BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
HỌ VÀ TÊN: ĐẶNG VĂN LỢI MSSV: 103103060
THIẾT KẾ TRAM BIẾN ÁP 220kV/110kV/22kV
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
` ae
Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Xuân Vinh Giảng viên phản biện:
Trang 2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM -_ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM Độc lập — Tự do - Hanh phúc
KHOA DIEN - DIEN TU
NHIEM VU LUAN AN TOT NGHIEP Chu y: SV phai dong ban nhiém vu nay vao trang thif nhat cla ludn dn
¬Y -Ụ oe ˆ
Họ và tên SV: ¿2/2 VAN LB boo MSSV : 103102066
Ngành : gân beg Lag lie GP Lớp : 25Š.2É1
I Đầu để luận án tốt nghiỆp:
" ?tuối kế Pb ae cự ám _ Án Le TH ướ bel Cheb
Bain LE Ca 4= -288/⁄4 8.& 1
2 Nhiệm vụ ( yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu ):
Phind Med, bing Gồy GA cher? SCF cha - tước AI
che Thee Ab, Bed Mee Map ECL ae, ab 75 ede — Chen, enki cal * Hen Me FE LE “5⁄2 24 + C2 (Clk hep
Mer, plete ah Mas p ke CMR CHE., “le Cebthi 2 cản ` died, bet m Ce, Putin sey
Mande dish, đao đực Ae cờ eh “2 Zee, Z2 BiB Fecth, -22 deh Che “đáy Aid “a6 he s77 2A
Ph k ci “8 Kibf,Ucee, petite, tS boule .ját:.A.x XS đa te ho} bop
3 Ngay giao nhiém vu ludn dn: 11/03/2008
4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/06/2008
5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn : -“
Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua NGƯỜI HƯỜNG DẪN CHÍNH
Ngày 3O tháng 03 năm 2008 (ký và ghi rõ họ tên)
TRƯỞNG KHOA
ĐẠI HỌC f.ï THUẬT (ÔNG NGHỆ Ki:.¿ ĐIỆN DIbMT†
TS HỒ NGỌC BÁ
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đổ án tốt nghiệp này.Em xin chân thành cảm ơn qúy thầy cô
trong khoa Điện - Điện Tử Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố
Hồ Chí Minh đã trang bị và chỉ bảo,mang đến cho chúng em những kiến thức hết sức gúy bau
Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình không quản ngại khó khăn của Thầy
LÊ ĐÌNH LƯƠNG và cũng xin cám ơn quý Thầy Cô trong khoa Điện -Điện tử
đã tư vấn và giúp đỡ chúng em nhưng kiến thức quan trọng cũng như chỉ dẫn và giúp đở em để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này
Vì thời gian có hạn và trình độ còn hạn hẹp nên không tránh khỏi thiếu sót
rất mong qúy thầy cô và các anh chị chuyên môn và các bạn sinh viên nhiệt tình chỉ dẫn và đóng góp ý kiến để tập đổ án này ngày càng hoàn thiện hơn
TP.HCM Tháng 06 năm 2008 Sinh viên thực hiện
Trang 4LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, với chính sách mở cửa của Đẳng và Nhà Nước đã
làm cho nền kinh tế phát triển một cách nhanh chóng Nhất là về công nghiệp, các
thành tựu khoa học kỹ thuật trên thế giới đã nhanh chóng thâm nhập vào nước ta Đặc biệt trong lĩnh vực Điện - Điện tử, sự xuất hiện những công nghệ hiện đại, những
dây chuyền sản xuất mới có mức độ tự động hóa cao với hệ thống Điêu Khiển tự Động hiện đại đã làm cho các thành phần kinh tế trong nước phát triển vượt bậc cả
về số lượng lẫn chất lượng
Với sự phát triển như vậy đòi hỏi phẩi có một cơ sở hạ tầng vững chắc và đặc biệt đòi hỏi ngành điện lực cung cấp điện phải hoàn chỉnh.Ở Thành Phố Hồ Chí Minh
hiện nay với sự phát triển và mở rộng của các khu công nghiệp,khu chế suất,khu dân cư mới đòi hỏi phải có một hệ thống điện hiện đại và đồng bộ Chính vì điều đó mà việc thiết kế tính toán xây dựng trạm biến áp lá cần thiết
Để hoàn thành đô án này em xin chân thành cám ơn Thầy NGUYỄN XUÂN
VINH và Thầy LÊ ĐÌNH LƯƠNG cùng các thầy cô trong Khoa Điện Do trình độ
còn giới hạn ở sinh viên nên trong quá trình thực hiện không tránh được những sai lầm, thiếu sót Rất mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo thêm của các thầy cô để chúng em hiểu rõ hơn về hệ thốngTrạm Biến Áp
