Đồ án Thiết kế trạm biến áp 110 22kv và đường dây phân phối

THIẾT KÉ TRẠM BIẾN ÁP 110/22KVChương 1TỎNG QUAN VÈ TRẠM BIÉN ÁP 1.1 Giới thiệu hệ thống điện - Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng, bao gồm các nhà máy điện, mạng điện v

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾN SVTH:NGƯYẺN A NÍCH

Trang 1

-Trang - 2 -Chọn dao cách ly 49

7.2.1 Chọn thanh dẫn-thanh góp 50

7.2.3.1 Điều kiện chọn và kiềm tra thanh dẫn-thanh góp 51

7.2.3.2 Chọn thanh dẫn-thanh góp cho trạm 53

7.2.2 Chọn sứ cách điện 57

7.2.3 Chọn cáp điện lực 58

7.2.4 Chọn máy biến dòng điện 61

7.2.5 Chọn máy biến điện áp 65

5.3 Chọn máy biến áp tự dùng cho trạm 69

Chuông 8 TỔNG KẾT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 71 8.1 Sơ đồ cấu trúc 71

8.2 Máy biến áp chính của trạm 71

8.3 Sơ đồ nối điện 71

8.4 Dòng điện ngắn mạch 72

8.5 Máy cắt 72

8.6 Tổn hao, chi phí tính toán 73

8.7 Các khí cụ và phần dẫn điện 73

8.7.1 Dao cách ly 110 kv 73

8.7.2 Thanh góp - thanh dẫn 73

8.7.3 Sứ cách điện 74

8.7.4 Cáp điện lực 74

8.7.5 Máy biến dòng điện 75

8.7.6 Máy biến điện áp 76

8.8 Máy biến áp tự dùng 76

Chuông 9 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT 77 9.1 Khái niệm chung 77

9.2 Một số yêu cầu kinh tế - kỹ thuật 77

9.3 Cột thu sét và phạm vi bảo vệ 77 9.3.1 Cột chống sét sử dụng kim thu sét 77

9.3.2 Phạm vi bảo

vệ của cột thu sét 78

10.1.1 Nối đất tự nhiên 87

10.1.2 Hệ thống nối đất nhân tạo (Rnt) 88

10.2 Tính toán và thiết kế hệ thống nối đất 90

10.2.1 Tính toán nối đất tự nhiên 90

10.2.2 Tính toán nối đất nhân tạo 91

10.2.3 Kết luận 93

10.3 Tính tổng trở xung của hệ thống nối đất có bổ sung 93

10.4 Kiêm tra hệ thống nối đất theo điều kiện chống sét 96

10.5 Thiết kế hệ thống thanh cân bằng điện thế 97

Phần II THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 98 Chương 11 THIẾT KÉ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 101 11.1 Khái niệm 101

11.2 Tính toán thiết kế 101

11.2.1 Tính toán sụt áp và chọn dây cho 101

đường dây phân phối 101

11.2.1.1 Tính sụt áp cho một đoạn của phát tuyến 101

11.2.1.2 Trình tự chọn dây cho phát tuyến 103

11.2.2 Tính toán tôn thất công suất trên đường dây phân phối 106 GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾN Trang - 5 - SVTH:NGUYẺN A NÍCH

11.4.1 Chọn dây cho phát tuyến và tính tổn thất điện áp 110

11.4.2 Tính toán tôn thất công suất trên đường dây 111

11.4.3 Tính tổn thất điện năng 111

11.4.4 Tính tổng chi phí hàng năm của phát tuyến 112

Chưong 12 TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾN Trang - 6 - SVTH:NGUYẺN A NÍCH

PHẢN KHÁNG VÀ BÙ ỨNG ĐỘNG 113Khái niệm 113

12.1 Tính toán bù công suất kháng 113

12.2 Tính toán mẫu cho phương án 4 vị trí bù 114

12.3 Phương án 5 vị trí tụ bù 119

12.4 Phương án 6 vị trí tụ bù 120

12.5 Phương án 7 vị trí tụ bù121

12.6 So sánh lựa chọn phương án bù 122

12.7 Tính toán tổn thất lúc phụ tải cực đại

có bù công suất kháng 124

12.8 Tính toán bù ứng động 127

12.9 Tính toán lúc phụ tải cực tiểu và có bù ứng động 130

Chương 13 PHÂN BÓ CÔNG SUẤT CHO TRẠM 136

13.1 Ket quả bù công suất kháng 136

13.2 Ket quả tổng tiết kiệm theo bù tổng ct 137

13.3 Sơ đồ tuyến đường dây lúc phụ tải max

và lúc phụ tải min = 40% phụ tải max 140

13.4 Phân bố công suất và phân bố trạm cho tuyến

đường dây sau khi có bù công suất kháng 140

13.5 Tính phân bố công suất lúc phụ tải cực đại 142

13.6 Tính phân bố công suất lúc phụ tải cực tiểu 149

Chuông 14 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

14.1 Tính toán ngắn mạch 157

14.1.1 Các công thức tính tông trớ trong

đường dây phân phối hình tia 157

14.1.2 Các dạng ngắn mạch 158

14.1.3 Tính dòng ngắn mạch 159

14.1.3.1 Tính dòng ngắn mạch ứng với Z f = 0 Q 161

14.1.3.2 Tính dòng ngắn mạch ứng với Zf = 10Q 163

nhánh đến trạm biến áp 164

nghiệp, giao thông vận tải, thông tin liên lạc Ớ nước ta cùng với quá trình công nghiệp hoá- hiện đại hoá nền kinh tế, điện năng càng giữ vai trò chủ

đạo đóng góp giá trị không nhó cho ngân sách nhà nước

Trong nhưng năm qua ngành điện Việt Nam đã đạt những thành tựu

to lớn, cơ bản đáp ứng được nhu cầu điện năng của nền kinh tế quốc dân với tốc độ tăng trướng bình quân 15%/năm.Dự báo đến năm 2010 sản lượng điện sẽ đạt tới 80 tỉ KWh và bình quân đầu người là 900KWh/người/năm Qua đó chúng ta thấy ràng việc việc sán xuất điện năng là vấn đề quan trọng, GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾN Trang - 9 - SVTH:NGƯYẺN A NÍCH

thiêu sót Vì vậy mong thầy cô và các bạn tận tình góp ý đe bài luận văn của

em được hoàn thiện hơn

PHẦN I

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾN Trang - 10 - SVTH:NGƯYẺN A NÍCH

THIẾT KÉ TRẠM BIẾN ÁP 110/22KVChương 1

TỎNG QUAN VÈ TRẠM BIÉN ÁP

1.1 Giới thiệu hệ thống điện

- Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng, bao gồm các

nhà máy điện, mạng điện và các hộ tiêu thự điện

- Điện năng được sản xuất ở nhà máy được truyền tải và phân phối đến nhà tiêu thụ bàng dây dẫn Trong quá trình tmyền tải điện có phát sinh tổn thất trên đường dây nên trước khi truyền đi xa phải đưa lên điện cao áp để truyền tải và hạ xuống thấp ở điện áp tương ứng để đưa đến phụ tải Do đó trạm biến áp là một phần không thê thiếu

- Trạm biến áp tăng: đặt ở các nhà máy điện làm nhiệm vụ tăng từ cấp

điện áp máy phát lên cấp điện áp truyền tải

- Trạm biến áp hạ áp: đặt gần ở các phụ tải làm nhiệm vụ biến đổi từ cấp điện áp tmyền tải đến cấp điện áp phân phối theo yêu cầu của

phụ tải

- Trạm biến áp tmng gian: làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lưới điện khác nhau

1.2.2 Theo địa dư

Trạm biến áp khu vực: được cấp điện từ mạng chính cung cấp cho các khu

vục lớn: thành phổ, khu công nghiệp

Trạm biến áp địa phương: được cấp điện từ mạng phân phổi cấp điện cho

các địa phương, nhà máy xí nghiệp nhỏ

1.3 Cấu trúc của trạm biến áp

1.3.1 Các thành phần chính của trạm biến áp

- Máy biến áp(MBA) trung tâm

- Hệ thống thanh cái, dao cách ly

- Khu vực phòng điều hành

- Khu vực phòng phân phối

1.3.2 Những vấn đề chính khi chọn vị trí đặt trạm

- Gần các phụ tải

- Thuận tiện trong giao thông

- Đặt ở nhừng nơi khô ráo

- Tránh các vùng đất dỗ bị sạt lỡ

- Tránh xa các khu vực dễ gây cháy no

1.4 Yêu cầu khi thiết kế

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Độ tin cậy cao( tuỳ theo tính chất loại phụ tải)

- Vốn đầu tư thấp

- An toàn cho người và thiết bị

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾN Trang - 13 - SVTH:NGUYẺN A NÍCH

