn giản: Trong đó: x11 = x8 nt (x9//x10) = *) Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là : + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp : *) Điện kháng tính toán phía nhà máy xttNM = x11 + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : *) Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N1 *) Dòng điện xung kích tại N1 ixkN1 = . Kxk.IN1(0)'' = .1,8.5,139 = 13,083 kA b) Điểm ngắn mạch N2 Để tính toán điểm ngắn mạch N2 có thể lợi dụng kết quả khi tính toán ,biến đổi sơ đồ của điểm N1 ở trên. Trong đó: x11 = x8 nt (x9//x10) = x12 = x1 + x8 = 0,077 + 0,036 = 0,113 *) Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống xttHT = x12 + Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp: *) Điện kháng tính toán phía nhà máy xttNM = x11 + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : *) Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N2 *) Dòng điện xung kích tại N2 ixkN2 = . Kxk.IN2(0)'' = .1,8.8,506 = 21,653 kA c) Điểm ngắn mạch N3 Ta đã biết điểm ngắn mạch N3 được cung cấp bởi hệ thống và nhà máy (trừ máy phát G2) . Ta có sơ đồ thay thế Trong đó: x1 = xHT + xD = 0,031 + 0,046 = 0,077 x2 = x 4= xC = 0,072 x3 = xH + xG = 0,197 + 0,195 = 0,392 x 5 = xH = 0,197 x6 = x7 = xT3 + xG = 0,131 + 0,195 = 0,326 Biến đổi tương đương ta có sơ đồ như sau : Ta có: x8 = x2//x4 = x9 = (x6//x7) = x10 = x1 + x8 = 0,077 + 0,036 = 0,113 x11 = x3//x9 = Biến đổi Y(x5 , x10, x11) đ D (x12 , x13 ) x12 = x10 + x5 + x13 = x5 + x 11 + *) Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống xttHT = x12 - Dòng ngắn mạch phía hệ thống cung cấp : *) Điện kháng tính toán phía nhà máy xttNM = x13 + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : *) Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 *) Dòng điện xung kích tại N3 ixkN3 = . Kxk.IN3(0)'' = .1,8.21,673 = 55,17 kA d) Điểm ngắn mạch N3. Tính toán tương tự như ở phương án I ta có *) Điện kháng tính toán xtt = xG + Tra đường cong tính toán ta có: ; + Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp : *) Dòng điện xung kích tại N’3 ixkN’3 = . Kxk.IN3’(0)'' = .1,8. 28,043 = 71,386 kA e) Điểm ngắn mạch N4 *) Dòng ngắn mạch tại N4 *) Dòng điện xung kích ixkN4 = . Kxk . IN4(0)'' = . 1,8 . 69,716 = 126,56 kA Kết quả tính toán ngắn mạch của phương án : Cấp điện áp ( kV ) Điểm ngắn mạch I" (KA) IƠ (KA) ixk (KA) 220 N1 5,139 5,018 13,082 110 N2 8,506 7,572 21,653 10,5 N3 21,673 22,972 55,17 N3' 28,043 11,052 71,386 N4 49,716 34,024 126,56 Chương V tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu Trong thực tế không có một phương án nào tuyệt đối, một phương án có vốn đầu tư lớn đảm bảo thì chi phí vận hành hàng năm về bảo quản sửa chữa sẽ nhỏ. Ngược lại, một phương án có vốn đầu tư ít thì chi phí vận hành hàng năm lớn và xác xuất xảy ra sự cố cao. Như vậy về mặt kinh tế và kỹ thuật mỗi phương án có sự mâu thuẫn với nhau. Do đó nhiệm vụ của người thiết kế phải giải quyết vấn đề đó để xác định được 1 phương án thiết kế đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế. 4 -1 Chọn máy cắt cho các mạch Máy cắt điện được chọn theo các điều kiện sau: + Loại máy cắt điện: Máy cắt không khí hoặc máy cắt SF6 + Điện áp UđmMC ³ Uđm + Dòng điện IđmMC ³ Icb + ổn định nhiệt: Inh2 . tnh ³ BN + ổn định lực động điện: ilđđ ³ ixk + Điều kiện cắt: Icắt MC³ I" Từ các kết quả tính toán và điều kiện trên ta chọn máy cắt như bảng sau: Phương án Thông số tính toán Loại MC điện Thông số định mức Uđm kV Icb kA I'' kA ixk kA Uđm kV Iđm kA Icắt kA ilđđ kA I 220 0,262 5,516 14,041 3AQ1 245 4 40 100 110 0,413 9,262 23,577 3AQ1 - FG 123 31,5 31,5 80 10,5 4,33 23,004 58,559 8FG10 