Tải bản đầy đủ
Thiết bị DAL 1,6

Thiết bị DAL 1,6

Tải bản đầy đủ

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

chơng 4: máy biến áp và sơ đồ đấu điện
1. Sơ đồ đấu điện chính (SĐĐĐC).

1.1. Yêu cầu.
Sơ đồ đấu điện chính của trạm thuỷ điện là sơ đồ nối điện các thiết bị sản xuất,
phân phối và truyền tải của nhà máy thuỷ điện. Trong sơ đồ đấu điện có máy phát, máy
biến áp, máy cắt, dao cách ly, thanh góp, cầu dao...
Sơ đồ đấu điện chính của nhà máy thuỷ điện phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Phải có khả năng đảm bảo sự truyền tải công suất cực đại của nhà máy thuỷ
điện vào hệ thống hoặc đến phụ tải trong điều kiện làm việc bình thờng cũng
nh khi phải sửa chữa hoặc bị sự cố.
Sơ đồ phải có tính linh hoạt cao, nghĩa là sơ đồ đợc sử dụng phải thích ứng với
mọi chế độ làm việc có thể xảy ra.
Sơ đồ phải có kết cấu sao cho thuận lợi trong vận hành, thao tác các thiết bị đơn
giản, hiệu quả.
Tính tự động hoá của sơ đồ cao. Khi làm việc bình thờng cần tự động hoá nh
điều khiển chế độ tối u của tổ máy cho phù hợp với biểu đồ phụ tải. Khi gặp sự
cố thì đảm bảo khả năng khôi phục lại sự làm việc bình thờng nhờ các hệ thống
tự động nh: tự động cắt rơle, tự động đóng nguồn dự phòng.
Sơ đồ phải có tính kinh tế cao. Thiết kế sơ đồ sao cho tổng giá thành phần điện
của nhà máy thuỷ điện gồm: Máy phát, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly... và
các thiết bị phụ khác là nhỏ nhất.
1.2. Chọn sơ đồ đấu điện chính.
1.2.1. Các phơng án.
Dự án thuỷ điện Đồng Nai 5 có công suất lắp máy là 150 MW, sản lợng điện trung
bình hàng năm 600,347 triệu KWh. Dự án đợc xây dựng và khai thác nhằm mục đích
cung cấp bổ xung công suất, điện năng cho phụ tải Miền Nam nói riêng và lới điện toàn
quốc nói chung, đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng trong giai đoạn 2010 và các năm
sau đó.
Tại vị trí nhà máy có trạm phân phối và truyền tải điện 220 KV. Do đó sơ đồ đấu
điện chính cần phải có nhiệm vụ chuyển điện năng từ đầu cực máy phát 16,5 KV lên

63

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

điện áp 220 KV. Sau đó chuyển đến trạm phân phối điện ngoài trời và từ đây điện áp sẽ
đợc chuyển lên mức cao hơn để hoà vào lới điện quốc gia.
Trên cơ sở nhiệm vụ thiết kế sơ bộ, phân tích các số liệu đã cho, để đa ra phơng án
khả thi , đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, thao tác dễ dàng... Tôi đa ra ba phơng án
sau:


Phơng án 1: Đấu một máy phát với một máy biến áp (sơ đồ đấu bộ).



Phơng án 2: Đấu hai máy phát với một máy biến áp (sơ đồ mở rộng).



Phơng án 3: Sơ đồ hệ thống thanh góp.

1.2.2. Phân tích chọn phơng án.
a) Phơng án 1 (hình a).
Mỗi tổ máy đấu trực tiếp với một máy biến thế. Máy biến thế đấu với đờng dây
cao thế. Sơ đồ này thờng dùng ở những nhà máy có công suất lớn, làm việc trong hệ
thống điện quan trọng. Khi một tổ máy ngừng vận hành vì một lý do kĩ thuật nào đó
không ảnh hởng đến việc cung cấp điện, phần điện đó sẽ do một trạm điện khác trong
hệ thống thay thế. Để thực hiện sự chuyển mạch hoặc cắt mạch và để an toàn cho đờng
dây cao thế phải lắp các thiết bị cầu dao cách ly.
u điểm:
- MBA có kích thớc và khối lợng nhỏ nên chi phí vận chuyển giảm.
- Các MBA làm việc độc lập, không cần kiểm tra quá tải sự cố.
- SĐĐĐ đơn giản, số lợng dao cắt không lớn.
Nhợc điểm:
- Số lợng MBA và các thiết bị đi kèm nhiều nên giá thành phần thiết bị tăng.
- Khi một mạch bị sự cố thì máy phát ở mạch đó ngừng hoạt động.
- Không phát huy đợc khả năng quá tải của MBA.
b) Phơng án 2 (hình b).
Sơ đồ bộ mở rộng là sơ đồ hai hay nhiều máy phát đấu với một máy biến thế (hoặc
một nhóm máy biến thế một pha), máy biến thế đấu với đờng dây cao thế.
u điểm: Số lợng MBA, máy cắt, dao cách ly ít do vậy thao tác khi vận hành ít bị
sự cố hơn, giá thành phần thiết bị có rẻ hơn phơng án 1.
64

