Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Điện năng giữ vai trò nền tảng trong toàn bộ hoạt động sản xuất công nghiệp và đời sống sinh hoạt của xã hội. Trong cơ cấu hệ thống điện quốc gia, nhà máy điện đóng vai trò trung tâm sản xuất và điều phối năng lượng đến các phụ tải thông qua trạm biến áp và mạng lưới truyền tải. Tại Việt Nam, nguồn nhiệt điện chiếm tỷ trọng sản lượng đứng thứ hai (chỉ sau thủy điện) và sở hữu tiềm năng phát triển lớn nhờ trữ lượng than đá phong phú cùng nguồn nhiên liệu dồi dào. Việc lập dự án thiết kế phần điện cho các nhà máy nhiệt điện công suất lớn là yêu cầu kỹ thuật tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu gia tăng phụ tải và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
Đề tài "Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện" do sinh viên Trần Xuân Tú (MSSV: 14058411) và Nguyễn Duy Khánh (MSSV: 14069821) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Huy Khiêm tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 5/2018), tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho trạm phân phối và phần điện của một nhà máy nhiệt điện đấu nối vào lưới điện khu vực.
Nhiệm vụ thiết kế của đồ án bao gồm 10 nội dung cụ thể:
- Xây dựng đồ thị phụ tải cho các cấp điện áp 220 kV, 110 kV, 22 kV, phụ tải phát về hệ thống và phụ tải tự dùng.
- Xác định số lượng và công suất các tổ máy phát điện.
- Thành lập các phương án sơ đồ nối điện chính và lựa chọn hai phương án khả thi để tính toán so sánh.
- Thiết lập chế độ vận hành tối ưu cho các tổ máy phát.
- Tính toán các giá trị dòng ngắn mạch đối xứng và dòng xung kích tại các vị trí đặc trưng.
- Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp.
- Lựa chọn các khí cụ điện chính cho từng cấp điện áp.
- Lựa chọn sơ đồ nối điện cho các phân xưởng và thiết bị phân phối.
- So sánh kinh tế - kỹ thuật để quyết định phương án thiết kế tối ưu.
- Lựa chọn phần dẫn điện, khí cụ đo lường và thiết kế hệ thống điện tự dùng trong nhà máy.
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống điện của nhà máy nhiệt điện có tổng công suất đặt 494 MVA, cung cấp điện cho 3 cấp điện áp địa phương (220 kV, 110 kV, 22 kV) và hòa lưới điện khu vực có công suất 5610 MW thông qua đường dây kép 220 kV dài 110 km. Phạm vi tính toán bao gồm toàn bộ chu trình phụ tải 24 giờ trong ngày và tổng điện năng tiêu thụ trong chu kỳ vận hành 1 năm (8760 giờ).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên các quy chuẩn kỹ thuật thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp:
- Phương pháp cân bằng công suất và san bằng đồ thị phụ tải: Xác định công suất biểu kiến phụ tải theo công thức $S = \frac{P}{\cos\varphi}$. Phụ tải ngày được phân bố theo các khung giờ (0–5h, 5–8h, 8–10h, 10–12h, 12–14h, 14–17h, 17–20h, 20–22h, 22–24h) với điều kiện biên độ biến thiên giữa các giờ không vượt quá 15% công suất cực đại ($P_{max}$). Đồ thị phát về hệ thống được xây dựng trên nguyên tắc bù trừ nhằm san phẳng đồ thị công suất tổng của toàn nhà máy.
- Tiêu chuẩn lựa chọn và kiểm tra quá tải máy biến áp:
- Quá tải bình thường: Áp dụng phương pháp đẳng trị đồ thị phụ tải thực tế về dạng đồ thị hai bậc để tính toán hệ số quá tải đỉnh $K_2$ và hệ số tải đáy $K_1$ trong khoảng thời gian 10 giờ trước hoặc sau thời điểm quá tải, so sánh với hệ số quá tải cho phép $K_{2cp}$ theo đường cong tiêu chuẩn.
