Báo Cáo Thiết Kế Phân Điện Trong Nhà Máy Nhiệt Điện 4 x 63 MW

Thiết kế phần điện là hạng mục xương sống, quyết định sự ổn định, an toàn và hiệu quả của một nhà máy nhiệt điện. 80 trang.

• Đề tài: Thiết Kế Phân Điện Trong Nhà Máy Nhiệt Điện 4 x 63 MW

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY
• 1.1. Tính toán cân bằng công suất
• 1.2. Phụ tải toàn nhà máy
• 1.3. Phụ tải tự dùng toàn nhà máy
• 1.4. Phụ tải cấp điện áp máy phát (Cấp 10kV)
• 1.5. Phụ tải cấp điện áp trung (110 kV)
• 1.6. Cân bằng công suất phát về hệ thống
• 1.7. Phụ tải tổng hợp
• 1.8. Đề xuất phương án nối điện cho nhà máy
• 1.8.1. Cơ sở đề xuất các phương án nối điện
• 1.8.2. Đề xuất phương án nối điện
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP
• 2.1. Tính toán phân bố công suất cho MBA lúc bình thường
• 2.2. Chọn máy biến áp cho phương án
• 2.3. Kiểm tra điều kiện quá tải của MBA trong thời gian xảy ra sự cố
• 2.4. Tính toán tổn thất điện năng trong MBA
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN
• 3.1. Lựa chọn sơ đồ thiết bị phân phối
• 3.2. Tính toán kinh tế - kỹ thuật. Chọn phương án tối ưu
• 3.3. Lựa chọn phương án
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
• 4.1. Mục đích tính toán ngắn mạch
• 4.2. Tính toán ngắn mạch
• 4.3. Tinh toán điện kháng các phần tử
• 4.4. Lập sơ đồ thay thế
• 4.5. Kết quả tính toán
• 5. CHƯƠNG 5: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN
• 5.1. Dòng làm việc bình thường và dòng điện làm việc cưỡng bức
• 5.2. Chọn máy cắt điện
• 5.3. Chọn dao cách ly
• 5.4. Chọn thanh góp cứng đầu cực máy phát
• 5.5. Chọn dây dẫn, thanh góp mềm phía điện áp cao và trung
• 5.6. Chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp mềm
• 5.7. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch
• 5.8. Kiểm tra điều kiện vẳng quang
• 5.9. Chọn cáp và kháng điện đường dây
• 5.10. Chọn kháng điện đường dây
• 5.11. Chọn máy biến áp đo 100g
• 5.12. Cấp điện áp 220 kV và 110 kV
• 5.13. Cấp điện áp 6 kV
• 5.14. Chọn chống sét van
• 5.14.1. Chống sét van cho thanh góp
• 5.14.2. Chống sét van cho máy biến áp
• 6. CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ĐIỆN TỰ DÙNG
• 6.1. Sơ đồ nối điện tự dùng của nhà máy nhiệt điện
• 6.2. Chọn máy biến áp tự dùng
• 6.3. Cấp điện áp 0,4 KV
• 6.4. Chọn khí cụ điện cho phần công ty MUNG
• 6.4.1. Chọn máy cắt
• 6.4.2. Chọn dao cách ly
• 6.4.3. Chọn aptomat và cầu dao phía hạ áp 0,4 kV
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế phân điện nhà máy nhiệt điện 4x63 MW

Thiết kế phần điện là hạng mục xương sống, quyết định sự ổn định, an toàn và hiệu quả của một nhà máy nhiệt điện. Đối với dự án có quy mô 4 tổ máy, mỗi tổ máy công suất 63 MW (tổng công suất 252 MW), việc thiết kế hệ thống phân phối điện đòi hỏi sự tính toán chính xác và tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật. Mục tiêu cốt lõi của công tác thiết kế là đảm bảo cung cấp điện liên tục, ổn định cho các phụ tải tự dùng và truyền tải công suất phát lên lưới điện quốc gia một cách tin cậy. Một thiết kế tối ưu không chỉ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà còn phải hiệu quả về mặt kinh tế, từ chi phí đầu tư ban đầu đến chi phí vận hành và bảo dưỡng trong dài hạn. Quá trình này bao gồm nhiều giai đoạn phức tạp: từ tính toán cân bằng công suất, lựa chọn phương án nối điện chính, chọn lựa các thiết bị cao-trung-hạ thế, cho đến thiết kế hệ thống bảo vệ và điều khiển. Mỗi quyết định trong giai đoạn thiết kế đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của toàn bộ nhà máy. Do đó, việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế điện nhà máy công nghiệp như TCVN và tiêu chuẩn IEC trong thiết kế điện là yêu cầu bắt buộc. Tài liệu nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và đưa ra giải pháp thiết kế toàn diện cho hệ thống phân phối điện, từ khâu phân tích phụ tải đến lựa chọn thiết bị và đánh giá kinh tế-kỹ thuật.

