Báo Cáo Thiết Kế Phân Điện Trong Nhà Máy Nhiệt Điện 4 x 63 MW
Người đăng
Ẩn danh
80
0
0
Phí lưu trữ
30.000 VNĐMục lục chi tiết
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.
10/07/2025
TÀI LIỆU LIÊN QUAN
Bạn đang xem trước tài liệu:
Đồ án môn học thiết kế phần điện trong nhà máy nhiệt điện 4 x 63 mw
THÔNG TIN CHI TIẾT
Đề tài: Thiết Kế Phân Điện Trong Nhà Máy Nhiệt Điện 4 x 63 MW
Tài liệu Thiết Kế Phân Điện Trong Nhà Máy Nhiệt Điện 4 x 63 MW là một nguồn tham khảo chuyên sâu, cung cấp một cái nhìn tổng quan và chi tiết về quy trình tính toán, lựa chọn thiết bị và bố trí hệ thống điện cho một nhà máy nhiệt điện có quy mô cụ thể. Người đọc sẽ thu được kiến thức thực tiễn về cách thiết kế sơ đồ nguyên lý, hệ thống tự dùng, hệ thống bảo vệ rơle và các thành phần quan trọng khác, giúp áp dụng vào các dự án thực tế hoặc đồ án chuyên ngành.
Để có thêm một ví dụ tham khảo trực tiếp về cùng chủ đề, bạn có thể tìm hiểu sâu hơn qua Đồ án môn học thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện. Nếu bạn muốn mở rộng kiến thức ra phạm vi toàn bộ nhà máy và các trạm biến áp liên quan, tài liệu Đồ án môn học nhà máy điện và trạm biến áp sẽ mang đến một góc nhìn bao quát hơn. Ngoài ra, để cập nhật các công cụ thiết kế hiện đại, bài viết về Ứng dụng phần mềm etap trong phân tích và thiết kế hệ hống điện có áp dụng năng lượng tái tạo sẽ giới thiệu về phương pháp phân tích hệ thống điện bằng phần mềm chuyên dụng. Mỗi tài liệu là một cơ hội để bạn đào sâu và làm phong phú thêm hiểu biết của mình trong lĩnh vực đầy tiềm năng này.