luận văn kỹ thuật điện, điện tử thiết kế trạm biến áp 220kv - 110kv trung gian tiền giang

Khi xây dựng một thành phố, một khu công nghiệp, một nhà máy, một vùng kinh tế trọng điểm… chúng ta phải nghỉ ngay đến một hệ thống cung cấp điện nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của c

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

  

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV

TRUNG GIAN TIỀN GIANG

GVHD: PHAN KẾ PHÚC SVTH : NGUYỄN VĂN BÉ TÁM MSSV : 00DDC109 LỚP 00DDC2

  

- Trạm Biến Aùp đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống năng lượng Cùng với sự phát triển của hệ thống năng lượng điện quốc gia,dẫn đến ngày càng xuất hiện nhiều nhà máy điện và trạm biến áp có công suất lớn Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế –kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành chúng sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung và đối với ngành điện công nghiệp nói riêng

- Để đảm bảo cho việc cung cấp điện được tốt đòi hỏi phải xây dựng được một hệ thống điện gồm các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng hoạt động một cách thống nhất với nhau Trong đó trạm biến áp đóng vai trò rất quan trọng vì muốn truyền tải điện năng đi xa hoặc giảm điện áp xuống thấp cho phù hợp nơi tiêu thụ ta dùng biến áp là kinh tế và thuận tiện nhất

- Công nghiệp điện lực giữ vai trò rất quan trọng trong việc xây dựng đất nước Khi xây dựng một thành phố, một khu công nghiệp, một nhà máy, một vùng kinh tế trọng điểm… chúng

ta phải nghỉ ngay đến một hệ thống cung cấp điện nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người, cung cấp cho các thiết bị của khu vực kinh tế và của nhà máy

- Tính phức tạp của trạm biến áp không những về đặt trưng cấu trúc của nó, mà phải còn dự báo sự phát triển của nó trong tương lai phân cấp trong không gian và tính đa chỉ tiêu cần thoả mãn nhưng không tồn tại mâu thuẩn giữa chúng ( vốn đầu tư nhỏ, độ tin cậy cao, thời gian xây dựng ngắn chất lượng điện năng tốt)

- Quyển luận án này được thực hiện trên kết quả học tập cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy PHAN KẾ PHÚC và các tài liệu tham khảo

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ và các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã cung cấp các kiến thức cần thiết và cơ bản nhất trong ngành điện công nghiệp trong quá trình học tại trường

Với những kiến thức lý thuyết đã học tại trường, các tài liệu tham khảo và học hỏi những người làm công việc thiết kế Tuy nhiên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót và kiến thức còn hạn chế Rất mong được sự đóng góp ý kiến và nhận được sự phê bình của thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy PHAN KẾ PHÚC và các thầy cô trong bộ môn điện công nghiệp đã giúp em hoàn thành tập luận án này

Sinh Viên Nguyễn Văn Bé Tám

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MẠNG CUNG CẤP VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN BÙI NGỌC THƯ THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP HUỲNH NHƠN BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ NGUYỄN HOÀNG VIỆT

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN PHAN THỊ THANH BÌNH

DƯƠNG LAN HƯƠNG PHAN THỊ THU VÂN

THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP NGUYỄN HỮU KHÁI SỔ TAY TRA CỨU CÔNG NGHIỆP

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO KHÁC

CẨM NANG ĐÓNG CẮT CỦA HÃNG ABB

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP -1

I/ Giới thiệu tổng quát về trạm biến áp -1

II/ Phân loại -1

III/ Các yêu cầu chính khi thiết kế trạm biến áp -2

IV/ Vị trí đặt trạm -3

V/ Nhiệm vụ của trạm biến áp được thiết kế -3

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH NHU CẦU PHỤ TẢI -4

I/ Cân bằng công suất -4

II/ Đồ thị phụ tải của trạm -4

CHƯƠNG III: CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA TRẠM -9

I/ Tổng quát -9

II/ Các dạng sơ đồ cấu trúc của trạm -9

III/ Các dạng sơ đồ nối điện - 14

CHƯƠNG IV: CHỌN MÁY BIẾN ÁP - 19

I/ Tổng quát - 19

II/ Chọn máy biến áp chính cho trạm - 20

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO TRẠM BIẾN ÁP - 25

I/ Các vấn đề chung - 25

II/ Tính toán ngắn mạch ba pha cho các phương án - 28

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG - 35

I/ Khái niệm - 35

II/ Các công thức tính toán - 35

III/ Tính toán tổn thất điện năng cho phương án 1 - 36

IV/ Tính toán tổn thất điện năng cho phương án 3 - 37

CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN CHO MÁY CẮT VÀ DAO CÁCH LY - 39

I/ Khái niệm chung - 39

II/ Lựa chọn máy cắt và dao cách ly - 46

II/ So sánh kinh tế kỹ thuật chọn phương án - 48

CHƯƠNG IX:LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN - 52

I/ Tổng quát - 52

II/ Chọn thanh góp thanh dẫn - 52

III/ Chọn máy biến dòng điện (BU) và biến điện áp (BI) - 61

IV/ Lựa chọn chống sét van - 67

V/ Lựa chọn sứ cách điện - 69

CHƯƠNG X: ĐIỆN TỰ DÙNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP - 72

I/ Khái niệm chung - 72

II/ Nguồn tự dùng trong trạm - 72

III/ Chọn công suất máy biến áp tự dùng - 72

IV/ Chọn cáp và CB hạ áp - 73

CHƯƠNG XI: THIẾT KẾ CHỐNG SÉT TRẠM BIẾN ÁP - 74

I/ Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp - 74

II/ Các phương án thiết kế bảo vệ chống sét - 75

III/ Tính toán cụ thể chống sét đánh trực tiếp vào trạm - 79

CHƯƠNG XII: THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM - 90

I/ Giới thiệu một số loại rơle thường dùng trong trạm biến áp - 90

II/ Tính toán dòng ngắn mạch của trạm biến áp - 93

CHƯƠNG XIII: LỰA CHỌN RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP -100

I/ Bảo vệ thanh góp 22KV -100

III/ Bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây -102

CHƯƠNG XIV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT -106

I/ Khái niệm chung -106

II/ Các yêu cầu kỹ thuật thiết kế hệ thống nối đất cho trạm -106

III/ Tính toán nối đất cho trạm biến áp -107

TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP

1- GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ TRẠM BIẾN ÁP :

- Trạm biến áp là một công trình dùng để chuyển đổi điện năng từ cấp này sang cấp khác, để chuyển tải hoặc phân phối cho các trạm biến áp khác Đường dây tải điện, trạm biến áp và các máy phát điện tạo thành một hệ thống truyền tải thống nhất vì vậy trạm biến áp phụ thuộc vào hệ thống điện và nhu cầu truyền tải của phụ tải để đảm bảo tính cung cấp điện cao

- Khi thiết kế trạm biến áp thì phải đảm bảo sau cho phụ tải được liên tục cung cấp điện Đây là một vấn đề quan trọng trong thiết kế Hạn chế tối đa sự cố xảy ra mất điện Đồng thời khi thết kế ta phải dự báo được phụ tải phát triển trong tương lai Vì vậy khi thiết kế trạm phải có hai nguồn cung cấp trở lên và trong trạm phải có dự trữ kể cả máy biến áp dự phòng và nguồn điện phải có khả năng truyền tải cho nhau

2- CÁC YÊU CẦU CHÍNH KHI THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP :

- Khi thiết kế một trạm biến áp thì mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế là phải đảm bảo cho các hộ tiêu thụ điện luôn thoả mãn về chất lượng điện năng cung cấp liên tục, đảm bảo đủ điện áp…

 Một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý khi thỏa mãn các điều kiện sau

 Vốn đầu tư nhỏ, chú ý đến tiết kiệm ngoại tệ vật tư hiếm

 Chi phí vận hành hàng năm thấp

 Thuận tiện cho vận hành và mở rộng trạm

 Tổn thất công suất trong máy biến áp phải nhỏ nhất

 Nên người thiết kế phải biết so sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật giữa các phương án để chọn ra một phương án tối ưu

 Các yêu cầu khi thiết kế trạm biến áp

 Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu điện năng từng khu vực từ đó lựa chọn phương án cung cấp điện

 Xác định phương án về nguồn, vị trí, công suất loại nguồn đến và trầm quan trọng của trạm

 Xác định cấu trúc của mạng điện

- Gần tâm phụ tải, gần đường ôtô thuận tiện cho việc chuyên chở các thiết

bị đến trạm đặt biệt là các máy biến áp, gần công trình phục vụ công cộng như đường cấp thoát nước, đường dây thông tin liên lạc, chữa cháy…

- Trạm biến áp thiết kế trong tập đồ án này được đặt ở tỉnh Tiền Giang hướng từ Thành Phố Mỹ Tho vế Cai Lậy cạnh quốc lộ I cách khu công nghiệp Mỹ Tho khoảng 2km Trạm nhận điện từ 2 nguồn đến đó là từ Thành Phố Hồ Chí Minh về và từ Cai Lậy lên tất cả các thiết bị cao áp đặt ngoài trời, thiết bị trung áp đặt trong nhà

4 - NHIỆM VỤ CỦA TRẠM BIẾN ÁP ĐƯỢC THIẾT KẾ:

- Nhiệm vụ của luận văn tốt nghiệp này là thiết kế trạm biến áp trung gian Tiền Giang 220KV/110KV

- Công suất hệ thống 6000MVA

- Dòng điện nắng mạch từ Thành Phố Hồ Chí Minh đến Tiền Giang là 30(KA) ( 220KV ) và từ Cai Lậy lên là 27KA ( 220KV )

 Thiết kế sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt

 Thiết kế chống sét, hệ thống nối đất cho trạm

 Thiết kế bảo vệ rơle

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH NHU CẦU PHỤ TẢI

1- Đồ thị phụ tải cấp 22KV:

Smax =20 MVA cos = 0,8

5 14  18 15,2 11,4 19

Đồ thị phụ tải cấp điện áp 22KV:

2- Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110KV:

Smax = 120KV cos = 0,8

Q = Ptg(Mvar)

7 22  24 62,4 46,8 78

Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110KV:

3- Đồ thị phụ tải của toàn trạm

- Đồ thị phụ tải qua máy biến áp cũng chính là đồ thị phụ tải của toàn trạm

P toàn trạm = P qua MBA = P1 + P2

Q toàn trạm = Q qua MBA = Q1 + Q2

i i

P = Scos

(MW)

Q = Ptg(MVAR)

9 22  24 70,4 52,8 88 Đồ thị phụ tải của toàn trạm

CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHO TRẠM

CÁC DẠNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA TRẠM:

- Để chọn sơ đồ cấu trúc của trạm thì có nhiều phương án, các phương án này phụ thuộc vào số lượng máy biến áp

- Sau đây là một số phương án cần xem xét:

110KV

0,4KV 22KV

HT 220KV

110KV

0,4KV 22KV

4- Phương án 4:

- Sử dụng máy biến áp tự ngẫu :

HT 220KV

0,4KV

110KV

22KV

HT 220KV

110KV

0,4KV 22KV

HT 220KV

110KV

0,4KV 22KV

220KV

110KV

22KV

CHƯƠNG IV CHỌN MÁY BIẾN ÁP 1-Chọn máy biến áp cho phương án 1:

a) Chọn máy biến áp cho cấp điện áp 220/110KV

 Các thông số của máy biến áp ba pha hai cuôn dây:

 Kiểu ONAF

110KV 220KV

22KV

 Tổn thất không tải P 0 50(KW)

 Tổn thất ngắn mạch P N 330 KW( )

 Điện áp ngắn mạch UN% = 12%

 Dòng điện không tải I0 = 0,35%

 Giá tiền một máy biến áp 950.000 USD

b) Chọn máy biến áp cho cấp 110/22KV:

 Các thông số của máy biến áp cấp 110/22KV 3 pha 2 cuộn dây

 Máy biến áp kiểu ONAN:

 Công suất định mức Scđm = 115 (KV)

 Điện áp cuộn hạ Uhđm = 22 KV

 Điện áp ngắn mạch UN% = 10

 Dòng điện không tải i0% = 0,1

 Tổn thất không tải Po = 13 KW

 Tổn thất ngắn mạch PN = 103 (KW)

 Kích thước D – R – C : 7,7 – 4,05 – 5,5 (m)

 Trọng lượng 49 (tấn)

 Giá tiền 1 máy 300.103 (USD)

 Nước sản xuất AEG

* Chọn máy biến áp cho phương án 3:

 Kiểu ONAF:

 Công suất định mức Sđm = 125 (MVA)

 Điện áp cuộn cao Uc = 230 KV

 Điện áp cuộn trung Ut = 115 KV

 Điện áp cuộn hạ UH = 22 KV

 Điện áp ngắn mạch:

 Tổn thất không tải Po = 47 (KW)

 Tổn thất ngắn mạch:

 = 252 (KW)

CHƯƠNG V TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO TRẠM BIẾN ÁP

1-Mục đích tính dòng nắng mạch:

- Để phục vụ cho việc lựa chọn các khí cụ điện, lựa chọn phương án hạn chế dòng ngắn mạch, tính toán bảo vệ rơle

2- Các dạng ngắn mạch thường gặp:

 Ngắn mạch ba pha: xác suất xảy ra là 5%

 Ngắn mạch hai pha: xác suất xảy ra là 10%

 Ngắn mạch hai pha chạm đất : xác suất xảy ra là 20%

 Ngắn mạch một pha : xác suất xảy ra là 65%

- Trong các dạng ngắn mạch trên ngắn mạch một pha xảy ra nhiều nhất còn ngắn mạch ba pha xảy ra nhiều nhất còn ngắn mạch ba pha xảy ra ít nhất nhưng dòng ngắn mạch ba pha lớn nhất gây tác động xấu nhất đến tình trạng làm việc của hệ thống điện

* Các thông số cần thiết trong hệ thống tương đối cơ bản:

- Ta chọn các đại lượng trong hệ cơ bản như sau:

 Công suất cơ bản hệ thống ScbHT = 6000MVA

 Điện áp cơ bản cấp 220KV: Ucb = 230KV

 Điện áp cơ bản cấp 110KV: Ucb = 115KV

Điện áp cơ bản cấp 22KV : Ucb = 23KV

1-Tính toán ngắn mạch cho phương án 1:

STT Ni(KV) U(KV) Icb(KA) IN(KA) ixk(KA)

2-Tính toán ngắn mạch cho phương án 3

Bảng tổng kết dòng ngắn mạch của phương án 3

STT Ni(KV) U(KV) Icb(KA) IN(KA) ixk(KA)