1.1. Vai trò của hệ thống phân phối điện trong nhà máy

Hệ thống phân phối điện trong nhà máy nhiệt điện giữ vai trò trung tâm, thực hiện hai nhiệm vụ chính: thứ nhất, cung cấp nguồn điện ổn định cho hệ thống tự dùng nhà máy nhiệt điện, bao gồm các động cơ bơm, quạt, hệ thống điều khiển và chiếu sáng. Sự cố trong hệ thống tự dùng có thể khiến toàn bộ tổ máy ngừng hoạt động. Thứ hai, hệ thống này có nhiệm vụ truyền tải toàn bộ công suất phát ra từ các tổ máy, qua các máy biến áp tăng áp, để hòa vào lưới điện quốc gia. Do đó, độ tin cậy và an toàn điện trong nhà máy điện là ưu tiên hàng đầu. Một sơ đồ phân phối điện được thiết kế tốt sẽ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng, vận hành linh hoạt và dễ dàng bảo trì, sửa chữa khi có sự cố.

1.2. Các yêu cầu và tiêu chuẩn kỹ thuật cơ bản khi thiết kế

Việc thiết kế phải tuân thủ một hệ thống các quy phạm và tiêu chuẩn chặt chẽ. Các tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) và quốc tế (IEC) là cơ sở pháp lý và kỹ thuật để lựa chọn thiết bị, tính toán các thông số và đảm bảo an toàn. Các yêu cầu chính bao gồm: đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện N-1 (hệ thống vẫn vận hành khi có một sự cố đơn lẻ), đảm bảo chất lượng điện năng (điện áp, tần số), đảm bảo các thiết bị có khả năng chịu được dòng ngắn mạch lớn nhất có thể xảy ra. Quá trình thẩm định thiết kế kỹ thuật điện là bước không thể thiếu để kiểm tra sự tuân thủ này trước khi tiến hành thi công. Các bản vẽ thi công hệ thống điện (shop drawing) phải được xây dựng chi tiết dựa trên thiết kế đã được thẩm định.

II. Cách tính cân bằng công suất và chọn sơ đồ nối điện tối ưu

Bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình thiết kế là tính toán chính xác cân bằng công suất. Kết quả của bước này là cơ sở để đề xuất và lựa chọn phương án nối điện phù hợp nhất. Cân bằng công suất bao gồm việc xác định tổng công suất phát ra của nhà máy, công suất tiêu thụ của các phụ tải tự dùng, phụ tải địa phương và công suất phát lên lưới điện hệ thống tại các thời điểm khác nhau trong ngày. Dựa trên các kết quả tính toán này, các kỹ sư sẽ đề xuất một số phương án sơ đồ nối điện chính. Mỗi phương án sẽ có những ưu và nhược điểm riêng về độ tin cậy, tính linh hoạt trong vận hành hệ thống điện nhà máy nhiệt điện, và chi phí đầu tư. Việc lựa chọn phương án tối ưu được thực hiện thông qua một quá trình so sánh chi tiết về các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật. Theo tài liệu phân tích, các phương án thường được xem xét bao gồm các cấu hình khác nhau của khối tổ máy - máy biến áp, sử dụng máy biến áp hai cuộn dây hoặc máy biến áp tự dùng liên lạc. Việc lựa chọn phương án 2 trong tài liệu gốc là kết quả của một quá trình tính toán và so sánh kỹ lưỡng, cho thấy sự cân bằng giữa hiệu quả kinh tế và độ tin cậy kỹ thuật.

2.1. Phân tích phụ tải và lập sơ đồ một sợi hệ thống điện

Phân tích phụ tải bắt đầu bằng việc thu thập dữ liệu về biểu đồ phụ tải trong 24 giờ. Các thành phần phụ tải chính bao gồm: phụ tải tự dùng (cấp 6kV và 0.4kV), phụ tải địa phương (cấp 10kV) và phụ tải hệ thống (cấp 110kV, 220kV). Mỗi loại phụ tải được tính toán công suất biểu kiến (MVA) tại các khung giờ cao điểm và thấp điểm. Kết quả tổng hợp được thể hiện qua đồ thị phụ tải. Dựa trên đồ thị này và các yêu cầu kỹ thuật, sơ đồ một sợi hệ thống điện nhà máy được phác thảo cho từng phương án. Sơ đồ này thể hiện một cách trực quan cách các tổ máy, máy biến áp, thanh góp và đường dây được kết nối với nhau.

2.2. So sánh và lựa chọn phương án dựa trên chỉ tiêu kinh tế

Sau khi đề xuất các phương án sơ đồ nối điện, bước tiếp theo là đánh giá kinh tế - kỹ thuật. Về mặt kinh tế, các yếu tố được xem xét bao gồm tổng vốn đầu tư (chi phí mua sắm máy biến áp, thiết bị phân phối) và chi phí vận hành hằng năm (chi phí do tổn thất điện năng, chi phí bảo dưỡng). Tài liệu nghiên cứu đã tính toán chi tiết vốn đầu tư và tổn thất điện năng cho từng phương án. Phương án có tổng chi phí quy đổi hằng năm thấp hơn sẽ được ưu tiên. Về mặt kỹ thuật, các tiêu chí so sánh bao gồm độ tin cậy, tính linh hoạt khi vận hành và khả năng đáp ứng khi xảy ra sự cố. Phương án tối ưu là phương án dung hòa được cả hai yếu tố này.