- Quá tải sự cố: Khi một máy biến áp trong cụm vận hành song song ngừng hoạt động, máy còn lại phải chịu quá tải sự cố với hệ số $K_{qtsc} = 1,4$ (tức tải tối đa 140% công suất định mức) trong thời gian không quá 6 giờ/ngày, kéo dài tối đa 5 ngày liên tục, với điều kiện trong các khoảng thời gian còn lại mức tải không vượt quá 90% công suất định mức ($S_{đm}$).
- Đặc thù máy biến áp tự ngẫu: Khả năng truyền tải công suất qua cuộn hạ áp bị khống chế bởi hệ số có lợi $\alpha = 1 - \frac{U_T}{U_C}$, công suất định mức cho phép của cuộn hạ bằng $\alpha \cdot S_{MBA}$.
- Phương pháp tính toán dòng ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối cơ bản:
- Chọn các giá trị cơ bản: công suất cơ bản $S_{cb} = 1000\text{ MVA}$; điện áp cơ bản bằng điện áp trung bình của các cấp mạng điện ($U_{cbC} = 230\text{ kV}$, $U_{cbT} = 115\text{ kV}$, $U_{cbH} = 22\text{ kV}$, $U_{cbMF} = 15,75\text{ kV}$).
- Dòng điện cơ bản được xác định qua biểu thức: $I_{cb} = \frac{S_{cb}}{\sqrt{3} \cdot U_{cb}}$.
- Giả thiết tính toán: Bỏ qua điện trở tác dụng ($R \approx 0$) đối với cấp điện áp trên 1000 V vì $R \ll X$; nguồn điện xem như có sức điện động không đổi trong quá trình ngắn mạch; tính toán cho trường hợp ngắn mạch ba pha duy trì ($N^{(3)}$); hệ số xung kích lấy $K_{xk} = 1,8$ để xác định dòng ngắn mạch xung kích $i_{xk} = \sqrt{2} \cdot K_{xk} \cdot I_N$.
- Nguồn dữ liệu và tài liệu tra cứu: Toàn bộ thông số máy phát, máy biến áp và khí cụ điện được trích xuất từ giáo trình "Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp" của Th. Huỳnh Nhơn và "Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện" của Ngô Hồng Quang.
Thiết kế và triển khai kỹ thuật
Dữ liệu đầu vào phục vụ thiết kế các tuyến cấp điện được tổng hợp chi tiết theo thông số công suất và điện áp:
| Phân loại phụ tải / Hệ thống |
Số lượng tuyến |
$P_{max}$ (MW) |
$P_{min}$ (MW) |
$\cos\varphi$ |
$S_{max}$ (MVA) |
Chiều dài / Điện kháng |
| Phụ tải cấp 220 kV |
3 |
162 |
114 |
0,80 |
202,5 |
— |
| Phụ tải cấp 110 kV |
4 |
125 |
75 |
0,82 |
152,4 |
— |
| Phụ tải cấp 22 kV |
6 |
34 |
21 |
0,84 |
40,5 (41) |
— |
| Phát về hệ thống |
— |
$P_{tb} = 107,87$ |
— |
0,85 |
$A = 945.000\text{ MWh/năm}$ |
— |
| Hệ thống liên kết |
2 |
5610 |
— |
0,85 |
$S_{HT} = 6600\text{ MVA}$ |
$l = 110\text{ km}$, $X_{HT} = 0,12$ |
| Điện tự dùng ban đầu |
— |
$\alpha = 6%$ |
— |
— |
$S_{td} = 27,58$ |
Dự phòng hệ thống 10% |
Dựa trên tổng phụ tải tính toán $S = 476,96\text{ MVA}$, tác giả so sánh 3 phương án chọn máy phát và quyết định chọn 2 tổ máy phát đồng bộ kiểu TгB-200-2MY3 (hoặc TгB-200MT) có các thông số:
- Công suất biểu kiến định mức: $S_{đmMF} = 247\text{ MVA}$.
- Công suất tác dụng định mức: $P_{đmMF} = 210\text{ MW}$.
