BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN oooooo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110KV HÓC MÔN SVTH Hồ Viết Tiến 16070891 Nguyễn Đức Phổ 16076521 LỚP DHDI12AVL GVHD Lâm Tấn Công TP HCM, NĂM 2017 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD LÂM TẤN CÔNG SVTH HỒ VIẾT TIẾN LỚP DHDI12AVL NGUYỄN ĐỨC PHỔ MỤC LỤC oooooo PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẨN 3 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 4 I GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN 4 II TRẠM BIẾN ÁP 4 III.
TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN
- Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lƣợng, bao gồm các nhà máy điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ điện
Điện năng được sản xuất tại nhà máy và được truyền tải đến người tiêu dùng qua dây dẫn Trong quá trình này, có tổn thất điện năng trên đường dây, vì vậy trước khi truyền tải xa, điện phải được nâng lên điện áp cao Sau đó, điện áp sẽ được hạ xuống mức tương ứng để cung cấp cho phụ tải Do đó, trạm biến áp đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu trong hệ thống điện.
TRẠM BIẾN ÁP
Trạm biến áp là công trình thiết yếu trong hệ thống điện, có chức năng chuyển đổi điện áp giữa các cấp khác nhau Vai trò của trạm biến áp rất quan trọng, giúp truyền tải điện năng xa và phân phối điện hiệu quả.
- Theo điện áp trạm biến áp có thể là trạm tăng áp, trạm hạ áp hay là trạm trung gian
Trạm tăng áp được lắp đặt tại các nhà máy điện với chức năng nâng cao điện áp từ mức thấp lên mức cao hơn, nhằm mục đích truyền tải điện năng hiệu quả đến các khoảng cách xa.
Trạm hạ áp được lắp đặt gần khu vực tiêu thụ điện nhằm giảm điện áp từ cấp cao xuống cấp thấp, phù hợp với nhu cầu sử dụng của hộ tiêu thụ.
- Trạm trung gian có nhiệm vụ liên lạc giữa 2 lưới điện có cấp điện áp khác nhau
2.2 Phân loại theo địa dƣ:
- Trạm biến áp đƣợc chia làm 2 loại:
Trạm biến áp khu vực là một phần quan trọng trong mạng điện chính của hệ thống, cung cấp điện cho các khu vực rộng lớn như thành phố và khu công nghiệp Điện áp của trạm thường là 110 KV hoặc 22 KV, đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định và hiệu quả cho các nhu cầu sử dụng.
Trạm biến áp địa phương là thiết bị được cấp điện áp từ mạng phân phối của hệ thống điện, có nhiệm vụ cung cấp điện cho các xí nghiệp và hộ tiêu thụ Chức năng chính của trạm này là giảm áp để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc phân phối điện năng.
PHÂN LOẠI & CẤU TRệC CỦA TRẠM BIẾN ÁP
-Trạm ngoài trời: ở trạm này các thiết bị đặt ngoài trời
3.2 Cấu trúc của trạm biến áp:
Gồm các thành phần sau:
- Hệ thống dao cách ly
- Hệ thống bảo vệ role
- Hệ thống chống sét nối đất
- Hệ thống điện tự dùng
- Nhà điều hành trung tâm
- Khu vực tải phân phối.
GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ CHUNG TRẠM BIẾN ÁP
4.1 Chọn vị trí cho trạm
- Gần tâm phụ tải, thuận tiện cho việc cung cấp điện
- Đảm bảo an toàn cung cấp điện liên tục
- Thao tác và quản lý vận hành dễ dàng
- Thuận tiện cho việc vận chuyển thiết bị, đại tu sửa chữa
- Ngoài ra, cũng cần phải lưu ý đến điều kiện về môi trường xung quanh
4.2 Số lƣợng và công suất của trạm:
- Số lƣợng máy biến áp:
+ Đây là vấn đề quan tâm nhiều đến mức độ tập trung hay phân tán của phụ tải và tính chất quan trọng của phụ tải
- Công suất của máy biến áp:
- Đƣợc xác định theo kinh tế kỹ thuật nhƣ sau :
+ An toàn, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải
+ Chi phí vận hành thấp
+ Tiêu tốn kim loại màu ít
+ Dung lƣợng đồng nhất, đồng chủng loại
+ Tính đến sự phát triển phụ tải
- Do trạm đƣợc thiết kế là trạm có công suất nhỏ, nên chú ý đến phần kỹ thuật nhiều hơn.
SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY CỦA TRẠM BIẾN ÁP
- Đảm bảo cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải
- Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện cho việc vận hành và xử lý sự cố
- Hợp lý kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầy kỹ thuật.
CẤU TRệC CỦA TRẠM BIẾN ÁP
Các trạm biến áp trong hệ thống cung cấp năng lượng điện, cũng như các trạm biến áp và trạm phân phối điện tại các xí nghiệp, công nghiệp, cần tuân thủ nghiêm ngặt tất cả các quy định và quy trình về vận hành và an toàn điện.
- Để thoả mãn đƣợc những điều kiện về kỹ thuật, ngoài việc thiết kế đúng, đạt yêu cầu về xây dựng và lắp ráp thì phải:
Lựa chọn trang thiết bị phù hợp dựa trên các tham số điện là rất quan trọng Việc lắp ráp trạm đúng quy phạm và đáp ứng tất cả các yêu cầu sẽ giúp đảm bảo vận hành hiệu quả và thuận tiện.
+ Phải tôn trọng khoảng cách giữa các pha và giữa các phần dẫn điện đến cấu trúc nối đất và các công trình kiến trúc xung quanh
+ Khả năng loại nhanh hỏa hoạn và các sự cố xảy ra trong thiết bị điện
+ Thuận tiện thao tác vận chuyển lắp ráp, sửa chữa tức là cần đảm bảo kích thước cần thiết của lối đi, hành lang.
VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP
Thiết bị và người vận hành có mối quan hệ chặt chẽ, trong đó người vận hành cần hiểu rõ ý tưởng của nhà thiết kế Họ phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định và quy trình thiết kế để phát huy tối đa ưu điểm của phương án thiết kế và tận dụng hiệu quả khả năng của thiết bị Việc thực hiện đúng trình tự thao tác và thường xuyên kiểm tra thiết bị là rất cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Một số hình ảnh minh họa về trạm biến áp:
- Hệ thống chống sét nối đất
- Sơ đồ từ dùng trạm biến áp:
ĐỒ THỊ PHỤ TẢI
KHÁI NIỆM
Mức tiêu thụ điện áp thay đổi theo thời gian, và quy luật biến thiên của phụ tải được thể hiện qua đồ thị phụ tải Trong đồ thị này, trục tung biểu diễn công suất tác dụng, công suất biểu kiến hoặc công suất phản kháng, trong khi trục hoành thể hiện thời gian.
Đồ thị phụ tải đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống điện, giúp tối ưu hóa công suất phân bố cho các nhà máy điện và xác định mức tiêu hao nhiên liệu Đồ thị phụ tải hàng ngày của nhà máy hoặc trạm biến áp là cơ sở để lựa chọn dung lượng máy biến áp, tính toán tổn thất điện năng và thiết kế sơ đồ nối dây phù hợp.
Đồ thị phụ tải loại 1 là loại phụ tải cần cung cấp điện liên tục, vì sự cố mất điện có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng đến tính mạng con người, đặc biệt là tại các cơ sở như bệnh viện, hầm mỏ và cơ quan an ninh quốc gia Do đó, bệnh viện luôn yêu cầu nguồn điện ổn định và dự phòng từ các máy phát điện công suất lớn Ngoài ra, sự cố mất điện cũng ảnh hưởng lớn đến hoạt động sản xuất kinh doanh tại các nhà máy, xưởng sản xuất và lò cao, với thiệt hại không thể đo đếm được Các phụ tải quan trọng như tòa đại sứ quán và công trình văn hóa công cộng cũng cần được đảm bảo nguồn điện liên tục.
Đồ thị phụ tải loại 2 là loại phụ tải mà việc mất điện cung cấp sẽ gây ra thiệt hại kinh tế, như thiếu hụt sản phẩm, tăng hàng hóa thứ phẩm, dẫn đến lãng phí và mất cân bằng tiêu thụ trên thị trường Ví dụ về hộ loại 2 bao gồm nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm và khách sạn lớn Để cung cấp điện cho hộ loại 2, thường cần có nguồn dự phòng, và cần so sánh giữa chi phí đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế từ việc ngừng cung cấp điện.
Đồ thị phụ tải loại 3 bao gồm các hộ tiêu thụ điện như khu dân cư, trường học, phân xưởng phụ và nhà kho của nhà máy Các hộ tiêu thụ này có thể chấp nhận mất điện trong thời gian ngắn để sửa chữa các sự cố Thông thường, hộ loại 3 được cấp điện từ một nguồn duy nhất, nhưng việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà còn phụ thuộc vào tầm quan trọng của từng hộ Trong một nhà máy hoặc khu dân cư, thường có sự xen kẽ giữa nhiều loại hộ tiêu thụ, do đó, hệ thống cung cấp điện cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn, tin cậy và linh hoạt trong việc cung cấp điện.
ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA TRẠM
Để tổng hợp đồ thị phụ tải của trạm, chúng ta có thể sử dụng phương pháp lập bảng tổng hợp đồ thị cho P và Q, từ đó tính toán S một cách hiệu quả.
- Ta đƣợc bảng thông số trạm nhƣ sau:
Với P = ∑ S = ∑ Q = ∑ S% 100% công suất tác dụng ở cấp điện áp i ( 110kV – 22kV )
: công suất phản kháng ở cấp điện áp thứ i (110kV – 22kV )
: công suất biểu kiến ở cấp điện áp thứ i (110kV – 22kV )
: công suất biểu kiến toàn trạm ở khoảng thời gian thứ j (110kV – 22kV)
Các đại lƣợng đặc trƣng của đồ thị phụ tải:
Trong đó A là điện năng sản xuất ra trong thời gian
- Hệ số điền kín đồ thị phụ tải: α =
: là công suất cực đại trong thời gian t
- Hệ số sử dụng công suất đặc: n =
: công suất đặt bằng tổng công suất cực đại của thiết bị
- Thời gian sử dụng công suất cực đại:
Đồ thị phụ tải cấp 110kV
Số đường dây 2x15 km - = 110 kV
- Từ thông số của cấp điện áp 110kV ta tính đƣợc :
STT Thời gian (h) S% S(MVA) P(MW) Q(MVAR)
; P = cosφ; Q = tgφ Đồ thị phụ tải cấp 22kV:
Số đường dây 4x15 km - = 22 kV
- Từ thông số của cấp điện áp 22kV ta tính đƣợc :
STT Thời gian (h) S% S(MVA) P(MW) Q(MVAR)
- Từ thông số của cấp điện áp 22kV ta tính đƣợc :
STT Thời gian (h) S% S(MVA) P(MW) Q(MVAR)
Trạm biến áp thường có hệ số tự dùng, chủ yếu phụ thuộc vào sự hiện diện của nhân viên trực thường xuyên và hệ thống làm mát của máy biến áp, bao gồm quạt và hệ thống bơm dầu, nước cưỡng bức.
Vì thế, bảng tổng hợp đồ thị phụ tải của toàn trạm biến áp nhƣ sau:
STT Thời gian (h) Phụ tải ở cấp điện áp (S theo từng cấp điện áp)
U0KV U"KV Tự dùng Tổng %S
- Từ bảng thông số trên xây dựng đồ thị phụ tải của trạm nhƣ sau:
Hệ số công suất trung bình toàn trạm là:
Tổng công suất toàn trạm là:
Công suất tác dụng toàn trạm là :
Công suất của hệ thống là:
Từ đó ta thấy công suất của hệ thống đáp ứng đủ yêu cầu của phụ tải kể cả trong trường hợp phụ tải cực đại
Dựa vào đồ thị phụ tải của trạm, có thể thấy rằng phụ tải tiêu thụ không đồng đều, với thời gian tiêu thụ cao nhất rơi vào khoảng 8h đến 12h và từ 16h đến 20h Công suất tiêu thụ cực đại đạt 80.5 MVA, trong khi cực tiểu chỉ là 48.5 MVA, cho thấy độ chênh lệch giữa hai giá trị này là khá cao Do đó, khi lựa chọn máy biến áp, cần chú ý đến khả năng quá tải và tuổi thọ của thiết bị.
CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ TRẠM
GIỚI THIỆU VỀ SƠ ĐỒ CẤU TRệC
- Sơ đồ cấu trúc của nhà máy điện và trạm biến áp là sơ đồ diễn tả sự liên quan giữa nguồn,tải và hệ thống điện
- Các yêu cầu chính khi chọn sơ đồ cấu trúc:
Khi thiết kế trạm biến áp, các kỹ sư phân tích và so sánh nhiều phương án khả thi dựa trên ưu nhược điểm của từng phương án Qua đó, họ đánh giá các điều kiện kỹ thuật và kinh tế để lựa chọn phương án tối ưu nhất cho dự án.
CÁC PHƯƠNG ÁN CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRệC
Phương án 1: chỉ láp đặt một máy biến áp
Phương án 2: hai máy biến áp vận hành song song
Phương án 3: chọn 3 máy biến áp vận hành song song
PHÂN TÍCH ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA TỪNG PHƯƠNG ÁN
+ Việc thiết kế và lắp đặt rất đơn giản
+ Chi phí xây dựng ít, diện tích mặt bàng nhỏ
Hệ thống cung cấp điện thích hợp cho các vùng phụ tải không quan trọng (phụ tải loại 3) và có khả năng dự trữ từ các trạm khác để đảm bảo cung cấp điện khi xảy ra sự cố Tuy nhiên, hệ thống này cũng có những khuyết điểm nhất định.
+ Độ tin cậy cung cấp điện không cao
+ Khi bảo trì trạm và máy biến áp bị sự cố thì khu vực phụ tải hoàn toàn bị mất điện
+ Sơ đồ vận hành rõ ràng, linh hoạt
+ Giải quyết đƣợc vấn đề máy biến áp khi gặp sự cố
+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục
+ Thích hợp cho việc cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng
+ Máy biến áp thường làm việc non tải
+ Chi phí xây dựng ban đầu tương đối cao
Phương án III: o Ƣu điểm:
+ Vận hành rõ ràng, linh hoạt
+ Giải quyết đƣợc vấn đề máy biến áp khi gặp sự cố
+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục trong mọi trường hợp
+ Thích hợp cho việc cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng o Khuyết điểm:
+ Máy biến áp thường làm việc non tải
+ Chi phí xây dựng ban đầu tương đối cao
+ Chiếm nhiều diện tích mặt bằng
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
Sau khi phân tích các phương án, phương án 1 có ưu điểm về kinh tế nhưng không đảm bảo tính liên tục trong cung cấp điện Trong khi đó, phương án 2 và 3 mặc dù có chi phí xây dựng cao hơn nhưng lại mang lại nhiều lợi ích vượt trội hơn Do đó, chúng ta sẽ lựa chọn phương án 2 và 3 để khảo sát và so sánh nhằm tìm ra phương án tối ưu nhất cho việc thi công và thiết kế.
Ta gọi: Phương án 2 = phương án I
Phương án 3 = phương án II
CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO CÁC PHƯƠNG ÁN
CHỌN MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong việc truyền tải điện năng giữa các cấp điện áp khác nhau Điện năng được sản xuất tại nhà máy điện được truyền tải qua các đường dây cao thế với các cấp điện áp như 110, 220, và 500 kV đến các khu vực tiêu thụ xa.
- Ở cuối đường dây cao áp lại cần máy biến áp giảm về điện áp thích hợp với mạng phân phối(22,15,0.4Kv)
- Khi sử dụng máy biến áp cần lưu ý những đặc điểm sau:
- Máy biến áp là thiết bị không tự phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng từ cấp này sang cấp khác
Công suất máy biến áp được sản xuất theo tiêu chuẩn quốc gia, trong khi tuổi thọ và khả năng chịu quá tải của nó phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh và phương pháp làm mát được áp dụng.
Khi lựa chọn máy biến áp, cần lưu ý đến khả năng phát triển phụ tải để tránh tình trạng phải thay thế hoặc lắp đặt thêm máy sau khi trạm biến áp vừa hoàn thành, do nhu cầu phụ tải tăng lên.
- MBA hiện nay có nhiều loại:
+ MBA một pha,ba pha
+ MBA hai cuộn dây, ba cuộn dây
+ MBA có cuộn dây phân chia
+ MBA tự ngẫu một pha, ba pha
+ MBA tăng, máy biến áp hạ
+ MBA có và không có điều chỉnh dưới tải
- Hệ thống làm mát máy biến áp
+ Có nhiều phương pháp làm lạnh, mỗi phương pháp yêu cầu diều kiện vận hành nhất định
+ Làm lạnh máy biến áp theo quy luật tự nhiên
+ Làm mát biến áp bằng dầu có thêm quạt để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt và tản nhiệt
+ Làm mát bằng phương pháp tuần hoàn dầu cưỡng bức và có tăng thêm quạt + Làm mát dầu bằng nước
+ Các yêu cầu khi chọn máy bến áp
+ Đảm bảo tính liên tục khi cấp điện
+ An toàn, vốn đầu thấp
+ Dung lƣợng và lƣợng máy trong trạm nên đồng nhất tính đến khả năng quá tải của máy biến áp
1.2 Tính toán và chọn máy biến áp:
- Chọn công suất máy biến áp:
Trong phương án này, công suất máy biến áp được xác định dựa trên điều kiện một máy ngừng hoạt động, trong khi máy còn lại phải có khả năng chịu tải quá tải sự cố cho phép, vượt quá công suất cực đại của phụ tải.
- Máy biến áp đặt ngoài trời nên K qtsc 1.4
Do đó ta chọn máy biến áp có công suất định mức là 63 MVA
S (MVA) t(h) Đồ thị phụ tải
+ Kiểm tra điều kiện quá tải:
Từ đồ thị phụ tải với SdmBc MVA thì tổng thời gian quá tải là 9 h lớn hơn 6 h
Các bước tính toán với S dnB 5 MVA và kết quả thu được ghi trong bảng sau:
Xác định K 2 bằng cách đẳng trị vùng có K i > 1 max max
Kết luận: ta thấy mặt dù thời gian quá tải lớn hơn 6 h nhƣng K 1 ,K 2 thoã điều kiện nên máy biến áp này chấp nhận đƣợc
+ Các thông số của máy biến áp:
-Máy biến áp do Đông Anh chế tạo -Số lƣợng: 2 máy
-Công suất định mức: SdnB = 63MVA -Tổn hao không tải: 31 Kw
-Tổn hao ngắn mạch: 225 Kw -Điện áp ngắn mạch: 14 % -Trọng lƣợng(có dầu): 100 tấn
1.3 Tính toán và chọn máy biến áp:
- Trong phương án này công suất máy biến áp dược chọn theo công thức
- Kiểm tra điều kiện khi một máy nghỉ 2 máy còn lại với khả năng quá tải sự cố có thể tải đƣợc công suất cực đại của phụ tải
Do đó ta chọn máy biến áp có công suất định mức là 35MVA
Máy biến áp có công suất danh định 35 MVA, trong trường hợp một máy gặp sự cố, hai máy còn lại sẽ đảm nhiệm nhiệm vụ duy trì cung cấp điện cho phụ tải Tổng công suất của hệ thống máy biến áp trong tình huống này vẫn đạt 35 MVA.
Đồ thị phụ tải với S dmB = 35 MVA luôn lớn hơn công suất tối đa của phụ tải, cho thấy rằng hai máy biến áp còn lại có khả năng vận hành liên tục và bền vững, ngay cả khi một máy gặp sự cố.
- Vì thế cho nên ta không cần xét đến khả năng quá tải của máy biến áp
Vậy máy biến áp có S dmB = 10MVA thoã mãn các điều kiện sự cố
+ Các thông số của máy biến áp:
-Máy biến áp do SIEMENS chế tạo -Số lƣợng: 3 máy
-Công suất định mức: SdmB = 35 MVA -Tổn hao không tải: 24 Kw
-Tổn hao ngán mạch: 160 Kw -Điện áp ngắn mạch: 14%
-Trọng lƣợng (có dầu): 72,5 tấn -Đơn giá: 240000USD
SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO CÁC PHƯƠNG ÁN
Sơ đồ nối điện là hình vẽ thể hiện mối quan hệ giữa các thiết bị và khí cụ điện, có chức năng nhận điện từ các nguồn và phân phối đến các phụ tải cùng cấp điện áp.
- Sơ đồ nối điện thoã mãn các yêu cầu sau:
+ Tính đảm bảo liên tục cung cấp điện
2.2 Một số sơ đồ nối điện cơ bản
- Sơ đồ hệ thống một thanh góp:
Sơ đồ này có đặc điểm nổi bật là tất cả các phần tử được kết nối vào thanh góp chung, với mỗi phần tử đi kèm một máy cắt liên lạc Hai bên máy cắt thường được trang bị dao cách ly, điều này giúp tăng cường tính an toàn và linh hoạt trong hệ thống điện.
- Đơn giản, rõ ràng, mỗi phần tử đƣợc thiết kế riêng cho mạch đó.Khi sữa chữa mạch này không ảnh hưởng trực tiếp đến mạch khác o Khuyết điểm:
- Khi có sự cố trên thanh góp tất cả các phần tử nối vào thanh góp bị mất điện
Sơ đồ hệ thống một thanh góp chỉ thích hợp cho các yêu cầu cung cấp điện không cao, đặc biệt là cho các hộ tiêu thụ loại 3 Để nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện, cần thực hiện các biện pháp cải tiến cho sơ đồ này.
- Đặc điểm: thanh góp đƣợc chia thành nhiều phân đoạn bằng máy cắt và dao cách ly
- Khi sữa chữa chỉ tiến hành cho từng phân đoạn, việc cung cấp điện đƣợc chuyển cho phân đoạn kia
Khi xảy ra sự cố trên một phân đoạn, máy cắt tại phân đoạn đó sẽ tự động ngắt điện cùng với máy cắt của các mạch liên quan, trong khi các phân đoạn còn lại vẫn tiếp tục cung cấp điện ổn định.
- Với những ƣu điểm trên thì sơ đồ này đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong các trạm biến áp cũng nhƣ nhà máy điện
- Sơ đồ hệ thống 2 thanh góp
- Đặc điểm của sơ đồ này là có hai hệ thống thanh góp đồng thời Hai hệ thống thanh góp có giá trị nhƣ nhau
Hệ thống thanh góp bao gồm một thanh góp làm việc và một thanh góp dự phòng, với các phần tử nối vào thanh góp làm việc thông qua máy cắt và dao cách ly Khi dao cách ly của thanh góp làm việc đóng và dao cách ly của thanh góp dự phòng mở, sơ đồ hoạt động tương đương với một hệ thống thanh góp không phân đoạn Chế độ làm việc này mang lại nhiều ưu điểm, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
- Khi một thanh góp bị sự cố, hay sữa chữa thì toàn bộ đƣợc chuyển sang thanh góp thứ 2, chỉ mất điện trong thời gian ngắn
Khi sửa chữa máy cắt, hãy sử dụng máy cắt lên lạc thay cho máy cắt hiện tại bằng cách chuyển đường đi qua thanh góp thứ hai.
- Đồng thời làm việc cả hai thanh góp, các mạch tải đƣợc phân bố đều trên hai thanh góp o Khuyết điểm:
Sơ đồ này có cấu trúc phức tạp trong việc xây dựng và vận hành, đặc biệt là khi có nguy cơ đóng nhầm dao cách ly, có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng Nó chỉ được áp dụng cho điện áp cao từ 110KV trở lên và khi có nhiều đường dây Đây là nơi tập trung của nhiều nguồn điện lớn.
2.3 Chọn sơ đồ nối điện cho các phương án
Dựa vào các sơ đồ nối điện cơ bản và yêu cầu cụ thể của từng sơ đồ, chúng ta có thể lựa chọn sơ đồ nối điện phù hợp cho các phương án khác nhau.
TÍNH TOÁN DÕNG ĐIỆN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN MÁY CẮT
TÍNH TOÁN DÕNG ĐIỆN NGẮN MẠCH
- Ngắn mạch là hiện tƣợng các pha chập nhau hay các pha chạm với đất, nói cách khác ngắn mạch là hiện tƣợng các mạch bị nối tắt
- Ngắn mạch là hiện tượng nghiêm trọng thường xảy ra trong hệ thống điện
Mục đích của việc tính toán dòng ngắn mạch là để lựa chọn các khí cụ điện và phần dẫn điện phù hợp Để đạt được điều này, cần phải dự đoán các tình trạng ngắn mạch có thể xảy ra Mặc dù có nhiều phương pháp tính toán dòng ngắn mạch, nhưng trong trường hợp này, chỉ sử dụng phương pháp cơ bản là đủ.
- Trong thực tế thường gặp các dạng ngắn mạch
+ Ngắn mạch 1 pha ( thường xảy ra trong hệ thống điện)
+ Ngắn mạch 2 pha chạm đất
1.2 Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch o Nguyên nhân:
+ Do các thiết bị vận hành lâu ngày có cách điện không tốt, chập điện giữa 2 vật dẫn điện khác
+ Do sét đánh vào đường dây, thiết bị phân phối ngoài trời o Hậu quả:
+ Sự xuất hiện hồ quang làm hỏng cách điện, kết dính vật dẫn gây cháy nổ và nguy hiểm đến tính mạng con người và thiết bị
+ Quá nhiệt gây hƣ hỏng và đốt nóng thiết bị
+ Làm biến dạng thanh góp, đứt dây dẫn, phá nổ thiết bị
+ Làm mất ổn định hệ thống điện nếu sự cố lớn có thể làm tan rã hệ thống điện
1.3 Phương pháp tính ngắn mạch
Việc xác định chính xác trị số dòng điện ngắn mạch là một thách thức lớn Do đó, trong thực tế, để tính toán dòng điện ngắn mạch, người ta thường phải chấp nhận một số giả thiết nhất định.
- Ta tính dòng ngắn mạch 3 pha, vì thường dòng ngắn mạch 3 pha lớn hơn dòng ngắn mạch 2 pha và một pha
- Khi tính toán ngắn mạch trong hệ thống có U > 1000V có thể bỏ qua thành phần điện trở R, chỉ xét kháng điện X Vì X thường rất lớn so với R
- Khi mạng điện có U < 1000V mới xét dến R
- Thời gian tồn tại ngắn mạch bằng thời gian bảo vệ rơle (t bv ) và thời gian máy cắt làm việc (tmc) t N = t bv + t mc
- Có thể xem dòng ngắn mạch không đổi trong thời gian tồn tại ngắn mạch đó
Trong đó: I ” : dòng điện quá độ
I t : dòng ngắn mạch tại thời điểm t
I od : dòng ngắn mạch ổn định
Trong hệ tương đối, tính ngắn mạch với công suất cơ bản (S cb) và điện áp cơ bản (U cb) cho phép suy ra dòng điện cơ bản Khi chỉ có một hoặc hai cấp điện áp, việc tính toán trong hệ có tên sẽ trở nên đơn giản và chính xác hơn.
3 3.23 cb d cb cb cb cb
- Xác định điện kháng của các phần tử trong sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối cơ bản:
Máy biến áp 2 cuộn dây:
1.4 Tính toán ngắn mạch cho trạm
- Khi tính toán ngắn mạch cho mạng điện có U > 1000V ta cần giả thiết:
- Bỏ qua điện trở R mà chỉ xét kháng điện X
- Tất cả các sức điện động đều cùng pha
- Sức điện động các nguồn ở xa điểm ngắn mạch xem nhƣ không đổi
- Không xét đến phụ tải
- Bỏ qua dòng từ hoá trong máy biến áp
- Dòng ngắn mạch không đổi trong thời gian ngắn mạch
- Điện kháng trên 1Km đường dây
CHỌN MÁY CẮT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN
2.1 Yêu cầu và điều kiện chọn máy cắt
Máy cắt điện là thiết bị điện quan trọng, được sử dụng để đóng và cắt các phần tử trong hệ thống điện như máy phát, máy biến áp và đường dây Thiết bị này hoạt động hiệu quả trong cả điều kiện bình thường và khi xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống điện.
Khi lựa chọn máy cắt, cần chú ý đến các điều kiện để đảm bảo việc vận hành và bảo dưỡng dễ dàng Một trong những yếu tố quan trọng là chọn máy cắt phù hợp với cấp điện áp của lưới điện, như dmMC và dmHT.
+ Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch
I nh ,t nh : dòng điện ổn dịnh nhiệt, thời gian ổn định nhiệt
I T : dòng ngắn mạch ổn định, thời gian tác dụng nhệt tương đương
T td : phụ thuộc vào thời gian ngắn mạch và tỉ số giữa dòng siêu quá độ và dòng ngắn mạch ổn định ( I N /I )
Vì trạm biến áp ở xa nguồn nên: I N I 1
Thời gian ngắn mạch phụ thuộc vào thời gian tác động của bảo vệ rơle và máy cắt
Tra đồ thị T td f t( , ) , ta dƣợc T td 0.2s
I t B I T I T Đối với máy có dòng điện định mức trên 1000A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt
+ Ổn định động khi ngắn mạch ldd xk i i i ldd : dòng ngắn mạch xung kích cho phép
2.2 Chọn máy cắt cho các phương án
Dòng điện cưỡng bức trên đường dây nối với hệ thống
S maxT : công suất cực đại của trạm
S maxT : Tổng công suất của 2 đường dây nối với trạm khác
Dòng điện cưỡng bức trên đường dây nối đến trạm khác
Dòng điện cƣỡng bức qua máy biến áp max 90.000 472,37
Trong luận văn này, việc lựa chọn máy cắt cho cấp điện áp 110KV được thực hiện dựa trên các thông số định mức tương đồng và cùng loại Do đó, quá trình tính toán được tiến hành dựa trên thông số thiết bị có giá trị lớn nhất để đưa ra lựa chọn chung.
Dòng ngắn mạch xung kích
Từ kết quả trên ta chọn đƣợc máy cắt SF6 có các thông số sau:
Hãng sản xuất AEG Điện áp định mức 110KV
Dòng điện cắt định mức 40KA
Dòng ổn định động 50KA Đơn giá 21420USD
Kiểm tra máy cắt đã chọn theo các điều kiện: max
50 18.15 dmMC dmHT dmMC cb dmC N ldd xk
Do I dmMC 1250A1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt
Vậy máy cắt đã chọn đạt yêu cầu
Tại phía 22KV, chúng ta sử dụng máy cắt hợp bộ cho lộ tổng máy biến áp, phân đoạn và các lộ xuất tuyến Loại máy cắt này được chế tạo từ nhiều mô-đun ghép lại với nhau, mang lại hiệu quả và tính linh hoạt cao trong hệ thống điện.
- Chọn máy cắt cho lộ tổng và phân đoạn 22KV:( 2 máy cho lộ tổng và 1 máy cho phân đoạn)
Dòng điện cƣỡng bức lớn nhất qua máy cắt được xác định khi một máy biến áp gặp sự cố, trong khi máy còn lại phải tải hết công suất của phụ tải, với giá trị tối đa lên đến 90.000 A.
Dòng ngắn mạch xung kích xk 7, 4
Từ các kết quả trên ta chọn máy cắt SF6 đặt trong nhà có các thông số sau:
Hãng sản xuất SEMENS Điện áp định mức 24KV
Dòng điện cắt định mức 40KA
Dòng ổn định động 110KA Đơn giá 36000USD
Kiểm tra máy cắt đã chọn theo các điều kiện: max
110 7, 4 dmMC dmHT dmMC cb dmC N ldd xk
Do I dmMC 2500A1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt
Vậy máy cắt đã chọn đạt yêu cầu
Chọn máy cắt cho phát tuyến 22KV(8 phát tuyến)
Dòng điện cƣỡng bức qua máy cắt phát tuyến đƣợc tính: max 90.000
Dòng ngắn mạch xung kích
Từ các kết quả trên ta chọn máy cắt SF6 đặt trong nhà có các thông số sau:
Hãng sản xuất SEMENS Điện áp định mức 24KV
Dòng điện cắt định mức 25KA
Dòng ổn định động 63KA Đơn giá 24500USD
Kiểm tra máy cắt đã chọn theo các điều kiện: max
63 35, 49 dmMC dmHT dmMC cb dmC N ldd xk
Do I dmMC 1250A1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt
Vậy máy cắt đã chọn đạt yêu cầu
Tương tự như ở phương án I ta chọn máy cắt SF6 có các thông số kỹ thuật sau:
Hãng sản xuất AEG Điện áp định mức 110KV
Dòng điện cắt định mức 40KA
Dòng ổn định động 50KA Đơn giá 21420USD
Chọn máy cắt cho lộ tổng máy biến áp và phân đoạn 22 KV( 3 máy cho lộ tổng, 3 máy cho phân đoạn)
Dòng điện cƣỡng bức lớn nhất qua máy cắt được xác định khi một máy biến áp (MBA) gặp sự cố, trong khi hai máy còn lại phải tải hết công suất cực đại của phụ tải, với giá trị tối đa là 90.000 A.
Dòng ngắn mạch xung kích
Từ các kết quả trên ta chọn máy cắt SF6 đặt trong nhà có các thông số sau:
Chọn máy cắt cho phát tuyến 22KV(8 phát tuyến)
Dòng điện cƣỡng bức qua máy cắt phát tuyến đƣợc tính: max 90.000
Dòng ngắn mạch xung kích
Từ các kết trên ta chọn máy cắt SF6 đặt trong nhà có các thông số sau:
Hãng sản xuất SEMENS Điện áp định mức 24KV
Dòng điện cắt định mức 40KA
Dòng ổn định động 110KA Đơn giá 36000USD
Hãng sản xuất SEMENS Điện áp định mức 24KV
Dòng điện cắt định mức 25KA
Dòng ổn định động 63KA Đơn giá 24500USD
TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA
TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA
- Khi MBA vận hành, bản thân nó tiêu thụ một lƣợng công suất P B gọi là tổn thất qua MBA và đƣợc xác định theo biểu thức:
S dmB : công suất định mức của MBA
S t : công suất truyền qua đồ thị phụ tải qua các cuộn dây MBA
1.2 Tổn thất điện năng trong MBA 3 pha 2 cuộn dây
- Khi không có đồ thị phụ tải:
- Khi có đồ thị phụ tải xác định theo biểu thức
Trong đó: n: số MBA làm việc song song t : thời gian làm việc của máy biến áp(giờ)
S i :công suất của n MBA tương ứng với thờ gian ti
:thời gian tổn thất công suất cực đại phụ thuộc vào thời gian sử dụng công suất cực T max đại vàcos max max max i i
1.3 Tính tổn thất điện năng cho các phương án
Máy biến áp do Đông anh chế tạo
Công suất định mức: S dnB = 63MVA
Tổn hao không tải: 31Kw
Tổn hao ngắn mạch: 225Kw Điện áp ngắn mạch: 14%
Trọng lượng của thiết bị là 54 tấn với đơn giá 504.000 USD Áp dụng công thức tính tổn thất điện năng cho máy biến áp ba pha hai cuộn dây, tổn thất điện năng trong một năm cho phương án I được xác định.
Các thông số của máy biến áp
Máy biến áp do SIEMENS chế tạo
Công suất định mức: SdmB = 25MVA
Tổn hao không tải: 13Kw
Tổn hao ngán mạch: 42Kw Điện áp ngắn mạch: 9,6%
Trọng lƣợng (có dầu): 39 tấn Đơn giá: 200.000USD
TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT
Trong thiết kế trạm biến áp, việc lựa chọn phương án hợp lý được thực hiện dựa trên phân tích toàn diện về các yếu tố kinh tế và kỹ thuật.
- Về kinh tế: vốn đầu tƣ và chi phí vận hành hàng năm thấp
Hệ thống cung cấp điện có độ tin cậy cao, vận hành thuận tiện và tự động hóa tốt, đảm bảo đáp ứng đầy đủ nhu cầu phụ tải hiện tại đồng thời có khả năng dự trữ cho tương lai.
So sánh và phân tích các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật là bước quan trọng giúp lựa chọn phương án thiết kế hợp lý nhất Việc đánh giá các phương án dựa trên các tiêu chí này sẽ đảm bảo tính hiệu quả và tối ưu hóa nguồn lực trong quá trình thực hiện dự án.
2.2 Tính toán kinh tế kỹ thuật, so sánh các phương án
Tổng vốn đầu tư của phương án
V B : giá tiền MBA k B : hệ số tính đến chi phí chuyên chở và xây lắp
V TBPP : giá tiền chi phí để xây dựng thiết bị phân phối điện
Phí tổn vận hành hàng năm P
Do tổn thất điện năng qua MBA
: giá thành điện năng tiêu thụ
Chi phí bảo quản thiết bị khấu hao vốn đầu tƣ
Chi phí bồi thường thệt hại do mất điện: Y
Khi sơ bộ phân tích ta không xét đến Y
Đánh giá kỹ thuật của một phương án là một vấn đề phức tạp, chịu ảnh hưởng bởi quan điểm, kinh nghiệm, thời điểm và thực tế của từng quốc gia.
So sánh kinh tế-kỹ thuật
Phương án được đánh giá có kỹ thuật tốt hơn nhưng không hiệu quả về mặt kinh tế Thực tế lại cho thấy điều ngược lại Do đó, quyết định lựa chọn phương án nào cần dựa vào hàm chi phí C.
Xét trường hợp xây dựng trong một năm
Tổng chi phí tính toán của phương án được tính theo công thức
P: phí tổn vận hành hàng năm
V: vốn đầu tư của phương án
P V :hệ số hiệu quả sử dụng vốn đầu tƣ (P v =0.12)
Vậy tổng vốn đầu tư của phương án là:
Phương án tối ưu nhất là phương án có hàm chi phí C nhỏ nhất
Bảng hệ số K B phụ thuộc vào điện áp, công suất MBA
Thông số MBA Điện áp cuộn cao(KV) 35 110 220
Công suất định mức(MVA) 16 >16 32 >32 160 >160
2.3 Tính toán chi phí kinh tế cho từng phương án
Loại thiết bị Tên thiết bị
Giá thành (USD) (8USD/KVA)
Hàm chi phí khi sử dụng phương án I:
U caodm 0KV; S dmB c MVA>32MVA
Giá tiền chi phí dể xây dựng thiết bị phân phối (chỉ tính máy cắt)
Tổn thất vận hành hàng năm:
Do tổn thất điện năng qua MBA
0,05 = 28.838,18 USD Chi phí bảo quản thiết bị khấu hao vốn đầu tƣ
Tổng chi phí tính toán:
Hàm chi phí khi sử dụng phương án II:
Vốn đầu tư của phương án:
U caodm 0KV; S dmB 0MVA2)
Một nhóm cột tạo thành một đa giác, và phạm vi bảo vệ được xác định bởi toàn bộ miền đa giác cùng với phần giới hạn bao ngoài, tương tự như từng đôi cột h2.
Vật có độ cao h x nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ đƣợc bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D 8 h a = 8 (h - h x ) Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần đƣợc hiệu chỉnh theo p
PHẠM VI BẢO VỆ CỦA DÂY THU SÉT
3.1 Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét
Phạm vi bảo vệ của dây thu sét rất rộng, và chiều rộng của khu vực bảo vệ này phụ thuộc vào chiều cao lắp đặt Hình vẽ minh họa cho thấy mối quan hệ giữa chiều cao và phạm vi bảo vệ, giúp người dùng hiểu rõ hơn về hiệu quả của dây thu sét trong việc bảo vệ công trình khỏi sét đánh.
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần đƣợc hiệu chỉnh theo p
3.2 Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện s < 4h Với khoảng cách s trên thì dây có thể bảo vệ đƣợc các điểm có độ cao
Phạm vi bảo vệ nhƣ hình vẽ
Hình 9.2.6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét h
Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét được xác định bởi phần ngoài giống như hình dạng của dây, trong khi phần bên trong được giới hạn bởi một vòng cung đi qua ba điểm: hai điểm treo dây thu sét và một điểm có độ cao nhất.
MÔ TẢ TRẠM BIẾN ÁP CẦN BẢO VỆ
- Trạm biến áp: Trạm 110/22 kV
+ Phía 110kV 6 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng, đƣợc cấp điện từ 2 máy biến áp (T1, T2)
+ Phía 22 kV 8 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng, đƣợc cấp điện từ 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2)
Trạm 110 kV có diện tích 34.500 m², với độ cao xà cần bảo vệ là 6m và 5m Các cột thu sét có độ cao 34m, đảm bảo phạm vi bảo vệ hiệu quả cho hệ thống điện Phạm vi bảo vệ của cột thu sét độc lập là một yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ an toàn cho trạm điện.
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 5 m h x 5m 2 2.34 22, 6
Do chiều cao cột thu sét là 34m >30m nên ta nhân cho hệ số điều chỉnh
=> bán kính bảo vệ ở độ cao 5m là r x 1 0,94 41, 625 39,1
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 6 m h x 6m 2 2.21 22, 6
=> bán kính bảo vệ ở độ cao 5m là r x 2 0,94 39, 75 37,36
THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM
CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
Trạm biến áp ngoài trời có điện áp từ 110KV trở lên cần thiết phải trang bị hệ thống thu sét đặt trên kết cấu công trình, với trung tính trực tiếp nối đất Hệ thống này phải đảm bảo khả năng chịu dòng ngắn mạch lớn, trên 500kA Theo quy phạm, điện trở nối đất an toàn của trạm phải đạt yêu cầu R ≤ 0,5 Ω.
Phần nối đất cần thiết kế phải là nối đất nhân tạo với điện trở tản được ký hiệu là R nt Theo quy phạm đã nêu, tổng điện trở tản của toàn bộ hệ thống nối đất phải đáp ứng yêu cầu tn, trong đó tn nt phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 tn nt.
R tn ,R nt : điện trở tản tự nhiên và nhân tạo
- Qui định R nt 1 nhằm tăng cường an toàn và dự phòng cho các trường hợp kh hệ thống nối đất thay đổi tn nt nt 1 tn nt
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào vai trò của điện trở nối đất trong hệ thống "Dây chống sét (DCS)- cột" của đường dây truyền tải đấu vào trạm (RCS-C) Điện trở này đóng vai trò là điện trở đầu vào của mạch điện, được hình thành từ điện trở nối đất của các cột điện và điện trở tác dụng của đoạn dây chống sét nối giữa hai cột.
- Đối với đường dây truyền tải có DCS đặt trên toàn tuyến thì số cột có đặt DCS (m>20) nên có thể tính gần đúng
- Đối với đường dây chỉ đặt DCS ở đoạn gần trạm, thường m