III. Hướng dẫn chọn MBA và thực hiện tính toán ngắn mạch chi tiết

Sau khi phương án nối điện tối ưu được chọn, công việc tiếp theo là lựa chọn các thiết bị chính và kiểm tra các điều kiện làm việc khắc nghiệt của chúng. Máy biến áp (MBA) và việc tính toán ngắn mạch là hai trong số những nội dung quan trọng nhất. Việc chọn MBA phải dựa trên công suất phụ tải cực đại ở chế độ làm việc bình thường và khả năng quá tải khi có sự cố. Các loại MBA trong nhà máy nhiệt điện bao gồm MBA chính (tăng áp) và MBA tự dùng. Việc tính toán ngắn mạch là cực kỳ cần thiết để xác định giá trị dòng điện lớn nhất có thể xuất hiện trong hệ thống. Dòng điện này gây ra lực điện động và hiệu ứng nhiệt rất lớn, có thể phá hủy thiết bị nếu chúng không được chọn đúng. Kết quả tính toán ngắn mạch là cơ sở để chọn máy cắt, dao cách ly, thanh góp và dây dẫn, cũng như để cài đặt thông số cho các rơ le bảo vệ so lệch và các loại bảo vệ khác. Việc sử dụng các công cụ như phần mềm ETAP mô phỏng hệ thống điện giúp quá trình tính toán trở nên chính xác và nhanh chóng hơn.

3.1. Lựa chọn công suất máy biến áp tự dùng và máy biến áp lực

Công suất định mức của máy biến áp lực (MBA tăng áp) được chọn lớn hơn công suất định mức của tổ máy phát. Điều này đảm bảo MBA không bị quá tải trong điều kiện vận hành bình thường. Đối với máy biến áp tự dùng và MBA liên lạc (thường là MBA tự ngẫu), việc lựa chọn phức tạp hơn. Công suất của chúng phải đảm bảo cung cấp đủ cho phụ tải ngay cả trong trường hợp một MBA khác gặp sự cố. Tài liệu gốc đã thực hiện kiểm tra chi tiết điều kiện quá tải của MBA trong các kịch bản sự cố khác nhau, đảm bảo hệ thống vẫn vận hành ổn định.

3.2. Phương pháp tính toán ngắn mạch tại các điểm trong hệ thống

Mục đích của tính toán ngắn mạch là tìm ra dòng ngắn mạch lớn nhất tại các điểm nút quan trọng trong sơ đồ, ví dụ như trên thanh góp các cấp điện áp 220kV, 110kV và 6kV. Quá trình tính toán bao gồm các bước: lập sơ đồ thay thế của hệ thống, tính toán điện kháng của các phần tử (máy phát, MBA, đường dây, hệ thống), và áp dụng các công thức để tìm dòng ngắn mạch siêu quá độ (I”), dòng xung kích (ixk) và dòng ngắn mạch duy trì (I∞). Các giá trị này là thông số đầu vào quan trọng để chọn và kiểm tra các khí cụ điện.

IV. Bí quyết chọn khí cụ điện và dây dẫn đảm bảo an toàn vận hành

Việc lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn là bước cụ thể hóa các tính toán thiết kế. Mỗi thiết bị, từ máy cắt, dao cách ly, máy biến dòng, máy biến điện áp đến thanh góp và dây dẫn, đều phải được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo vận hành an toàn và tin cậy. Các điều kiện lựa chọn cơ bản bao gồm: điện áp định mức, dòng điện làm việc lâu dài, khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch (ổn định động và ổn định nhiệt). Ổn định động liên quan đến khả năng chịu được lực cơ học do dòng xung kích gây ra, trong khi ổn định nhiệt liên quan đến khả năng chịu được nhiệt lượng do dòng ngắn mạch sinh ra trong một khoảng thời gian nhất định. Việc kiểm tra các điều kiện này là bắt buộc. Ví dụ, đối với hệ thống thanh cái (busbar) 6.3kV, cần kiểm tra ứng suất cơ học và tần số dao động riêng để tránh cộng hưởng. Đối với các trạm phân phối ngoài trời, việc lựa chọn thiết bị cho trạm biến áp GIS 110kV hoặc AIS cũng là một quyết định quan trọng ảnh hưởng đến diện tích và chi phí.

4.1. Tiêu chí lựa chọn máy cắt dao cách ly và chống sét van

Máy cắt điện được chọn dựa trên dòng cắt định mức, phải lớn hơn dòng ngắn mạch tính toán tại vị trí lắp đặt. Dao cách ly được chọn tương ứng với máy cắt, với yêu cầu về khả năng chịu dòng ổn định động và nhiệt. Chống sét van là thiết bị bảo vệ quan trọng chống lại quá điện áp khí quyển. Chúng được lắp đặt tại các vị trí nhạy cảm như đầu vào đường dây và đầu cực máy biến áp để bảo vệ cách điện của thiết bị.

4.2. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt và động cho dây dẫn

Sau khi chọn tiết diện dây dẫn và thanh góp dựa trên điều kiện phát nóng lâu dài, bước kiểm tra ổn định là bắt buộc. Điều kiện ổn định nhiệt yêu cầu tiết diện dây dẫn phải đủ lớn để nhiệt độ của nó không vượt quá giới hạn cho phép khi có dòng ngắn mạch chạy qua trong thời gian bảo vệ tác động. Điều kiện ổn định động đảm bảo rằng lực điện động giữa các pha không làm đứt dây dẫn hoặc phá hỏng các kết cấu đỡ. Các tính toán này đảm bảo sự toàn vẹn của hệ thống trong những điều kiện vận hành khắc nghiệt nhất.