- Điện áp định mức: $U_{đmMF} = 15,75\text{ kV}$.
- Hệ số công suất: $\cos\varphi = 0,85$; dòng định mức: $I_{đm} = 9,06\text{ kA}$; tốc độ quay: $n = 3000\text{ vòng/phút}$.
- Điện kháng siêu quá độ dọc trục: $x''_d = 0,34$; điện kháng quá độ: $x'_d = 0,225$; điện kháng đồng bộ: $x_d = 2,0$.
Sau khi xác định tổng công suất đặt của nhà máy là $S_{đặt} = 2 \times 247 = 494\text{ MVA}$, công suất tự dùng được hiệu chỉnh lại là $S_{td} = 29\text{ MVA}$, đưa tổng công suất phụ tải toàn nhà máy lên mức $S = 479\text{ MVA}$. Hai tổ máy vận hành song song liên tục ở mức công suất mỗi tổ là $239,5\text{ MVA}$, tương ứng hệ số mang tải $96,96% S_{đmMF}$.
Trong 5 phương án cấu trúc sơ đồ nối điện được đề xuất:
- Phương án 1: Hai khối máy phát - máy biến áp tự ngẫu nối lên 220 kV và 110 kV, tải 22 kV nhận điện từ phía 110 kV qua 2 máy biến áp hạ áp.
- Phương án 2: Hai máy phát ghép bộ lên thanh góp 220 kV, liên lạc sang 110 kV và 22 kV bằng hai máy biến áp tự ngẫu.
- Phương án 3: Tổ máy G1 ghép bộ lên thanh góp 220 kV qua biến áp 2 cuộn dây $T_1$, tổ máy G2 ghép bộ lên thanh góp 110 kV qua biến áp 2 cuộn dây $T_2$; liên lạc giữa các cấp điện áp thực hiện bằng hai máy biến áp tự ngẫu $T_3, T_4$.
- Phương án 4: Tương tự phương án 1 nhưng hai máy biến áp hạ áp cấp 22 kV ($T_3, T_4$) đấu nối vào hai cấp điện áp khác nhau (một máy vào 220 kV, một máy vào 110 kV).
- Phương án 5: Phụ tải 22 kV lấy rẽ nhánh trực tiếp từ đầu cực máy phát (bị loại do công suất rẽ nhánh vượt quá giới hạn 15% công suất máy phát).
Tác giả chọn Phương án 3 và Phương án 4 để tiến hành tính toán chi tiết về kỹ thuật và kinh tế. Kết quả tính toán ngắn mạch tại các điểm nút chính của mạng điện cho Phương án 3 được xác lập như sau:
| Điểm ngắn mạch |
Vị trí sự cố |
Cấp điện áp tính toán |
Điện kháng tổng $X_\Sigma$ ($\Omega$) |
Dòng ngắn mạch chu kỳ $I_N$ (kA) |
Dòng ngắn mạch xung kích $i_{xk}$ (kA) |
| $N_1$ |
Thanh góp 220 kV |
230 kV |
0,286 |
8,776 |
22,340 |
| $N_2$ |
Thanh góp 110 kV |
115 kV |
0,673 |
7,459 |
18,987 |
| $N_3$ |
Thanh góp 22 kV |
22 kV |
2,567 |
10,284 |
26,178 |
| $N_4$ |
Đầu cực máy phát G1 |
15,75 kV |
1,376 |
26,630 |
67,780 |
| $N_5$ |
Sau máy cắt đầu cực MF |
15,75 kV |
— |
Tính từ lưới ngoài đổ vào |
— |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Xây dựng đồ thị phụ tải
Chương này triển khai xây dựng đồ thị phụ tải ngày cho từng cấp điện áp 220 kV, 110 kV, 22 kV dựa trên các mốc $P_{max}, P_{min}$ và hệ số công suất. Đồ thị phụ tải phát về hệ thống được tính toán từ tổng sản lượng điện năng giao nộp hàng năm $A_{năm} = 945.000\text{ MWh}$, tương ứng sản lượng bình quân ngày $A_{ng} = 2589,05\text{ MWh}$, công suất trung bình $P_{tb} = 107,87\text{ MW}$ và $S_{tb} = 126,9\text{ MVA}$. Sau khi tổng hợp các phụ tải và tính thêm tỷ lệ tự dùng ban đầu 6% ($S_{td} = 27,58\text{ MVA}$), công suất tổng của toàn nhà máy được xác định ổn định ở mức $476,96\text{ MVA}$ trên suốt 24 giờ.
