Đồ án Nhiệt Điện: Phần Điện - Đại Học Điện Lực

I. Tổng Quan Đồ Án Nhiệt Điện Phần Điện Đại Học Điện Lực

Đồ án môn học phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp đóng vai trò then chốt trong quá trình đào tạo kỹ sư hệ thống điện tại Đại học Điện Lực. Ngành điện và năng lượng là xương sống của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Nhà máy điện là thành phần quan trọng bậc nhất trong hệ thống điện quốc gia. Giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế nhà máy điện mang lại lợi ích to lớn cho nền kinh tế và hệ thống điện. Đồ án này cung cấp kiến thức nền tảng để sinh viên thiết kế hệ thống điện nhà máy một cách chính xác và tối ưu về kinh tế. Đồ án bao gồm các chương chính: Tính toán cân bằng công suất, đề xuất phương án nối dây; Lựa chọn máy biến áp và tính toán chi tiết; Tính toán kinh tế - kỹ thuật và lựa chọn phương án tối ưu; Tính toán ngắn mạch cho phương án đã chọn; Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn; Tính toán điện tự dùng. Việc hoàn thành đồ án giúp sinh viên làm quen với các bước thiết kế thực tế và chuẩn bị cho đồ án tốt nghiệp sau này. Sinh viên cần cố gắng tối đa, đồng thời tận dụng sự giúp đỡ của giảng viên hướng dẫn để hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất. Dù đã rất cố gắng, đồ án khó tránh khỏi sai sót, mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô để hoàn thiện kiến thức.

1.1. Mục Tiêu và Ý Nghĩa Của Đồ Án Nhiệt Điện

Mục tiêu chính của đồ án là trang bị cho sinh viên kiến thức và kỹ năng thiết kế hệ thống điện nhà máy điện. Đồ án giúp sinh viên biết cách đưa ra các phương án nối điện đúng kỹ thuật, phân tích, so sánh và chọn ra phương án tối ưu. Đồng thời, sinh viên học được cách lựa chọn khí cụ điện phù hợp. Ý nghĩa thực tiễn của đồ án là giúp sinh viên làm quen với công việc thiết kế thực tế và chuẩn bị cho đồ án tốt nghiệp sau này. Theo Nguyễn Viết Hoàng Tùng (2021), đồ án này giúp sinh viên 'biết cách thiết kế đúng kĩ thuật, tối ưu về kinh tế trong bài toán thiết kế phần điện nhà máy điện cụ thể'. Đồ án cũng giúp sinh viên 'biết cách đưa ra phương án nối điện đúng kĩ thuật, biết phân tích, biết so sánh chọn ra phương án tối ưu và biết lựa chọn khí cụ điện phù hợp'.

1.2. Cấu Trúc Tổng Quan Của Đồ Án Nhiệt Điện

Đồ án thường được chia thành các chương chính, mỗi chương tập trung vào một khía cạnh cụ thể của thiết kế hệ thống điện nhà máy điện. Các chương bao gồm: Tính toán cân bằng công suất, đề xuất phương án nối dây; Lựa chọn máy biến áp và tính toán chi tiết; Tính toán kinh tế - kỹ thuật và lựa chọn phương án tối ưu; Tính toán ngắn mạch cho phương án đã chọn; Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn; Tính toán điện tự dùng. Cấu trúc này đảm bảo rằng sinh viên được trang bị kiến thức toàn diện về thiết kế hệ thống điện nhà máy điện. Theo lời nói đầu của đồ án, cấu trúc này 'giúp em biết cách thiết kế đúng kĩ thuật, tối ưu về kinh tế trong bài toán thiết kế phần điện nhà máy điện cụ thể'.

II. Cách Tính Cân Bằng Công Suất Cho Đồ Án Nhiệt Điện EPU

Tính toán cân bằng công suất là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế hệ thống điện nhà máy điện. Mục tiêu của việc tính toán này là xác định công suất phát của nhà máy, công suất tiêu thụ của các phụ tải và công suất phát lên hệ thống. Việc tính toán cân bằng công suất đảm bảo rằng hệ thống điện hoạt động ổn định và hiệu quả. Công suất phát của nhà máy được xác định dựa trên số lượng và công suất của các tổ máy phát. Công suất tiêu thụ của các phụ tải được xác định dựa trên nhu cầu điện của các thiết bị trong nhà máy. Công suất phát lên hệ thống là phần công suất còn lại sau khi trừ đi công suất tiêu thụ của các phụ tải. Các công thức tính toán cần được sử dụng chính xác, số liệu cũng như cách tra cứu bảng biểu phải chính xác để có kết quả đúng nhất.

