SƠ ĐỎ NÓI DẦY CHO MẠNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

LỜI CẢM ƠN - Ngày nay, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Thiết kế hệ thống cấp điện việc làm khó phải đảm bảo kỹ thuật, phù hợp với thực tế, nét mỹ quan … phải khả thi mặt kinh tế cho dự án Do vậy, nhiệm vụ thiết kế luận văn nhiều sai sót kính mong góp ý thơng cảm quý Thầy, Cô Em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô Trường ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa Điện - Điện Tử dạy dỗ truyền đạt kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm quý báu Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy Hồ Văn Hiến hướng dẫn, cung cấp tài liệu truyền đạt kinh nghiệm thực tế hữu ích giúp em hoàn thành tốt luận văn Tp.HCM - Ngày 17 tháng 12 năm 2009 Sinh viên thực Nguyễn Duy Linh NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TP.HCM, ngày tháng năm 2007 GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC PHẦN I : THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV Trang CHƯƠNG :CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Mở đầu 1.2 Cân công suất tác dụng 1.3 Cân công suất phản kháng CHƯƠNG 2:DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT 2.1 Lựa chọn điện áp tải 2.2 Chọn sơ đồ nối dây mạng điện 2.2.1 Khu vực 2.2.2 Khu vực 2.2.3 Khu vực CHƯƠNG : SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ KINH TẾ 3.1 Mục đích 3.2 Tính tốn phí tổn hàng năm 3.2.1 Khu vực 3.2.2 Khu vực 3.2.3 Khu vực CHƯƠNG 4:SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHO MẠNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 4.1 Yêu cầu 4.2 Số lượng kiểu máy biến áp 4.3 Công suất máy biến áp 4.4 Lựa chọn máy biến áp 4.5 Sơ đồ nối dây chi tiết CHƯƠNG 5:BÙ KINH TẾ TRONG MẠNG ĐIỆN 5.1 Nội dung 5.2 u cầu tính tốn bù kinh tế 5.3 Tính tốn bù kinh tế 5.3.1 Khu vực 5.3.2 Khu vực 5.3.3 Khu vực CHƯƠNG : TÍNH TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT VÀ ĐIỆN ÁP TẠI CÁC NÚT TRONG MẠNG ĐIỆN 6.1 Mục đích 6.2 Tính tốn phân bố cơng suất 6.2.1 Lúc phụ tải cực đại 1 5 23 27 32 32 32 36 37 38 38 38 38 40 41 41 42 42 44 45 47 47 47 6.2.2 Lúc phụ tải cực tiểu 6.2.3 Lúc phụ tải cố 6.3 Tính tốn điện áp nút 6.3.1 Lúc phụ tải cực đại 6.3.2 Lúc phụ tải cực tiểu 6.3.3 Lúc phụ tải cố CHƯƠNG 7:ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 7.1 Mở đầu 7.2 Chọn đầu phân áp CHƯƠNG :TÍNH TỐN ĐIỆN ÁP TẠI CÁC NÚT DÙNG PHẦN MỀM MATLAB 8.1 Mở đầu 8.2 Tính tốn điện áp nút so sánh 8.2.1 Lúc phụ tải cực đại 8.2.2 Lúc phụ tải cực tiểu 8.2.3 Lúc phụ tải cố CHƯƠNG :TỔNG KẾT CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 9.1 Mở đầu 9.2 Tính tốn tổn thất điện 9.3 Tính tốn giá thành tải điện 9.4 Lập bảng tiêu kinh tế kỹ thuật 56 61 65 65 70 74 77 77 82 82 82 84 86 88 88 89 90 PHẦN II : THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Giới thiệu tram biến áp 1.2 Số liệu thiết kế 1.3 Xây dựng đồ thị phụ tải CHƯƠNG 2:CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHO TRẠM BIẾN ÁP 2.1 Mở đầu 2.2 Tính tốn phương án 2.2.1 Tính tốn phương án máy biến áp 2.2.2 Tính tốn phương án máy biến áp CHƯƠNG 3:SO SÁNH KINH TẾ KỸ THUẬT 