Chương 2: Sơ đồ cấu trúc nhà máy điện
Nội dung chương tập trung so sánh các phương án chọn tổ máy phát. Tác giả phân tích 3 phương án gồm: cấu hình nhiều tổ máy công suất nhỏ (kiểu TBФ-120-2Y3, 125 MVA), cấu hình công suất chênh lệch lớn và cấu hình 2 tổ máy công suất lớn 247 MVA. Phương án 2 tổ máy TгB-200-2MY3 được chọn do đảm bảo điều kiện công suất mỗi tổ không vượt quá dự trữ quay của hệ thống (561 MVA), giảm suất tiêu hao nhiên liệu và đơn giản hóa mặt bằng phân phối. Chương này cũng phân tích 5 sơ đồ cấu trúc nối điện chính, loại bỏ phương án rẽ nhánh quá 15% (Phương án 5) và xác lập chế độ phát đồng đều cho 2 tổ máy ở 96,96% công suất định mức.
Chương 3: Chọn máy biến áp điện lực
Tác giả tính toán dung lượng và thông số cho các máy biến áp của Phương án 3 và Phương án 4:
- Phương án 3:
- Máy biến áp khối $T_1$ (220/15,75 kV): Chọn kiểu Tдцг 3 pha 2 cuộn dây, $S_{đm} = 250\text{ MVA}$, $U_N = 11%$, $\Delta P_0 = 207\text{ kW}$, $\Delta P_N = 600\text{ kW}$.
- Máy biến áp khối $T_2$ (110/15,75 kV): Chọn kiểu ONAF 3 pha 2 cuộn dây, $S_{đm} = 250\text{ MVA}$, $U_N = 10,5%$, $\Delta P_0 = 160\text{ kW}$, $\Delta P_N = 790\text{ kW}$.
- Máy biến áp liên lạc $T_3, T_4$: Kiểm tra khả năng quá tải khi tổng tải cấp 110 kV và 22 kV cực đại là 194 MVA. Máy biến áp dung lượng 160 MVA bị loại do không thỏa mãn điều kiện quá tải bình thường ($K_2 = 1,21 > K_{2cp} = 1,0$); tác giả nâng công suất định mức lên 180 MVA (kiểu ATдцTH 3 pha tự ngẫu).
- Phương án 4:
- Máy biến áp khối $T_1, T_2$: Chọn cụm 3 máy biến áp tự ngẫu 1 pha kiểu OAдцTг ghép bộ (tổng công suất 494 MVA).
- Máy biến áp cấp 22 kV: $T_3$ (220/22 kV) và $T_4$ (110/22 kV) kiểu ONAN do AEG chế tạo, công suất định mức chọn 30 MVA hoặc 40 MVA.
Chương 4: Tính toán ngắn mạch
Chương này quy đổi toàn bộ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ thay thế điện kháng trong hệ đơn vị tương đối. Điện kháng máy phát $X^_{MF} = 1,376$; điện kháng đường dây kép $X^{dd} = 0,832$; điện kháng hệ thống $X^*{HT} = 0,018$. Tiến hành biến đổi mạng sao - tam giác và ghép song song/nối tiếp để tìm điện kháng tổng hợp $X_\Sigma$ tại các điểm ngắn mạch thanh cái cao áp ($N_1$), trung áp ($N_2$), hạ áp ($N_3$) và đầu cực máy phát ($N_4$). Dòng ngắn mạch tại đầu cực máy phát đạt giá trị lớn nhất là 26,63 kA (dòng xung kích 67,78 kA).
