Thiết kế trạm biến áp Tân Thới Hiệp - Khóa luận tốt nghiệp

Chương 2 đồ thị phụ tải ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TÂN THỚI HIỆP SINH VIÊN TRẦN MỸ NGỌC MSSV 16077821 SINH VIÊN NGUYỄN TRỌNG HIẾU MSSV 16071951 LỚP DHDI12AVL GVHD THS NGUYỄN QUÂN TP HCM, NĂM 2017 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết kế trạm biến áp GVHD ThS Nguyễn Quân Trang 1 SVTH Trần Mỹ Ngọc Nguyễn Trọng Hiếu PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài (1) Trần Mỹ Ngọc, MSSV 16077821 (2) Nguyễn.

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 thụ qua dây dẫn Trong quá trình này, tổn thất điện năng xảy ra, vì vậy điện cần được nâng lên mức cao áp trước khi truyền đi xa và hạ xuống điện áp thấp hơn 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 thiết bị chuyển đổi điện áp giữa các cấp khác nhau theo nhu cầu sử dụng, đồng thời cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối điện năng đến các phụ tải.

Người ta phân loại trạm theo:

- Trạm biến áp tăng: đặt ở các nhà máy điện làm nhiệm vụ tăng từ cấp điện áp máy phát lên cấp điện áp truyền tải

Trạm biến áp hạ áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, được đặt gần các phụ tải để thực hiện chức năng biến đổi điện áp từ cấp truyền tải xuống cấp phân phối, đáp ứng nhu cầu sử dụng của các thiết bị tiêu thụ điện.

- Trạm biến áp trung gian: làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lưới điện khác nhau

Trạm biến áp khu vực: đƣợc cấp điện từ mạng chính cung cấp cho các khu vực lớn: thành phố, khu công nghiệp…

Trạm biến áp địa phương: được cấp điện từ mạng phân phối cấp điện cho các địa phương, nhà máy xí nghiệp nhỏ…

Cấu trúc của trạm biến áp

1.3.1 Các thành phần chính của trạm biến áp

- Máy biến áp(MBA) trung tâm

- Hệ thống thanh cái, dao cách ly

- Hệ thống bảo vệ rơle

- Hệ thống chống sét nối đất

- Hệ thống điện tự dùng

- Khu vực phòng điều hành

- Khu vực phòng phân phối

1.3.2 Những vấn đề chính khi chọn vị trí đặt trạm

- Thuận tiện trong giao thông

- Đặt ở những nơi khô ráo

- Tránh các vùng đất dễ bị sạt lỡ

- Tránh xa các khu vực dễ gây cháy nổ

Yêu cầu khi thiết kế

- Đảm bảo chất lƣợng điện năng

- Độ tin cậy cao( tuỳ theo tính chất loại phụ tải)

- An toàn cho người và thiết bị

- Thuận tiện sữa chữa vận hành

Khái niệm

Phụ tải điện bao gồm các thiết bị hoặc nhóm khu vực với nhiều thiết bị tiêu thụ điện năng, nhằm chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác nhau như quang năng, nhiệt năng, cơ năng và hóa năng.

 Phụ tải điện biễu diễn dưới dạng tổng quát:

+ P : công suất tác dụng đơn vị đo lường là:

Oát W Kilô Oát KW = 10 3 W Mega Oát MW = 10 3 KW = 10 6 W + Q : Công suất phản kháng, đơn vị đo lường là VAR, KVAR; MVAR

+ S : Công suất biển biến, đơn vị đo lường VA, KVA, MVA

Q = Ssin Điện năng là công suất tiêu thụ trong thời gian T

P(t)dt =  PiTi Đơn vị đo lường là Oát giờ Wh; KWh; MWh

 Phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu, phụ tải có thể phân loại theo tính chất:

+ Phụ tải động lực: cung cấp cho các động cơ điện

+ Phụ tải nông nghiệp: Cung cấp cho các khu vực nông nghiệp

+ Phụ tải sinh hoạt: cung cấp cho các vùng dân cƣ

 Phân loại theo độ tin cậy cung cấp điện:

Loại I bao gồm các hộ tiêu thụ điện mà việc gián đoạn cung cấp điện có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh Quốc gia, tác động đến các cơ quan trọng yếu của Nhà nước, gây nguy hiểm đến tính mạng con người và dẫn đến tổn thất lớn về kinh tế.

