Giới thiệu dự án

Nhu cầu phụ tải điện tại Việt Nam tăng trưởng trung bình từ 8 - 10%/năm đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc tối ưu hóa cấu trúc nguồn phát và lưới điện truyền tải. Trong hệ thống năng lượng quốc gia, các nhà máy nhiệt điện đóng vai trò nguồn phát phụ tải đáy và điều tần then chốt. Việc tính toán thiết kế phần điện nhà máy điện nhằm xác định cấu trúc liên kết tối ưu giữa các tổ máy phát, trạm phân phối nhiều cấp điện áp và hệ thống điện lực quốc gia, giải quyết bài toán dung hòa giữa độ tin cậy cung cấp điện và tối thiểu hóa chi phí vốn (CapEx) cũng như chi phí vận hành (OpEx).

Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện có quy mô $4 \times 55\text{ MW}$ (tổng công suất đặt 220 MW / 275 MVA), đối mặt với các thách thức kỹ thuật:

  • Đảm bảo cấp điện liên tục cho phụ tải địa phương 22 kV ($P_{\max} = 8{,}2\text{ MW}$) và phụ tải trung áp 110 kV ($P_{\max} = 49\text{ MW}$).
  • Truyền tải phần công suất dư thừa lên lưới điện cao áp 220 kV về hệ thống có công suất $S_{\text{đmHT}} = 4100\text{ MVA}$ qua đường dây kép $l = 106\text{ km}$.
  • Giải quyết chế độ vận hành không đồng đều của phụ tải theo các khung giờ trong ngày và chế độ sự cố $(N-1)$.
Mục tiêu cụ thể của dự án:
1. Xây dựng biểu đồ phụ tải tổng hợp và tính toán cân bằng công suất toàn nhà máy trong chu kỳ 24 giờ.
2. Đề xuất 03 phương án nối dây chính và lựa chọn 02 phương án khả thi để tính toán chi tiết máy biến áp (MBA).
3. Phân tích phân bố công suất, kiểm tra khả năng quá tải sự cố theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện lực.
4. Tính toán kinh tế - kỹ thuật (CapEx, OpEx, tổn thất điện năng ΔA) để xác định phương án tối ưu.
5. Tính toán dòng ngắn mạch ba pha đối xứng và xung kích theo hệ đơn vị tương đối (per-unit system) tại các nút trọng điểm (220 kV, 110 kV, 10.5 kV).
6. Lựa chọn và kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt của toàn bộ khí cụ điện, thanh dẫn và hệ thống tự dùng (6 kV / 0.4 kV).

Giải pháp được lựa chọn là ứng dụng mô hình máy biến áp tự ngẫu (MBATN) kết hợp các tổ máy phát - MBA hai cuộn dây nối bộ. Với tỷ số điện áp $\alpha = (U_C - U_T)/U_C = (220 - 110)/220 = 0{,}5$, việc sử dụng MBATN giảm tải kích thước mạch từ và tổn thất đồng, đem lại hiệu suất kinh tế - kỹ thuật vượt trội.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở chế độ xác lập của hệ thống điện, tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909 / GOST, kiểm tra ổn định thiết bị trong thời gian cắt danh định $t_{\text{cđm}} = 1\text{ s}$.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trong thiết kế trạm phân phối điện nhà máy nhiệt điện truyền thống, việc phối hợp các cấp điện áp 220 kV, 110 kV và điện áp đầu cực máy phát thường gặp phải xung đột về lựa chọn sơ đồ nối điện.

Tiêu chí so sánh Phương án 1 (1 Bộ 220kV + 2 MBATN + 1 Bộ 110kV) Phương án 2 (2 MBATN 220/110kV + 2 Bộ 110kV) Phương án 3 (2 Máy phát ghép chung 1 MBA 2 cuộn dây)
Độ tin cậy cung cấp điện Cao (Cân bằng tốt giữa 2 cấp áp) Rất cao (Đảm bảo phụ tải trung áp linh hoạt) Thấp (Sự cố 1 MBA mất 2 tổ máy)
Vốn đầu tư thiết bị (CapEx) $105{,}21 \times 10^9\text{ VNĐ}$ $\mathbf{102{,}426 \times 10^9\text{ VNĐ}}$ (Tiết kiệm 2.65%) Thấp nhất (Giảm số lượng MBA)
Chi phí vận hành hàng năm (OpEx) $22{,}65 \times 10^9\text{ VNĐ/năm}$ $\mathbf{20{,}87 \times 10^9\text{ VNĐ/năm}}$ (Tiết kiệm 7.86%) Trung bình
Khả năng tự dùng & tải địa phương Cấp từ đầu cực máy phát Cấp từ đầu cực máy phát Phức tạp khi phân chia thanh cái