V. Phương pháp thiết kế hệ thống tự dùng nhà máy nhiệt điện

Hệ thống tự dùng, mặc dù chỉ chiếm một phần nhỏ công suất của nhà máy (khoảng 7.11% theo tài liệu), lại có vai trò quyết định đến sự sống còn của quá trình sản xuất điện. Một thiết kế hệ thống tự dùng tin cậy phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng ngay cả khi có sự cố trên lưới hoặc trong nội bộ nhà máy. Cấu trúc điển hình của hệ thống tự dùng nhà máy nhiệt điện bao gồm hai cấp điện áp chính: cấp trung thế (6kV) cho các động cơ công suất lớn và cấp hạ thế (0.4kV) cho các động cơ nhỏ và chiếu sáng. Nguồn cung cấp cho hệ thống tự dùng thường được lấy trực tiếp từ đầu cực máy phát. Ngoài ra, một nguồn dự phòng được lấy từ lưới điện thông qua MBA liên lạc để đảm bảo cấp điện khi tổ máy ngừng hoạt động hoặc khởi động. Sơ đồ cung cấp điện thường sử dụng hệ thống thanh góp có phân đoạn, cho phép cách ly phần bị sự cố mà không ảnh hưởng đến các phần khác. Việc lựa chọn các thiết bị như tủ điện trung thế RMU, tủ phân phối tổng MSB, máy cắt, và aptomat cho hệ thống tự dùng cũng phải tuân theo các quy trình tính toán và kiểm tra nghiêm ngặt.

5.1. Sơ đồ nối điện và nguyên lý hoạt động của hệ thống tự dùng

Sơ đồ nối điện tự dùng thường được thiết kế theo nguyên tắc mỗi tổ máy có một phân đoạn thanh góp tự dùng riêng, được cấp nguồn từ chính tổ máy đó. Các phân đoạn này được nối với nhau qua máy cắt liên lạc. Ở chế độ bình thường, máy cắt liên lạc mở. Khi một tổ máy ngừng hoạt động, máy cắt liên lạc sẽ đóng lại để nhận điện từ phân đoạn kế cận hoặc từ nguồn dự phòng. Ngoài ra, hệ thống điện một chiều (DC) và UPS cũng là một phần không thể thiếu của hệ thống tự dùng, cung cấp nguồn điện tin cậy cho các hệ thống điều khiển, bảo vệ và đóng cắt.

5.2. Lựa chọn máy biến áp và khí cụ điện cho cấp 0.4kV

Cấp điện áp 0.4kV được cấp nguồn từ cấp 6kV thông qua các máy biến áp giảm áp tự dùng. Công suất của các MBA này được chọn dựa trên tổng phụ tải của phân đoạn tương ứng. Các khí cụ điện hạ thế như Aptomat (MCCB, ACB) và cầu dao được lựa chọn dựa trên dòng làm việc và dòng ngắn mạch tính toán tại thanh góp 0.4kV. Việc tính toán ngắn mạch ở phía hạ thế cũng rất quan trọng để đảm bảo khả năng cắt và phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị.

VI. Kết luận và các xu hướng trong thiết kế phân điện nhà máy

Quá trình thiết kế hệ thống phân phối điện cho nhà máy nhiệt điện 4 x 63 MW là một bài toán kỹ thuật tổng hợp, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết, kinh nghiệm thực tiễn và việc tuân thủ các tiêu chuẩn. Từ việc phân tích cân bằng công suất, so sánh các phương án kinh tế - kỹ thuật, đến việc lựa chọn và kiểm tra từng thiết bị cụ thể, mỗi bước đều có vai trò quyết định đến sự thành công của dự án. Một thiết kế tốt không chỉ đảm bảo các chỉ tiêu về kỹ thuật và an toàn mà còn tối ưu hóa chi phí đầu tư và vận hành. Trong tương lai, xu hướng thiết kế phần điện trong các nhà máy điện đang dịch chuyển theo hướng thông minh và tự động hóa cao hơn. Việc tích hợp sâu rộng các hệ thống điều khiển DCS/SCADA cho phép giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu toàn bộ hệ thống điện từ một trung tâm điều khiển duy nhất. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu sai sót của con người mà còn cho phép triển khai các chiến lược bảo trì tiên đoán, giúp tăng độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Các giải pháp như trạm biến áp kỹ thuật số (Digital Substation) cũng đang dần được áp dụng.

6.1. Tổng kết các yếu tố then chốt trong thiết kế hệ thống điện

Tóm lại, các yếu tố then chốt quyết định một thiết kế hệ thống điện thành công bao gồm: tính toán chính xác phụ tải và cân bằng công suất; lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu về kinh tế và kỹ thuật; lựa chọn đúng và kiểm tra đầy đủ các thiết bị chính (MBA, máy cắt, dây dẫn) theo điều kiện ngắn mạch; thiết kế hệ thống tự dùng có độ tin cậy cao với nguồn dự phòng hợp lý; và thiết kế hệ thống bảo vệ rơle có tính chọn lọc, nhanh và nhạy. Sự phối hợp đồng bộ giữa các yếu tố này sẽ tạo nên một hệ thống điện vận hành an toàn, ổn định và hiệu quả.

