Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Năng lượng điện là thành phần cốt lõi trong sự phát triển kinh tế quốc dân. Trong cơ cấu nguồn điện của Việt Nam, mặc dù tỷ trọng sản xuất điện năng từ các nhà máy nhiệt điện có sự thay đổi so với các giai đoạn trước, các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi vẫn giữ vai trò cung cấp phụ tải đáy, đảm bảo độ ổn định và an ninh năng lượng cho hệ thống điện quốc gia. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy nhiệt điện Hải Phòng" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Nam Khánh, chuyên ngành Điện Tự động Công nghiệp (Lớp DC2101, Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng) dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Đức Thuận vào năm 2023. Đề tài nhằm mục đích củng cố toàn diện kiến thức chuyên môn về thiết kế phần điện nhà máy điện trước khi tiếp cận môi trường sản xuất thực tế.

Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng được xây dựng tại xã Tam Hưng, huyện Thủy Nguyên, thành phố Hải Phòng, có nhiệm vụ cung cấp điện năng cho nền kinh tế và phụ tải khu vực tam giác kinh tế phía Bắc (Hà Nội – Hải Phòng – Quảng Ninh). Nhà máy sử dụng nguồn nhiên liệu chính là than antraxit được vận chuyển bằng đường sông từ hai mỏ Cẩm Phả và Hòn Gai; đồng thời sử dụng dầu để khởi động và đốt kèm khi vận hành ở mức tải thấp. Quy trình sản xuất điện sử dụng hai thiết bị chính là lò hơi và tuabin hơi nước ngưng hơi, phát điện lên hệ thống qua các cấp điện áp 10,5 kV, 110 kV và 220 kV.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật của đồ án bao gồm:

  1. Tính toán phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy và lựa chọn thông số máy phát điện ($3 \times 60\text{ MW}$).
  2. Đề xuất các phương án sơ đồ nối điện chính, lựa chọn số lượng và dung lượng máy biến áp (máy biến áp 2 cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu liên lạc).
  3. Kiểm tra khả năng quá tải bình thường và quá tải sự cố của máy biến áp; tính toán dòng điện cưỡng bức và chọn kháng điện phân đoạn cho thanh góp cấp điện áp máy phát.
  4. Lập sơ đồ thay thế và tính toán dòng điện ngắn mạch tại các điểm sự cố đặc trưng ($N_1$ đến $N_6$) bằng phương pháp đơn vị tương đối và đường cong tính toán.
  5. Tính toán chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật (vốn đầu tư, tổn thất, chi phí vận hành hàng năm) để so sánh và lựa chọn phương án tối ưu.
  6. Lựa chọn khí cụ điện (máy cắt, dao cách ly), dây dẫn, máy biến áp đo lường (BI, BU), kháng điện và thiết kế hệ thống cấp điện tự dùng (cấp 1, cấp 2, hệ thống điện một chiều).

Đối tượng nghiên cứu là toàn bộ hệ thống phân phối và cung cấp điện của Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phần thiết kế điện bên trong nhà máy có tổng công suất đặt $180\text{ MW}$ ($225\text{ MVA}$), liên kết với hệ thống điện có công suất ngắn mạch $2800\text{ MVA}$ thông qua đường dây kép $220\text{ kV}$ chiều dài $97\text{ km}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