Theo phương pháp phân loại yêu cầu MoSCoW:

  • Must have: Cấp điện an toàn cho phụ tải cực đại 110 kV ($52{,}69\text{ MVA}$), phụ tải 22 kV ($8{,}82\text{ MVA}$), tự dùng ($18{,}33\text{ MVA}$); chịu được dòng ngắn mạch lớn nhất tại thanh cái 220 kV và 110 kV.
  • Should have: Tận dụng triệt để hệ số có lợi $\alpha = 0{,}5$ của MBATN để giảm tổn thất điện năng $\Delta A$.
  • Could have: Dự phòng khả năng mở rộng ngăn lộ đường dây 220 kV và 110 kV.
  • Won't have: Sử dụng thanh góp điện áp máy phát (do tỷ lệ phụ tải địa phương $k = S_{DP\max}/S_{\text{đm}} = 3{,}21% < 15%$, lấy điện trực tiếp từ đầu cực).

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc phần điện nhà máy theo Phương án 2 tối ưu được thiết kế liên kết đa tầng:

graph TD
    subgraph Cap_220kV ["Hệ thống thanh cái 220 kV (2 HTTG + Thanh góp vòng)"]
        N1["Điểm ngắn mạch N1"]
        Line220["2 Lộ đường dây kép đi Hệ thống (106 km)"]
    end

    subgraph Cap_110kV ["Hệ thống thanh cái 110 kV (2 HTTG)"]
        N2["Điểm ngắn mạch N2"]
        Load110["Phụ tải trung áp (1 lộ kép 26MW + 1 lộ đơn 23MW)"]
    end

    subgraph MBA_System ["Trạm biến áp chính"]
        AT1["MBATN AT1: ATДЦTH-160000/220"]
        AT2["MBATN AT2: ATДЦTH-160000/220"]
        T3["MBA Bộ T3: TPДUH-80000/110"]
        T4["MBA Bộ T4: TPДUH-80000/110"]
    end

    subgraph May_Phat ["Tổ máy phát điện (TBФ-55-2)"]
        G1["MF G1 (55MW - 11.5kV)"] --> AT1
        G2["MF G2 (55MW - 11.5kV)"] --> AT2
        G3["MF G3 (55MW - 11.5kV)"] --> T3
        G4["MF G4 (55MW - 11.5kV)"] --> T4
    end

    AT1 === Cap_220kV
    AT1 === Cap_110kV
    AT2 === Cap_220kV
    AT2 === Cap_110kV
    T3 === Cap_110kV
    T4 === Cap_110kV
    Cap_220kV --- Line220
    Cap_110kV --- Load110

Thông số thiết bị chính:

  • Máy phát điện (04 tổ): Loại $\text{TBФ-55-2}$, công suất định mức $S_{\text{đm}} = 68{,}75\text{ MVA}$ ($P_{\text{đm}} = 55\text{ MW}$, $\cos\varphi = 0{,}8$), $U_{\text{đm}} = 11{,}5\text{ kV}$, $I_{\text{đm}} = 3{,}462\text{ kA}$, điện kháng siêu quá độ $X_d'' = 0{,}123$.
  • Máy biến áp tự ngẫu (02 máy): Loại $\text{ATДЦTH-160000/220}$, $S_{\text{đm}} = 160\text{ MVA}$, cấp điện áp $230/121/11\text{ kV}$, tổn thất không tải $\Delta P_0 = 100\text{ kW}$, tổn thất ngắn mạch $\Delta P_{N(C-T)} = 380\text{ kW}$, điện áp ngắn mạch $U_{N(C-T)}% = 11%$, $U_{N(C-H)}% = 32%$, $U_{N(T-H)}% = 20%$.
  • Máy biến áp nối bộ hai cuộn dây (02 máy): Loại $\text{TPДUH-80000/110}$, $S_{\text{đm}} = 80\text{ MVA}$, $115/6{,}3\text{ kV}$ (hoặc $10{,}5\text{ kV}$), $\Delta P_0 = 89\text{ kW}$, $\Delta P_N = 310\text{ kW}$, $U_N% = 10{,}5%$.

Sơ đồ thiết bị phân phối (TBPP):

  • Phía 220 kV: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng (gồm 6 ngăn lộ máy cắt: 2 ngăn MBA liên lạc, 2 ngăn đường dây đi hệ thống, 1 ngăn liên lạc thanh cái, 1 ngăn máy cắt vòng).
  • Phía 110 kV: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp (gồm 7 ngăn máy cắt: 2 ngăn MBA tự ngẫu, 2 ngăn MBA bộ, 2 ngăn lộ đường dây phụ tải, 1 ngăn máy cắt liên lạc).

Methodology

Quy trình thiết kế tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế trạm và nhà máy điện (TCVN / IEC 60076, IEC 62271, IEC 60909):

Quy trình tính toán 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Khảo sát phụ tải ➔ Cân bằng công suất 24h ➔ Thành lập biểu đồ phụ tải.
Giai đoạn 2: Lựa chọn công suất định mức MBA ➔ Phân bố công suất n-1 ➔ Kiểm tra quá tải cuộn dây.
Giai đoạn 3: Tính toán ngắn mạch 3 pha (Hệ đơn vị tương đối Scb = 100 MVA) ➔ Xác định I'', ixk, Sk.
Giai đoạn 4: Chọn khí cụ điện ➔ Kiểm tra ổn định động (Ixdk >= ixk) & Ổn định nhiệt (Qk <= Icp^2 * t).

Quản trị rủi ro kỹ thuật:

  • Rủi ro quá tải cuộn chung MBATN khi sự cố: Tính toán kiểm tra chế độ tải nặng nhất khi đứt 1 tổ MBA bộ hoặc hỏng 1 MBATN tại thời điểm phụ tải cực đại ($t = 5 - 8\text{ h}$).
  • Rủi ro dòng xung kích lớn phá hủy cơ học thanh cái: Lựa chọn thanh dẫn cứng định hình và thanh dẫn mềm có khoảng cách pha đảm bảo lực điện động trong giới hạn ứng suất vật liệu $[\sigma] = 1400\text{ kG/cm}^2$.

Implementation và kết quả

Development process

Cốt lõi của quá trình tính toán là thuật toán phân bố công suất và giải tích ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối.

# Thuật toán tính toán ngắn mạch per-unit và kiểm tra ổn định nhiệt khí cụ điện
import math

class PowerSystemDesign:
    def __init__(self, S_base=100.0):
        self.S_base = S_base  # MVA cơ bản

    def per_unit_reactance_generator(self, Xd_pp, S_dm):
        """Tính điện kháng tương đối máy phát điện"""
        return Xd_pp * (self.S_base / S_dm)

    def per_unit_reactance_transformer(self, UN_percent, S_dm):
        """Tính điện kháng tương đối máy biến áp 2 cuộn dây"""
        return (UN_percent / 100.0) * (self.S_base / S_dm)

    def autotransformer_reactances(self, U_ct, U_ch, U_th, S_dm):
        """Xác định điện kháng từng cuộn dây MBATN"""
        U_C = 0.5 * (U_ct + U_ch - U_th)
        U_T = 0.5 * (U_ct + U_th - U_ch)
        U_H = 0.5 * (U_ch + U_th - U_ct)
        
        X_C = (U_C / 100.0) * (self.S_base / S_dm)
        X_T = (U_T / 100.0) * (self.S_base / S_dm)
        X_H = (U_H / 100.0) * (self.S_base / S_dm)
        return X_C, X_T, X_H

    def calculate_short_circuit(self, X_equivalent, U_tb):
        """Tính dòng điện ngắn mạch chu kỳ đầu và xung kích"""
        I_base = self.S_base / (math.sqrt(3) * U_tb)
        I_double_prime = I_base / X_equivalent
        # Hệ số xung kích kxk = 1.8 cho lưới cao áp
        i_xk = math.sqrt(2) * 1.8 * I_double_prime
        S_k = math.sqrt(3) * U_tb * I_double_prime
        return I_double_prime, i_xk, S_k

# Khởi tạo mô hình tính toán
ps = PowerSystemDesign(S_base=100.0)
X_gen = ps.per_unit_reactance_generator(0.123, 68.75) # = 0.178
X_t3 = ps.per_unit_reactance_transformer(10.5, 80.0)   # = 0.131
XC_at, XT_at, XH_at = ps.autotransformer_reactances(11.0, 32.0, 20.0, 160.0)
# Kết quả: XC = 0.071, XT = -0.0031 ~ 0, XH = 0.128

Công thức cân bằng công suất truyền lên hệ thống qua cấp 220 kV: $$S_{VHT}(t) = S_{TNM}(t) - \left[ S_{DP}(t) + S_{UT}(t) + S_{TD}(t) \right]$$

Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp: $$\Delta A = \sum_{j} \left( \Delta P_0 \cdot 8760 + \Delta P_N \cdot \left(\frac{S_j}{S_{\text{đm}}}\right)^2 \cdot \tau \right) \quad [\text{MWh}]$$

Testing và validation

Kết quả tính toán kiểm tra chế độ sự cố $(N-1)$ đối với Phương án 2:

  1. Sự cố hỏng 01 MBA hai cuộn dây phía trung áp (T4) khi phụ tải trung cực đại ($S_{UT\max} = 52{,}68\text{ MVA}$):

    • Công suất qua cuộn nối tiếp MBATN: $S_{nt} = \alpha \cdot (S_H + S_T) = 0{,}5 \cdot (60{,}201 + 11{,}48) = 35{,}84\text{ MVA}$.
    • Khả năng tải cho phép của cuộn dây: $\alpha \cdot S_{\text{đmTN}} = 0{,}5 \cdot 160 = 80\text{ MVA} > 35{,}84\text{ MVA}$ $\rightarrow$ Thỏa mãn.
    • Công suất thiếu hụt phát về hệ thống: $S_{\text{thiếu}} = 52{,}67\text{ MVA} < S_{\text{dự phòng HT}} = 451\text{ MVA}$ $\rightarrow$ An toàn.

  2. Sự cố hỏng 01 MBATN (AT2) tại thời điểm phụ tải trung cực đại:

    • Tải cuộn nối tiếp: $S_{nt} = 0{,}5 \cdot (56{,}23 + 75{,}64) = 65{,}93\text{ MVA} < 80\text{ MVA}$ $\rightarrow$ Thỏa mãn.

Tổng hợp dòng ngắn mạch tại các điểm nút chính phục vụ lựa chọn khí cụ:

Điểm ngắn mạch Cấp điện áp định danh ($U_{\text{tb}}$) Điện kháng tổng đạt $X_{\Sigma}$ (p.u) Dòng ngắn mạch siêu quá độ $I''$ (kA) Dòng xung kích $i_{xk}$ (kA) Công suất ngắn mạch $S_k$ (MVA)
N1 (Thanh cái cao áp) $230\text{ kV}$ $0{,}159$ $\mathbf{1{,}578\text{ kA}}$ $\mathbf{4{,}01\text{ kA}}$ $628{,}9\text{ MVA}$
N2 (Thanh cái trung áp) $115\text{ kV}$ $0{,}103$ $\mathbf{4{,}876\text{ kA}}$ $\mathbf{12{,}41\text{ kA}}$ $971{,}2\text{ MVA}$
N3 (Đầu cực máy phát) $11{,}02\text{ kV}$ $0{,}128$ $\mathbf{40{,}86\text{ kA}}$ $\mathbf{104{,}00\text{ kA}}$ $780{,}0\text{ MVA}$

Kết quả đạt được

So sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật 2 phương án:
┌───────────────────────────────┬─────────────────┬─────────────────┬──────────────────┐
│ Chỉ số đánh giá               │ Phương án 1     │ Phương án 2     │ Mức độ cải thiện │
├───────────────────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼──────────────────┤
│ Vốn đầu tư MBA (V_B)          │ 63.24 tỷ VNĐ    │ 62.58 tỷ VNĐ    │ Giảm 1.04%       │
│ Vốn đầu tư TBPP (V_TBPP)      │ 41.97 tỷ VNĐ    │ 39.846 tỷ VNĐ   │ Giảm 5.06%       │
│ Tổng vốn đầu tư (CapEx)       │ 105.21 tỷ VNĐ   │ 102.426 tỷ VNĐ  │ Tiết kiệm 2.65%  │
│ Tổn thất điện năng (ΔA/năm)   │ 10,212 MWh/năm  │ 9,985 MWh/năm   │ Giảm 227 MWh/năm │
│ Chi phí vận hành hàng năm     │ 22.65 tỷ VNĐ    │ 20.87 tỷ VNĐ    │ Tiết kiệm 7.86%  │
└───────────────────────────────┴─────────────────┴─────────────────┴──────────────────┘

100% các thiết bị đóng cắt được kiểm tra đạt tiêu chuẩn:

  • Máy cắt 220 kV chọn loại khí $\text{SF}6$ có $I{\text{cđm}} = 31{,}5\text{ kA} > I_{\max} = 1{,}578\text{ kA}$.
  • Máy cắt 110 kV có $I_{\text{cđm}} = 25\text{ kA} > I_{\max} = 4{,}876\text{ kA}$.
  • Thanh dẫn mềm ngoài trời 220 kV chọn dây nhôm lõi thép AC-240; 110 kV chọn dây AC-300 đảm bảo điều kiện vầng quang điện và ổn định nhiệt.

Đổi mới và đóng góp

  • Tối ưu hóa phối hợp MBATN và MBA Nối Bộ: Thay vì phân bổ dàn đều nguồn phát, Phương án 2 ghép 2 tổ máy trực tiếp vào cấp 110 kV bằng MBA hai cuộn dây và 2 tổ máy vào MBATN 220/110 kV. Cấu trúc này giải tỏa công suất trực tiếp cho phụ tải trung áp, triệt tiêu dòng công suất chạy vòng qua 2 lần biến áp, giảm tổn thất điện năng $\Delta A$ được $227\text{ MWh/năm}$.
  • Loại bỏ thanh cái điện áp máy phát (Generator Busbar Elimination): Tận dụng tỷ lệ phụ tải địa phương nhỏ ($k = 3{,}21%$), việc cấp điện qua máy biến áp hạ áp lấy trực tiếp từ đầu cực giúp loại bỏ hệ thống máy cắt hợp bộ dòng lớn ($>40\text{ kA}$) đắt tiền ở cấp 10.5 kV, cắt giảm $15%$ khối lượng xây lắp gian phân phối trong nhà.
  • Áp dụng sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có thanh góp vòng cho cấp 220 kV: Cho phép bảo dưỡng sửa chữa bất kỳ máy cắt nào của các ngăn lộ đường dây đi hệ thống mà không làm gián đoạn truyền tải điện của nhà máy.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản vận hành thực tế

  1. Chế độ cực đại mùa khô: Nhà máy phát tối đa công suất đặt 220 MW. 110 kV nhận 49 MW phụ tải công nghiệp; 22 kV nhận 8.2 MW phụ tải địa phương; phần dư thừa $155\text{ MW}$ ($204\text{ MVA}$) bơm trực tiếp lên hệ thống truyền tải 220 kV qua 2 mạch kép.
  2. Chế độ phụ tải thấp điểm đêm ($0 - 5\text{ h}$): Phụ tải trung áp giảm còn 70%, MBATN tự động điều áp dưới tải (OLTC) giữ điện áp thanh cái trong dải $\pm 5% U_{\text{đm}}$.

Phân tích hiệu quả kinh tế (ROI)

Với mức chênh lệch vốn đầu tư ban đầu tiết kiệm được $2{,}784\text{ tỷ VNĐ}$ và chi phí vận hành giảm $1{,}78\text{ tỷ VNĐ/năm}$, thời gian hoàn vốn chênh lệch (Payback Period) đạt: $$T_{\text{hoàn vốn}} = \frac{\Delta V}{\Delta P} = \frac{2{,}784}{1{,}78} \approx 1{,}56\text{ năm}$$

Lộ trình triển khai kỹ thuật:

  • Tháng 1 - 3: San nền, thi công hệ thống nối đất trạm và móng máy biến áp chính.
  • Tháng 4 - 8: Lắp đặt 02 máy biến áp tự ngẫu 160 MVA và 02 MBA bộ 80 MVA; lắp đặt giàn kết cấu thanh cái 220 kV / 110 kV.
  • Tháng 9 - 11: Lắp đặt thiết bị đóng cắt $\text{SF}_6$, biến dòng BI, biến điện áp BU, chống sét van (CSV) và tủ bảng điều khiển bảo vệ tự dùng.
  • Tháng 12: Thử nghiệm không tải, đóng điện xung kích và nghiệm thu hòa lưới quốc gia.

Hạn chế và hướng phát triển

  • Hạn chế kỹ thuật: Mô hình tính toán ngắn mạch sử dụng phương pháp giải tích đường cong tính toán gần đúng theo quy chuẩn truyền thống, chưa mô phỏng chi tiết các quá trình quá độ phi tuyến điện từ (EMT) khi đóng cắt tụ bù hoặc hòa đồng bộ máy phát.
  • Ràng buộc hạ tầng: MBATN có liên hệ điện trực tiếp giữa cuộn cao và cuộn trung, dẫn đến việc quá điện áp khí quyển từ lưới 220 kV dễ truyền sang lưới 110 kV, đòi hỏi cấu hình chống sét van nghiêm ngặt.
  • Hướng nâng cấp:
    1. Tích hợp phần mềm chuyên dụng (ETAP, PSS/E, DigSILENT PowerFactory) để mô phỏng ổn định góc công và ổn định tần số khi nhà máy vận hành song song với các nguồn năng lượng tái tạo lân cận.
    2. Nâng cấp hệ thống trạm phân phối sang công nghệ kỹ thuật số theo tiêu chuẩn IEC 61850 (Process Bus, Sampled Values, GOOSE message).

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện / Hệ thống Điện: Nắm vững tài liệu mẫu hoàn chỉnh về phương pháp luận thiết kế phần điện nhà máy điện, từ lý thuyết cân bằng công suất đến giải tích ngắn mạch per-unit.
  • Kỹ sư thiết kế điện (Consulting Engineers): Tham khảo bộ thông số kỹ thuật chuẩn của các dòng máy phát $\text{TBФ}$, máy biến áp $\text{ATДЦTH}$, $\text{TPДUH}$ và quy trình lựa chọn khí cụ điện thực tế.
  • Đơn vị quản lý vận hành (EVN / GENCO): Có cơ sở dữ liệu đối chiếu về phân bố tổn thất và các chế độ làm việc sự cố $(N-1)$ của cụm nhà máy điện đấu nối hỗn hợp 220/110 kV.
  • Giảng viên và nhà nghiên cứu: Sử dụng làm học liệu giảng dạy đồ án môn học môn Thiết kế Nhà máy điện và Trạm biến áp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao lại chọn cấp điện áp 220 kV và 110 kV thay vì 500 kV cho nhà máy này?

Tổng công suất đặt của nhà máy là $220\text{ MW}$ ($4 \times 55\text{ MW}$), khoảng cách truyền tải về hệ thống là $106\text{ km}$. Theo thang công suất kinh tế của đường dây truyền tải điện, cấp điện áp 220 kV là kinh tế nhất cho dải công suất $150 - 300\text{ MW}$ ở cự ly $\sim 100\text{ km}$. Cấp 500 kV chỉ áp dụng cho các trung tâm điện lực lớn ($>1000\text{ MW}$) với khoảng cách xa ($>300\text{ km}$) để tránh lãng phí chi phí đầu tư trạm.

2. Ưu điểm nổi bật của máy biến áp tự ngẫu so với MBA thông thường trong đồ án là gì?

MBATN có liên hệ cả về từ và về điện giữa các cuộn dây. Với hệ số $\alpha = 0{,}5$, công suất chế tạo của lõi thép chỉ bằng một nửa công suất định mức ($S_{\text{chế tạo}} = \alpha \cdot S_{\text{đm}} = 80\text{ MVA}$ cho máy $160\text{ MVA}$), giúp kích thước nhỏ gọn hơn, tiết kiệm vật liệu chế tạo, giảm $20 - 30%$ tổn hao công suất không tải và ngắn mạch.

3. Phụ tải địa phương 22 kV được cấp điện theo phương thức nào?

Do phụ tải địa phương có dung lượng nhỏ ($S_{DP\max} = 8{,}82\text{ MVA}$, chiếm $3{,}21%$ công suất nhà máy), đồ án sử dụng phương án đặt các MBA hạ áp nối trực tiếp vào thanh dẫn đầu cực máy phát qua dao cách ly và cầu chì/máy cắt phụ tải, không cần xây dựng hệ thống thanh cái phân phối 10.5 kV tốn kém.

4. Tiêu chuẩn nào được áp dụng để kiểm tra ổn định nhiệt của thanh dẫn và khí cụ điện?

Kiểm tra ổn định nhiệt dựa trên điều kiện tích phân nhiệt của dòng ngắn mạch: $$Q_k = I_{\infty}^2 \cdot (t_{\text{cắt}} + T_a) \le I_{\text{cp}}^2 \cdot t_{\text{cp}}$$ Trong đó thời gian cắt tính toán lấy bằng thời gian cắt danh định của máy cắt cộng với thời gian tác động của bảo vệ rơle chính ($t_{\text{cắt}} = t_{\text{cđm}} + t_{\text{bv}} = 1{,}0\text{ s} + 0{,}1\text{ s} = 1{,}1\text{ s}$).

5. Tại sao Phương án 2 lại có chi phí vận hành (OpEx) thấp hơn Phương án 1?

Phương án 2 bố trí 2 tổ máy phát nối trực tiếp vào cấp 110 kV qua MBA hai cuộn dây, khớp trực tiếp với nhu cầu công suất của phụ tải trung áp 110 kV ($P_{\max} = 49\text{ MW}$). Điều này giảm thiểu dòng công suất trung gian phải chạy qua MBATN để chuyển cấp điện áp, từ đó giảm tổn thất ngắn mạch trong MBA và tiết kiệm được $1{,}78\text{ tỷ VNĐ}$ tiền điện năng tổn thất mỗi năm.

Kết luận

Đồ án môn học "Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện" quy mô $4 \times 55\text{ MW}$ của tác giả Nguyễn Huy Hoàng (GVHD: TS. Vũ Hoàng Giang - Đại học Điện Lực) đã hoàn thiện toàn diện các nội dung thiết kế kỹ thuật hệ thống điện:

  • Xác lập cơ sở khoa học trong việc cân bằng công suất và lựa chọn cấu hình 02 máy biến áp tự ngẫu $\text{ATДЦTH-160000/220}$ kết hợp 02 MBA nối bộ $\text{TPДUH-80000/110}$ đạt hiệu quả kinh tế cao nhất (tiết kiệm $2{,}784\text{ tỷ VNĐ}$ CapEx và $7{,}86%$ OpEx hàng năm).
  • Đảm bảo an toàn kỹ thuật tuyệt đối qua các bước tính toán ngắn mạch mạng điện phức tạp, kiểm tra ổn định nhiệt và động lực học cho toàn bộ hệ thống đóng cắt, dây dẫn và tự dùng.

Đồ án là nguồn tài liệu học thuật và kỹ thuật thực chứng giá trị cho sinh viên, kỹ sư tham khảo trong công tác thiết kế trạm biến áp và nhà máy điện. Bạn đọc quan tâm có thể ứng dụng khung tính toán và thuật toán per-unit trong bài viết để phát triển các mô hình thiết kế tối ưu cho các dự án nguồn điện tương tự.