6.2. Tầm quan trọng của hệ thống SCADA và tự động hóa

Trong bối cảnh hiện đại, một hệ thống phân phối điện không thể tách rời khỏi hệ thống điều khiển và giám sát. Hệ thống điều khiển DCS/SCADA đóng vai trò là bộ não, cho phép người vận hành giám sát trạng thái của hàng ngàn thiết bị theo thời gian thực, thực hiện các thao tác đóng cắt từ xa và tự động xử lý các sự cố đơn giản. Việc áp dụng tự động hóa không chỉ giúp tối ưu hóa quá trình vận hành mà còn là yếu tố cốt lõi để đảm bảo an toàn điện trong nhà máy điện, giảm thiểu rủi ro cho con người và thiết bị.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện là một trong những nhiệm vụ kỹ thuật cốt lõi của ngành Hệ thống Điện. Đồ án này được thực hiện trong bối cảnh nhu cầu điện năng công nghiệp và dân sinh tại Việt Nam tăng trưởng liên tục, đặt ra yêu cầu cao về độ tin cậy, hiệu quả kinh tế và an toàn trong thiết kế các công trình phát điện quy mô lớn.

Nhiệm vụ thiết kế xác định đối tượng cụ thể là nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 50 MW, tổng công suất thiết kế đạt 250 MVA (tính theo công suất biểu kiến). Nhà máy cung cấp điện năng cho ba cấp điện áp: cấp điện áp máy phát (10 kV), cấp trung áp (110 kV) và cấp cao áp (220 kV), đồng thời phát công suất về hệ thống điện quốc gia.

Các nhiệm vụ nghiên cứu được triển khai theo trình tự:

1. Tính toán cân bằng công suất và đề xuất phương án nối điện.
2. Tính toán chọn máy biến áp (MBA) cho từng phương án.
3. So sánh kinh tế – kỹ thuật và lựa chọn phương án tối ưu.
4. Tính toán ngắn mạch tại các điểm đặc trưng của sơ đồ.
5. Chọn khí cụ điện và dây dẫn theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
6. Thiết kế sơ đồ điện tự dùng của nhà máy.

Phạm vi không gian bao gồm toàn bộ phần điện của nhà máy, từ đầu cực máy phát đến thanh góp các cấp điện áp và hệ thống tự dùng nội bộ.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án sử dụng các công thức và phương pháp tính toán được trình bày trong ba tài liệu tham khảo chính:

• Đào Quang Thạch, Phạm Văn Hòa, Vũ Hoàng Giang (2022), Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
• Trịnh Hùng Thám và cộng sự (1996), Nhà máy điện và trạm biến áp (phần điện), NXB Khoa học và Kỹ thuật.
• Nguyễn Hữu Khái (2006), Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp, NXB Khoa học và Kỹ thuật.

Khung lý thuyết áp dụng bao gồm:

• Phương pháp cân bằng công suất tức thời theo từng khoảng thời gian trong ngày (5 khoảng: 0–8h, 8–10h, 10–16h, 16–21h, 21–24h).
• Phương pháp tính phân bố công suất trong máy biến áp tự ngẫu (MBATN) theo hệ số có lợi α.
• Phương pháp so sánh kinh tế – kỹ thuật theo thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch so với chi phí vận hành hằng năm.
• Phương pháp tính ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối cơ bản với công suất cơ bản S_cb = 100 MVA.
• Phương pháp đường cong tính toán để xác định dòng ngắn mạch duy trì.

Nguồn dữ liệu: Số liệu phụ tải, thông số thiết bị và tra cứu catalog được lấy từ các phụ lục kèm theo tài liệu tham khảo [1], bao gồm bảng thông số máy phát, máy biến áp, khí cụ điện, dây dẫn và chống sét van.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tính toán cân bằng công suất và chọn phương án nối dây

Máy phát điện được chọn là loại tuabin hơi TB® — 50 — 3600 (3000 vòng/phút, S_đm = 62,5 MVA, P_đm = 50 MW, U_đm = 6,3 kV, cosφ = 0,8). Công suất phụ tải tự dùng được tính với hệ số α = 7,11% và cosφ_td = 0,8.

Kết quả tổng hợp phụ tải tại thời điểm phụ tải cực đại (10–16h):

Thành phần	Công suất cực đại (MVA)	Công suất cực tiểu (MVA)
Phụ tải tự dùng	17,78	16,18
Phụ tải cấp điện áp máy phát (10 kV)	6,35	6,35
Phụ tải cấp điện áp trung (110 kV)	99,37	73,22
Công suất phát về hệ thống	131,73	113,03

Công suất nhà máy chiếm 4,99% công suất toàn hệ thống (5011 MVA); công suất dự trữ hệ thống là 840 MVA. Từ phân tích tỉ số S_UTmax/S_đmF = 1,59 và S_UTmin/S_đmF = 1,17, đồ án kết luận cần dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm máy biến áp liên lạc.

Ba phương án nối điện được đề xuất và phân tích định tính. Phương án 3 bị loại do độ tin cậy thấp; Phương án 1 (1 bộ MPĐ–MBA nối lên thanh góp 220 kV, 1 bộ nối lên 110 kV, 2 MBATN) và Phương án 2 (2 bộ MPĐ–MBA nối lên 110 kV, 2 MBATN) được đưa vào so sánh kinh tế – kỹ thuật.

Chương 2: Tính toán chọn máy biến áp

Cho cả hai phương án, MBA 2 cuộn dây T1, T2 được chọn loại 3 pha, không điều chỉnh dưới tải, công suất 63 MVA.

Chỉ tiêu	Phương án 1 (T1 – 230/6,6 kV)	Phương án 2 (T1,T2 – 115/6,3 kV)
Ký hiệu	TPnIIH / THnIIH	T1HH
S_đm (MVA)	63	63
AP_0 (kW)	67 / 59	59
AP_N (kW)	300 / 245	245
U_N%	12 / 10,5	10,5

MBATN AT1, AT2 cho cả hai phương án đều chọn loại ATnHITH, S_đmAT = 125 MVA (230/121/6,6 kV), AP_0 = 75 kW, AP_N(C-T) = 290 kW.

Kiểm tra quá tải khi sự cố xác nhận tất cả MBA thỏa mãn: điều kiện k_qt = 1,4×2×0,5×125 = 175 MVA > S_UTmax = 99,37 MVA được đáp ứng trong mọi kịch bản sự cố. Tổn thất điện năng hằng năm trong MBA:

Phương án	Tổn thất điện năng (MWh/năm)
Phương án 1	7.739,72
Phương án 2	7.689,21

Chương 3: Tính toán kinh tế – kỹ thuật và chọn phương án tối ưu

Vốn đầu tư tính đến cả MBA và thiết bị phân phối (TBPP):

Chỉ tiêu	Phương án 1	Phương án 2
Vốn đầu tư (10⁹ VNĐ)	89,96	86,52
Chi phí vận hành (10⁹ VNĐ/năm)	19,45	19,08

Do V₁ > V₂ và P₁ > P₂, Phương án 2 được chọn là phương án tối ưu. Thiết bị phân phối phía 220 kV dùng hệ thống 2 thanh góp kết hợp 1 thanh góp vòng (6 mạch); phía 110 kV dùng hệ thống 2 thanh góp (7 mạch).

Chương 4: Tính toán ngắn mạch

Tính toán tại 5 điểm ngắn mạch đặc trưng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản (S_cb = 100 MVA, U_cb: 230 kV / 115 kV / 6,3 kV):

Điểm NM	Vị trí	I" (kA)	I_xk (kA)	I_∞ (kA)
N1	Thanh góp 220 kV	4,89	12,45	4,54
N2	Thanh góp 110 kV	9,29	23,65	7,04
N3	Mạch máy phát (từ hệ thống)	41,80	106,40	43,51
N3'	Mạch máy phát (từ MPĐ S3)	42,82	115,07	15,58
N4	Mạch tự dùng/địa phương	84,62	215,41	59,09

Điểm N3' cho dòng xung kích lớn nhất (115,07 kA), được dùng làm cơ sở chọn khí cụ điện cho mạch máy phát.

Chương 5: Chọn khí cụ điện và dây dẫn

Máy cắt điện SF6 được chọn cho 3 cấp: 3AQ1 (245 kV, I_cat = 40 kA) cho cấp 220 kV; 3AQ1 (145 kV) cho cấp 110 kV; 8BK41 (7,2 kV, I_cat = 95 kA) cho cấp 6 kV. Thanh góp cứng đầu cực máy phát dùng thanh đồng hình máng (175×80×8×12 mm), I_cp = 8.550 A, tần số dao động riêng 188,83 Hz — nằm ngoài vùng cộng hưởng 90–110 Hz. Dây dẫn mềm phía 220 kV chọn AC-240/29 (I_cp = 610 A), phía 110 kV chọn AC-300/48 (I_cp = 690 A), đều thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt và không phát sinh vầng quang. Kháng điện đường dây chọn loại PbA-6-1000-8 với X_k% = 10%, I_đm = 1000 A.

Chương 6: Tính toán điện tự dùng

Hệ số tự dùng α = 7,11%. Sơ đồ tự dùng gồm hệ thống thanh góp 5 phân đoạn cấp 6 kV (tương ứng 4 tổ máy và 1 dự phòng), lấy điện từ đầu cực máy phát qua kháng điện. MBA tự dùng cấp 0,4 kV chọn loại ABB 630 kVA (6/0,4 kV, U_N% = 5). Aptomat phía 0,4 kV chọn Mitsubishi NF2000-SEW (400 V, 2000 A, I_cat = 75 kA); cầu dao hạ áp chọn INS1000 (690 V, 1000 A, I_ổnđịnh = 100 kA).

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính:

• Xác định và so sánh đầy đủ 3 phương án nối điện, lựa chọn Phương án 2 với vốn đầu tư 86,52 tỷ VNĐ và chi phí vận hành 19,08 tỷ VNĐ/năm.
• Tổn thất điện năng trong MBA của phương án tối ưu là 7.689,21 MWh/năm, thấp hơn Phương án 1 khoảng 50 MWh/năm.
• Bộ số liệu dòng ngắn mạch đầy đủ tại 5 điểm (N1 đến N4) làm cơ sở chọn toàn bộ khí cụ điện và dây dẫn.
• Sơ đồ tự dùng được thiết kế đồng bộ từ cấp 6 kV đến 0,4 kV với đầy đủ thiết bị đóng cắt và bảo vệ.

Đóng góp thực hành: Đồ án thực hiện trọn vẹn quy trình thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện từ đầu đến cuối — từ phân tích phụ tải, đề xuất phương án, so sánh kinh tế kỹ thuật, đến lựa chọn thiết bị cụ thể — theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật điện lực Việt Nam.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Phạm vi đồ án giới hạn ở thiết kế phần điện chính và tự dùng; không bao gồm hệ thống bảo vệ rơle, tự động hóa, hay tính toán ổn định hệ thống điện. Bài toán so sánh kinh tế chỉ xét 2 trong 3 phương án (loại Phương án 3 sớm theo định tính) và chưa tính đến chi phí thiệt hại do mất điện. Ngoài ra, đồ án bỏ qua tổn thất công suất trong dây dẫn khi tính cân bằng công suất, có thể ảnh hưởng nhỏ đến kết quả phân bố công suất.

Hướng mở rộng tự nhiên bao gồm: thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho từng phần tử, phân tích ổn định tĩnh và động khi kết nối vào lưới, và tính toán hệ thống nối đất toàn nhà máy.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên ngành Hệ thống Điện và Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử đang thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp với chủ đề thiết kế nhà máy điện hoặc trạm biến áp. Các chương về cân bằng công suất (Chương 1) và tính toán ngắn mạch (Chương 4) trình bày quy trình tính toán bài bản, có thể dùng làm mẫu.
• Người học muốn nắm quy trình so sánh kinh tế – kỹ thuật phương án nối điện: Chương 3 minh họa cụ thể cách tính vốn đầu tư MBA và TBPP, chi phí vận hành, và so sánh tổng hợp.
• Người tự học về lựa chọn khí cụ điện: Chương 5 trình bày đầy đủ điều kiện chọn máy cắt SF6, dao cách ly, thanh góp cứng, dây dẫn mềm, kháng điện, máy biến điện áp, máy biến dòng và chống sét van cho ba cấp điện áp 220 kV, 110 kV và 6 kV.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án chọn máy biến áp tự ngẫu làm máy biến áp liên lạc thay vì MBA 3 cuộn dây thông thường?

Nhà máy có ba cấp điện áp 10 kV, 110 kV và 220 kV. Hệ số có lợi α = (U_C − U_T)/U_C được tính theo điện áp 110 kV và 220 kV, tạo điều kiện thuận lợi để dùng MBATN. Hơn nữa, MBATN cho phép điều chỉnh điện áp dưới tải ở cả ba phía, phù hợp yêu cầu vận hành linh hoạt giữa cấp trung và cao áp.

2. Phương án 2 được chọn dựa trên tiêu chí gì và chênh lệch cụ thể so với Phương án 1 là bao nhiêu?

Phương án 2 có vốn đầu tư thấp hơn Phương án 1 là 3,44 tỷ VNĐ (86,52 so với 89,96 tỷ) và chi phí vận hành hằng năm thấp hơn 0,37 tỷ VNĐ (19,08 so với 19,45 tỷ). Do cả hai chỉ tiêu V₂ < V₁ và P₂ < P₁, Phương án 2 chiếm ưu thế tuyệt đối và được chọn mà không cần tính thêm thời gian thu hồi vốn chênh lệch.

3. Dòng ngắn mạch lớn nhất trong hệ thống xuất hiện ở đâu và đạt giá trị bao nhiêu?

Dòng ngắn mạch xung kích lớn nhất xuất hiện tại điểm N4 (mạch tự dùng và phụ tải địa phương), đạt 215,41 kA. Điểm N3' (mạch máy phát, nguồn cấp từ chính máy phát S3) có I_xk = 115,07 kA — đây là giá trị quyết định trong việc chọn máy cắt cho mạch đầu cực máy phát (8BK41, I_ổnđịnh động = 225 kA).

4. Điều kiện nào quyết định việc chọn tiết diện dây dẫn mềm AC-240/29 cho cấp 220 kV?

Dây dẫn được chọn trước tiên theo điều kiện phát nóng lâu dài: dòng cưỡng bức 0,34 kA → dòng yêu cầu sau hiệu chỉnh nhiệt độ (k_θ = 0,88) là 0,39 kA, chọn AC-240/29 có I_cp = 610 A. Sau đó kiểm tra ổn định nhiệt (tiết diện tối thiểu 58,64 mm² < 236 mm² thỏa mãn) và điều kiện không phát sinh vầng quang (U_vq = 229,73 kV > U_đmmạng = 220 kV, thỏa mãn).

5. Kháng điện PbA-6-1000-8 được chọn với X_k% = 10% dựa trên điều kiện nào?

Giá trị X_k% được xác định để dòng ngắn mạch sau kháng tại điểm N6 thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt của đoạn cáp 2 (I_nhcap2 = 7,53 kA) và điều kiện cắt của máy cắt 979 (I_cam = 20 kA). Với X_k% tính được là 7,15%, đồ án chọn X_k% = 10% (tiêu chuẩn gần nhất cao hơn) để tăng mức hạn chế dòng ngắn mạch, đảm bảo an toàn thiết bị đường dây phụ tải địa phương.

---

Kết luận

Đồ án môn học Thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện 4 × 63 MW của sinh viên Nguyễn Văn Giang (Trường Đại học Điện Lực, 2023) thực hiện đầy đủ quy trình thiết kế kỹ thuật từ cân bằng công suất đến lựa chọn thiết bị cuối cùng cho một nhà máy nhiệt điện quy mô trung bình. Phương án tối ưu được xác định qua so sánh định lượng về vốn đầu tư và chi phí vận hành, không dừng ở phân tích định tính. Bộ tính toán ngắn mạch tại 5 điểm cùng với danh mục thiết bị được tra cứu và kiểm tra đầy đủ tạo thành một hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, phản ánh đúng yêu cầu thực hành của chuyên ngành Hệ thống Điện ở bậc đại học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tính toán cân bằng công suất và đề xuất phương án nối dây Phương án này có: 1 b6 MPD — MBA hai cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 110kV, 3 bộ MPĐ — MBA hai cuộn dây nối lên thanh góp điện áp 220kV. Khi sự có I MBA tự ngẫu chỉ ảnh hưởng đến việc truyền tải công suất giữa các cấp điện áp, các MF vẫn hoạt động bình thường. Khi sự cố l trong 2 MBA 2 cuộn đây gặp sự có thì sẽ có l nhóm máy phát buộc ngừng hoạt động gây ra thiêu hụt 1 lượng công suất lớn. Số lượng MBA và tong công suất MBA ít, vốn đầu tư giảm.

Tuy nhiên độ tin cậy cung cấp điện không cao, sơ đồ điều khiến phức tạp.3 Kết luận So sánh 3 phương án ta thấy: phương án 1 và 2 có những ưu điểm hơn phương án 3. Nó đều đám báo cung cấp điện liên tục, cầu tạo tương đối đơn giản, vận hành linh hoạt. Do đó ta so sánh phương an | va 2 dé tính toán kinh tế - kĩ thuật nhằm chọn ra sơ đồ nói điện tối ưu nhất cho nhà máy điện. 2 CHUONG 2: TINH TOAN CHON MAY BIEN AP May bién ap (MBA) la thiết bi vô cùng quan trọng trong hệ thống điện.

Trong chương 2, việc lựa chọn MBA dựa trên phân bồ công suất các cấp điện áp của MBA và kiểm tra các điều kiện khi sự cô bất ngờ. Đồng thời tính toán tổn thất điện nang trong MBA của mỗi phương án, làm căn cứ cho việc lựa chọn phương án có tính kinh tế cao mà vẫn dam bao các chỉ tiêu kỹ thuật ở chương tiếp theo 2.1 Phương án Ì Hình 2.5: Sơ đô phân bố công suất phương án 1 và chiều quy ước của dòng công suất 2.1 Tính toán phân bố công suất cho MBA lúc bình thường 2.1 Đối với các MBA 2 cuộn dây T1, T2 Công suất lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường mà các máy biến áp TI, T2 phải mang tải là: Su” Sam — ° Sto (2.1) trong đó: Samr là công suât của môi tô máy phát, Chương 2: Tính toán chọn máy biến áp SZ” là công suất của phụ tải tự dùng của mỗi tô máy, n là số tổ máy phát điện của nhà máy.2 Đối với các MBATN ATI và AT2 Sau khi phân bố công suất cho MBA 2 cuộn đây trong bộ MPĐ — MBA, phần công suất còn lại do MBA liên lạc đảm nhận và được xác định trên cơ sở cân bằng công suất, khong xét đến tôn thất công suất. Công suất truyền qua các phía của MBA tự ngẫu ATI và AT2 theo từng thời điểm được tính như sau; Sarltl= 2 Surlt] Sig Speltl= 52 | Svat t]—Syp (2.2) Spx |t=Sprlt +S pc (C | trong do: ® Sur(t), Suc(t) la céng suat của phụ tải phía trung áp và cao áp tại thời diém t. = Soclt), Spr(t) Spy(t! la céng suất phía cao, phía trung, phía hạ của máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm t.

= Svur(t) 1a céng suat phat vé hé thông tại thời điểm t. Ap dụng công thức (2.3) tính phân bố công suất MBATN các thời điểm trong ngảy, ta có bang 2.9: Phân bố công suất MBA theo từng thời điêm (Phương án 1) S t (h) MBA (MVA) 0+8 8 +10 10 + 16 16+21 21+24 Tl, T2 Sus 58,06 58,06 58,06 58,06 58,06 Spc 29,35 36,84 34,22 30,86 27,49 ATI, AT2 S PT 7,58 3 18,04 3 20,66 3 18,04 3 15,43 3 Spx 36,93 54,88 54,88 48,90 4291 10 Chương 2: Tính toán chọn máy biến áp 2.