thiết kế trạm biến áp 220 0 22 kv khóa luận tốt nghiệp khoa công nghệ điện

1 Sơ đồ khối trạm biến áp Số đường dây từ trạm biến áp đến phụ tải : 2 hghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghie

Trang 1

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

131Thursday, June 13, 20249:38:52 PM9:38:52 PM131Thursday, June 13, 20249:38:52 PM9:38:52 PM131Thursday, June 13, 20249:38:52 PM9:38:52 PM

hghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohg

hghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohg

hghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohg

hghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohghghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohg

131hghieh euu va hoah thieh eohg tae to ehue puah ly lco dohg va tieh luohg tai eohg ty eo uhah da mai hai duohgThursday, June 13, 2024

Trang 2

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

(1) : Phạm Thanh Việt, MSSV : 14079181 (2) : Lê Chánh Tâm Trực, MSSV : 14098761

4 Kết quả

Nắm vững kiến thức, các phương pháp triển khai thiết kế một trạm biến áp bổ sung thêm vào kiến thức ngành điện đã học từ quý thầy cô tại trường Được hướng dẫn của thầy Nguyễn Huy Khiêm đã trao dồi thêm nhiều kiến thức và kỹ năng mềm

Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày… tháng… năm 2018

Sinh viên

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Trang 5

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

3.2 Sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp 11

3.2.1 Chọn số lượng máy biến áp: 1, 2 hoặc 3 12

a) Một máy biến áp được dùng trong trường hợp : 12

Trang 6

b) Hai máy biến áp là phương án thường được sử dụng nhất vì tính đảm bảo cao :

… 12

c) Ba máy biến áp chỉ sử dụng trong trường hợp đặc biệt : 12

3.2.2 Chọn sơ đồ cấu trúc: 4 phương án 13

a) Phương án 1: Máy biến áp từ ngẫu 13

b) Phương án 2: Qua máy biến áp hai cuộn dây, giảm dần từ điện áp cao xuống… 14

c) Phương án 3: Máy biến áp ba cuộn dây 14

d) Phương án 4: Máy biến áp hai cuộn dây, tách riêng 2 cấp điện áp 15

CHƯƠNG 4 17

CHỌN MÁY BIẾN ÁP 17

4.1 Khái niệm 17

4.1.1 Các đặc điểm của máy biến áp : 17

4.1.2 Các thông số định mức của máy biến áp : 19

4.2 Quá tải của máy biến áp 19

4.2.1 Quá tải bình thường 19

4.2.2 Quá tải sự cố 20

4.3 Tính toán chọn máy biến áp 20

4.3.1 Phương án 1: Hai máy biến áp từ ngẫu 21

4.3.2 Phương án 2: Bốn máy biến áp hai cuộn dây, cấp điện áp giảm dần 24

a) Hai máy biến áp 220/110 kV : 24

b) Hai máy biến áp 110/22 kV : 24

Trang 7

5.2 Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản 28

5.2.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp 28

5.2.2 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn thanh góp 29

5.2.3 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp vòng 31

5.2.4 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp 32

5.2.5 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có phân đoạn 1 thanh góp 33

5.2.6 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng 34

5.2.7 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có hai máy cắt trên một mạch 35

5.2.8 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp với ba máy cắt trên hai mạch 35

7.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu 53

7.3 Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây 57

CHƯƠNG 8 61

TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU 61

8.1 Khái niệm 61

8.2 Tính toán kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án 62

Trang 8

9.2 Các chế độ làm việc của trạm biến áp 67

9.2.1 Chế độ làm việc lâu dài 67

9.2.2 Chế độ làm việc ngắn hạn 69

9.2.3 Xung nhiệt của dòng điện ngắn mạch : 69

9.3 Chọn các phần dẫn điện cho trạm biến áp 70

9.3.1 Cấp 220 kV : ta sử dụng dây dẫn mềm 71

a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài : 71

b) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt : 71

c) Kiểm tra điều kiện vầng quang : 72

9.3.2 Cấp 110 kV : ta sử dụng dây dẫn mềm 72

b) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt : 73

c) Kiểm tra điều kiện vầng quang : 73

Trang 9

9.3.3 Cấp 22 kV : ta sử dụng dây cáp điện lực 74

b) Kiểm tra điều kiện phát nóng ngắn hạn : 74

9.4 Chọn máy cắt và dao cách ly cho trạm biến áp 75

BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM 85

10.1 Khái niệm chung 85

10.2 Yêu cầu chung của hệ thống chống sét 86

10.3 Xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét 86

10.3.1 Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét 86

10.3.2 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét 89

a) Hai cột thu sét có độ cao bằng nhau 89

Trang 10

b) Hai cột thu sét có độ cao khác nhau 90

10.3.3 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét 91

a) Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét 91

b) Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét 91

10.4 Giới thiệu trạm biến áp và quan điểm thiết kế 92

10.4.1 Giới thiệu trạm biến áp 92

a) Cấp điện áp 220 kV đặt ngoài trời 93

b) Cấp điện áp 110 kV đặt ngoài trời 93

d) Phạm vi bảo vệ của cột đèn chiếu sáng A, B ở trạm 220 kV 103

e) Phạm vi bảo vệ của cột đèn chiếu sáng C, D ở trạm 110 kV 104

CHƯƠNG 11 105

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 105

11.1 Giới thiệu chung về nối đất 105

11.1.1 Nối đất làm việc 105

11.1.2 Nối đất an toàn ( bảo vệ ) 105

11.1.3 Nối đất chống sét 106

11.2 Tính toán và thiết kế hệ thống nối đất an toàn 106

Trang 11

11.2.1 Nối đất tự nhiên 106

a) Xác định 108

b) Xác định 108

11.2.2 Tính toán nối đất nhân tạo 109

a) Tính toán điện trở mạch vòng nối đất 109

b) Tính toán điện trở nối đất bổ sung 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

LỜI CẢM ƠN 115

Trang 12

Danh sách các hình vẽ

Hình 1 1 Sơ đồ khối trạm biến áp 3

Hình 1 2 Đồ thị phụ tải khu công nghiệp 4

Hình 1 3 Đồ thị phụ tải khu dân cư 4

Hình 2 1 Đồ thị phụ tải của trạm biến áp … 10

Hình 3 1 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp từ ngẫu 13

Hình 3 2 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp hai cuộn dây, điện áp giảm dần 14

Hình 3 3 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp ba cuộn dây 15

Hình 3 4 Sơ đồ cấu trúc máy biến áp 2 cuộn dây, tách riêng 2 cấp điện áp 15

Hình 4 1 Đồ thị phụ tải chọn máy biến áp từ ngẫu 23

Hình 4 2 Đồ thị phụ tải chọn máy biến áp hai cuộn dây 110/22 kV 25

Hình 5 1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp 28

Hình 5 2 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn thanh góp 29

Hình 5 3 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp vòng 31

Hình 5 4 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp 32

Hình 5 5 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có phân đoạn một thanh góp 33

Hình 5 6 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng 34

Hình 5 7 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có hai máy cắt trên một mạch 35

Hình 5 8 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp với ba máy cắt trên hai mạch 36

Hình 5 9 Sơ đồ nối điện phương án 1 37

Hình 5 10 Sơ đồ nối điện phương án 2 38

Trang 13

Hình 6 4 Sơ đồ biến đổi tương đương tại của phương án 1 45

Hình 6 6 Sơ đồ hệ thống tính ngắn mạch phương án 2 47

Hình 6 7 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch phương án 2 48

Hình 9 1 Sơ đồ cấu trúc của trạm 67

Hình 10 1 Cột thu sét 83

Hình 10 2 Vùng bảo vệ của một cột thu sét 87

Hình 10 3 Vùng bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau 89

Hình 10 4 Vùng bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau 90

Hình 10 5 Mặt bằng bảo vệ của 3 cột thu sét có độ cao bằng nhau đặt tại 3 đỉnh của một tam giác 91

Hình 10 6 Mặt bằng bảo vệ của 4 cột thu sét có độ cao bằng nhau đặt tại 4 đỉnh của hình chữ nhật 92

Hình 10 7 Sơ đồ bố trí kim thu sét 94

Trang 14

Danh sách các bảng

Bảng 1 1 Các số liệu chính của trạm biến áp thiết kế 5

Bảng 2 1 Tổng hợp phụ tải của trạm biến áp 9

Bảng 4 1 Thông số máy biến áp từ ngẫu ba pha AT TH = 63 MVA 22

Bảng 4 2 Giá trị vùng quá tải máy biến áp từ ngẫu: 23

Bảng 4 3 Thông số máy biến áp phương án 2 26

Bảng 6 1 Kết quả tính ngắn mạch phương án 1 47

Bảng 6 2 Kết quả tính ngắn mạch phương án 2 52

Bảng 7 1 Bảng tính toán tổn thất điện năng phương án 1……… 56

Bảng 7 2 Bảng tính toán tổn thất điện năng máy biến áp 220/110 kV phương án 2 58

Bảng 7 3 Bảng tính toán tổn thất điện năng máy biến áp 110/22 kV phương án 2 59

Bảng 7 4 So sánh tổn thất điện năng trong máy biến áp hai phương án 60

Bảng 8 1 So sánh hàm chi phí C giữa hai phương án ……… 65

Bảng 9 1 Kết quả tính toán ở các cấp điện áp 70

Bảng 9 2 Kết quả chọn phần dẫn điện 75

Bảng 9 3 Kết quả chọn máy cắt và dao cách ly cấp 220 kV 76

Trang 15

Trang 16

PHẦN I

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22 KV CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP

1.1 Khái niệm

Trạm biến áp, nhà máy điện, đường dây truyền tải là những thành phần quan trọng của hệ thống điện Vì nhà máy điện thường cách xa phụ tải nên ta phải truyền tải điện năng Để giảm tổn thất truyền tải điện, ta phải truyền tải với điện thế cao Vì lẽ đó, trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện Trạm biến áp biến đổi điện thế thấp thành điện thế cao để truyền tải và ngược lại biến điện thế cao thành điện thế thấp để cung cấp cho phụ tải

Theo điện áp, trạm biến áp được chia thành trạm biến áp tăng và trạm biến áp giảm :

 Trạm biến áp tăng có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp Đây thường là trạm biến áp của các nhà máy điện tập trung điện năng của các máy phát điện để phát về hệ thống điện và phụ tải ở xa

 Trạm biến áp giảm có điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp Đây thường là các trạm biến áp có nhiệm vụ nhận điện năng từ hệ thống điện để phân phối cho phụ tải

Theo chức năng, trạm biến áp được chia thành trạm biến áp trung gian và trạm biến áp phân phối :

 Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp khu vực thường có điện áp sơ cấp lớn (500, 220, 110 kV) để phân phối cho các phụ tải (220, 110, 22, 15 kV) là các trạm biến áp phân phối

Trang 17

 Trạm biến áp phân phối hay còn gọi là trạm biến áp địa phương có nhiệm vụ phân phối trực tiếp cho các phụ tải của xí nghiệp, khu dân cư, trường học,… thường có cấp điện áp nhỏ (10; 6; 0,4 kV)

Những thành phần cơ bản của một trạm biến áp :

 Máy biến áp

 Thiết bị phân phối sơ cấp

 Thiết bị phân phối thứ cấp

 Hệ thống tự dùng

 Hệ thống bảo vệ rơle

 Hệ thống chống sét

Những yêu cầu về vị trí của trạm biến áp :

 Gần đường giao thông để thuận tiện cho việc chuyên chở thiết bị

 Gần các công trình công cộng : cấp thoát nước, thông tin liên lạc, PCCC,…

 Tránh xa vùng ngập nước, lỡ đất, giông sét

 Tránh xa các kho chất nổ, kho nhiên liệu, đường ống dẫn dầu, khí đốt

Nền kinh tế phát triển đòi hỏi cơ sở hạ tầng hệ thống điện cũng phải phát triển Hệ thống điện phát triển đi đôi với việc xây dựng nhiều trạm biến áp Trạm biến áp phải được tính toán thiết kế sao cho đảm bảo đầy đủ các yếu tố về kinh tế - kĩ thuật Thiết kế tốt trạm biến áp sẽ mang lại hiệu quả rất cao cho ngành điện nói riêng và nền kinh tế nói chung

Trang 18

Hệ Thống

220 KV

220KV 4200MVA Cosϕ=0,8 X*=0,18

Pmax=40 MWCosϕ=0,82

Pmax=25 MWCosϕ=0,8100 Km

Trạm biến áp110 KV 22 KV

Hình 1 1 Sơ đồ khối trạm biến áp

Số đường dây từ trạm biến áp đến phụ tải : 2

Trang 19

Hình 1 2 Đồ thị phụ tải khu công nghiệp

+ Cấp điện áp 22 kV: phụ tải khu dân cư

Công suất tác dụng cực đại : = 25 MW Hệ số công suất : cos = 0,8

Số đường dây từ trạm biến áp đến phụ tải : 4

Hình 1 3 Đồ thị phụ tải khu dân cư

Trang 20

Nội dung thiết kế trạm biến áp :

 Tổng hợp đồ thị phụ tải

 Chọn sơ đồ cấu trúc

 Chọn máy biến áp điện lực

 Chọn sơ đồ nối điện

 Tính toán dòng điện ngắn mạch

 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

 Tính toán kinh tế - kĩ thuật, chọn phương án tối ưu

(MVA) cos

Số đường

dây

Chiều dài đường

dây

Ghi chú

Nguồn cung

cấp 220 4200 0,8 2 100 km = 0,18 Phụ tải

(kV)

(MW) cos đường Số dây

Đồ thị

phụ tải Ghi chú 1 Khu công

nghiệp 110 40 0,82 2 Hình 1.2 2 Khu dân cư 22 25 0,8 4 Hình 1.3

1.3.2 Nhận xét về các phụ tải

Phụ tải loại 1: Khi mất điện ảnh hưởng đến tính mạng con người, gây thiệt hại

lớn cho nền kinh tế quốc dân hoạc ảnh hưởng lớn đến chính trị Loại này gồm các khu công nghiệp quan trọng, các thành phố lớn, các khu vực ngoại giao, công sở quan

Trang 21

trọng, các thành phố lớn, các khu vực ngoại giao, công sở quan trọng, các hầm mỏ, bệnh viện, hầm giao thông dài,… cần phải đảm bảo điện liên tục do đó phải có ít nhất hai nguồn độc lập hoặc phải có nguồn dự phòng thường trực

Phụ tải loại 2: Khi mất điện có ảnh hưởng đến nền kinh tế sản xuất nhưng

không nghiêm trọng như loại 1 Loại này gồm các khu công nghiệp nhỏ, địa phương, khu vực sinh hoạt đông dân phức tạp… nói chung cũng quan trọng nhưng không bằng loại 1 Khi thiết kế có thể cân nhắc giữa yếu tố kỹ thuật với vốn đầu tư Nếu không làm tăng vốn đầu tư nhiều hoặc không phức tạp, khó khăn lắm nên thiết kế hai nguồn cung cấp có thể chuyển đổi khi có sự cố một nguồn

Phụ tải loại 3: Về nguyên tắc có thể mất điện thời gian ngắn không ảnh hưởng

nhiều đến các hộ tiêu thụ Loại này chủ yếu là các khu dân cư khi thiết kế có thể chỉ có một nguồng cung cấp

Phụ tải trạm biến áp đang thiết kế :

 Khu công nghiệp: = 40 MW, đây là khu công nghiệp lớn, được sắp xếp vào phụ tải loại 1, không cho phép gián đoạn cung cấp điện

 Khu dân cư: = 25 MW, được xếp vào phụ tải loại 2

1.3.3 Những điều kiện hạn chế trong khi thiết kế :

Trang 22

CHƯƠNG 2 PHỤ TẢI ĐIỆN

Phụ tải điện là các thiết bị hay tập hợp các khu vực gồm nhiều thiết bị sử dụng điện năng để biến đổi thành các dạng năng lượng khác như quang năng, nhiệt năng, cơ năng, hóa năng

Phụ tải điện có thể biểu diễn dưới dạng tổng quát: S = P + jQ

Trong đó:

P : công suất tác dụng, đơn vị: W, kW, MW

Q : công suất phản kháng, đơn vị: Var, kVar, Mvar S : công suất biểu kiến, đơn vị: VA, kVA, MVA Về trị số:

S = √ P = S.cos Q = S.sin

Điện năng (A) là công suất điện tiêu thụ trong thời gian T

A = ∫ ∑

Đơn vị: Wh, kWh, MWh

Phân loại phụ tải theo tính chất :

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

 Phụ tải chiếu sáng

Trang 23

 Phụ tải công nghiệp: cung cấp cho khu công nghiệp

 Phụ tải nông nghiệp: cung cấp cho khu nông nghiệp

 Phụ tải sinh hoạt: cung cấp cho vùng dân cư

Phân loại phụ tải theo mức độ quan trọng :

Tự dùng của trạm biện áp không phụ thuộc hoàn toàn vào công suất của trạm biến áp mà chủ yếu vào trạm biến áp có hay không có người trực thường xuyên và vào hệ thống làm lạnh của máy biến áp ( có quạt, có hệ thống bơm dầu, nước cưỡng bức )

Công suất tự dùng của trạm biến áp đang thiết kế: 0,5 MVA

Để tổng hợp đồ thị phụ tải có thể dùng phương pháp vẽ tổng hợp các đồ thị phụ tải đã cho Đồ thị phụ tải tổng hợp vẽ từ thời gian nhỏ đến lớn và trong thòi gian đó cộng các phụ tải lại, sau đó cộng thêm phần tự dùng hay tổn hao

Thành lập thành bảng tổng hợp phụ tải theo phương pháp lập bảng cho P và Q và tính S nếu cos khác nhau Trường hợp nếu có cos như nhau có thẻ chỉ vẽ cho P

 Tổng hợp đồ thị phụ tải trạm biến áp đang thiết kế :

Đồ thị phụ tải của trạm biến áp đang thiết kế là tổng hợp đồ thị phụ tải ở hai cấp

điện áp 110 kV và 22 kV Vì cos ở hai cấp điện áp khác nhau nên ta sẽ lập bảng cho P, Q và tính S Phụ tải tổng còn bao gồm cả phần tự dùng 0,5 MVA

∑ √

Trang 24

√

√ Trong đó:

(MW)

(MW) (MW)

(MVar)

(MVar) (MVar)

(MVA)

(MVA) (MVA) 0÷4 16 10 26 11,168 7,500 18,668 19,51 12,50 32,51 4÷6 24 12,5 36,5 16,752 9,375 26,127 29,27 15,63 45,39 6÷10 24 15 39 16,752 11,250 28,002 29,27 18,75 48,51 10÷12 32 25 57 22,336 18,750 41,086 39,02 31,25 70,76 12÷14 40 25 65 27,920 18,750 46,67 48,78 31,25 80,52 14÷16 40 15 55 27,920 11,250 39,17 48,78 18,75 68,02 16÷18 24 15 39 16,752 11,250 28,002 29,27 18,75 48,51 18÷24 16 10 26 11,168 7,500 18,668 19,51 12,50 32,51

Trang 25

S (MVA)

Hình 2 1 Đồ thị phụ tải của trạm biến áp

 Nhận xét :

Trạm biến áp nhận điện năng từ hệ thống và cung cấp cho phụ tải theo đồ thị

phụ tải Hình 2.1 Công suất phụ tải của trạm lớn nhất từ 12h đến 14h, = 80,52 MVA Công suất phụ tải của trạm nhỏ nhất từ 18h đến 4h, = 32,51 MVA Đồ thị phụ tải của trạm là cơ sở để chọn máy biến áp cho trạm biến áp

Trang 26

CHƯƠNG 3 SƠ ĐỒ CẤU TRÖC

Sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp là sơ đồ liên lạc giữa nguồn ( hệ thống ) và các phụ tải ( khu công nghiệp, khu dân cư ) thông qua máy biến áp, Khi thiết kế trạm biến áp, chọn sơ đồ 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 :

 Có tính khả thi tức là có thể chọn được các thiết bị chính như: máy biến áp, máy cắt…, cũng như có khả năng thi công, xấy lắp và vận hành

 Đảm bảo liên hệ 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 được )

 Tổn hao qua máy biến áp nhỏ, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua hai lần biến áp không cần thiết

 Vốn đầu tư hợp lí, chiếm diện tích càng nhỏ càng tốt

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

Thường một trạm biến áp có thể có nhiều phương án cấu trúc khác nhau, để chọn phương án nào cần cân nhắc các khía cạnh sau đây :

 Số lượng máy biến áp

 Tổng công suất các máy biến áp

 Tổn hao điện năng tổng qua các máy biến áp

3.2 Sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp

Trạm biến áp đang thiết kế là một công trình nhận điện từ hai nguồn cung cấp

Trang 27

( phụ tải khu công nghiệp ), 22 kV ( phụ tải khu dân cư ) Công suất được phân phối qua máy biến áp giảm có điện áp phù hợp với từng phụ tải

3.2.1 Chọn số lượng máy biến áp: 1, 2 hoặc 3

a) Một máy biến áp được dùng trong trường hợp :

 Phụ tải thuộc loại không quan trọng Trạm biến áp thường được cung cấp bằng 1 đường dây từ hệ thống đến

 Xây trạm biến áp thường có 2 giai đoạn: Giai đoạn đầu đặt 1 máy, khi phụ tải phát triển ( trong 2,3 năm sau ) sẽ đặt thêm máy biến áp thứ 2 Thiết kế như vậy có ưu điểm không phải đặt 2 máy ngay từ đầu, nếu chọn công suất máy biến áp theo phụ tải sau khi phát triển, giai đoạn đầu máy biến áp làm việc non tải, tổn hao không tải lớn Còn nếu chọn công suất máy biến áp theo phụ tải hiện tại, khi phát triển phải thay máy biến áp lớn hơn Trường hợp này cho phép giai đoạn đầu vận hành một máy biến áp thường ít có khả năng sự cố máy biến áp, do máy biến áp còn mới, tuổi thọ còn cao Hơn nữa thiết kế như vậy vốn đầu tư ban đầu nhỏ, tận dụng vốn đầu tư tốt

b) Hai máy biến áp là phương án thường được sử dụng nhất vì tính đảm bảo cao :

Phương án này được thiết kế khi :

 Có hai đường dây cung cấp từ hệ thống

 Khi không có máy biến áp lớn phù hợp với phụ tải

 Không có khả năng chuyên chở và xây lắp máy biến áp lớn

c) Ba máy biến áp chỉ sử dụng trong trường hợp đặc biệt :

 Khi không có 2 máy biến áp phù hợp

 Trạm biến áp đã xây dựng, khi phát triển phụ tải không có khả năng thay 2 máy mới nên phải đặt thêm máy biến áp thứ 3

Đặt 3 máy biến áp thường đưa đến tăng vốn đầu tư, tăng diện tích xây dựng, phức tạp xây lắp Đặc biệt khi sử dụng máy biến áp ba cuộn dây hay từ ngẫu không nên dùng 3 máy biến áp làm việc song song

 Số lượng máy biến áp của trạm biến áp đang thiết kế :

Trang 28

Vì trạm biến áp đang thiết kế có hai đường dây cung cấp từ hệ thống nên ta chọn phương án 2 máy biến áp làm việc song song

3.2.2 Chọn sơ đồ cấu trúc: 4 phương án

a) Phương án 1: Máy biến áp từ ngẫu

Hệ Thống

220 KV

Hình 3 1 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp từ ngẫu

Phương án này có nhiều ưu điểm:

 Chỉ có hai máy biến áp, chiếm ít diện tích xây lắp

 Giá thành thấp

 Tổn hao trong máy biến áp nhỏ hơn các phương án khác

Phương án này chỉ thích hợp sử dụng khi phụ tải ở hoặc 20% công suất định mức của máy biến áp : 20% ; 20%

Trang 29

b) Phương án 2: Qua máy biến áp hai cuộn dây, giảm dần từ điện áp cao xuống

Hình 3 2 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp hai cuộn dây, điện áp giảm dần

Phương án này được sử dụng khi phụ tải ở cấp điện áp thấp nhỏ hơn phụ tải ở cấp điện áp cao:

Phương án này có nhược điểm là máy biến áp cấp 1 phải tải cả công suất ở các cấp nối tiếp, do đó phải chọn công suất lớn, tổn hao có thể lớn

c) Phương án 3: Máy biến áp ba cuộn dây

Hệ Thống

220 KV

Trang 30

Hình 3 3 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp ba cuộn dây

d) Phương án 4: Máy biến áp hai cuộn dây, tách riêng 2 cấp điện áp

Hình 3 4 Sơ đồ cấu trúc máy biến áp 2 cuộn dây, tách riêng 2 cấp điện áp

Phương án này có nhược điểm :

 Tăng số lượng máy biến áp dẫn đến chiếm nhiều diện tích

 Tách trạm biến áp thành 2 phần riêng biệt ( hai trạm biến áp đặt chung trong một nơi )

 Sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp đang thiết kế :

Sơ đồ cấu trúc phương án 3 dùng máy biến áp 3 cuộn dây giống phương án 1 dùng máy biến áp tự ngẫu Nhưng máy biến áp tự ngẫu thường được sử dụng hơn máy biến áp ba cuộn dây khi 110 kV Trạm biến áp đang thiết kế có 110 kV, vì vậy ta dùng phương án 1 thay cho phương án 3

Hệ Thống

220 KV

110 KV22 KV

Trang 31

Sơ đồ cấu trúc phương án 4 có nhiều hạn chế và ít được sử dụng Phương án 4 chỉ được sử dụng khi phụ tải ở và chênh lệch nhiều dẫn đến không thể dụng các

phương án 1, 2, 3 Theo Bảng 2.1, trong từng thời điểm trạm biến áp đang thiết kế

luôn có và chênh lệch không nhiều ( chênh lệch nhiều nhất lúc 15h : = = 48,78 MVA; = = 18,75 MVA ) do đó ta sẽ không sử dụng phương án 4

Theo Bảng 2.1, trong từng thời điểm, trạm biến áp đang thiết kế luôn có nên phương án 2 khả thi

Vậy ta sẽ tiếp tục tính toán thiết kế trạm biến áp với phương án 1 và phương án 2

Trang 32

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…)

Trong hệ thống lớn cần phải qua nhiều lần tang áp, giảm mới đưa điện năng từ các máy phát đến các hộ tiêu thụ Vì vậy tổng công suất máy biến áp trong hệ thống có thể bàng 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phát điện

Mặc dù hiệu suất của các máy biến áp tương đối cao, tổn thất qua máy biến áp hằng năm ( vẫn rất lớn

4.1.1 Các đặc điểm của máy biến áp :

Máy biến áp là thiết bị không phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng Trong hệ thống điện chỉ có máy phát mới phát ra công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q

Máy biến áp thường được chế tạo thành một khối tại nhà máy, phần có thề tháo rời ra trong khi chuyên chở chiếm tỉ lệ rất nhỏ ( khoảng 10% ), cho nên trọng lượng, kích thước chuyên chở rất lớn Ví dụ máy biến áp hai cuộn dây 115/38,5kV, công suất 80 MVA có trọng lượng tổng là 105 tấn, phần chuyên chở không thể tháo rời là 91,5 tấn; có kích thước: dài 7,4m, rộng 5,3m, cao 6,8m Vì vậy khi sử dụng cần chú ý và khả năng chuyên chở khi xây lắp

Trang 33

Tiến bộ khoa học về chế tạo ( chủ yếu là với vật liệu cách điện, thép từ ) tiến bộ rất nhanh, cho các máy biến áp có kích thước, trọng lượng, tổn hao và giá thành nhỏ hơn Vì vậy, khi chọn công suất máy biến áp cần tính đến khả năng tận dụng tối đa ( xét khả năng quá tải cho phép ) tránh vận hành non tải máy biến áp đưa đến tổn hao lớn, kéo dài thời gian sử dụng không cần thiết

Tuổi thọ và khả năng tải của máy biến áp chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ khi vận hành Nhiệt độ của máy biến áp không chỉ phụ thuộc vào công suất mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh và phương pháp làm lạnh

Công suất định mức của máy biến áp được chế tạo theo thang tiêu chuẩn của mỗi nước, thường cách nha lớn ,nhất là khi công suất càng lớn Điều này niếu đưa đến niếu tính toán không chính xác có thể phải chọn máy biến áp có công suất lớn không cần thiết Ví dụ, không chọn được máy biến áp 125 (MVA) phải chọn 200 (MVA)

Khi chọn công suất của máy biến áp cần 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 đặc thiêm máy khi phụ tải tăng Điều này cần cân nhắc có khoa học và thực tế mới có thể chọn được công suất tối ưu để thỏa mảng tất cả các điều kiện nêu trên

Hiện nay có nhiều loại máy biến áp :

 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 không có điều chỉnh dưới tải

Máy biến áp lại do nhiều nước chế tạo theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau, điền kiện làm việc cũng có thể khác nhau Khi thiết kế cũng cần chú ý đến khía cạnh này

Trang 34

4.1.2 Các thông số định mức của máy biến áp :

Công suất định mức ( : là công suất liên tục chuyền qua máy biến áp trong thời hạn phục vụ ứng với các điều kiện tiêu chuẩn do nhà chế tạo quy định như điện áp định mức, đặc biệt là nhiệt độ môi trường làm mát

Phụ thuộc vào điêu kiện môi trường và tuổi thọ yêu cầu công suất định mức của máy biến áp có thể thay đổi, tuy nhiên không vượt quá điều kiện về nhiệt độ của vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện trong máy biến áp Với các máy biến áp hiện nay là:

C

Khi vận hành máy biến áp ,môi trường xung quanh không thể luôn giống với qui định Phụ tải của máy biến áp cũng luôn thay đổi và phần lớn thời gian là thấp hơn định mức, do đó tuổi thọ của máy biến áp bị kéo dài một cách không cần thiết Vì vậy ta phải tận dụng khả năng tải công suất lớn hơn định mức trong khoảng thời gian cho phép của máy biến áp, gọi là quá tải của máy biến áp

Hệ số quá tải :

4.2 Quá tải của máy biến áp

Máy biến áp có những lúc vận hành non tải, thì cũng có thế vận hành quá tải trong một khoảng thời gian cho phép mà không làm hỏng ngay máy biến áp Từ quan hệ về sự hao mòn của máy biến áp trong thời gian vận hành có thể tính được khả năng quá tải cho phép của nó khi biết đồ thị phụ tải, để cho sự hao mòn trong thời gian tổng không vượt quá định mức

4.2.1 Quá tải bình thường

Quá tải bình thường là chế độ làm việc mà có những lúc máy biến áp vận hành non tải ( và có những lúc vận hành quá tải ( ) Khi vận hành quá tải, máy biến áp phải đảm bảo điều kiện giới hạn về nhiệt độ của vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện (98 )

Trang 35

Trình tự chọn công suất máy biến áp theo điều kiện quá tải bình thường :

 Căn cứ vào đồ thị phụ tải qua máy biến áp chọn máy biến áp có công suất bé hơn , lớn hơn :

 Đẳng trị đố thị phụ tải qua máy biến áp thành đồ thị phụ tải chỉ có 2 bậc và với thời gian quá tải

 Từ đường cong khả năng tải của máy biến áp có công suất và nhiệt độ đẳng trị môi trường xung quanh tương ứng, xác định khả năng quá tải cho phép tương ứng với

 Nếu nghĩa là máy biến áp đã chọn có khả năng vận hành với đồ thị đã cho mà không lúc nào nhiệt độ cuộn dây vượt quá 140 và tuổi thọ của máy biến áp vẫn đảm bảo

 Nếu tức là máy biến áp đã chọn không có khả năng đảm bảo 2 điều kiện trên Do đó phài chọn công suất máy biến áp lớn hơn

4.2.2 Quá tải sự cố

Khi hai máy biến áp vận hành song song mà một trong hai bị sự cố phải nghĩ, máy biến áp còn lại có thể vận hành lớn hơn 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: ; đối với máy biến áp đặc ngoài trời và đối với máy biến áp đặc trong nhà, giờ, chú ý theo dõi nhiệt độ của cuộn dây không vượt quá 140 và tốt nhất là tăng cường tối đa các biện pháp làm lạnh máy biến áp

4.3 Tính toán chọn máy biến áp

Theo bảng tổng hợp phụ tải của trạm biến áp (Bảng 2.1)

Trạm biến áp được thiết kế :

;

Trang 36

; ;

4.3.1 Phương án 1: Hai máy biến áp từ ngẫu

Máy biến áp từ ngẫu có :

Điện áp cao Điện áp trung Điện áp hạ Hệ số có lợi của máy biến áp từ ngẫu :

Công suất lớn nhất truyền qua máy biến áp từ ngẫu:

Cuộn hạ của máy biến áp từ ngẫu chỉ truyền được công suất : Cuộn cao và cuộn trung truyền được công suất :

Trong đó : là công suất định mức của máy biến áp

Để biết công suất truyền qua cuộn nào lớn nhất ta so sánh :

Trang 37

Khi một trong hai máy biến áp gặp sự cố, máy biến áp còn lại phải vận hành với phụ tải lớn nhất là 80,52 (MVA)

Dựa vào đồ thị phụ tải của trạm biến áp ( Hình 2.1 ) ta chọn công suất máy biến

áp : 32,51 (MVA) < < 80,52 (MVA)

Tra bảng phụ lục máy biến áp điện lực trong sách “Thiết kế nhà máy điện và

trạm biến áp”, ta chọn máy biến áp từ ngẫu ba pha AT TH = 63 (MVA) có các thông số sau

Bảng 4 1 Thông số máy biến áp từ ngẫu ba pha AT TH = 63 MVA

Điện áp định mức (kV)

Điện áp ngắn

mạch (%) Tổn hao (kW)

Nước SX C T H C-T C-H T-H Không

S (MVA)

Trang 38

Hình 4 1 Đồ thị phụ tải chọn máy biến áp từ ngẫu

+ Kiểm tra điền kiện quá tải bình thường :

Từ ; , theo đường cong quá tải bình thường số 20 trang

263 sách “thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta có:

Trang 39

(1,23>1,16) nên nhà máy điện đã chọn thỏa điều kiện quá tải bình thường

+ Kiểm tra điều kiện quá tải sự cố :

( Thỏa điều kiện ) Máy biến áp đặt ngoài trời : ( Thỏa điều kiện ) ( Thỏa điều kiện )

+ Kiểm tra điều kiện sơ đồ cấu trúc :

Vậy sơ đồ dùng hai máy biến áp từ ngẫu thích hợp

4.3.2 Phương án 2: Bốn máy biến áp hai cuộn dây, cấp điện áp giảm dần a) Hai máy biến áp 220/110 kV :

Khi một trong hai máy biến áp bị sự cố, máy biến áp còn lại phải vận hành với phụ tải lớn nhất là phụ tải của toàn trạm :

Dựa vào đồ thị phụ tải của trạm biến áp ( Hình 2.1) ta chọn công suất máy biến áp :

trạm biến áp”, ta chọn máy biến áp hai cuộn dây ONAF

Tương tự phương án 1, các điều kiện quá tải bình thường và quá tải sự cố điều thỏa

b) Hai máy biến áp 110/22 kV :

Trang 40

Khi một trong hai máy biến áp bị sự cố, máy còn lại phải vận hành với phụ tải lớn nhất :

Vậy ta chọn công suất máy biến áp :

trạm biến áp”, ta chọn Máy biến áp ba pha hai cuộn dây ONAN:

S (MVA)

Hình 4 2 Đồ thị phụ tải chọn máy biến áp hai cuộn dây 110/22 kV

+ Kiểm tra điều kiện quá tải bình thường :