  • Mô hình phụ tải và cân bằng công suất: Phụ tải được xác định dựa trên biểu đồ phụ tải ngày theo tỷ lệ phần trăm công suất tác dụng cực đại $P_{\max}$ và hệ số công suất $\cos\varphi$. Công suất tác dụng $P(t) = (P%/100) \cdot P_{\max}$ và công suất biểu kiến $S(t) = P(t)/\cos\varphi$. Cân bằng công suất toàn nhà máy và công suất phát về hệ thống theo công thức $S_{VHT}(t) = S_{NM}(t) - [S_{UF}(t) + S_{UT}(t) + S_{TD}(t)]$.
  • Nguyên lý máy biến áp tự ngẫu: Ứng dụng tỷ số có lợi $\alpha = (U_C - U_T)/U_C = (220 - 110)/220 = 0{,}5$ nhằm xác định công suất định mức truyền tải qua các cuộn dây cao áp, trung áp và hạ áp.
  • Tiêu chuẩn kiểm tra quá tải máy biến áp: Kiểm tra quá tải bình thường ($S_{\max} \le \alpha S_{TN\text{đm}}$) và quá tải sự cố với hệ số $k_{qtsc} = 1{,}4$ khi sự cố một máy biến áp tự ngẫu hoặc sự cố máy biến áp khối 2 cuộn dây.
  • Phương pháp tính ngắn mạch siêu quá độ: Sử dụng hệ đơn vị tương đối với các đại lượng cơ bản $S_{cb} = 100\text{ MVA}$, $U_{cb} = U_{tb\text{đm}}$. Điện kháng các phần tử được quy đổi về đại lượng cơ bản. Biến đổi sơ đồ mạng điện (phép biến đổi sao – tam giác, ghép song song/nối tiếp) và tra đường cong tính toán để xác định thành phần chu kỳ $I''(t)$, dòng ngắn mạch tại $t = 0$ và $t = \infty$, cũng như dòng xung kích $i_{xk} = \sqrt{2} \cdot k_{xk} \cdot I''(0)$.
  • Tiêu chuẩn lựa chọn và kiểm tra khí cụ điện: Lựa chọn thiết bị đóng cắt theo điều kiện điện áp định mức ($U_{\text{đm}} \ge U_{\text{đm m}}$), dòng điện định mức ($I_{\text{đm}} \ge I_{cb}$), dòng cắt định mức ($I_{c\text{đm}} \ge I''$), kiểm tra ổn định lực điện động ($i_{\text{đđm}} \ge i_{xk}$) và ổn định nhiệt ($I_{nh\text{đm}}^2 \cdot t_{nh\text{đm}} \ge B_N$).
  • Đánh giá kinh tế: Sử dụng phương pháp chi phí tính toán quy đổi hàng năm $Z = a_{\text{đm}} \cdot V + P$, trong đó $a_{\text{đm}} = 0{,}15$ là hệ số hiệu quả kinh tế định mức, $V$ là tổng vốn đầu tư thiết bị phân phối và máy biến áp, $P$ là phí tổn vận hành hàng năm (khấu hao, sửa chữa lớn và tổn thất điện năng).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thống kê – dự báo: Xây dựng biểu đồ phụ tải ngày cho từng cấp điện áp (10,5 kV, 110 kV, tự dùng và hệ thống).
  • Phương pháp giải tích kỹ thuật: Tính toán dòng điện cưỡng bức trong các nhánh, trở kháng ngắn mạch và dòng ngắn mạch qua các chế độ vận hành bình thường và sự cố.
  • Phương pháp so sánh kinh tế – kỹ thuật: Lập phương án kỹ thuật, đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, tính linh hoạt trong vận hành và so sánh tổng mức đầu tư giữa các phương án sơ đồ nối điện chính.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu đầu vào bao gồm nhiệm vụ thiết kế nhà máy nhiệt điện ngưng hơi công suất $180\text{ MW}$ gồm 3 tổ máy $60\text{ MW}$, biểu đồ phụ tải ngày của các cấp điện áp, tỷ lệ tự dùng nhà máy $\alpha = 6{,}6%$, công suất ngắn mạch của hệ thống $S_{HT} = 2800\text{ MVA}$, đường dây kép $220\text{ kV}$ có $L = 97\text{ km}$, $x_0 = 0{,}4\ \Omega/\text{km}$, cùng các bảng tra cứu thông số kỹ thuật tiêu chuẩn của máy phát TB-60-2, máy biến áp ATДЦTH, TPДЦH, máy cắt SF6 loại 3AQ1, 8FG-10 và dao cách ly 3DP2, SGCP.

Thiết kế và giải pháp kỹ thuật

Cấu hình thiết bị chính và máy phát điện

Nhà máy gồm 3 tổ máy đồng bộ kiểu tuabin hơi nước loại TB-60-2 với các thông số kỹ thuật định mức:

  • Công suất biểu kiến định mức: $S_{F\text{đm}} = 75\text{ MVA}$
  • Công suất tác dụng định mức: $P_{F\text{đm}} = 60\text{ MW}$
  • Điện áp định mức: $U_{F\text{đm}} = 10{,}5\text{ kV}$
  • Dòng điện định mức: $I_{\text{đm}} = 4{,}125\text{ kA}$
  • Hệ số công suất: $\cos\varphi_{\text{đm}} = 0{,}8$
  • Điện kháng siêu quá độ: $X_d'' = 0{,}146$; Điện kháng quá độ: $X_d' = 0{,}22$; Điện kháng đồng bộ: $X_d = 1{,}691$

Sơ đồ nối điện chính

Tác giả đề xuất và so sánh hai phương án nối điện chính:

  • Phương án 1 (Phương án chọn): Ghép 1 bộ máy phát – máy biến áp 2 cuộn dây B3 ($F_3 + B_3$) nối lên thanh góp $110\text{ kV}$ để cấp điện cho phụ tải trung áp. Hai máy phát $F_1$ và $F_2$ nối vào hệ thống thanh góp điện áp máy phát $10{,}5\text{ kV}$ có phân đoạn. Sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu 3 pha B1 và B2 để liên lạc giữa 3 cấp điện áp ($10{,}5\text{ kV}$, $110\text{ kV}$, $220\text{ kV}$) và truyền tải công suất dư thừa lên hệ thống $220\text{ kV}$.
  • Phương án 2: Ghép 1 bộ máy phát – máy biến áp ($F_1 + B_1$) nối lên thanh góp $220\text{ kV}$; hai máy phát $F_2, F_3$ nối vào thanh góp $10{,}5\text{ kV}$ qua 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc 3 cấp điện áp.

Sơ đồ Phương án 1 được lựa chọn nhờ cấu trúc vận hành linh hoạt, khi sự cố 1 máy phát tại cấp $10{,}5\text{ kV}$ thì máy còn lại vẫn đảm bảo cấp điện cho phụ tải địa phương và tự dùng, đồng thời giảm dung lượng và chi phí chế tạo máy biến áp so với Phương án 2.

Lựa chọn máy biến áp và kháng điện

  • Máy biến áp 2 cuộn dây B3: Chọn loại TPДЦH-80, dung lượng định mức $S_{\text{đm}} = 80\text{ MVA}$, tỷ số biến áp $115/10{,}5\text{ kV}$, tổn thất không tải $\Delta P_0 = 70\text{ kW}$, tổn thất ngắn mạch $\Delta P_N = 310\text{ kW}$, điện áp ngắn mạch $U_N% = 10{,}5%$, dòng không tải $I_0% = 0{,}55%$.
  • Máy biến áp tự ngẫu B1 và B2: Chọn loại ATДЦTH-160, dung lượng định mức $S_{\text{đm}} = 160\text{ MVA}$, cấp điện áp $230/121/11\text{ kV}$, tổn thất không tải $\Delta P_0 = 85\text{ kW}$, $\Delta P_{N(C-T)} = 380\text{ kW}$, điện áp ngắn mạch $U_{N(C-T)}% = 11%$, $U_{N(C-H)}% = 32%$, $U_{N(T-H)}% = 20{,}5%$.
  • Kháng điện phân đoạn thanh góp 10,5 kV: Chọn kháng điện bê tông cuộn nhôm kiểu PbA-10-4000-12, điện áp định mức $U_{\text{đmK}} = 10{,}5\text{ kV}$, dòng điện định mức $I_{\text{đmK}} = 4000\text{ A}$, điện kháng $X_K% = 12%$ (dòng cưỡng bức tính toán $I_{cbK} = 3{,}616\text{ kA}$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng. Tính toán phụ tải cùng sơ đồ nối điện chính của nhà máy

Chương này trình bày tổng quan về Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng (loại hình nhiệt điện ngưng hơi, hiệu suất 30–35%, thời gian khởi động 3–10 giờ). Tác giả tiến hành tính toán phân bố công suất tác dụng và công suất biểu kiến theo các khung giờ trong ngày (0–7h, 7–8h, 8–14h, 14–18h, 18–20h, 20–24h) cho các thành phần phụ tải:

