Thiết kế trạm biến áp 220- 110 - 22KV Tác giả Lê anh dũng

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

LE ANH DUNG 104103009

THIET KE TRAM BIEN AP 220K V/110KV/22KV CHUYEN NGANH : DIEN CONG NGHIEP

LUAN VAN TOT NGHIEP Giso vién huéng din: TRANTHANHSON = Jab

—.— _

| Giáo viên phản biện: Tran Thanh Gấu

(ratte rb RFE

PRG & y HER TF.HÔ CHÍ MÌNH — 07/2009

% ;

S0; /Olcosecog

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯONG ĐẠI HỌC _ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

KHOA ĐIỆN-ĐIỆNTỬỦ mm oƠo -

X3 $ a tt

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

Chú ý : SV phải đồng bản nhiệm vụ này vào trang thứ nhất của luận án

1 Đầu để luận án tốt nghiệp :

" Thưế kè TBA AAO RM [ AMOKY, [228 KM ME Ube LE

Teeth, phc tea boat Pear nnn

~ Tah toGn chow MBA a pptaaiienianeyinanvinannntnn eetisnennnssns

Cher 8E TEA Pe

ee

OPO APE, Ll EME co ai

Te toch $C p LU AL ne ee

3 Ngay giao nhiém vu lufn dn J3/ $2/2004 4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ #Ó/0Ỡ 2009

5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn

| TAS TBR, hanh Ádh U 40Đ2 - |

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH Ngày #1 thang Op nam 200.4 (Ký và ghỉ rõ họ tên)

TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghỉ rõ họ tên) Le —

⁄ Trav Thank Sor

BA)” ©Ÿ THUẬT CƠNG Ha

KOA ĐIỆN - BIẾN A

Trang 3

MỤC LỤC

so LL] ee

PHAN A: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRẠM CHUONG I: TONG QUAN VE TRAM BIEN AP

I.Gidi thiéu vé tram bién 4p

H.Phân loại

II.Nhiệm vụ thiết kế

IV.Trinh tự thiết kế

CHƯƠNG II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHỤ TẢI I.Khái niệm

I.Đồ thị phụ tải từng cấp điện áp

CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP

1.Khá! niệm

H Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp

IH.Lựa chọn phương án khả thi

CHƯƠNG IV: CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

I.Khá! niệm

IL Kha nang qué tải của máy biến áp

HI.Các phương án chọn máy biến áp

trang 3 trang 4 trang 6 trang 7 trang 8 trang 9 trang 15 trang 16 trang 19 trang 23 trang 25 trang 28

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP

LKhái niệm

II.Cách tính tổn thất điện năng của các loại máy biến áp

IH.Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp 3 phương án

CHƯƠNG VI: SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

I.Khái niệm

H.Các sơ đồ nối điện cơ bản ở các cấp điện áp

II.Chọn sơ đồ nối điện cho 3 phương án

Trang 4

HI.Tính tốn ngắn mạch cho 3 phương án trang 70 CHƯƠNG VIII.CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN

I.Khái niệm chung trang 80

II.Tính tốn các chế độ làm việc trang 82

III.Chọn máy cắt điện, máy cắt phụ tải, đao cách ly trang 89

IV.Chọn thanh góp-thanh dẫn trang 104

CHUONG IX:THIẾT KẾ PHAN TU DUNG CUA TRAM BIẾN ÁP

I.Chọn máy biến áp tự dùng trang 119

II.Tính tốn ngắn mạch cho cấp điện áp 0.4 KV trang 122

IH.Chọn cáp ngầm và tủ tự đùng trang 123

CHƯƠNG X:TÍNH TỐN KINH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT QUYẾT ĐỊNH

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

I.Khái niệm trang 124

H.Phần tính tốn trang 128

IH.So sánh kinh tế kỹ thuật trang 130

PHAN B: THIET KE CHONG SET VA NOI DAT CHO TRAM BIEN AP CHUONG I:BAO VE CHONG SET DANH TRUC TIEP VAO TRAM BIEN AP

I.Khai niém chung trang 131

II.Phạm vi bảo vệ cột thu sét trang 132 HI.Các yêu cầu kinh tế kỹ thuật khi dùng hệ thống cột thu sét trang 139 IV.Ap dụng tính tốn cho trạm trang 140

CHUONG II:TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP

I.Khái niệm trang 152

H.Tính tốn và thiết kế hệ thống nối đất trang 159 HI.Ấp dụng tính tốn nối đất cho trạm trang 164

Trang 5

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU caOk›

Nẵng lượng đóng vai trị quan trọng trong việc tạo ra của cải vật chất phục vụ đời

sống con người Theo sự phát triển của xã hội, con người đã khai thác rất nhiều nguồn năng lượng như: than đá, dầu mỏ, nguồn chảy của dịng sơng và biển cả, mặt trời, gió, v.v nhưng ưu việt hơn hết là nguồn năng lượng điện Điện năng dễ dàng được biến đổi

thành các nguồn năng lượng khác như: quang năng, nhiệt năng, cơ năng ngoài ra điện

năng còn là nguồn năng lượng sạch và dễ dàng truyền tải Tuy nhiên điện năng là một nguồn năng lượng đặc biệt Năng lượng không thể cất giữ khi dư thừa Do đó yêu cầu

được đặt ra là phải sử dụng điện sao cho có hiệu quả

Ngày nay điện năng được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành như: điện tử, giao

thông vận tải, chiếu sáng cho đến nơng nghiệp chính vì vai trò quan trọng của năng lượng điện đối với đời sống xã hội, mà điện năng được coi là thước đo về trình độ văn

minh va sự phổn vinh của một quốc gia

Trong bối cảnh nước ta hiện nay, nên kinh tế đang phát triển, điều này gắn liền với

sự ra đời hàng loạt các nhà máy, xí nghiệp hình thành nên các khu công nghiệp, khu chế

xuất Điều này làm cho nhu cầu sử dụng điện ngày càng nhiều

Nhằm đẩy mạnh quá trình phát triển, biến nước ta từ một nước nghèo nàn lạc hậu

thành một nước phát triển giàu mạnh Đảng và nhà nước ta đã ra sức chỉ đạo và thực hiện

quá trình điện khí hóa tồn quốc Với sự giúp đỡ của các tổ chức tài chính quốc tế, với sự

nỗ lực của nhân dân ta chúng ta đã và đang xây dựng được nhiều nhà máy có cơng suất

lớn nhằm đáp ứng nhu cầu về điện của nước ta Bên cạnh đó ta đã xây dựng được đội ngũ

cán bộ kỹ thuật đông đảo, trình độ cao về cung cấp điện

Để hệ thống lại kiến thức và làm quen với công việc trong tương lai, với sự hướng

Trang 6

PHẦN A:

Trang 7

PHẨNA:

TÍNH TOÁN VÀ THIET KE TRAM CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP

cealllso

I GIỚI THIỆU VỀ TRAM BIEN AP

Tram biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện

Nhà máy điện và trạm biến áp là các phân tử quan trọng trong hệ thống điện có thể

cung cấp điện năng cho phụ tải ở một nơi khác xa hơn, khoảng cách xa đó nhiều cây số

Sự chọn lựa một trung tâm phát điện liên quan đến nhiều vấn để như cần một số vốn đầu tư ban đầu lớn, phí tổn hao khai thác nhiều hay ít, và vị trí cần thiết kế lắp đặt ở xa nơi công chúng để tránh gây bụi bặm và ổn ào Do đó ở hầu hết mọi nơi điện năng được truyền tải, chuyên chở từ một nơi nào đó (nhà máy phát điện) đến nơi tiêu thụ Sự truyền tải điện năng đi xa sẽ nảy sinh ra nhiều vấn để, nhất là chỉ phí cho hệ thống các truyền tải

điện và tổn hao điện năng Phương pháp hữu hiệu nhất để giảm đi chỉ phí này là bằng cách nâng mức điện áp lên cao, khi đó tiết diện dây cáp và tổn hao điện năng truyền tải

giảm đáng kể Tuy nhiên mức điện áp chỉ nâng đến một cấp nào đó để phù hợp vơi vấn

để cách điện và an toàn Hiện nay nước ta đã nâng mức điện áp lên đến 500((kV)) để tạo thành một hệ thống điện hoàn hảo vận hành từ năm 1994 đến nay

Chính vì lẽ đó trạm biến áp thực hiện nhiệm vụ chính là nâng điện áp lên cao khi truyền tải, rồi những trung tâm tiếp nhận điện năng (cũng là trạm biến áp) có nhiệm vụ

Trang 8

Il PHAN LOAI

Trong thiết kế và vận hành mạng điện thường gặp hai danh từ: trạm phân phối điện

và tram biến áp Trạm phân phối điện chỉ gồm các thiết bị như: dao cách ly, máy cắt, thanh góp Dùng để nhận và phân phối điện năng đến phụ tải khơng có biến đổi điện áp

1 Phân loại trạm biến áp theo nhiệm vụ

a Trạm biến áp chung còn gọi là trạm biến áp chính, trạm có nhiệm vụ nhận điện của hệ thống với điện áp 220 KV biến đổi thành cấp điện áp 110/ 22/ 0,4KV

b Trạm biến áp phân xưởng: nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi xuống

các lọai điện áp thích hợp để phục vụ cho các phụ tải phân xưởng

2 Theo hình thức hay cấu trúc của trạm mà chia trạm thành trạm ngoài trời hoặc trạm trong nhà

a Ngoài trời: Tất cả các thiết bị đều đặt ngoài trời riêng phần phân phối điện áp thì

đặt trong nhà Trạm ngồi trời thích hợp cho các trạm trung gian công suất lớn có đủ điện

tích để đặt các thiết bị ngoài trời

b Trạm trong nhà: Tất cả các thiết bị đều đặt trong nhà Loại này thường gặp ở các

trạm biến áp, phân xưởng, trạm Gis

3 Các thiết bị chính trong trạm biến áp: * May bién 4p: (MBA)

-_ Là thiết bị truyền tải điện năng từ cấp điện áp này đến cấp điện áp khác

-_ Các thông số định mức máy biến áp: + Công suất định mức máy biến áp

+ Khả năng quá tải máy biến áp

+ Điện áp định mức

+ Tần số định mức

-_ Các loại máy biến áp: máy biến áp từ ngẫu, máy biến áp thông thường, máy biến áp cách ly

Trang 9

-_ Dùng biến đổi dòng điện sơ cấp về một giá trị dịng điện thích hợp ở đầu ra thứ

cấp

-_ Các loại biến dòng: máy biến dòng kiểu một vòng quấn, máy biến dòng kiểu

bậc cấp, máy biến dòng thứ tự không, máy biến dòng kiểu bù, biến dòng kiểu lắp sẩn * Máy biến áp đo lường(BU)

- Dòng biến đổi điện áp về cấp điện áp tương ứng với thiết bị đo lường, tự động - Các loại máy biến áp đặc biệt: máy biến áp kiểu 3 pha năm trụ, máy biến áp

kiểu bậc cấp, máy biến áp kiểu phân chia điện dung * Dao cach ly(CL)

-_ Là khí cụ điện có nhiệm vụ tạo một khoảng cách trông thấy được để đảm bảo an

toàn khi sửa chữa máy phát điện, máy biến áp, máy cắt điện, đường dây Đóng cắt khi

khơng có dịng hoặc dịng nhỏ, điện áp không cao lắm, sau khi máy cắt đã cắt mạch điện -_ Các loại: dao cách ly tự động, dao ngắn mạch

* May cat (MC):

- Dung để đóng cắt một phân tử của hệ thống điện như máy phát, máy biến áp,

đường dây trong lúc bình thường cũng như gặp sự cố

-_ Các loại máy cắt: máy cắt nhiều dầu, máy cắt ít dâu, máy cắt khơng khí, máy cắt khí, máy cắt tự sinh khí, máy cắt chân không, máy cắt phụ tải

*Chống sét van:

-_ Dùng để bảo vệ các thiết bị trong trạm không bị hư hại khi có sóng q điện áp

khí quyển truyền vào từ đường dây tải điện

* CP:

- Ding để đóng cắt dịng điện vào trạm

* Sứ đỡ:

-_ Có tác dụng nâng đỡ đường dây tải điện trên không Sứ đỡ thường được chế tạo

mỗi sứ chịu được 25 KV Nếu điện thế cao hơn thì ghép nối nhiều sứ với nhau

- Khoảng điện thế lớn nhất mà sứ đỡ được dùng là điện thế 50KV Nếu điện thế

Trang 10

NOI DUNG THIET KE:

Thiết kế phần điện và hệ thống chống sét - nối đất trạm biến áp 220⁄110⁄22&V với các thông số sau :

- Tram bién áp được nối với hệ thống (cấp điện áp 220kV) bằng 2 đường dây dài 100 km, công suất ngắn mạch : Snr = 8000 MVA, Xy= 0.3(Q)

- Phu tai 110kV gom 4 đường dây có : S„ax= 100 MVA, cos @ = 0,8 - Phy tai 22kV gồm 6 đường dây có : Smax = 60 MVA, cos @ = 0,75 Dé thi phụ tải cấp điện áp 110 kV:

Trang 11

Dé thi phụ tải cấp điện áp 22 kV: 3%Á 1001~——=— so —]| -' 40———=—— | T(h) 0 4 8 1a 16 20 24 > Hình 2 Đồ thị phụ tải cấp 22kV 201 —— TRÌNH TỰ THIẾT KẾ

Theo số liệu ban đầu đã cho, thiết kế trạm biền áp theo trình tự sau:

1 2

Nn

NM

Ss

Cân bằng công suất phụ tải Lựa chọn phương án tối ưu

Chọn máy biến áp

Sơ đồ nối điện

Tính tốn ngắn mạch

Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

7 Tính tốn kinh tế 8 9 Chọn khí cụ điện Thiết kế tự dùng của trạm 10 Thiết kế chống sét cho trạm

Trang 12

CHUONG II

CAN BANG CONG SUAT PHU TAI

calllso

I KHAINIEM:

Cân bằng công suất là xem khả năng cung cấp điện và tiêu thụ điện có cân bằng hay không Cân bằng công suất có vai trị quan trọng trong thiết kế cung cấp điện của trạm biến áp Biết rằng sự vận hành bình thường của hệ thống sẽ không được đảm bảo công suất của hệ thống đưa đến chỉ bằng phụ tải của nó Như vậy, việc cân bằng công suất cần thiết kế để đảm bảo nhu cầu cung cấp điện liên tục và chất lượng điện năng

+ Phụ tải là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện, nó biến đổi điện

năng thành các dạng năng lượng khác, để phục vụ cho sản suất và sinh hoạt, tuỳ theo tầm

quan trọng của phụ tải đối với nền kinh tế mà phụ tải chia làm 3 loại

+ Phụ tải loại 1: là những phụ tải mà khi xảy ra sự cố nguồn cung cấp sẽ gây ra

thiệt hại lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng của con người hoặc có ảnh hưởng đến chính

tri

+ Phụ tải loại 2: là những phụ tải có tầm quan trọng lớn, nhưng có sự cố về nguồn cung cấp điện chỉ thiệt hại về kinh tế, do ngưng sản suất, hư hỏng sản phẩm, thiết bị,

lãng phí nhân cơng

+ Phụ tải loại 3: là nhửng phụ tải cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa và thay thế thiết bị khi có sự cố

Stt

1 | Khu céng nghiép 110 80 0, 8 4 1 x*=0,3

2 | Khu dân cư 22 45 0, 75 6 2

Trang 13

I DO THI PHU TAI TUNG CAP DIEN AP 1 Phụ tải cấp 110 KV: - Šma„= I00MVA - Số đường dây là 4 œ Đồ thị phụ tải: 344 100————— 80 — LL | Po 60 | TT 40L 1S | 0¬ mm" T(h) i | | Ỉ | 0 4 8 12 16 20 2 >

Hinh 2.1 Phu tai cap 110 KV + Smax = 100(MVA)

Trang 14

KHU CÔNG NGHIỆP Bảng phân theo thời gian:

Thời gian(h) Công suất phụ tải

Từ Đến |S(MVA) |P(MW) |Q(MVAR)| % 0 — s 4 60 48 36 60 4 8 80 64 48 80 8 12 80 64 48 80 12 14 100 80 60 100 14 16 100 80 60 100 l6 _ 20 100 80 60 100 20 - 24 80 64 48 80

Bảng 2.2 phân theo thời gian 3 Phụ tải cấp 22 KV

- Smax = 60 MVA

- số đường dây là 6

Trang 15

Đồ thị phụ tải S% A 100Ƒ———— —¬ S0[—~ 60 40L—=— 20————=——— T(h) 0

Hinh 2.3 Dé thi phu tai

KHU DAN CU

Bảng phân theo thời gian

Thời gian(h) Công suất phụ tải

Từ Đến S(MVA) IP(MW) |Q(MVAR) % 0 4 36 27 23,76 60 4 8 48 36 31,68 80 Baa 12 48 36 31,68 80 2 14 60 45 39,6 100 14 16 48 36 31,68 80 16 20 60 45 39,6 100 20 24 48 36 31,68 80

Trang 17

4 Đồ thị tổng hợp của toàn trạm khi qua máy biến áp

Thời gian (h) Công suất phụ tải

Từ Đến | U¡ = U,+ Tự dùng (MVA) | Tổng | % I0KV 22KV 0 4 60 36 0,4 96,4 | 60,09 4 8 80 48 0, 4 128,4 | 80,04 ee 12 80 48 0, 4 128,4 | 80,04 12 14 100 60 0,4 160,4 | 100 14 16 100 48 0, 4 148,4 | 92,5 16 20 100 60 0,4 160,4 | 100 20 24 80 48 0, 4 128,4 | 80.04

Trang 18

a )ồ thị phụ tải 100 ị a 100 100 80,04 80,04 80 — — cc T(h) 0 4 8 12 16-20 247°

Hình 2.6 Đồ thị tổng hợp của toàn trạm khi qua máy biến áp

Trang 19

CHƯƠNG IH

SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP

calls

I KHAINIEM

Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp là sơ đổ diễn tả sự liên quan giữa nguồn, tải và hệ thống Đối với trạm biến áp nguồn thường là các đường dây cung cấp từ hệ thống đến

trạm biến áp, có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp cho các phụ tải mà trạm biến áp đẩm

nhiệm Với các trạm biến áp tiêu thụ cũng có thể có máy phát dự phòng để cung cấp điện

cho các phụ tải khi có sự cố trong hệ thống Trường hợp này các máy phát dự phòng được

xem là nguồn Do dó, hệ thống ln được xem là thành phần quan trọng, cấu trúc của

trạm biến áp phải luôn được g1ữ liên lạc chặt chẽ

Khi thiết kế trạm biến áp, chọn sơ đổ cấu trúc là phần quan trọng có ảnh hưởng quyết định đến toàn bộ thiết kế

Các yêu cầu chính khi chọn sơ đồ cấu trúc:

1 Có tính khả thi: tức là có thể chọn được tất cả các thiết bi chính như: máy biến áp, máy cắt cũng có khả năng thi công, xây lắp và vận hành trạm

2 Đảm bảo tính liên tục chặt chẽ giữa các cấp điện áp, đặc biệt với hệ thống khi bình thường cũng như cưỡng bức (có một phần tử không làm việc)

3 Tổn hao qua máy biến áp bé, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua hai máy

biến áp không cân thiết

4 Vốn đầu tư hợp lý, chiếm diện tích càng bé càng tốt

5 Có khả năng phát triển trong tương lai gần, không cân thay cấu trúc đã chọn

Thường thiết kế một trạm biến áp có thể có nhiều phương án khác nhau, để chọn phương

án ta cần cân nhắc các khía cạnh sau: + Số lượng máy biến áp

+ Tổng công suất máy biến áp + Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp

Trang 20

H SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRAM BIỂN ÁP

Trạm biến áp là một cơng trình nhận điện năng bằng một hay nhiều nguồn cung cấp với điện áp cao để phân phối cho các phụ tải ở các cấp điện áp bằng hoặc bé hơn điện áp hệ thống Phần công suất được phân phối ở điện áp bằng điện áp hệ thống thông qua máy

biến áp hạ, phần còn lại qua máy biến áp có điện áp phù hợp với phụ tải

Phụ thuộc vào các cấp điện áp và công suất của phụ tải có thể sử dụng một trong ba

phương án sau:

+ Qua máy biến áp giảm dần từ điện áp cao xuống

+ Dùng máy biến áp ba cuộn dây (hay máy biến từ ngẫu nếu U;> 110KV)

1 Phuong 4n 1:

Qua MBA giảm dần từ điện áp cao xuống(U„>U„>U„), được sử dụng niều

khi(S „<S„)

Điện áp 22KV được lấy từ thanh góp 110KV qua 2 máy biến áp

L Uc=220kV

~

Hình 3.1 MBA giảm dân từ điện áp cao xuống(U „>U„>U „ )

Sơ đồ này được sử dụng khi phụ tải ở các cấp điện áp thấp bé hơn phụ tải ở điện áp cao hoặc khi khơng có máy biến áp 3 cuộn dây thích hợp

- Khi một máy bị hư làm mất điện toàn hệ thống

- Phụ tải ở các cấp điện áp thấp phải bé hơn phụ tải ở các cấp điện áp cao(S r>S „)

Trang 21

MBA cấp một (điện áp lớn nhất) phải tải công suất ở các cấp nối tiếp do đó phải chọn cơng suất S lớn tổn hao có thể lớn

Xây dựng qua hai giai đoạn, giai đoạn đầu phụ tải ít xây dựng một cái trước sau đó phụ tải tăng thì ta xây dựng thêm một hay nhiều máy nữa Tuy vậy nó có nhược điểm là

MBA cấp một phải tải cả công suất ở các cấp nối tiếp do đó phải chọn MBA có cơng suất lớn

nên tổn hao lớn

+ Qua các máy biến áp 2 cuộn dây cung cấp cho từng cấp điện áp thấp

2 Phương án 2:

Sử dụng 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn dây Phụ tải cấp 22 được lấy từ cuộn hạ của MBA

Có những ưu điểm:

- Số lượng MBA chỉ có hai, chiếm diện tích xây lắp bé, sơ đồ rõ ràng, đơn giản, tổn hao

nhỏ hơn so với phương án khác Đây là sơ đồ thường được dùng trong các trạm biến áp

Giá thành thấp Tổn hao có thể nhỏ hơn các phương án khác vì chỉ qua một lần MBA

== | ho odd - m - Utd=0.4kV y

Hình 3.2 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn day

Trang 22

3 Phương án 3:

Dùng máy biến áp 2 cuộn dây để tải công suất từ điện áp cao sang trung và sang hạ Uc=220kV | mãn snow [tan TTT Wigan Utd=0.4kV

Hình 3.3 Dùng máy biến áp 2 cuộn dây để tai công suất từ điện áp cao sang

trung và sang hạ

-_ Tăng số lượng MBA dẫn đến chiếm nhiều điện tích

- Tach MBA thanh hai phần riêng biệt phương án này sử dụng nhiễu khi phụ tải U,

và Ư„ chênh lệch nhiều mà không thể dùng phương dn 1 va 2 nói chung là phương án

này có nhiễu hạn chế nên ít được sử dụng

- Được sử dụng nhiều khi S, > s;, nhưng khó tìm được MBA hai cuộn dây có cùng

cơng suất từ cao-trung, từ cao-hạ

4 Phương án 4:

- Sử dụng 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn dây

- Qua các máy biến áp 2 cuộn dây cung cấp cho từng cấp điện áp thấp

Dùng máy biến áp 2 cuộn dây để tải công suất từ điện áp trung sang hạ

Điện áp 22KV được lấy từ thanh góp 1I0KV qua 2 máy biến áp

Trang 23

- Tăng số lượng MBA dẫn đến chiếm nhiều diện tích

Uh=22kV N x 4kV Utd=0

Hình 3.4 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn dây

Ill LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KHẢ THỊ

Các phương án đề ra phải đắm bảo tính kinh tế và kĩ thuật Tính kĩ thuật phải đưa

lên hàng đầu Vì trạm biến áp là một mắt xích quan trọng của hệ thống điện, không thể

ngưng hoạt động khi hệ thống điện đang vận hành vì sẽ làm ảnh hưởng nặng nề đến hệ thống, cũng như phụ tải

Qua đánh giá sơ bộ và lựa chọn đưa ra các phương án sau:

Trang 24

1 Phương án 1

Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc phương án 1

Sử dụng máy biến áp 2 cuộn dây để tải công suất từ điện ấp cao sang trung, sang hạ

Phương án này có nhược điểm là:

- Tăng số lượng máy biến áp

-_ Tách máy biến áp thành hai phần riêng biệt

2 Phương án 2 Uc=220kV ye Ut=110kV ¬ Ea

Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc phương án 2

MW TTT

Trang 25

Sử dụng hai máy biến áp từ ngẫu cho các cấp điện áp 220KV/110KV/22 KV Vì:

Uc = 220KV

- Phương án này có đặc điểm :

+ Số lượng máy biến áp chỉ là 2, chiếm diện tích xây lắp ít + Giá thành thấp

+ Tổn hao trong máy biến có thể nhỏ hơn khi dùng 2 máy biến áp 2 cuộn dây

-_ Tuy nhiên không phải trường hợp nào cũng khả thi:

+ Máy biến áp từ ngẫu chỉ chế tạo với điện 4p U; > = 110KV

+ Khi công suất lớn kích thước và trọng lượng máy biến áp lớn có thể khơng cho phép khi chuyên chở và xây lắp

+ Phải sử dụng trung tính giả(giá thành cao)

3 Phương án 3

Uc=220kV

Utd=0.4kv — ] T

TRE JỮNG E).HDL ~ KIÊN ATEN

| THU VIEN | ` |

T số

Trang 26

Sử dụng 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn dây để tải công suất từ điện ấp cao sang trung Sử dụng máy biến áp 2 cuộn dây để tải công suất từ điện áp trung sang hạ

- Phuong án này có đặc điểm :

+ Tăng số lượng máy biến áp

+ Tách máy biến áp thành hai phân riêng biệt

+ Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay thường sử dụng phương án này

Trang 27

CHƯƠNG IV

CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

ealllss

I KHAINIEM

Máy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng từ điện áp này đến điện áp khác Điện

năng sản xuất từ nhà máy điện được truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa phải qua đường

dây cao thế 550, 220, 110KV thường qua máy phát (U„;) lên điện áp tương ứng

Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năng từ các

máy phát điện đến hộ tiêu thụ Vì vậy tổng cơng suất máy biến áp trong hệ thống điện có thể bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của máy phát điện

Mặc dù hiệu suất của các máy biến áp tương đối cao, tổn thất qua máy biến áp

(A Ag) hang năm vẫn rất lớn

Khi sử dụng máy biến áp cần lưu ý các đặc điểm sau:

* Máy biến áp là thiết bị không phát hiện ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng

Trong hệ thống điện chỉ có máy phát điện mới phát ra công suất tác dụng P và công suất

phản kháng Q

* Máy biến áp thường chế tạo thành một khối tại nhà máy, phần có thể tháo rời ra

trong khi chuyên chở chiếm tỉ lệ rất nhỏ (khoảng 10%) cho nên trọng lượng kích thước

chuyên chở rất lớn Vì vậy khi sử dụng cần chú ý phương tiện và khả năng chuyên chở khi xây lắp

* Tiến bộ khoa học về chế tạo (chủ yếu về vật liệu cách điện, thép từ) tiến bộ rất nhanh, cho nên các máy biến áp chế tạo càng về sau kích thước, trọng lượng, tổn hao và cả giá thành đều bé hơn Cho nên khi chọn công suất máy biến áp cần tính đến khả năng

tận dụng tối đa (xét khả năng quá tải cho phép) tránh sự vận hành non tải máy biến áp

đưa đến tổn hao không tải lớn, kéo dài thời gian sử dụng không cần thiết

Trang 28

Công suất định mức của máy biến áp được chế tạo theo thang tiêu chuẩn của mỗi nước,

thường cách nhau quá lớn, nhất là khi công suất càng lớn Điều này đưa đến tính tốn khơng chính xác, có thể chọn máy biến áp lớn không cần thiết

* Khi chọn công suất của máy biến áp phải chú ý đến khả năng phát triển phụ tải, tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến áp lại phải thay đổi hay thêm máy khi phụ

tải tăng Điều này cần cân nhắc rất khoa học và thực tế mới có thể chọn công suất tối ưu cần thỏa mãn các điều kiện đã nêu trên

* Máy biến áp hiện nay có nhiều loại:

+ Máy biến áp một pha, ba pha

+ Máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây

+ Máy biến áp có cuộn dây phân chia + Máy biến áp tự ngẫu một pha, ba pha

+ Máy biến áp tăng, máy biến áp hạ

+ Máy biến áp có và khơng có điều chỉnh dưới tải

Chỉ được ghép bộ máy phát điện-máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn cơng suất của bộ này Có như vậy mới tránh được

trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải

chuyển qua hai lần biến áp làm tăng tổn hao và gây quá tải cho MBA ba cuộn dây Đối với MBA tự ngẫu liên lạc thì khơng cần điều kiện này

Không nên dùng hai MBA hai cuộn dây hoặc từ ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa

các cấp điện áp vì sơ đồ thiết kế sẽ phức tạp

Không nên nối song song MBA hai cuộn dây với MBA ba cuộn dây vì khơng thường chọn được hai MBA có tham số phù hợp với điều kiện vận hành Song song

Vì vậy vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiễu Người ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đắm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ

tiêu thụ Chọn máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn loại, số lượng,

công suất định mức và hệ số biến áp Bởi vậy người ta mong muốn giảm số bậc biến áp, giảm công suất đặt của biến áp và sử dụng chúng có hiệu quả hơn Điều đó có thể đạt

được bằng cách thiết kế hệ thống điện một cách hợp lý, dùng MBA từ ngẫu trong trường hợp có thé (110KV) trở lên, có trung tính trực tiếp nối đất), tận dụng khả năng quá tải của

Trang 29

MBA, không ngừng cải tiến cấu tạo của MBA, góp phần nâng cao độ tin cậy và tiết kiệm

nguyên vật liệu

Các MBA ba pha hai và ba cuộn dây được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện

MBA ba cuộn dây dùng khi cần có hai cấp điện áp ra Việc lắp đặt MBA ba cuộn dây

thay cho hai MBA hai cuộn dây sẽ tiết kiệm được diện tích, vật liệu và vốn đầu tư, đồng

thời giảm được tổn hao khi vận hành MBA hai cuộn dây chỉ nên đặt ở trạm mà trong

tương lai trạm đó có thể cấp điện áp hạ khác hoặc phụ tải của cấp này nhỏ hơn (10-15%) công suất

Cũng chính vì lý do kinh tế mà MBA ba pha được dùng rộng rãi hơn trong hệ thống

điện Giá thành MBA ba pha nhỏ hơn khoảng (10-25%) so với nhóm ba MBA một pha

cùng một công suất Tổ MBA một pha chỉ dùng khi khơng có khả năng chế tạo MBA ba pha với công suất lớn cần thiết hoặc điều kiện chuyên chở không cho phép

Trong hệ thống điện áp cao và trung tính trực tiếp nối đất thì ta thường dùng MBA từ

ngẫu Loại MBA này ưu việt hơn so với MBA thường Giá thành, chi phí vật liệu và tổn

hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn với MBA thường có cùng cơng suất Cơng

suất tồn phân, tần số, điện áp, dòng điện tổn hao công suất tác dụng, tốn hao công suất

phan kháng và hệ số có lợi là các tham số cơ bản MBA Các tham số này xét trong điều kiện chuẩn được gọi là tham số định mức

II KHẢ NĂNG QUÁ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP:

Giả sử một trạm biến áp hoạt động với một công suất định mức, để đảm bảo được

tính hoạt động lâu dài ngoài trừ sự cố xảy ra Chúng ta nên tính đến khả năng quá tải của

z

nÓ

1 Quá tải bình thường (quá tải thường xuyên):

Quá tải thường xuyên của MBA là chế độ quá tải một phần thời gian phụ tải của

MBA vượt quá công suất định mức của nó, phần cịn lại của chu kì khảo sát (ngày, năm)

phụ tải của MBA thấp hơn công suất định mức đó Với phụ tải như vậy thì hao mòn cách điện sau một chu kỳ khảo sát không vượt quá hao mòn định mức, tương ứng với nhiệt độ

cuộn dây bằng 98°C nhưng không vượt quá 1400 C

Để tránh khả năng quá tải cho phép thường xuyên của 3 MBA trong những giờ phụ tải cực đại ngày đêm, cần phải phân tích, tính tốn chế độ nhiệt độ của nó Nói cách

Trang 30

trong thiết kế người ta xây dựng biểu đồ về khả năng quá tải của MBA được cho trong

các tài liệu thiết kế

Các biểu đổ về khả năng của MBA đươc xây dựng trên cơ sở đồ thị phụ tải hai bâc

đẳng trị của MBA Trục hồnh của đường cong tính toán chỉ hệ số k,(hé số phụ tải bậc

một) tức là phụ tải một với phụ tải định mức, còn trục tung chỉ hệ số quá tải cho phép K,, Cac đường cong xây dựng ứng với thời gian quá tải khác nhau từ (t =0, 5- 24 gid)

Đối với đồ thị phụ tải hai bậc, trình tự xác định quá tải cho phép của MBA theo đường cong khả năng tải được xác định như sau:

a Dựa vào đồ thị tính tốn cực đại, xác định loại và công suất định mức biến áp Sạ„„ và tính quá tải của nó:

"

Sim

b Xác định hệ số tải bậc một:

"

Sam

c Xác định hằng số thời gian của MBA và tùy thuộc vào hệ thống làm mát, hằng số

thời gian và nhiệt độ đẳng trị của môi trường làm mát mà chọn đường cong tính khả năng

tải của MBA

d Theo đường cong này và xuất phát từ hệ số phụ tải bậc một k; và thời gian qua tai tính tốn t để xác định hệ số quá tải cho phép Kạep

e So sánh k; tính tốn với kạu„ Nếu k; <k;.„; thì MBA được phép quá tải ứng với chế độ làm việc của nó

Trong trường hợp đồ thị phụ tải nhiều bậc, chúng ta biến đổi về đồ thị hai bậc đẳng trị

Trong đồ thị phụ tải đẳng trị bậc một tính trong 10 giờ liền trước hay liền sau quá tải lớn nhất tùy thuộc vào phụ tải cực đại xuất hiện chiều hay buổi sáng trong ngày

* Phụ tải đẳng trị bậc một được tính theo cơng thức:

Trang 31

*Phụ tải đẳng trị bậc hai dược tính theo cơng thức:

Trong đó:

S1: phụ tải bậc thứ ¡ Tï: thời gian bậc thứ ¡

nl: s6 bậc trong 10 gid khi tinh phu tai bac mét

n2: số bậc trong thời gian quá tải

Trường hợp xuất hiện hai lần quá tải so với công suất định mức của MBA thì cực đại

nhỏ hơn được dùng để tính phụ tải đẳng trị bậc một S¡z¡ Tính S;„ tiến hành trong 10 giờ ở

trước hay sau cực đại lớn nhất tùy thuộc vào cực đại nhỏ hơn Nói cách khác khi biểu đồ

phụ tải có hai cực đại thì tính tốn đẳng trị bậc hai đối với cực đại nào có tổng Ð`S/, đạt

giá trị lớn nhất Khi đó nếu phụ tải cực đại xuất hiện vào buổi chiều (thứ hai về thời gian)

thì lúc tính phụ tải đẳng trị bậc một sẽ bao gồm 10 giờ liền sau phụ tải bậc hai Nếu MBA làm việc cả năm với một đồ thị phụ tải giống nhau thì khi đánh giá phụ tải cho phép người ta dùng nhiệt độ đẳng trị của môi trường làm mát hằng năm Nếu đô thị phụ tải của -

MBA thấp hơn mùa đơng thì nên sử dụng nhiệt độ đẳng trị của môt trường làm mát theo

vùng và tính quá tải cho phép riệng biệt đối với mùa đông và mùa hè

2 Quá tải sự cố:

Đó là quá tải cho phép MBA làm việc với điều kiện sự cố (ví dụ như bị hư hồng một MBA khi hai máy làm việc song song) mà không gây hỏng chúng Như vậy trị số cho

phép được quyết định sao cho nhiệt độ của cuộn dây và dầu của MBA không ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường tiếp theo của máy Nhiệt độ cho phép cực đại đối với dầu là

115 C và đối điểm nóng nhất của cách điện 140” C

Trong điều kiện làm việc đó, MBA được phép quá tải 40% nếu thời gian quá tải của

máy không vượt quá 6 giờ trong 5 ngày đêm và hệ số phụ tải bậc một kị không vượt quá

0,93

Trang 32

Quá tải sự cố cho phép kạ¿; = 1,4 nên xem như một hệ số tính tốn nào đó, sử dụng

khi lựa chọn MBA theo điều kiện quá tải sự cố Trị số quá tải cho phép trong vận hành được quyết định phụ thuộc vào điều kiện cụ thể như đồ thị phụ tải và nhiệt độ môi trường

làm mát

IH CÁC PHƯƠNG ÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP: Sử dụng một trong ba phương án sau:

* Phương án 1: | | — | Uc=220kV Ut=110kV d “ L Utd=0.4kV —T

Hình 4.1 Máy biến áp 2 cuộn dây tải công suất từ điện áp cao sang trung, sang hạ 1 Xét quá tải sự cố của máy biến áp của trạm biến áp 220/110KV

Khi hai máy biến áp vận hành song song mà một trong hai máy bị sự cố phải nghỉ,

máy biến áp còn lại có thể vận hành với phụ tải định mức không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh lúc sự cố trong thời gian 5 ngày đêm nếu thỏa mãn các điều kiện:

Theo đồ thị phụ tải đẳng trị về hai bậc, trong đó K;<0, 93; K;<l1, 4 đối với máy biến

áp đặt ngoài trời và K;<1, 3 với máy biến áp đặt trong nhà, T2<6 giờ, chú ý theo đõi nhiệt độ của cuộn dây không được vượt quá 140 ”C và tốt nhất là tăng cường tối đa các biện

pháp làm lạnh máy biến áp

Trang 33

S% ih Ị | | | 100 —— 160.4 160,4 | 128,4 128,4 80 — Ìäs„4 | | 60 —Ì-— ữ & 1(h) Hình 4.2 Đô thị phụ tải 12 16 20 24 ?*

Công suất máy biến áp chọn theo điều kiện một máy biến áp nghỉ, máy biến áp còn

lại với khả năng quá tải sự cố có khả năng cung cấp đủ S„„„= 160,4MVA Kq»c-Šp >160,4 MVA

Máy biến áp đặt ngoài trời Katse = 1, 4

Sp >160,4/1,4 = 114,57 MVA

Néu chon 148,4 MVA thi T, = 8 gid >6 gid

Nên ta chọn máy biến áp c6 Sg = 160 MVA có T; = 6 giờ(thỏa)

.2m 2

Suy ra kị = Ae Ti — =0, 63 <0, 93 thỏa

10 10

Trang 34

2 Xét quá tải sự cố của máy biến áp 110/22KV khu dân cư

S(KVA) A 0 60 —¬ 60 50 4848| hạ 48 40:38 30 FT 5 : 20,0, 10 T(h) —»> | ! 0 4 8 12 16 20 24 Hình4.3 máy biến áp 110/22KV Hi Công suất máy biến áp chọn theo điều kiện một máy biến áp nghỉ, máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố có khả năng cung cấp đủ Smax = 60MVA

Ku S„ >60MVA

Máy biến áp đặt ngoài trời K,„„ = 1, 4

Sp >60/1,4 = 42,85MVA

Nên chọn máy biến áp có Sz„ =60 MVA với Ta =6 giờ(thỏa)

-2m- 2

Suy ra k2 = đo = jn = 0, 632<0, 93 (thda)

Vậy máy biến áp Sjn3 = 6OMVA théa man cdc diéu kiện sự cố

Trang 35

* Phương án 2 — T =22kV aS | ị Ị À an "e _T Utd=0.4kV |

Hình 4.4 Hai máy biến áp từ ngẫu cho các cấp điện áp 220/110/22 KV S% À 160,4 169,4 160 100'-— ——_—F¬ 128,4 128,4 S30:~= ¬" «a (i My 40) 200 | | I | | | | T(h) 0 4 8 12 1 20 24 >

Hinh 4.5 Dé thi phu tai

Trang 36

Ta không chọn máy biến áp từ ngẫu có S¿„ = 148,4 MVA(vì thời gian quá tải lớn

hơn 6 giờ)

Vay máy biến áp có Sa„g = 160MVA thỏa mãn các điều kiện quá tải sự cố

* Phương án 3: Uc=220kV ` ~ | m——— Utd=0.4kV

Hình 4.6 Máy biến áp 2 cuộn dây để tải công suất từ điện áp trung sang hạ

1 Xét quá tải sự cố của máy biến áp của trạm biến áp 220/110KV

Đồ thị phụ tải:

Trang 37

*Á 160,4 160,4 160 I100E=—=—=——- L—F — 128,4 128,4 80 — — 60 — 40-—l——=E——— mm Th) 0 4 8 12 16 20 24

Hình 4.7 máy biến áp của trạm biến áp 220/110KV

|

20-—=———-—=-—-

|

Tương tự phương án 1l: S,,,>114,57MVA

Ta không chọn máy biến áp từ ngẫu có Sz„ = 148,4 MVA(vì thời gian quá tải lớn hơn 6 giờ)

Vậy máy biến áp tự ngẫu có S¿„p = 160 MVA thỏa mãn các điều kiện quá tải sự

Trang 38

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP S(KVA) A 60 60 50 48 481 hg 48 40/38 30 {1 pepe 2077 TT TT 0= `" < " T(h) 0 4 § 12 16 20 24 ` Tương tự phương dn 1:

Nên chọn máy biến áp có Sa„ = 60MVA với T; = 6 giờ(thỏa)

Hình4.8 Máy biến áp 110/22KV

Sam >42,85MVA

Vay may bién 4p Sing = 60MVA théa man cac diéu kién su co

Phuong An Tram Kiéu Sdm(MVA) | Máy biến áp

220/110KV ONAF 160 3 pha 2 cuộn

1 day

110/22KV ONAN 60 3 pha 2 cuộn

dây

2 220/110/22KV ATHHTH 160 Tự ngẫu 3 pha

220/110KV ATHHTH 160 Tự ngẫu 3 pha

3

110/22KV ONAN 60 3 pha 2 cuộn

day

Bảng 4.9 Tổng kết sơ bộ chọn máy biến áp

Trang 39

Sd Dién Uy | 10%) Ap, Ap v Kích thước(m) Trọng Giá Nước

m( | 4p(KV) | (ay aw) | ccw) lượngtấn | tién | san

MV (10°) | xuat

A)

Cao | Ha D B C Dầu | Tổng

160 | 242 | 15,7 |12 3,2 | 320 760 9,8 | 5,82 | 6,99 252,5 NGA

60 |242 |13,8 |14 4 125 390 NGA

Bảng 4.10 Các thông số của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây

Sdm | Điện áp(KV) |_ Uy(%) I Tổn thất(KW) Trọng | Giá tiểnlước s

(MVẢ (%) lượng(tấn) (10°)

) C T H Ap, Ap,

C/T| C/H T/H C/T | C/H | T/H | Dau | Téng

160 | 230) 121/ 13,8] 11 [31 |19 |0.5 |100 |380 | 235 | 230 150 NGA

Trang 40

CHƯƠNG V

TÍNH TỐN TỔN THẤT

ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP

cealllss

I KHAINIEM

Khi truyền tải điện năng từ trạm biến áp đến nơi tiêu thụ, ta cần phải dùng dây dẫn và máy biến áp, nên một phân điện năng tất nhiên bị tiêu hao do đốt nóng dây dẫn, do

tạo ra các trường điện từ và các hiệu ứng khác Khi có dịng điện chạy qua dây dẫn và

máy biến áp, vì chúng có điện trổ và điện kháng nên bao giờ cũng có tổn thất nhất định

về công suất tác dụng thuộc P và công suất phàn kháng Q Số năng lượng điện năng mất

mát đó biến thành nhiệt làm nóng dây dẫn và máy biến áp, cuối cùng tỏa ra không khí, khơng mang lại hiệu quả cao Cho nên ta cần tính tốn tổn thất điện năng trong máy biến áp để so sánh những phương án kinh tế nhất

II CÁCH TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC LOẠI MBA

1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây:

-Khi khơng có đồ thị phụ tải xác định theo biểu thức:

AP, mn

AA =n* P *t+—*% + Smee *;

n din

-Khi có đồ thị phụ tải xác định theo biểu thức

AP

A4=n*h,*t+ ¬

n S* am

Trong đó:

+ AP, :t6n thất không tải

Định dạng
Số trang	185
Dung lượng	4,38 MB