Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

LỜI NÓI ĐẦU
Vấn đề năng lượng hiện đang là vấn đề được toàn thế giới quan tâm, trong đó điện
năng ln là loại năng lượng quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực
của cuộc sống. Số lượng các nhà máy điện đang tăng lên nhanh chóng. Việc thiết kế các nhà
máy điện là một việc hết sức quan trọng trong quá trình cung cấp năng lượng.
Với sinh viên Hệ thống điện, đồ án môn học sẽ giúp sinh viên củng cố kiến thức đã
học, nâng cao kỹ năng cần thiết mà một kỹ sư điện cần có và dần tiếp cận với thực tế để có
thể vận dụng chúng sau này. Dưới đây là đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
công suất 200 MW gồm 4 tổ máy. Đồ án gồm những nội dung chính như sau:
 Chọn máy phát điện, tính tốn phụ tải và cân bằng công suất.
 Xác định các phương án nối dây, chọn máy biến áp, và tính tốn tổn thất cơng
suất, điện năng.
 Tính tốn ngắn mạch, lựa chọn các thiết bị chính của nhà máy điện.
 Tính tốn chọn phương án tối ưu.
 Sơ đồ nối dây và các thiết bị tự dùng.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là
TS.Trương Ngọc Minh và ThS.Nguyễn Thị Nguyệt Hạnh đã tận tình hướng dẫn em hoàn
thành bản thiết kế này. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em khơng
tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong các thầy cơ trong bộ mơn góp ý để bản thiết kế của
em được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, tháng 11 năm 2012
Sinh viên

Vũ Tiến Thắng

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

1


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

CHƢƠNG I
CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN, TÍNH TỐN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG
CƠNG SUẤT
Khi thiết kế một nhà máy điện thì việc tính tốn phụ tải và cân bằng công suất là
không thể thiếu để đảm bảo tính kinh tế trong thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy.
Lượng điện năng phát ra của nhà máy phải bằng tổng lượng công suất tiêu thụ và điện năng
tổn thất.
Ta thấy được hàng ngày thì điện năng tiêu thụ ln thay đổi, do đó phải biết được đồ
thị phụ tải hàng ngày. Nhờ đó mà ta có thể chọn được phương án nối điện hợp lý, các
phương án vận hành phù hợp. Ngoài ra đồ thị phụ tải còn giúp ta chọn đúng các máy biến áp
(MBA) và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy với nhau và giữa các nhà máy với nhau.
1.1 Chọn máy phát điện
Theo yêu cầu thiết kế thì nhà máy điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có cơng suất
50MW, nên tổng công suất của nhà máy 4 x 50 = 200MW. Chọn máy phát điện loại TBΦ50-2 có các thông số cho trong bảng sau
Bảng 1.1 Thông số máy phát
Loại MF

SFđm
MVA

PFđm
MW


cosđm

UFđm
kV

Iđm
kA

Xd’’

Xd ’

Xd

TB-50-2

62,5

50

0,8

10,5

5,95

0,135

0,3


1,84

1.2 Tính tốn phụ tải và cân bằng công suất
Từ đồ thị phụ tải ngày ở các cấp điện áp và hệ số công suất cosφ của phụ tải tương
ứng, ta xây dựng được đồ thị phụ tải tổng hợp của toàn nhà máy và đồ thị phụ tải ở các cấp
điện áp theo công suất biểu kiến S (MVA).
P(%)
.Pmax (1)
100
P(t)
(2)
S(t) =
cosυ
P(t) =

trong đó:
P(t) – cơng suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t.
S(t) – công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t.
P(%) - công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm cơng suất max
cos - hệ số công suất của phụ tải (cos = 0,8)
1.2.1 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy
Nhà máy điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có cơng suất 50MW nên:
Tổng cơng suất đặt của nhà máy : PNM = 4x50 = 200MW  SNM = 235,29 MVA
Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

2


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện


Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Theo các công thức (1) và (2) ta có bảng kết quả sau :
Bảng 1.2 Biến thiên phụ tải hàng ngày của nhà máy
t(h)

0–8

8– 18

18– 21

21 – 24

PNM(%)

90

100

90

80

PNM(t),MW

180

200


180

160

SNM(t),MVA

225

250

225

200

Đồ thị phụ tải toàn nhà máy

Đồ thị phụ tải nhà máy

SNM(MVA)
260
240
220
200
180
160
140
120

t(h)
0


4

8

12

16

20

24

1.2.2. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy
Công suất tự dùng của nhà máy tại mỗi thời điểm trong ngày được tính theo
cơng thức sau :
STD (t) =

S (t) 
α% PNM 
.
.  0,4 + 0,6. NM 
100 cosυTD 
SNM 

Trong đó:
PNM - cơng suất tác dụng định mức của nhà máy, PNM =200 MW
S NM - công suất biểu kiến định mức của nhà máy, S NM =250 MVA

 - lượng điện phần trăm tự dùng,  = 8%

cosTD - hệ số công suất phụ tải tự dùng, cosTD = 0,85

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

3


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Bảng 1.3.Biến thiên hàng ngày của phụ tải tự dùng
t(h)