Chương 5: Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp
Tác giả tính toán chi tiết tổn thất công suất tác dụng trong lõi sắt ($\Delta P_0$) và tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây ($\Delta P_N$) theo thời gian sử dụng công suất cực đại ($\tau$) và thời gian vận hành trong năm. Các thông số tổn thất này được tính toán riêng biệt cho từng chủng loại máy biến áp hai cuộn dây và ba cuộn dây tự ngẫu ở cả Phương án 3 và Phương án 4 làm cơ sở so sánh chi phí vận hành.
Chương 6: Chọn khí cụ điện chính
Dựa trên điện áp định mức, dòng điện làm việc cưỡng bức cực đại và các giá trị dòng ngắn mạch ($I_N, i_{xk}$), chương này lựa chọn máy cắt điện (circuit breaker) và dao cách ly (disconnector) cho các phân đoạn 220 kV, 110 kV, 22 kV và mạch đầu cực máy phát 15,75 kV, đảm bảo điều kiện ổn định lực điện động và ổn định nhiệt khi có dòng sự cố đi qua.
Chương 7: Sơ đồ nối điện
Thiết lập sơ đồ nối điện chi tiết cho các cấp điện áp của nhà máy: cấp 220 kV áp dụng sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp đường vòng nhằm tăng tính linh hoạt khi bảo dưỡng máy cắt; cấp 110 kV áp dụng sơ đồ hai hệ thống thanh góp; cấp 22 kV sử dụng sơ đồ thanh góp đơn phân đoạn có máy cắt phân đoạn.
Chương 8: Tính toán kinh tế - kỹ thuật và quyết định phương án thiết kế
Nội dung chương tổng hợp vốn đầu tư ban đầu ($K$) cho thiết bị (máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, thanh dẫn) và chi phí vận hành hàng năm ($C$), bao gồm chi phí khấu hao, chi phí tổn thất điện năng và bảo dưỡng. Dựa trên hàm chi phí tính toán quy đổi ($Z = v_t \cdot K + C$), tác giả so sánh định lượng giữa Phương án 3 và Phương án 4 để chọn ra phương án có tổng chi phí tối ưu nhất để tiếp tục triển khai thiết kế chi tiết.
Chương 9: Chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện
Chương này tính toán lựa chọn chi tiết các phần tử dẫn điện và đo lường:
- Thanh dẫn cứng (busbar) bằng đồng dạng hộp hoặc máng đỡ cho đầu cực máy phát 15,75 kV kèm sứ đỡ cách điện.
- Dây dẫn trần trên không dạng nhôm lõi thép (ACSR) cho sân phân phối 220 kV và 110 kV theo điều kiện kinh tế của mật độ dòng điện ($J_{kt}$) và kiểm tra vầng quang điện.
- Cáp lực cách điện XLPE cho cấp 22 kV.
- Biến dòng điện (TI) và biến điện áp (TU) cho các cấp 15,75 kV, 22 kV, 110 kV và 220 kV phục vụ đo lường và bảo vệ rơle.
Chương 10: Tự dùng trong nhà máy điện
Chương cuối cùng xây dựng mạng lưới điện tự dùng nội bộ:
- Máy biến áp tự dùng chính cấp 1 lấy điện từ đầu cực máy phát qua cuộn sơ cấp hạ xuống điện áp 6 kV.
- Máy biến áp tự dùng cấp 2 biến đổi điện áp từ 6 kV xuống 0,4 kV cung cấp cho các phụ tải động lực nhỏ và chiếu sáng.
- Bố trí máy biến áp tự dùng dự phòng cấp 6 kV (nhận điện từ thanh cái 110 kV) và máy biến áp dự phòng cấp 0,4 kV.
