Bài giảng chương II các thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm biến áp (phần 2)

11/14/2012 1 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP CHƯƠNG II PHẦN 2 MAÙY BIEÁN AÙP ÑIEÄN LÖÏC I. KHÁI NIỆM II. CÁC LOẠI MBA III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP IV. CHỌN MÁY BIẾN ÁP I. KHÁI NIỆM MBA là thiết bị biến đổi điện năng từ điện áp này đến điện áp khác. Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năng từ các máy phát điện đến hộ tiêu thụ. I. KHÁI NIỆM Cho nên tổng công suất MBA trong hệ thống điện có thể bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phát điện: ∑ S B = (4 ÷ 5) ∑ S F MBA là thiết bị không phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng, trong hệ thống điện chỉ có máy phát điện mới phát ra công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. 11/14/2012 2 I. KHÁI NIỆM Phân loại máy biến áp: • Máy biến áp một pha (O), • Máy biến áp ba pha (T). Phân loại theo số pha • MBA ba cuộn dây (T) • MBA hai cuộn dây Phân loại theo số cuộn dây • MBA kiểu khô (làm mát bằng kk) • MBA kiểu dầu Phân loại theo phương pháp làm mát • MBA thường • MBA điều áp dưới tải. Phân loại theo phương pháp điều chỉnh điện áp I. KHÁI NIỆM Cấu tạo MBA 1 pha 2 cuộn daây MBA 1 pha 2 cuộn daây ôû NMÑ Ialy I. KHÁI NIỆM Cấu tạo MBA 3 pha 2 cuộn daây Các MBA được tính toán, chế tạo với một chế độ làm việc lâu dài và liên tục gọi là chế độ định mức:  Điện áp U = U đm  Tần số f = f đm  Công suất S = S đm là công suất toàn phần (biểu kiến)  Điện áp ngắn mạch phần trăm  Dòng điện không tải. I. KHÁI NIỆM Các thông số của MBA: 11/14/2012 3  MBA hai cuộn dây: Công suất định mức là công suất của mỗi cuộn dây.  MBA tự ngẫu: Công suất định mức MBA là công suất toàn phần MBA. Ngoài ra, còn có công suất mẫu: S mẫu = K cl . S đm Trong đó: K cl được gọi là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu. I. KHÁI NIỆM Công suất định mức MBA :  MBA ba cuộn dây: người ta có thể chế tạo các loại sau:  100/100/100 là loại có công suất của mỗi cuộn dây đều bằng công suất định mức;  100/100/66,7 là loại có công suất của hai cuộn dây bằng công suất định mức và công suất cuộn thứ ba bằng 66,7% công suất định mức. I. KHÁI NIỆM Công suất định mức MBA : Điện áp định mức của MBA là điện áp của các cuộn dây khi không tải được qui định trong lý lịch MBA. Tỉ số biến đổi điện áp:  K = U Sđm /U Tđm gọi là tỉ số biến áp. I. KHÁI NIỆM  Điện áp định mức U đm : Là dòng điện của các cuộn dây được nhà máy chế tạo qui định, với các dòng điện này thì MBA làm việc lâu dài và không bị quá tải.  Dòng điện định mức I đm :  Điện áp ngắn mạch là điện áp giữa hai đầu cuộn sơ cấp khi ngắn mạch cuộn thứ cấp thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng dòng điện định mức.  Ý nghĩa : Điện áp ngắn mạch dùng để xác định tổng trở cuộn dây MBA. I. KHÁI NIỆM  Điện áp ngắn mạch U N% : Là đại lượng đặc trưng cho tổn hao không tải của MBA, phụ thuộc vào tính chất từ, chất lượng cũng như cấu trúc lắp ghép của lõi thép.  Dòng điện không tải: 11/14/2012 4 1 - MBA 2 CUỘN DÂY U C U H Cấu tạo Ký hiệu U C U H S C S H Chiều truyền công suất S C ↔ ↔↔ ↔ S H → S đm của MBA là công suất của cuộn cao, công suất cuộn hạ và cũng là công suất của mạch từ. 1 - MBA 2 CUỘN DÂY Sơ đồ nối các cuộn dây Cuộn cao Cuộn hạ Đồ thò vectơ Ký hiệu tổ nối dây Cuộn cao Cuộn hạ Y/Y- 0 Y/∆-11 Y 0 /∆-11 A B C A B C A B C a b c a b c a b c O o B A C b a c B A C B A C b a c b a c B A b a B A b a B A b a Tổ đấu dây của máy biến áp: 2 - MBA 3 CUỘN DÂY U C U T U H Cấu tạo Ký hiệu U C U T U H S C S T S H Chiều truyền công suất S C ↔ ↔↔ ↔ S H + S T S T ↔ ↔↔ ↔ S H + S C S H ↔ ↔↔ ↔ S C + S T → S đm của MBA là công suất của cuộn có công suất lớn nhất (cũng là công suất mạch từ ), các cuộn còn lại có thể bằng S đm (100%) hoặc bằng 2/3 S đm (66,7%) được ký hiệu qui ước theo thứ tự cao/trung/hạ Ví dụ: 100/100/100 ; 100/100/66,7 ; 100/ 66,7/66,7 3 - MBA TỰ NGẪU MBA tự ngẫu U C U T S B = S từ + S điện U T U C I T I C U ch U nt I ch I nt U ch = U T I ch = I T - I C U nt = U C - U T I nt = I C Sơ đồ tương đương 11/14/2012 5 Công suất từ truyền trực tiếp từ cao sang trung Công suất điện truyền qua mạch từ Ta có: Giả thiết bỏ qua tổn thất trong MBA. 3 - MBA TỰ NGẪU Hay có thể viết : S B = ((U C -U T )+U T ).I C = (U C -U T ).I C + U T .I C U T U C I T I C U ch U nt I ch I nt S BA = (U C -U T ).I C S đ = U T .I C 3 - MBA TỰ NGẪU  Tỉ lệ giữa cơng suất truyền tải bằng quan hệ từ so với cơng suất xun (định mức) sẽ bằng: Trong đó: K cl được gọi là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu.  Kích thước mạch từ được chọn theo cơng suất mẫu: S mẫu = K cl . S đm * SO SÁNH MBA T VÀ MBA B MBA T và MBA B có cùng S đm Chi phí chế tạo: MBA tự ngẫu nhỏ hơn, nhẹ hơn, rẻ hơn. Tổn hao trong MBA: MBA tự ngẫu có tổn thất ít hơn Phạm vi sử dụng: MBA tự ngẫu chỉ sử dụng khi điện áp Cao và Trung có trung tính nối đất trực tiếp (110KV) PHẠM VI ỨNG DỤNG  α càng bé càng có lợi, nghóa là U T càng gần U C càng có lợi Ví dụ : * U C = 110 kV, U T = 22 kV → →→ → α αα α = 1 – 22 / 110 = 0,8 * U C = 22 kV, U T = 0,4 kV → →→ → α αα α = 1 – 0,4 / 22 = 0,98 → →→ → Khi U C lớn hơn U T nhiều không sử dụng MBA tự ngẫu 11/14/2012 6 PHẠM VI ỨNG DỤNG  Cuộn Hạ ( nếu có ) chỉ liên hệ với Cao và Trung qua mạch từ, mà mạch từ chỉ sản xuất theo α .S đm nên công suất truyền tối đa qua cuộn Hạ cũng chỉ là α .S đm . Khi truyền công suất từ Hạ lên Cao và Trung ( ở NMĐ ) phải chọn MBA theo S đm / α Ví dụ : 220 kV 110 kV 100 MVA 220 kV 110 kV 100 MVA S B = 200 MVA (S H = 100 MVA) S B = 100 MVA (S H = 100 MVA) Chế độ 1 : Công suất truyền từ Cao sang Trung và Hạ S C = S T + S H I C I nt(a) I ch(a) I nt(b) I T I H * Các chế độ vận hành của MBA T 3 - MBA TỰ NGẪU I C I nt(a) I ch(a) I ch(b) I T I H Chế độ 2 : Công suất truyền từ Cao và Hạ sang Trung S T = S C + S H Trong cuộn nối tiếp chỉ có truyền từ cao sang trung theo chế độ tự ngẫu * Các chế độ vận hành của MBA T 3 - MBA TỰ NGẪU Chế độ 3 : Công suất truyền từ Cao và Trung sang Hạ S H = S C + S T * Các chế độ vận hành của MBA T 3 - MBA TỰ NGẪU I C I nt(a) I ch(a) I C(a) I T I H 11/14/2012 7 III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP MBA có thể mang tải lâu dài trong điều kiện đinh mức của : U, f, t mt ,cũng như điều kiện làm mát; Khi đó tuổi thọ MBA sẽ bằng định mức. Tuy nhiên, MBA có khi non tải, có khi q tải. Phải căn cứ chủ yếu vào độ hủy hoại cách điện, nhiệt độ cực đại của cuộn dây và của dầu. Để cho phép MBA làm việc ở các chế độ khác nhau. III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP Khả năng tải của MBA khơng thể biểu diễn bằng đơn vị KVA được, vì nó được xác định bằng các điều kiện như:  ðồ thị phụ tải  Thời gian tồn tại chế độ vận hành  Nhiệt độ mơi trường làm mát… Cần phải xác định được nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu và mức hủy hoại cách điện. Tính tốn q tải của MBA khi vận hành với đtpt bậc thang Q tải bình thường Q tải sự cố TÍNH TỐN PHÁT NĨNG MBA KHI VẬN HÀNH VỚI ĐTPT BẬC THANG A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG t S S 2 t 2 t 1 S 1 S 3 0 t S 0 t 3 T 2 T 1 S 1dt S 2dt S B S B Bước 1: Đẳng trị đtpt nhiều bậc về đtpt tương đương có 2 bậc sao cho nhiệt lượng tỏa ra trong MBA là như nhau. Đồ thò phụ tải ban đầu Đồ thò phụ tải tương đương 11/14/2012 8 Trình tự tính toán :  Bước 1 : Căn cứ vào đồ thò phụ tải qua MBA chọn MBA có công suất S B sao cho S min < S B < S max S B T 1 T 2 S 2 S 1 T 3 T n-1 T n t 2 t 1 t 3 t n-1 t n S 3 S min S max t 0 S B S tải S tải A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG  Bước 2 : Trong các vùng quá tải chọn vùng có Σ S i 2 .T i lớn nhất để tính S 2đt S B T 1 T 2 S 2 S 1 T 3 T n-1 T n t 2 t 1 t 3 t n-1 t n S 3 S min S max t 0 Vùng I : S 2 2 .T 2 +S 3 2 .T 3 Vùng II : S max 2 .T n S tải A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG  Bước 3 : Tính S 2đt theo biểu thức :  Nếu S 2đt < 0,9.S max thì S 2 = 0,9.S max T 2 = Σ (S i 2 .T i ) / (0,9.S max ) 2 A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG  Bước 4 : Chọn 10h liền trước hoặc liền sau vùng tính S 2 để tính S B T 1 T 2 S 2 S 1 T 3 T n-1 T n t 2 t 1 t 3 t n-1 t n S 3 S min S max t 0 10h 10h T n t n-1 S max S tải A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG 11/14/2012 9  Bước 5 : Tính k 1 , k 2 theo biểu thức : Dựa vào loại MBA (dầu, khơ ) và cơng suất của MBA xác định hằng số thời gian τ. k 1 = S 1 / S B k 2 = S 2 / S B A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG Công suất đònh mức MBA Hệ thống làm lạnh τ ττ τ (giờ) Từ 0,001 đến 1 MVA Tự nhiên 2,5 > 1 đến 6,3 MVA Tự nhiên 3,5 > 6,3 đến 32 MVA Có thêm quạt 2,5 > 32 đến 63 MVA Có thêm quạt 3,5 Từ 100 đến 125 MVA Tuần hoàn cưỡng bức 2,5 > 125 MVA Tuần hoàn cưỡng bức có quạt 3,5  Tùy thuộc vào nhiệt độ đẳng trị của mơi trường làm mát mà xác định số biểu đồ tính tốn khả năng tải của MBA A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG τ ττ τ (giờ) Số thứ tự biểu đồ ứng với nhiệt độ đẳng trị mơi trường xung quanh Công suất đònh mức MBA 10 20 30 40 2,5 5 7 9 11 Từ 0,001 đến 1 MVA 3,5 6 8 10 12 > 1 đến 6,3 MVA 2,5 17 19 21 23 > 6,3 đến 32 MVA 3,5 18 20 22 24 > 32 đến 63 MVA 2,5 29 31 33 35 Từ 100 đến 125 MVA 3,5 30 32 34 36 > 125 MVA  Bước 6 : Từ k 1 và T 2 vừa tính được tra đường cong quá tải cho phép của MBA để tìm k 2cp • Nếu k 2cp > k 2 thì MBA đã chọn có thể vận hành quá tải được. • Nếu k 2cp < k 2 thì chọn MBA có công suất lớn hơn. 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,2 0,4 0,6 1 12 h 8 h 4 h 2 h 1 h T 2 =0,5 h K 1 K 2cp K 2cp K 1 A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG BÀI TẬP 1 T( gio) 0-6 6-12 12-18 18-24 S(MVA) 60,675 57,625 51,525 69,82 Kiểm tra khả năng q tải của MBA có cơng suất 63MVA. Biết đường cong q tải bình thường ứng với nhiệt độ mơi trường là 20 0 C và S đmBA =63MVA được cho ở hình. Biết hằng số thời gian của MBA là T=6h. a. Tính Phụ tải đẳng trị bậc hai, bậc một (S 2đt , S 1đt ) . b. Tính hệ số phụ tải K 1 , K 2 . Tra đường cong q tải để được K 2cp . Kết luận. Phụ tải phân bố trong 24h là: 11/14/2012 10 B. Q TẢI SỰ CỐ Thời gian quá tảiù < 6h k 1 < 0,93 < 5 ngày MBA có thể vận hành quá tảivới hệ số quá tải k 2cp = k qtsc B. Q TẢI SỰ CỐ  Bước 1 : Chọn công suất S B sao cho k qtsc .S B > S max hay S B > S max / k qtsc S tải S B S B  Bước 2 : Kiểm tra điều kiện T 2 < 6h S B T 1 T 2 S 2 S 1 T 3 T n-1 T n t 2 t 1 t 3 t n-1 t n S 3 S min S max t 0 T 2 T 2 S tải B. Q TẢI SỰ CỐ S B T 1 T 2 S 2 S 1 T 3 T n-1 T n t 2 t 1 t 3 t n-1 t n S 3 S min S max t 0 10h 10h T n t n-1 S max  Bước 3 : Kiểm tra điều kiện k 1 < 0,93 S tải B. Q TẢI SỰ CỐ [...]...11/14/2012 BÀI T P 2 Cho đồ thị phụ tải qua một MBA như H.a: Giả sử chọn SđmBA = 63MVA Hãy kiểm tra lại khả năng quá tải bình thường của MBA Biết đường cong quá tải bình thường ứng với nhiệt độ môi trường là 200C và SđmBA=63MVA cho ở H.b 11 . 11/14/2012 1 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP CHƯƠNG II PHẦN 2 MAÙY BIEÁN AÙP ÑIEÄN LÖÏC I. KHÁI NIỆM II. CÁC LOẠI MBA III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP IV. CHỌN MÁY BIẾN ÁP I ÁP I. KHÁI NIỆM MBA là thiết bị biến đổi điện năng từ điện áp này đến điện áp khác. Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năng từ các máy phát điện đến hộ tiêu thụ hệ thống điện chỉ có máy phát điện mới phát ra công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. 11/14/2012 2 I. KHÁI NIỆM Phân loại máy biến áp: • Máy biến áp một pha (O), • Máy biến áp ba pha