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầ y cô đã xây dựng và hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này
sinh viên thực hiện
Trang 6MỤC LỤC s2Eles PHẦN I : THIẾT KẾ ĐIỆN
Chương I: Tổng quan và Cân bằng công suất phụ tải 552 nhe 2 Chương II : Sơ đồ cấu trúc vàchọn máy biến áp s2 Tnhh 11
Chương III : Sơ đồ nối điện St ng 1 121211 E121 net rc 20
Chương IV : Tính toán ngắn mạch - c n 1n n TH HT HH nhe HH Hee 23 Chương V : Tính toán tổn thất điện năng trong MBA - 5 S2 na 33
Chương VI : chọn máy cắt điện và dao cách ly c n ST neo 41
Chương VỊI: Tính toán kinh tế - kỹ thuật quyết định phương án .- 52 Chương VHI : Chọn khí cụ điện và các phần dẩn điện SH nhe 56 Chương IX : Thiết kế tự dùng ác S ST HT HE HH Hee 65
PHẦN II : THIẾT KẾ CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT
Chương I: chống sét đánh trực tiếp cho trạm : 5s s nnn E 211121111 nàn 70
Chương II : thiết kế nối đất cho trạm .- 2n ST E2 ng rec 84 Chương HII : Chỉ tiêu chống sét cho đường dây cấp 220kV anh 97
Trang 8
Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
CHUONG I
TONG QUAN VE TRAM BIEN AP CAN BANG CONG SUAT PHU TAI
I GIGI THIEU VE TRAM BIEN AP
ùng với hệ thống phát triển năng lượng quốc gia phục vụ cho quá trình cơng Crrice hố hiện đại hoá đất nước Việc thiết kế trạm biến áp 220/110/22KV, nhằm tạo một hệ thống điện rộng lớn cung cấp điện năng cho nhu cầu và phương hướng phát kinh tế — xã hội của khu vực trong gia đoạn có dự tính đến sự phát triển VỀ sau
Về dung lượng máy biến áp, vị trí, số lượng và phương thức vận hành trạm biến áp có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế — kỹ thuật của hệ thông cung cấp điện Vì
vậy, việc thiết kế trạm biến áp bao giờ cũng gắn liền với lựa chọn phương án cung
cấp điện
Việc thiết kế trạm biến áp tốt nhất phải nhiều mặt và phải tiến hành tính toán so sách kinh tế — kỹ thuật và tính đảm bảo cung cấp điện liên tục giữa các phương án đề ra
II PHAN LOẠI
Trong thiết kế và vận hành mạng điện thường gap hai danh từ: trạm phân phối điện và trạm biến áp Trạm phân phối điện chỉ gồm các thiết bị như: dao các
ly, máy cắt, thanh góp Dùng để nhận và phân phối điện năng đến phụ tải không
có biến đổi điện áp như trạm biến 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 220KV biến đổi thành cấp điện áp 110KV, 22KV, 0,4KV
b Trạm biến áp phân xưởng: nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi xuống các loại 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 trọng nhà
a Ngoài trời: tất cả các thiết bị đều đặt ngoài trời riêng phần phân phối điện áp thì đặt trong nhà Trạm ngoài trời thích hợp cho các trạm trung gian công suất lớn có đủ diện tích để đặt các thiết bị ngoai 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, tram Gis
HI NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Nhiệm vụ của luận án này là thiết kế trạm biến áp 220/110/22KV với các số liệu
ban đầu như sau:
Trạm có 2 đường dây dẫn đến và phụ tải của các cấp bao gồm:
+ Phụ tải cấp 110KV có 4 đường dây
—Ä<.—- ————————————————————=
Trang 9Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
——————————.———————————————————ỄE—-
Smax = 50 MVA ; cos@= 0,86
+ Phụ tải cấp 22KV có 8 đường dây
Smax =20MVA; cosœ = 0.88
+ Nguồn cung cấp 220KV có 2 đường dây 80km
_ Sur = 7000MVA; cos@ = 0,8; X ur = 0,4
TRINH TU THIET KE
Phan!:
Cân bằng công suất
Chọn sơ đồ cấu trúc và MBA cho trạm biến áp Tính tổn thất điện năng
Tính ngắn mạch - chọn máy cắt Chọn sơ đồ nối điện
Tính kinh tế kỹ thuật - Chọn phương án thiết kế Chọn các khí cụ điện, phần dẫn điện Tự dùng của trạm 2: | Tính bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Tính nối đất cho trạm
Tính toán sóng truyền theo đường dây vào trạm Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây Các bản vẽ VVVVV VV Vv Pha =) VVVV Vv Số liệu thiết kế: 1) Hệ thống: > Cấp điện áp: 220 kV
> Công suất ngắn mạch: 7000 MVA
Trang 12Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
——————Tmy——s“KƑ_ k
Ẹ_-_Ỳ_†-†Ï_Ƒ_Ẹ{ƑỷĨƑỪTG NS
Theo số liệu ban đầu đã cho, thiết kế trạm biến áp theo trình tự sau: Phan 1:
Cân bằng công suất
Chọn sơ đồ cấu trúc và MBA cho trạm biến áp Tính tổn thất điện năng
Tính ngắn mạch - chọn máy cắt Chọn sơ đồ nối điện
Tính kinh tế kỹ thuật - Chọn phương án thiết kế Chọn các khí cụ điện, phần dẫn điện Tự dùng của trạm 2: Tính bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Tính nối đất cho trạm
Tính toán sóng truyền theo đường đây vào trạm Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây Các bản vẽ
Theo số liệu ban đầu đã cho, thiết kế trạm biến áp theo trình tự sau:
Cân bằng công suất phụ tải
Lựa chọn phương án tối ưu Chọn máy biến áp
Sơ đồ nối điện
Tính dòng điện ngắn mạch
Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp
- Tính toán kinh tế - kỹ thuật quyết định phương án thiết kế Chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện Thiết kế chống sét cho trạm 10 Nối đất cho trạm 11 Các bản vẽ VVVVVV VV Pha =) VVVVV WV OAOn DM BW NE Iv CANBANG CONG SUAT PHU TAI I KHÁI NIỆM
(` bằng công suất là xem khả năng cung cấp điện và tiêu thụ điện có cân băng hay không Cân bằng công suất đóng vai trò 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
Trang 13Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
—————————————————DD—Ừờ—
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 phụ vụ cho san xuất và sinh hoạt, tuỳ theo tâm quan trọng của phụ tải đối với nên 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 trị
+ 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 xuất, hư hỏng sản phẩm, thiết bị, lãng phí nhân công
+ Phụ tải loại 3: là những 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
Trang 15Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp “Đồ thị phụ tải: P 100 90 30 7O 60 50 40 30 20 10 t(h) Ö 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Bảng phân theo thời gian
Trang 16Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
_-——_———.———.———-————————— ————r——==e=e=e=—
on
Trang 17Thiế
Luận Án Tốt Nghiệp hiết Kế Trạm Biến Áp
a a HĐGOỌĐ ĐT THỌ NGGGgG GNGT T-HENGTHENGTHENHP-UNNngHHYN Hyun nnnuyớun
- CHUONG II
SO DO CAU TRUC CHON MAY BIEN AP
I KHÁI NIỆM
S ơ đồ cấu trúc trạm biến áp là sơ đồ 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 đám bảo cung cấp cho các phụ tải mà trạm biến áp đảm 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 đó, hệ thông luôn được xem là thành phần quan trọng, cấu trúc của trạm biến áp phải luôn được giữ liên lạc chặc chẽ
Khi thiết kế trạm biến áp, chọn sơ đổ cấu trúc là phan quan trọng có ảnh hưởng đến quyết định đến toàn bộ thiết kế,
Các yêu cầu chính khi chọn sơ đề cấu trúc:
1 Có tính khả thi: tức là có thể chọn được các thiết bị chính như: máy biến Ap, máy cắt, cũng như có khả năng thi công, xây lắp và vận hành trạm
2 Đảm bảo 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 biến áp không cần 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 cần thay cấu trúc đã
chọn
Thường thiết kế một trạm biến áp có thể nhiều phương án khác nhau, để
chọn phương án nào ta cần cân nhắc các khía cạnh sau:
+ Số lượng máy biến áp
+ Tổng công suất máy biến áp + Tổng vốn đâu tư mua máy biến áp
+ Tổn hao điện năng tổng qua các máy biến áp II SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP
Trạm biến áp là một công 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 không qua máy biến áp hạ, phần còn lại qua máy biến á áp giảm áp có điện áp phù hợp với phụ tải
Phụ thuộc vào các cấp điện áp, vào 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
—Ïẳïn———————— TT —T—F—FE
cT=T=————
Trang 18Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
—-_ -.Öò— a eM Bien Ap
+ Dùng máy biến áp ba cuộn day (hay máy biến áp từ ngẫu nếu U+> 110KV) + Qua các máy biến áp 2 cuộn dây cung cấp cho từng cấp điện áp thấp HI LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KHẢ THỊ
Các phương án để ra phải đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật Tính kỹ thuật được đưa lên hàng đầu Vì trạm biến áp là một mắc xích quan trọng của hệ thống điện, không thể ngưng hoạt động khi hệ thống đang vận hành, vì sẽ làm ảnh hưởng
nặng nề đến hệ thông, cũng như phụ tải
Qua đánh giá sơ bộ và lựa chọn ta đưa ra các phương án sau: 1.Phương án 1 Š Sơ đồ cấu trúc phương án 1 Uc = Unr = 220KV y r Ủn =22 KV Uy = LIOKV tóc t1 Py Sử dụng hai máy biến áp từ ngẫu cho các cấp dién 4p 200/110/22KV Vi Uc = 220KV; Ur = 100KV; Uy = 22KV
- Phương án này có ưu điểm:
+ Số lượng máy biến áp chỉ 2, chiếm ít diện tích xây lắp
+ Giá thành thấp
+ Tổn hao trong máy biến áp 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 áp Ủy > 110KV
+ Khi công suất lớn kích thước và trọng lượng máy biến áp lớn có thể không cho phép khi chuyên chở và xây lắp
Trang 19Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp 2 Phương án 2 Š Sơ đồ cấu trúc phương án 2 Unr = 220KV = 110KV : oF U=22KV r+} Po yo yo Toy 4d + 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 3 Phương án 3
Š Sơ đồ cấu trúc phương án 3
Dùng hai máy biến áp 3 cuộn dây
Sơ đồ này có ưu điểm là sử dụng ít máy biến áp, cấu trúc rõ ràng linh hoạt, độ tin cậy cung cấp điện cao
Tuy nhiê n, khi sử dụng phương án này lại có nhữ ng nhượ c điểm:
- Giá thành cao hơn nhiều so vớ ¡ sử dụ ng phương án dùng hai máy biến á p tự ngẫu
-_ Kích thước lớ n, do đó khó chuyên chở khi xây dựng và diệ n tích chiếm chỗ lớn -_ Khi công suất của các cuộn quá chênh lệch sẽ dẫn đến cuộn công suất bé sẽ non
———Ï————————ễ—_Ử —_
Trang 20Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp tải Vì máy biến áp chỉ chế tạo công suất cuộn bé nhất cũng bằng 2/3 công suất định mức: 100/100/66.7; 100/66.7/66.7;100/66.7/100 Thích hợp nhất là khi phụ tải ở UT hoặc UH lớn hơn 20% công suất định mức của MBA: St = 20% SdmB; Sh => 20% SdmB Uc = Uyr = 220KV r Ủu =22 KV U; = 110KV rye ¢ ey | rs dd
4 Phương án 4: Dùng máy biến áp hai cuộn dây tải công suất từ điện áp cao sang
trung và hạ Sơ đồ cấu trúc trạm dạng tách rời Unr = 220KV 28 2.8 ri td TT Ty
Phương án này có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp điện cao Tuy nhiên, sử
dung phương pháp này có nhiều nhược điểm là tăng số lượng máy biến áp dẫn đến diện
tích tăng và tách trạm ra 2 phẩ n riêng biệt tương đương vớ ¡ hai trạ m biế n áp được xây
dự ng chung một địa điểm Trong phương án này, ta vẫn có thể thay thế máy biến áp hai cuộn dây bằ ng máy biến áp tự ngẫu tương tự như ở phương án 2 Nói chung phương án bốn có nhiều hạn chế và ít được sử dụng
—— —-—TỶ-Ỷ-ẹ.-.->ỷ-ỷcvrrree
Trang 21Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
5 TỔ NGKẾT
Ta nhận thấy rằng trong thực tế hai phương án 1 và 2 đượ c sử dụ ng phổ biến vì ở phương án 3 và 4 tính hợ p lí không cao với những khuyết điểm nêu trê n Như vậy còn lại phương án một và hai để ta lựa chọn Do đó để chọn ra phương án tối ưu nhất để thiết kế ta phải so sánh cụ thể hơn về kinh tế, kỹ thuật và các khía canh liên quan khác
V.CHON MAY BIEN AP
I KHAI NIEM
áy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng từ điện áp này đến điện áp Mite Điện năng sản xuất từ nhà máy điện được truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa, phải qua đường dây cao thế 500, 220, 110KV „ thường qua máy biến áp tăng từ điện áp máy phát 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
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
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
Chọn máy biến áp là một khâu quan trọng trong việc cung cấp điện liên tục cho các phụ tải Vì khi có sự cố xảy ra với máy biến áp thì dẫn đến thất thoát về kinh tế - vật chất Ảnh hưởng trực tiếp đến qui trình và tiến độ hoạt động của các hộ tiêu thụ Chọn máy biến áp phải đảm bảo cung cấp điện trong khi làm việc bình thường cũng như lúc quá tải Khi chọn máy biến áp phải chú ý đến khả năng phát triển của phụ tải Tránh trường hợp vừa xây dựng Xong trạm biến áp lại phải thay đối hay đặt 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 thoả mãn các điều kiện nêu trên
Số lượng công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh tế ~
kỹ thuật sau:
+ An toàn đảm bảo tính cung cấp điện
+ Vốn đầu tư thấp nhất
+ Chi phí vận hành bé nhất
+ Dung lượng máy biến áp trong một trạm nên đồng nhất
Máy biến áp có khi vận hành non tải, thì cũng có thể vận hành quá tải trong một khoảng thời gian mà không làm hỏng 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 không vượt quá định mức
Thường ta chọn máy biến áp theo 2 điều kiện sau:
1 Quá tải một cách hệ thống hay còn gọi là quá tải bình thường của máy biến áp
”_ ”—.rưannannnnmmmmmmm—m—m _ ®=
Trang 22Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
———_—_—_—— —_
km ccycycTm——FÐF—F—ÐF ———E=
+ Qui tắc này được áp dụng khi chế độ bình thường hằng ngày có những lúc máy biến áp vận hành non tải (K; <1) và có những lúc vận hành quá tải (Kạ >])
+ Căn cứ vào đồ thị phụ tải qua máy biến áp có công suất bé hơn S„„„, lớn
hơn Sm¡n
Simin < Sg < Max
+ Đẳng trị đồ thị phụ tải qua máy biến áp thành đồ thị phụ tải chỉ có hai bậc Ki và K; với thời gian qua tải Tạ
+ 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 Kzxp
tương ứng Kị, K; và T›
+ Néu Kycp > Ky nghia 1A may biến áp đã chọn có khả năng vận hành với đồ thị phụ tải đã cho và tuổi thọ của máy biến áp vẫn đầm bảo
+ Nếu K;cp< K¿ tức là máy biến áp đã chọn không có khả năng đắm bảo hai điều kiện trên Do đó phải chọn máy biến áp có công suất lớn hơn
+ Khi đã chọn công suất máy biến áp lớn hơn S„„„ của đô thị phụ tải không cần kiểm tra khả năng này
+K¡, K;, K;cp, T; được tính theo sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến
dp cia thay Huynh Nhon trang 32,33 2 Quá tải sự cố của máy biến áp
+ Khi hai máy vận hành song song mà một trong hài máy bị sự cố phải nghỉ, máy biến áp còn lại có thể vận hành với phụ tải lớn hơn định mức không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh lúc sự cố trong khoảng thời gian 5 ngày đêm nếu thoả mãn các điều kiện :
+ Theo đồ thị phụ tải đẳng trị về hai bậc trong đó : K,< 0.93 ; K;ạ < 1.4 đối với máy biến áp đặt ngoài trời và K; < 1.3 đối với mày biến áp đặt trong nhà, Tạ < 6g
Il CHON CONG SUAT MAY BIEN AP
1 Trường hợp chỉ có 1 máy biến áp
Katt» Samp = Sax Trong d6 : Kaw: 14 kha nang qué tai thường xuyên 2 Trường hợp có hai máy biến áp ghép song song
Công suất máy biến áp được chọn theo điểu kiện một máy nghỉ, máy còn lại với khá năng quá tải sự cố cho phép phải tải lớn hơn công suất cực đại của phụ tải
Kase Sama = Smax
S Max
Suy ra: Samp 2 K
ptsc
Theo điều kiện này không cần xét điều kiện bình thường vì Katse 16n nhat chi
bang 1.4 (máy biến áp đặc ngoài trời) Trong khi theo điểu kiện bình thường chỉ cần:
SampB > Ô.5X SMax
——Ừ——————————T—————————TyTTTETTEFTTTTEFFT—
Trang 23Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
_——————————m—————c——c—cc—c-x—x—S=<=
Chọn theo điều kiện trên đưa đến công suất máy biến áp quá lớn do chế tạo máy biến áp nhảy vọt, có thể không chọn công suất quá lớn mà xét khi sự cố I máy có thể cắt một phần phụ tải loại 3, nếu cho phép thì hợp lý hơn
3 Trương hợp có 3 máy biến áp ghép song song + Công suất máy biến áp chọn theo công thức:
S Max
3
+ Kiém tra 1 máy nghỉ hai máy còn lại với khẩ năng quá tải sự cố có thể tải công suất cực đại
2 Kquc Samp = = SMax
SamB 2
Max 2xK
> Ứng với các trường hợp trên ta chọn trường hợp có 2 máy biến áp ghép song song phù hợp với sơ đồ cấu trúc và số lượng máy biến áp đã chọn ở chương II
* Bang phân theo thời gian toàn trạm
Trang 24Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
Smax = 70.5(MVA) 3 Syin = 32.5 (MV A)
ŠChọn máy biến áp cho phương án 1
+ Phương án 1: sử dụng hai máy biến áp từ ngẫu ghép song song nên ta chọn
công suất máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố
5 Samp 2 Max
K ptsc
Trong đó : Ku.= 1.4 (vì máy biến áp đặt ngoài trời)
Suy ra: Samp 2 ~ = 50.35(MVA)
+ Vậy ta chọn 2 máy biến áp tự ngẫu, mỗi máy có công suất Samg = 63(MVA) Thoả điều kiện thời gian quá tải thời gian quá tải cho phép Nghĩa là máy biến áp đã chọn có khả năng vận hành với đồ thị phụ tải đã cho
$ Kiểm tra điểu kiện quá tải
+ Thời gian quá tải 4g < 6g thời gian quá tải cho phép
+ Trong điều kiện bình thường hệ số mang tải của mỗi máy biến áp
S max 70.5
= 0.55 < 0.93
""2xSimp 2x63
+ Hai máy biến áp đặt ngoài trời nên kiểm tra điều kiện 1 máy bị sự cố
Koto X Sams = Smax
Suy ra: 1.4.x 63 = 88.2 >S,,, = 70.5 (MVA)
+ Vậy máy biến áp được chọn đã thoả mãn yêu cầu, cho phép làm việc với phụ tải đã cho + Do đó ta chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có công suất Sz„ = 63(MVA), Nga sản xuất # Bảng thông số kỹ thuật của MBA (Phụ lục trang 254 sách thiết kế NMĐ và TBA Huỳnh Nhơn) Điện áp(KV) Tổn thất (KW) Kích thước Trọng lượng Un (%) we lọ APy (m) (tấn) Cao | Trung | Hạ (%) Ap, 2 C/T | C/H | T/H C/T | C/H _| TAH D B Cc Dâu | tổng 230 121 38.5 I} 35 22 0 5 45 400 220 240 10.75 | 5.3 | 7.66 67 150.2 Giá tiền : Mỗi MBA từ ngẫu : 321500USD
+Š Chọn máy biến áp cho phương án 2:
Trang 25Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp Trong đó : K„.= 1.4 (vì máy biến áp đặt ngoài trời)
Suy ra: Sams 2 = 50.35(MVA)
+ Vậy ta chọn 2 máy biến áp 3 cuộn dây , mỗi máy có công suất Sampg = 63(MVA) Thoả điều kiện thời gian quá tải thời gian quá tải cho phép Nghĩa là máy biến áp đã chọn có kha năng vận hành với đồ thị phụ tải đã cho
$ Kiểm tra điều kiện quá tải
+ Thời gian quá tải 4g < 6g thời gian quá tải cho phép
+ Trong điều kiện bình thường hệ số mang tải của mỗi máy biến áp S 70.5 _ max = 0.55 < 0.93 K " 2xSnn 2x63
+ Hai máy biến áp đặt ngoài trời nên kiểm tra điều kiện 1 máy bị sự cố
Kato: X SamB = Smax
Suy ra: 1.4.x 63 = 88.2 >S.ax = 70.5 (MVA)
Trang 26Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
——— —_—————————
CH UONG III
SƠ ĐỒ NỔI ĐIỆN
I KHÁI NIỆM
S ơ 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 để cung cấp phân phối cho các phụ tải cùng
một cấp điện áp
+ Nguồn điện có thể là MBA, máy phát điện, đường dây cung cấp + Phụ tải có thể là MBA, đường dây
+ 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 vì vậy, sơ đồ nối điện cần thoả các điều kiên sau:
I Tính đảm bảo cung cấp điện theo yêu cầu, hay sự quan trọng của phụ tải mà mức đảm bảo cần đáp ứng Tính đảm bảo của sờ đồ nối điện có thể đánh giá qua độ tin cậy cung cấp điện, thời glan 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
2 Tính linh hoạt: là sự thích ứng với các chế độ làm việc khác nhau
3 Tính phát triển: sơ đổ nối điện cần thoả mãn không những hiện tại mà cả
trong tương lai gần khi tăng thêm nguồn hay tải Khi phát triển không bị khó
khăn hay phá bỏ thay đổi cấu trúc sơ đồ
4 Tính kinh tế: thể hiện ở vốn đầu tư ban đầu và các chỉ phí hằng năm
Dựa vào nội dung thiết kế trạm và các yêu cầu trên ta có sơ đô nối điện như
sau:
Trang 29Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
CHƯƠNG IV _
TÍNH TỐN DỊNG NGẮN MACH
I KHÁI NIỆM
N gắn mạch là hiện tượng 3 pha, 2 pha chạm nhau hoặc một pha
chạm đất trong hệ thống điện có trung điểm nối đất trực tiếp Ngắn mạch xảy ra gây nguy hiểm cho thiết bị điện vì khi đó dòng ngắn mạch có trị số rất lớn có thể làm hư hỏng nghiêm trọng cho hệ thống điện Để tính toán ngắn được chính xác trong một hệ thống điện là rất phức tạp và khó khăn, cho nên trong thực tế người ta sử dụng phương pháp thực dụng với việc đưa ra giả thiết đơn giản hoá Vì thực tế nó không đòi hỏi độ chính xác cao Do đó phương pháp tính thực dụng có ưu điểm tính toán đơn giản, nhanh chóng, tuy nhiên các kết quả tính được chỉ gần đúng Tất nhiên kết quả tính được phải nằm trong phạm vi cho phép Bỡi vì mục đích tính toán dòng ngắn mạch (Iụ) để phụ vụ cho việc chọn khí cụ điện ( máy cắt, kháng điện, biến dòng, biến áp ) và các phân dẫn điện ( dây dẫn, thanh dẫn, cáp) II TRÌNH TỰ TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 1 Tính toán ngắn mạch ba pha - Vẽ sơ đồ hệ thống cần tính toán ngắn mạch và xác định các điểm cần tính toán ngắn mạch - Từ sơ đồ nguyên lý thay thế các phân tử bằng mô hình hoá của nó và ghi đánh số thứ tự X; của các điện kháng - Chọn các thông số trong hệ cơ bản S„, U¿y, suy ra Iu, 6 cdc cấp cần tính toán ngắn mạch, |
+ Trong dé: Sy chon tuy y, c6 thé 1A 100MVA, 1000MVA hay bằng công
suất tổng của hệ thống (Su)
U( chọn bằng điện áp trung bình của các cấp tương ứng: 500; 230; 115; 37; 22; 18; 15.5; 13.8; 63KV - Tính trị số cơ bản tương đối của các điện khang X; theo bang sau: Sob SHT 0 + MBA Xeop _ Un%xSey 100 Sam + Hệ thống Xxoh = Xsan + Đường dây X+qb =XexU Sp Ue
- Lần lược biến đổi sơ đô về sơ đồ đẳng trị chỉ có một nguồn và điện kháng tổng tương đương cho từng điểm ngắn mạch Xgi
- Tính dòng ngắn mạch của từng điểm ngắn mạch theo biểu thức
——>-———e——ee>——cTcycc—T—TTz-=nr-crỶ-cr-cr-c-sxcr-c-=-ckr-=rcrcrc=—== =xierx-x ree
Trang 30Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp
1 ]
Ten =X nicky = Leni X Teo = ° Si Si
+ Trong dé: Iy bang tri co ban cha dòng ngắn mạch tương ứng với điện áp tại điểm ngắn mạch - Các phần tử tham gia vào sơ đồ tính tốn được mơ hình hoá như sau: + Hệ thống điện (HT) có các thông số * S:HT ; ÄXs(@m) ; UnT ; ŠN ; ÌN + Các máy phát điện (F) * Samr : công suất máy phát (MVA) * amr : : điện áp định mức (KV)
* Xo : điện kháng siêu quá độ dọc trục đối với nhiệt điện *X 4: dién kháng quá độ dọc trục đối với thuỷ điện + Đường dây (DÐ) ở các cấp điện áp
*L: chiều dài đường đây (km),
* Xụ : điện kháng trên 1 km đường dây có thể lấy bằng 0.4 O/km + Kháng điện (K) trên thanh góp điện áp máy phát
* am : điện áp mức của kháng (KV)
* lạm : dòng điện định mức của kháng (KA)
* X,% : điện kháng tương đối tính bằng phần trăm của kháng
+ Máy biến áp (B)
* Samp : công suất định mức của máy biến dp (MVA) >Điện áp định mức các cấp
Un% : Điện áp ngắn mạch phần trăm
Với máy biến áp hai cuộn dây thì nhà chế tạo cho sắn Với máy biến áp từ ngẫu và ba cuộn đây thường cho:
* Un%cu : dién áp ngắn mạch giữa cuộn cao với cuộn hạ
* UN%cr : điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao với cuộn trung
* Un%ry : dién áp ngắn mạch g1ữa cuộn trung với cuộn hạ Can tinh Uy% ctia cuộn cao, trung, hạ theo biểu thức
Khi công suất các cuộn đây là 100/100/100
]
Un %¢ = 3 Un “cr + Un %cH ~ Un %tH)
Un %7 = 2(UN “cr +UN TH — UN %ecH)
]
Unie = 5 (Un %cu + Un % ry - Un %cr)
Trang 31Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp ————7——SSE— Ỷ-FSỶ—TỶZ-T—T-F-c-xc-c-ccrs-rsrxsrxrx=x——===——=—== 1 UN%cCH „ ỦN TH 2 0.67 0.67 Với máy biến áp từ ngẫu Un %y = ~Un%cr) 0 09 Un%e = 2(Uw “CT ee ¬ ] 0 0 ỦN + = 2(UN “oy + STH _— NT 1 Un % UN % Up =2(CN SCH ¿ ỨN yy ogy 2 a a + Trong đó: œ là hệ số có lợi của máy biến áp từ ngẫu œ=1_.ÚT Uc 2 Tính ngắn mạch trong mạng hạ thế U<1000V
Khi tính toán ngắn mạch trong mạng hạ thế khác với mạng cao thế - Có thể tính trong hệ có tên, không cần tính trong hệ tương đối - Không thể bỏ qua điện trở R, vì R và X tương đương nhau
Trang 35Luận Án Tốt N ghiệp ee Thiết Kế Trạm Biến Ap SE Tram Bien Ap - Tổng điện kháng XxX Ấy = Ấy +4 1.8274 812 <5 014 2 2 - Dòng ngắn mạch 1 ch(22kv) Xs (0 2đ _ 4.43(KA) 26.24 5.914 - Dòng xung kích : với K„= 1.8 la =2 xu x1y = V2 x1.8x4.43 =11.29(K4) # Bảng tổng kết tính toán ngắn mạch phương án ] Ty =
Diém Uam Sep’ Io, x In bạ
Trang 36Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp ——— —Ẹ———————————————_ + Đường dây: với L = 80 km ; Xe =0.4 X= Xx L2& = 0.489120 - 9.605 U 230 cb + Máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây cấp 220/110KV Trong đó: Un % cr = 11; Un % cH = 28; Un % tH =12.6
Uy %e =~ N € 2 (Uy Yep +U y% 4 -U,%, )=(114+28~12.6) N CT N CH N TH 2 =13.2
Trang 37Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp —————— —————SS—EcrE—-rccS=——S——=====—————- a Tính ngắn mạch tại điểm N; (220KV) - So đồ biến đổi tương đương Xur Xa 27 IN, - Tong dién khang Xy, =X, + = 0.0574 = 0.359 - Dòng ngắn mạch , = Lam _ 2.51 _ 6 grey Nl Xs 0.359 )
- Dòng xung kich: véi K,, = 1.8
Trang 38Luận Án Tốt Nghiệp - Tổng điện kháng Xo, = Xp 4 oe = 1.404 + - Dòng ngắn mạch I N3 Xs; — ING _ 26.24 2.578 2.349 2 10.178(KA)
- Dòng xung kich : vdi Ky, = 1.8
igs =V2% Ky xy, = V2 x1.8x 10.178 = 25.91(KA) ® Bảng tổng kết tính tốn ngắn mạch phương án 2 =2.578 Thiết Kế Trạm Biến Áp 32
Điểm Uam Sep Ly x Iy ink
NM (KV) (MVA) (KA) 7 (KA) (KA)
N, 220 1000 2.51 0.359 6.99 17.79
N> 110 1000 5.02 1.404 3.575 9.1
Trang 39Luận Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Trạm Biến Áp _ CHUONG V TINH TOAN TON THAT DIEN NANG TRONG MAY BIEN AP I KHAI NIEM
hi truyền tải điện năng từ trạm biến áp đến các nơi tiêu thụ, ta cần phải dùng
Ka dẫn và máy biến áp, nên một phần 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 dòng điện chạy qua dây dẫn và máy biến áp, vì chúng có điện trở và điện kháng nên bao giờ cũng có một tốn thất nhất định về công suất tác dụng AP và công suất phản kháng AQ Số năng lượng điện năng mất mát đó biến thành nhiệt làm nóng dây dẫn và máy biến áp, cuối cùng toả ra ngồi khơng khí, khơng mang lại hiệu quả cao Cho
nên ta cần tính toán 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 MÁY BIẾN ÁP
1 Tén thất điện năng trong máy biến áp ba pha 2 cuộn dây
- Khi không có đồ thị phụ tải xác định theo biểu thức A AA =n x AP, x t-++—* x aX x 7 h dm - Khi có đồ thị phụ tải xác định theo biểu thức APy 1 AA = nx AP, xt+—N x59? n 2 xt, dm Trong đó: + Po: tổn thất không tải + Pụ: tốn thất ngắn mạch
+ n: số máy biến áp làm việc song
+ t: thoi gian làm việc của máy biến áp (giờ)
+ Sj: công suất của n MBA tương ứng với thời gian t,
+ + : thời gian tổn thất công suất cực đại phụ thuộc vào thời
gian sử dụng công suất cực đại T„¿„ và COSO
A _ XS; xt,
Thay ~ S
max Smax
Trang 40Luận Án Tốt Nghiệp ee eee eee rere Thiết Kế Trạm Biến Áp eee an AP AP APNc =0.5(APNcr +— SH _—") œ œ AP AP APNT =0.5(APNcr+— SH _— 1) œ œ AP AP APN 4 = 0.5(—SHt +— NH — APY cr) œ œ
- Khi có đồ thị phụ tải hình bậc thang, n máy làm việc song song
lAPxc (SSễtc)+ APuy(SSỆty)+ APug CS tạ )] AA =nx AP, xt+ nx Sam Trong đó : + Pp: ton thất không tải + Pxc : t6n thất ngắn mạch cuộn cao + Py :(ốn thất ngắn mạch cuộn trung +Puu : tốn thất ngắn mạch cuộn hạ +n: số máy biến áp làm việc song song +t: thời gian làm việc của máy biến áp (giờ) + Sam : công suất định mức của máy biến áp
- Khi không có đồ thị phụ tải
I | Sina x€ Say T Say H |
AA = nx AP, xt+—] APye 2 1c +APNT 2 tr +APNH HTH
n Sam dm dm
IIL TINH TOAN TON THAT DIEN NANG TRONG MBA CUA 2 PHUONG AN 1 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA cho phương án |
a Ton that dién nang trong hai máy biến áp Bị & B¿
- Là hai máy biến áp từ ngẫu mỗi máy có công suất là Sam = 63 (MVA) Trong đó : Pqcr = 400(KW) ; Py ry = = 240(1KW) ; Pyicy = 220(KW) - Hệ số có lợi :
œ=I- TT = I— Ô —os Uc 220