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Nhợc điểm: Khi xảy ra sự cố của một MBA thì cả hai tổ máy ngừng làm việc,
do công suất của máy biến áp lớn nên sẽ gây ra sự thiếu hụt về điện năng lớn
hơn, gây tổn thất nghiêm trọng cho các hộ dùng điện hơn. hai tổ máy cùng
không làm việc có công suất lớn hơn công suất dự trữ sự cố của hệ thống,
không an toàn. Máy biến áp và các thiết bị đi kèm có kích thớc to, cồng kềnh,
gây khó khăn cho việc lắp đặt, vận chuyển, sửa chữa và thay thế sau này. Sơ đồ
này chỉ dùng cho trạm thuỷ điện lớn có nhiều tổ máy. Do vậy với trạm thuỷ
điện Đồng Nai 5 thì phơng án dùng sơ đồ đấu điện loại này là không khả thi.
c) Phơng án 3 (hình c).
Tất cả các máy phát điện đấu vào thanh góp của điện áp máy phát, các máy biến
thế cũng đợc đấu vào thanh góp thứ hai và đa vào hệ thống. Để đảm bảo việc cung cấp
điện an toàn và liên tục ngời ta dùng hệ thống thanh góp đơn có phân đoạn hoặc hệ
thống thanh góp kép có phân đoạn.
Phơng án này sẽ cho ta sự an toàn trong việc cung cấp điện song chỉ có lợi đối với
những nhà máy có nhiều tổ máy. Sơ đồ phức tạp có nhiều thiết bị phụ trợ nên giá thành
sẽ tăng cao.
Từ những phân tích trên ta thấy rằng trạm thuỷ điện Đồng Nai 5 có nhiệm vụ cấp
điện hoà vào lới điện quốc gia, có số tổ máy ít ( 2 tổ máy) nên ở đây em đa ra phơng án
1 ( Sơ đồ đấu bộ ) cho SĐĐĐC của nhà máy để tính toán phần tiếp theo.

mba
mba

mba

mba

DCL

DCL

MF

MF

a)

DCL

DCL

MF

MF

mba

DCL

DCL

DCL

DCL

MF

b)

MF

c)

Hình vẽ: Các loại sơ đồ đấu điện
65

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

2. Chọn máy biến áp.

2.1. Công dụng của máy biến áp.
Sau khi điện năng đợc sản xuất ra tại đầu cực máy phát, muốn cung cấp điện năng
cho phụ tải với các cấp điện áp khác nhau phải dùng máy biến áp để chuyển đổi điện áp
lên cấp cao hơn để giảm tổn thất điện năng trên đờng dây truyền tải điện và để phù hợp
với hệ thống đờng dây đã có sẵn. Sau đó để đa điện năng đến với các hộ dùng điện lại
hạ điện áp xuống các cấp thấp hơn.
ở đây ta đang thiết kế với điện áp đầu ra của máy phát là 16,5 KV cần chuyển
sang cấp điện áp cao hơn là 220 KV qua máy biến áp.
2.2. Yêu cầu khi chọn máy biến áp.
Cần phải đảm bảo tính liên tục giữa nhà máy điện với hệ thống, đảm bảo cung
cấp điện trong tính toán làm việc bình thờng cũng nh khi gặp sự cố.
Khi có một máy biến áp bất kì ngng làm việc ( do sự cố hoặc sửa chữa ), các
máy biến áp còn lại với khả năng quá tải cho phép phải đảm bảo tải đủ công suất
yêu cầu.
2.3. Chọn máy biến áp chính cho trạm thuỷ điện Đồng Nai 5.
a) Chọn loại máy biến áp.
Dựa vào công suất máy phát, công suất yêu cầu, sơ đồ đấu điện chính và các tài
liệu liên quan, ta đi chọn kiểu máy biến áp cho nhà máy thuỷ điện:
Công suất biểu kiến của tổ máy là:
S

MP
dm

MP
N dm
100.10 3
=
=
= 111,1.10 3 KVA
cos
0,9

Công suất định mức yêu cầu là:

y/c
S dm
MP = S S TD

Trong đó:
S - Tổng công suất biểu kiến định mức của nhà máy.
Std - Công suất tự dùng của nhà máy thuỷ điện, tuỳ thuộc vào yêu cầu trong
ngày có khác nhau. Công suất tự dùng thờng lấy bằng (0,3% ữ 2%)S. Chọn Std =
0,5%.S.
Vậy:

S = 111,1.103 ì 2 = 222,2.103 KVA
66

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Std = 0,5%.S = 222,2.103 ì 0,5% = 1111 KVA.
y/c
3
3
S dm
MP = 222,2.10 1111 = 221089 KVA = 221,1.10 KVA

S

y/c
MBA

=

y/c
S dm
MP

Z

=

221,1.10 3
= 110,55.10 3 KVA .
2

Tra theo tài liệu thiết bị điện hiện có, điện áp vào là 16,5 KV, điện áp ra là 220
KV, công suất yêu cầu là 99,5.103 KVA, ta chọn loại máy biến áp kiểu T 125.103
KVA có các thông số sau:
Bảng thông số máy biến áp đợc chọn
Công suất Điện áp định Tổn thất
Loại định mức
UN% I0%
mức Uđm (KV) (KW)
Sđm
Cao
T

125

242

Hạ

P0 PN

15,75 135 380 11

Kích thớc(m)

Trọng Lợng
(tấn)

Dài Rộng Cao Dầu Tổng
0,5 8,0

5,5

8,6

41

140

Trong đó:
UN%: Điện áp ngắn mạch.
I0%: Dòng điện ngắn mạch.
b) Hiệu chỉnh theo nhiệt độ trung bình.
Vì Sđm ghi trên nhãn hiệu của máy biến áp là công suất định mức do nhà chế tạo
quy định theo điều kiện khí hậu nhất định. Khi ứng dụng máy biến áp ở những vùng có
khí hậu khác, không đúng với sản suất thiết kế, ta cần hiệu chỉnh lại công suất
Đây là MBA do Liên Xô sản xuất, công suất ghi trên nhãn hiệu căn cứ theo nhiệt
độ sau:
Nhiệt độ trung bình hàng năm: +50 C.
Nhiệt độ cao nhất trong năm: +350 C.
Nơi sử dụng là Đồng Nai, Việt Nam có các chỉ số nhiệt độ cụ thhể nh sau:
Nhiệt độ trung bình hằng năm: +22,40 C.
Nhiệt độ lớn nhất trong năm: +36,60 C.
5 22,4
3
3
= S dm .1 +
S dm
= 0,826.S dm = 0,826.125.10 = 103,25.10 KVA
100

67

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

c) Hiệu chỉnh theo nhiệt độ lớn nhất.
35 36,6
3
3
= S dm 1 +
S dm
= 0,984.S dm = 0,984.125.10 = 123.10 KVA .
100


Nh vậy trong mọi điều kiện nhiệt độ, MBA làm việc an toàn.
2.4. Chọn máy biến áp tự dùng.
Ta có công suất tự dùng của nhà máy thuỷ điện là: Std = 1000 KVA.
TD
Công suất của một máy biến áp tự dùng là: S MBA =

1111
= 555,5 KVA
2

Tra theo tài liệu ta chọn 2 MBA tự dùng loại:
Bảng thông số MBA tự dùng
Công suất Điện áp định Tổn thất
Loại định mức
UN% I0%
mức Uđm (KV) (KW)
Sđm

TM

630

Cao

Hạ

35

0,69

P0 PN
2

7,6 6,5

Kích thớc(m)

Dài Rộng Cao Dầu Tổng
2

2,1 1,45 2,75

Hiệu chỉnh MBA áp tự dùng đã chọn:
Theo nhiệt độ trung bình.
5 22,4
TD
TD
= S dm
S TD
.1 +
= 0,826.S dm = 0,826.630 = 520,38 KVA .
100


Theo nhiệt độ lớn nhất.
35 36,6
TD
TD
= S dm
S TD
1 +
= 0,984.S dm = 0,984.630 = 619,92 KVA .
100

TD
> S TD
> S MBA
Ta thấy: S TD
Đảm bảo an toàn vận hành.

4. tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị.

4.1. Tính toán ngắn mạch.
Công suất máy phát: Sđm F1= Sđm F2= 100 MVA.
Điện kháng siêu quá độ máy phát: Xd= Xd1= Xd2= Xd3= 0,146
Công suất của hệ thống: Sđm HT= 300 MVA.
68

Trọng Lợng
(tấn)

1

3,5

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Điện kháng tơng đối định mức hệ thống: X*HT= 0,5.
Công suất của máy biến áp: Sđm MBA= 125 MVA.
Chọn các đại lợng cơ bản: Scb= 100 (MVA), Ucb=Utb=Uđm.
Trạm thuỷ điện Đồng Nai 5 có cấp điện áp tăng cao là 220KV, dòng điện từ đầu
cực máy phát sẽ đợc nâng lên điện áp cao 220KV nhờ máy biến áp và hoà vào lới điện
quốc gia. Nhà máy có 2 tổ máy, công suất máy phát là 75 MW, điện áp đầu cực máy
phát là 16,5 KV. Điện năng phát ra đợc đa vào hệ thống bằng 1 cấp điện áp tăng cao
220 KV. Dùng 2 máy biến áp có công suất mỗi máy là 125 MVA làm nhiệm vụ tăng áp
cho 2 tổ máy phát 1 và 2. Hai máy biến áp tự dùng có công suất 630 KVA đợc dùng
cuộn hạ áp để cung cấp điện tự dùng cho nhà máy. Sơ đồ đấu điện chính của nhà máy
đợc bố trí nh sau:
Hệ thống

220 KV

N1

DCL 2

DCL 3

MC 2

MC 3

MBA 1

MC 4

MBA 2

DCL 4

DCL 5

N2

DCL 7

MC 5
DCL 6

MC 6

MBA 3

MC 7

MBA 4

16.5 KV
Máy phát 1

Máy phát 2
Điện tự

Điện tự

dùng

dùng

4.1.1. Tính toán ngắn mạch cho điểm N1:


Sơ đồ thay thế của điểm ngắn mạch N1.
HT

Hệ thống

1
0,167

N1

MBA 1

Máy phát 2

MBA 2

3
0,088

2
0,088

5
0,146

4
0,146
F2

Máy phát 1

69

N1

F1

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Xác định các giá trị điện kháng tơng đối cơ bản của các phần tử.
+ Điện kháng của hệ thống:
X1= X*HT.

S cb
100
= 0,5.
= 0,167.
S dmHT
300

+ Điện kháng của máy biến áp:
X2= X3 = UN%.

S cb
S dmMBA

= 11%.

100
= 0,088.
125

+ Điện kháng của máy phát:
X5= X6 =Xđ.

S cb
100
= 0,146.
=0,146.
S dmF
100

+ Xác định điện kháng tổng hợp:
X6 = X7 = X2 + X4 = X3 + X5 = 0,088 + 0,146 = 0,234.
Ghép máy phát F1 với F2 ta có:

X8 = X6 + X7 = 0,468

Ghép hệ thống với máy phát F1, F2 ta có: X9 = X1 // X8 = 0,078
HT

HT
1
0,167

1
0,167

N1

7
0,234

6
0,234
F1

N1

8
0,468
F1,F2

F2

N1

230 KV

9
0,078
F1,F2,HT

+ Xác định điện kháng tính toán:
S dm

X*tt= X. S = 0,078.
cb

(100.2 + 300)
= 0,39.
100

Vì loại máy phát điện có cuộn cảm nên:
X*tt= X*tt + 0,07 = 0,46.
Với thời gian xảy ra ngắn mạch t= 0,2s và X*tt= 0,48 tra đờng cong hình 4-16a ta
đợc dòng điện ngắn mạch tơng đối chu kỳ I*ck= 2,3 và dòng điện ngắn mạch ổn định tơng đối chu kỳ I* =f(X*tt, )=2,5. Vậy:
70

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Ick = I*ck . Iđm = I*ck .
I = I* . Iđm = 2,5.

S dm
3U cb

500
3.230

= 2,3 .

500
3.230

= 2,887 KA.

= 3,14 KA.

