Đồ án: Thiết kế trạm biến áp 220/ 110/22kv potx

Vì thế, bảng tổng hợp đồ thị phụ tải của toàn trạm biến áp như sau: Phụ tải ở cấp điện áp S theo từng cấp điện áp Si: Công suất biểu kiến ở thời gian thứ i... 3.2 CHỌN SỐ LƯỢNG MÁY BIẾN

Luận văn

Đồ án: Thiết kế trạm biến

áp 220/ 110/22kv



Trong quá trình làm đồ án môn học, do thời gian hạn chế nên đề tài em hoàn thành sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong các Thầy-Cô thông cảm bỏ qua và chỉ dẫn thêm cho em Em xin lắng nghe và tiếp thu những ý kiến đóng góp từ Thầy-

Cô

Người thực hiện

Trần Anh Trung

MỤC LỤC

CH ƯƠNG 3: CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN trang 15

CH ƯƠNG 4: CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG trang 24

CH ƯƠNG 5: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ TỰ DÙNG trang 36

CH ƯƠNG 6: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN trang 43

- SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TRẠM BIẾN ÁP

- SƠ ĐỒ MẶT BẰNG TRẠM

Tài li ệu tham khảo:

- Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp Tác giả: HÙYNH NHƠN

- Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp Tác giả: NGUYỄN HỮU KHẢI

- Hướng dẫn thiết kế đồ án Cung cấp điện Tác giả: PHAN THỊ THU VÂN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

1.1.2 Phân loại:

Trạm biến áp được phân loại theo điện áp, quy mô và cấu trúc xây dựng của trạm

a Theo điện áp thì có hai loại:

- Trạm tăng áp: thường đặt ở những nhà máy điện có nhiệm vụ nâng điện áp đầu cực máy phát lên cao để truyền tải đi xa

- Trạm hạ áp: thường đặt ở những trạm phân phối, nó nhận điện từ hệ thống truyền tải rồi giảm điện áp xuống cấp thích hợp để cung cấp điện cho các phụ tải tiêu thụ

b Theo mức độ quy mô của trạm biến áp, người ta chia thành hai loại:

- Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp khu vực: thường có điện áp sơ cấp lớn, cung cấp điện cho một khu vực phụ tải lớn ở các vùng miền, tỉnh thành, khu công nghiệp lớn, … Điện áp ở phía sơ cấp thường là 500; 220; 110

kV, điện áp phía thứ cấp thường là 110; 66; 35; 22; 15 kV

- Trạm biến áp phân phối hay còn gọi là trạm biến áp địa phương: nhận điện từ các trạm biến áp trung gian (trạm biến áp khu vực) để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải như xí nghiệp, khu dân cư, … qua các đường dây phân phối

c Theo cấu trúc xây dựng thì có hai loại sau:

- Trạm biến áp ngoài trời: Phù hợp với các trạm khu vực và trạm địa phương có công suất lớn

- Trạm biến áp trong nhà: Phù hợp với các trạm địa phương và các nhà máy có công suất nhỏ

1.1.3 Các thành phần chính của trạm biến áp:

- Máy biến áp trung tâm

- Hệ thống thanh cái, dao cách ly

- Hệ thống relay bảo vệ

- Hệ thống nối đất, hệ thống chống sét

- Hệ thống điện tự dùng

- Khu vực phòng điều hành

- Khu vực phòng phân phối

1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHÍNH KHI THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP

1.2.1 Những vấn đề cần lưu ý khi thiết kế trạm biến áp:

- Trạm biến áp nên đặt gần các phụ tải

- Thuận tiện giao thông để dễ dàng chuyên chở các thiết bị xây dựng trạm

- Không nên đặt ở các trung tâm thành phố vì sẽ làm tăng chi phí đầu tư cũng như làm mất mỹ quan đô thị

- Nên đặt trạm ở những nơi khô ráo, tránh những khu vực ẩm ướt hoặc mực nước ngầm cao hơn đáy móng

- Tránh đặt trạm ở các vùng đất dễ sạt lở

- Tránh xa các khu vực dễ cháy nổ

Tóm lại: Việc chọn vị trí cố định đặt trạm biến áp là khá quan trọng vì nó sẽ quyết định về chi phí, tính an toàn và thuận tiện khi vận hành

1.2.2 Yêu cầu khi thiết kế trạm biến áp:

- Trạm biến áp cung cấp điện cho hộ tiêu thụ là phải đảm bảo đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép Ngoài ra phải đảm bảo về mặt kinh tế,

an toàn, … một phương án được xem là hợp lý khi thỏa mãn các yêu cầu sau:

o Đảm bảo chất lượng điện năng

o Đảm bảo độ tin cậy cao (tùy theo tính chất loại phụ tải)

o Vốn đầu tư thấp

o An toàn cho người và thiết bị

o Thuận tiện sửa chữa, vận hành

o Có tính khả thi

- Tuy nhiên những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau do đó khi thiết kế cần kết hợp hài hòa từng yêu cầu để tạo ra phương án tối ưu

1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP SẼ THIẾT KẾ

Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 kV có các thông số như sau:

a Hệ thống:

Trạm biến áp được nối với hệ thống có các thông số như sau:

- Công suất hệ thống: SHT = 2000 MVA

- Điện kháng hệ thống: xHT = 0,35

- Cung cấp điện cho trạm bằng hai đường dây dài = 35 km

b Phụ tải khu dân cư 220 kV:

Phụ tải khu dân cư 220 kV có các thông số như sau:

- Công suất: Smax = 80 MVA

- Hệ số công suất: cosϕ = 0,85

- Số đường dây: 4

- Đồ thị phụ tải ở cấp 220 kV như sau:

c Phụ tải khu nhà máy 110 kV:

Phụ tải khu nhà máy 110 kV có các thông số như sau:

- Công suất: Smax = 50 MW

- Hệ số công suất: cosϕ = 0,80

- Số đường dây: 2

- Đồ thị phụ tải ở cấp 110 kV như sau:

d Phụ tải khu nơng nghiệp 22 kV:

Phụ tải khu nơng nghiệp 22 kV có các thông số như sau:

- Công suất: Smax = 30 MW

- Hệ số công suất: cosϕ = 0,80

- Số đường dây: 4

- Đồ thị phụ tải ở cấp 22 kV như sau:

e Tự dùng của trạm biến áp:

Tự dùng của trạm có các thông số như sau:

- Công suất: Smax = 0,5 MVA

- Hệ số công suất: cosϕ = 0,80

CHƯƠNG 2

TỔNG HỢP ĐỒ THỊ PHỤ TẢI

Tổng hợp đồ thị phụ tải là cộng hai hay nhiều đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp do trạm biến áp cung cấp điện Phụ tải này bao gồm cả phần tổn hao trong truyền tải (qua máy biến áp) và phần tự dùng phục vụ cho việc sản xuất và truyền tải điện năng

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

Để tổng hợp đồ thị phụ tải có thể dùng phương pháp vẽ tổng hợp các đồ thị phụ tải đã cho hay thành lập bảng tổng hợp đồ thị phụ tải theo phương pháp lập bảng cho P và Q tính S nếu cosϕ khác nhau

2.1 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA CẤP 220 kV

Thơntg số cấp 220 kV:

Smax = 80 (MVA) cosϕ = 0.85
tgϕ = 0.62

P = S x cosϕ = 80 x 0.85 = 68 (MW) Q = P x tgϕ = 68 x 0.62 = 42.16 (MVar)

- Từ thông số của cấp 220 kV ta tính được các giá trị sau:

STT Thời gian (h) S% S (MVA ) P (MW) Q (MVAR)

S × ; P = Si x cosϕ ; Q = Pi x tgϕ

2.2 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA CẤP 110 kV

Thơntg số cấp 110 kV:

Smax = 50 (MVA) cosϕ = 0.80
tgϕ = 0.75

P = S x cosϕ = 50 x 0.80 = 40 (MW) Q = P x tgϕ = 40 x 0.75 = 30 (MVar)

- Từ thông số của cấp 110 kV ta tính được các giá trị sau:

STT Thời gian (h) S% S (MVA ) P (MW) Q (MVAR)

S × ; P = Si x cosϕ ; Q = Pi x tgϕ

2.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA CẤP 22 kV

Thơntg số cấp 22 kV:

Smax = 30 (MVA) cosϕ = 0.80
tgϕ = 0.75

P = S x cosϕ = 30 x 0.80 = 24 (MW) Q = P x tgϕ = 24 x 0.75 = 18 (MVar)

- Từ thông số của cấp 22 kV ta tính được các giá trị sau:

STT Thời gian (h) S% S (MVA ) P (MW) Q (MVAR)

Với S =

100

% max S i

S × ; P = Si x cosϕ ; Q = Pi x tgϕ

2.4 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA TRẠM

- Để tổng hợp đồ thị phụ tải có thể dùng phương pháp thành lập bảng tổng hợp đồ thị phụ tải theo phương pháp lập bảng cho P và Q tính S, như sau:

- Ta được bảng thông số của trạm như sau:

Thời gian P(110

kV)

P(22k V)

P (MW)

Q(110 kV)

Q(22kV) Q

(MVA R)

S (MVA )

S j

Pi : Công suất tác dụng ở cấp điện áp thứ i (110 KV, 22 KV)

Qi : Công suất phản kháng ở cấp điện áp thứ i (110 KV, 22 KV)

Si : Công suất biểu kiến ở cấp điện áp thứ i (110 KV, 22 KV)

Sj : Công suất biểu kiến toàn trạm ở khoảng thời gian thứ j

Thông thường, trạm biến áp còn có hệ số tự dùng Tự dùng của trạm biến áp không phụ thuộc hoàn toàn vào công suất của trạm biến áp mà chủ yếu phụ thuộc vào trạm biến áp có hay không có người trực thường xuyên và phụ thuộc vào hệ thống lạnh của máy biến áp (có quạt, có hệ thống bơm dầu, nước cưỡng bức) Vì thế, bảng tổng hợp đồ thị phụ tải của toàn trạm biến áp như sau:

Phụ tải ở cấp điện áp (S theo từng cấp điện áp)

Si: Công suất biểu kiến ở thời gian thứ i

Smax = 80.5 (MVA)

- Từ bảng thông số trên ta xây dựng được đồ thị phụ tải của trạm như sau:

Hệ số công suất trung bình toàn trạm là:

cosϕtb =

max 2 max 1

2 max

2 1 max

1 * cos * cos

S S

S S

* 30 8 0

*

50 +

= 0.8

Tổng công suất của toàn trạm là:

Strạm = Smax110KV +Smax22KV +S TD = 50 + 30 + 0.5 = 80.5 (MVA)

Công suất tác dụng của toàn trạm là:

Ptrạm = Strạm * cosϕtb = 80.5 * 0.8 = 64.4 (MW)

Công suất của hệ thống:

4

64.5

80.5 80.5

CHƯƠNG 3

CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC

3.1 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CẤU TRÚC

- Sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp là sơ đồ diễn tả sự liên quan giữa nguồn, tải và hệ thống điện

- 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 đảm nhận

- Khi thiết kế trạm biến áp, sơ đồ cấu trúc là phần quan trọng có ảnh hưởng quyết định đến toàn thiết kế Các yêu cầu chính khi chọn sơ đồ:

o 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 xây lắp vận hành

o Đảm bảo liên hệ chặt chẽ giữa các cấp điện áp đặc biệt với hệ thống khi bình thường cũng như cưỡng bức

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

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

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

- Trong thực tế rất khó đảm bảo các yêu cầu vì các điều kiện có sự mâu thuẫn với nhau Vì vậy trong từng trường hợp cụ thể ta chọn sơ đồ thích ứng để đảm bảo tính kỹ thuật, kinh tế

- Khi thiết kế trạm biến áp ta đưa ra nhiều phương án khả thi trên cơ sở phân tích ưu khuyết điểm của từng phương án; so sánh điều kiện kỹ thuật – kinh tế rồi chọn phương án tối ưu

3.2 CHỌN SỐ LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP

Chọn số lượng máy biến áp cho cho từng cấp điện áp của trạm phải căn cứ vào những điều kiện: độ tin cậy cung cấp điện, công suất của phụ tải cần cung cấp và tính kinh tế

Do đó, ta có các phương án chọn lựa số lượng máy biến áp như sau:

3.2.1 Một máy biến áp:

- Được dùng trong trường hợp phụ tải không quan trọng, trạm được cung cấp bằng một đường dây từ hệ thống

- Trạm biến áp khi xây dựng thường chia làm hai giai đoạn, giai đoạn đầu đặt một máy, sau này khi phụ tải phát triển thì ta lắp đặt thêm máy thứ hai

- Thiết kế như vậy vốn đầu tư ban đầu nhỏ, tận dụng vốn đầu tư ban đầu tốt hơn Tuy nhiên, tính liên tục trong cung cấp điện trong trường hợp này là không cao

3.2.2 Hai máy biến áp:

- Là phương án được sử dụng nhiều nhất vì tính đảm bảo liên tục cung cấp điện cao Phương án thường được thiết kế khi:

o Có hai đường dây cung cấp từ hệ thống

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

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

3.2.3 Ba máy biến áp:

- Phương án này chỉ được sử dụng khi không có hai máy biến áp phù hợp hoặc trạm đã xây dựng mà phụ tải phát triển không có khả năng thay thế hai máy mới phải đặt thêm máy thứ ba

- Đặt ba máy biến áp ngay từ đầu thường ít được sử dụng vì vốn đầu tư cao, diện tích xây lắp lớn, phức tạp, …

3.3 CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN

3.3.1 Nhận định chung:

Trạm biến áp sẽ thiết kế gồm cấp điện áp 220 kV (cấp hệ thống), 110 kV và

22 kV (cấp phụ tải) Trong đó cấp 110 kV là phụ tải loại 1 và 22 kV là phụ tải loại

1 và loại 3 nên không thể dùng một máy biến áp làm máy biến áp chính vì khi sự cố sẽ mất điện hoàn toàn Do đó ta cần dùng 2 máy biến áp làm máy biến áp chính để đảm bảo cấp điện liên tục cho phụ tải loại 1 và cũng không thể dùng nhiều hơn vì chi phí sẽ cao

3.3.2 Ta xem xét một số phương án sau:

3.3.2.1 Phương án 1: Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu 220/110/22 kV

- Phụ tải cấp điện áp 110 kV và 22 kV được lấy từ cuộn trung và cuộn hạ máy biến áp

- Các cấp điện áp cao, trung đều có trung tính nối đất trực tiếp nên dùng máy biến áp tự ngẫu sẽ có nhiều ưu điểm hơn so với máy biến áp ba cuộn dây

- Ưu điểm:

o Độ tin cậy cao

o Đảm bảo cung cấp điện liên tục

o Sơ đồ cấu trúc rõ ràng

o Số lượng máy biến áp ít

o Tổn thất điện năng bé

o Vốn đầu tư thấp

o Điều chỉnh điện áp dễ dàng do điện kháng cuộn cao, cuộn trung đều nhỏ

o Trọng lượng, kích thước bé hơn dùng máy biến áp ba cuộn dây

- Khuyết điểm:

o Khó chọn máy biến áp có công suất phù hợp

o Công suất lớn kéo theo kích thước và trọng lượng máy biến áp lớn có thể gặp khó khăn khi vận chuyển và lắp đặt

o Do mạng cao áp và trung áp trực tiếp nối đất và có sự liên hệ về điện giữa cuộn cao và cuộn trung trong máy biến áp nên phải có chống sét van bố trí ở đầu vào ra máy biến áp

3.3.2.2 Phương án 2: Dùng 2 máy biến áp hai cuộn dây 220/110 kV và 2 máy

biến áp hai cuộn dây 110/22 kV

- Ưu điểm:

o Độ tin cậy cao

o Đảm bảo cung cấp điện liên tục

o Cấu trúc rõ ràng

o Phù hợp với những nơi vận chuyển khó khăn

- Khuyết điểm:

o Số lượng máy biến áp nhiều

o Giá thành cao

o Tổn thất điẹân năng lớn vì cấp 22 kV phải qua hai lần biến áp

3.3.2.3 Phương án 3: Dùng 2 máy biến áp hai cuộn dây 220/110 kV

2 máy biến áp hai cuộn dây 220/22 kV

- Ưu điểm:

o Độ tin cậy cao

o Đảm bảo cung cấp điện liên tục

o Cấu trúc rõ ràng

o Phụ tải mỗi cấp chỉ qua một lần máy biến áp

- Khuyết điểm:

o Số lượng máy biến áp nhiều

o Vốn đầu tư lớn

o Tổn thất điện năng lớn

o Khó chọn được máy biến áp 220/22 kV

3.3.2.4 Phương án 4: Dùng 2 máy biến áp ba cuộn dây 220/110/22 kV:

- Ưu điểm:

o Độ tin cậy cao

o Đảm bảo cung cấp điện liên tục

o Sơ đồ cấu trúc rõ ràng

o Số lượng máy biến áp ít

o Tổn thất điện năng bé

o Vốn đầu tư thấp

- Khuyết điểm:

o Khó chọn máy biến áp có công suất phù hợp

o Công suất lớn kéo theo kích thước và trọng lượng máy biến áp lớn có thể gặp khó khăn khi vận chuyển

3.3.3 NHẬN XÉT

- Phương án 1 và 4 đơn giản vì chỉ sử dụng hai máy biến áp nên nhìn sơ bộ sẽ tổn hao điện năng nhỏ hơn 2 phương án còn lại, hơn nữa khi sử dụng ít máy biến áp thì số lượng máy cắt sẽ ít và diện tích trạm sẽ nhỏ

- Phương án 2 sử dụng bốn máy biến áp nên sẽ tốn nhiều diện tích trạm, chi phí cao Mặt khác, phụ tải 22 kV phải chịu tổn thất qua hai lần máy biến áp nên hiệu suất truyền tải giảm, chi phí tăng

- Phương án 3 ngoài việc phải sử dụng bốn máy biến áp nó còn có nhược điểm lớn nhất là độ lệch điện áp giữa sơ cấp và thứ cấp lớn (220/22 kV) làm tính khả thi của phương án giảm vì hầu như không chọn được máy biến áp thích hợp Nếu đặt hàng thì sẽ làm tăng chi phí và khó thay thế về sau này

Nhận xét: trong 4 phương án trên ta chọn phương án 1 vì cĩ nhiều ưu điểm và phù

hợp với yêu cầu thiết kế trạm biến áp, đáp ứng thực tế của ngành điện nước ta về phương diện kỹ thuật cũng như các yêu cầu về kinh tế

3.4 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

Sơ đồ nối điện là một hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa các thiết bị, khí cụ điện có nhiệm vụ nhận điện từ các nguồn điện để cung cấp phân phối cho các phụ tải cùng một cấp điện áp

o Nguồn điện có thể là máy phát điện, máy biến áp, đường dây cung cấp, …

o Phụ tải có thể là máy biến áp, đường dây, …

o Mỗi nguồn hay tải gọi là một phần tử của sơ đồ nối điện

o Thanh góp là nơi tập trung các nguồn điện và phân phối cho các phụ tải

- Sơ đồ nối điện có nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào cấp điện áp, số phần tử nguồn và tải, công suất tổng, tính chất quan trọng của các phụ tải, …

Yêu cầu của sơ đồ nối điện:

- Tính đảm bảo cung cấp điện: theo yêu cầu hay sự quan trọng của phụ tải mà mức độ đảm bảo tương ứng Tính đảm bảo của sơ đồ nối điện có thể đánh giá qua độ tin cậy cung cấp điện, thời gian ngừng cung cấp điện, điện năng không cung cấp đủ cho các hộ tiêu thụ hay là sự thiệt hại của phụ tải do không đảm bảo cung cấp điện

- Tính linh hoạt: thể hiện sự thích ứng với các chế độ làm việc khác nhau

Ví dụ: khi phải ngừng một phần tử nguồn hay tải (chế độ làm việc cưỡng bức)

- Tính phát triển: sơ đồ nối điện phải đáp ứng không những ở hiện tại mà cả trong tương lai gần khi tăng thêm nguồn hay tải Khi phát triển không gặp khó khăn hay phải phá bỏ thay đổi cấu trúc sơ đồ hiện hữu

- Tính kinh tế: thể hiện ở vốn đầu tư ban đầu và các chi phí hằng năm Tính kinh tế của sơ đồ được quyết định bởi hình thức thanh góp, khí cụ và số lượng thiết

bị dùng cho sơ đồ

Ví dụ: tổn thất điện năng qua máy biến áp

- Tính hiện đại: cần quan tâm đến tính hiện đại của sơ đồ cũng như xu thế chung, đặc biệt sự tiến bộ trong chế tạo, cấu trúc của các khí cụ điện như máy cắt điện

- Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản:

o Sơ đồ hệ thống một thanh góp

o Sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn

o Sơ đồ hệ thống một thanh góp có thanh góp vòng

o Sơ đồ hệ thống hai thanh góp

o Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có phân đoạn

o Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng

o Sơ đồ đa giác

CHƯƠNG 4

CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT

TRONG MÁY BIẾN ÁP

4.1 KHÁI NIỆM CHUNG

- 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 110, 220, 500 kV,… thường qua máy biến áp tăng áp lên điện áp tương ứng

- Ở cuối đường dây cao áp lại cần máy biến áp giảm về điện áp thích hợp với mạng phân phối, ví dụ 22, 15, 0,4 kV, …

- 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 công suất máy biến áp trong hệ thống điện có thể bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phát điện

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

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

- 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 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 thiết kế cần chú ý đến 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 Do đó, 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

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

- Công suất định mức của máy biến áp được chế tạo theo thang tiêu chuẩn của mỗi nước, thường cách nhau lớn, nhất là khi công suất càng lớn Điều này đưa đến nếu tính toán không chính xác có thể phải 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 đặt thêm máy biến áp vì phụ tải tăng Điều này cần cân nhắc rất khoa học và thực tế mới có thể chọn công suất tối ưu thỏa mãn tất cả các điều kiện đã nêu trên

- Máy biến áp hiện nay có nhiều loại:

o Máy biến áp một pha, ba pha

o Máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây

o Máy biến áp có cuộn dây phân chia

o Máy biến áp tự ngẫu một pha, ba pha

o Máy biến áp tăng áp, hạ áp

o Máy biến áp có và không có điều áp dưới tải

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

4.1.2 Hệ thống làm mát máy biến áp:

- Có nhiều phương pháp, mỗi phương pháp làm mát yêu cầu điều kiện vận hành nhất định, khi không thực hiện đúng quy định có thể làm tăng nhiệt độ máy biến áp đưa đến giảm tuổi thọ, thậm chí đưa đến cháy máy biến áp Làm mát máy biến áp có các phương pháp sau:

o Làm mát máy biến áp theo quy luật tự nhiên

o Làm mát máy biến áp bằng dầu có thêm quạt để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt và tản nhiệt

o Làm mát bằng phương pháp tuần hoàn cưỡng bức dầu và có tăng thêm quạt

o Làm mát dầu bằng nước

o Làm mát kiểu khô

4.2 TÍNH TOÁN CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP

- Để đảm bảo cung cấp điện 100% cho phụ tải, ta chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố vì các trạm theo phương án đã chọn đều có hai máy biến áp mắc song song nên khi một máy gặp sự cố thì máy còn lại có thể làm việc quá tải thêm 40% trong 5 ngày đêm, mỗi ngày không quá 6 giờ Khi phụ tải của máy biến áp trước khi quá tải không vượt quá 0.93 so với công suất danh định, ta chọn theo điều kiện:

Theo đồ thị phụ tải đẳng trị về hai bậc, trong đó K1 < 0,93; K2 < 1,4 đối với máy biến áp đặt ngoài trời và K2 < 1,3 nếu máy biến áp đặt trong nhà, T2 < 6 giờ, chú ý theo dõi nhiệt độ cuộn dây không được vượt quá 1400C và tốt nhất là tăng cường tối đa các biện pháp làm mát máy biến áp

- Chế độ quá tải sự cố là chế độ cho phép làm việc của máy biến áp trong điều kiện sự cố nên ta chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố:

o Kqtsc = 1,4 (máy biến áp đặt ngoài trời)

o Kqtsc = 1.3 (máy biến áp đặt trong nhà)

o Sđm – là công suất định mức máy biến áp

o Smax – là công suất cực đại của tải qua máy biến áp

- Căn cứ vào SđmB đã chọn tính hệ số tải Ki của các bậc đồ thị phụ tải:

Ki =

đmB

i S

2 i T

) T

* K (

∑

∑

Nếu K2đt > 0.9*Kmax thì K2 = Kđt và T2 = ∑ Ti

Nếu K2đt < 0.9*Kmax thì K2 = 0.9*Kmax

và T2 được xác định theo công thức:

max i

2 i ) K

* 9 0 (

) T

* K (

∑

K1đt =

10

) T

* K ( 2 ii

∑

Nếu chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố, thì K1 < 0.93; K2 < 1.4;

T2 < 6 giờ Chú ý theo dõi nhiệt độ của cuộn dây không vượt quá 140oC và tốt nhất là tăng cường tối đa các biện pháp làm lạnh máy biến áp để máy biến áp vận hành đạt hiệu quả cao nhất

Chọn số lượng máy biến áp:

Số lượng và công suất của máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kỹ thuật sau:

- An toàn, liên tục cung cấp điện

- Vốn đầu tư bé nhất

- Chi phí vận hành hàng năm thấp nhất

- Ngoài ra còn chú ý đến việc tiêu tốn kim loại màu ít nhất, các khí cụ và thiết

bị điện phải có thể thay thế một cách dễ dàng, dung lượng máy biến áp trong một trạm nên đồng nhất …

Tính toán chọn cơng suất máy biến áp máy biến áp:

Chọn 2 máy biến áp từ ngẫu:

Đồ thị phụ tải của toàn trạm:

Từ đồ thị phụ tải, ta có:

Smin ≤ SđmMBA ≤ Smax  48.5 (MVA) ≤ SđmB ≤ 80.5 (MVA)

và SđmB ≥

qtsc

max K

S =

4 1

5

80 = 57.5 (MVA)

với Kqtsc = 1.4 (do máy biến áp đặt ngoài trời)ø

Vì thế các loại máy biến áp từ ngẫu có thể chọn: 63 MVA, 90 MVA

Với máy biến áp từ ngẫu có S = 63 MVA, ta tiến hành kiểm tra quá tải sự cố của máy biến áp ta có bảng giá trị sau:

K2đt =

i i

2 i T

) T

* K (

15

1 = 0.898 < 0.9 nên K2 = 0.9*Kmax = 0.9*1.28 = 1.152

Vậy K 2 = 1.152 < 1.4

max i

2 i ) K

* 9 0 (

) T

* K (

∑

) 28 1 9 0 (

16 4 56 6 5 2 5 2 56 6 16

Vậy T2 = 4.46 (giờ) < 6 (giờ)

Vì thế ta tính K1 bằng cách:

K1đt =

10

) T

* K ( 2 ii

∑

=

10

28 3 16 4 36

99

Chọn 2 máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây:

Thời gian S22 (MVA) STD (MVA) S22TD (MVA)

Ta cĩ: Smin ≤ SđmMBA ≤ Smax  18.5 (MVA) ≤ SđmB ≤ 30.5 (MVA)

và SđmB ≥

qtsc

max K

S =

4 1

5

30 = 21.8 (MVA)

với Kqtsc = 1.4 (do máy biến áp đặt ngoài trời)ø

Vì thế máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây có thể chọn: 30 MVA

Ta tiến hành kiểm tra quá tải sự cố của máy biến áp ta có bảng giá trị sau:

4

64.5

80.5 80.5

2 i T

) T

* K (

∑

12

16 4 08 2 08 2 16

02

1 = 1 > 0.9 nên K2 = K2đt = 1.02

Vậy K 2 = 1.02 < 1.4

Và T2 = 12 (giờ) > 6 (giờ) (khơng thỏa)

Vậy ta chọn nâng cơng suất máy biến áp lên Sđm = 31.5 MVA

Vì máy biến áp 31.5 MVA > Smax = 30.5 MVA nên khơng cần kiểm tra quá tải cho máy biến áp này

Các thơng số của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 31.5 MVA:

S đm (MVA) Điện áp (kV) UN% I0% ∆P0 (kW) ∆PN (kW)

Cao Hạ

4.3 TÍNH TOÁN TỔN THẤT TRONG MÁY BIẾN ÁP

4.3.1 Giới thiệu sơ lược về tổn thất trong máy biến áp và hệ

thống điện:

- Như chúng ta đã biết tổn thất điện năng trong hệ thống điện, nói chung gây thiệt hại không nhỏ về chi phí vận hành Trong đó có rất nhiều tổn thất như: tổn thất trong máy biến áp, tổn thất trên dây dẫn khi truyền tải, tổn thất vầng quang (đối với điện áp cao), … trong đó tổn thất trong máy biến áp là tổn thất chủ yếu Tổn thất này gồm hai thành phần:

o Tổn thất sắt, nó không phụ thuộc vào phụ tải và nó chính là tổn thất không tải của máy biến áp

o Tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải Khi phụ tải bằng công suất định mức của máy biến áp thì tổn hao này chính là tổn hao ngắn mạch

- Có rất nhiều loại máy biến áp như: máy biến áp ba pha hai cuộn dây, ba pha

ba cuộn dây, tự ngẫu ba pha, … Mỗi loại máy đều có cách tính khác nhau Tuy nhiên vì các máy biến áp trong ba phương án ta sử dụng là máy biến áp ba pha hai cuộn dây, ba pha ba cuộn dây, tự ngẫu ba pha nên ta chỉ đưa ra các công thức để tính tổn thất cho ba loại máy này

4.3.1.1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu:

- Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:

∆ . 2. 2.

αα

TH N CH N CT N

P P

∆ . 2. 2.

αα

CH N TH N CT N

P P

∆

CT N TH N CH

N P P

P

2

2

∆ +

dm

iH H N dm

iT T N dm

iC C

S

S P S

S P S

S

2 2

2 2

2 Trong đó:

o ∆A – là tổn thất điện năng trong máy biến áp tính trong một ngày đêm

o n – là số máy biến áp vận hành song song

o ∆P0 – là tổn thất không tải

o t – là thời gian vận hành trong một ngày đêm

o ∆PN.C – là tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao

o ∆PN.T – là tổn thất ngắn mạch trong cuộn trung

o ∆PN.H – là tổn thất ngắn mạch trong cuộn hạ

o SiC – là công suất truyền qua cuộn cao tương ứng với thời gian ti

o SiT – là công suất truyền qua cuộn trung tương ứng với thời gian ti

o SiH – là công suất truyền qua cuộn hạ tương ứng với thời gian ti

o Sđm – là công suất định mức của máy biến áp

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

- Khi có đồ thị phụ tải tổn thất điện năng qua máy biến áp là:

2Trong đó:

o ∆A – là tổn thất điện năng trong máy biến áp tính trong một ngày đêm

o n – là số máy biến áp vận hành song song

o ∆P0 – là tổn thất không tải

o t – là thời gian vận hành trong một ngày đêm

o ∆PN – là tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp

o Si – là công suất truyền qua máy biến áp tương ứng với thời gian ti

o Sđm – là công suất định mức của máy biến áp

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

- Coi như tỷ lệ công suất của máy biến áp là 100/100/100, tổn thất ngắn mạch trong từng cuộn dây máy biến áp được xác định như sau:

2 Trong đó:

o ∆A – là tổn thất điện năng trong máy biến áp tính trong một ngày đêm

o n – là số máy biến áp vận hành song song

o ∆P0 – là tổn thất không tải

o t – là thời gian vận hành trong một ngày đêm

o Sđm – là công suất định mức của máy biến áp

o ∆PN.C – là tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao

o ∆PN.T – là tổn thất ngắn mạch trong cuộn trung

o ∆PN.H – là tổn thất ngắn mạch trong cuộn hạ

o SiC – là công suất truyền qua cuộn cao tương ứng với thời gian tiC

o SiT – là công suất truyền qua cuộn trung tương ứng với thời gian tiT

o SiH – là công suất truyền qua cuộn hạ tương ứng với thời gian tiH

TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG MÁY BIẾN ÁP TỪ NGẪU

) P ( ∆ B gọi là tổn thất qua máy biến áp

B P