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 1-Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây:

t : Thời gian làm việc của máy biến áp (giờ)

Si: Công suất của n máy biến áp tương ứng với thời gian ti

 : Thời gian tổn thất công suất cực đại Bảng tổng kết tổn thất điện năng trong hai phương án:

* Bảng kết tổng kết chọn máy cắt và dao cách ly:

Đơn giá (USD)

Tổng tiền (USD)

&PĐ

3P -100 24 1250 12,5 40 3 30.000 90.000

22 MCHBPT 8AN-20 24 2000 20 50 4 25.000 100.000

Tổng 1.041.000

Đơn giá (USD)

Tổng tiền (USD)

SO SÁNH KINH TẾ KỸ THUẬT GIỮA CÁC PHƯƠNG ÁN

1-Tính toán vốn đầu tư thiết bị:

- Vậy vốn đầu tư của một phương án như sau:

V = KB * VB + VTBPP

- Trong đó:

- VB:Vốn đầu tư mua máy biến áp

- KB: Hệ số tính đến tiền chuyên chở và xây lắp máy biến áp Đối với cấp điện áp 220KV, SB < 160(MVA)tra bảng ta được KB = 1,4

2-Tính toán chi phí vận hành năm:

 Ctt = ( atc + avh )V +  A

 avh: Hệ số vận hành của trạm biến áp

 atc: Chi phí khấu hao (1/8 1/10 ) 9,4%

  : Chi phí cho 1 KWh điện 0,05( USD/KWh )

 Ttc : thời gian thu hồi vốn đầu tư (810) năm

a = 1

Bảng so sánh chi phí các phương án:

Kết luận: Về tính kỹ thuật: cả hai phương án đều có ưu điểm tính cung cấp điện liên tục cao nhưng phương án 3 có ưu điểm hơn là giá thành rẽ, tổn hao thấp,

ít máy biến áp, ít thiết bị đóng cắt vận hành dễ dàng

- Về kinh tế: từ bảng so sánh kinh tế ta thấy phương án 3 kinh tế hơn phương án 1

 Ta quyết định chọn phương án 3 làm phương án thiết kế

CHƯƠNG IX LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN

2- Chọn dây dẫn cho từng thành phần:

a) Chọn dây dẫn cho nguồn đến:

Chọn dây dẫn cho tuyến 1 từ TP.HCM đến Tiền Giang có l1 = 60(km)

- Tra sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” tác giả Huỳnh Nhơn

 chọn dây nhôm lõi thép AC tiết diện 400/22 (mm2)có các thông số sau:

Ro = 0,073 ( /Km )

Icp = 835 (A)

r = 13,3 (mm) = 1,33 (cm) Chọn dây dẫn cho tuyến 2 từ Cai Lậy đến Tiền Giang có l2 = 30(km)

- Tra sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” tác giả Huỳnh Nhơnchọn dây nhôm lõi thép AC tiết diện 400/22 (mm2 ) có các thông số sau:

Ro = 0,073 ( /Km )

Icp = 835 (A)

r = 13,3 (mm) = 1,33 (cm) b) Chọn thanh cái mềm cho cấp điện áp 220(KV)

+ Dây AC tiết diện 400/22 (mm2)

+ Điện trở R0 = 0,073 ( /km)

c) Chọn dây dẫn từ thanh cái mềm 220(KV) đến cuộn cao áp của máy biến

 Chọn dây AC tiết diện 300/39 (mm2)

Icp = 690 (A)

R0 = 0,096(  /km)

r = 12 (mm) = 1,2 (cm) e) Chọn dây dẫn nối từ thanh cái mềm đến cuộn trung áp của máy biến áp:

- Dây AC tiết diện 300/39 (mm2)

- Dòng điện cho phép Icp = 690(A)

f) Chọn dây dẫn từ cuộn hạ áp của máy biến áp đến thanh cái 22(KV):

- Tra sách hướng dẫn “ Thiết kế Cung Cấp Điện” của các tác giả Phan Thị Thanh Bình – Phan Thị Thu Vân – Dương Lan Hương chọn cáp ngầm cách điện XLPE với các thông số sau

Sdd = 500 (mm2)

Icp = 750 (A) g) Chọn thanh cái cứng cho cấp điện áp 22(KV):

- Tra sách hướng dẫn “ Thiết kế Cung Cấp Điện” của các tác giả Phan Thị Thanh Bình – Phan Thị Thu Vân – Dương Lan Hương chọn thanh dẫn cứng bằng đồng 1 thanh tiết diện 160 (mm2)kích thước 40x4(mm2)

- Dòng điện cho phép Icp = 625 (A)

III- CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BU) VÀ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BI):

a) Chọn máy biến điện áp cấp 220(KV):

Các thiết bị đo lường được nối chung vào mạch thứ cấp của BU

STT Tên dụng cụ đo Loại Công

suất(VA)

Số lượng P

(W)

Q (Var)

SđmBU = 150(VA) 27,4( )

33

 

- Cấp chính xác 0,5

b) Chọn máy biến điện áp cấp 110(KV):

- Ở đây ta chọn thiết bị hoàn toàn giống cấp điện áp 220(KV)

- Kiểu VCU – 245 do hãng AEG chế tạo

a) Chọn máy biến dòng cho cấp điện áp 220(KV):

Bảng công suất tiêu thụ của các dụng cụ đo:

Dung cụ đo Kiểu

P (W)

Q (VAR)

P (W)

Q (VAR)

P (W)

Q (VAR)

b) Chọn máy biến điện áp cấp 110(KV):

- Ở đây ta chọn thiết bị hoàn toàn giống cấp điện áp 220(KV)

SñmBU = 150(VA) 27,1( )

33

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP

I- GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ TRẠM BIẾN ÁP :

- Trạm biến áp là một công trình dùng để chuyển đổi điện năng từ cấp này sang cấp khác, để chuyển tải hoặc phân phối cho các trạm biến áp khác Đường dây tải điện, trạm biến áp và các máy phát điện tạo thành một hệ thống truyền tải thống nhất vì vậy trạm biến áp phụ thuộc vào hệ thống điện và nhu cầu truyền tải của phụ tải để đảm bảo tính cung cấp điện cao

- Khi thiết kế trạm biến áp thì phải đảm bảo sau cho phụ tải được liên tục cung cấp điện Đây là một vấn đề quan trọng trong thiết kế Hạn chế tối đa sự cố xảy ra mất điện Đồng thời khi thết kế ta phải dự báo được phụ tải phát triển trong tương lai Vì vậy khi thiết kế trạm phải có hai nguồn cung cấp trở lên và trong trạm phải có dự trữ kể cả máy biến áp dự phòng và nguồn điện phải có khả năng truyền tải cho nhau

II- PHÂN LOẠI

1- Theo nhiệm vụ:

- Trạm biến áp trung gian : Là trạm lấy điện từ hệ thống 220KV,110KV cung cấp cho các trạm biến áp nhỏ hơn như:110KV, 35KV, 22KV Nói cách khác là trạm biến áp trung gian làm nhiệm vụ liên lạc giữa lưới điện có các cấp điện áp khác nhau

- Trạm biến áp địa phương : Là trạm nhận điện từ các trạm biến áp khu vực, điện áp cung cấp là 10,6KV,0,4KV cho các nhà máy xí nghiệp, các khu dân

cư bằng các đường dây phân phối

2- Theo vị trí :

- Trạm biến áp ngoài trời : Là trạm có các thiết bị đặt ngoài trời còn các bộ phận phân phối thấp và bộ phận điều khiển được đặt trong nhà Với loại này cần mặt bằng rộng và ở nơi ít bụi, xây dựng trạm này sẽ tiết kiệm được kinh phí

- Trạm này được cách điện bằng không khí ATS

- Trạm biến áp trong nhà: Là trạm gồm các thiết bị đặt trong nhà với loại này không cần mặt bằng rộng có thể xây dựng ở nơi ít bụi nhưng vốn đầu tư cao 3- Theo cơ chế vận hành:

- Trạm tăng áp: Thường đặt ở các nhà máy điện làm nhiệm vụ tăng điện áp lên cao hơn để truyền tải đi xa

- Trạm giảm áp : Thường đặt ở gần nơi tiêu thụ, phân phối nhằm chuyễn đổi điện áp cao xuống điện áp thấp phù hợp với nhu cầu sử dụng

- Trạm trung gian: Là dùng để liên lạc giữa hai nơi có cấp điện áp khác nhau trong hệ thống điện

4- Các kết cấu cơ bản của trạm biến áp:

- Các thiết bị trong trạm máy cắt, dao cách ly, BU, BI đo luờng, hệ thống thanh cái

- Các thiết bị điều khiển: Thiết bị điều chỉnh điện áp, dòng điện, cảm biến báo hiệu, tần số, đồng hồ chỉ thị…

- Hệ thống điện tự dùng trong trạm lấy điện từ máy biến áp hạ áp 22/0,4KV ngoài ra trạm còn có hệ thống điện dự phòng 220VDC hoặc 110VDC lấy điện từ hệ thống Acquy và bộ nghịch lưu của trạm

- Hệ thống chống sét: Sét truyền từ đường dây vào trạm ta dùng chống sét van, chống sét đánh trực tiếp vào trạm dùng hệ thống kim thu sét

- Hệ thống thông tin liên lạc: Dùng để liên lạc và vận hành trạm theo lệnh của trung tâm điều độ hệ thống điện Miền Nam và trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc Gia

 Những đặt điểm cơ bản của hộ tiêu thụ :

 Hộ tiêu thụ điện là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống phân phối điện và cung cấp điện Tuỳ theo tính chất quan trọng và mức độ sử dụng điện năng của hộ tiêu thụ mà người ta chia phụ tải ra làm 3 loại :

 Phụ tải loại I: Là những hộ tiêu thụ mà khi có sự cố mất điện gây hậu quả nghiêm trọng nguy hiểm đến tính mạng con người, làm thiệt hại nền kinh tế Đối với phụ tải loại I không cho phép mất điện phải cung cấp điện liên tục, thường phụ tải loại I phải có tối thiểu hai nguồn đến và có nguồn dự phòng

 Phụ tải loại II: Là những hộ tiêu thụ khi có sự cố mất điện thì nó chỉ gây thiệt hại về kinh tế như nhà máy ngừng sản suất, lãng phí sức lao động

 Phụ tải loại III: Là những hộ tiêu thụ thuộc quần chúng nhân dân tức là hộ tiêu thụ cung cấp điện với mức độ thấp và cho phép mất điện trong khoảng thời gian nhất định

III- CÁC YÊU CẦU CHÍNH KHI THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP :

- Khi thiết kế một trạm biến áp thì mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế là phải đảm bảo cho các hộ tiêu thụ điện luôn thoả mãn về chất lượng điện năng

 Chi phí vận hành hàng năm thấp

 Thuận tiện cho vận hành và mở rộng trạm

 Tổn thất công suất trong máy biến áp phải nhỏ nhất

 Nên người thiết kế phải biết so sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật giữa các phương án để chọn ra một phương án tối ưu

 Các yêu cầu khi thiết kế trạm biến áp

 Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu điện năng từng khu vực từ đó lựa chọn phương án cung cấp điện

 Xác định phương án về nguồn, vị trí, công suất loại nguồn đến và trầm quan trọng của trạm

 Xác định cấu trúc của mạng điện

 Chọn các giải pháp công nghệ chính như sơ đồ nối điện chính, tính toán ngắn mạch chống sét cảm ứng điện từ , đo lường điều kiện cần thiết phải tính toán chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khi thiết kế trạm

IV -VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM

- Vị trí đặt trạm thõa mãn các yêu cầu sau

- Gần tâm phụ tải, gần đường ôtô thuận tiện cho việc chuyên chở các thiết

bị đến trạm đặt biệt là các máy biến áp, gần công trình phục vụ công cộng như đường cấp thoát nước, đường dây thông tin liên lạc, chữa cháy…

- Trạm biến áp thiết kế trong tập đồ án này được đặt ở tỉnh Tiền Giang hướng từ Thành Phố Mỹ Tho vế Cai Lậy cạnh quốc lộ I cách khu công nghiệp Mỹ Tho khoảng 2km Trạm nhận điện từ 2 nguồn đến đó là từ Thành Phố Hồ Chí Minh về và từ Cai Lậy lên tất cả các thiết bị cao áp đặt ngoài trời, thiết bị trung áp đặt trong nhà

V - NHIỆM VỤ CỦA TRẠM BIẾN ÁP ĐƯỢC THIẾT KẾ:

- Nhiệm vụ của luận văn tốt nghiệp này là thiết kế trạm biến áp trung gian Tiền Giang 220KV/110KV

- Công suất hệ thống 6000MVA

- Dòng điện nắng mạch từ Thành Phố Hồ Chí Minh đến Tiền Giang là 30(KA) ( 220KV ) và từ Cai Lậy lên là 27KA ( 220KV )

 Thiết kế sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt

 Thiết kế chống sét, hệ thống nối đất cho trạm

 Thiết kế bảo vệ rơle

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH NHU CẦU PHỤ TẢI

I- CÂN BẰNG CÔNG SUẤT:

- Cân bằng công suất đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế trạm biến áp Để đảm được sự cân bằng công suất trong trạm biến áp thì hệ thống cung cấp điện không những cung cấp đủ điện năng cho phụ tải lúc cực đại mà còn lớn hơn

- Bình thường công suất biểu kiến S bao gồm công suất thực P và công suất phản kháng Q Vậy cân bằng công suất là cân bằng công suất phản kháng và công suất tác dụng Sự thiếu hụt một trong hai đại lượng này đều ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và yêu cầu cung cấp điện

1- Mất cân bằng công suất:

- Khi đảm bảo cân bằng công suất giữa nguồn và phụ tải của trạm biến áp thì chế độ làm việc ổn định của hệ thống được xác lập đảm bảo duy trì trị số trạng thái của hệ thống ( Tần số và điện áp ) tại các phụ tải

- Khi sự cân bằng bị phá vỡ tần số và điện áp biến đổi cho đến khi xác lập sự cân bằng ứng với vị trí xác lập mới của tần số và điện áp

- Quá trình biến đổi công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi mất cân bằng xảy ra rất phức tạp, vì giữa chúng có mối quan hệ tương hổ nhau Do đó thực tế đã lý tưởng hoá, xem sự thay đổi cân bằng công suất tác dụng (P) ảnh hưởng chủ yếu đến tần số và sự thay đổi cân bằng công suất phản kháng (Q) ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp

- Công suất tác dụng hệ thống (PHT) được xem là đủ khi FHT = Fđm = 50Hz 2- Ảnh hưởng của mất cân bằng công suất đến sự làm việc của tải:

- Khi cân bằng công suất bị phá vỡ, tần số (F), điện áp (U) lệch khỏi trị định mức thì các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị dùng điện sẽ kém đi làm cho qui trình công nghệ bị ảnh hưởng xấu , gây thiệt hại về kinh tế và có thể làm hư hỏng thiết bị nặng nề

- Nói chung, sự biến thiên tần số (F) và điện áp (U) trong hệ thống điện thì có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phụ tải Vì vậy ta cần phải có biện pháp để đều chỉnh tần số và điện áp một cách hợp lý

II- ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA TRẠM:

- Mức tiêu thụ điện năng luôn thay đổi theo thời gian Qui luật biến thiên

được đồ thị phụ tải toàn hệ thống điện ta có thể phân bố công suất tối ưu cho các trạm biến áp trong hệ thống điện

1- Đồ thị phụ tải cấp 22KV:

Smax =20 MVA cos = 0,8

2- Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110KV:

Smax = 120KV cos = 0,8

Q = Ptg(Mvar)

78

3- Đồ thị phụ tải của toàn trạm

- Đồ thị phụ tải qua máy biến áp cũng chính là đồ thị phụ tải của toàn trạm

P toàn trạm = P qua MBA = P1 + P2

Q toàn trạm = Q qua MBA = Q1 + Q2

i i

P = Scos

(MW)

Q = Ptg(MVAR)

-Công suất tự dùng của trạm biến áp

Std = (0,2% 0,5%)SquaMBA Chọn Stdi = 0,2%Smaxqua MBA = * 150 0 , 3 ( )

100

2 , 0

MVA



td i

S    Bảng cân bằng công suất có tính đến công suất tự dùng

STT

Thời gian (giờ)

P = Scos

(MW)

Q = Ptg(MVAR)

120,3 90,3

136,3

150,3

88,3

S(MVA)

75,3

97,3

CHƯƠNG III CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHO TRẠM

I- TỔNG QUÁT:

- Sơ đồ cấu trúc có nhiệm vụ liên lạc giữa nguồn với tải thông qua các thiết

bị điện, tạo thành một hệ thống điện hoàn chỉnh, còn gọi là sơ đồ nối điện của trạm

Một sơ đồ hoàn chỉnh phải thoả mãn các yếu tố sau:

- Tính linh hoạt: cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng Sơ đồ của trạm phải thích ứng với các trạng thái vận hành khác nhau trong hệ thống điện điều này còn tuỳ thuộc vào mức độ quan trọng của phụ tải, công suất lớn nhất của phụ tải và gam của máy biến áp mà ta chọn sơ đồ sau cho tối ưu nhất

- Tính kinh tế: chọn sơ đồ sau cho đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện cao, đảm bảo đủ điện năng cho phụ tải, các thiết bị trong trạm hoạt động ở chế độ định mức

II- CÁC DẠNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA TRẠM:

- Để chọn sơ đồ cấu trúc của trạm thì có nhiều phương án, các phương án này phụ thuộc vào số lượng máy biến áp

- Sau đây là một số phương án cần xem xét:

Ưu điểm:

- Dạng sơ đồ này đơn giản dễ sử dụng sử dụng máy biến áp ba hai cuộn dây có kích thước và khối lượng tương đối nhỏ dễ vận chuyễn có khả năng cung cấp điện liên tục khi bị sự cố hay sửa chữa, công suất cuộn hạ thấp

Nhược điểm:

- Máy này không có cuộn triệt tiêu sóng hài bậc cao

- Số lượng máy biến áp tương đối nhiều, tốn thiết bị đóng cắt

HT 220KV

110KV

0,4KV 22KV

3- Phương án 3:

- Sử dụng máy biến áp ba pha ba cuộn dây:

Ưu điểm:

- Vận hành đơn giản, thiết bị đóng cắt ít

- Diện tích mặt bằng nhỏ

- Hiện nay máy biến áp ba pha ba cuộn dây được sử dụng rộng rãi

- Cuộn hạ áp đấu tam giác dùng để chống sét và khử sóng hài rất tốt

- Sơ đồ có cấu trúc đơn giản

Nhược điểm:

- Tổn thất máy biến áp lớn hơn máy biến áp tự ngẫu

- Giá thành tương đối cao

- Kích thước tương đối lớn chuyên chở tương đối khó khăn tốn diện tích xây dựng

HT 220KV

0,4KV

110KV

22KV

4- Phương án 4:

- Sử dụng máy biến áp tự ngẫu :

Ưu điểm:

- Máy biến áp tự ngẫu cuộn hạ bỏ không để khử sóng hài bậc cao

- Máy biến áp tự ngẫu nhẹ hơn máy biến áp ba pha ba cuộn dây, rẽ tiền hơn máy biến áp ba pha ba cuộn dây

- Các cấp điện áp điều có trung tính nối đất thoả mãn được điều kiện lưới điện việt nam

Nhược điểm:

- Khi sử dụng máy này cần phải đặt thiết bị bảo vệ tốt cho các cuộn dây

- Để sử dụng máy này thì trung tính của cuộn cao cuộn trung phải nối đất trực tiếp và điện áp cuộn cao có trung tính trực tiệp nối đất

HT 220KV

110KV

0,4KV3- Phương 22KV

5- Phương án 5:

- Sử dụng máy biến áp ba cuộn dây có cuộn hạ để hở:

Ưu điểm:

- Trong sơ đồ cấu trúc này vẫn đảm bảo tính cung cấp điện liên tục

- Cuộn hạ đấu tam giác để khử sóng hài bậc cao

Nhược điểm:

- Sử dụng nhiều máy biến áp, tốn thiết bị đóng cắt, giá thành cao

- Máy biến áp ba pha ba cuộn dây giá thành đắt hơn máy biến áp tự ngẫu

- Trọng lượng lớn chiếm diện tích

Nhận xét các phương án:

- Thông qua các sơ đồ cấu trúc trên ta nhận thấy phương án 1 sử dụng máy biến áp ba pha hai cuộn dây có giá thành rẽ hơn máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp ba cuộn dây, trọng lượng và kích thước nhẹ, dể vận chuyễn, chiếm diện tích ít, vẫn đảm bảo tính liên tục cung cấp điện

- Phương án 3 sử dụng máy biến áp ba cuộn dây nó vẫn đảm bảo tính liên tục cung cấp điện tuy giá thành tương đối đắt, trọng lượng tương đối lớn, tổn hao nhiều nhưng có số lượng máy biến áp ít dẫn đến thiết bị đóng cắt ít và máy biến áp này cũng được sử dụng rộng rãi trong thực tế

HT 220KV

110KV

0,4KV 22KV

- Các phương án 2,4,5 có số lượng máy biến áp tương đối nhiều, tốn kém thiết bị đóng cắt bảo vệ, tổn thất qua hai lần biến áp vận hành không kinh tế Vậy các phương án này không phù hợp để thiết kế

 Qua các sơ đồ cấu trúc trên ta chọn phương án 1 và 3 để thiết kế Nhưng để chọn phương án cụ thể nào thì ta phải tiến hành so sánh kinh tế – kỹ thuật để chọn phương án tối ưu

III- CÁC DẠNG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN:

1- Khái niệm chung:

-Trong nhà máy điện và trạm biến áp các thiết bị điện, khí cụ điện được kết nối với nhau thành sơ đồ điện Yêu cầu của sơ đồ nối điện là phải làm việc ổn định với độ tin cậy cao, cấu tạo đơn giản vận hành an toàn Dễ dàng thay thế hay sửa chữa khi có sự cố, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

a) Sơ đồ một hệ thống thanh góp:

* Sơ đồ một hệ thống thanh góp không phân đoạn

-Sơ đồ một hệ thống thanh góp không phân đoạn có nhược điểm là khi sửa chữa thanh góp, máy cắt hay dao cách ly của bất cứ mạch nào cũng phải cắt điện toàn bộ nguồn cung cấp, do đó phải ngừng làm việc trong thời gian sửa chữa

-Để sửa chữa máy cắt của đường dây bất kỳ phải cắt điện đường dây đó và hộ dùng điện phải ngừng cung cấp trong thời gian sửa chữa

DCL

MC

TG DCL

DCL

MC DCL

* Sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn

- Sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn có thể khắc phục đựơc nhược điểm của sơ đồ một hệ thống thanh góp không phân đoạn, nâng cao được tính liên tục cung cấp điện cho phụ tải, vận hành dễ dàng, tuy nhiên nó cũng có khuyết điểm là bị sự cố hay sửa chữa thì phụ tải nối vào phân đoạn đó bị mất điện

Tóm lại: ba dạng sơ đồ trên khi có sự cố vẫn có phụ tải bị mất điện, để khắc phục nhược điểm này ta có dạng sơ đồ sau

b) Sơ đồ hai hệ thống thanh góp:

* Sơ đồ hai hệ thống thanh góp không phân đoạn:

- Sơ đồ hai hệ thống thanh góp không phân đoạn là mỗi phần tử qua một máy cắt nhưng rẽ qua hai dao cách ly để nối vào hai thanh góp, giữa hai thanh góp có một máy cắt liên lạc Hai thanh góp có giá trị như nhau

- Sơ đồ này có hai chế độ làm việc:

 Một thanh góp làm việc và một thanh góp dự phòng các phần tử nối vào thanh góp làm việc qua máy cắt và dao cách ly thuộc thanh góp đóng còn thanh góp kia ngắt

 Sơ đồ này còn có một ưu điểm nổi bậc là khi cần sửa chữa máy cắt của phần tử nào đó dùng máy cắt liên lạc thay cho máy cắt này bằng cách chuyễn đường qua thanh góp thứ hai chỉ mất một thời gian thao tác