Dòng điện xung kích tính toán ngắn mạch:
Ixk= I. Kxk. 2 = 2,887.1,8. 2 =7,35 KA.
(Kxk=1,8 là hệ số xung kích ứng với lới điện có U >1000V ).
Dòng điện cỡng bức qua máy phát điện:
Icb = 1,05. IđmMF = 1,05. 3,5 = 3,675 KA.
IđmMF=

S dmMF
3U dmMF

=

100
3.16,5

= 3,5 KA.

Dòng điện cỡng bức qua máy biến áp:
- Qua MBA chính:
Kba=

U 1 I 2 16,5
=
= 0,075 .
=
U 2 I 1 220

+ Phía sơ cấp: I1= 1,05 IđmMF = 1,05.3,5 = 3,675 KA.
+ Phía thứ cấp: I2 = Kba.I1= 0,075. 3,675 = 0,276 KA.
- Qua MBA tự dùng:
Dòng dỡng bức phía sơ cấp là: Icb= 1,05.

S td
3.16,5

= 0,037(KA).

Xác định xung nhiệt của dòng ngắn mạch:
+ Tính BNCK:
I"

2,887

= I = 3,14 = 0,92 .

Với thời gian ngắn mạch t=0,2s tra hình 5-1 (giáo trình Nhà máy điện và trạm
biến áp) có: t = 0,16 s.
BNCK= I 2 . t = 3,142. 0,16 = 1,58 (KA2.s).
+ Tính BNKCK:

71

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

BNKCK= I2. Ta = 2,8872. 0,05= 0,42 (KA2.s).
BN = BNCK + BNKCK = 1,58 + 0,42 = 2 (KA2.s).
4.1.2. Tính toán ngắn mạch cho điểm N2:
Sơ đồ thay thế của điểm ngắn mạch N2
HT

Hệ thống

MBA 1

1
0,167

3
0,088

MBA 2

N2

5
0,146
Máy phát 2

F2

Máy phát 1

2
0,088
4
0,146
F1

Các giá trị điện kháng tơng đối cơ bản của các phần tử đã đợc xác định ở phần
trên:
X1 = 0,167; X2 = X3 = 0,088; X4 = X5 = 0,146.
X6 = (X2 nt X4) = (0,088 + 0,146) = 0,234.
HT
1
0,167

3
0,088
5
0,146

N2

F2

6
0,234

F1

Xác định điện kháng tổng hợp:
Do sự khác nhau nhiều giữa công suất và khoảng cách ngắn mạch của hệ thống với
máy phát điện nên ta dùng phơng pháp phân bố dòng điện ngắn mạch theo hệ số phân
bố C1 và C2
X =X + X3 = 0,098 + 0,088 = 0,186.
72

đồ án tốt nghiệp
(Với X= X1 // X6 =


X

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5
X 1 .X 6
0,167.0,234
= 0,098 )
=
X 1 + X 6 0,167 + 0,234
X

0,098

C1= X = 0,167 = 0,59 ;
1
X7 =

0,098

C2= X = 0,234 = 0,42.
6

X

X
= 0,186 = 0,315 ; X = = 0,186 = 0,443 .
8
0,42
0,59
C1
C2

X9= X5 // X7 // X8 = 1

1
X5

+ 1

X7

+ 1

X8

=0,08.

HT

HT

1
0,167

3
0,088
5
0,146

7
0,315

N2

N2

6
0,234

N2

F2

8
0,443

5
0,146

F2

F1

F1

9
0,08

F1, F2, HT

Điện kháng tơng đối tính toán:
S dm

X*tt= X9 . S = 0,08.
cb

(100 ì 3 + 300)
= 0,4.
100

Do máy phát điện có cuộn cảm nên:
X*tt= X*tt + 0,07 = 0,47.
Với thời gian xảy ra ngắn mạch t= 0,2s và X*tt = 0,47 tra đờng cong hình 4-16a ta
đợc dòng điện ngắn mạch tơng đối chu kỳ I*ck= 2,27 và dòng điện ngắn mạch ổn định
tơng đối chu kỳ I* =f(X*tt, ) = 2,47
Ick=I*ck . Iđm = I*ck .
I = I* . Iđm = 2,47.

S dm
3U cb

= 2,27.

500
3.16,5

500
3.16,5

= 39,7 KA.

= 43,2 KA.

Dòng điện xung kích tính toán ngắn mạch:
73