2.1. Xác Định Công Suất Phát Toàn Nhà Máy Nhiệt Điện

Công suất phát toàn nhà máy được xác định theo công thức: S(t) = P(t) / cos(phi). Trong đó, S(t) là công suất biểu kiến phát toàn nhà máy tại thời điểm t, P(t) là công suất tác dụng của toàn nhà máy tại thời điểm t, và cos(phi) là hệ số công suất. Dữ liệu về công suất tác dụng của toàn nhà máy được thu thập từ đồ thị phụ tải của nhà máy. Các giá trị công suất này thay đổi theo thời gian trong ngày. Việc xác định chính xác công suất phát của nhà máy là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định. Theo tài liệu gốc, 'Đồ thị phụ tải toàn nhà máy được xác định theo công thức sau: [công thức]'. Bảng số liệu cần được ghi chép và tính toán cẩn thận để đảm bảo độ chính xác.

2.2. Tính Toán Công Suất Phụ Tải Tự Dùng Cho Nhiệt Điện

Công suất phụ tải tự dùng là công suất tiêu thụ của các thiết bị trong nhà máy, bao gồm các thiết bị chiếu sáng, thông gió, bơm, quạt, v.v. Công suất tự dùng thường chiếm từ 5% đến 10% tổng công suất phát của nhà máy. Một cách gần đúng, công suất tự dùng có thể được xác định theo công thức: STD(t) = alpha * STNM(t). Trong đó, STD(t) là phụ tải tự dùng tại thời điểm t, alpha là lượng điện phần trăm tự dùng (thường lấy alpha = 6%), và STNM(t) là công suất biểu kiến phát của toàn nhà máy tại thời điểm t. Việc tính toán chính xác công suất tự dùng là rất quan trọng để đảm bảo cung cấp đủ điện cho các thiết bị trong nhà máy. 'Áp dụng công thức (1.2) ta có kết quả như Bảng [số bảng]: Bảng biến thiên phụ tải tự dùng của nhà máy'.

2.3. Phân Bổ Công Suất Phụ Tải Các Cấp Điện Áp EPU

Công suất phụ tải của các cấp điện áp (cao áp, trung áp, hạ áp) được xác định theo công thức: S(t) = P(t) / cos(phi). Trong đó, S(t) là công suất biểu kiến của cấp điện áp tại thời điểm t, P(t) là công suất tác dụng của cấp điện áp tại thời điểm t, và cos(phi) là hệ số công suất. Dữ liệu về công suất tác dụng của các cấp điện áp được thu thập từ đồ thị phụ tải của nhà máy. Việc phân bố công suất cho các cấp điện áp là rất quan trọng để đảm bảo cung cấp đủ điện cho các phụ tải. Theo tài liệu gốc, 'Công suất phụ tải của các cấp điện áp tại từng thời điểm được xác định theo công thức sau: [công thức]'.

III. Bí Quyết Chọn Máy Biến Áp Tối Ưu Cho Nhà Máy Nhiệt Điện

Lựa chọn máy biến áp (MBA) là một bước quan trọng trong thiết kế hệ thống điện nhà máy điện. Việc lựa chọn MBA phù hợp đảm bảo rằng hệ thống điện hoạt động ổn định, hiệu quả và an toàn. Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn MBA bao gồm: công suất định mức, điện áp định mức, dòng điện định mức, tổn thất điện năng, và chi phí. MBA cần có công suất định mức lớn hơn hoặc bằng công suất cực đại của phụ tải. Điện áp và dòng điện định mức của MBA phải phù hợp với điện áp và dòng điện của hệ thống điện. Tổn thất điện năng trong MBA cần được giảm thiểu để tăng hiệu quả của hệ thống điện.

3.1. Phân Bố Công Suất Cho Máy Biến Áp MBA

Việc phân bố công suất cho các máy biến áp được thực hiện theo các nguyên tắc cơ bản: phân bố công suất cho MBA trong sơ đồ bộ MF-MBA 2 cuộn dây là bằng phẳng trong suốt 24h; phần công suất thừa thiếu còn lại do MBA liên lạc đảm nhận trên cơ sở cân bằng công suất. Đối với MBA 2 cuộn dây, công suất được tính theo công thức SdmB = Sptmax. Đối với MBA liên lạc, công suất được tính trên cơ sở cân bằng công suất giữa công suất phát và công suất tiêu thụ, không xét đến tổn thất trong MBA. Việc phân bố công suất này giúp đảm bảo rằng các MBA không bị quá tải và hoạt động hiệu quả.

3.2. Lựa Chọn Loại Và Công Suất Định Mức MBA Cho Nhà Máy

Công suất định mức của MBA được chọn theo công thức SdmB ≥ α*Sptmax. Trong đó, α là hệ số dự trữ. Việc lựa chọn công suất định mức phù hợp giúp đảm bảo rằng MBA không bị quá tải và hoạt động ổn định. Cần lựa chọn các loại MBA phù hợp với sơ đồ nối điện đã chọn. Ví dụ, nếu sơ đồ nối điện sử dụng MBA tự ngẫu, cần lựa chọn MBA tự ngẫu có công suất và điện áp phù hợp. Cần xem xét các thông số kỹ thuật của MBA, bao gồm: điện áp ngắn mạch, dòng điện không tải, tổn thất công suất không tải, tổn thất công suất ngắn mạch.

3.3. Kiểm Tra Khả Năng Quá Tải Và Tổn Thất Điện Năng MBA

Cần kiểm tra khả năng quá tải của MBA trong các chế độ vận hành khác nhau, bao gồm cả chế độ bình thường và chế độ sự cố. Khả năng quá tải của MBA được xác định dựa trên các thông số kỹ thuật của MBA và điều kiện vận hành của hệ thống điện. Trong chế độ sự cố, MBA có thể phải chịu tải lớn hơn công suất định mức. Cần đảm bảo rằng MBA có thể chịu được tải này trong một khoảng thời gian nhất định mà không bị hư hỏng. Tổn thất điện năng trong MBA cần được giảm thiểu để tăng hiệu quả của hệ thống điện. Tổn thất điện năng bao gồm tổn thất không tải (tổn thất sắt) và tổn thất ngắn mạch (tổn thất đồng). Cần lựa chọn MBA có tổn thất điện năng thấp để giảm chi phí vận hành.

IV. Hướng Dẫn Tính Toán Ngắn Mạch Cho Đồ Án Nhiệt Điện EPU

Tính toán ngắn mạch là một bước quan trọng trong thiết kế hệ thống điện nhà máy điện. Mục tiêu của việc tính toán này là xác định dòng điện ngắn mạch tại các điểm khác nhau trong hệ thống. Dòng điện ngắn mạch là dòng điện lớn chạy qua hệ thống khi xảy ra sự cố ngắn mạch. Việc tính toán dòng điện ngắn mạch giúp kỹ sư lựa chọn các thiết bị bảo vệ (ví dụ: máy cắt, cầu chì) có khả năng cắt dòng điện ngắn mạch một cách an toàn và nhanh chóng, ngăn ngừa thiệt hại cho hệ thống điện. Tính toán ngắn mạch giúp kiểm tra ổn định nhiệt, ổn định động cho các thiết bị điện.

4.1. Lựa Chọn Điểm Ngắn Mạch Cần Tính Toán Trong Đồ Án

Cần lựa chọn các điểm ngắn mạch sao cho dòng ngắn mạch qua các khí cụ điện và dây dẫn là lớn nhất. Các điểm ngắn mạch thường được lựa chọn bao gồm: điểm gần máy phát, điểm gần máy biến áp, điểm ở đầu đường dây, điểm ở gần các phụ tải quan trọng. Việc lựa chọn điểm ngắn mạch đúng giúp đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ được lựa chọn có khả năng cắt dòng điện ngắn mạch lớn nhất có thể xảy ra. Cần chú ý đến các tiêu chuẩn và quy định về lựa chọn điểm ngắn mạch trong thiết kế hệ thống điện.

4.2. Phương Pháp Tính Dòng Ngắn Mạch Phổ Biến Trong Nhà Máy

Có nhiều phương pháp tính dòng ngắn mạch khác nhau, bao gồm: phương pháp điện kháng tương đương, phương pháp thành phần đối xứng, phương pháp phần mềm mô phỏng. Phương pháp điện kháng tương đương là phương pháp đơn giản nhất, thường được sử dụng để tính dòng ngắn mạch sơ bộ. Phương pháp thành phần đối xứng là phương pháp chính xác hơn, thường được sử dụng để tính dòng ngắn mạch chi tiết. Phương pháp phần mềm mô phỏng là phương pháp hiện đại, cho phép tính dòng ngắn mạch một cách nhanh chóng và chính xác. Cần lựa chọn phương pháp tính dòng ngắn mạch phù hợp với yêu cầu của bài toán.

4.3. Đánh Giá Kết Quả Tính Toán Ngắn Mạch Và Ứng Dụng Thực Tế

Sau khi tính toán dòng ngắn mạch, cần đánh giá kết quả để đảm bảo tính chính xác và hợp lý. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch được sử dụng để lựa chọn các thiết bị bảo vệ, kiểm tra ổn định nhiệt, ổn định động cho các thiết bị điện, và thiết kế hệ thống nối đất. Cần so sánh kết quả tính toán với các tiêu chuẩn và quy định để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Cần xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến dòng ngắn mạch, bao gồm: điện áp hệ thống, tổng trở nguồn, tổng trở đường dây, và tổng trở phụ tải.

V. Lựa Chọn Khí Cụ Điện Và Dây Dẫn Cho Nhà Máy Nhiệt Điện EPU

Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn là một bước quan trọng trong thiết kế hệ thống điện nhà máy điện. Khí cụ điện và dây dẫn có chức năng đóng cắt mạch, bảo vệ hệ thống khi có sự cố. Việc lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn phù hợp đảm bảo rằng hệ thống điện hoạt động an toàn, tin cậy và hiệu quả. Khí cụ điện và dây dẫn cần được lựa chọn dựa trên các thông số kỹ thuật của hệ thống điện, bao gồm: điện áp, dòng điện, tần số, và dòng điện ngắn mạch.

5.1. Tiêu Chí Lựa Chọn Máy Cắt MC Và Dao Cách Ly DCL

Máy cắt (MC) và dao cách ly (DCL) là các thiết bị chuyển mạch quan trọng trong hệ thống điện. Máy cắt có chức năng cắt mạch khi có sự cố (ví dụ: ngắn mạch, quá tải), bảo vệ hệ thống điện. Dao cách ly có chức năng cách ly các phần của hệ thống điện để thực hiện bảo trì hoặc sửa chữa. Các tiêu chí lựa chọn MC và DCL bao gồm: điện áp định mức, dòng điện định mức, khả năng cắt dòng điện ngắn mạch, thời gian cắt, và độ tin cậy. Khả năng cắt dòng điện ngắn mạch của MC phải lớn hơn dòng điện ngắn mạch lớn nhất có thể xảy ra tại vị trí đặt MC. Cần xem xét các yếu tố môi trường khi lựa chọn MC và DCL (ví dụ: nhiệt độ, độ ẩm, ô nhiễm).

5.2. Cách Chọn Thanh Dẫn Và Dây Dẫn Cho Hệ Thống Điện

Thanh dẫn và dây dẫn có chức năng truyền tải điện năng trong hệ thống điện. Việc lựa chọn thanh dẫn và dây dẫn phù hợp đảm bảo rằng hệ thống điện hoạt động hiệu quả và an toàn. Các tiêu chí lựa chọn thanh dẫn và dây dẫn bao gồm: dòng điện định mức, điện áp định mức, khả năng chịu nhiệt, tổn thất điện năng, và chi phí. Dòng điện định mức của thanh dẫn và dây dẫn phải lớn hơn dòng điện lớn nhất có thể xảy ra trong quá trình vận hành. Cần tính toán tổn thất điện năng trong thanh dẫn và dây dẫn để lựa chọn tiết diện phù hợp. Cần xem xét các yếu tố môi trường khi lựa chọn thanh dẫn và dây dẫn (ví dụ: nhiệt độ, độ ẩm, ô nhiễm).

VI. Phương Pháp Tính Toán Điện Tự Dùng Cho Nhà Máy Nhiệt Điện

Điện tự dùng là điện năng tiêu thụ bởi các thiết bị trong nhà máy, bao gồm các thiết bị chiếu sáng, thông gió, bơm, quạt, v.v. Việc tính toán điện tự dùng giúp kỹ sư thiết kế hệ thống điện tự dùng một cách hiệu quả và tiết kiệm năng lượng. Hệ thống điện tự dùng cần được thiết kế sao cho đảm bảo cung cấp đủ điện cho các thiết bị trong nhà máy, đồng thời giảm thiểu tổn thất điện năng.

6.1. Xác Định Các Cấp Điện Áp Tự Dùng Trong Nhà Máy Nhiệt Điện

Các cấp điện áp tự dùng trong nhà máy nhiệt điện thường bao gồm: cao áp (ví dụ: 6kV), trung áp (ví dụ: 400V), và hạ áp (ví dụ: 230V). Việc lựa chọn cấp điện áp phù hợp phụ thuộc vào công suất tiêu thụ của các thiết bị. Các thiết bị có công suất lớn thường được cấp điện áp cao, các thiết bị có công suất nhỏ thường được cấp điện áp hạ áp. Cần tính toán tổn thất điện năng trong các cấp điện áp để lựa chọn cấp điện áp phù hợp.

6.2. Lựa Chọn Thiết Bị Điện Cho Hệ Thống Điện Tự Dùng

Các thiết bị điện trong hệ thống điện tự dùng bao gồm: máy biến áp tự dùng, máy cắt, cầu chì, aptomat, dây dẫn, và tủ điện. Việc lựa chọn thiết bị điện phù hợp đảm bảo rằng hệ thống điện tự dùng hoạt động an toàn, tin cậy và hiệu quả. Các thiết bị điện cần được lựa chọn dựa trên các thông số kỹ thuật của hệ thống điện tự dùng, bao gồm: điện áp, dòng điện, tần số, và dòng điện ngắn mạch. Cần xem xét các yếu tố môi trường khi lựa chọn thiết bị điện (ví dụ: nhiệt độ, độ ẩm, ô nhiễm).

Đồ án Môn Học: Phần Điện Nhà Máy Nhiệt Điện - Đại Học Điện Lực

LỜI NÓI ĐẦU

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1. CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI ĐIỆN CHO NHÀ MÁY

1.1. Chọn máy phát điện

1.2. Tính toán cân bằng công suất

1.2.1. Công suất phát toàn nhà máy

1.2.2. Công suất phụ tải tự dùng

1.2.3. Công suất phụ tải các cấp điệp áp

1.2.4. Công suất phát về hệ thống

1.3. Đề xuất các phương án nối điện

1.3.1. Cơ sở chungđể đề xuất phương án nối điện

1.3.2. Đề xuất các phương án nối điện

2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

2.1. Phân bố công suất của MBA

2.2. Chọn loại và công suất định mức của máy biến áp

2.3. Kiểm tra điều kiện quá tải của MBA

2.4. Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KINH TẾ- KĨ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

3.1. Chọn sơ đồ thiết bị phân phối

3.2. Tính toán kinh tế kĩ thuật, chọn phương án tối ưu

3.3. Lựa chọn phương án tối ưu

4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

4.1. Chọn điểm ngắn mạch

4.2. Tính toán ngắn mạch

4.3. Kết quả tính toán ngắn mạch

5. CHƯƠNG V: CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN

5.1. Dòng điện làm việc và dòng điện cưỡng bức:

5.1.1. Cấp điện áp cao 220kV:

5.1.2. Cấp điện áp trung 110kV:

5.1.3. Cấp điện áp máy phát 10,5kV:

5.2. Chọn máy cắt và dao cách ly:

5.3. Chọn dao cách ly:

5.4. Chọn thanh dẫn cứng đầu cực máy phát:

5.5. Chọn loại và tiết diện thanh góp cứng:

5.6. Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch:

5.7. Kiểm tra ổn định động có xét đến dao động riêng

5.8. Chọn thanh góp,thanh dẫn mềm:

5.9. Chọn tiết diện:

5.10. Kiểm tra ổn định nhiệt khi có ngắn mạch :

5.11. Chọn cáp và kháng điện đường dây:

5.11.1. Chọn cáp cho phụ tải địa phương:

5.11.2. Chọn kháng điện đường dây cho phụ tải địa phương:

5.12. Chọn máy biến áp đo lường:

5.13. Chọn máy biến áp BU:.7

5.14. Chọn chống sét van (CSV):

5.14.1. Chọn chống sét van cho thanh góp:

5.14.2. Chọn chống sét van cho máy biến áp:

5.15. Chọn sơ đồ tự dùng:

5.15.1. Các cấp điện áp tự dùng

5.15.2. Chọn các thiết bị điện và khí cụ điện cho tự dùng:

5.15.3. Chọn máy biến áp tự dùng riêng:

5.15.4. Chọn máy cắt và khí cụ điện:

5.15.5. Chọn MC và DCL

5.15.6. Chọn aptomat và cầu dao

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT