tính tổn công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp

luận văn về tính tổn công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh

CHƯƠNG

TÍNH TỔN CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP

5.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp

Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải(tổn thất sắt) và tổn thất có tải(tổn thất đồng)

Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong máy biến áp được tính theo các công thức sau:

) S

S ( P ΔP P ΔP P ΔP

đm

pt N O

)

đm

pt N O

S ( Q ΔP Q ΔP Q

Ở đây:ΔP P O , ΔP P N là tổn thất công suất tác dụng không tải và ngắn mạch của máy biến áp, cho trong lý lịch của máy, kW; ΔP Q O , ΔP Q N là tổn thất công suất phản kháng không tải và ngắn mạch của máy biến áp, kVAr; S pt , S đm là phụ tải toàn phần(thường lấy bằng phụ tải tính toán Spt) và dung lượng định mức của máy biến áp, kVA

Các tổn thất ΔP Q 0 vàΔP Q Nø được tính theo công thức sau:

,kVAr;

100

i%.S Q

100

%.S U Q

Ở đây: i% là giá trị tương đối của dòng điện không tải,cho trong lý lịch máy;UN% làgiá trị tương đối của điện áp ngắn mạch cho trong lý lịch máy

Trong trường hợp tính toán sơ bộ ta có thể dùng công thức gần đúng sau đây:

dm

P

dm

Q

Các công thức trên được dùng cho máy biến áp có Sdm  1000kVA, i%  5  7, UN%  5,5

5.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp:

Tổn thất điện năng trong máy biến áp được xác định theo công thức sau:



2

















dm

pt N 0

S P ΔP t P ΔP A

Ở đây:ΔP P 0 , ΔP P N là tồn thất công suất tác dụng không tải và ngắn mạch của máy biến áp,cho trong lý lịch máy,kW; S pt , S dm là phụ tải toàn phần(thường lấy bằng phụ tải tính toán(S tt

) và dung lượng định mức của máy biến áp.kVA,

- t là thời gian vận hành thực tế của máy biến áp,h.Bình thường máy biến áp được đóng điện suốt một năm nên lấy t=8760h;

- là thời gian tổn thất công suất lớn nhất,h: được cho bởi bảng 5-8

Trong trường hợp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song trong một trạm thì tổn thất điện năng của máy biến áp trong trạm đó là:



.

2 dm

pt N 0

S P ΔP n

1 t nΔPΔP A













Bảng 5 - 8 Thời gian tổn thất công suất lớn nhất,

Tmax,h

 , h Costb

5.3.Điện năng tiêu thụ trong một năm

Điện năng tiêu thụ trong một năm của máy biến áp được tính theo công thức sau:

kWh T

P

Ở đây:

- P tt là phụ tải tính toán,kW;

- Tmax là thời gian sử dụng công suất lớn nhất,h

Thời gian Tmax phụ thuộc vào số ca làm việc trong một ngày đêm và đặc trưng của qúa trình sản xuất.Giá trị Tmax của một số xí nghiệp điển hình được cho bởi bảng 5-11

Bảng 5-11.Thời gian Tmax của một số xí nghiệp

Xí nghiệp

Hệ số

Tmax,h

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh

Trong trường hợp không có liệu chính xác ta có thể lấy gần đúng như sau:

Làm việc 1 ca Tmax  2500  3000h

Làm việc 2 ca Tmax  4500  5000h

Làm việc 3 ca Tmax  6500  7000h

5.4 Vận hành trạm biến áp

Khi thiết kế trạm biến áp và các thiết bị phân phối trong trạm,ngoài việc thõa mãn các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật,còn cần chú ý đến vấn đề thuận tiện ,an toàn trong vận hành và liên tục cung cấp điện Để đảm bảo trạm vận hành an toàn và tin cậy cần phải tuân thủû một số nguyên tắc chung sau :

1.Tuân thủ chặt chẽ trình tự thao tác:

Đối với trạm biến áp cần tuân thủ các thao tác:

a Khi bắt đầu cung cấp điện

- Đóng các dao cách ly của đường dây vào trạm (phía cao áp).Đóng thiết bị chống sét.Đóng dao cách ly phân đoạn thanh cái cao áp và hạ áp

- Đóng máy cắt cao áp của đường dây vào trạm

- Đóng máy cắt cao áp của máy biến áp

- Đóng máy cắt phía hạ áp

- Tùy theo yêu cầu của phụ tải đóng các máy cắt cung cấp cho từng tải

b Khi ngừng cung cấp điện.

- Cắt các máy cắt của các đường dây phụ tải

- Cắt các máy cắt phía hạ áp của máy biến áp

Nói chung trình tự thao tác ngược lại từ dưới lên

Để đảm bảo an toàn,tránh nhầm lẫn gây sự cố nguy hiểm,mỗi lần đóng cắt phải có phiếu thao tác ghi rõ trình tự đóng cắt từng phần tử thiết bị điện

2.Kiễm tra

Phải có chế độ kiễm tra thường xuyên và kiểm tra định kỳ

Thường xuyên kiểm tra phụ tải của máy biến áp; đối với máy biến áp va øcác máy cắt dầu phải có chế độ kiểm nghiệm định kỳ chất cách điện

Thực hiện đầy đủ chế độ kiểm tra sẽ sớm phát hiện những chổ hư hỏng và kịp thời sữa chữa,ngăn chặn sự cố có thể xảy ra(đặc biệt là các thiết bị đóng cắt vàbảo vệ)ä

3.Vận hành kinh tế máp biến áp

Vận hành kinh tế máy biến áp là phương thức vận hành thế nào để đạt được tổn thất công suất trong máy biến áp là ít nhất.Do đó chi phí vận hành và tổn thất điện năng là ít nhất.Vấn đề đặt ra chỉ có ý nghĩa khi trạm có từ hai máy biến áp trở lên

Trạm có hai máy biến áp Cần xét nên cho hai máy vận hành theo quy luật thế nào để đạt hiệu qủa kinh tế nhất Biết rằng tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp(kể cả thành phần

















dm N ' 0 ' B '

S

S P ΔP P ΔP P

Ở đây:

0

Q ΔP k P

ΔP P

ΔP '0  0  kt

N kt N N ' ΔPP k ΔPQ P

- k kt là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng

Từ biểu thức (5-1) ta thấy rằng tổn thất công suất trong máy biến áp gồm hai thành phần:

- Thành phần không có quan hệ với phụ tải a ΔPP '0

- Thành phần tỷ lệ với phụ tải 2

dm 2 N

'

S S

P ΔP

b 

B ' a bS P

Đưởng cong biểu diễn quan hệ ΔP P 'B f S

 là một đường parabol (hình 5-12) Từ hình 5-12,Đường nét đứt là đường vận hành với tổn thất công suất ít nhất

Như vậy:

- KhiS  S 1 nên cho một mình máy biến áp 1 làm việc

- Khi S1 < S < S2 nên cho một mình máy biến áp 2 làm việc

- KhiS  S 2 nên cho hai máy vận hành song song

Hình 5-12 Đường congΔP P 'B f S của máy biến áp 1 và 2:

1.đường cong tổn thất công suất của máy biến áp 1;2 đường cong tổn thất công suất của máy biến áp 2; 3 đường cong tổn thất công suất của máy biến áp 1 và2 vận hành song song

Nếu trạm có n máy biến áp có tham số giống nhau thì biểu thức sau cho phép tính trị số phụ tải bắt đầu từ đó nên chuyển từ việc vận hành một máy sang vận hành n máy để có lợi về mặt kinh tế

N ' 0 ' dm

P ΔP

P ΔP 1 n n S

Cần chú ý là trong thực tế phụ tải có thể luôn luôn biến đổi (hình5-13)

S 1 S 2

S k v a

1

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh

Hình 5-13.Đồ thị phụ tải hằng ngày:

1.trước khi điều chỉnh phụ tải.2.sau khi điều chỉnh phụ tải

Nếu muốn vận hành máy biến áp kinh tế theo những trình bày ở trên thì trong thời gian:

 Từ 0 đến t1: Cho máy biến áp 1 vận hành;

 Từ t1 đến t2: Cho máy biến áp 2 vận hành;

 Từ t2 đến t3:Cho hai máy biến áp vận hành song song

.Trong thực tế để vận hành kinh tế trạm biến áp người ta sắp xếp lịch làm việc của các máy,điều chỉnh lại để có đồ thị phụ tải tương đối bằng phẳng.Sau khi điều chỉnh đồ thị phụ tải như vậy chúng ta mới căn cứ vào trị số phụ tải để cho các máy biến áp vận hành phù hợp với điều kiện kinh tế(Tránh việc đóng cắt thường xuyên máy biến áp vì điều này ảnh hưởng tới tuổi thọ của thiết bị)

Ví dụ ở hình 5-13 sau khi điều chỉnh phụ tải phương thức vận hành có thể như sau:

 Từ t5 đến t1: Cho máy biến áp 1 vận hành;

 Từ t1 đến t3 vàt4 đến t5: Cho hai máy biến áp vận hành;

 Từ t3 đến t4: Cho hai máy vận hành song song;

5.5 Nhu cầu vận hành song song các máy biến áp

Nhu cầu vận hành song song hai hoặc nhiều hơn các máy biến áp xảy ra khi:

- Tải phát triển,vượt qúa khả năng của một máy biến áp hiện có;

- Thiếu không gian (độ cao) cho một máy biến áp lớn;

- Tăng cường độ tin cậy (khả năng hư cùng lúc hai máy biến áp rất nhỏ);

- Sự tuân theo kích cở chuẩn của máy biến áp trong toàn mạng điện

Công suất tổng (kVA)

Khi hai hoặc nhiều máy biến áp cùng công suất định mức (kVA) nối song song,thì bằng tổng công suất định mức của từng máy với điều kiện cần thiết là các máy biến áp này có cùng điện áp ngắn mạch và cùng tỷ số biến áp

Các máy biến áp có công suất định mức khác nhau sẽ chia tải thực tế(nhưng điều này không hoàn toàn chính xác)tỷ lệ với công suất định mức của chúng.Điều kiện vận hành song song bây giờ là tỷ số biến áp giống nhau và tổng trở ngắn mạch phần trăm là đồng nhất hoặc gần giống nhau

Trong trường hợp này, công suất định mức được tính 90 % tổng hai trị số công suất định mức

Người ta khuyến cáo rằng khi các máy biến áp có tỷ số các công suất định mức lớn hơn 2:1,không nên vận hành song song thường xuyên

Các điều kiện cần thiết để vận hành song song

Tất cả các phần tử vận hành song song phải được cấp nguồn từ một lưới chung

Dòng không cân bằng(không thể tránh được) chạy quẩn giữa các phía thứ cấp của các máy biến áp song song là rất bé và có thể bỏ qua được khi:

+ cáp nối từ thứ cấp máy biến áp tới điểm nối chung của mạch song song phải cùng loại và có chiều dài gần bằng nhau;

+ tổ đấu dây (sao,tam giác,sao kiểu zigzag) trong các máy biến áp phải có cùng sự biến đổi pha giữa cuộn dây sơ và thứ;

- điện áp ngắn mạch phần trăm phải bằng nhau hoặc khác nhau ít hơn 10%;

- sự khác nhau về trị số điện áp giữa các pha tương ứng không được vượt qúa 0,4%…

Các kiểu đầu dây thông thường

Như đã mô tả trong mục 4.4 “các kiểu đấu dây”,mối quan hệ giữa các cuộn dây sơ,thứ và cuộn thứ ba phụ thuộc vào:

- loại đấu dây(sao,tam giác,sao kiểu zigzag);

- cách nối các cuộn dây pha

Ví dụ khi nối kiểu sao sẽ cho ra điện áp ngược 180o với các điện áp tạo ra nếu đấu sao ở chiều ngược lại.Tương tự như vậy,độ lệch góc pha 180o sẽ xảy ra trong hai trường hợp khi nối các cuộn dây vào điện áp dây cho kiểu nối dây tam giác,trong khi đó kiểu zigzag có thể thực hiện theo 4 cách phối hợp với nhau;

- góc lệch pha của àp thứ cấp so với phía sơ cấp như đã nói trên luôn bằng một bội số của 30o ,phụ thuộc vào cách nối dây và cách nối cực tính của các cuộn dây pha.Cách nối thông dụng nhất đối với máy biến áp phân phối là Dyn-11

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh