TÀI LIỆU- THIẾT KẾ TRẠM BIẾN

Nguyenvanbientbd47@gmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPTỔNG QUAN Trên cơ sở khoa học nhìn vào vị trí địa lí trên bảng đồ hình chữ S nước Việt Nam, từ Bắc vào Nam đến tận mũi Cà Mau thấy đâu đâu cũ

Trang 1

Nguyenvanbientbd47@gmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TỔNG QUAN

Trên cơ sở khoa học nhìn vào vị trí địa lí trên bảng đồ hình chữ S nước Việt Nam, từ Bắc vào Nam đến tận mũi Cà Mau thấy đâu đâu cũng sử dụng năng lượng điện, đâu đâu cũng có nhà máy điện và trạm biến áp Nhà máy điện và trạm biến áp chính là một hệ thống rất thông minh dùng để nâng hoặc hạ và truyền tải điện năng đến điểm cuối của nơi tiêu thụ

Ngày nay khoa học công nghệ nước ta đang ở vào TK20 là đỉnh điểm giao thời chuyển sang đầu TK21, kỹ thuật Điện-Điện tử đã phát triển rất mạnh nó không chỉ gây ra những chuyển biến thần kỳ trong bản thân ngành “Điện khí hóa và cung cấp điện” không những vậy mà còn trở thành phương tiện kỹ thuật sắt bén thúc đẩy sự tiến bộ của nhiểu ngành khác Chính vì vậy mà từ lâu môn học cung cấp điện được coi là một môn học không thể thiếu được trong quá trình đào tạo chuyên ngành “Điện khí hoá và cung cấp điện” đã và đang trên đường phát triển của khoa học kỹ thuật với tốc độ rất nhanh không ngừng nâng lên những đỉnh cao mới mỗi người chúng ta phải không ngừng học tập thường xuyên cập nhật kiến thức và những thành tựu khoa học hơn nữa nước ta đang ở vào giai đoạn của thời kỳ quá độ xây dựng đất nước tiến lên CNXH thì công nghiệp hóa hiện đại hóa do đó phải tập trung đầy đủ đổi mới công nghệ theo hướng ứng dụng trang thiết bị điện trong các ngành then chốt Qua đó không quên kể đến các thành tựu trong lĩnh vực điện khí hóa và cung cấp điện đó chính là thiết bị đặt trưng cho trình độ sản xuất và cũng chính là trình độ phát triển cho mỗi quốc gia, muốn vậy

Công nghiệp điện lực giữ vai trò rất quan trọng trong giai đoạn phát triển hiện nay, các ngành kinh tế trọng yêú đang trên đà phát triển mạnh mẽ, hàng loạt các công ty, xí nghiệp cũng như các khu dân cư đã và đang được hình thành Vì vâỵ nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao, đòi hỏi ngành công nghiệp năng lượng điện phải đáp ứng kịp thời theo sự phát triển đó chính vì những nguyên nhân trên làm cho hệ thống điện ngày càng phức tạp Một trong những ván đề cấp bách đặt ra là làm sao tìm ra những phương pháp đơn giản trong vận hành, dể dùng trong sửa chửa, hiệu quả đạt được phải cao nhưng phải bảo đảm tính mỹ quan, an toàn cho người và thiêt1 bị

Hệ thống cung cấp điện là một hệ thống gồm các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng để cung cấp cho một khu vực nhất định được lấy từ hệ thống lưói điện quốc gia sử dụng điện áp trung bình trở xuống Đó cũng chính là niềm khao khát của người kỹ thuật thiết kế viên Nhằm làm sinh động phần mở đầu của đề tài

Trang 2

Bách Khoa Online Giao lưu - Học hỏi - Chia sẻ kinh nghiệm của các thế hệ sinh viên Bách Khoa

hutonline.net

Trang 3

CHƯƠNG I

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ ĐỒ THỊ PHỤ TẢI

I GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ TRẠM BIẾN ÁP:

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

Nhà máy điện và trạm biến áp là các phần tử quan trọng trong hệ thống điện có thể cung cấp điện năng cho phụ tải ở một nơi khác xa hơn, khoảng cách xa đó nhiều cây số Sự chọn lựa một trung tâm phát điện liên quang đến nhiều vấn đề như cần một số vốn đầu tư ban đầu lớn, phí tổn hao khai thác nhiều hay ít, và vị trí cần thiết kế lắp đặt ở xa nơi công chúng để tránh gây bụi bậm và ồn ào Do đó ở hầu hết mọi nơi điện năng được truyền tải, chuyên chở từ một nơi nào đó (nhà máy phát điện) đến nơi tiêu thụ sự truyền tải một số điện năngđi

xa sẽ nãy sinh ra nhiều vấn đề, nhất là chi phí cho hệ thống các truyền tải điện và tổn hao điện năng Phương pháp hữu hiệu nhất để giảm đi chi phí này là bằng cách nâng mức điện áp lên cao, khi đó tiết diện dây cáp và tổn hao điện năng truyền tải giảm đáng kể Tuy nhiên mức điện áp chỉ nâng đến một cấp nào đó để phù hợp vơí vấn đề cách điện và an toàn Hiện nay nước ta đã nâng mức điện áp lên đến 500((kV)) để tạo thành một hệ thống điện hoàn hảo vận hành từ năm 1994 đến nay

Chính vì lẽ đó trạm biến áp thực hiện nhiệm vụ chính là nâng điện áp lên cao khi truyền tải, rồi những trung tâm tiếp nhận điện năng (cũng là trạm biến áp) có nhiệm vụ hạ mức điện áp xuống để phù hợp với nhu cầu

Trạm biến áp có thể phân loại theo điện áp và địa dư

 Theo cấp điện áp : Như đã trình bày thì có trạm tăng áp, trạm hạ áp và trạm trung gian

 Theo địa dư : Có trạm biến áp khu vực (từ điện áp của mạng điện khu vực hay mang điện chính của hệ thống khu vực hay mạng điện chính của hệ thống thường là các trạm 110((kV)), 220((kV)), 500((kV)),…, nó chủ yếu cung cấp điện cho khu vực rộng lớn bao gồm các thành phố, các khu công nghiệp…), trạm biến áp địa phương

II PHÂN TÍCH NGUỒN:

Các hộ tiêu thụ điện năng ở thành phố Hồ Chí Minh là một trung tâm công nghiệp lớn, khu tập trung dân cư

Vì thế việc cung cấp đủ điện năng cho thành phố này là một vấn đề lớn cần được giải quyết hiện nay thành phố Hồ Chí Minh được cung cấp bởi mạng điện miền nam gồm ba lưới điện chính

1 Lưới điện truyền tải 220 (KV) TpHCM:

Hiện trạng TpHCM được cung cấp điện qua hệ thống điện miền nam qua ba trạm biến áp khu vực:

Lưới điện 220(kV) hiện tại ở TP.HCM được cung cấp điện bởi hai nguồn điện chính là thủy điện trị cn, Đa Nhim và hệ thống đường dây siệu cao áp 500(kV) Bắc – Nam thông qua trạm giảm áp 500/220(kV) Phú

Trang 4

Hệ thống điện truyền tải Tp.HCM với 3 trạm 220 (kV) hiện hữu cùng với nhà máy điện thủ đức (phát lên điện áp 66 (kV)), một phần thủy điện Thác Mơ, Thủ Đức (phát lên lưới 110(kV)) và có sự hổ trợ của nhà máy điện Hiệp Phước (khoảng 100 MW) nếu nhìn tổng thể có thể đáp ứng được phụ tải điện của thành phố khoảng gần 800 MW vào cuối năm 1998 Tuy nhiên do phụ tải phân bố không đều giữa 110(kV) và 66(kV) dẫn đến tình trạng các trạm Hóc Môn, Phú Lâm đầy tải trong khi trạm Sài Gòn lại non tải Vì vậy, trong những năm tới cần khẩn trương nâng công suất của trạm Hóc Môn từ 125 MVA + 250 MVA lên 2 x 250 MVA và trạm 220(kV) Phú Lâm lên qui mô 2 x 250 MVA

Riêng trạm biến áp 220(kV) Sài Gòn (Thủ Đức) sẽ chỉ đề cập đến việc cải tạo nâng công suất MBA từ 66 (kV) lên 110(kV) còn kế hoạch mở rộng nâng công suất :phía 220(kV) sẽ được thể hiện trong một dự án riêng

2 Lưới điện truyền tải 110(kV) Tp.HCM:

Lười điện 110(kV) xuất phát từ hai trạm HócMôn và Phú Lâm (220/110kV), cung cấp điện cho 10 trạm trung gian 110/15(kV); Ba Quẹo (1x40 MVA), HócMôn (1x40 MVA), Phú Lâm (1x40 MVA), Trường đua (2x40 MVA), Thủ Đức Bắc (2x40 MVA), Phú Định (25MVA) và Củ Chi (25 MVA) với tổng công suất

590 MVA Tổng chiều dài lưới điện truyền tải 110(kV) trên phạm vi Tp.HCM là 122km

Đặc điểm nội bậc trong hệ thống lưới điện 110(kV) (kể cả lưới 66(kV)) của Tp.HCM vẫn thường xuyên vận hành các trạm biến áp trong tình trạng đầy và quá tải kể cả các trạm 110(kV) có qui mô (2x40 MVA) cũng không đáp ứng nỗi nhu cầu gia tăng phụ tải, vận hành không có dự phòng do đó một số khu vực vẫn cắt điện luân phiên Hầu hết các máy biến áp và thiết bị trên lưới 110(kV) của Liên Xô cũ đưa vào vận hành trong lưới được hơn 10 năm nay

Một số trạm đưa vào vận hành gần đây (trạm Trường đua, Thủ Đức Bắc) đang vận hành đầy đủ và gần quá tải cũng cần thiết phải có các giải pháp cải tạo nâng công suất

3 Lưới điện truyền tải 66(kV) TPHCM:

Lưới điện 66 (kV) xuất phát từ trạm 230/66/11(kV) Sài Gòn cung cấp điện cho 10 trạm trung gian 66/15(kV): Xa lộ (2x30+20 MVA), Chánh Hưng (2x30 MVA), Việt thành (33 MVA), Hùng Vương (33+20 MVA), Phú Hòa Đông (10 MVA), An Nghĩa (2MVA), Sài Gòn (40+20 MVA), Cát Lái-An Khánh (20 MVA), Vi Kim Cô (6 MVA), và Bến Thành (2x20 MVA), với tổng công suất 370 MVA Tổng chiều dài đường dây truyền tải 66 (kV) trên địa bàn TPHCM là 102

Nguồn điện cung cấp 66(kV) cho lưới điện Tp.HCM là trạm 220/66/11 (kV) Thủ Đức – Sài Gòn Các đường dây 66(kV) xuất phát từ trạm thủ đức cung cấp cho 9 trạm 66/15(kV) nằm trên địa bàn TP.HCM

Hệ thống điện Tp.HCM hiện nay đang bị mật cân đối nghiêm trọng giữa công suất các trạm nguồn 220(kV), trạm trung gian 110(kV), 66lv và công suất tiêu thụ của các trạm phân phối Các nguồn và trạm trung gian đều đầy và quá tải, không đáp ứng nỗi nhu cầu phụ tải gia tăng, không có MBA dự phòng nên tình trạng vận hành lưới điện hết sức mất ổn định, dẫn đến nguy cơ sự cố thường xuyên

III PHÂN TÍCH ĐỒ THỊ PHỤ TẢI:

Thông qua từ các tài liệu tham khảo được biểu diễn bằng những biểu đồ, mà đồ thị phụ tải là loại quan trọng vào bậc nhất Thiết kế một trạm biến áp hay không hoàn toàn phụ thuộc mức độ chính xác của công tác thu thập và phân tích đồ thị quyết định Nếu việc ước lược phụ tải quá lớn thì tất nhiên sẽ gây lãng phí, vốn đầu

tư bị ứ động Ngược lại, nếu ước lượng phụ tải quá nhỏ thì sẽ không đáp ứng được nhu cầucung cấp điện Vì thế công tác phân tích đồ thị phụ tải chiếm một địa vị hết sức quan trọng, chúng ta cần nghiên cứu chu đáo

Để giúp cho việc xác định chính xác nhu cầu điện năng thường ta dùng các phương pháp dự báo nhu cầu điện năng bằng những hướng sau:

1 Phương pháp tính hệ số vượt trước:

Phương pháp này giúp ta thấy rõ được các khuynh hướng phát triển của nhu cầu và sơ bộ cân đối nhu cầu này với nhịp độ phát triển kinh tế quốc dân, nói chung nó chính là tỷ số của nhịp độ phát triển năng lượng điện với nhịp độ phát triển của toàn bộ nền khinh tế quốc dân

2 Phương pháp tính trực tiếp:

Trang 5

Nội dung của phương pháp này là nhu cầu điện năng của năm dự báo, dựa trên tổng sản lượng kinh tế của các ngành năm đó và suất tiêu hao năng lượng điện đối với từng loại sản phẩm Đối với những trường hợp không có suất tiêu hao điện năng thì xác định nhu cầu điện năng cho từng trường hợp cụ thể (như công suất điện trung bình cho từng hộ gia đình, bệnh viện, trường học …)

Phương pháp tính trực tiếp thường được tính ứng dụng ở các nước XHCN vì nền kinh tế phát triển có kế hoạch ổn định, không có cạnh tranh nhau và không có khủng hoãng về mặt kinh tế

Phương pháp này là tính toán đơn giản và ngoài yêu cầu xác định điện năng dự báo,chúng ta còn biết được tỉ lệ sử dụng điện năng trong các ngành kinh tế, chẳng hạn tỷ lệ điện năng dùng cho công nghiệp, nông nghiệp, công nghiệp – dân dụng …

Tuy nhiên xác định mức độ chính xác của phương pháp này cũng gặp nhiều khó khăn vì nó phụ thuộc vào mức độ chính xác của tổng sản lượng các ngành kinh tế quốc dân trong tương lai dự báo cũng như phụ thuộc vào sức tiêu hao điện năng của một đơn vị sản phẩm của các ngành kinh tế ấy Do đó phương pháp này thường được áp dụng để dự báo nhu cầu điện năng với thời gian ngắn và trung bình

3 Phương pháp ngoại suy theo thời gian

Ở đây ta dùng phương pháp ngoại suy theo thời gian nghĩa là nghiên cứu sự diễn biến của nhu cầu điện năng trong một thời gian, trong quá khứ tương đổi ổn định, tìm ra một qui luật nào đó, rối kéo dài qui luật ấy ra để dự đoán cho tương lai

4 Phương pháp tương quan:

Thực chất của phương pháp này là nghiên cứu mối tương quan giữa các thành phần kinh tế nhằm phát hiện những quan hệ về mặt định lượng của các tham số trong nền kinh tế quốc dân dựa vào các phương pháp thống kê toán học cụ thể là chúng ta nghiên cứu sự tương quan giữa điện năng tiêu thụ và các chỉ tiêu kinh tế khác như tổng giá trị sản lượng công nghiệp, tổng giá trị sản lượng nền kinh tế quốc dân

5 Phương pháp so sánh đối chiếu:

Nội dung của phương pháp này là so sánh đối chiếu nhu cầu phát triển điện năng của các nước ở hoàn cảnh tương tự Đây cũng là phương pháp được nhiều nước áp dụng để dự báo điện năng ở nước mình một cách có hiệu quả phương pháp này thường dùng cho dự báo ngắn hạn và trung hạn thì kết quả tương đối chính xác hơn

6 Phương pháp chuyên gia:

Phương pháp này dựa trên sự hiểu biết sâu sắc của các chuyên gia giỏi về lĩnh vực của ngành dự báo các chỉ tiêu kinh tế

Ngoài ra còn phải xác định bản chất các hộ dùng điện qua số phần trăm của phụ tải loại 1, loại 2, loại 3, thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax , hệ số công suất cosϕ

Tóm lại việc thu thập số liệu và phân tích đồ thị phụ tải là rất cần thiết và cũng rất khó khăn Vì thời gian không nhiều và do mức độ yêu cầu nội dung của đề tài được giao

Trang 6

Đầu đề:

Thiết kế trạm biến áp 110(kV)/22(kV) có thông số kỹ thuật sau đây:

- Chiều dài đường dây đến hệ thống: 20km;

- Công suất cự đại của trạm : 60 MW;

- Công suất ngắn mạch từ hệ thống đưa về: 600 MVA;

- Đồ thị phụ tải ngày như sau:

20 40 60 80

1 00

t(giờ)

%

0 P

Trang 7

CHƯƠNG II.

CHỌN MÁY BIẾN ÁP

I KHÁI NIỆM CHUNG :

Để thi công hay thiết kế lắp đặt một trạm biến áp là một khâu quan trọng Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế Các phương án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy biến áp với các cấp điện áp, về số lượng và dung lượng của MBA, về số lượng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát Số máy phát điện ghép hộ với máy biến áp …

Chỉ được hep bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này; Có như vậy mới tránh được trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải chuyển qua hai lần biến áp làm tăng tổn hao và gây quá tải cho MBA ba cuộn dây Đối với MBA tự ngẫu liên lạc thì không cần điều kiện này

- Không nên dùng quá hai MBA hai cuộn dây hoặc tự ngầu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp vì sơ đồ thiết kế sẽ phức tạp hơn

- Không nên nối song song MBA hai cuộn dây với MBA ba cuộn dây vì thường không chọn được hai MBA có tham số phù hợp với điện kiện vận hành song song

Máy biến áp (MBA) là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện, tổng công suất các MBA rất lớn và bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện Vì vậy vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều Người ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Chọn máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn loại, số lượng, công suất định mức và hệ số biến áp Mặc dù hiệu suất của MBA tương đối cao (MBA công suất rất lớn đạt khoảng 99,5%) nhưng tổn thất điện năng hàng năm trong MBA rất lớn Bởi vậy người ta mong muốn giảm số bậc biến áp, giảm công suất đặt của biến áp và sử dụng chúng có hiệu quả hơn Điều đó có thể đạt được bằng cách thiết kế hệ thống điện một cách hợp lý, dùng MBA tự ngẫu trong trường hợp có thể (110(kV) trở lên, có trung tính trực tiếp nối đất ) tận dụng khả năng quá tải của MBA, không ngừng cải tiến cấu tạo của MBA , góp phần nâng cao độ tin cậy và tiết kiệm nguyên vật liệu

Trong hệ thống điện người ta dùng các máy tăng áp và giảm áp, hai cuộn dây và ba cuộn dây, MBA ba pha và tổ MBA một pha

Các MBA ba pha hai và ba cuộn dây được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện MBA ba cuộn dây dùng khi cần có hai cấp điện áp ra Việc lắp đặt MBA hai cuộn dây thay cho hai MBA hai cuộn dây sẽ tiết kiệm được diện tích, vật liệu và vốn đầu tư, đồng thời giảm được tổn hao khi vận hành MBA hai cuộn dây chỉ nên đặt ở trạm mà trong tương lai trạm đó có thể cấp điện áp hạ khác hoặc phụ tải của cấp này nhỏ hơn ( 10 ÷ 15%) công suất

Cũng chính vì lý do kinh tế mà MBA ba pha được dùng rộng rãi hơn trong hệ thống điện Giá thành MBA ba pha nhỏ hơn khoảng (10 ÷ 25%) , còn tổn hao năng lượng vận hành nhỏ hơn ( 12 ÷ 15%) So với nhóm ba MBA một pha cùng một công suất Tổ MBA một pha chỉ dùng khi không có khả năng chế tạo MBA ba pha với công suất lớn cần thiết hoặc điều kiện chuyên chở không cho phép

Trong hệ thống điện có điện áp cao và trung tính trực tiếp nối đất thì ta thường dùng MBA tự ngẫu Loại MBA này ưu việt hơn so với MBA thường Giá thành, chi phí vật liệu và tổn hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn với MBA thường có cùng công suất Công suất toàn phần, tần số, điện áp, dòng điện tổn hao công suất tác dụng, tổn hao công suất phản kháng và hệ số có lợi là các tham số cơ bản của MBA Các tham số này xét trong điều kiện chuẩn được gọi là tham số định mức

II CÁC PHƯƠNG ÁN – CHỌN MÁY BIẾN ÁP :

Giả sử một trạm biến áp hoạt động với một công suất định mức, để đảm bảo được tính hoạt động lâu dài ngoại trừ sự cố xảy ra Chúng ta nên tính đến khả năng quá tải của nó

Trang 8

dây bằng 98oC Khi quá tải thường xuyên, nhiệt độ điểm nóng nhất ( trong giờ phụ tải cực đại) của cuộn dây MBA vượt quá 98oC nhưng không vượt quá 140oC

Để đánh giá khả năng quá tải cho phép thường xuyên của MBA trong những giờ phụ tải cực đại ngày đêm, cần phải phân tích, tính toán chế độ nhiệt độ của nó Nói cách khác, phải tính toán sự thay đổi nhiệt độ dầu và cuộn dây của MBA trong thời gian ngày đêm đó Tính toán nhiệt độ dầu và nhiệt độ của cuộn dây MBA cũng khá phức tạp nên trong thiết kế người ta xây dựng biểu đồ về khả năng tải của MBA được cho trong các tài liệu thiết kế

Các biểu đồ về khả năng tải của MBA được xây dựng trên cơ sở đồ thị phụ tải hai bật đẳng trị của MBA Trục hoành của đường con tính toán chỉ hệ số k1 ( hệ số phụ tải bậc một) tức là phụ tải một với phụ tải định mức, còn trục tung chỉ hệ số quá tải cho phép Kep Các đường cong xây dựng ứng với thời gian quá tải khác nhau từ (t = 0,5 ÷ 24 giờ)

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

a Dựa vào đồ thị tính toán cực đại, xác định loại và công xuất định mức biến áp Sđm , và tình quá tải của nó :

Bảng chọn đường cong khả năng tải :

Hệ thống làm mátHằng số thời gian của

MBA Số của biểu đồ ứng với nhiệt độ đẳng trị của môi trường làm mát Vo(dt).oC Công suấtMBA

(MVA)TỪ 0,001 đến 1,0Lớn hơn 1,0 đến 6,3Lớn hơn 6,3 đến 32Lớn hơn 32 đến 63

Lớn hơn 125

Trang 9

d Theo đường cong này và xuất phát từ hệ số phụ tải bậc một k1 và thời gian quá tải tính toán t để xác định hệ số quá tải cho phép k2cp.

e So sánh k2 tính toán với k2cp Nếu k2 ≤ k2cp thì MBA được phép quá tải ứng với chế độ làm việc của nó.Trong trường hợp đồ thị phụ tải nhiều bậc, chúng ta biến đổi về đồ thị hai bậc đẳng trị Trong đó phụ tải đẳng trị bậc một tính trong 10 giờ liền trước hay liền sau quá tải lớn nhất tùy thuộc vào phụ tải cực đại xuất hiện buổi chiều hay buổi sáng trong ngày

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

* Phụ tải đẳng trị bậc hai được tính theo công thức :

Trong đó :

Si : phụ tải bậc thứ I

ti : thời gian bậc thứ I

n1 : Số bậc trong 10 giờ khi tính phụ tải bậc một

n2 : số bậc trong thời gian quá tải

Trường hợp xuất hiện hai lần quá tải so với công suất định mức của MBA thì cực đại nhỏ hơn được dùng để tính phụ tải đẳng trị bậc một S1đt Tính S1đt tiến hành trong 10 giờ ở trước hay sau cực đại lớn nhất là tuỳ thuộc vào cực đại nhỏ hơn Nói cách khác khi biểu đồ phụ tải có hai cực đại thì tính toán đẳng trị bậc hai đối với cực đại nào có tổng cộng

ΣSi ti đạt giá trị lớn nhất Khi đó nếu phụ tải cực đại xuất hiện vào buổi chiều ( thứ hai về thời gian) thì lúc tính phụ tải đẳng trị bậc một sẽ bao gồm 10 giờ liền trước Nếu cực đại lớn hơn xuất hiện vào buổi sáng ( thứ nhất về thời gian) thì lúc tính phụ tải đẳng trị bậc một sẽ bao gồm 10 giờ liền sau phụ tải bậc hai Nếu MBA làm việc cả năm với một đồ thị phụ tải giống nhau, thì khi đánh giá phụ tải cho phép người ta dùng nhiệt độ đẳng trị của môi trường làm mát hàng năm Nếu đồ thị phụ tải mùa hè của MBA thấp hơn mùa đông thì nên sử dụng nhiệt độ đẳng trị của môi trường làm mát theo vùng và tính quá tải cho phép riêng biệt đối với mùa đông và mùa hè

2 Quá tải sự cố :

Đó là quá tải cho phép MBA làm việc với điều kiện sự cố ( ví dụ như bị hư hỏng một MBA khi hai máy làm việc song song) mà không gây hỏng chúng Như vậy trị số quá tải cho phép được quyết định sao cho nhiệt độ của cuộn dây và dầu của MBA trị số cho phép để khỏi ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường tiếp theo của máy Nhiệt độ cho phép cực đại đối với dầu là 115oC và đối với điểm nóng nhất của cách điện cuộn dây là 140oC

Trong điều kiện làm việc đó, MBA được phép quá tải 40% nếu thời gian quá tải của máy không vượt quá 6 giờ trong 5 ngày đêm và hệ số phụ tải bậc một k1 không vượt quá 0,93

Quá tải sự cố cho phép k2cp = 1,4 nên xem như một hệ số tính toán nào đó, sử dụng khi lựa chọn MBA theo điều kiện quá tải sự cố Trị số quá tải cho phép trong vận hành được quyết định phụ thuộc vào điều kiện cụ thể như đồ thị phụ thải và nhiệt độ môi trường làm mát

i i

n i

i i dt

t

t S S

Trang 10

3 Chọn máy biến áp :

Theo nhiệm vụ của đề tài được giao có đồ thị phụ tải ngày như sau:

Từ giả thuyết đề tài có các thông số :

Pmax = 60 MW

Cos  = 0,79 

Ta có :

P = S Cos  Suy ra S =

20 40 60 80

1 00

t(giờ)

%

0 P

Trang 11

Trang 12

Vậy ta được đồ thị phụ tải ngày như sau :

Nhìn trên đồ thị ta có :

+ Công suất phụ tải cực đại Smmax = 76 (MVA)

+ Công suất phụ tải cực tiểu Smin = 53,5(MVA)

Từ đó ta dựa vào đồ thị có thể chọn những phương án như sau:

a Phương án I :

Ta thiết kế lắp đặt một MBA cho trạm theo sơ đồ sau

Dựa vào đồ thị phụ tải ta tính được công suất trung bình để lựa chọn MVA cho phù hợp và đảm bảo các tính năng về kỹ thuật lẫn kinh tế

23 5

1 6

7 5

0

Trang 13

Vậy dựa vào đồ thị phu ïtải ta có thể chọn MBA có công suất định mức là 63 (MVA)

* Kiểm tra điều kiện quá tải bình thường :

+ Phụ tải đẳng trị bậc 2 là :

23 5

1 6

7 5

Trang 14

Với k1 = 0,853 , t = 16 giờ ta có k2cp = 0,945

Vậy k2cp = 0,945 < k2 = 1,163 suy ra MBA không được phép làm mát với phụ tải trên Do đó ta tăng công suất MBA lên một bật, tức là chọn MBA có công suất 80 MVA Như vậy ta dễ dàng thấy rằng với MBA có công suất là 80 MVA thì điều kiện quá tải bình thương luôn thỏa mãn vì công suất cực đại của phụ tải cũng chỉ có 76 MVA

b Phương án II

Ta thiết kế lắp đặt hai MBA song song cùng loại cho trạm theo sơ đồ sau

Theo đồ thị phụ tải ta có :

Trang 15

Đồ thị phụ tải :

Theo đồ thị phụ tải trên cho ta thấy được một MBA bị sự cố thì máy còn lại phải chịu quá tải với hệ số là k = 1,4

Hay một máy còn lại tải được : 63 x 1,4 = 88,2 MVA lớn hơn

Smax = 80 76 MVA Tuy nhiên quá tải sự cố chỉ cho phép xảy ra 6 giờ trong 5 ngày đêm mà theo đồ thị phụ tải nó quá tải trong 16 giờ Do đó khi bị sự cố ta phải cắt các phu ïtải không quan trọng từ 6 giờ đến 22 giờ

Tuy nhiên ta cũng chỉ có thể cắt phần tử 6 giờ đến 16 giờ công suất phụ tải phải cắt là :

Smax – SđmB = 76 – 63 = 13 MVA

Trang 16

Đồ thị phụ tải khi cắt 13 MVA từ 6giờ đến 16 giờ

+ Phụ tải đẳng trị bậc một tính cho 10 giờ liền trước phụ tải cực đại : 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

- Ta chọn MBA có công suất 63 MVA và khi bị sự cố thì tùy thuộc vào điều kiện vận hành cụ thể mà

ta cắt những phụ tải cho hợp lý Hoặc ta có thể sử dụng MBA từ các trạm khác đến khi có sự cố Như vậy ta không phải cắt đi phụ tải

- Với những điều kiện trên ta chọn MBA cho phương án II do hãng AEG chế tạo có các thông số sau + Công suất định mức : SđmB = 63 MVA

+ Điện áp định mức : UđmB = 115 / 23 (kV)

+ Tổn hao ngắn mạch : ∆ PN = 245 kW

+ Tổn hao không tải : ∆ Po = 59kW

+ Điện áp ngắn mạch : VN% = 12,7%

+ Dòng điện không tải : Io = 0,6 A

- Kích thước MBA :

+ Chiều dài : a = 6.700 mm

+ Chiều rộng : b = 5.200 mm

+ Chiều cao : h = 6.200 mm

- Giá thành : 550,000 USD

c Phương án III :

Trang 17

Ta cũng có thể thiết kế lắp đặt hai máy biến áp song song cùng loại có công suất định mức là 40 MVA theo sơ đồsau :

Khi bình thường hai máy không thể bị quá tải vì công suất định mức tổng của hai máy lớn hơn so với công suất cực đại của phụ tải Như đã nói khi hai máy biến áp được lắp đặt song song thì ta không cần kiểm tra điều kiện quá tải bình thường mà chỉ kiểm tra quá tải sự cố

-Ví dụ ta có thể cắt đi : (76 – 56) = 20 MVA phụ tải từ( 0 ÷ 24) giờ

Đồthị phụ tải saukhi cắt 20 MVA từ (0÷ 24) giờ

= 16 MVA từ ( 6 ÷ 16) giờ

Trang 18

Đồ thị tải đưọc cắt thêm 16 MVA

- Vậy có nghĩa là khi cắt thêm 16 MVA từ ( 6 ÷ 16) giờ Khi sự cố MVA thì đồ thị phu tải sau khi cắt được

thỏa mãn điều kiện quá tải không quá 6 giờ trong 5 ngày đêm

-Với những điều kiện trên ta chọn MBA cho phương án III do hãng AEG chế tạo có các thông số sau : + Công suất định mức : SđmB = 40 MVA

+ Điện áp định mức : UđmB = 115 ± 9x1 , 78,23(kV)

+ Tổn hao ngắn mạch : ∆ PN = 175 kW

+ Tổn hao không tải : ∆ Po = 42kW

+ Điện áp ngắn mạch : UN% = 12,7%

Phương án này gồm có hai giai đoạn

- Giai đoạn 1 : Chỉ lắp đặt hai MBA cùng loại, có công suất là 40 MVA như phương án II

Trang 19

- Giai đoạn 2 : Sau khi trạm đã được thiết kế lắp đặt xong, hoạt động một thời gian và đã thu hồi vốn đầu tư ta lắp đặt thêm một MBA cùng loại có cùng công suất đảm bảo kỹ thuật giống như ở giai đoạn 1

- Ta có sơ đồ thiết kế lặp đặt như sau :

Theo sơ đồ thiết kể ở phương án này giả sử khi có một MBA bị sự cố thì vẫn đảm bảo được tính liên tục cấp điện và đương nhiên ở điều kiện bình thương thì nó luôn ở tình trạng non tải Tuy nhiên ở phương án này có kế hoạch lâu dài ta có thể phát triển hay mở rộng được phụ tải cho sau này

22 kV

(3 x 40 MVA )

110 kV

* Tóm lại :

Qua các phương án trên ta thấy rằng :

- Phương án I là một trong những phương án đơn giản nhất , ít tốn mặt bằng để xây dựng trạm Nhưng khi xẩ y ra sự cố MBA thì tất cả phụ tải đều bị cắt

- Phương án II là phương án mà trạm Trường Đua đã thiết kế và đưa vào vận hành trong những năm gần đây và phương án này cũng không cung cấp được nhu cầu phụ tải ngày càng phát triển

- Vậy ta chọn hai phương án II và IV để tính toán, so sánh nhằm đưa ra phương án thi công

Trang 20

Chương III

TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA MBA

CHO HAI PHƯƠNG ÁN

I GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG :

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 do (MBA) , tổn thất trên dây dẫn khi truyền tải, tổn thất vầng quang (đối với điện áp cao) …, trong đó tổn thất (MVA) là tổn thất chủ yếu Tổn thất này gồm hai thành phần

- Tổn thất sắt, nó không phụ thuộc vào phụ tải và nó chính là tổn thất không tải của (MBA)

- Tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải Khi phụ tải, tải bằøng công suất định mức của (MBA) thì tổn hao này chính là tổn hao ngắn mạch

Có rất nhiều loại (MBA) như : (MBA) ba pha hai cuộn dây, ba pha ba cuộn dây, tự ngẫu ba pha … Mỗi loại máy đều có cách tránh khác nhau Tuy nhiên vì các (MBA) mà ta sử dụng điều là máy ba pha hai cuộn dây nên ta chỉ đưa ra các công thức để tính tổn thất cho loại máy này

Với loại này, nếu có n máy vận hành song song ( không bị cắt khi phụ tải giảm) thì tổn thất không tải hàng năm được tính theo số giờ làm việc t của chúng trong năm Còn tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải được xác định vào thời gian tổn thất lớn nhất của chúng , nó là hàm của thời gian sử dụng phụ tải lớn nhất Tmax , cos ϕ

- Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây sẽ là :

∆ A = n ∆ Pot + n ∆ PN S2

Trong đó :

SđmB : công suất định mức (MBA)

Smax : Phụ tải cực đại của n (MBA) theo đồ thị phụ tải

∆ Po , ∆ PN : tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của (MBA)

Nếu ta có đồ thị phụ tải hình bậc thang thì tổn thất này cũng có thể xác định bằng công thức sau :

II TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO PHƯƠNG ÁN II

(MBA) ở phương án này có công suất định mức là :

SđmB = (2 x 63 (MVA) )

Công suất hình bậc thang , dạng bảng qua một (MBA) như sau :

Trang 21

Vậy tổn thất điện năng trong này tính cho phương án I là :

Σ ∆ A = 260,15 x 8760 = 2278,45 MWh/năm

III TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO PHƯƠNG ÁN IV :

Ở phương án IV ta sử dụng ba (MBA) có công suất định mức là :

+ SđmB = ( 3 x 40 MVA) + ∆ Po = 42 (kW) + ∆ PN = 175 (kW)

Công suất hình bậc thang của phụ tải dạng bảng qua một (MBA) như sau :

Σ ∆ A = 190,62 x 8760 = 1669,83 MWh/ năm

Trang 22

Nếu dòng điện ngắn mạch không được tính đến trong giai đoạn thiết kế, thì những hậu quả của nó có thể làm hư hỏng thiết bị cũng như các khí cụ điện và cho cả con người Dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất có thể cũng cần phải xác định vì nó có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn thông số kỹ thuật cho các thiết bị bảo vệ

Tuy nhiên với mức độ yêu cầu của luận văn, cho nên em được phép không thiết kế phần bảo vệ Do đó

em chỉ tính toán dòng điện ngắn mạch ba pha ( dòng điện ngắn mạch lớn nhất), mục đích là để chọn khí cụ điện

1 Khi tính toán dòng điện ngắn mạch các giả thuyết :

+ Tất cả các suất điện động đều trùng pha nhau

+ Suất điện động của các nguồn ở khá xa điểm ngắn mạch được coi là không đổi

+ Không xét đến ảnh hưởng của phụ tải và ảnh hưởng của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ có công suất nhỏ

+ Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp, bỏ qua điện dung ngang

Để tính được dòng điện ngắn mạch trước hết phải thành lập sơ đồ thay thế, tính điện kháng các phần tử, chọn các đại lượng cơ bản như công suất cơ bản Scb và điện áp cơ bản Ucb thường ta chọn công suất cơ bản là 100, 1000 (MVA) hoặc có thể chọn bằng công suất định mức của một trong các nguồn cung cấp Còn điện áp cơ bản lấy theo từng cấp và chọn bằng điện áp trung bình định mức của cấp ấp Từ hai đại lượng trên

ta xác định được dòng điện cơ bản theo công thức sau

Icb = Scb

2 Tính toán dòng điện ngắn mạch dùng đường cong

+ Khi xác định thành phần không chu kỳ của dòng dòng điện ngắn mạch ứng với mọi thời điểm, nếu nguồn cung cấp khá lớn ( sức điện động cung cấp không đổi) thì :

Icb

Σ *cb

IN =

Trong đó :

Icb : là dòng điện cơ bản

Σ *cb : điện kháng tổng tương đối cơ bản

+ Khi xác định thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch tại mọi thời điểm, nếu điện kháng tính toán đã cho

Xtt*đm > 3 thì nó được xác định bằng biểu thức sau:

Trang 23

IΣ

tt * đm

IN =

Với :

I Σ : dòng điện định mức tổng của các nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch

tt * đm = Σ *cb (Sđm/Scb ) : điện kháng tổng tương đối cơ bản

+ Giá trị ban đầu của thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch của máy phát điện là :

IΣ

tt * đm I” =

* Các công thức cần thiết khi xác định điện kháng :

a Điện kháng của máy phát điện :

Nhà chế tạo cho ta điện kháng siêu quá độ dọc X”d* của máy phát điện cho đơn vị tương đối định mức Do đó điện kháng của máy phát điện được qui đổi về công suất cơ bản theo biểu thức sau:

ScbXF*cb = X”d * S

đmF

Với :

Scb - công suất cơ bản, (MVA)

SđmF - công suất định mức của máy phát điện , (MVA)

b Điện kháng của đường dây :

Scb

Xđd*cb = Xo l * U2

cbVới : Xo – Điện kháng của 1 km chiều dài đường dây, Ω/1 km

l - Chiều dài đường dây, km

c Điện kháng của kháng điện :

XK*cb = 100 .

IđmK’

Với :

Icb - dòng điện cơ bản ở cấp điện áp đặt kháng điện, (kA)

IđmK’ - dòng điện định mức của kháng điện, (kA)

d Điện kháng của hệ thống :

Nếu biết điện kháng tương đối định mức của hệ thống thì điện kháng hệ thống khi quy đổi về hệ tương đối cơ bản sẽ là :

Scb

Xht*cb = Xht*đm.

ShtVới :

Sht - tổngcông suất hệ thống, không kể nhà máy thiết kế, (MVA)

e Điện kháng của máy biến áp ba pha hai cuộn dây

XB*cb = 100 .

SđmBVới :

SđmB - Công suất định mức của (MBA), (MVA)

Trang 24

g Điện kháng của (MBA) tự ngẫu ba pha

Khi công suất các cuộn dây khác nhau thì phải kể đến hệ số có lợi ;của (MBA) tự ngẫu

Thay tất cả các điện kháng mắc nối tiếp Song song hay hỗn hợp bằng một điện kháng tương đương, biến đổi các sơ đồ điện kháng hình tam giác thành hình sao tương đương và ngược lại

Trang 25

* Các công thức biến đổi như sau :

n i=1

Trang 26

* Các công thức tính dòng điện ngắn mạch xung kích

a Dòng điện ngắn mạch xung kích

I” - là giá trị ban đầu của thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch

Kxk.q -hệ số xung kích cho trong bảng

số Chỗ ngắn mạch

Ở đầu ra máy phát thủy lực cực lồi :

- Không có cuộn cảm

- Có cuộn cảm

Ở đầu ra máy phát nhiệt điện

Tất cả các trường hợp còn lại khi không tính điện trở, tác dụng của

mạch ngắn mạch

1,95 1,93 1,01 1,80

1,65 1,65 1,63 1,52

II TÍNH TOÁN CỤ THỂ CHO HAI PHƯƠNG ÁN TRÊN :

Giả sử trạm ta đang thiết kế được nối với hệ thống bằng một đường dây Đường dây được lấy từ thanh cái 110 (kV) của trạm Nhà Bè có chiều dài là 20(km)

Như vậy trạm đang thiết kế tổng chiều dài đường dây là 20 km có đặc tính giống như trạm Tân Thuận hiện nay Trạm Tân Thuận là một trong những trạm cung cấp điện liên tục cho khu công nghiệp TânThuận Nhưng vì nhiệm vụ của đề tài ta phải tính toán tìm dòng điện ngắn mạch ba pha tại thanh cái 110(kV) bên cao áp còn bên hạ áp 22 (kV) Khi đó biết công suất ngắn mạch từ hệ thống đưa về là 600 (MVA)

Trang 27

2 Tính dòng điện cơ bản Icb :

3 Tính dòng điện ngắn mạch :

Do nguồn cung cấp quá lớn trong quá trình tính toán Dòng điện thứ tự thuận do hệ thống đưa về cung cấp cho điểm ngắn mạch là SN = 600 (MVA)

Vì ở đây ta chọn cáp điện lực bằng đồng theo điều kiện phát nóng (cường độ dòng cực đại )

Imax = 415(A) => tiết diện M – 95 (mm2) cáp Điện lực

XB*cb = 100 .

SđmB12,7 100 = 100 .

40 0,318 =

5 Tính điện kháng (MBA) 63 (MVA)

+ SđmB = 63MVA + Scb = 100 (MVA) + UN % = 12,7%

Có:

XB*cb = 100

SđmB13,7 100 =

100

63

= 0,202

Trang 28

a Phương án II

* Sơ đồ nối điện của phương án I

X.Σ *cb = Xđd + XMBA = 0,07 + 0,101 = 0,171

+ Tính ngắn mạch N1 trên thanh góp 110 (kV)

I” = IN2 = 42,15 (kA)

ixk = Kxk 2 IN = 1,8.1,41.42,15 = 106,97 (kA)

Trang 29

+ Tính ngắn mạch trên thanh góp 22 (kV)

b Phương án IV

* Sơ đồ điện của phương án IV :

X Σ *cb = Xđd + XMBA = 0,07 + 0,106 = 0,176

+Tính ngắn mạch N1 trên thanh góp 110(kV)

I” = IN2 = 42,15 (kA)

Trang 30

= 13,67 (kA)

ixk = Kxk 2 IN = 1,8 1,41 14,75 = 34,65 (kA)

BẢNG KẾT QUA TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Các giá trị tính được

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	1,54 MB