3.1 Mở đầu 3.2 Tính tốn kinh tế phương án 3.2.1 Phương án 3.2.2 Phương án 91 92 93 96 97 97 101 106 107 107 108 CHƯƠNG 4:LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN 4.1 Cấp điện áp 110 kV 4.1.1 Chọn góp 4.1.2 Chọn máy cắt 4.1.3 Chọn dao cách ly 4.1.4 Chọn BI 4.1.5 Chọn BU 4.2 Cấp điện áp 22 kV 4.2.1 Chọn cáp tổng từ máy biến áp đến góp 22 kV 4.2.2 Chọn cáp nhánh từ góp 22 kV đến phụ tải 4.2.3 Chọn máy cắt tổng 22 kV 4.2.4 Chọn máy cắt nhánh 22 kV 4.2.5 Chọn góp 22 kV 4.2.6 Chọn sứ đỡ 22 kV 4.2.7 Chọn BI 4.2.8 Chọn BU CHƯƠNG 5:TÍNH TOÁN TỰ DÙNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP 5.1 Mở đầu 5.2 Chọn máy biến áp 5.3 Tính tốn ngắn mạch CHƯƠNG 6:TÍNH TỐN NỐI ĐẤT TRONG TRẠM BIẾN ÁP 6.1 Mở đầu 6.2 Tính tốn nối đất trạm biến áp 6.2.1 Tính tốn nối đất tự nhiên 6.2.2 Tính tốn nối đất nhân tạo 6.2.3 Tính tổng trở xung hệ thống nối đất có nối đất bổ sung 130 130 130 131 133 6.3 Kiểm tra hệ thống nối đất theo điều kiện chống sét 135 6.4 Thiết kế hệ thống cân điện CHƯƠNG 7:BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 136 7.1 Mở đầu 137 7.2 Tính tốn phạm vi bảo vệ 137 110 110 111 112 113 116 118 118 119 119 120 120 123 124 126 128 128 128 PHỤ LỤC Bản vẽ số – Sơ đồ nguyên lý mạng điện 110 kV Bản vẽ số – Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 110/22 kV Bản vẽ số – Sơ đồ mặt trạm biến áp 110/22 kV Bản vẽ số – Sơ đồ mặt cắt trạm biến áp 110/22 kV Bản vẽ số – Sơ đồ phân bố kim thu sét Bản vẽ số – Sơ đồ phạm vi bảo vệ cột thu sét Bản vẽ số – Sơ đồ hệ thống nối đất-lưới đẳng Bản vẽ phương án khu vực Bảng tiêu kinh tế kỹ thuật mang điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Văn Hiến, 2005, Thiết kế mạng điện, Nxb Đại học Quốc gia, Tp Hồ Chí Minh [2] Huỳnh Nhơn, 2005, Thiết kế nhà máy điện trạm biến áp, Nxb Đại học Quốc gia, Tp Hồ Chí Minh [3] Dương Vũ Văn,Trần Hoàng Lĩnh,Lê Thanh Thỏa, Thiết kế phần điện,Thiết kế chống sét cho nhà máy nhiệt điện, Nxb Đại học Quốc gia, Tp Hồ Chí Minh THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  PHẦN I:THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV CHƯƠNG CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 MỞ ĐẦU: Cân công suất hệ thống điện nhằm xét khả cung cấp nguồn phụ tải thông qua mạng điện Tại thời điểm phải đảm bảo cân lượng điện sản xuất tiêu thụ Mỗi mức cân công suất tác dụng P công suất phản kháng Q xác định giá trị tần số điện áp Q trình biến đổi cơng suất tiêu chất lượng điện cân công suất bị phá hoại , xảy phức tạp , chúng có quan hệ tương hỗ Để đơn giản toán, ta coi thay đổi công suất tác dụng P ảnh hưởng chủ yếu đến tần số , cịn cân cơng suất phản kháng Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp.Cụ thể nguồn phát không đủ công suất P cho phụ tải tần số bị giảm ,và ngược lại thiếu công suất Q điện áp bị giảm thấp ngược lại Trong mạng điện ,tổn thất công suất phản kháng lớn công suất tác dụng, nên máy phát điện lựa chọn theo cân công suát tác dụng, mạng thiếu hụt công suất kháng Điều dẫn đến xấu tình trạng làm việc hộ dùng điện, chí làm ngừng truyền động máy cơng cụ xí nghiệp gây thiệt hại lớn Đồng thời làm hạ điện áp mạng làm xấu tình trạng làm việc mạng Cho nên việc bù công suất kháng vô cần thiết [ mục đích bù sơ phần để cân công suất kháng số liệu để chọn dây dẫn công suất máy biến áp cho chương sau Sở dĩ bù công suất kháng mà không bù cơng suất tác dụng P bù Q, giá thành kinh tế rẻ hơn, cần dùng tụ điện để phát công suất phản kháng Trong thay đổi cơng suất tác dụng P phải thay đổi máy phát, nguồn phát dẫn đến chi phí tăng lên nên khơng hiệu kinh tế 1.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG: Cân công suất cần thiết để giữ tần số hệ thống,cân công suất hệ thống biểu diễn công thức sau: ΣPF = mΣPpt + Σ Δ Pmd + ΣPt d + ΣPdt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  Trong : ΣPF - tổng công suất tác dụng phát nhà máy điện hệ thống ΣPpt - tổng phụ tải cực đại hộ tiêu thụ, m-hệ số đồng thời (chọn 0,8) ΣPmd – tổng tổn thất tác dụng đường dây máy biến áp Σ Pt d –tổng công suất tự dùng nhà máy điện ΣPdt –tổng công suất dự trữ Xác định hệ số đồng thời khu vực phải vào tình hình thực tế phụ tải Theo tài liệu thống kê tổn thất cơng suất tác dụng đường dây máy biến áp trường hợp mạng cao áp khoảng 8÷10% Ta có: ΣPmd = 10% mΣPpt Cơng suất tự dùng nhà máy điện,tính theo % (mΣPpt + Σ Δ Pmd) Nhà máy nhiệt điện 3÷7% Nhà máy thủy điện 1÷2% Cơng suất dự trữ hệ thống: Dự trữ cố thường lấy công suất tổ máy lớn HTĐ Dự trữ phụ tải cho phụ tải tăng bất thường dự báo:2-3% phụ tải tổng Dự trữ phát triển nhằm đáp ứng phụ tải phát triển 5-15 năm sau Tổng quát dự trữ hệ thống lấy 10-15% tổng phụ tải hệ thống,trong thiết kế môn học giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhu cầu công suất tác dụng cân từ cao áp trạm biến áp tăng nhà máy điện nên tính cơng cơng suất tác dụng sau: ΣPF = mΣPpt + Σ Δ Pmd Từ số liệu công suất tác dụng cực đại phụ tải ta tính cơng suất tác dụng nguồn phát : Σ PF = mΣPpt+Σ Δ Pmd = m(1+10%)ΣPpt = 0,8(1+0,1)(16+18+20+14+15+16)=87,12 (MW) Vậy ta cần nguồn có cơng suất tác dụng : Σ PF = 87,12 (MW) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  1.3 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG : Bảng công suất phản kháng phụ tải : Tải Tải Tải Tải Tải P [MW] 16 18 20 14 15 Cosϕ 0,8 0,75 0,8 0,75 0,8 Tải 16 0,75 Q[MVAr] 12 15,88 15 12,35 11,25 14,11 (P.tgϕ) S[MVA] 20 24 25 18,67 18,75 21,33 (P/cosϕ) Tổng công suất biểu kiến phụ tải: ΣSpt = 20+24+25+18,67+18,75+21,33 = 127,75 (MVA) Cân công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường hệ thống,được biểu diễn biểu thức sau: ΣQF + QbuΣ = mΣQpt + ΣUQB + ΣQL - ΣQC + ΣQt d + ΣQdt Trong đó: ΣQF : tổng cơng suất phát máy phát điện mΣQpt : tổng phụ tải phản kháng có xét đến hệ số đồng thời mΣQpt = 0,8.(12+15,88+15+12,35+11,25+14,11) = 64,47 (MVAr) ΣUQB : tổng tổn thất công suất kháng máy biến áp ước lượng: ΣUQB = (8 – 12%)ΣSpt Ta chọn : ΣUQB =10%ΣSpt = 12% 127,75 =15,33 (MVAr) Σ Δ QL : tổng tổn thất công suất kháng đường dây mạng điện ΣQtd : tổng công suất tự dung nhà máy điện hệ thống ΣQtd = ΣPt d tgφtd Qdt : công suất kháng dự trữ hệ thống Qdt = (5J10%)ΣQpt Trong thiết kế môn học cân từ cao áp nhà máy điện khơng cần tính Qtd Qdt Trong phần ta khơng cần bù sơ khơng xác để tính tốn đơn giản hơn,cuối tổng cơng suất kháng xác định theo biểu thức: ΣQF = m ΣQpt + ΣUQB = 64,47 + 15,33 = 79,8 (MVAr) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  Hệ số công suất nguồn: cosϕF = cos(arctg(ΣQF/ΣPF)) = cos(arctg(79,8/87,12)) = 0,737 Bảng số liệu phụ tải P Q S STT cosϕ (MW) (MVAr) (MVA) 16 12 0,8 20 18 15,88 0,75 24 20 15 0,8 25 14 12,35 0,75 18,67 15 11,25 0,8 18,75 16 14,11 0,75 21,33 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  CHƯƠNG TÍNH TỐN TỰ DÙNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP 5.1 MỞ ĐẦU : Điện tự dùng nguồn điện để cung cấp cho thao tác điều khiển, bảo vệ, tín hiệu, hệ thống chiếu sáng yêu cầu cần thiết khác cho hoạt động trạm; điện tự dùng có vai trị quan trọng nhà máy điện trạm biến áp phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hệ thống tự dùng lúc bình thường lúc cố Cấp tự dùng trạm 0,4kV lấy từ góp 22 kV Để đạt tính liên tục vận hành có cố, chọn sơ đồ tự dùng hệ thống góp có phân đoạn aptomat 5.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP : Phụ tải tự dùng trạm biến áp thường nhỏ, khoảng 50-500 kVA Tùy theo công suất máy biến áp chọn mà phụ tải tự dùng có giá trị định Công suất tự dùng : Std = 400 (kVA) Ta chọn máy biến áp tự dùng có thơng số kỹ thuật sau: Trạm biến áp Số lượng MBA tự dùng Sđm (kVA) Uđm (kV) 400 22/0,4 Δ PN Δ PFe (kW) UN (%) (kW) 5,75 0,74 5.3 TÍNH TỐN NGẮN MẠCH : Điện trở máy biến áp tự dùng quy cấp 0,4 kV: RB_td = ΔPN U đm 5,75.0,4 10 = 103 = 0,00575 S2 đm 4002 (Ω) Tổng trở dây quấn máy biến áp tự dùng quy cấp 0,4 kV: ZB_td = U N %.U 2đm 4.0,42 10 = 10 = 0,016 (Ω) Sđm 400 Điện kháng máy biến áp tự dùng quy cấp 0,4 kV: XB_td = Z2B_td -R 2B_td = 0,0162 -0,005752 = 0,01493 (Ω) Điện kháng tương đương đến hạ áp 22 kV: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 128 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  X td_22 = X ht + X B1 = 0,485 (dvtd) Điện kháng tương đương đến hạ áp 22 kV quy cấp 0,4 kV: X td_0,4 = X td_22 U dm 0,42 = 0,485 = 0,000776 (Ω) Scb 100 Tổng trở tương đương đến 0,4 kV : Ztd_0,4 = R B +(X B +Xtd_0,4) = 0,01672 (Ω) Dòng định mức máy biến áp tự dùng phía 0,4 kV: I dmB_td = SB_td 3.U dm = 400 = 577,35 (A) 3.0,4 Dòng ngắn mạch 0,4 kV: I nm_0,4 = U dm 3.Z td_0,4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP = 0,4 = 13,81 (kA) 3.0,01672 129 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  CHƯƠNG TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TRONG TRẠM BIẾN ÁP 6.1 MỞ ĐẦU : Tác dụng nối đất để tản vào đất dòng điện cố (rò cách điện,ngắn mạch, dòng điện sét) giữ điện phần tử nối đất thấp.Nối đất chia làm loại : +Nối đất làm việc +Nối đất an tồn +Nối đất chơng sét Đối với trạm trời điện áp từ 110 kV trở lên ,phần lớn trường hợp,hệ thông thu sét đặt kết cấu cơng trình trạm,nên phần dịng sét tản qua mạch nối đất an toàn trạm vào đất Lưới 110 kV trở lên có trung tính trực tiếp nối đất (dịng ngắn mạch lớn,trên 500 kA),theo quy phạm điện trở nối đất an tồn trạm phải thỏa yêu cầu : R ≤ 0,5 (Ω) Nếu gọi phần nối đất phải thiết kế nối đất nhân tạo theo quy phạm nêu phần điện trở tản tổng toàn hệ thống nối đất phải thỏa yêu cầu : R nd = R tn R nt R tn +R nt ≤ 0,5 Ω R nt ≤ 1Ω Quy định Rnt ≤ Ω nhằm tăng cường an toàn dự phòng cho trường hợp hệ thống nối đất có thay đổi 6.2 TÍNH TỐN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP : 6.2.1 Tính tốn nối đất tự nhiên : Số mạch đường dây 110 kV : n=2 Điện trở suất đất đo : ρđo = 160 (Ω.m), giả sử trụ nối đất dạng cọc dài 2-3 m,chôn sâu 0,8 m tra bảng ta hệ số km = 1,4 ρtt = ρđo km = 160.1,4 = 224 (Ω.m) < 500 (Ω.m) ⇒ Điện trở nối đất cột điện : Rcột = 10 (Ω) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 130 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  Đường dây 110 kV sử dụng DCS TK_50 ⇒ : ro = 3,7 (Ω/km) Chiều dài khoảng vượt : lkv = 200 (m) = 0,2 (km) Hệ số phụ thuộc dây chống sét : k = (có DCS) Điện trở tồn dây chống sét : R dcs = k.ro lkv = 1.3,7.0,2 = 0,74 (Ω) Điện trở nối đất hệ gồm dây chống sét -cột: R dcs_côt = R cot R cot 1 + + R dcs = 10 = 2,38 (Ω) 10 + + 0,74 Điện trở tự nhiên trạm phía 110 kV: R tn = R dcs_côt n = 2,3753 = 1,19 (Ω) 6.2.2 Tính tốn nối đất nhân tạo : ™ Nối đất mạch vòng: Thanh dùng sắt tròn có đường kính :d = 0,2 (m) ; độ chơn sâu to=0,8 (m) Hệ số hình dạng : khd_t = 5,7 Hệ số mùa vào mùa khô: kmk_t = 1,6 Chiều dài trạm : a = 63 (m) Chiều rộng trạm : b = 48 (m) Chu vi trạm : L = (a+b).2 = (63+48).2 = 222 (m) Điện trở suất tính tốn vào mùa khô: ρ tt = ρ k mk_t = 160.1,6 = 256 (Ω.m) Điện trở nối đất mạch vòng: R mv k hd_t L2 ρ tt 256 5,7.2222 = ln = ln = 3,06 (Ω) 2.π.L d.t o 2.π.222 0,02.0,8 ™ Nối đất bổ sung: Hệ thống nối đất bổ sung vị trí,mỗi vị trí gồm có tia,mỗi tia có cọc Chiều dài tia : ltia = (m) Tia làm sắt trịn có đường kính : dtia = 0,02 Hệ số k mùa vào mùa khô : kmk_tia = 1,6 Điện trở suất tính tốn tia vào mùa khô: ρ tt_tia = ρ k mk_tia = 160.1,6 = 256 (Ω.m) Điện trở tản tia : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 131 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  ρ tt_tia R tia = 2.π.l tia ln l tia 256 92 = ln = 38,63 (Ω) d tia t o 2.π.9 0,02.0,8 Chiều dài cọc đóng vào tia : lcọc = Cọc làm sắt dài có đường kính : dcoc = 0,03 Hệ số k mùa cọc vào mùa khô : kmk_cọc = 1,4 Điện trở suất tính tốn cọc vào mùa khô: ρ tt_coc = ρ k mk_coc = 160.1,4 = 224 (Ω.m) Điện trở tản cọc : l ⎛ ⎞ 4(t o + coc ) + lcoc ⎟ ρ tt_coc ⎜ 2.lcoc R coc = ⎜ ln + ln ⎟ 2.π.lcoc ⎜ d coc 4(t + lcoc ) - l ⎟ o coc ⎝ ⎠ ⎛ ⎞ ( 0,8+ ) + ⎟ 224 ⎜ = ⎜ ln + ln ⎟ = 67 (Ω) 2.π.3 ⎜ 0,03 ( 0,8+ ) - ⎟ ⎝ ⎠ Hệ số sử dụng tia : ηtia = 0,93 Hệ số sử dụng cọc : ηcọc = 0,91 Điện trở tản tia cọc: R tia_coc = R coc R tia 67 38,63 = = 19,52 (Ω) R coc ηtia + n coc R tia ηcoc 67.0,93 + 2.38,63.0,91 Hệ số sử dụng toàn tổ hợp : ηtổhợp = 0,79 R tohop = R tia_coc n tia ηtohop = 19,52 = 8,23 (Ω) 3.0,79 Điện trở tản toàn hệ thống nối đất bổ sung: R bs = R tohop n bs = 8,23 = 1,17 (Ω) Điện trở tản nối đất nhân tạo: R nt = R mv R bs 3,06 1,17 = = 0,85 (Ω) < 1Ω R mv + R bs 3,06+1,17 Điện trở tản toàn hệ thống nối đất: R nd = R tn R nt 1,19 0,85 = = 0,49 (Ω) < 0,5 R tn + R nt 1,19+0,85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Ω) 132 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  6.2.3 Tính tốn tổng trở xung hệ thống nối đất có nối đất bổ sung : ™ Đối với nối đất mạch vòng : Hệ số mùa vào mùa mưa: kmm_t = 1,25 Điện trở quy đổi nối đất mạch vòng vào mùa mưa: R mv_mm = R mv k mm_t k mk_t = 3,06 1,25 = 2,39 (Ω) 1,6 ™ Đối với nối đất bổ sung : Hệ số mùa cọc vào mùa mưa: kmm_c = 1,25 Điện trở quy đổi vào mùa mưa: R t_mm = R t k mm_t = 38,63 k mk_t 1,25 = 30,18 (Ω) 1,6 Điện trở quy đổi cọc vào mùa mưa: R c_mm = R c k mm_c k mk_c = 67 1,25 = 59,82 (Ω) 1,4 Điện trở quy đổi tia cọc vào mùa mưa: R t_c_mm = R c_mm R t_mm R c_mm η tia + n coc R t_mm ηcoc = 30,18 59,82 =16,24 (Ω) 59,82.0,92 + 2.30,18.0,93 Điện trở quy đổi tổ hợp nối đất bổ sung vào mùa mưa: R bs_mm = R t_c_mm n t η tohop = 16,24 = 6,85 (Ω) 3.0,79 ™ Tính tổng trở xung hệ thống nối đất : Tổng trở xung đầu vào mạch vòng nối đất tổng trở xung đầu vào tia tương đương có chiều dài : l′= L 222 = = 111 (m) 2 Điện cảm 1m chiều dài: ⎛ 111 ⎞ ⎛ l′ ⎞ L o = 0,2 ⎜ ln - 0,31⎟ = 0,2 ⎜ ln - 0,31⎟ = 1,8 (μH/m) ⎝ r ⎠ ⎝ 0,01 ⎠ Điện dẫn 1m chiều dài: Go = 2.R mv_mm l′ = 1 = 0,0019 ( ) Ωm 2.2,39.111 Điện cảm tương đương 1m chiều dài: L′= 0,5.L o = 0,5.1,8 = 0,9 (μH/m) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 133 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  Điện dẫn tương đương 1m chiều dài: G ′ = 2.G o = 2.1,8 = 0,0038 ( ) Ωm Điện cảm tổng: L= L′.l′ = 0,9.111 = 99,9 (μH/m) Điện dẫn tổng: ) Ωm G = G ′.l′ = 0,0038.111 = 0,422 ( Thời hằng: L.G 99,9.0,422 = = 4,28 (μs) π π2 Độ dốc đầu sóng : τ ds = (μs) T1 = Tổng trở xung đầu vào hệ thống nối đất đạt trị số cực đại gần vào lúc dòng sét qua biên độ,tức lúc t=τds.Từ hệ phương trình vi phân: ⎧ ∂2u ∂i ⎧ ∂u ′ = L = L′G′ ⎪⎪ ∂x ⎪⎪ ∂x ∂t ⇒⎨ ⎨ ⎪ - ∂i = G′u ⎪ - ∂ i = L′G′ ⎪⎩ ∂x ⎪⎩ ∂x ∂u ∂t ∂i ∂t ⇒ Z Σ (0,τ ds ) = R mv_mm R bs_mm R mv_mm +R bs_mm n + ∑ 2.R mv_mm k=1 e ⎛X ⎞ τ -⎜ k ⎟ ds ⎝ π ⎠ T1 R mv_mm R bs_mm + cos X k Trong Xk nghiệm phương trình siêu việt: R mv_mm tgX + R bs_mm X = ⇔ tgX + 2,39 X=0 6,85 Giải phương trình ta nghiệm là: X1 =2,36 ; X =5,15 ; X =8,14 ; X =11,2 ; X =8,14 X =8,14 ; X =11,2 ; X8 =11,2 ; X =11,2 ; X10 =17,42; Ta cần tính đến số hạng thứ k mà đó: 2 ⎛ X k ⎞ τ ds ⎛X ⎞ ≤ ⇔⎜ k ⎟ ≤ ⇒ X k ≤ 5,03 ⎜ ⎟ ⎝ π ⎠ T1 ⎝ π ⎠ 4,28 Vậy ta có nghiệm X1 = 2,36 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 134 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  Đặt: B ⎛X ⎞ τ A= ⎜ k ⎟ ds ; B = e -A ; C = cosX k ; D = ; F = R mv_mm C ⎝ π ⎠ T1 +D R bs_mm Ta lập bảng sau: Xk A 2,36 0,66 B C D 0,52 -0,71 1,98 F 0,22 0,22 ΣF Tổng trở xung hệ thống nối đất có nối đất bổ sung: Z Σ (0,τ ds )= R mv_mm R bs_mm R mv_mm +R bs_mm +2R mv_mm ΣF = 2,39.6,85 +2.2,39.0,22 = 2,82 (Ω) 2,39+6,85 6.3 KIỂM TRA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT THEO ĐIỀU KIỆN CHỐNG SÉT : Dòng sét tản qua hệ thống nối đất trạm tạo nên điện áp giáng xung tổng trở xung nó,mà trị số cực đại : U = IsZΣ(0,τds),với Is biên độ dòng sét đầu vào hệ thống nối đất Để khơng xảy phóng điện làm hư hỏng cách điện trang thiết bị trạm phóng điện ngược đến phận mang điện điện áp giáng xung phải nhỏ mức cách điện xung bé trạm,tức là: Ux = Is ZΣ (0,τds) < U0,5 Với U0,5 mức cách điện xung bé thiết bị Theo thiết