Thiết kế nhà máy điện với 4 tổ máy công suất 100MW

y dòng điện làm việc cưỡng bức của đường dây là lớn nhất và do đó chính là dòng điện làm việc cưỡng bức của cấp điện áp 220 kV và bằng 0,499 kA.
* Các mạch phía 110 kV.
Dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch cấp điện áp 110 kV là dòng làm việc cưỡng bức lớn nhất trong các dòng cưỡng bức của mạch đường dây, mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây B4, mạch trung áp của các máy biến áp tự ngẫu.
- Mạch đường dây: Thanh góp trung cấp cho phụ tải gồm 3 đường dây kép, công suất mỗi đường như nhau nên dòng điện cưỡng bức:
kA
- Dòng điện làm việc cưỡng bức của máy biến áp ba pha hai cuộn dây (máy biến áp B3 hay B4) được xác định theo dòng cưỡng bức của máy phát điện:
kA
- Dòng điện làm việc cưỡng bức ở phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu được xác định khi xét các tình huống sự cố sau:
+ Khi một máy biến áp tự ngẫu bị sự cố:
* Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại thì dòng công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là:
ST-TN = STmin – (SB3 + SB4) = 235,294 –2. 110,45 = 14,394 MVA.
* Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại thì dòng công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là:
ST-TN = STmin – (SB3 + SB4) = 235,294 –2. 110,45 = 14,394 MVA.
+ Khi máy biến áp hai dây quấn B4 bị sự cố
* Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực đại thì dòng công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là:
ST-TN = MVA
* Nếu sự cố xảy ra lúc phụ tải trung áp cực tiểu thì dòng công suất phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu còn lại là:
ST-TN = MVA
Từ các tình huống sự cố trên ta thấy công suất cưỡng bức lớn nhất truyền tải qua phía trung áp của máy biến áp tự ngẫu là ST-Tnmax = 62,442 MVA ứng với sự cố một máy biến áp dây quấn lúc phụ tải trung áp cực đại. Do đó dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch trung áp của máy biến áp tự ngẫu là:
kA
So sánh dòng điện làm việc cưỡng bức trên ta thấy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch trung áp 0,648 kA.
* Cấp điện áp 10 kV:
Dòng điện làm việc cưỡng bức của cấp điện áp 10 kV được tính theo dòng làm việc cưỡng bức của máy phát và bằng:
kA
Bảng tổng kết dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch ở phương án 2:
Cấp điện áp
Dòng điện
220 kV
110 kV
10 kV
Icb, kA
0,499
0,655
7,123
Chương III
Tính toán dòng điện ngắn mạch
Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệ thống điện. Trong thời gian xảy ra ngắn mạch, kể từ thời điểm xuất hiện ngắn mạch cho tới khi cắt được phần từ hư hỏng ra khỏi mạch điện, xảy ra một quá trình quá độ phức tạp, gây ra các lực động điện và phát nhiệt mạnh. Vì vậy khi thiết kế nhà máy điện cần chọn các thiết bị có khả năng chịu được các lực động điện và phát nhiệt trong giới hạn cho phép khi có sự cố ngắn mạch. Mục đích của việc tính toán dòng điện ngắn mạch là để chọn khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua theo điều kiện đảm bảo các yêu cầu về ổn định động và ổn định nhiệt khi có dòng ngắn mạch (dòng tính toán là dòng ngắn mạch ba pha vì ngắn mạch ba pha thường nặng nề nhất, ảnh hưởng nhiều đến chế độ hệ thống).
Khi tính toán ngắn mạch cần xác định các đại lượng sau:
I” là giá trị ban đầu của thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch siêu quá độ.
ixk là dòng điện ngắn mạch xung kích, để kiểm tra lực động điện.
Khi tính toán ngắn mạch ta dùng hệ đơn vị tương đối. Chọn các đại lượng cơ bản như công suất cơ bản và điện áp cơ bản. 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 (Ucb = Utb), công suất cơ bản chọn là Scb = 1000 MVA.
3.1. Xác định các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối cơ bản:
+ Điện kháng của hệ thống điện:
+ Điện kháng của đường dây kép:
Theo tính toán ở Chương 2 ta có dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp 220kV là Icb = 0,499 kA nên ta chọn dây dẫn ở cấp điện áp 220 kV là dây nhôm lõi thép AC-240 có dòng điện cho phép khi đặt ngoài trời với khoảng cách các pha 5m là 590A. Tra bảng ta có điện kháng đơn vị x0 = 0,4W/km, do đó điện kháng của đường dây kép:
+ Điện kháng của máy phát điện:
+ Điện kháng của máy biến áp ba pha hai cuộn dây:
+ Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu ba pha:
3.2. Tính giá trị dòng điện ngắn mạch tại từng thời điểm theo phương pháp đường cong tính toán:
Nhằm chọn khí cụ điện cho các mạch, khi lập sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch ta cần chọn chế độ làm việc nặng nề nhất phù hợp với thực tế. Điểm ngắn mạch tính toán được xác định là điểm mà khi ngắn mạch xảy ra tại thời điểm đó thì dòng điện ngắn mạch qua khí cụ điện là lớn nhất.
3.2.1. Phương án 1:
a. Chọn điểm ngắn mạch tính toán:
+ Cấp điện áp 220 kV: ở cấp điện áp này thường chỉ chọn một loại máy cắt điện và dao cách ly nên ta chọn N1 là điểm ngắn mạch trên thanh góp 220 kV vì ngắn mạch trên thanh góp thì dòng điện ngắn mạch đi qua khí cụ điện là lớn nhất.
Nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy.
+ Cấp điện áp 110 kV: Tương tự ta chọn điểm ngắn mạch N2 trên thanh góp 110 kV. Nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy.
+ Cấp điện áp 10 kV: Nhằm chọn khí cụ điện mạch máy phát cần tính 2 điểm ngắn mạch N3 và N’3. Sau đó so sánh hai giá trị dòng điện ngắn mạch trên, lấy trị số lớn hơn để chọn khí cụ điện.
Điểm N-3 có nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy trừ máy phát F2.
Điểm N’-3 có nguồn cung cấp chỉ có máy phát F2.
Tính ngắn mạch tại điểm N-4 để chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng và phụ tải địa phương. Nguồn cung cấp là hệ thống và nhà máy điện.
b. Sơ đồ nối điện và sơ đồ thay thế:
Sơ đồ nối điện và các điểm ngắn mạch tính toán vẽ trên hình h.3.1.
Hình 3.1
Sơ đồ thay thế vẽ trên hình h3.2.
Hình 3.2
c. Tính toán ngắn mạch tại các điểm:
* Xét khi ngắn mạch tại N1: Nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống.
Sơ đồ thay thế cho trên hình h3.3.
Hình 3.3
X1 = XHT + XD = 0,1667 + 0,3403 = 0,507
X2 = XF + XB220 = 1,5574 + 0,88 = 2,4374
X3 = X4 = XC = 0,46
X5 = X6 = XF + XH = 1,5574 + 0,82 = 2,3774
X7 = XF + XB110 = 1,5574 + 0,84 = 2,3974
Hình.3.4
Điểm ngắn mạch N1 có tính chất đối xứng nên ta có:
X8 = X3/2 = 0,46/2 = 0,23
X9 = X5/2 = 2,3774/2 = 1,1887
Ghép các nguồn phía nhà máy ta có:
X10 = [(X7//X9) + X8] // X2 = [(2,3974//1,1887)+0,23] //2,4374
= 0,7214
Hình.3.5
Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống:
Tra đường cong tính toán ta có:
và
Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp:
kA
kA
Điện kháng tính toán nhánh nhà máy:
Tra đường cong tính toán ta có:
và
Dòng ngắn mạch phía nhà máy cung cấp:
kA
kA
Do đó dòng ngắn mạch tổng tại N1:
kA
kA
Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N1:
kA
* Xét khi ngắn mạch tại N2: Nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế và hệ thống.
Sơ đồ thay thế cho trên hình h.3.6.
Hình 3.6
X1 = XHT + XD = 0,1667 + 0,3403 = 0,507
X2 = XF + XB220 = 1,5574 + 0,88 = 2,4374
X3 = X4 = XC = 0,46
X5 = X6 = XF + XH = 1,5574 + 0,82 = 2,3774
X7 = XF + XB110 = 1,5574 + 0,84 = 2,3974
Hình 3.7
Điểm ngắn mạch N2 có tính chất đối xứng nên ta có:
X8 = X3/2 = 0,46/2 = 0,23
X9 = X5/2 = 2,3774/2 = 1,1887
Ghép các nguồn phía nhà máy ta có:
Biến đổi Y (X1, X2, X8) thành D (X10, X11) ở đây ta không xét nhánh nối giữa các nguồn:
Hình.3.8
Ghép các nguồn E1, E4, E23 ta có:
Hình.3.9
Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống:
Tra đường cong tính toán ta có:
và
Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp:
kA
kA
Điện kháng tính toán nhánh nhà máy:
Tra đường cong tính toán ta có:
và
Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy cung cấp:
kA
kA
Do đó dòng ngắn mạch tổng tại N2:
kA
kA
Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N2:
kA
* Xét khi ngắn mạch tại N3: Nguồn cung cấp gồm hệ thống tất cả các máy phát điện của nhà máy thiết kế trừ máy phát F2.
Sơ đồ thay thế cho trên hình h.3.9
Hình 3.10
X1 = XHT + XD = 0,1667 + 0,3403 = 0,507
X2 = XF + XB220 = 1,5574 + 0,88 = 2,4374
X3 = X4 = XC = 0,46
X5 = XH = 0,82
X6 = XF + XH = 1,5574 + 0,82 = 2,3774
X7 = XF + XB110 = 1,5574 + 0,84 = 2,3974
X8 = X3/2 = 0,46/2 = 0,23
Hình 3.11
Sơ đồ hình h3.10 được vẽ lại trên hình h3.11.
Hình 3.12
Biến đổi Y (X1, X2, X8) thành D (X9, X10) ở đây ta không xét nhánh nối giữa các nguồn:
Hình.3.13
Ghép các nguồn E1, E34 ta có:
Hình.3.14
Biến đổi Y (X5, X9, X12) thành D (X13, X14) ở đây ta không xét nhánh nối giữa các nguồn:
Hình.3.15
Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống:
Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống cung cấp:
kA
Điện kháng tính toán nhánh nhà máy:
Tra đường cong tính toán ta có:
và
Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy cung cấp:
kA
kA
Do đó dòng ngắn mạch tổng tại N3:
kA
kA
Dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tại N3:
kA
* Xét khi ngắn mạch tại N’3: Nguồn cung cấp chỉ gồm máy phát F2.
Sơ đồ thay thế cho trên hình h.3.14
Hình.3.16
Điện kháng tính toán:
Tra đường cong tính toán ta có:
và
Dòng ngắn mạch tại N’3:
kA
kA
Do ta đang xét ngắn mạch tại đầu cực máy phát nhiệt điện nên ta lấy kxk = 1,91 dòng điện xung kích xuất hiện khi có ngắn mạch tạiN’3.
kA
* Xét khi ngắn mạch tại N4: Nhằm chọn khí cụ điện mạch tự dùng và mạch phụ tải...