Loại II bao gồm các hộ tiêu thụ điện mà việc gián đoạn cung cấp điện có thể gây ra thiệt hại kinh tế lớn, làm rối loạn các quy trình công nghệ phức tạp và ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thành phố.

+ Loại III: là những hộ tiêu thụ không thuộc hai loại trên

Khi thiết kế cung cấp điện cho các phụ tải điện cần chú ý nhƣ sau:

Hộ tiêu thụ điện loại I cần được cung cấp điện từ ít nhất hai nguồn độc lập và một nguồn dự phòng tại chỗ Việc ngừng cung cấp điện chỉ được cho phép trong thời gian tự động chuyển sang nguồn dự phòng Nguồn điện dự phòng có thể là trạm cố định hoặc di động với máy phát điện hoặc bộ lưu động, nhằm đảm bảo tính ổn định và yếu tố kinh tế cao trong đầu tư.

Hộ tiêu thụ điện loại II cần được cung cấp điện từ ít nhất một nguồn chính và một nguồn dự phòng Trong trường hợp cần thiết, việc ngừng cung cấp điện để chuyển sang nguồn dự phòng là cho phép.

+ Hộ tiêu thụ điện loại III đƣợc phép ngừng cung cấp điện trong thời gian sửa chữa hoặc xử lý sự cố

Mức tiêu thụ điện năng thay đổi theo thời gian, và quy luật biến thiên của phụ tải được thể hiện qua đồ thị phụ tải Trục tung của đồ thị này có thể biểu diễn công suất tác dụng, công suất phản kháng hoặc công suất biểu kiến, 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 phân bố tối ưu công suất cho các nhà máy điện và xác định mức tiêu hao nhiên liệu Đặc biệt, 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

Đồ thị phụ tải thể hiện mối quan hệ giữa công suất phụ tải (S, P, Q) theo thời gian t Năm 2009, khảo sát nhu cầu sử dụng điện tại khu vực trạm biến áp Tân Thới Hiệp cho thấy Smax đạt 25.6 MVA Việc phân tích đồ thị phụ tải hằng ngày của trạm là rất quan trọng cho thiết kế và vận hành hệ thống điện Bằng cách hiểu rõ đồ thị phụ tải toàn hệ thống, chúng ta có thể lựa chọn máy biến áp tối ưu nhất.

Xây dựng đồ thị phụ tải

Bảng tổng hợp phân bố công suất giờ của phụ tải: giờ %P max P(MW) Q(MVAr) S(MVA) S td (MVA) S ∑ (MVA)

* Đồ thị phụ tải công suất P(MW)

Thông số của phụ tải:

Công suất tự dùng S TD = 0,3MVA

Từ bảng tổng hợp trên xây dựng đƣợc đồ thị phụ tải của toàn trạm:

Xác định T max ,  max

Từ đồ thị phụ tải suy ra các thời gian đặc trƣng:

- Thời gian sử dụng công suất cực đại T max

- Thời gian tổn thất công suất cực đại  max

* Tính T max theo công thức:

Suy ra T max nam  T max ngay 365(giờ/năm)

* Tính  max theo công thức:

Suy ra  max nam   max ngay 365 (giờ/năm)

* Xác định thời gian sử dụng công suất cực đại:

* Xác định thời gian tổn thất công suất cực đại  max :

Giới thiệu về sơ đồ cấu trúc

- 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:

+ Có tính khả thi + Linh hoạt + Hiện đại + Đảm bảo kỹ thuật + Phát triển về sau + Kinh tế

Khi thiết kế trạm biến áp, các kỹ sư thường xem xét nhiều phương án khả thi bằng cách phân tích ưu và nhược điểm của từng phương án Họ so sánh 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 trúc

 Phương án 1: chỉ lắp 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

Hình 3.3.122KV 110KVHEÄ THOÁNG

- Việc thiết kế và lắp đặt rất đơn giản

- Chi phí xây dựng ít, diện tích mặt bàng nhỏ

Cung cấp điện cho các vùng phụ tải không quan trọng (phụ tải loại 3) là một giải pháp hiệu quả, đặc biệt khi có nguồn dự trữ từ các trạm khác sẵn sàng hỗ trợ khi xảy ra sự cố.

- 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

- 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

- 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 cho thấy lợi thế về mặt kinh tế nhưng lại không đảm bảo tính liên tục trong việc cung cấp điện.

Mặc dù phương án 2 và 3 có chi phí xây dựng cao hơn, nhưng chúng lại mang nhiều ưu điểm vượt trội so với phương án 1 Vì vậy, chúng ta sẽ tiến hành khảo sát và so sánh hai phương án này để xác định phương án tối ưu nhất cho thi công và thiết kế.

Ta gọi: phương án 2 = phương án I

Phương án 3 = phương án II

Chọn máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, có chức năng truyền tải điện năng giữa các cấp điện áp khác nhau Điện năng được sản xuất từ nhà máy điện sẽ được truyền tải qua các đường dây cao thế như 110, 220, và 500KV đến nơi tiêu thụ Tại điểm cuối của đường dây cao áp, máy biến áp sẽ giảm điện áp xuống mức phù hợp cho mạng phân phối, thường là 22, 15, hoặc 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 của máy biến áp được sản xuất theo tiêu chuẩn riêng của từng quốc gia Tuổi thọ và khả năng quá tải của máy biến áp phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh cũng như phương pháp làm lạnh 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 đổi hoặc bổ sung máy ngay sau khi xây dựng trạm biến áp, khi 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

4.1.2 Tính toán chọn máy biến áp cho trạm Tân Thới Hiệp

 Phương án I: Đồ thị phụ tải của trạm:

Chọn công suất máy biến áp:

Trong phương án này, công suất máy biến áp được lựa chọn dựa trên điều kiện một máy ngừng hoạt động trong khi máy còn lại phải có khả năng chịu quá tải cho phép, đảm bảo tải lớn hơn 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 20MVA

+ Kiểm tra điều kiện quá tải:

Từ đồ thị phụ tải với S dmB MVA thì tổng thời gian quá tải là 7 h lớn hơn 6 h

Các bước tính toán với S dnB 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 SIEMENS chế tạo

Công suất định mức: S dnB = 20MVA

Tổn hao không tải: 20kW

Tổn hao ngắn mạch: 56kW Điện áp ngắn mạch: 9,6%

Trọng lƣợng(có dầu): 54 tấn Đơn giá: 320000USD

 Phương án 2: Đồ thị phụ tải của trạm:

3 máy biến áp vận hành song song:

- Trong phương án này công suất máy biến áp dược chọn theo công thức max 25.6

Khi kiểm tra điều kiện hoạt động của một máy trong hệ thống, cần đảm bảo rằng hai máy còn lại có khả năng chịu tải tối đa mà không gặp sự cố quá tải Điều này giúp đảm bảo rằng công suất cực đại của phụ tải vẫn được đáp ứng một cách an toàn và hiệu quả.

Do đó ta chọn máy biến áp có công suất định mức là 10MVA

Khi xảy ra sự cố với một máy biến áp có công suất danh định 10MVA, hai máy biến áp còn lại sẽ đảm nhiệm vai trò duy trì cung cấp điện cho phụ tải Tổng công suất khả dụng của hệ thống máy biến áp lúc này đạt 20MVA.

Dựa vào đồ thị phụ tải với SdmB = 20MVA lớn hơn công suất tối đa của phụ tải, có thể khẳng định rằng hai máy biến áp còn lại sẽ luôn duy trì hoạt động ổn định và liên tục ngay cả khi một máy gặp sự cố Điều này cho thấy sự đảm bảo về độ tin cậy trong hệ thống điện.

- Vì thế cho nên ta không cần xét đến khả năng quá tải của máy biến áp

Vậy máy biến áp có SdmB = 10MVA thoã mãn các điều kiện sự cố

*Các thông số của máy biến áp:

Công suất định mức: S dmB = 10MVA

Tổn hao ngán mạch: 42kW Điện áp ngắn mạch: 9,6%

Trọng lƣợng (có dầu): 39 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 cho 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

4.2.2 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 một thanh góp chung, với mỗi phần tử đi kèm một máy cắt liên lạc Thêm vào đó, hai bên của máy cắt thường được trang bị dao cách ly để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hệ thống.

 Ƣu điểm: 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

 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 phù hợp cho các hộ tiêu thụ loại 3 với yêu cầu cung cấp điện không cao Để nâng cao độ tin cậy trong việc cung cấp điện, có thể cải thiện sơ đồ này bằng cách phân đoạn thanh góp sử dụng máy cắt và dao cách ly.

- 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 tại một phân đoạn, máy cắt của phân đoạn đó sẽ tự động cắt điện cùng với các máy cắt của các mạch trong phân đoạn, trong khi các phân đoạn còn lại vẫn tiếp tục cung cấp điện bình thường.

- 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 hoạt động bao gồm một thanh góp chính và một thanh góp dự phòng, với các phần tử nối vào thanh góp chính thông qua máy cắt và dao cách ly Khi dao cách ly của thanh góp chính đóng và dao cách ly của thanh góp dự phòng mở, sơ đồ trở thành tương đương với một hệ thống thanh góp không phân đoạn, mang lại những ưu điểm và nhược điểm nhất định.

Sơ đồ này có ưu điểm nổi bật là khi một thanh góp gặp sự cố hoặc cần sửa chữa, toàn bộ hệ thống sẽ được chuyển sang thanh góp thứ hai, giúp giảm thiểu thời gian mất điện chỉ trong khoảng thời gian ngắn.

Sơ đồ này nổi bật với ưu điểm cho phép sửa chữa máy cắt của một phần tử nào đó, bằng cách thay thế máy cắt này bằng một máy cắt khác và 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

Sơ đồ này có nhược điểm là phức tạp trong việc xây dựng và vận hành, đặc biệt là khi xảy ra sự cố đóng nhầm dao cách ly, có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.

Hình 4.2.2(c) dụng khi điện áp cao từ 110kV trở lên, số đường dây nhiều Sơ đồ là nơi tập trung của nhiều nguồn lớn

4.2.3 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 dòng 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 thiết bị điện và phần dẫn điện phù hợp Do đó, việc dự đoán các tình trạng ngắn mạch là rất quan trọng Mặc dù có nhiều phương pháp tính toán dòng ngắn mạch, nhưng trong trường hợp này, chỉ cần áp dụng phương pháp cơ bản.

- Trong thực tế thường gặp các dạng ngắn mạch:

+ Ngán mạch 1 pha ( thường xảy ra trong hệ thống điện)

+ Ngắn mạch 2 pha chạm đất

5.1.2 Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch

- 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

- 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

5.1.3 Phương pháp tính ngắn mạch

Việc xác định chính xác trị số dòng điện là một thách thức lớn Do đó, trong thực tiễn, khi tính toán dòng điện ngắn mạch, thường cần 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 (t mc ) 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 được xác định thông qua công suất cơ bản (S cb) và điện áp cơ bản (U cb), từ đó suy ra dòng điện cơ bản Điều này chỉ áp dụng khi hệ thống có một hoặc hai cấp điện áp.

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:

5.1.4 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

- Hệ số xung kích xk 1.8

Sơ đồ biến đồ tương đương:

Hình 5.1.4.I(c) Điện kháng tổng tại vị trí ngắn mạch N 1

Dòng ngắn mạch 3 pha tại N 1

Dòng ngắn mạch xung kích

 Điện kháng tương đương của máy biến áp

 S   Điện kháng tổng tại vị trí ngắn mạch N 2

Sơ đồ biến đổi tương đương

 Điện kháng tổng tại vị trí ngắn mạch N 1

 Điện kháng tương đương của máy biến áp

 S   Điện kháng tổng tại vị trí ngắn mạch N 2

Dòng ngắn mạch 3 pha tại N2

Tổng hợp kết quả tính toán các phương án:

Phương án I Phương án II

I N (kA) I xk (kA) I N (kA) I xk (kA)

Chọn máy cắt cho các phương án

5.2.1 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.

- Các điều kiện chọn máy cắt Để vận hành và bảo dưỡng dễ dàng thường chọn một loại máy cắt ở một cấp điện áp

+ Chọn tương ứng với điện áp của lưới điện dmMC dmHT

+ Dòng điện định mức dmMC 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 độvà 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  f t ( , ) , ta dƣợc T 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

5.2.2 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 25600 134.36

Trong luận văn này, việc lựa chọn máy cắt ở cấp điện áp 110KV được thực hiện dựa trên các thông số định mức và loại thiết bị tương đồng Do đó, quá trình tính toán sẽ dựa vào thông số thiết bị có giá trị lớn nhất để đảm bảo sự lựa chọn chính xác và hiệu quả.

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 định mức 1250A 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  1250 A  1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt

Vậy máy cắt đã chọn đạt yêu cầu

Máy cắt hợp bộ 22KV được sử dụng cho lộ tổng máy biến áp, phân đoạn và các lộ xuất tuyến Đây là loại máy cắt được chế tạo từ nhiều mô-đun ghép lại với nhau và được lắp đặt trong nhà.

- 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 là 25,600A, xảy ra khi một máy biến áp gặp sự cố và máy còn lại phải đảm nhận toàn bộ công suất của phụ tải.

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

 Kiểm tra máy cắt đã chọn theo các điều kiện: max

 Chọn máy cắt cho phát tuyến 22KV(8 phát tuyến):

Dòng điện cƣỡng bức qua máy cắt phát tuyến đƣợc tính: max 25600

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

Tương tự như ở phương án I ta chọn máy cắt SF6 có các thông số kỹ thuật sau:

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 25,600 A.

 Chọn máy cắt cho phát tuyến 22KV(8 phát tuyến)

Dòng điện cƣỡng bức qua máy cắt phát tuyến đƣợc tính: max 25600

Từ các kết trên ta chọn máy cắt SF6 đặt trong nhà có các thông số sau:

Dòng điện định mức 1250A Dòng điện cắt định mức 25KA

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

6.1.2 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 t i

 :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

6.1.3 Tính tổn thất điện năng cho các phương án

Công suất định mức: SdnB = 20MVA

Tổn hao ngắn mạch: 56kW Điện áp ngắn mạch: 9,6%

Trọng lượng của thiết bị là 54 tấn với đơn giá 320.000 USD Áp dụng công thức tính tổn thất cho máy biến áp ba pha hai cuộn dây, tổn thất điện năng trong một năm cho phương án I được xác định cụ thể.

Các thông số của máy biến áp

Công suất định mức: S dmB = 10MVA

Tổn hao ngán mạch: 42kW Điện áp ngắn mạch: 9,6%

Trọng lƣợng (có dầu): 39 tấn Đơn giá: 240000USD

Tổn thất đện năng các phương án:

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 khía cạnh kinh tế và kỹ thuật.

- Về kinh tế: vốn đầu tƣ và chi phí vận hành hàng năm thấp

Hệ thống cung cấp điện hiện đại đảm bảo độ tin cậy cao, thuận tiện cho việc vận hành và có mức độ tự động hóa tối ưu Nó không chỉ đáp ứng đầy đủ nhu cầu phụ tải hiện tại mà còn có khả năng dự trữ cho tương lai.

Việc so sánh và phân tích các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đặc trưng cho các phương án giúp chúng ta lựa chọn phương án tối ưu nhất cho thiết kế.

6.2.2 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:

Phương án Tổn thất (kWh/năm)

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 nhiều yếu tố như quan điểm, kinh nghiệm, thời điểm và thực tế của từng quốc gia.

So sánh kinh tế-kỹ thuật:

Phương án kỹ thuật được đánh giá cao hơn, nhưng lại không hiệu quả về mặt kinh tế Tuy nhiên, thực tế cho thấy điều này có thể 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)

Công suất định mức(MVA)

6.2.3 Tính toán chi phí kinh tế cho từng phương án

Loại thiết bị Tên thiết bị Giá thành

Hàm chi phí khi sử dụng phương án I:

Vốn đầu tư của phương án:

U caodm 0KV; S dmB MVA1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt o Kiểm tra phụ tải thứ cấp chọn dây dẫn dmBI dc dd

Z dc : tổng phụ tải các dụng cụ đo

Z dd : tổng trở của dây dẫn từ BI đến các dụng cụ đo

Trường hợp giới hạn dmBI dc dd

( giả sử khoảng cách từ BI đến dụng cụ đo 80m, đặt BI trên cả 3 pha)

 I   Để đảm bảo độ bền cơ ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện S dd = 2,5mm 2

* Chọn biến dòng cho cấp 22KV

Các giá trị tính toán đƣợc ở cấp 22KV:

- Dòng điện cƣỡng bức I cb  672 A

- Dòng điện ngắn mạchI N 8.08kA

- Dòng ngắn mạch xung kích I xk  20.3616 kA

Các thiết bị đo lường được nối vào mạch thứ cấp của BI

Tên dụng cụ đo Phụ tải(VA)

Watt kế phản kháng 5 5 Điện năng kế tác dụng 2.5 2.5 Điện năng kế phản kháng 2.5 5 2.5

Chọn máy biến áp tự dùng cho trạm

Để truyền tải điện năng hiệu quả, trạm biến áp không chỉ cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ mà còn tiêu thụ một lượng điện năng nhất định cho chính bản thân nó, được gọi là điện tự dùng của trạm.

 Phụ tải tự dùng của trạm bao gồm

 Các thiết bị làm mát máy biến áp

 Chiếu sáng khu vực ngoài trời

 Các thiết bị điều khiển

 Thiết bị thông tin liên lạc

 Chiếu sáng nhà điều khiển và phân phối

 Hệ thống thông thoáng nhà điều khiển và phân phối

 Hệ thống bơm nước hầm cáp

 Điều hoà nhiệt độ nhà điều khiển

 Một số yêu cầu khi chọn máy biến áp tự dùng:

+ Tổng công suất phụ tải tự dùng S td = 0,3MVA

+ Số lƣợng máy biến áp: 2 máy (dự phòng lẫn nhau)

Chọn máy biến áp tự dùng

Công suất định mức: 315KVA Điện áp định mức cuộn cao: 222x2,5%KV Điện áp định mức cuộn trung áp: 0,4 KV

Tổn hao không tải: 720KW

Tổn hao ngắn mạch: 4850W Điện áp ngắn mạch: 4%

Máy biến áp chính của trạm

Công suất định mức: SdnB = 20MVA

Tổn hao không tải: 20Kw

Tổn hao ngắn mạch: 56Kw Điện áp ngắn mạch: 9,6%

Trọng lƣợng(có dầu): 54 tấn Đơn giá: 320000USD

Sơ đồ nối điện

Dòng điện ngắn mạch

Máy cắt

Máy cắt 22KV(cho lộ tổng và phân đoạn)

Máy cắt 22KV( cho 8 xuất tuyến)

Tổn hao, chi phí tính toán

Chi phí vận hành hàng năm

120065 Tổng chi phí tính toán (USD) 239817.8

Các khí cụ và phần dẫn điện

Loại dao cách ly D-123 Điện áp định mức 123KV

Dòng ổn định nhiệt 40/1 KA/s

Dòng ổn định động 31.5 KA

* Thanh góp-thanh dẫn 110KV( thanh góp-thanh dẫn mềm)

Loại dây dẫn AC-95/15 Đường kính dây 13,5mm

* Thanh góp-thanh dẫn 22KV( thanh góp-thanh dẫn cứng)

Thanh dẫn đồng hình chữ nhật 50 x 5 mm

Khoảng cách giữa các pha 40 cm

Khoảng cách giữa 2 sứ đỡ 120 cm

* Sứ cách điện phía 110KV

Loại C-550 I YXA-T1 Điện áp định mức 110 KV

Lực phá hoại: 20 kN/kg

* Sứ cách điện phía 22KV

Loại ИOP-24-3,75YXΛ Điện áp định mức 35 KV

Lực phá hoại: 30 kN/kg

Phụ tải phá hoại 375 kg

* Cáp cho lộ tổng 22KV

Tiết diện: 150mm 2 Điện áp định mức: 24KV

Loại cáp ngầm bằng đồng bọc XLPE 1 lõi, được bố trí đi trong mương cáp, mỗi pha 3 sợi, pha trung tính 2 sợi:3(3x150XPLE) + (2x120XPLE)

* Cáp cho các lộ xuất tuyến 22KV

Chọn cáp đồng 3 lõi có các thông số sau:

Tiết diện: 150mm 2 Điện áp định mức: 24KV

Loại biến dòng TMIIB-III Điện áp định mức 110KV

Dòng điện định mức sơ cấp 1500A

Dòng điện định mức thứ cấp 1A

Dòng ổn định động 158kA

Loại biến dòng TΠ0г-20 Điện áp định mức 24KV

Dòng điện định mức sơ cấp 6000A

Dòng điện định mức thứ cấp 5A

Dòng ổn định động 120kA

* Biến điện áp cấp 110KV

Máy biến điện áp loại VCU-123 Điện áp định mức sơ cấp 100/ 3kV Điện áp định mức thứ cấp 100/ 3V

* Biến điện áp cấp 22KV

Máy biến điện áp loại 3H0II-06-24T3 Điện áp định mức sơ cấp 22/ 3kV Điện áp định mức thứ cấp 100/ 3V

Máy biến áp tự dùng

Máy biến áp do ABB chế tạo có các thông số sau

Công suất định mức: 315KVA Điện áp định mức cuộn cao: 222x2,5%KV Điện áp định mức cuộn trung áp: 0,4 KV

Tổn hao không tải: 720KW

Tổn hao ngắn mạch: 4850W Điện áp ngắn mạch: 4%

Tiêu đề	Thiết Kế Trạm Biến Áp Tân Thới Hiệp
Tác giả	Trần Mỹ Ngọc, Nguyễn Trọng Hiếu
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Quân
Trường học	Đại Học Công Nghiệp Tp.Hcm
Chuyên ngành	Công Nghệ Điện
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Tp. HCM

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	899,3 KB