kế,điểm nối đất cột thu sét cách điểm nối đất trung tính máy biến áp lớn 15m theo đường dẫn nên ta kiểm tra với U0,5 cách điện ngồi chuỗi sứ mà khơng cần kiểm tra với U0,5 cách điện máy biến áp Tra bảng U0,5 chuỗi sứ cấp điện áp 110 kV 660 kV Theo yêu cầu phải kiểm tra dịng sét i=at có thơng số: τds = 5μs ; Is = 150 kA ; a = 30kA/μs Điện áp xung kích cực đại: Ux = Is ZΣ (0,τds) = 150.2,82 = 423 (kV) < U0,5 = 660 (kV) Kết luận: Vậy hệ thống nối đất thiết kế thỏa mãn yêu cầu theo quy phạm chống sét ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 135 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  6.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THANH CÂN BẰNG ĐIỆN THẾ : Trong diện tích khu vực trạm cần thiết kế lưới ngang dọc song song nhau,với lưới từ 6÷10m,ở ta thiết kế m.Mục đích lưới làm nhiệm vụ cân thế,đảm bảo điện áp tiếp xúc điện áp bước bé.Tất vỏ kim loại thiết bị ,các kết cấu kim loại,các điểm trung tính máy biến áp cơng suất máy biến áp đo lường phải nối vào ô lưới theo đường ngắn vào giao điểm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 136 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  CHƯƠNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 7.1 MỞ ĐẦU : Sét đánh trực tiếp vào đường dây tải điện,các thiết bị,các phận mang điện trạm phân phối nhà máy điện gây nên điện áp nguy hiểm làm ngắn mạch,chạm đất pha,gây hư hỏng cách điện thiết bị,làm giảm độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải,gây thiệt hại lớn đến kinh tế.Vì thiết kế trạm biến áp nói riêng hệ thống điện nói chung phải bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cách hiệu tin cậy Đối với trạm biến áp,lợi dụng độ cao dàn trụ cổng trụ vượt,ta đặt lên kim thu sét để bảo vệ chống sét đánh trực nguyên tắc bảo vệ trọng điểm 7.2 TÍNH TỐN PHẠM VI BẢO VỆ : ™ Các độ cao cần bảo vệ (hx) : - Đường dây cao 11 m - Xà đỡ góp cao m - Chọn chiều cao chung máy biến áp m - Các phần dẫn điện lấy trung bình theo chiều cao máy cắt 5,65 m ™ Chọn chiều cao cột thu sét: Bảo vệ trạm 110 kV đặt cột thu sét Các cột số 1-2-4-5 bảo vệ độ cao 11 m phải thỏa điều kiện D ≤ 8(h-hx)p D = 22,52 +222 = 31,47 (m) D ≤ 8(h-11)p ⇒ h = 14,9 (m) Các cột số 2-3-6-5 bảo vệ độ cao 11 m phải thỏa điều kiện D ≤ 8(h-hx)p D = 142 +222 = 26,08 (m) D ≤ 8(h-11)p ⇒ h = 14,26 (m) ⇒ Chọn chiều cao chung cột thu sét : h= 15 m Đặt lên trụ vượt kim có độ cao 15-14=1 m ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 137 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  ™ Tính toán bảo vệ: Phạm vi bảo vệ cột độ cao 11 m: rx = 1,6.h.p h - hx 15 - 11 = 1,6.15 = 3,7 (m) h + hx 15 + 11 Phạm vi bảo vệ cột độ cao m: rx = 1,6.h.p h - hx 15 - = 1,6.15 = 7,3 (m) h + hx 15 + Phạm vi bảo vệ cột 1-2 độ cao11 m: ho = h - a 22,5 = 15 = 11,8 (m) 7p rox = 1,6.h o p ho - hx 11,8 - 11 = 1,6.11,8 = 0,66 (m) ho + h x 11,8 + 11 Phạm vi bảo vệ cột 1-2 độ cao m: rox = 1,6.h o p ho - hx 11,8 - = 1,6.11,8 = 3,6 (m) ho + hx 11,8 + Phạm vi bảo vệ cột 2-3 độ cao11 m: ho = h - a 14 = 15 = 13 (m) 7p rox = 1,6.h o p ho - hx 13 - 11 = 1,6.13 = 1,73 (m) ho + h x 13 + 11 Phạm vi bảo vệ cột 2-3 độ cao m: rox = 1,6.h o p ho - h x 13 - = 1,6.13 = (m) ho + hx 13 + Phạm vi bảo vệ cột 1-4 độ cao11 m: ho = h - a 22 = 15 = 11,86 (m) 7p rox = 1,6.h o p ho - hx 11,86 - 11 = 1,6.11,86 = 0,71 (m) ho + hx 11,86 + 11 Phạm vi bảo vệ cột 1-4 độ cao m: rox = 1,6.h o p ho - h x 11,86 - = 1,6.11,86 = 3,6 (m) ho + hx 11,86 + Xét phạm vi bảo vệ bên tam giác 1-2-4: a = 22,5 m ; b =22 m ; c = 31,47 m ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 138 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV  a+b+c 22,5 + 22 + 31,47 = = 38 (m) 2 a.b.c 22,5 22 31,47 D= = = 31,4 (m) p(p-a)(p-b)(p-c) 38(38-22,5)(38-22)(38-31,47) p= D = 31,4 (m) < 8(h-h x ) = 8(15-11) = 32 (m) Vậy kim 1-2-4 bảo vệ bên tam giác Xét phạm vi bảo vệ bên tam giác 2-3-5: a = 14 m ; b =22 m ; c = 26,08 m a + b + c 14 + 22 + 26,08 = = 31 (m) 2 a.b.c 14 22 26,08 D= = = 26,3 (m) p(p-a)(p-b)(p-c) 31(31-14)(31-22)(31-26,08) p= D = 26,3 (m) < 8(h-h x ) = 8(15-11) = 32 (m) Vậy kim 2-3-5 bảo vệ bên tam giác Các cột 4-6-7 bảo vệ độ cao 6m.Chọn độ cao cột anten 30m Phạm vi bảo vệ cột độ cao m: rx = 1,6.h.p h - hx 15 - = 1,6.15 = 10,3 (m) h + hx 15 + Phạm vi bảo vệ cột độ cao m: rx = 1,6.h.p h - hx 31 - = 1,6.31 = 33 (m) h + hx 31 + Nhận xét: Trạm 110 kV bảo vệ hồn tồn độ cao 11m,8m,6m,do khơng cần kiểm tra độ cao phần dẫn điện cao 5,65 m ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 139 PHẦN I THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 kV I.Vị trí nguồn phụ tải : N 10 km/khoảng chia II Số liệu phụ tải : Phụ tải Pmax (MW) 16 18 20 14 15 16 Pmin (%Pmax) 40% 40% 40% 40% 40% 40% Tmax 5000h 5000h 5000h 5000h 5000h 5000h cosφ 0,8 0,75 0,8 0,75 0,8 0,75 Udm(kV) 22 22 22 22 22 22 +5% +5% +5% +5% +5% +5% LT LT LT LT LT LT Độ lệch điện áp cho phép Yêu cầu cung cấp điện III Số liệu nguồn : Đủ cung cấp cho phụ tải IV.Các yêu cầu : 1- Phân tích nguồn phụ tải 2- Dự kiến phương án mặt kỹ thuật 3- So sánh phương án kinh tế 4- Sơ đồ nối dây mạng điện máy biến áp 5- Bù kinh tế mạng điện 6- Tính tốn xác cân cơng suất kháng 7- Tính tốn điện áp lúc phụ tải cực đại, cực tiểu, cố 8- Điều chỉnh điện áp 9- Các tiêu kinh tế kỹ thuật V Bản vẽ Các phương án khu vực, bảng số liệu so sánh phương án Các tiêu kinh tế kỹ thuật 3- Sơ đồ nguyên lý PHẦN II THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV 1- Đường dây nối từ hệ thống đến trạm biến áp 2- Số đường dây cao áp từ cao áp trạm đến trạm khác : ………… đường Phụ tải trạm : Phía hạ áp : - Cơng suất : …16… MW, cosφ = …0,8…… - Số đường dây : …6……… - Đồ thị phụ tải : Giờ 10 11 12 %Pmax 30 30 30 30 40 50 60 60 60 60 70 70 Giờ 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 %Pmax 60 60 60 70 80 80 100 100 60 40 40 30 Nhiệm vụ : - Giới thiệu trạm thiết kế - Xây dựng đồ thị phụ tải cấp điện áp - Chọn cấp điện áp tải điện từ hệ thống trạm - Các phương án sơ đồ trạm – Chọn số lượng công suất máy biến áp - Chọn phương án trạm - Sơ đồ ngun lý - Tính tốn ngắn mạch chọn thiết bị khí cụ - Chọn thiết bị đo lường - Chọn dây cho đường dây cao áp , trung áp , lộ hạ áp, dây dẫn trạm - Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt - Nối đất trạm – Chống sét đánh trực tiếp vào trạm