12 12,5 80 225 II 220 0,251 5,139 13,082 3AQ1 245 4 40 100 110 0,414 8,506 21,653 3AQ1 - FG 123 31,5 31,5 80 10,5 4,33 21,673 55,17 8FG10 12 12,5 80 225 Các máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 4 - 2 Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối 1- Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phương án I - Phía 220 kV: Nhà máy nối với hệ thống bằng một đường dây kép dài 122 km và một đường dây kép nối với phụ tải 220kV. Số mạch ít nên ta dùng hệ thống hai thanh góp có máy cắt liên lạc giữa hai thanh góp - Phía 110 kV : Gồm 2 lộ kép và 2 lộ đơn nên ta dùng sơ đồ hệ thống 2 thanh góp có thanh góp đường vòng. - Phía 10,5 kV : Không dùng thanh góp điện áp máy phát vì phụ tải điện áp máy phát chiếm không quá 15% công suất bộ. (Sơ đồ thiết bị phân phối xem trang bên) 2 - Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối cho phương án II 4 - 3 Tính toán kinh tế - kỹ thuật 1 - Các chỉ tiêu kinh tế của phương án I a) Vốn đầu tư cho máy biến áp Cấp điện áp Loại MBA (MVA) Số lượng máy Đơn giá (USD/máy) KB Thành tiền (USD) 220 TДЦTH - 160 2 1350 1,4 3780 220 TДЦ - 80 1 770 1,4 1078 110 TДЦ - 80 1 700 1,5 1050 Tổng vốn đầu tư cho MBA b) Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Cấp điện áp Loại máy cắt Số lượng mạch Đơn giá (USD/máy) Thành tiền (USD) 220 3AQ1 7 90 630 110 3AQ1 - FG 11 60 660 10,5 8FG10 2 30 60 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: Tổng vốn đầu tư cho phương án I là: c) Chi phí vận hành hàng năm - Chi phí do tổn thất điện năng (Pt) Với A = 8026,98 (MWh) - Khấu hao do vận hành sửa chữa lớn (Pk) (Với a = 8,4) - Chi phí vận hành của phương án 1 là: 2 - Các chỉ tiêu kinh tế của phương án II a) Vốn đầu tư cho máy biến áp Loại MBA (MVA) Số lượng máy Đơn giá (USD/máy) KB Thành tiền (USD) TДЦTH - 160 2 1350 1,4 3780 TДЦ - 80 2 700 1,5 2100 Tổng vốn đầu tư cho MBA b) Vốn đầu tư cho thiết bị phân phối Cấp điện áp Loại máy cắt Số lượng mạch Đơn giá (USD/máy) Thành tiền (USD) 220 3AQ1 6 90 540 110 3AQ1 - FG 12 60 720 10,5 8FG10 2 30 60 Tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối: Tổng vốn đầu tư cho phương án II là: c) Chi phí vận hành hàng năm - Chi phí do tổn thất điện năng (Pt) Với A = 8421,26 (MWh) - Khấu hao do vận hành sửa chữa lớn (Pk) (Với a = 8,4) - Chi phí vận hành của phương án 1 là: 4 - 4 So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chọn phương án tối ưu Phương án Vốn đầu tư (x109 đồng) Chi phí vận hành (x109 đồng) 1 123,386 15,181 2 121,38 15,334 Ta có thời gian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn: năm (với ađm = 0,15) Thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch: T = 6,4 năm. Qua phân tích trên ta thấy rằng hai phương án trên có thể coi tương đương nhau về mặt kinh tế, nên việc lựa chọn phương án nào tối ưu được quết định bởi điều kiện kỹ thuật. Đối với phương án 1 việc phải dùng đến ba chủng loại máy biến áp khác nhau làm cho việc vận hành, bảo quản, lắp đặt khó khăn hơn so với phương án 2 chỉ dùng có hai chủng loại máy biến áp. Mặt khác phương án 2 bố trí nguồn và tải cân đối hơn phương án 1. Do đó ta chọn phương án 2 là phương án tối ưu cho bản đồ án thiết kế này. Chương 5 chọn khí cụ điện và thanh dẫn, thanh góp 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 ở điện áp 10,5 kV, máy biến dòng, máy biến điện áp và chống sét van trên thanh góp, trung tính máy biến áp. 5 -1 Chọn máy cắt điện Máy cắt điện đã chọn ở phần 4-1 chương 4. Thông số tính toán Loại MC điện Thông số định mức Uđm kV Icb kA I'' kA ixk kA Uđm kV Iđm kA Icắt kA ilđđ kA 220 0,251 5,139 13,082 3AQ1 245 4 40 100 110 0,414 8,506 21,653 3AQ1 - FG 123 31,5 31,5 80 10,5 4,33 21,673 55,17 8FG10 12 12,5 80 225 5.2 Chọn dao cách ly Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau + Điện áp : UđmCl ³ Uđm + Dòng điện : IđmCl ³ Icb + ổn định nhiệt : Inh2 .tnh ³ BN + Điều kiền ổn định động : ilđđ ³ ixk Dựa vào kết quả tính toán dòng điện cưỡng bức, dòng điện ngắn mạch ở chương 2 và chương 3 ta chọn được dao cách ly có các cấp điện áp như sau: Thông số tính toán Loại dao cách ly Thông số định mức Uđm kV Icb kA I'' kA ixk kA UđmCL kV IđmCL kA ilđđ kA 220 0,251 5,139 13,082 PHд-220/800 245 0,8 80 110 0,414 8,506 21,653 PлΗд - 110/1000 110 1 80 10,5 4,33 21,673 55,17 PBP - 20/8000 20 8 300 Không cần kiểm tra ổn định nhiệt với dao cách ly có dòng điện định mức lớn hơn 1000 A. 5 - 3 Chọn thanh dẫn cứng Thanh dẫn cứng dùng nối từ đầu cực máy phát điện đến cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai cuộn dây.. 1 - Chọn tiết diện thanh dẫn cứng Tiết diện 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 Điều kiện chọn: khc.Icp³ Icb Ta có Icb = 4,33 kA . Với khc = Với dây dẫn trần có nhiệt độ cho phép lâu dài qcp = 700C Nhiệt độ định mức của môi trường qođm = 250C Ta coi nhiệt độ môi trường xung quanh q0 = 350C Nên: Khc = = 0,88 Do đó: Icp = kA Tra bảng ta chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình máng có sơn, có các thông số sau: Kích thước mm Tiết diện một cực mm2 Mô men trở kháng cm3 Mô men quán tính cm4 Dòng điện cho phép (A) h b c r Một thanh Hai thanh Wy0y0 Một thanh Hai thanh Jy0y0 Wxx Wyy Jxx Jyy 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5500 Thanh dẫn đã chọn có Icp ³ 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. c 100mm y0 110 mm y0 h y y h x x b y y 2 - Kiểm tra ổn định động Ta lấy khoảng cách giữa các pha và khoảng cách giữa sứ liền nhau của một pha với U = 10,5 kV là: + a = 60 cm + ℓ = 120 cm - Khi đó lực tính toán tác dụng lên pha giữa trên chiều dài khoảng vượt: Ftt = 1,76.10-8. (KG) Ftt = 1,76.10-8. = 107,14 (KG) - Mô men uốn tác dụng lên chiều dài nhịp M = (KG.cm) - ứng suất tính toán do lực động điện giữa các pha: s1 = = 5,14 KG/cm2 < scp = 1400 (KG/cm2) - Xác định khoảng cách giữa các đệm l2 *) Khi không xét đến dao động: + Lực tác dụng lên 1cm chiều dài thanh dẫn do dòng ngắn mạch trong cùng 1 pha gây ra: f2 = 0,51.10-8. (KG/cm) = 0,51.10-8.(55,17.103)2= 0,83 KG/cm + ứng suất do dòng điện trong cùng một pha sinh: s2 = KG/cm2 Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là: scpCu ³ s1 + s2 Hay: s2 Ê scp - s1 Ê scp - s1 ℓ2 Ê Với thanh dẫn đồng scp = 1400 KG/cm2. Vậy khoảng cách giữa các miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = = 437,7 cm Ta thấy l2max > l = 120 cm. Nên không phải đặt thêm miếng đệm giữa các khoảng vượt. *) Kiểm tra ổn định động khi xét đến dao động - Tần số riêng của dao động thanh dẫn được xác định theo công thức sau: Trong đó: E - Mô đun đàn hồi của vật liệu, ECu = 1,1 . 106 KG/cm2 Jy0y0 - Mô men quán tính, Jy0y0 = 625 cm4 S - Tiết diện thanh dẫn, S = 2.13,7 = 27,4 cm2 g - Khối lượng riêng của đồng, gCu = 8,93 g/cm3 = 414,4 Hz Giá trị này nằm ngoài khoảng 30 - 130 Hz .Vậy thanh dẫn đã chọn được thoả mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động. 3 - Chọn sứ đỡ thanh dẫn Ta chọn loại sứ đặt trong nhà có; - Cấp điện áp : UđmS = 10 kV - Lực phá hoại : Fph = 750 KG - Chiều cao : H = 120 mm Sứ được chọn cần thoả mãn điều kiện: Trong đó : Fph lực phá hoại cho phép của sứ 0,6 hệ số an toàn lực điện động đặt lên đầu sứ khi có ngắn mạch Ta có Với: là lực điện động tác động lên thanh dẫn khi có ngắn mạch H là chiều cao của sứ H’ là chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn Do đó H’ = H + 0,5.h = 120 + 0,5.125 = 182,5 mm Vậy Vậy sứ đã chọn thoả mãn. Ftt Ftt' H' Sứ H 5-4 Chọn dây dẫn và thanh góp mềm phía điện áp cao và trung áp Dây dẫn được dùng nối từ cuộn cao, cuộn trung máy biến áp liên lạc và cuộn cao máy biến áp hai cuộn dây đến thanh góp 220 kV và 110 kV tương ứng. Thanh góp ở các cấp điện áp này cũng được chọn là thanh dẫn mềm. Tiết diện dây dẫn mềm được chọn theo điều kiện nhiệt độ cho phép trong chế độ làm việc lâu dài. ở đây ta dùng dây dẫn trần có nhiệt độ cho phép lâu dài qcp = 700C. Nhiệt độ định mức của môi trường qođm = 250C và ta coi nhiệt độ môi trường xung quanh q0 = 350C. Khi đó dòng điện cho phép làm việc lâu dài cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ: Icp' = Khc. Icp Với: Khc = = 0,88 1- Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm Điều kiện chọn là : I’cp / Icb với Icb là dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch được chọn, hay : Icp / .Icb a) Mạch điện áp 220 kV: Icb = 0,251 kA Icp ³ 0,251 = 0,285 kA Tra tài liệu ta chọn dây nhôm lõi thép AC – 95 có các thông số như sau Icp = 330 (A) ; r = d/2 = 9,9mm = 0,99 cm b) Mạch điện áp 110 kV; Icb = 0,414 kA Icp ³ 0,414 = 0,47 kA Tra tài liệu ta chọn dây nhôm lõi thép AC – 185 có các thông số như sau Icp = 510 (A) ; r = d/2 = 9,45 mm = 0,945 cm 2 - Kiểm tra điều kiện vầng quang Điều kiện : Uvq = 84.m.r.lg Uđm Trong đó : m : Hệ số có xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn, m = 0,87. r : Bán kính ngoài của dây dẫn, cm. a : Khoảng cách giữa các pha của dây dẫn, cm. + a = 500 cm với cấp 220kV + a = 300 cm với cấp 110kV Ta có điện áp vầng quang tới hạn của dây dẫn pha giữa khi ba pha bố trí trên mặt phẳng ngang - Điện áp 220 kV Uvq = 84.0,87.0,99.lg = 195 kV < Uđm = 220 kV Vây dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang. Vì vậy ta chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn cho mạch cao áp. Chọn dây dẫn AC- 400/22 có r = 1,33 cm. Khi đó: Uvq = 84.0,87.1,33.lg = 250,3 kV > Uđm = 220 kV - Điện áp 110 kV Uvq = 84.0,87.0,945.lg = 172 kV < Uđm = 110 kV Thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang. 3 - Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là: Trong đó: BN: Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch (A2.s) C : Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn () Với dây dẫn AC có: C = 70 Tính xung lượng nhiệt ta có: BN = BNCK + BNKCK Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 0,2 sec. Khi đó có thể tính gần đúng xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ: BNKCK = IN" 2 .Ta Trong đó Ta là hằng số thời gian tương đương của lưới với lưới có điện áp Uđm > 1000 V ta lấy Ta = 0,05 a) Điện áp 220kV BNKCK1 = IN1" 2 .Ta = (5,139.103)2.0,05 = 1,32.106 A2.s Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp gần đúng với thời gian tồn tại ngắn mạch là 0,2sec Theo chương 3 khi ngắn mạch tại N1 ta có: ; ; Nên: Ta có Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N1: BN1 = BNCK1 + BNKCK1 = (5,01 + 1,32).106 = 6,33.106 A2.s Tiết diện dây nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở các cấp điện áp 220 kV là: mm2 Vậy dây dẫn và thanh góp đã chọn đều đảm bảo ổn định nhiệt. b) Điện áp 110kV BNKCK2 = IN2" 2 .Ta = (18,506.103)2.0,05 = 3,618.106 A2.s Thành phần xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp gần đúng với thời gian tồn tại ngắn mạch là 0,2sec Theo chương 3 khi ngắn mạch tại N2 ta có: ; Nên: Ta có: Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch tại N2: BN2 = BNCK2 + BNKCK2 = (3,618 + 9,663).106 = 13,281.106 A2.s Tiết diện dây nhỏ nhất đảm bảo ổn