0–8

8 - 18

18 – 21

21 - 24

SNM(t),MVA

225

250

225


200

STD(t),MVA

18,33

19,53

18,33

17,13

Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy

Đồ thị phụ tải tự dùng nhà máy

Std(MVA)
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14

t(h)

0

4

8

12

16

20

24

1.2.3 Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát
Phụ tải điện áp máy phát có U dm = 10kV; PUFmax = 10 MW; cos = 0,85.
Theo các cơng thức (1) và (2) ta có bảng kết quả sau :
Bảng 1.4 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải địa phƣơng
t(h)

0 – 10

10 – 18

18 – 21

21 - 24

PUF(%)


90

100

90

70

PUF(t),MW

9

10

9

7

SUF(t),MVA

10,588

11,765

10,588

8,235

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3


4


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát

Đồ thị phụ tải địa phƣơng

SUF(MVA)

14
13
12
11
10

9
8
7
6
5
4

t(h)
0

4


8

12

16

20

24

1.2.4 Đồ thị phụ tải điện áp trung áp
Phụ tải trung áp có U dm = 110 kV; PUTmax = 80 MW; cos = 0,85
Theo các cơng thức (1) và (2) ta có bảng kết quả sau:
Bảng 1.5 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải điện áp trung áp
t(h)

0 – 10

10 – 18

18 – 21

21 - 24

PUT(%)

90

100


90

80

PUT(t),MW

72

80

72

64

SUT(t),MVA

61,2

68

61,2

54,4

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

5



Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Đồ thị phụ tải điện áp cấp trung áp

Đồ thị phụ tải điện áp trung

SUT(MVA)
80
70
60
50
40
30
20

t(h)
0

4

8

12

16

20


24

1.2.5 Đồ thị công suất phát về hệ thống
Công suất phát về hệ thống tại mỗi thời điểm được xác định theo công thức sau :
SVHT(t) = SNM(t) - [SUF(t) +SUT(t) +STD(t) ]
Dựa vào các kết quả tính tốn trước ta tính được công suất phát về hệ thống của nhà
máy tại từng thời điểm trong ngày. Kết quả tính tốn cho trong bảng sau:
Bảng 1.6 Biến thiên phụ tải hàng ngày của phụ tải tổng hợp toàn nhà máy
t(h)

0–8

8 – 10

10 – 18

18 – 21

21 - 24

SNM(t)

225

250

250

225


200

SUF (t)

10,588

10,588

11,765

10,588

8,235

SUT(t)

61,2

61,2

68

61,2

54,4

STD(t)

18,33


19,53

19,53

18,33

17,13

SVHT(t)

134,882

158,682

150,705

134,882

120,235

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

6


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

S(MVA)

Đồ thị phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

260
240
220
200
180
160
140

Snm
SuF

120

SuT
100

Std
SvHT

80
60
40
20
0
0


4

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

8

12

16

20

24

t(h)

7


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

1.3. Nhận xét

1.3.1 Phụ tải địa phƣơng
Xét tỉ số:
SUFmax
11, 765
.100 0 0 =

.100 0 0 = 9,412 0 0 < 15 0 0
2SđmF
2.62,5

Như vậy, phụ tải điện áp máy phát nhỏ có thể lấy rẽ nhánh từ các bộ máy phát điện –
máy biến áp mà khơng cần thanh góp điện áp máy phát.
1.3.2. Hệ thống
Hệ thống có lượng cơng suất dự trữ là 240MVA
Nhận thấy:

SđmF =

PđmF
50
=
= 62,5 (MVA) < SdtHT
cosυF
0,8

Vì vậy nếu một máy phát bị hỏng không ảnh hưởng đến hệ thống.

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

8


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội


CHƢƠNG II:
ĐỀ XUẤT CÁC PHƢƠNG ÁN – LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP
Việc chọn các sơ đồ nối điện chính là một trong những khâu quan trọng nhất trong
việc tính tốn và thiết kế nhà máy điện. Chọn sơ đồ nối điện chính phải đảm bảo được các
yêu cầu về kĩ thuật cung cấp điện an toàn, liên tục cho các phụ tải ở các cấp điện áp khác
nhau. Ngồi ra nó cịn phải thể hiện được tính khả thi và tính kinh tế khi thiết kế.
Dựa vào kết quả tính tốn ở chương I ta có một số nhận xét sau:
- Gọi k là tỷ lệ của công suất cực đại mà máy phát truyền cho phụ tải địa phương với
công suất của máy phát
=> k =

SUFmax
11, 765
.100 0 0 =
.100 0 0 = 9,412 0 0
2SđmF
2.62,5

Từ kết quả trên ta thấy k < 15% nên khơng cần dùng thanh góp điện áp máy phát.
- Do các cấp điện áp 220kV và 110kV đều có trung tính nối đất trực tiếp, mặt khác hệ
số có lợi :
α=1-

UT
110
=1= 0,5
UC
220

nên ta dùng máy biến áp tự ngẫu vừa để truyền tải công suất liên lạc giữa các cấp

điện áp vừa để phát công suất lên hệ thống.
- Công suất một bộ máy phát điện - máy biến áp không lớn hơn dữ trữ quay của hệ
thống nên ta có thể dùng sơ đồ bộ máy phát điện - máy biến áp.
- Có thể ghép chung một số máy phát vào cùng một MBA nếu đảm bảo tổng công suất các tổ
máy phát nhỏ hơn công suất dự trữ nóng của hệ thống.
- Sơ đồ nối điện cần phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cung cấp điện an toàn, liên tục cho
các phụ tải ở các cấp điện áp khác nhau, đồng thời khi bị sự cố khơng bị tách rời các phần có điện
áp khác nhau.

Với các nhận xét trên ta có các phương án nối điện cho nhà máy như sau:
2.1. Đề xuất các phƣơng án
2.1.1. Phƣơng án 1
- Nối một bộ MF - MBA hai cuộn dây vào thanh góp 220kV
- Nối một bộ MF - MBA hai cuộn dây vào thanh góp 110kV
- Nối hai bộ MF- MBA tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp: vừa
truyền tải công suất về hệ thống vừa truyền công suất giữa hai cấp điện áp cao- trung.
- Phụ tải địa phương được cung cấp điện từ đầu cực của hai máy phát nối với MBA
tự ngẫu
Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

9


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

- Điện tự dùng lấy từ đầu cực của mỗi máy phát
HTĐ
SUT

110kV

220kV

B3

B1

B2

B4

1/2SUF
F3

1/2SUF
F1

F2

F4

- Ưu nhược điểm của sơ đồ:
+ Ưu điểm : Máy phát có thể phát bằng phẳng liên tục, tổn thất trong MBA trong
chế độ làm việc bình thường nhỏ.
+ Nhược điểm: Dùng ba loại máy biến áp gây ra khó khăn trong việc vận hành và
bảo vệ. Ngồi ra số thiết bị bên phía cao áp nhiều nên vốn đầu tư cao.
2.1.2. Phƣơng án 2
- Hai bộ MF - MBA nối vào thanh góp điện áp 110kV
- Hai bộ MF - MBA nối vào thanh góp điện áp 220kV

- Hai MBA tự ngẫu chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp
- Phụ tải địa phương được cung cấp điện từ phía hạ của MBA tự ngẫu.
- Điện tự dùng lấy từ đầu cực mỗi MF

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

10


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

HTĐ
SUT
220kV

110kV

B5

B6

F1

B1

F2

B2


1/2SUF

B3

1/2SUF

B4

F3

F4

- Ưu nhược điểm của sơ đồ
+ Ưu điểm: Có độ tin cậy cung cấp điện cao. Công suất truyền qua MBA liên lạc
nhỏ nên tổn thất trong các MBA tự ngẫu thấp.
+ Nhược điểm: Số lượng thiết bị nối với phía cao áp nhiều nên vốn đầu tư lớn.
Dùng ba loại MBA nên khó khăn trong việc vận hành và bảo vệ. Sơ đồ phức tạp nên khó
khăn khi vận hành và sửa chữa.
2.1.3. Phƣơng án 3
- Hai bộ MF - MBA hai cuộn dây nối vào thanh góp 110kV
- Nối hai bộ MF- MBA tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp: vừa
truyền tải công suất về hệ thống vừa truyền công suất giữa hai cấp điện áp cao - trung.
- Phụ tải địa phương được cung cấp điện từ đầu cực của hai máy phát nối với MBA
tự ngẫu
- Điện tự dùng lấy từ đầu cực của mỗi máy phát

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

11



Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

HTĐ
SUT
220kV

110kV

B1

B2

B3

1/2SUF

B4

1/2SUF
F1

F2

F3

F4


- Ưu nhược điểm của sơ đồ:
+ Ưu điểm: Dùng hai loại máy biến áp nên có lợi cho việc vận hành và bảo vệ. Số
lượng thiết bị nối với thanh góp điện áp cao ít nên vốn đầu tư thấp hơn.
+ Nhược điểm: Khi phụ tải phía điện áp trung min thì lượng cơng suất truyền từ
phía trung sang phía cao lớn nên gây tổn thất lớn trong MBA tự ngẫu.
2.2. Kết luận
Qua phân tích như trên ta thấy phương án 1 và 3 có nhiều ưu điểm như vận hành tin
cậy, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, vốn đầu tư ít, đơn giản nên dễ vận hành … hơn
phương án 2. Do đó ta chọn phương án 1(A) và phương án 3(B) để tính tốn cụ thể, so sánh
các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật để chọn phương án tối ưu.
2.3. Tính toán lựa chọn MBA
Máy biến áp (MBA) là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, tổng công suất
của các máy biến áo rất lớn và bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phát
điện. Vì vậy vốn đầu tư cho MBA cũng rất nhiều.
Do đó yêu cầu đặt ra là chọn lựa MBA sao cho mang lại tính kinh tế cao mà vẫn đảm
bảo được độ tin cậy cung cấp điện.

2.3.1. Phƣơng án A
Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

12


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Sơ đồ nối điện phƣơng án A
HTĐ

SUT
110kV

220kV

B3

B1

B2

B4

1/2SUF
F3

1/2SUF
F1

F2

F4

2.3.1.1. Chọn loại và công suất định mức của MBA
 Chọn MBA 2 cuộn dây B3, B4
Công suất định mức của MBA hai cuộn dây được chọn theo công thức sau

SđmB  SđmF = 62,5MVA
Tra bảng phụ lục 2, bảng 5 (Thiết kế phần điện NMĐ & TBA – Phạm Văn Hòa – NXB
Khoa học và Kỹ thuật 2007) ta có:

+ MBA nối với thanh cái 110kV : chọn loại TДЦ ( thông số cho trong bảng 2.1)
+ MBA nối với thanh cái 220kV : chọn loại TДЦ (thông số cho trong bảng 2.1).
 Chọn MBA tự ngẫu T1, T2
Công suất định mức của MBA tự ngẫu được chọn theo công thức sau
SdmTN 

SdmF
62,5
=
= 125 (MVA)
α
0,5

Với α = 0,5 là hệ số có lợi.
Tra phụ lục 2 bảng 5 sách Thiết kế nhà máy điện và TBA – Nguyễn Hữu Khái –
NXB Khoa học kĩ thuật – 2006
+ Ta chọn MBA cấp 220kV loại ATДЦTH có các thơng số cho trong bảng 2.1.

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

13


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Bảng 2.1 Thông số các MBA
Loại
MBA


Sđm
MVA

TДЦ
TДЦ
ATДЦT
H

Điện áp cuộn dây

UN%

∆PN

∆P0

C

T

H

C-T

C-H

T-H

80


121

-

10,5

-

10,5

-

80

242

-

10,5

-

11

160

230

121


11

11

32

I0%
C-T

C-H

T-H

70

-

310

-

0,55

-

80

-


320

-

0,6

20

85

380

-

-

0,5

2.3.1.2. Kiểm tra khả năng quá tải của MBA
a. Phân bố dịng cơng suất trong các MBA
Ta quy ước chiều đi từ MFĐ lên thanh góp đối với MBA hai cuộn dây và chiều đi
từ phía cuộn hạ lên cuộn cao và trung đối với MBA tự ngẫu là chiều dương.
MBA bộ MFĐ – MBA hai cuộn dây luôn vận hành liên tục với phụ tải bằng phẳng.
Khi đó cơng suất tải qua cuộn dây MBA là
SB3 = SB4 = SdmF -

1
1
.Stdmax = 62,5 - .19,53 = 57,618 MVA
4

4

MBA tự ngẫu B1 và B2:
+ Dịng cơng suất truyền qua phía cao của MBA tự ngẫu
SCTN (t) =

1
[SVHT (t) - SB3 (t)]
2

Trong đó :
SCTN(t): cơng suất truyền sang cao áp của MBA tự ngẫu B1, B2
SVHT(t): công suất về hệ thống tại thời điểm t
SB3 ( t) : công suất truyền qua MBA B3
+ Dịng cơng suất truyền qua phía trung áp của MBA tự ngẫu
STTN (t) =

1
[SUT (t) - SB4 (t)]
2

Trong đó:
STTN(t): cơng suất truyền sang trung áp của MBA tự ngẫu B1, B2
SUT(t) : công suất của phụ tải trung áp tại thời điểm t
SB4 (t) : cơng suất truyền qua MBA B4
+ Dịng cơng suất truyền lên từ phía hạ áp của MBA tự ngẫu
SHTN(t) = STTN(t) + SCTN(t)
Trong đó:
SHTN(t): cơng suất truyền từ phía hạ của MBA tự ngẫu B1, B2
Dựa vào kết quả tính tốn ở chương I ta có bảng sau

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

14


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Bảng 2.2 Phân bố công suất phƣơng án 1
t(h)

0–8

8 – 10

10 – 18

18 – 21

21 - 24

SB3,SB4

57,618

57,618

57,618


57,618

57,618

SCTN(t)

38,632

50,532

46,544

38,632

31,309

STTN(t)

1,791

1,791

5,191

1,791

-1,609

SHTN(t)


40,423

52,323

51,735

40,423

29,7

Nhận xét: Trong chế độ làm việc bình thường :
+ Từ 0h đến 21h cơng suất truyền từ phía hạ lên phía cao và phía trung.
+ Từ 21h đến 24h cơng suất truyền từ phía hạ và phía trung lên phía cao.
b. Kiểm tra chế độ làm việc của MBA liên lạc
Kiểm tra chế độ làm việc của MBA liên lạc chính là kiểm tra khả năng quá tải của
MBA trong chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cố của MBA. Tùy vào chế độ truyền
công suất của MBA mà ta kiểm tra khả năng quá tải của các cuộn dây tương ứng.
Máy biến áp tự ngẫu:
+ Công suất định mức STNđm : tải lớn nhất không đổi có thể truyền liên tục từ cao
sang trung và ngược lại.
+ Cơng suất tính tốn Stt : cơng suất chế tạo MBA tự ngẫu
Stt = αSTNdm

trong đó: α: hệ số có lợi, α =

UC - UT
220 - 110
=
= 0,5
UC

220

Do đó cơng suất tính tốn của MBA tự ngẫu đã chọn
Stt = 0,5.160 = 80MVA
Máy biến áp tự ngẫu có 3 cuộn dây : cuộn hạ, cuộn chung, cuộn nối tiếp có cơng
suất định mức bằng nhau và chỉ bằng α lần công suất định mức của MBA tự ngẫu.
 Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 trong chế độ làm việc bình
thường
Từ bảng trên ta thấy
+ Từ 0 – 21h cơng suất từ phía hạ áp lên phía trung áp và cao áp cho nên cuộn HA
mang tải nặng nhất  Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 thì ta kiểm tra khả năng
tải của cuộn hạ.
SH ≤ SHđm = αSTNdm = 0,5.160 = 80MVA
Từ bảng 2.2 ta thấy SH(t) ≤ 80MVA nên MBA B1, B2 không bị quá tải trong chế độ
làm việc bình thường.

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

15


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

+ Từ 21 – 24h công suất truyền từ phía hạ và phía trung lên phía cao áp cho nên cuộn
nối tiếp mang tải nặng nhất  Kiểm tra quá tải B1, B2 là kiểm tra quá tải cuộn nối tiếp. Ta
có:
SC  kqtbt .SdmB  31,309  1, 4.160 = 224 MVA
2


Vậy MBA B1 và B2 khơng bị q tải ở chế độ bình thường trong khoảng 21-24h
 Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 trong chế độ sự cố
Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 trong chế độ sự cố ta kiểm tra
chế độ làm việc nặng nề nhất.
* Xét trường hợp hỏng bộ MF – MBA 2 cuộn dây F4-B4

Trường hợp nguy hiểm nhất là trường hợp mà phụ tải bên trung áp SUT đạt cực đại,
lúc đó thì MBA tự ngẫu B1 và B2 phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải điện áp
trung áp
+ Với thời điểm phụ tải bên trung đạt cực đại ( 10 - 18h) SUTmax = 68 MVA. Tương
ứng với thời điểm này thì phụ tải địa phương là SUF = 11,765 MVA.
- Phân bố công suất cho MBA tự ngẫu
 Cơng suất qua cuộn phía trung
ST =

1 max
SUT = 0,5.68 = 34 MVA
2

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

16


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

 Cơng suất qua cuộn phía hạ

SH = SdmF -

1
1
1
1
.SUF - .Smax
= 62,5 - .11,765 - .19,53 = 51,735MVA
td
2
4
2
4

 Cơng suất qua cuộn phía cao
SC =SH - ST = 51,735 - 34 = 17,735MVA

Như vậy trong chế độ này thì MBA truyền cơng suất từ phía hạ lên phía cao và phía
trung nên cuộn hạ là cuộn chịu tải lớn nhất.
SH = 51,735 MVA < SHdm = αSTNdm = 0,5.160 = 80MVA
 MBA không bị quá tải.
- Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng
10 - 18h: Sthiếu = SVHT – (SB3 + 2SC) = 150,705 – (57,618 +2.17,735)
= 57,617MVA
- Công suất dự trữ của hệ thống: SdtHT =240MVA
Ta thấy lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống
làm việc ổn định khi sự cố.
+ Với thời điểm phụ tải bên trung đạt cực tiểu là 21 – 24h: SUTmin = 54,4 MVA
Tương ứng lúc này thì phụ tải địa phương là SUF = 8,235 MVA
Ta thấy với trường hợp phụ tải phía trung max mà MBA thỏa mãn điều kiện quá tải

nên trong trường hợp phụ tải cực tiểu ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải của MBA. Ta
chỉ kiểm tra công suất thiếu về hệ thống
- Phân bố công suất cho MBA tự ngẫu
 Công suất truyền lên từ cuộn hạ của MBA tự ngẫu
SH = SdmF -

1
1
1
1
.SUF - .Smax
.8,235 - .19,53 = 53,5 MVA
td = 62,5 2
4
2
4

 Cơng suất truyền lên phía trung áp của MBA tự ngẫu
1
ST = .Smin
UT = 0,5.54,4 = 27,2 MVA
2

 Cơng suất truyền lên phía cao áp của MBA tự ngẫu
SC = SH - ST = 53,5 - 27,2 = 26,3 MVA

- Công suất truyền về hệ thống bị thiếu 1 lượng
Sthiếu = SVHT – (SB3 + 2SC) = 120,235 – (57,618 + 2.26,3) = 9,819 MVA
Ta thấy trong các khoảng thời gian 21 - 24h thì khơng cần phát tối đa công suất định
mức của các máy phát lúc sự cố. Hệ thống bù đủ công suất thiếu hụt.


* Xét trường hợp hỏng MBA liên lạc ( hỏng B2)
Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

17


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

HTĐ
SUT
220kV

110kV

B3

B1

B2

B4

1/2SUF
F3

1/2SUF
F1


F2

F4

+ Với thời điểm phụ tải trung áp đạt cực đại ( 10 - 18h) SUTmax = 68 MVA. Tương
ứng với thời điểm này thì phụ tải địa phương là SUF = 11,765 MVA.
- Phân bố công suất cho MBA tự ngẫu
 Công suất qua cuộn phía trung
ST = Smax
UT - SB4 = 68 – 57,618 = 10,382 MVA
 Cơng suất qua cuộn phía hạ
SH = SdmF - SUF -

1 max
1
.Std = 62,5 - 11,765 - .19,53 = 45,853 MVA
4
4

 Cơng suất qua cuộn phía cao
SC = SH – ST = 45,853 – 10,382 = 35,471 MVA
Như vậy trong chế độ này thì MBA truyền cơng suất từ phía hạ sang phía trung và
phía cao nên cuộn hạ là cuộn chịu tải lớn nhất.
SH = 45,853 MVA < SHdm = αSTNdm = 0,5.160 = 80MVA
 MBA không bị quá tải.
- Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng
10 - 18h: Sthiếu = SVHT – (SB3 + SC) = 134,882 – (57,618 +35,471) = 41,793 MVA
- Công suất dự trữ của hệ thống
SdtHT = 240 MVA


Ta thấy lượng công suất thiếu nhỏ hơn dự trữ quay của hệ thống nên hệ thống làm
việc ổn định khi sự cố.
+ Với thời điểm phụ tải bên trung đạt cực tiểu là 21 - 24h: SUTmin = 54,4 MVA.
Tương ứng lúc này thì phụ tải địa phương là SUF = 8,235 MVA
Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

18


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

- Phân bố công suất cho MBA tự ngẫu
 Công suất truyền lên từ cuộn hạ của MBA tự ngẫu
SH = SdmF -SUF -

1 max
1
.Std = 62,5 - 8,235 - .19,53 = 49,383 MVA
4
4

 Công suất truyền lên phía trung áp của MBA tự ngẫu
ST = Smin
UT - SB4 = 54,4 – 57,618 = -3,218 MVA
 Cơng suất truyền lên phía cao áp của MBA tự ngẫu
SC = SH - ST = 49,383 +3,218 = 52,601 MVA
- Công suất truyền về hệ thống bị thiếu 1 lượng

Sthiếu = SVHT – (SB3 + SC) = 120,235 – (57,618 + 52,601) = 10,016 MVA
Ta thấy trong các khoảng thời gian 21 - 24h thì khơng cần phát tối đa công suất định
mức của các máy phát lúc sự cố. Hệ thống bù đủ cơng suất thiếu hụt.
2.3.1.3. Tính tổn thất điện năng trong MBA
a. Tính tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây
Do các MBA hai cuộn dây vận hành với đồ thị phụ tải bằng phẳng nên tổn thất
điện năng trong các MBA hai cuộn dây được tính như sau:
ΔA B = n.ΔP0 .t +

S2
1
.ΔPN . 2 B .τ
n
SdmB

trong đó:
+ ∆AB : tổn thất cơng suất trong máy biến áp hai cuộn dây
+n
: số máy biến áp làm việc song song
+ ∆P0 : tổn thất không tải của MBA
+t
: thời gian vận hành của MBA
+ ∆PN : tổn thất ngắn mạch của MBA
+ SB : công suất bộ truyền qua MBA
+ SđmB : công suất định mức của MBA
+τ
: thời gian tổn thất công suất cực đại
MFĐ - MBA 2 cuộn dây luôn phát công suất bằng phẳng nên
t= τ = 8760h
Trong sơ đồ này ta dùng 2 loại MBA 2 cuộn dây vận hành riêng rẽ ở hai cấp điện

áp khác nhau.
Từ bảng 2.1 ta có tổn thất điện năng trong các MBA
ΔA B4 = (70.8760 + 310.

57, 6182
.8760) = 2021847,032 kWh
802

ΔA B3 = (80.8760 + 320.

57, 6182
.8760) = 2154887,259 kWh
802

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

19


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

b. Tính tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu
Giả thiết có n MBA làm việc song song thì tổn thất điện năng hàng năm của MBA
tự ngẫu được xác định theo công thức:
2
2
2


SiC
SiT
SiH
365 
ΔA = n.ΔP0 .t +
.Σ (ΔPNC 2 + ΔPNT 2 + ΔPNH 2 ).t i 
n
SđmB
SđmB
SđmB



trong đó:
+ ΔA : tổn thất cơng suất trong máy biến áp tự ngẫu ba pha
+ n : số MBA tự ngẫu làm việc song song
+ t : thời gian vận hành của MBA
+ ti : thời gian ứng với các khoảng trong ngày
+ ΔPNC : tổn thất ngắn mạch của cuộn dây điện áp cao của MBA tự ngẫu
+ ΔPNT : tổn thất ngắn mạch của cuộn dây điện áp trung của MBA tự ngẫu
+ ΔPNH : tổn thất ngắn mạch của cuộn dây điện áp hạ của MBA tự ngẫu
+ SiC : công suất tải qua cuộn cao của n MBA tự ngẫu
+ SiT : công suất tải qua cuộn trung của n MBA tự ngẫu
+ SiH : công suất tải qua cuộn hạ của n MBA tự ngẫu
+ SđmB : công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu
Tổn thất điện áp trong các cuộn dây điện áp cao, trung, hạ của MBA tự ngẫu được
xác định theo công thức
ΔPNC-H ΔPNT-H
)
α2

α2
ΔPNT-H ΔPNC-H
= 0,5(ΔPNC-T +
)
α2
α2
ΔP
ΔPNT-H
= 0,5( NC-H
+
- ΔPNC-T )
2
α
α2

ΔPNC = 0,5(ΔPNC-T +
ΔPNT
ΔPNH

trong đó:
+ ΔPNC-T : tổn thất ngắn mạch giữa các cuộn dây điện áp cao và trung.
+ ΔPNT-H : tổn thất ngắn mạch giữa các cuộn dây điện áp trung và hạ.
+ ΔPNC-H : tổn thất ngắn mạch giữa các cuộn dây điện áp cao và hạ
+ α : hệ số có lợi của MBA tự ngẫu
Trong trường hợp này nhà sản xuất chỉ cho biết ΔPNC-T nên ta coi
ΔPNT-H = ΔPNC-H =

1
ΔPNC-T
2


Từ bảng 2.1 ta có ΔPNC-T = 380kW  ΔPNT-H = ΔPNC-H = 190kW
Do đó:
Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

20


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện
ΔPNC = 0,5.(380 +

190 190
) = 190 kW
0,52 0,52

ΔPNT = 0,5.(380 +

190 190
) = 190 kW
0,52 0,52

ΔPNH = 0,5.(

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

190
190
+
- 380) = 570 kW
2

0,5
0,52

Tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu


S2
S2
S2
ΔATN = 85.8760 + 365.Σ (190. 2iC + 190 2iT + 570 2iH ).t i 
SđmB
SđmB
SđmB



Dựa vào bảng 2.2 ta có tổn thất điện năng trong MBA tự ngẫu là

ΔA B1



38, 6322
1, 7912
40, 4232 
190.
+
190.
+
570.


 .8 + 
2
2
2
160
160
160 


2
2
2
 

50,532
1, 791
52,323 
 + 190.
+190.
+570.
 .2+ 
1602
1602
1602 
 



2

2
2
 + 190. 46,544 +190. 5,191 +570. 51, 735  .8+ 



= 85.8760 + 365.  
1602
1602
1602 


 

38, 6322
1, 7912
40, 4232 
+190.
+570.
 + 190.
 .3+ 
2
2
2
160
160
160 
 

2

2
2
 

31,309
(1, 609)
29, 7 
 + 190.

+190.
+570.
.3

1602
1602
1602 
 






∆ATN = 1244634,234 kWh
Tổng tổn thất điện năng trong MBA ở phương án A là
ΔAΣ = ΔAB4 + ΔAB3 + 2.ΔATN
= 2021847,032 + 2154887,259 + 2.1244634,234 = 6666002,759 kWh

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3


21


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

2.3.2. Phƣơng án B
HTĐ
SUT
220kV

110kV

B1

B2

B3

1/2SUF

B4

1/2SUF
F1

F2

F3


F4

2.3.2.1. Chọn loại và công suất định mức của MBA
Các MBA 2 cuộn dây và MBA tự ngẫu chọn như trong phương án 1. Các thông số
được cho trong bảng 2.1
2.3.2.2. Kiểm tra khả năng q tải của MBA
a. Phân bố dịng cơng suất trong các MBA
MBA bộ MFĐ – MBA hai dây cuốn luôn vận hành liên tục với phụ tải bằng phẳng.
Khi đó cơng suất tải qua cuộn dây MBA là
SB3 = SB4 = SdmF -

1
1
.StdMF = 62,5 - .19,53 = 57,618 MVA
4
4

MBA tự ngẫu B1 và B2:
+ Dịng cơng suất truyền qua phía cao của MBA tự ngẫu
SCTN (t) =

1
SVHT (t)
2

Trong đó :
SCTN(t): cơng suất truyền sang cao áp của MBA tự ngẫu B1, B2
SVHT(t): công suất về hệ thống tại thời điểm t
+ Dịng cơng suất truyền qua phía trung áp của MBA tự ngẫu

STTN (t) =

1
(SUT (t) - SB4 - SB3 )
2

Trong đó: STTN(t): cơng suất truyền sang trung áp của MBA tự ngẫu B1, B2
SUT(t) : công suất của phụ tải trung áp tại thời điểm t
Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

22


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

SB3 (t) : công suất truyền qua MBA B3
SB4 (t) : công suất truyền qua MBA B4
+ Dịng cơng suất truyền lên từ phía hạ áp của MBA tự ngẫu
SHTN(t) = STTN(t) + SCTN(t)
Trong đó: SHTN(t): cơng suất truyền từ phía hạ của MBA tự ngẫu B1, B2
Dựa vào kết quả tính tốn ở chương I ta có bảng sau
Bảng 2.3 Phân bố cơng suất phƣơng án B
t(h)

0–8

8 – 10


10 – 18

18 – 21

21 - 24

SB3,SB4

57,618

57,618

57,618

57,618

57,618

SCTN(t)

67,441

79,341

75,353

67,441

60,112


STTN(t)

-27,017

-27,018

-23,618

-27,018

-30,418

SHTN(t)

40,423

52,323

51,735

40,423

29,7

Nhận xét: Trong chế độ làm việc bình thường cơng suất truyền từ phía hạ và phía
trung lên phía cao nên cuộn nối tiếp là cuộn mang tải nặng nề nhất.
b. Kiểm tra chế độ làm việc của MBA liên lạc
 Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 trong chế độ làm việc bình
thường
Từ nhận xét trên ta thấy kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 thì ta

kiểm tra khả năng tải của cuộn nối tiếp
Snt ≤ Sntđm = 80MVA
Snt = α(SHTN + STTN) = αSCTN
Từ bảng 2.3 ta thấy Snt(t) < 80MVA nên MBA B1, B2 không bị quá tải trong chế độ
làm việc bình thường.
 Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 trong chế độ sự cố
Kiểm tra khả năng làm việc của MBA B1, B2 trong chế độ sự cố ta kiểm tra
chế độ làm việc nặng nề nhất.
* Xét trường hợp hỏng bộ MF – MBA 2 cuộn dây F4-B4

Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

23


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

HTĐ
SUT
220kV

110kV

B1

B2

B3


1/2SUF

B4

1/2SUF
F1

F2

F3

F4

Trường hợp nguy hiểm nhất là trường hợp mà phụ tải bên trung áp SUT đạt cực đại
hoặc cực tiểu. Do SUTmax = 68 MVA; SUTmin = 54,4 MVA và SB3 = 57,618 MVA nên ta chỉ
cần xét trường hợp phụ tải trung áp đạt cực đại.
+ Với thời điểm phụ tải bên trung đạt cực đại ( 10 - 18h) SUTmax = 68 MVA. Tương
ứng với thời điểm này thì phụ tải địa phương là SUF = 11,765 MVA.
- Phân bố công suất cho MBA tự ngẫu
 Cơng suất qua cuộn phía trung
ST =

1 max
1
(SUT - SB3 ) = .(68 - 57,618) = 5,191 MVA
2
2

 Cơng suất qua cuộn phía hạ

SH = SdmF -

1
1
1
1
.SUF - .Smax
.11,765- .19,53 = 51,735MVA
td = 62,5 2
4
2
4

 Công suất qua cuộn phía cao
SC = SH – ST = 51,735 – 5,191 = 46,544 MVA
Như vậy trong chế độ này thì MBA truyền cơng suất từ phía hạ lên phía cao và phía
trung nên cuộn hạ là cuộn chịu tải lớn nhất.
SH = 51,735 < SHdm = αSTNdm = 0,5.160 = 80MVA
 MBA không bị quá tải.
- Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng
10 - 18h: Sthiếu = SVHT – 2SC = 150,705 – 2.46,544 = 57,617 MVA
Ta thấy Sthiếu < SdtHT = 240 MVA nên hệ thống làm việc ổn định khi có sự cố.
Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

24


Đồ án môn học : Thiết kế nhà máy điện

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội


* Xét trường hợp hỏng MBA liên lạc ( hỏng B2)
HTĐ
SUT
220kV

110kV

B1

B2

B3

1/2SUF

B4

1/2SUF
F1

F2

F3

F4

+ Với thời điểm phụ tải bên trung đạt cực đại ( 10 - 18h) SUTmax = 68 MVA. Tương
ứng với thời điểm này thì phụ tải địa phương là SUF = 11,765 MVA.
- Phân bố công suất cho MBA tự ngẫu

 Công suất qua cuộn phía trung
ST = Smax
UT - SB4 - SB3 = 68– 57,618 – 57,618 = -47,236 MVA

 Công suất qua cuộn phía hạ
SH = SdmF -SUF -

1 max
1
.Std = 62,5 - 11,765 - .19,53 = 45,853MVA
4
4

 Cơng suất qua cuộn phía cao
SC = SH – ST = 45,853 + 47,236 = 93,089 MVA
Như vậy trong chế độ này thì MBA truyền cơng suất từ phía hạ và phía trung sang
phía cao nên cuộn nối tiếp là cuộn chịu tải lớn nhất. Kiểm tra quá tải MBA trong trường hợp
này là kiểm tra quá tải cuộn hạ và cuộn nối tiếp.
SH = 45,853MVA < SHdm = αSTNdm = 0,5.160 = 80MVA
Snt = α.Sc = 0,5.93,089 = 46,545  SHdm = 80 MVA

 MBA không bị quá tải.
- Công suất truyền về hệ thống bị thiếu một lượng
10 - 18h: Sthiếu = SVHT – SC = 150,705 – 93,089 = 57,616 MVA
Vũ Tiến Thắng – HTĐ3

25