Thuận tiện sữa chữa vận hànhChương 2

ĐÒ THỊ PHỤ TẢI

2.1 Khái niệm:

- Mức tiêu thụ điện năng luôn thay đổi theo thời gian.Quy luật biến thiên của phụ tải theo thời gian được biểu diễn trên hình vẽ gọi là đồ thị phụ tải.Trục tung của đồ thị phụ tảicó thể là: công suất tác dụng,công suất phản kháng, công suất biểu kiến Còn trục hoành biểu

diễn theo thời gian

- Đồ thị phụ tải cần thiết cho thiết kế và vận hành hệ thống điện khi biết đồ thị phụ tải toàn hệ thống có thể phân bố tối ưu công suất cho các nhà máy điện trong hệ thống, xác định mức tiêu hao nhiên liệu Đồ thị phụ tải ngày của nhà máy hay trạm biến áp dùng để chọn dung lượng máy biến áp, tính toán tổn thất điện năng trong máy

biến áp, chọn sơ đồ nổi dây

2.2 Các đại lượng đặc trưng của đồ thị phụ tải:

* Công suất trung bình:

p dai

pdat :công suất đặt bằng tổng công suất cực đại của thiết bị

* Thời gian sử dụng công suất cực đại:

T =

A TS.T,

* Thòi gian tốn thất công suất cực đại:

* Thòi gian sử dụng công suất đặt:

T

p„

2.3 Xây dựng đồ thị phụ tải

Bảng tổng họp phân bố công suất giờ của phụ tải:

giờ %Pm P(M Ọ(Mvar S(MVA Std(MV SI(MVA)

* Đồ thị phụ tải công suất P(MW)

Thông số của phụ tải:

Pmax =20MW cosọ =0.

Từ bảng tổng họp trên xây dựng được đồ thị phụ tải của toàn trạm:

2.4 Xác định T ,r • -L max 7 L max

Từ đồ thị phụ tải suy ra các thời gian đặc trưng:

- Thời gian sử dụng công suất cực đại Y

- Thời gian tổn thất công suất cực đại ỵ *

Tính T theo công thức:

-L rnax

ỵ e /

T = -— (giờ/ngày)

JL max ngay ọ °o J /

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGƯYẺN A NÍCH Trang -

17

-c) maxSuy ra T J Ả max nam = T 365(giờ/năm)max ngay 7

* Tính T theo công thức: " max ơ

ỵ e2/

T = Jli (giờ/ngày)

L) max

Suy ra T = T J V max nam V max ngav.365 (giờ/năm)

* Xác định thời gian sử dụng công suất cực đại:

25.623809.6(giờ/năm)

Chương 3

CÁC PHƯƠNG ÁN Sơ ĐÒ TRẠM

3.1 Giới thiệu về sơ đồ cấu trúc

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

- Các yêu cầu chính khi chọn sơ đồ cấu trúc:

3.2 Các phương án chọn SO’ đồ cấu trúc

Phương án 1: chỉ láp đặt một máy biến áp Phương

án 2: hai máy biến áp vận hành song song Phương

án 3:chọn 3 máy biến áp vận hành song song

3.3 Phân tích ưu khuyết điểm của từng phưong án:

các vùng phụ tải không quan trọng(phụ tải loạ 3) và có nguồn dự trữ từ trạm khác đến cho phụ tải khi gặp sự cổ

Khuyết điểm:

- Độ tin cậy cung cấp điện không cao

- Khi bảo trì trạm và máy biến áp bị sự cố thì khu vực phụ tải hoàn toàn bị mất điện

Ưu điểm:

- Sơ đồ vận hành rõ ràng, linh hoạt

- Chi phí xây dựng ban đầu tương đối cao

ưu điểm:

- Vận hành rõ ràng, linh hoạt

- Giải quyết được vấn đề máy biến áp khi gặp sự cố

- Đảm bảo cung cấp điện liên tục trong mọi trường họp

- Thích hợp cho việc cung cấp điện cho các phụ tải quan

trọng Khuyết điểm:

- Máy biến áp thường làm việc non tải

- Chi phí xây dựng ban đầu tương đối cao

- Chiếm nhiều diện tích mặt bằng

3.4 Lựa chọn phương án

sánh đê tìm ra phương án tối ưu nhất để thi công và thiết kế Ta gọi:

phương án 2 = phương án I Phương án 3 = phương án ĩĩChương 4 CHỌN MÁY BIÉN ÁP VÀ so ĐÒ NỐI ĐIỆN CHO CÁC

