Nhà máy điện & trạm biến áp

a xây dựng đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp trong các thời điểm khác nhau theo công thức: P(t) = * Pđm S(t) = Trong đó: P(t) là công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t. S(t) là công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t. Cosj là hệ số công suất phụ tải. 1.2.1.Phụ tải địa phương. Uđm = 10 KV Pmax = 10 MW Cosjtb = 0.86 áp dụng công thức trên ta có: Pđp(t) = *Pđpm Sđp(t) = Bảng biến thiên công suất của phụ tải địa phương theo thời gian như sau: Bảng 1-2 t P 0 - 8 8 - 12 12 - 18 18 - 24 Pđp% 65 100 80 65 Pđp(t) (MW) 6.5 10 8 6.5 Sđp(t) (MVA) 7.558 11.628 9.302 7.558 Từ đó ta có đồ thị biểu diễn quan hệ công suất phụ tải địa phương với thời gian như hình 1-1. Hình 1-1 1.2.2.Phụ tải trung áp. Uđm = 110 KV PTmax = 110 MW Cosjtb = 0.87 áp dụng công thức ta được: PT(t) = * PTmax ST(t) = Bảng biến thiên công suất của phụ tải trung theo thời gian áp như sau: Bảng 1-3 t P 0 - 8 8 - 12 12 - 18 18 - 24 Pđp% 67 85 100 75 PT(t) (MW) 82.5 93.5 110 82.5 ST(t) (MVA) 94.828 107.471 126.437 94.828 Từ đó ta có đồ thị biểu diễn quan hệ công suất phụ tải trung áp với thời gian như hình 1-2. Hình 1-2 1.2.3.Công suất toàn nhà máy. Uđm = 10 KV PNMđm = n*PGđm = 4*50 = 200 MW Cosjđm = 0.8 Ta có: PNM(t) = * PNMđm SNM(t) = Bảng biến thiên công suất phát của toàn nhà máy theo thời gian như sau. Bảng 1-4 t P 0 - 8 8 - 12 12 - 18 18 - 24 Pđp% 80 85 100 75 PNM(t) (MW) 160 170 200 150 SNM(t) (MVA) 200 212.5 250 187.5 Đồ thị biểu diễn quan hệ công suất phát của toàn nhà máy theo thời gian như hình vẽ 1-3. Hình 1-3 1.2.4.Phụ tải tự dùng: Tính gần đúng theo công thức. Std(t) = STD * ( 0.4 + 0.6 * ) Trong đó: Std(t) là công suất tự dùng tại thời điểm t, MVA. SNM là công suất đặt của toàn nhà máy, MVA. S(t) là công suất phát ra của nhà máy tại thời điểm t, MVA j% là phần trăm lượng điện tự dùng. Bảng biến thiên công suất của phụ tải tự dùng như sau. Bảng 1-5 t(h) P 0 - 8 8 - 12 12 - 18 18 - 24 SNM(t) (MW) 200 212.5 250 187.5 Std(t) (MVA) 14.4 15.925 17.5 14.875 Đồ thị phụ biểu diễn quan hệ giữa công suất của phụ tải tự dùng với thời gian như hình 1- 4. Hình 1-4 1.2.5.Công suất phát về hệ thống. Công suất phát về hệ thống được tính theo công thức sau: SHT = SNM - (Sđp + Std + ST + Sc) ; với Sc = 0 Bảng biến thiên công suất phát về hệ thống. Bảng 1-6 t(h) P 0 - 8 8 - 12 12 - 18 18 - 24 SNM(MVA) 200 212.5 250 187.5 Sđp(MVA) 7.558 11.628 9.302 7.558 ST(MVA) 94.828 107.471 126.437 94.828 Std(MVA) 14.4 15.925 17.5 14.875 SHT(MVA) 82.214 77.476 96.761 70.239 Đồ thị biểu diễn quan hệ công suất tổng hợp theo thời gian như hình 1-5. Hình 1-5 Nhận xét : Từ đồ thị phụ tải tổng hợp ta thấy nhà máy luôn cung cấp đủ công suất cho các phụ tải và phát công suất thừa lên lưới. Công suất phát lên hệ thống của nhà máy nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên khi có sự cố tách nhà máy ra khỏi hệ thống vẫn đảm bảo ổn định hệ thống. Chương 2 Xác định các phương án Chọn sơ đồ nối điện chính phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và thể hiện tính khả thi, đem lại hiệu quả kinh tế cao. Theo chương 1 ta có kết quả tính toán sau: Phụ tải địa phương : Sđpmax = 11.628 MVA Sđpmin = 7.558 MVA Phụ tải trung áp : STmax = 126.437 MVA STmin = 94.828 MVA Phụ tải tự dùng : STdmax = 17.5 MVA STdmax = 14.875 MVA Phụ tải phát vào hệ thống : SHTmax = 96.761 MVA SHTmin = 70.239 MVA Ta có dự trữ quay của hệ thống là SDT = 100 MVA Tỉ lệ phần trăm phụ tải địa phương so với công suất định mức máy phát là : P % = = 10 % < 15 % à dùng sơ đồ bộ máy phát máy biến áp. Công suất một bộ MF-MBA = 62.5 MVA nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên có thể dùng sơ đồ bộ. Cấp điện áp cao và trung la 220 kV và 110 kV có trung tính nối đất trực tiếp nên dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm máy biến áp liên lạc, tiết kiệm chi phí và giảm được tổn hao MBA. Từ đó ta vạch ra các phương án như sau : 2.1.Phương án 1 Phương án I, phía cao áp thanh góp 220kV bố trí 3 máy biến áp gồm 2 máy biến áp tự ngẫu và 1 máy biến 3 pha 2 dây quấn. Phía trung áp thanh góp 110kV được nối với 1 bộ máy phát điện - máy biến áp ba pha hai dây quấn G3-T3. Để cung cấp điện thêm cho các phụ tải này cũng như để liên lạc giữa ba cấp điện áp dùng hai bộ máy phát điện - máy biến áp tự ngẫu (G1-T1 và G2-T2). Phụ tải địa phương 10 kV được cung cấp điện từ đầu cực hai máy phát điện G1,G2 thông qua 2 kháng đường dây. Ưu điểm của phương án: cung cấp đủ công suất cho phụ tải các cấp điện áp. Nhược điểm : bộ máy phát – máy biến áp khác loại gây khó khăn trong lắp đặt vận hành bảo dưỡng sửa chữa. Sđp HT ~ ~ ~ ~ ST 220KV 110KV T4 T1 T2 T3 STD G5 G1 G2 G3 STD STD STD Sđp Hình 2-1 2.2.Phương án 2 Để khắc phục nhược điểm trên, chuyển bộ G4-T4 từ thanh góp 220kV sang phía 110kV. Phần còn lại của phương án II giống như phương án I. Ưu điểm - chỉ sử dụng 2 loại máy biến áp thuận tiện trong vận hành bảo dưỡng sửa chữa. - khắc phục được phần lớn các nhược điểm của phương án I. Nhược điểm - khi phụ tải bên trung min nếu cho bộ MF-MBA bên trung làm việc dịnh mức sẽ có một phần công suất từ bên trung truyền qua cuộn trung của MBA tự ngẫu phát lên hệ thống gây tổn thất qua 2 lần MBA. STD HT 220KV ~ T3 STD G3 ~ T1 G1 Sđp ~ ST 110KV T4 G4 STD ~ T2 G2 STD Sđp Hình 2-2 2.3.Phương án 3 Sử dụng 4 bộ MF-MBA và 2 máy biến áp tự ngẫu để làm máy biến áp liên lạc và cung cấp điện cho phụ tải địa phương. Phương án này sử dụng nhiều MBA gây tốn kém vốn đầu tư, gây tổn thất công suất trong MBA lớn. HT ST 220KV 110KV T3 T4 ~ T2 STD G5 ~ T5 G3 STD ~ T1 STD G5 ~ T6 G3 STD Hình 2-3 * Qua phân tích sơ bộ 3 phương án nêu trên ta thấy phương án 1 và 2 có nhiều ưu điểm nên được giữ lại để tính toán so sánh về mặt kinh tế kỹ thuật để chọn phương án nối điện tối ưu cho nhà máy. Chương 3 Chọn máy biến áp 3.1.Phương án 1 3.1.1.Chọn máy biến áp. 3.1.1.1.Máy biến áp T3 Máy biến áp này là máy biến áp hai dây quấn nên chọn theo điều kiện: ST3đm ≥ SGđm = = = 62.5 (MVA) Chọn máy biến áp kiểu TDц-80/121 3.1.1.2.Máy biến áp T4 (Phía cao áp có cấp điện áp 220KV). Đây cũng là loại máy biến áp hai dây quấn nhưng lại được đặt bên phía cao áp nên tương tự như chọn máy biến áp T3 ta chọn máy biến áp T4 loại TDц-80/242 3.1.1.3.Máy biến áp tự ngẫu T1 & T2 Máy biến áp này được chọn theo điều kiện: ST1đm = ST2đm ≥ Sth Trong đó: α = = 0.5 Sth = - SUfmin - STdmax = 62.5 – 7.558 – 17.5 = 54.346 MVA --> ST1 = ST2 = *54.346 = 108.692 MVA Chọn máy biến áp loại ATDцTH-125 Từ đó ta có bảng tham số của các máy biến cho phương án 1 như sau: Bảng 3-1 Máy biến áp Cấp điện áp (KV) Loại Sđm (MVA) Điện áp cuộn dây (KV) Tổn thất (KW) UN (%) I (%) C T H Po PN C-T C-H T-H A C-T C-H T-H T3 110 TDц 80 121 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.55 T4 220 TDц 80 242 - 10.5 80 - 320 - - 11 - 0.6 T1 & T2 220 ATDцTH 125 230 121 11 75 290 145 145 11 31 19 0.6 3.1.2.Tính dòng công suất phân phối cho các máy biến áp và các cuộn dây của máy biến áp. Quy ước chiều dương của dòng công suất là chiều đi từ máy phát lên thanh góp đối với máy biến áp 2 cuộn dây và đi từ phía hạ lên phía trung và cao đối với máy biến áp liên lạc. SCC(t), SCT(t), SCH(t) : là công suất biểu kiến qua cuộn cao, trung, hạ của MBA tự ngẫu tại thời điểm t. SbC, SbT : Công suất biểu kiến của 1 bộ bên cao, trung. SC(t), ST(t) : Công suất biểu kiến phát về hệ thống, phụ tải bên trung tại thời điểm t. 3.1.2.1.Máy biến áp 2 cuộn dây. Luôn cho vận hành với đồ thị bằng phẳng vì máy biến áp hai cuộn dây không có điều chỉnh dưới tải, do đó: Ta có công suất của 1 bộ MF-MBA là : SbC = SbT = SđmG - Stdmax = 62.5 - 17.5 = 58.125 (MVA) --> ta thấy ở điều kiện thường MBA làm việc không bị quá tải. 3.1.2.2.Máy biến áp tự ngẫu. Cuộn cao : SCC = [ SC(t) - SbC] Cuộn trung : SCT = [ ST(t) – SbT] Cuộn hạ : SCH = SCC + S CT Dựa vào kết quả công suất phụ tải bên trung áp & công suất phát về hệ thống ta có bảng phân phối công suất cho các máy biến áp như sau : Bảng 3-2 Loại máy biến áp Cấp điện áp Công suất (MVA) Thời gian (h) 0 – 8 8 - 12 12 - 18 18 – 24 Hai cuộn dây Cao & trung SbC = SbT 58.125 58.125 58.125 58.125 Tự ngẫu Cao SCC(t) 12.045 9.676 19.318 6.057 Trung SCT(t) 18.352 24.673 33.356 18.352 Hạ SCH(t) 30.396 34.349 53.474 24.409 3.1.3.Kiểm tra điều kiện làm việc của MBA. 3.1.3.1.Khi làm việc bình thường. SđmT3 = SđmT4 = 80 MVA > (SđmG - Stdmax) = 58.125 (MVA) SđmT1 = SđmT2 = 125 MVA > SHmax = 53.474 = 106.948 (MVA) Như vậy trong điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp đã được chọn không bị quá tải. 3.1.3.2.Khi sự cố. Sự cố bộ máy phát - máy biến áp bên trung. Điều kiện : 2**α*S đmTN ≥ STmax Û 2*1.4*0.5*125 = 175 (MVA) > STmax = 126.437 (MVA) đ khi sự cố 1 bộ MF-MBA bên trung vẫn đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải bên trung. Sự cố một máy biến áp tự ngẫu (MBA liên lạc). Điều kiện : *α*S đmTN ≥ STmax- SbT Û 1.4*0.5*125 = 87.5 (MVA) > 126.437 – 58.125 = 68.312 (MVA) Trong trường hợp sự cố một máy biến áp tự ngẫu(MBA liên lạc), cho phép làm việc trong tình trạng này. Như vậy các máy biến áp đã chọn cho phương án 1 đều đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy. Các máy biến áp không bị quá tải trong các điều kiện làm việc khác nhau. 3.1.4.Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp Tổn thất trong máy biến áp gồm hai 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 tải của máy biến áp. * Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây trong một năm : ΔA2cd = Po*T + PN**T Với T = 8760 giờ, là thời gian máy biến áp vận hành trong một năm. *Công thức tính tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu tương tự như máy biến áp ba pha ba cuộn dây : ΔATN =P0*T + Σ*ti Trong đó : , , là công suất tải qua cuộn cao, trung và hạ của máy biến áp tự ngẫu trong khoảng thời gian thứ ti. Sđm là công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu. , , là tổn thất công suất khi ngắn mạch trên cuộn cao, trung và hạ của máy biến áp tự ngẫu. Dựa vào thông số máy biến áp và các bảng số liệu ta tính ra được tổn thất điện năng trong các máy biến áp ở từng phương án như sau : 3.1.3.3.Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai dây quấn. ΔAT3 = *8760 = 2046.75*103 (KWh) ΔAT4 = *8760 = 2180.6*103 (KWh) 3.1.4.2.Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu. Trước hết phải tính tổn thất công suất ngắn mạch trong các cuộn cao, trung, hạ : 145 (KW) 145 (KW) 435 (KW) ΔAT1 = ΔAT2 = 75*8760 + *[(145*12.0452+145*18.3522+435*30.3962)*8 + (145*9.6762+145*24.6732+435*34.3492)*4 + (145*19.3182+145*33.3562+435*53.4742)*6 + (145*6.0572+145*18.3522+435*24.4092)*6] = 1052189.46 (KWh) Vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 1 là: ΔA = 2*ΔAT1 + ΔAT3 + ΔAT4 = 2*1052189.46 + 2046.75*103 + 2180.6*103 = 6331.73*103 (KWh) 3.2.Phương án 2 3.2.1.Chọn máy biến áp 3.2.1.1.Máy biến áp T3, T4 Làm tương tự phương án 1, chỉ khác ở chỗ bên trung áp chọn hai máy biến áp 2 cuộn dây loại TDц-80/121. 3.2.1.1.Chọn máy biến áp tự ngẫu T1 & T2 Tương tự như phương án 1 ta chọn được 2 máy biến áp tự ngẫu loại ATDцTH-125. Cụ thể máy biến áp T1 & T2 là máy biến áp tự ngẫu kiểu ATDцTH-125. Máy biến áp T3, T4 là máy 2 dây quấn kiểu TDц-80. Bảng thông số kỹ thuật của các máy biến áp của phương án 2 như sau: Bảng 3-3 Máy biến áp Cấp điện áp (KV) Loại Sđm (MVA) Điện áp cuộn dây (KV) Tổn thất (KW) UN (%) I (%) C T H Po PN C-T C-H T-H A C-T C-H T-H T3 & T4 110 TDц 80 121 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.5 T1 & T2 220 ATDцTH 125 230 121 11 75 290 145 145 11 31 19 0.6 3.2.2.Tính dòng công suất phân phối cho các máy biến áp và các cuộn dây của máy biến áp. 3.2.2.1.Máy biến áp 2 cuộn dây. Luôn cho vận hành với đồ thị bằng phẳng vì máy biến áp hai cuộn dây không có điều chỉnh dưới tải, do đó: SbT = SđmF - Stdmax = 62.5 - *17.5 = 58.125 (MVA) 3.2.2.2.Máy biến áp tự ngẫu. Cuộn cao : SCC = . SC(t) Cuộn trung : SCT = [ ST(t) – 2* SbT] Cuộn hạ : SCH = SCC + S CT Dựa vào kết quả công suất phụ tải bên trung áp & công suất phát về hệ thống ta có bảng phân phối công suất như sau : Bảng 3-4 Loại máy biến áp Cấp điện áp Công suất (MVA) Thời gian (h) 0 – 8 8 - 16 16 - 20 20 - 24 Hai cuộn dây Cao & trung SbT 58.125 58.125 58.125 58.125 Tự ngẫu Cao SCC(t) 41.107 38.738 48.381 34.120 Trung SCT(t) -21.422 -8.779 10.187 -21.422 Hạ SCH(t) 19.685 29.959 58.568 13.698 Dấu "- " cho biết công suất đi từ phía trung áp sang phía cao áp của hệ thống. 3.2.3. Kiểm tra điều kiện làm việc của MBA. 3.2.3.1.Khi làm việc bình thường. SđmT3 = SđmT4 = 80 MVA > SđmG - Stdmax = 58.125 (MVA) SđmT1 = SđmT2 = 125 MVA > SHmax = 58.568 = 117.136 (MVA) Trong điều kiện làm việc bình thường các máy biến áp đã được chọn không bị quá tải. 3.2.3.2.Khi có sự cố. Sự cố 1 bộ máy phát - máy biến áp bên trung. Điều kiện : 2.*α*S đmTN ≥ STmax - SbT ị 2*1.4*0.5*125 = 175 (MVA) > 126.437 – 58.125 = 68.312 (MVA) Sự cố 1 máy biến áp tự ngẫu(MBA liên lạc) Điều kiện : *α*S đmTN ≥ STmax – 2*SbT 1.4*0.5*125 = 87.5 (MVA) > 126.437 – 2*58.125 = 10.187 (MVA) Như vậy các máy biến áp đã chọn cho phương án 2 đều đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc tin cậy. Các máy biến áp không bị quá tải trong các điều kiện làm việc khác nhau. 3.2.4.Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp 3.2.3.3.Tổn thất điện năng trong các máy biến áp hai cuộn dây T3 , T4 ΔAT3 = ΔAT4 = *8760 = 2046.75*103 (KWh) 3.2.4.2Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu T1 và T2 ΔAT1 = ΔAT2 = 75*8760 + *[(145*41.1072+145*21.4222+435*19.6852)*8 + (145*38.7382+145*8.7992+435*29.9592)*4 + (145*48.3812+145*10.1872+435*58.5682)*6 + (145*34.1202+145*21.4222+435*13.6982)*6] = 1109228.78 (KWh) Vậy tổn thất điện năng trong các máy biến áp của phương án 1 là: ΔA = 2*ΔAT1+2*ΔAT3 = 2*1109228.78+2*2046.75*103 =6311.96*103 (KW.h) 3.3.Xác định dòng cưỡng bức 3.3.1.Phương án I 3.3.1.1.Cấp điện áp 220 kV. Mạch đường dây : Phụ tải cực đại của hệ thống là S220max = 96.761 MVA. Vì vậy dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch đường dây được tính với điều kiện một đường dây bị đứt . Khi đó KA Mạch máy biến áp ba pha 2 cuộn dây : Dòng điện làm việc cưỡng bức được xác định theo dòng điện cưỡng bức của máy phát điện. KA Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì máy biến áp tự ngẫu còn lại phải đưa vào hệ thống một lượng công suất : Smax = S220max - SC4 = 96.761 - 58.125 = 38.636 MVA Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch này là : KA Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220kV của phương án I này là: Ilvcb = 0.254 KA 3.3.1.2.Cấp điện áp 110 kV. Dòng điện làm việc cưỡng bức của đường dây là (giả thiết mỗi đường dây tải công suất như nhau) khi sự cố 1 dây bên đường dây kép: Lúc bình thường đường dây kép tải một lượng công suất là : S = = 84.247 đKA Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây : KA Mạch máy biến áp tự ngẫu : Công suất tải sang trung áp lớn nhất khi T3 bị sự cố. Smax = = = 63.185 MVA Do đó dòng điện cưỡng bức là: KA Vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở phía 220 kV được lấy là : Ilvcb = 0.442 KA 3.3.1.3.Cấp điện áp 10.5kV. Dòng điện làm việc cưỡng bức ở mạch này chính là dòng điện làm việc cưỡng bức của máy phát điện nên ta có : KA Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức cuả phương án I là : Bảng 3-5 Cấp điện áp (KV) 220 110 10.5 Icb (kA) 0.254 0.442 3.608 3.3.2.Phương án II 3.3.2.1.Cấp điện áp 220 kV. Mạch đường dây cũng như phương án I ta đã có : Ilvcb = 0.254 KA Mạch máy biến áp tự ngẫu : Khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu thì máy biến áp tự ngẫu còn lại phải đưa vào hệ thống một lượng công suất : Smax = S220max = 96.761 MVA Dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch này là : KA Như vậy dòng điện làm việc lớn nhất ở cấp điện áp 220kV của phương án I này là: Ilvcb = 0.254 KA 3.3.2.2.Cấp điện áp 110kV. Mạch đường dây tương tự như phương án I ta có : Ilvcb = 0.442 KA Mạch máy biến áp ba pha hai cuộn dây : KA Mạch máy biến áp tự ngẫu : Công suất tải sang trung áp lớn nhất khi T3 bị sự cố. Smax = = = 34.123 MVA Do đó dòng điện cưỡng bức là: KA Như vậy dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất ở cấp điện áp 110 kV là : Ilvcb = 0.442 KA 3.3.2.3.Cấp điện áp 10.5 kV. Tương tự như phương án I ta đã có : Ilvcb = 3.608 KA Bảng kết quả tính toán dòng điện làm việc cưỡng bức của phương án II là : Bảng 3-6 Cấp điện áp (KV) 220 110 10.5 kV Icb (kA) 0.254 0.442 3.608 Chương 4 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 =100MVA; 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 4.1.1.Điện kháng của hệ thống điện. Nhiệm vụ thiết kế đã cho điện kháng tương đối định mức của hệ thống thứ tự thuận của hệ thống là XHTdm = 0.55 và công suất định mức của hệ thống SHTđm = 2200 MVA. Do đó điện kháng của hệ thống qui đổi về lượng cơ bản là: XHT = XHTdm* 4.1.2.Điện kháng của máy phát điện. Các máy phát điện đã cho là loại TB-50-2 cực ẩn và có điện kháng siêu quá độ dọc trục là Xd’’ = 0.135. Do đó điện kháng qui đổi về lượng cơ bản là: XG = X’’d. 4.1.3.Điện kháng của đường dây 220kV XD = *X0 *L* 4.1.4.Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây. Loại TDЦ - 80-242/10.5 : Đã biết UN% = 11 ; STđm = 80 MVA XT220 = Loại TDЦ -80-121/10.5 : Đã biết UN% = 10.5 ; STđm = 80 MVA XT110 = 4.1.5.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: UNC% = 0.5*( UNC-T + UNC-H - UNT-H ) = 0.5*( 11 + 31 - 19 ) = 11.5 UNT% = 0.5*( UNC-T + UNT-H - UNC-H ) = 0.5*( 11 + 19 - 31 ) = - 0.5 ằ 0 UNH% = 0.5*( UNC-H + UNT-H - UNC-T ) = 0.5*( 31 + 19 - 11 ) = 19.5 Từ đây tính được điện kháng qui đổi của máy biến áp tự ngẫu ba pha về lượng cơ bản: XC = = = 0.1438 XT = 0 XH = = = 0.2438 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. 4.2.1.Phương án 1: Sơ đồ nối điện ( Hình 4-1). 220KV ~ ~ HT ~ ~ N1 110KV N3’ N3 N4 N2 G3 G2 G1 G4 T4 T1 T2 T3 Hình 4-1 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 N3’. Điểm ngắn mạch N3 có nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát ( trừ máy phát G2) và hệ thống. Điểm ngắn mạch N3’ có nguồn cung cấp chỉ có máy phát G2. 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 mạch 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 N3’. 4.2.1.1.Sơ đồ thay thế ( Hình 4-2 ) HT XHT N1 XT220 XG XC XH XC XH XG XT110 XG XG G4 G1 G2 G3 XD N2 N3 N3’ N4 Hình 4-2 4.2.1.2.Tính toán ngắn mạch Điểm ngắn mạch N1 Từ sơ đồ thay thế hình 4-2 ta có sơ đồ tính toán điểm nhắn mạch N1 như hình 4-3 HT X1 N1 X3 X4 X2 X5 G4 G12 G3 Hình 4-3 Đặt các điện kháng như sau: X1 = XHT + XD = 0.025 + 0.0359 = 0.0609 X2 = XT220 + XG = 0.1375 + 0.216 = 0.3535 X3 = XC = *0.1438 = 0.0719 X4 = (XG + XH) = *(0.216 + 0.2438) = 0.2299 X5 = XT110 + XG = 0.1313 + 0.216 = 0.3473 Ghép G12 vào G3 rồi sau đó mắc nối tiếp với X3 được sơ đồ như hình 4-4 : HT X1 N1 X2 G4 X6 G123 Hình 4-4 X6 = ( X4 // X5 ) + X3 X6 = + X3 X6 = + 0.0719 = 0.21 G123 = Ghép máy phát G1, G2, G3, G4 và G5 được sơ đồ như hình 5-6 như sau: X7 X1 G1234 HT N1 Hình 4-5 X7 = = 0.132 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch là : XttHT = X1. = 1.34 Tra đường cong tính toán ta được : = 0.746 ; = 0.78 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = 4.12 (KA) I∞ = 4.308 (KA) Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N1 là : XttNM = X7* = 0.33 Tra đường cong tính toán ta được : = 3.03 ; = 2.2 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = 1.9 (KA) I∞ = 1.381 (KA) Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N1 là: Dòng ngắn mạch siêu quá độ: = 4.12 + 1.9 = 6.02 (KA) Dòng ngắn mạch duy trì: I∞N1 = 4.308 + 1.381 = 5.689 (KA) Dòng điện xung kích: ixkN1 = *Kxk* = *1.8*6.02 = 15.324 (KA) 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. Tương tự sơ đồ hình 4-3 ta có hình 4-6: HT X1 N2 X3 X4 X2 G4 G12 X5 G3 Hình 4-6 Ghép song song nguồn G1, G2, G3 được sơ đồ như hình 4-7. HT X1 X2 G4 X3 G123 X8 Hình 4-7 X8 = == 0.138 Biến đổi sơ đồ sao X1, X2 và X3 về sơ đồ tam giác thiếu X9, X10 do điện kháng giữa các nguồn HT và G4 không ảnh hưởng tới trị số dòng ngắn mạch, nên trong tính toán có thể bỏ qua --> ta có: X9 = X1 + X3 + = 0.0609 + 0.0719 + = 0.1452 X10 = X2 + X3 + = 0.3535 + 0.0719 + = 0.8428 X9 X8 Sơ đồ trở thành hình 4-8 : X9 G1234 X11 HT N2 Hình 4-9 HT N2 G123 X10 G4 Hình 4-8 Biến đổi sơ đồ hình 4-8 thành sơ đồ hình 4-9 như sau : X11 = = 0.1186 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là : XttHT = X9* = 3.1944 Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I” = I∞ 3.457 (KA) Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N2 là : XttNM = X11* = 0.2965 Tra đường cong tính toán ta được : = 3.373 ; = 2.28 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = = 4.233 (KA) I∞ = 2.862 (KA) Trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là: Dòng ngắn mạch siêu quá độ: = 3.457 + 4.233 = 7.69 (KA) Dòng ngắn mạch duy trì: I∞N2 = 3.457 + 2.862 = 6.319 (KA) Dòng điện xung kích: ixkN2 = *Kxk* = *1.8*7.69 = 19.576 (KA) Điểm ngắn mạch N3 Từ sơ đồ hình 4-2 , ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N3 như hình 4-10 HT X1 N3 XT220 XG XC XH XC XH XG XT110 XG G4 G1 G3 Hình 4-10 Lúc này chỉ có 3 máy phát làm việc nên tổng công suất phát là : SSGđm = 3*Sđm = 3*62.5 = 187.5 (MVA) X1 XH HT N3 X2 G4 X3 X12 G13 Hình 4-11 Để tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 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 4-11 như sau: Với : X13 = XH + XG = 0.2438 + 0.216 = 0.4598 X12 = = 0.1979 Biến đổi sơ đồ sao X1,X2,X3 thành sơ đồ tam giác X9, X10, trong đó điện kháng giữa HT và G4 không ảnh hưởng đến giá trị dòng ngắn mạch nên có thể bỏ qua, do đó ta có: N3 HT X10 G4 X9 X12 G13 Hình 4-12 XH X9 = X1 + X3 + = 0.0609 + 0.0719 + = 0.1452 X10 = X2 + X3 + = 0.3535 + 0.0719 + = 0.8428 Ghép song song nguồn G4 và G13 ta có : X14 = = = 0.16 X9 HT XH G134 X14 N3 X15 X16 Hình 4-13 Biến đổi sơ đồ sao X9, X14, XH thành sơ đồ tam giác thiếu X15, X16 ta được sơ đồ như hình 4-14: X15 G134 X16 HT N3 Hình 4-14 X15 = X9 + XH + = 0.1452 + 0.2438 + = 0.61 X16 = X14 + XH + = 0.16 + 0.2438 + = 0.672 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N3 là : XttHT = X15* = 13.42 Vì XttHT > 3 nên áp dụng công thức tính : Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được: I” = I∞ 9.012 (KA) Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N3 là : XttNM = X16* = 1.26 Tra đường cong tính toán ta được : = 0.794 ; = 0.82 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = 8.186 (KA) I∞ = 8.454 (KA) Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N3 là: Dòng ngắn mạch siêu quá độ: = 9.012 + 8.186 = 17.198 (KA) Dòng ngắn mạch duy trì: I∞N3 = 9.012 + 8.454 = 17.466 (KA) Dòng điện xung kích: ixkN3 = *Kxk*=*1.8*17.198 = 43.779 (KA) 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 hình 4-15 XG G2 N3 Hình 4-15 Điện kháng tính toán: XttG2 = XG* = 0.135 Tra đường cong tính toán ta được : = 7.407 ; = 2.74 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta có : I” = 25.455 (KA) I∞ = 9.416 (KA) Dòng điện xung kích : ixkN3’ = *Kxk* = *1.9*25.455 = 68.398 (KA) (Ngắn mạch đầu cực lấy kxk =1.9) Điểm ngắn mạch N4 Từ sơ đồ thay thế hình 4-2 ta thấy : IN4 = IN3 + IN3' từ đó ta có : Dòng ngắn mạch siêu quá độ : I"N4 = I"N3 + I"N3' = 17.198 + 25.455 = 42.653 KA Dòng ngắn mạch duy trì : IƠN4 = IƠN3 + IƠN3' = 17.466 + 9.416 = 26.882 KA Dòng điện xung kích : ixkN4 = ixkN3 + ixkN3’ = 43.779 + 68.398 = 112.177 KA Kết quả tính toán ngắn mạch : Bảng 4-1 Cấp điện áp ( KV ) Điểm ngắn mạch I" (KA) IƠ (KA) ixk (KA) 220 N1 6.02 5.689 15.324 110 N2 7.69 6.319 19.576 10.5 N3 17.198 17.466 43.779 N3’ 25.455 9.416 68.398 N4 42.653 26.882 112.177 4.2.2.Phương án 2: Sơ đồ nối điện ( Hình 4-16). 220KV ~ HT ~ ~ N1 110KV N3’ N3 N4 N2 G3 G2 G1 ~ G4 T4 T1 T2 T3 Hình 4-16 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 N3’. Điểm ngắn mạch N3 có nguồn cung cấp là toàn bộ các máy phát ( trừ máy phát G2) và hệ thống. Điểm ngắn mạch N3’ có nguồn cung cấp chỉ có máy phát G2. 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 mạch 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 N3’. 4.2.2.1.Sơ đồ thay thế ( Hình 4-17 ) XHT N1 XT220 XC XH XC XH XG XT110 XG XG XG G4 G1 G2 G3 XD N2 N3 N3’ N4 HT Hình 4-17 4.2.2.2.Tính toán ngắn mạch Điểm ngắn mạch N1 Từ sơ đồ thay thế hình 4-17 ta có sơ đồ tính toán điểm nhắn mạch N1 như hình 4-18 HT X1 N1 X2 X3 X4 G12 G34 Hình 4-18 Đặt các điện kháng như sau: X1 = XHT + XD = 0.025 + 0.0359 = 0.0609 X2 = XC = *0.1438 = 0.0719 X3 = (XG + XH) = *(0.216 + 0.2438) = 0.2299 X4 = (XT110 + XG) = (0.1313 + 0.216) = 0.1737 Ghép G12 vào G34 rồi sau đó mắc nối tiếp với X2 được sơ đồ như hình 4-19 : X5 = ( X3 // X4 ) + X2 X5 = + X2 X5 = + 0.0719 = 0.171 G1234 = X5 X1 G1234 HT N1 Hình 4-19 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch là : XttHT = X1. = 1.34 Tra đường cong tính toán ta được : = 0.746 ; = 0.78 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = 4.12 (KA) I∞ = 4.308 (KA) Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N1 là : XttNM = X5* = 0.4275 Tra đường cong tính toán ta được : = 2.34 ; = 2 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = 1.468 (KA) I∞ = 1.255 (KA) Như vậy trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại điểm N1 là: Dòng ngắn mạch siêu quá độ: = 4.12 + 1.468 = 5.588 (KA) Dòng ngắn mạch duy trì: I∞N1 = 4.308 + 1.255 = 5.563 (KA) Dòng điện xung kích: ixkN1 = *Kxk* = *1.8*5.588 = 14.225 (KA) 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. Tương tự sơ đồ hình 4-18 ta có hình 4-20 : HT X1 N2 X2 X3 G12 X4 G34 Hình 4-20 Ghép song song nguồn G12, G34 và ghép nối tiếp X1,X2 được sơ đồ như hình 4-21. X6 = X1 + X2 = 0.0609 + 0.0719 = 0.1328 X7 == = 0.099 X6 G1234 X7 HT N2 Hình 4-21 Điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm ngắn mạch N2 là : XttHT = X6* = 2.922 Tra đường cong tính toán ta được : = 0.342 ; = 0.352 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = 3.777 (KA) I∞ = 3.888 (KA) Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm ngắn mạch N2 là : XttNM = X7* = 0.248 Tra đường cong tính toán ta được : = 4.03 ; = 2.42 Đổi ra hệ đơn vị có tên ta được : I” = = 5.058 (KA) I∞ = 3.037 (KA) Trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là: Dòng ngắn mạch siêu quá độ: = 3.777 + 5.058 = 8.835 (KA) Dòng ngắn mạch duy trì: I∞N2 = 3.888 + 3.037 = 6.925 (KA) Dòng điện xung kích: ixkN2 = *Kxk* = *1.8*8.835 = 22.49 (KA) Điểm ngắn mạch N3 HT X1 N3 XC XH XC XH XG XT110 XG XT110 XG G4 G1 G3 Hình 4-22 Từ sơ đồ hình 4-17 , ta có sơ đồ tính toán điểm ngắn mạch N3 như hình 4-22 Lúc này chỉ có 3 máy phát làm việc nên tổng công suất phát là : SSGđm = 3*Sđm = 3*62.5 = 187.5 (MVA) Để tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 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 4-23 như sau: N3 HT X8 G1 X6 X4 G34 Hình 4-23 XH Với : X8 = XH + XG = 0.2438 + 0.216 = 0.4598 X6 = X1 + X2 = 0.1328 X4 = 0.1737 Ghép song song nguồn G1 và G34 ta có : X9 = = = 0.126 X6 HT XH G134 X9 N3 X10 X11 Hình 4-24 Biến đổi sơ đồ sao X6, X9, XH thàn._.