- Tính chọn tủ máy cắt hợp bộ 6 kV, aptomat hạ áp 0,4 kV và hệ thống cáp điện động lực trong toàn bộ khuôn viên nhà máy.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã hoàn thành đầy đủ hệ thống tính toán thiết kế kỹ thuật phần điện cho nhà máy nhiệt điện công suất 494 MVA với các kết quả định lượng cụ thể:
- Xác lập cấu hình nguồn gồm 2 tổ máy phát kiểu TгB-200-2MY3 (247 MVA – 15,75 kV), vận hành cân bằng ở mức 96,96% công suất định mức, đáp ứng hoàn toàn nhu cầu phụ tải 3 cấp điện áp và lượng điện năng phát về hệ thống 945.000 MWh/năm.
- Xác định được thông số kỹ thuật của hệ thống máy biến áp: máy biến áp 2 cuộn dây Tдцг 250 MVA (cấp 220 kV), ONAF 250 MVA (cấp 110 kV) và hai máy biến áp tự ngẫu liên lạc ATдцTH công suất 180 MVA (sau khi chứng minh dòng máy 160 MVA không đạt yêu cầu quá tải bình thường).
- Xây dựng bảng giá trị dòng ngắn mạch đối xứng và dòng xung kích cho 5 điểm nút mạng điện chính, làm căn cứ chọn lựa chính xác khí cụ đóng cắt và thanh dẫn có khả năng chịu lực điện động lên đến 67,78 kA.
- Thiết kế hoàn chỉnh cấu trúc mạng tự dùng hai cấp điện áp (6 kV và 0,4 kV) có đầy đủ nguồn cấp làm việc và nguồn dự phòng liên lạc từ thanh cái 110 kV.
Đóng góp của đồ án thể hiện ở quy trình tính toán hệ thống, kết hợp chặt chẽ giữa phân tích kỹ thuật (khả năng chịu tải, mức độ mang tải, ổn định ngắn mạch) và đánh giá chi phí kinh tế hàng năm theo đúng giáo trình và sổ tay thiết kế chuyên ngành hệ thống điện.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đồ án gắn liền với các giả thiết tính toán lý thuyết:
- Việc tính toán ngắn mạch chỉ giới hạn ở dạng ngắn mạch đối xứng ba pha ($N^{(3)}$) và bỏ qua điện trở tác dụng ($R=0$). Mặc dù dòng ngắn mạch ba pha thường mang giá trị lớn nhất dùng để kiểm tra độ bền cơ điện của khí cụ, đồ án chưa xét đến ngắn mạch không đối xứng (chạm đất một pha $N^{(1)}$, ngắn mạch hai pha $N^{(2)}$) vốn chiếm tần suất xuất hiện cao nhất trong thực tế vận hành lưới điện 110–220 kV có trung tính nối đất trực tiếp.
- Đồ thị phụ tải ngày được phân bố giả định trên biên độ dao động dưới 15% của phụ tải mẫu mà chưa có số liệu đo đạc thực tế theo mùa (mùa khô và mùa mưa) của một nhà máy cụ thể.
Hướng mở rộng nghiên cứu tiếp theo bao gồm:
- Tính toán phối hợp bảo vệ rơle số và tự động hóa cho các khối máy phát – máy biến áp và xuất tuyến đường dây.
- Tính toán ổn định tĩnh, ổn định động của các tổ máy phát khi xảy ra sự cố trên đường dây liên kết 220 kV nối về hệ thống.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho sinh viên các chuyên ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Năng lượng tại các trường đại học kỹ thuật khi thực hiện đồ án môn học "Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp" hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư điện. Các nội dung có giá trị tham khảo cao bao gồm:
- Phương pháp kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu ba pha bằng phương pháp đẳng trị đồ thị phụ tải hai bậc ($K_1, K_2$).
- Thuật toán lập sơ đồ thay thế và rút gọn mạng điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản.
- Cấu hình thiết kế hệ thống tự dùng phân cấp (6 kV và 0,4 kV) có nguồn dự phòng độc lập.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án lựa chọn 2 tổ máy phát công suất 247 MVA thay vì sử dụng 4 tổ máy phát công suất 125 MVA?
Việc lựa chọn 2 tổ máy phát kiểu TгB-200-2MY3 (247 MVA) giúp giảm suất tiêu hao nhiên liệu để sản xuất một đơn vị điện năng, giảm chi phí đầu tư xây dựng mặt bằng và đơn giản hóa sơ đồ nối điện phân phối. Đồng thời, công suất 247 MVA của một tổ máy hoàn toàn nhỏ hơn công suất dự trữ của hệ thống điện liên kết (561 MVA), thỏa mãn quy chuẩn an toàn khi một tổ máy gặp sự cố ngừng hoạt động.
2. Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố của máy biến áp được quy định như thế nào trong đồ án?
Quá tải sự cố được xét khi một trong hai máy biến áp vận hành song song bị sự cố ngưng làm việc. Máy còn lại được phép mang tải vượt định mức với hệ số $K_{qtsc} = 1,4$ (quá tải 40%) trong thời gian tối đa 6 giờ liên tục mỗi ngày và kéo dài không quá 5 ngày liên tiếp, với điều kiện trong các giờ còn lại mức tải không vượt quá 90% công suất định mức của máy.
3. Các giá trị cơ bản được chọn để tính toán ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối là bao nhiêu?
Tác giả chọn công suất cơ bản $S_{cb} = 1000\text{ MVA}$ và các cấp điện áp cơ bản trung bình gồm: $U_{cbC} = 230\text{ kV}$ (dòng cơ bản $I_{cbC} = 2,51\text{ kA}$), $U_{cbT} = 115\text{ kV}$ ($I_{cbT} = 5,02\text{ kA}$), $U_{cbH} = 22\text{ kV}$ ($I_{cbH} = 26,04\text{ kA}$) và $U_{cbMF} = 15,75\text{ kV}$ ($I_{cbMF} = 36,65\text{ kA}$).
4. Vì sao máy biến áp liên lạc 160 MVA cho Phương án 3 bị loại và phải nâng lên 180 MVA?
Khi kiểm tra điều kiện quá tải bình thường cho cấp 110 kV và 22 kV, việc đẳng trị đồ thị phụ tải trong 10 giờ cho kết quả hệ số quá tải tính toán $K_2 = 1,21$. Đối chiếu với hệ số phụ tải đáy $K_1 = 0,89$ trên đường cong quá tải cho phép, hệ số cho phép tối đa chỉ đạt $K_{2cp} = 1,0$. Do $K_2 > K_{2cp}$, máy biến áp 160 MVA không đảm bảo độ bền nhiệt và hao mòn cách điện, buộc phải nâng lên cấp định mức 180 MVA (kiểu ATдцTH).
5. Hệ thống điện liên kết bên ngoài có những thông số kỹ thuật nào ảnh hưởng đến việc tính toán của nhà máy?
Hệ thống điện liên kết có tổng công suất tác dụng $P_{HT} = 5610\text{ MW}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,85$ (tương đương công suất biểu kiến $S_{HT} = 6600\text{ MVA}$), dự trữ quay 10% (561 MVA) và điện kháng hệ thống $X_{HT} = 0,12$. Nhà máy đấu nối vào hệ thống này thông qua đường dây kép 220 kV có chiều dài 110 km với suất điện kháng $x_0 = 0,4\ \Omega/\text{km}$.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế phần điện cho nhà máy nhiệt điện" của sinh viên Trần Xuân Tú và Nguyễn Duy Khánh đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế hệ thống cung cấp điện từ khâu phụ tải, lựa chọn nguồn phát, bố trí sơ đồ nối điện chính cho đến tính toán ngắn mạch và hệ thống tự dùng. Bằng việc phân tích định lượng giữa các phương án và kiểm tra nghiêm ngặt điều kiện vận hành bình thường cũng như sự cố, công trình đã đề xuất giải pháp kỹ thuật hợp lý với 2 tổ máy phát 247 MVA kết hợp các khối biến áp 250 MVA và biến áp tự ngẫu 180 MVA. Đây là bản thiết kế hoàn chỉnh, bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật điện lực hiện hành và có giá trị tham khảo thiết thực cho công tác đào tạo kỹ sư hệ thống điện.