PHƯƠNG ÁN

4.1 Chọn máy biến áp

4.1.1 Khái niệm chung:

- Máy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Điện năng được sản xuất tù’ nhà máy điện được truyền tải đến nơi tiêu thụ ở xa qua đường dây cao thế 110,

220,500Kv

Ớ cuối đường dây cao áp lại cần máy biến áp giảm về điện áp thích hợp với

mạng phân phối(22,l 5,0.4Kv)

- Khi sử dụng máy biến áp cần lưu ý những đặc điềm sau:

- Máy biến áp là thiết bị không tự phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng từ cấp này sang cấp khác

- Công suất của máy biến áp được chế tạo theo tiêu chuẩn của mỗi nước

tuổi thọ và khả năng quá tải của máy biến áp tuỳ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh và phương pháp làm lạnh

- Khi chọn máy biến áp phải chú ý đến khả năng phát triên phụ tải, GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGUYẺN A NÍCH Trang - 23 -

- MBA hiện nay có nhiều loại:

+ MBA một pha,ba pha + MBA hai cuộn

dây, ba cuộn dây + MBA có cuộn dây phân

chia + MBA tự ngẫu một pha, ba pha +

MBA tăng, máy biến áp hạ + MBA có và

không có điều chỉnh dưới tải

- Hệ thống làm mát máy biến áp

+ Có nhiều phương pháp làm lạnh, mỗi phương pháp yêu cầu diều kiện vận hành nhất định

+ Làm lạnh máy biến áp theo quy luật tự nhiên

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGUYẺN A NÍCH Trang 24

-+ Làm mát bàng phương pháp tuần hoàn dầu cưỡng bức và có tăng thêm quạt

4.1.2 Tính toán chọn máy biến áp cho

trạm Phưong án I:❖

S(MVA)

Đồ thị phụ tải của trạm:

Chọn công suất máy biến áp:

công suất máy biến áp được chọn theo điều kiện một máy nghỉ máy còn lại với khả năng quá tải sự cố cho phép phải tải hơn công suất cực đại của phụ tải tức là:

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGUYẺN A NÍCH Trang 25

-GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGUYẺN A NÍCH Trang 26

Do đó ta chọn máy biến áp có công suất định mức là

20MVA + Kiếm tra điều kiện quá tải:

Từ đồ thị phụ tải với SdrĩlB=20MVA thì tổng thời gian quá tải là 7h lớn

hơn 6h + Kiểm tra điều kiện K|<0.93

0.65613.125

+ Kiểm tra điều kiện K2<1.3

Các bước tính toán với SdnB=20MVA và kết quả thu

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGUYẺN A NÍCH Trang 27

-Ti 3 2 7 1 4 4 3K"i.Ti 0.49

-biến áp:

Máy biến áp do SIEMENS chế tạo

Số lượng: 2 máyCông suất định mức: SdnB =

20MVA Tổn hao không tải: 20Kw

-2 ‘Kqtsc -SdmB ^ Strax

Do đó ta chọn máy biến áp có công suất định mức là 1OMVA - Với máy biến áp có ScimB = 10MVA khi sự cổ một máy thì 2 máy còn lại có nhiệm vụ duy trì cung cấp cho phụ tải Tông công suất máy biến áp lúc này là 20MVA

thật vậy ta luôn có: AT, =

- Vì thế cho nên ta không cần xét đến khả năng quá tải của máy

biến áp Vậy máy biến áp có SdmB = 1OMVA thoã mãn các điều

kiện sự cố *Các thông số của máy biến áp:

Máy biến áp do SIEMENS chế tạo

Số lượng: 3 máyCông suất định mức: SdmB =

10MVA Tổn hao không tải: 13Kw

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGƯYẺN A NÍCH Trang 30

-Trọng lượng (có dầu): 39 tấn Đơn

phối cho các phụ tải cùng cấp điện áp

- Sơ đồ nối điện thoã mãn các yêu cầu sau:

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGƯYẺN A NÍCH Trang 31

nói chung có dao cách ly

- Ưu điếm: đơn giản, rõ ràng, mồi phần tử được thiết kế riêng cho

mạch đó.Khi sữa chừa mạch này không ảnh hưởng trực tiếp đến

mạch khác

- Khu vết điểm: khi có sự cổ trên thanh góp tất cả các phần tử nối

vào thanh góp bị mất điện

Hình 4.2.2(b)

Do những ưu khuyết diêm trên, SO' đồ hệ thống một thanh góp chỉ được sử

dụng kh yêu cầu GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGƯYẺN A NÍCH Trang - 32 -

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGƯYẺN A NÍCH Trang 33

Khi sữa chữa chỉ tiến hành cho từng phân đoạn, việc cung cấp điện

được chuyển cho phân đoạn kia

- Khi bị sự cố trên phân đoạn nào, máy cắt phân đoạn đó sẽ cắt cùng với máy cắt của các mạch trên phân đoạn đó, phân đoạn còn lại vẫn đảm bảo cung cấp điện

- Với nhừng ưu điểm trên thì sơ đồ này được sử dụng rất rộng rãi

trong các trạm biến áp cũng như nhà máy điện

thống thanh góp có giá trị như nhau

- Một hệ thống thanh góp làm việc, một hệ thống thanh góp dự phòng, các phần tử nổi vào thanh góp làm việc qua máy cắt và dao cách ly thuộc thanh góp đó đóng, còn dao cách ly kia mở Với chế

độ làm việc này, sơ đồ trở thành sơ đồ tương đương một hệ thống thanh góp không phân đoạn, do đó có các ưu khuyết điểm nêu trênGVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGƯYẺN A NÍCH Trang - 34 -

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGƯYẺN A NÍCH Trang 35

-Ưu điềm nổi bật của sơ đồ này là kh sữa chừa một máy cắt của phần tử nào

đó, dùng máy cắt lên lạc thay cho máy cắt này bằng cách chuyến đường đi qua thanh góp thứ haiĐồng thời làm việc cả hai thanh góp, các mạch tải được phân bố đều trên hai thanh góp

- Khuyết điểm của sơ đồ này là phức tạp khi xây dựng cũng như vận hành, đặc biệt khi đóng nhầm dao cách ly có thể gây hậu quả nghiêm trọng và chỉ dược ứng dụng khi điện áp cao từ 110KV trở lên, số đường dây nhiều Sơ đồ là nơi tập trung của nhiều nguồn lớn

4.2.3 Chọn SO’ đồ nối điện cho các phưong án

Dựa vào các sơ đồ nối điện cơ bản kết hợp với yêu cầu của sơ đồ nổi điện,

ta chọn được sơ đồ nối điện cho các phương án sau:

> Phưong án I:

> Phương

án II:

Chương 5

TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH VÀ LỤA CHỌN

MÁY CẮT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

- Trong thực tế thường gặp các dạng ngắn mạch

+ Ngăn mạch 3 pha + Ngăn mạch 2 pha

+ Ngán mạch 1 pha (thường xảy ra trong hệ thống điện)

- Do sét đánh vào đường dây, thiết bị phân phối

ngoài trời Hâu quà:

- Sự xuất hiện hồ quang làm hỏng cách điện, kết dính vật dẫn gây cháy nổ và nguy hiêm đến tính mạng con người và thiết bị

- Qưá nhiệt gây hư hỏng và đốt nóng thiết bị

- Làm biến dạng thanh góp, đứt dây dẫn, phá nổ thiết bị

- Làm mât ôn định hệ thông điện nếu sự cô lớn có thê làm tan rã hệ thống điện

- Khi tính toán ngắn mạch trong hệ thống có u > 1000V có thể bỏ qua thành phần điện trở R, chỉ xét kháng điện X Vì X thường rất

lớn so với R

- Khi mạng điện có u < 1000V mới xét dcn R

Z = VR2 + V2

- Thời gian tồn tại ngắn mạch bàng thời gian bảo vệ role (tbv) và

thời gian máy cắt làm việc (tmc)

IN LY tmc

- CÓ thể xem dòng ngắn mạch không đổi trong thời gian tồn tại ngắn mạch đó

I = It = Iod

Trong đó: I : dòng điện quá độ

It: dòng ngắn mạch tại thời điếm t Iod: dòng ngắn mạch ổn định

- Tính ngắn mạch trong hệ tương đối vớ công suất cơ bản (Scb) và điện áp cơ bản (Ucb) và suy ra dòng điện cơ bản (khi chỉ có 1

hoặc 2 cấp điện áp mới tính trong hệ có tên):

x:

X /

V3 ud

100V3.23

GVHD : TS.HỒ VĂN HIẾNSVTH:NGUYẺN A NÍCH Trang 39

-thay thế trong hệ đơn vị tương đối cơ bản: