Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong hệ thống điện quốc gia, nhà máy điện đóng vai trò trung tâm nguồn cung cấp năng lượng phục vụ phát triển kinh tế - xã hội. Việc thiết kế phần điện trong nhà máy điện đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa các giải pháp kỹ thuật và bài toán kinh tế nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục, an toàn, chất lượng điện năng cao và chi phí đầu tư, vận hành tối ưu. Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế phần điện cho một nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy phát tuabin khí với tổng công suất đặt $252\text{ MW}$, có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải địa phương cấp điện áp máy phát, phụ tải khu vực cấp điện áp trung ($110\text{ kV}$) và truyền tải phần công suất dư thừa về hệ thống điện quốc gia qua cấp điện áp cao ($220\text{ kV}$).
Nhiệm vụ thiết kế của công trình được xác định qua 6 nội dung trọng tâm:
- Tính toán cân bằng công suất toàn nhà máy theo biểu đồ phụ tải và đề xuất các phương án sơ đồ nối điện chính.
- Tính toán, lựa chọn chủng loại và công suất định mức của máy biến áp (máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu liên lạc); kiểm tra điều kiện làm việc bình thường và các trạng thái sự cố nghiêm trọng nhất.
- Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật (vốn đầu tư thiết bị, tổn thất điện năng, chi phí vận hành hàng năm) để so sánh và lựa chọn phương án nối điện tối ưu.
- Thiết lập sơ đồ thay thế và tính toán dòng ngắn mạch tại các điểm đặc trưng trong sơ đồ nối điện.
- Lựa chọn và kiểm tra các khí cụ điện, dây dẫn, thanh góp, máy biến dòng (BI), máy biến điện áp (BU), chống sét van (CSV) và kháng điện.
- Tính toán, lựa chọn phương án và thiết kế sơ đồ cấp điện tự dùng cho các phụ tải nội bộ của nhà máy ở các cấp điện áp $6,3\text{ kV}$ và $0,4\text{ kV}$.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Phần điện của nhà máy nhiệt điện gồm 4 tổ máy phát điện công suất $63\text{ MW}$/máy ($78,75\text{ MVA}$), trạm phân phối điện áp $220\text{ kV}$, $110\text{ kV}$, trạm tự dùng và các thiết bị đóng cắt, đo lường, bảo vệ.
- Phạm vi không gian: Khuôn viên nhà máy nhiệt điện, trạm phân phối ngoài trời/trong nhà, điểm đấu nối liên lạc với hệ thống điện qua đường dây kép $220\text{ kV}$ chiều dài $96\text{ km}$, và các xuất tuyến cấp điện cho phụ tải địa phương ($10,5\text{ kV}$), phụ tải trung áp ($110\text{ kV}$).
- Phạm vi thời gian và chế độ vận hành: Đồ thị phụ tải ngày điển hình phân bổ qua 3 khung thời gian ($0-10\text{h}$, $10-20\text{h}$, $20-24\text{h}$); khảo sát toàn diện chế độ làm việc bình thường và các trường hợp sự cố đứt/hỏng một máy biến áp tại thời điểm phụ tải cực đại và cực tiểu.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Công trình xây dựng trên các nền tảng lý thuyết chuyên ngành Hệ thống điện và Thiết kế nhà máy điện - trạm biến áp, áp dụng các quy chuẩn kỹ thuật điện lực Việt Nam:
- Nguyên tắc cấu trúc sơ đồ nối điện: Áp dụng tiêu chuẩn về tỷ lệ phụ tải địa phương cực đại so với công suất máy phát ($\frac{S_{\text{UGmax}}}{2S_{\text{đmF}}} \le 15%$) để quyết định không sử dụng thanh góp điện áp máy phát (TGUF). Áp dụng điều kiện mạng lưới $220\text{ kV}$ và $110\text{ kV}$ có trung tính trực tiếp nối đất cùng hệ số có lợi $\alpha = 1 - \frac{U_{\text{Tđm}}}{U_{\text{Cđm}}} = 1 - \frac{110}{220} = 0,5 \le 0,56$ để lựa chọn máy biến áp tự ngẫu (MBATN) làm máy biến áp liên lạc. Giới hạn công suất ghép tổ máy dựa trên công suất dự phòng quay của hệ thống ($S_{\text{dpHT}} = \beta \cdot S_{\text{đmHT}} = 0,15 \cdot 5200 = 780\text{ MVA}$).
- Phương pháp tính toán cân bằng công suất và chọn máy biến áp: Tính toán nhu cầu công suất tác dụng và toàn phần của phụ tải tự dùng ($S_{\text{TD}}$), phụ tải địa phương ($S_{\text{UG}}$), phụ tải trung áp ($S_{\text{UT}}$) và công suất phát về hệ thống ($S_{\text{VHT}}$) qua từng khung giờ. Kiểm tra khả năng quá tải sự cố cuộn nối tiếp và cuộn chung của MBATN dựa trên hệ số có lợi $\alpha$ và dung lượng dự phòng của hệ thống.
- Phương pháp tính toán kinh tế - kỹ thuật: Xác định tổng vốn đầu tư thiết bị ($V = V_B + V_{\text{TBPP}}$), tính toán tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp ($\Delta A$), và chi phí vận hành hàng năm ($P = P_1 + P_2 = a% \cdot V + \Delta A \cdot C_{\text{đn}}$ với mức khấu hao $a = 8,4%$, giá điện $C_{\text{đn}} = 1500\text{ đ/kWh}$).
- Phương pháp tính toán ngắn mạch và lựa chọn khí cụ điện: Phương pháp đơn vị tương đối và sơ đồ thay thế mạng điện; tính dòng ngắn mạch chu kỳ siêu quá độ ($I''$), dòng xung kích ($i_{\text{xk}}$), công suất ngắn mạch ($S_{\text{nm}}$) và xung lượng nhiệt ($B_N$). Kiểm tra khí cụ điện và dây dẫn theo các tiêu chuẩn định mức điện áp, dòng điện làm việc lâu dài cực đại, dòng điện cưỡng bức, độ ổn định lực điện động và ổn định nhiệt khi có sự cố ngắn mạch.
Nguồn dữ liệu sử dụng:
- Bộ số liệu thiết kế từ nhiệm vụ đồ án Khoa Kỹ thuật Điện - Trường Đại học Điện Lực.
- Bảng thông số định mức máy phát điện tuabin khí, máy biến áp hai cuộn dây, máy biến áp tự ngẫu, máy cắt, dao cách ly, chống sét van, cáp điện lực và khí cụ đo lường tiêu chuẩn từ các tài liệu tham khảo chuyên ngành.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Hệ thống phần điện nhà máy nhiệt điện được thiết kế với cấu trúc phân cấp và phối hợp vận hành chặt chẽ:
- Khối nguồn phát điện: Gồm 4 tổ máy phát điện tuabin khí đồng bộ loại TBФ-63-2 với công suất tác dụng định mức $P_{\text{đm}} = 63\text{ MW}$, công suất toàn phần $S_{\text{đm}} = 78,75\text{ MVA}$, điện áp định mức $10,5\text{ kV}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,8$, tốc độ quay $3000\text{ vòng/phút}$, dòng định mức $4,33\text{ kA}$, điện kháng $x''_d = 0,153$.
- Cấp điện áp địa phương ($10,5\text{ kV}$): Do công suất phụ tải địa phương cực đại $S_{\text{maxUG}} = 9,43\text{ MVA}$ chỉ chiếm $5,99%$ tổng công suất hai tổ máy phát, hệ thống không dùng thanh góp điện áp máy phát mà cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát qua cuộn kháng điện hạn chế dòng ngắn mạch và máy cắt hợp bộ ($I_{\text{Cđm}} = 20\text{ kA}$, $t_{\text{Cđm}} = 0,7\text{ s}$) đến các lộ cáp nhôm vỏ PVC tiết diện tối thiểu $70\text{ mm}^2$.
- Cấp điện áp trung áp ($110\text{ kV}$): Sử dụng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng (TGV). Cấp này tiếp nhận công suất từ các khối máy phát qua MBA bộ và MBATN để cung cấp cho 4 xuất tuyến đường dây (1 lộ kép $37\text{ MW}$, 2 lộ đơn $33\text{ MW}$).
- Cấp điện áp cao áp ($220\text{ kV}$): Sử dụng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng (TGV) gồm 2 xuất tuyến đường dây kép liên lạc với hệ thống điện quốc gia chiều dài $96\text{ km}$, kết nối với 2 máy biến áp tự ngẫu liên lạc và MBA bộ.
- Hệ thống máy biến áp chính:
- Máy biến áp tự ngẫu liên lạc: Sử dụng 2 máy loại ATДЦTH-160000/220 ($160\text{ MVA}$, $230/121/11\text{ kV}$, điều chỉnh điện áp dưới tải ở cuộn trung).
- Máy biến áp hai cuộn dây: Sử dụng máy biến áp loại TДЦ-80000/110 hoặc TДЦ-80000/220 ($80\text{ MVA}$).
- Hệ thống tự dùng: Được thiết kế ở hai cấp điện áp $6,3\text{ kV}$ (cấp nguồn cho các động cơ công suất lớn $> 200\text{ kW}$) và $0,4\text{ kV}$ (cấp nguồn cho động cơ nhỏ $< 200\text{ kW}$, hệ thống chiếu sáng và van chấp hành). Nguồn cấp lấy từ đầu cực từng máy phát qua MBA tự dùng làm việc và bổ sung nguồn từ MBA tự dùng dự phòng chung.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Tính toán cân bằng công suất - Đề xuất các phương án nối điện cho nhà máy
Chương này thực hiện chọn máy phát điện TBФ-63-2, phân tích đồ thị phụ tải và tính toán cân bằng công suất toàn nhà máy trong 3 khoảng thời gian ngày điển hình.
| Thông số công suất | $0 - 10\text{ h}$ | $10 - 20\text{ h}$ | $20 - 24\text{ h}$ |
|---|---|---|---|
| Phụ tải trung áp $S_{\text{UT}}(t)$ ($\text{MVA}$) | $109,06$ | $121,18$ | $121,18$ |
| Phụ tải tự dùng $S_{\text{TD}}(t)$ ($\text{MVA}$) | $22,99$ | $24,00$ | $24,00$ |
| Phụ tải địa phương $S_{\text{UG}}(t)$ ($\text{MVA}$) | $8,95$ | $7,54$ | $9,43$ |
| Toàn nhà máy $S_{\text{TNM}}(t)$ ($\text{MVA}$) | $292,95$ | $315,00$ | $315,00$ |
| Công suất phát về hệ thống $S_{\text{VHT}}(t)$ ($\text{MVA}$) | $151,95$ | $162,28$ | $160,40$ |
Tác giả đề xuất 4 phương án nối điện dựa trên 6 nguyên tắc kỹ thuật:
- Phương án 1: Gồm 2 bộ MF-MBA nối lên thanh góp $110\text{ kV}$ và 2 bộ MF đấu nối vào cuộn hạ của 2 MBATN $220/110/10,5\text{ kV}$ liên lạc.
- Phương án 2: Gồm 1 bộ MF-MBA nối lên $220\text{ kV}$, 1 bộ MF-MBA nối lên $110\text{ kV}$ và 2 bộ MF nối vào cuộn hạ của 2 MBATN liên lạc.
- Phương án 3: Ghép 2 máy phát chung một máy biến áp 2 cuộn dây.
- Phương án 4: Phía hạ của MBATN nối trực tiếp với phụ tải địa phương, không nối máy phát. Qua phân tích sơ bộ về độ tin cậy và vận hành, Phương án 1 và Phương án 2 được chọn để đưa vào tính toán so sánh chi tiết.
Chương II: Tính toán chọn máy biến áp
Chương II xác định thông số kỹ thuật cho các MBA và kiểm nghiệm chế độ vận hành:
- MBA bộ hai cuộn dây: Chọn loại TДЦ-80000 ($S_{\text{đm}} = 80\text{ MVA}$, $\Delta P_0 = 70-80\text{ kW}$, $\Delta P_N = 310-320\text{ kW}$, $U_N% = 10,5-11%$).
- MBA liên lạc tự ngẫu: Chọn 2 máy loại ATДЦTH-160000/220 ($S_{\text{đm}} = 160\text{ MVA}$, $U_{\text{đm}} = 230/121/11\text{ kV}$, $\Delta P_0 = 85\text{ kW}$, $\Delta P_N = 380\text{ kW}$).
- Kiểm tra quá tải khi sự cố:
- Sự cố 1 (Hỏng 1 MBA bộ tại thời điểm phụ tải trung áp cực đại): Công suất thiếu phát về hệ thống $S_{\text{thiếu}} = 72,76\text{ MVA} < S_{\text{dtHT}} = 780\text{ MVA}$; cuộn hạ mang tải lớn nhất $68,98\text{ MVA} < 80\text{ MVA}$ (thỏa mãn).
- Sự cố 2 (Hỏng 1 MBATN tại thời điểm phụ tải trung áp cực đại): Công suất cuộn nối tiếp $S_{\text{nt}} = 44,765\text{ MVA} < \alpha \cdot S_{\text{đmAT}} = 112\text{ MVA}$; công suất thiếu về hệ thống $S_{\text{thiếu}} = 72,75\text{ MVA} < 780\text{ MVA}$ (thỏa mãn).
- Sự cố 3 (Hỏng 1 MBATN tại thời điểm phụ tải trung áp cực tiểu): Công suất cuộn nối tiếp $S_{\text{nt}} = 50,245\text{ MVA} < 112\text{ MVA}$; công suất thiếu $S_{\text{thiếu}} = 61,79\text{ MVA} < 780\text{ MVA}$ (thỏa mãn).
- Tính toán tổn thất điện năng ($\Delta A$):
- Phương án I: Tổn thất MBA bộ $2 \times 2858,9\text{ MWh}$, tổn thất 2 MBATN $2 \times 1971,85\text{ MWh}$, tổng $\Delta A_{\text{I}} = 9661,5\text{ MWh/năm}$.
- Phương án II: Tổn thất MBA T1 ($2996,0\text{ MWh}$), MBA T2 ($2921,8\text{ MWh}$), 2 MBATN $2 \times 1701,58\text{ MWh}$, tổng $\Delta A_{\text{II}} = 9321,0\text{ MWh/năm}$.
Chương III: Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu
Chương III xây dựng sơ đồ thiết bị phân phối và tính toán chi phí tổng hợp cho 2 phương án:
- Cả hai cấp $220\text{ kV}$ và $110\text{ kV}$ đều áp dụng sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng.
| Hạng mục chi phí | Phương án I | Phương án II |
|---|---|---|
| Vốn đầu tư MBA ($V_B$) | $40,44 \times 10^9\text{ VNĐ}$ | $43,32 \times 10^9\text{ VNĐ}$ |
| Vốn đầu tư thiết bị phân phối ($V_{\text{TBPP}}$) | $45,00 \times 10^9\text{ VNĐ}$ | $47,40 \times 10^9\text{ VNĐ}$ |
| Tổng vốn đầu tư ($V$) | $85,44 \times 10^9\text{ VNĐ}$ | $90,72 \times 10^9\text{ VNĐ}$ |
| Tổn thất điện năng ($\Delta A$) | $9661,5\text{ MWh/năm}$ | $9321,0\text{ MWh/năm}$ |
| Chi phí tổn thất điện năng ($P_2$) | $14,49 \times 10^9\text{ VNĐ/năm}$ | $13,98 \times 10^9\text{ VNĐ/năm}$ |
| Chi phí khấu hao & sửa chữa lớn ($P_1$) | $7,18 \times 10^9\text{ VNĐ/năm}$ | $7,62 \times 10^9\text{ VNĐ/năm}$ |
Các số liệu tính toán chi phí đầu tư và chi phí vận hành hàng năm đóng vai trò làm căn cứ định lượng để lựa chọn phương án tối ưu về mặt kỹ thuật - kinh tế.
Chương IV: Tính toán ngắn mạch
Chương này xây dựng sơ đồ thay thế mạng điện và tính toán dòng điện ngắn mạch tại các điểm sự cố trọng yếu:
- Điểm $N_1$ trên thanh góp cấp điện áp cao $220\text{ kV}$.
- Điểm $N_2$ trên thanh góp cấp điện áp trung $110\text{ kV}$.
- Điểm $N_3$ và $N_3'$ trên thanh góp đầu cực máy phát $10,5\text{ kV}$ trước và sau cuộn kháng điện. Kết quả tính toán xác định dòng ngắn mạch chu kỳ ban đầu, dòng ngắn mạch xung kích và xung lượng nhiệt để làm điều kiện kiểm tra cho các thiết bị ở chương sau.
Chương V: Chọn các khí cụ điện và dây dẫn
Chương V tiến hành tính toán dòng làm việc cực đại, dòng cưỡng bức và chọn toàn bộ thiết bị điện:
- Máy cắt và dao cách ly: Lựa chọn cho các mạch $220\text{ kV}$, $110\text{ kV}$ và $10,5\text{ kV}$ thỏa mãn điều kiện $U_{\text{đm}} \ge U_{\text{mạng}}$, $I_{\text{đm}} \ge I_{\text{cb}}$, kiểm tra dòng cắt định mức và độ ổn định động/nhiệt.
- Thanh dẫn cứng đầu cực máy phát: Sử dụng thanh dẫn đồng/nhôm hình máng, kiểm tra ứng suất cơ học và khoảng cách sứ đỡ.
- Thanh góp và dây dẫn mềm phía $220\text{ kV}$ và $110\text{ kV}$: Chọn dây nhôm lõi thép (ACSR), kiểm tra điều kiện phát nóng liên tục và điều kiện không phát sinh vầng quang điện tự duy trì.
- Kháng điện và cáp phụ tải địa phương: Chọn kháng điện $10,5\text{ kV}$ có $X_k%$ phù hợp để hạ dòng ngắn mạch xuống dưới khả năng cắt của máy cắt hợp bộ ($I_{\text{Cđm}} = 20\text{ kA}$); chọn cáp ngầm $10,5\text{ kV}$ theo mật độ dòng điện kinh tế $J_{\text{kt}}$ và kiểm tra ổn định nhiệt.
- Khí cụ đo lường và chống sét: Chọn máy biến điện áp (BU), máy biến dòng điện (BI) các cấp điện áp $220\text{ kV}$, $110\text{ kV}$, $10,5\text{ kV}$ đảm bảo phụ tải mạch thứ cấp nằm trong cấp chính xác quy định; chọn chống sét van (CSV) phi kim loại bảo vệ quá điện áp khí quyển.
Chương VI: Tính toán lựa chọn phương án và sơ đồ cung cấp điện tự dùng
Chương VI thiết kế hệ thống tự dùng toàn nhà máy:
- Phân chia phụ tải tự dùng thành hai nhóm cấp điện áp: $6,3\text{ kV}$ (động cơ công suất lớn) và $0,4\text{ kV}$ (động cơ công suất nhỏ, chiếu sáng, phụ trợ).
- Chọn sơ đồ khối tự dùng lấy điện từ đầu cực máy phát qua máy biến áp tự dùng cấp $10,5/6,3\text{ kV}$ và trạm biến áp hạ áp $6,3/0,4\text{ kV}$, kết hợp liên lạc với nguồn tự dùng dự phòng.
- Lựa chọn các máy biến áp tự dùng, máy cắt tự dùng $6,3\text{ kV}$, aptomat (MCCB/MCB) và cầu dao hạ áp $0,4\text{ kV}$ có thông số bảo vệ và cắt ngắn mạch phù hợp.
Kết quả và đóng góp
Công trình đã hoàn thành một thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho phần điện của nhà máy nhiệt điện $4 \times 63\text{ MW}$, mang lại các kết quả định lượng cụ thể:
- Xác lập cấu trúc hệ thống nguồn và lưới tối ưu: Lựa chọn thành công 4 tổ máy phát TBФ-63-2 kết hợp cùng 2 máy biến áp tự ngẫu ATДЦTH-160000/220 và các máy biến áp hai cuộn dây TДЦ-80000, đảm bảo truyền tải linh hoạt toàn bộ công suất dư về hệ thống điện $220\text{ kV}$ ($151,95 - 162,28\text{ MVA}$) và cấp điện an toàn cho phụ tải $110\text{ kV}$ ($109,06 - 121,18\text{ MVA}$).
- Giải pháp kỹ thuật cho phụ tải địa phương: Chứng minh việc cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát qua kháng điện $10,5\text{ kV}$ thay vì xây dựng thanh góp điện áp máy phát (TGUF) giúp tiết kiệm đáng kể diện tích mặt bằng trạm và chi phí thiết bị đóng cắt mà vẫn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
- Độ tin cậy trong các chế độ sự cố: Kiểm chứng toàn diện 3 chế độ sự cố đứt hỏng một MBA bộ hoặc một MBATN tại thời điểm tải cực đại và cực tiểu, khẳng định các cuộn dây MBA không bị quá tải (công suất cuộn nối tiếp MBATN đạt mức cao nhất $50,245\text{ MVA} < 112\text{ MVA}$) và công suất thiếu hụt tối đa ($72,76\text{ MVA}$) được hệ thống bù đủ hoàn toàn nhờ nguồn dự phòng quay $780\text{ MVA}$.
- Bộ thông số thiết bị và khí cụ điện đồng bộ: Hoàn thành lựa chọn và kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt cho toàn bộ hệ thống máy cắt, dao cách ly, thanh cái hình máng, dây dẫn ACSR, biến dòng BI, biến điện áp BU, chống sét van CSV và hệ thống phân phối tự dùng $6,3\text{ kV} / 0,4\text{ kV}$.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đồ án:
- Các tính toán phụ tải được thực hiện dựa trên biểu đồ phụ tải ngày điển hình phân đoạn tĩnh (3 khung giờ), chưa khảo sát các dao động phụ tải ngẫu nhiên theo thời gian thực hoặc đồ thị phụ tải biến thiên liên tục theo mùa.
- Các chỉ tiêu kinh tế về đơn giá thiết bị, chi phí xây lắp và giá thành tổn thất điện năng ($1500\text{ đ/kWh}$) sử dụng các định mức tham khảo trong đồ án môn học, chưa cập nhật biến động giá thị trường và tỷ giá ngoại tệ thực tế.
- Các tính toán ngắn mạch mới tập trung vào dạng ngắn mạch ba pha duy trì đối xứng để chọn thiết bị, chưa mô phỏng chi tiết các dạng ngắn mạch không đối xứng (chạm đất 1 pha, ngắn mạch 2 pha chạm đất) trong điều kiện lưới điện có các thành phần điều khiển phi tuyến.
Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:
- Ứng dụng các phần mềm mô phỏng hệ thống điện chuyên dụng (như ETAP, PSS/E, MATLAB/Simulink) để kiểm nghiệm động học quá trình khởi động động cơ tự dùng, ổn định góc công suất của các tổ máy phát điện và quá điện áp nội bộ.
- Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển, giám sát và tự động hóa trạm biến áp theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 61850 phục vụ chuyển đổi mô hình nhà máy điện thông minh.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống điện, Năng lượng: Nắm vững phương pháp luận và quy trình tính toán thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp từ giai đoạn cân bằng công suất đến chọn khí cụ điện.
- Kỹ sư thiết kế và vận hành trạm biến áp / nhà máy điện: Tham khảo phương pháp phân bố công suất qua các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu, công thức kiểm tra quá tải sự cố cuộn nối tiếp/cuộn chung và giải pháp phân đoạn hệ thống điện tự dùng $6,3\text{ kV} / 0,4\text{ kV}$.
- Học phần Đồ án môn học & Đồ án tốt nghiệp: Cung cấp bộ khung cấu trúc chuẩn mực gồm 6 chương với đầy đủ các bảng biểu tính toán, lựa chọn thông số kỹ thuật và so sánh kinh tế - kỹ thuật.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án không xây dựng thanh góp điện áp máy phát (TGUF) mà cấp điện trực tiếp từ đầu cực máy phát cho phụ tải địa phương?
Trả lời: Theo quy tắc thiết kế hệ thống điện, nếu tỷ số giữa công suất phụ tải địa phương cực đại và tổng công suất hai máy phát thỏa mãn $\frac{S_{\text{maxUG}}}{2S_{\text{đmF}}} \cdot 100% \le 15%$ thì không cần đặt TGUF. Với số liệu của đồ án, $S_{\text{maxUG}} = 9,43\text{ MVA}$ và $2S_{\text{đmF}} = 2 \times 78,75 = 157,5\text{ MVA}$, tỷ số này chỉ bằng $5,99% \le 15%$, do đó phụ tải được cấp trực tiếp từ đầu cực máy phát qua kháng điện nhằm tiết kiệm chi phí và tinh gọn sơ đồ.
2. Các tổ máy phát điện tuabin khí được lựa chọn trong đồ án có thông số kỹ thuật định mức như thế nào?
Trả lời: Đồ án chọn 4 tổ máy phát điện tuabin khí loại TBФ-63-2 do Nga sản xuất với các thông số: công suất tác dụng định mức $P_{\text{đm}} = 63\text{ MW}$, công suất toàn phần $S_{\text{đm}} = 78,75\text{ MVA}$, điện áp định mức $U_{\text{đm}} = 10,5\text{ kV}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,8$, dòng điện định mức $I_{\text{đm}} = 4330\text{ A}$, tốc độ quay $3000\text{ vòng/phút}$, điện kháng siêu quá độ $x''_d = 0,153$, điện kháng quá độ $x'_d = 0,223$ và điện kháng thứ tự nghịch $x_2 = 0,184$.
3. Vì sao nhà máy sử dụng máy biến áp tự ngẫu (MBATN) làm MBA liên lạc thay vì máy biến áp 3 cuộn dây?
Trả lời: Vì hệ thống thỏa mãn đồng thời hai điều kiện kỹ thuật: lưới điện phía $220\text{ kV}$ và $110\text{ kV}$ đều là lưới có trung tính trực tiếp nối đất theo quy chuẩn Việt Nam; và hệ số có lợi $\alpha = 1 - \frac{U_{\text{Tđm}}}{U_{\text{Cđm}}} = 1 - \frac{110}{220} = 0,5 \le 0,56$. Việc sử dụng MBATN giúp giảm đáng kể kích thước, trọng lượng, tổn thất điện năng và giá thành chế tạo so với MBA 3 cuộn dây cùng công suất.
4. Khả năng cung cấp điện của nhà máy có được đảm bảo khi xảy ra sự cố hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm phụ tải trung áp cực đại không?
Trả lời: Hoàn toàn đảm bảo. Khi hỏng 1 MBATN ở thời điểm tải cực đại ($t = 10-20\text{h}$, $S_{\text{UT}} = 121,18\text{ MVA}$), công suất cuộn nối tiếp của MBATN còn lại mang tải $44,765\text{ MVA}$, nhỏ hơn nhiều so với công suất định mức cuộn nối tiếp $\alpha \cdot S_{\text{đmAT}} = 0,5 \times 160 = 112\text{ MVA}$. Lượng công suất thiếu hụt phát về hệ thống là $72,75\text{ MVA}$ nhỏ hơn công suất dự phòng nóng của hệ thống ($S_{\text{dtHT}} = 780\text{ MVA}$), do đó hệ thống bù đủ hoàn toàn.
5. Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp của Phương án I và Phương án II chênh lệch nhau như thế nào?
Trả lời: Theo tính toán tại Chương II, tổng tổn thất điện năng trong tất cả các máy biến áp của Phương án I là $9661,5\text{ MWh/năm}$, trong khi Phương án II là $9321,0\text{ MWh/năm}$. Phương án II có mức tổn thất điện năng hàng năm thấp hơn Phương án I là $340,5\text{ MWh/năm}$.
Kết luận
Đồ án "Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp" của tác giả Lê Đình Phương đã xây dựng thành công phương án thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho nhà máy nhiệt điện $4 \times 63\text{ MW}$ liên lạc với hệ thống điện $220\text{ kV}$ và cung cấp cho phụ tải $110\text{ kV}$, $10,5\text{ kV}$. Công trình đã giải quyết thấu đáo các bài toán kỹ thuật từ cân bằng công suất, lựa chọn và kiểm nghiệm máy biến áp tự ngẫu trong các chế độ sự cố khắc nghiệt, tính toán ngắn mạch đến lựa chọn đồng bộ hệ thống khí cụ điện và tự dùng. Các kết quả tính toán chi tiết, chặt chẽ trên cơ sở quy chuẩn kỹ thuật điện lực Việt Nam khẳng định tính khả thi cao và là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên và kỹ sư chuyên ngành Hệ thống điện.