Thành phần phụ tải Điện áp định mức ($U_{\text{đm}}$) Hệ số công suất ($\cos\varphi$) $P_{\max}$ (MW) $S_{\max}$ (MVA) $S_{\min}$ (MVA)
Phụ tải địa phương 10 kV 0,84 40 47,619 30,952
Phụ tải trung áp 110 kV 0,89 60 67,416 40,449
Phụ tải tự dùng ($\alpha = 6{,}6%$) 10,5 kV - - 14,850 13,068
Công suất phát về hệ thống 220 kV - - 125,563 92,450

Công suất phát về hệ thống chiếm khoảng 8% công suất hệ thống ($S_{HT} = 2800\text{ MVA}$) và nhỏ hơn dự trữ quay ($200\text{ MVA}$).

Tác giả đề xuất 2 phương án sơ đồ nối điện chính, tính toán phân bố công suất qua các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu B1, B2 và máy biến áp 2 cuộn dây B3 trong chế độ làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố (sự cố MBA B3 hoặc sự cố 1 MBA tự ngẫu). Kết quả kiểm tra xác nhận các máy biến áp đã chọn hoàn toàn thỏa mãn khả năng quá tải.

Dòng điện cưỡng bức lớn nhất tại các cấp điện áp được xác định:

  • Phía cao áp $220\text{ kV}$: $I_{cbC} = 0{,}330\text{ kA}$
  • Phía trung áp $110\text{ kV}$: $I_{cbT} = 0{,}413\text{ kA}$
  • Phía điện áp máy phát $10{,}5\text{ kV}$: $I_{cbF} = 6{,}158\text{ kA}$
  • Mạch kháng điện phân đoạn: $I_{cbK} = 3{,}616\text{ kA}$ (công suất truyền tải sự cố lớn nhất qua kháng $S_{qk\max} = 65{,}76\text{ MVA}$)

Chương II: Tính toán dòng điện ngắn mạch và lựa chọn phương án tối ưu

Chương II tập trung xác định dòng điện ngắn mạch nhằm phục vụ việc chọn và kiểm tra khí cụ điện. Tác giả lập sơ đồ thay thế điện kháng quy đổi về hệ đơn vị tương đối ($S_{cb} = 100\text{ MVA}$):

  • Điện kháng hệ thống: $X_{ht} = 0{,}032$; đường dây $220\text{ kV}$ kép: $X_d = 0{,}037 \implies X_1 = 0{,}069$
  • Điện kháng MBA tự ngẫu: cuộn cao $X_C = 0{,}072$, cuộn trung $X_T = 0$, cuộn hạ $X_H = 0{,}128$
  • Điện kháng kháng điện phân đoạn: $X_6 = X_K = 0{,}165$
  • Điện kháng máy phát: $X_7 = X_8 = X_9 = X_F = 0{,}195$
  • Điện kháng MBA 2 cuộn dây B3: $X_{10} = X_{B3} = 0{,}131$

Kết quả tính toán dòng ngắn mạch tại các điểm sự cố của Phương án 1:

Điểm NM Vị trí ngắn mạch Nguồn cung cấp $I''$ (kA) $i_{xk}$ (kA) Mục đích tính toán
N1 Thanh góp 220 kV Hệ thống và nhà máy 5,435 13,835 Chọn khí cụ điện mạch 220 kV
N2 Thanh góp 110 kV Hệ thống và nhà máy 9,342 23,781 Chọn khí cụ điện mạch 110 kV
N3 Hạ áp MBA liên lạc HT và NM (B1 nghỉ) 48,273 122,883 Chọn khí cụ điện hạ áp MBA liên lạc
N4 Phân đoạn thanh góp ĐAMP HT và NM (B1, F1 nghỉ) 20,229 51,495 Chọn thiết bị phân đoạn thanh góp ĐAMP
N5 Hạ áp máy phát (F1 làm việc) Chỉ có máy phát F1 28,043 71,495 Chọn khí cụ điện mạch máy phát
N5' Hạ áp máy phát (F1 nghỉ) Hệ thống và NM 41,762 106,309 Kiểm tra khi máy phát F1 tách khỏi lưới
N6 Phụ tải 10,5 kV và tự dùng Tổng hợp nguồn 69,805 177,695 Chọn khí cụ điện tự dùng và phụ tải

Từ các thông số dòng cưỡng bức và dòng ngắn mạch, tác giả lựa chọn danh mục máy cắt và dao cách ly cho Phương án 1:

  • Cấp 220 kV: Máy cắt khí SF6 loại 3AQ1 ($245\text{ kV}, 4\text{ kA}, I_{c\text{đm}} = 40\text{ kA}, i_{\text{đđm}} = 100\text{ kA}$); Dao cách ly loại 3DP2-245/1250 ($245\text{ kV}, 1{,}25\text{ kA}, i_{\text{đđm}} = 100\text{ kA}$).
  • Cấp 110 kV: Máy cắt khí SF6 loại 3AQ1-FG ($123\text{ kV}, 3{,}15\text{ kA}, I_{c\text{đm}} = 31{,}5\text{ kA}, i_{\text{đđm}} = 80\text{ kA}$); Dao cách ly loại 3DP2-123/1250 ($123\text{ kV}, 1{,}25\text{ kA}, i_{\text{đđm}} = 80\text{ kA}$).
  • Cấp 10,5 kV: Máy cắt loại 8FG-10 ($12\text{ kV}, 12{,}5\text{ kA}, I_{c\text{đm}} = 80\text{ kA}, i_{\text{đđm}} = 225\text{ kA}$); Dao cách ly loại SGCP-12/1250 ($12\text{ kV}, 12{,}5\text{ kA}, i_{\text{đđm}} = 320\text{ kA}$).

Tính toán kinh tế cho thấy tổng vốn đầu tư thiết bị phân phối của Phương án 1 là $V_{TBPP} = (5{,}625 + 4{,}725 + 2{,}25) \cdot 10^9 = 12{,}6 \cdot 10^9\text{ đồng}$; tổng vốn đầu tư $V_1 = 39{,}56 \cdot 10^9\text{ đồng}$; chi phí vận hành hàng năm $P_1 = 2{,}532 \cdot 10^9\text{ đồng}$; chi phí tính toán quy đổi $Z_1 = 0{,}15 \cdot V_1 + P_1$. Phương án 1 đạt hiệu quả kinh tế cao hơn Phương án 2.

Chương III: Chọn khí cụ điện và dây dẫn và sơ đồ thiết bị tự dùng

Chương III thực hiện các tính toán chi tiết cho phần dẫn điện và hệ thống tự dùng:

  • Lựa chọn tiết diện thanh dẫn cứng bằng đồng/nhôm cho mạch máy phát điện, kiểm tra ổn định nhiệt và ổn định lực điện động trong điều kiện ngắn mạch.
  • Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cho sân phân phối điện áp cao $220\text{ kV}$.
  • Lựa chọn máy biến áp đo lường gồm máy biến dòng điện (BI) và máy biến điện áp (BU) tương thích với cấp chính xác và phụ tải thứ cấp.
  • Chọn cáp điện và kháng điện cấp cho phụ tải địa phương $10\text{ kV}$.
  • Thiết kế hệ thống điện tự dùng: Xác định công suất và lựa chọn máy biến áp tự dùng cấp 1 nối từ thanh góp điện áp máy phát, máy biến áp tự dùng cấp 2 nhận điện từ nguồn dự phòng, lựa chọn máy cắt hạ áp cho MBA tự dùng cấp 1 và thiết lập cấu hình hệ thống điện tự dùng một chiều (ắc quy, tủ nạp) phục vụ mạch điều khiển, bảo vệ và chiếu sáng sự cố.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

Đồ án đã hoàn thành thiết kế hệ thống điện cho Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng với các kết quả cụ thể:

  1. Xác lập bảng cân bằng công suất biểu kiến 24 giờ cho toàn nhà máy ($S_{NM} = 225\text{ MVA}$), phụ tải địa phương ($S_{UF\max} = 47{,}619\text{ MVA}$), phụ tải trung áp ($S_{UT\max} = 67{,}416\text{ MVA}$), phụ tải tự dùng ($S_{TD\max} = 14{,}85\text{ MVA}$) và lượng công suất phát về hệ thống $220\text{ kV}$ ($S_{VHT\max} = 125{,}563\text{ MVA}$).
  2. Lựa chọn thành công cấu hình trạm gồm 2 máy biến áp tự ngẫu ATДЦTH-160 ($160\text{ MVA}$) và 1 máy biến áp 2 cuộn dây TPДЦH-80 ($80\text{ MVA}$), đảm bảo khả năng chịu quá tải trong mọi kịch bản sự cố $N-1$.
  3. Xác định toàn bộ thông số ngắn mạch siêu quá độ và dòng xung kích tại 7 vị trí sự cố, từ đó chọn đồng bộ khí cụ điện tiêu chuẩn SF6 (3AQ1, 8FG-10) và dao cách ly (3DP2, SGCP) đáp ứng đầy đủ điều kiện ổn định lực điện động và ổn định nhiệt.
  4. Lắp đặt kháng điện phân đoạn PbA-10-4000-12 ($X_K% = 12%$) giúp giới hạn dòng ngắn mạch tại thanh góp điện áp máy phát xuống mức cho phép ($20{,}229\text{ kA}$ tại $N_4$).

Giải pháp kỹ thuật đề xuất

  • Áp dụng sơ đồ kết hợp giữa khối máy phát – máy biến áp 2 cuộn dây nối lên cấp trung áp $110\text{ kV}$ và 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc 3 cấp điện áp, tối ưu hóa việc phân chia dòng công suất truyền tải.
  • Sử dụng sơ đồ hai hệ thống thanh góp cho cấp $220\text{ kV}$ và $110\text{ kV}$ nhằm nâng cao tính liên tục cung cấp điện và thuận tiện trong việc bảo dưỡng thiết bị đóng cắt định kỳ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Các phép tính ngắn mạch trong đồ án được thực hiện theo phương pháp gần đúng (sử dụng đường cong tính toán và bỏ qua điện trở tác dụng của mạng điện).
  • Phần tính toán kinh tế sử dụng các hệ số định mức giản lược, chưa phản ánh đầy đủ biến động giá vật tư, chi phí lắp đặt và bảo dưỡng thực tế theo thời giá thị trường.
  • Phần thiết kế tự dùng một chiều và bảo vệ rơ-le mới dừng lại ở mức lựa chọn thiết bị chính và sơ đồ nguyên lý khối, chưa đi sâu vào sơ đồ nhị thứ chi tiết.

Hạn chế và hướng mở rộng

  • Nghiên cứu tính toán chế độ quá độ và ngắn mạch không đối xứng (ngắn mạch 1 pha, 2 pha chạm đất) bằng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng (như ETAP, PSS/E hoặc PSCAD).
  • Đi sâu thiết kế hệ thống bảo vệ rơ-le kỹ thuật số, tự động hóa trạm và hệ thống điều khiển tích hợp máy tính (DCS/SCADA) cho toàn bộ nhà máy.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tham khảo trực tiếp và hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Điện tự động công nghiệp: Tham khảo quy trình hoàn chỉnh để thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học phần điện nhà máy điện và trạm biến áp.
  • Kỹ sư vận hành và thiết kế hệ thống điện: Tham khảo phương pháp tính toán cân bằng phụ tải biểu đồ ngày, phương pháp lựa chọn dung lượng máy biến áp tự ngẫu và quy trình kiểm tra ổn định động/nhiệt cho các khí cụ điện cao áp.
  • Các nội dung nổi bật đáng tham khảo: Phương pháp tính toán phân bố công suất qua cuộn dây máy biến áp tự ngẫu trong các chế độ làm việc sự cố và phương pháp rút gọn sơ đồ tính ngắn mạch siêu quá độ hệ thống đa nguồn.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô công suất và thông số định mức của các tổ máy phát trong nhà máy là bao nhiêu?

Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng trong đồ án được thiết kế với tổng công suất tác dụng $180\text{ MW}$, gồm 3 tổ máy phát điện đồng bộ tuabin hơi loại TB-60-2. Mỗi máy có công suất định mức $S_{F\text{đm}} = 75\text{ MVA}$ ($P_{F\text{đm}} = 60\text{ MW}$), điện áp định mức $U_{F\text{đm}} = 10{,}5\text{ kV}$, dòng điện định mức $I_{\text{đm}} = 4{,}125\text{ kA}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0{,}8$, điện kháng siêu quá độ $X_d'' = 0{,}146$.

2. Vì sao tác giả lựa chọn phương án sơ đồ nối điện chính số 1 thay vì phương án 2?

Phương án 1 sử dụng 1 khối máy phát – MBA 2 cuộn dây nối lên cấp $110\text{ kV}$ và 2 MBA tự ngẫu liên lạc nối cấp $10{,}5\text{ kV}$ với $110\text{ kV}$ và $220\text{ kV}$. Sơ đồ này có tính linh hoạt cao, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải địa phương khi sự cố 1 máy phát, số lượng và chủng loại MBA ít hơn, dung lượng định mức của MBA tự ngẫu yêu cầu ($160\text{ MVA}$) nhỏ hơn so với Phương án 2 ($200\text{ MVA}$), giúp giảm vốn đầu tư và tổn thất điện năng.

3. Kháng điện phân đoạn thanh góp 10,5 kV được lựa chọn với thông số nào và có tác dụng gì?

Tác giả lựa chọn kháng điện bê tông cuộn nhôm kiểu PbA-10-4000-12 có điện áp định mức $U_{\text{đmK}} = 10{,}5\text{ kV}$, dòng điện định mức $I_{\text{đmK}} = 4000\text{ A}$, điện kháng $X_K% = 12%$. Kháng điện này được đặt tại phân đoạn thanh góp $10{,}5\text{ kV}$ nhằm hạn chế dòng điện ngắn mạch truyền qua giữa các phân đoạn khi xảy ra sự cố (dòng cưỡng bức tính toán qua kháng là $I_{cbK} = 3{,}616\text{ kA}$).

4. Giá trị dòng điện ngắn mạch lớn nhất xảy ra tại vị trí nào trong sơ đồ thiết kế?

Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ lớn nhất xuất hiện tại điểm $N_6$ (phía mạch phụ tải $10{,}5\text{ kV}$ và tự dùng nhận nguồn tổng hợp từ hệ thống và các máy phát điện) với giá trị thành phần chu kỳ $I'' = 69{,}805\text{ kA}$ và dòng điện xung kích $i_{xk} = 177{,}695\text{ kA}$.

5. Các chủng loại máy cắt điện nào được trang bị cho từng cấp điện áp?

Ở cấp cao áp $220\text{ kV}$, đồ án chọn máy cắt SF6 loại 3AQ1 ($245\text{ kV}, 4\text{ kA}, I_{c\text{đm}} = 40\text{ kA}$). Ở cấp trung áp $110\text{ kV}$, chọn máy cắt SF6 loại 3AQ1-FG ($123\text{ kV}, 3{,}15\text{ kA}, I_{c\text{đm}} = 31{,}5\text{ kA}$). Ở cấp điện áp máy phát và tự dùng $10{,}5\text{ kV}$, chọn máy cắt loại 8FG-10 ($12\text{ kV}, 12{,}5\text{ kA}, I_{c\text{đm}} = 80\text{ kA}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Nam Khánh đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật phần điện cho Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng quy mô $180\text{ MW}$ ($3 \times 60\text{ MW}$). Công trình đã xây dựng phương án nối điện chính tối ưu, tính toán lựa chọn đồng bộ máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp khối, kháng điện phân đoạn và hệ thống khí cụ điện đóng cắt cao áp/trung áp thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật về ổn định nhiệt và ổn định động. Các số liệu và quy trình tính toán trong đồ án có độ tin cậy kỹ thuật cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của một đồ án thiết kế chuyên ngành kỹ thuật điện.