TRẠM BIẾN ÁP VÀ MÁY BIẾN ÁP Hướng Dẫn Trạm biến áp mà thiết bị chủ yếu của nó là máy biến áp,đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện. Việc lưa chọn đúng vị trí đặt trạm,sơ đồ trạm,số lượng va công suất máy biến áp,lựa chọn đúng đầu phân áp cũng như xác định đúng chế độ vận hành kinh tế trạm biến áp sẽ nâng cao các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật khi thiết kế,vận hành các hệ thống điện. 1.Xác địnhvị trí đặt các trạm biến áp trung gian,trạm phân phối trung tâm và trạm biến áp phân phối:
Trang 1CHƯƠNG 4: TRẠM BIẾN ÁP VÀ MÁY BIẾN ÁP
Hướng Dẫn
Trạm biến áp mà thiết bị chủ yếu của nó là máy biến áp,đóng vai trò rất quan trọngtrong hệ thống điện Việc lưa chọn đúng vị trí đặt trạm,sơ đồ trạm,số lượng va công suất máy biến áp,lựa chọn đúng đầu phân áp cũng như xác định đúng chế độ vận hành kinh tế trạm biến áp sẽ nâng cao các chỉ tiêu kinh tế- kĩ thuật khi thiết kế,vận hành các hệ thống điện
1.Xác địnhvị trí đặt các trạm biến áp trung gian,trạm phân phối trung tâm và trạm biến áp phân phối:
Vị trí tối ưu đạt các trạm điện kể trên la trung tâm phụ tải của khu vực mà trạm cần cấp điện Giả thiết của phụ tải trong khu vực có các tọa độ thì điển trọng tâm phụ tải
có tọa độ X,Y là M(X,Y) được xác định theo công thức :
, (6.1)Trong đó : –công suất của phụ tải thứ i trong khu vực
2.Xác định số lượng máy biến áp trong một trạm biến áp:
Số lượng máy biến áp đặt trong một trạm chủ yếu phụ thuộc vào loại hộ tiêu của phụ tải
- Trạm cấp điện cho hộ loại 1 cần đặt 2 máy biến áp;
- Trạm cấp điện cho hộ loại 3 cần đạt 1 máy;
- Trạm cấp điện cho hộ loại 2 (các xí nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng,siêu thị v.v ) thì xác định số lượng máy biến áp như sau:
+ Nếu có đủ số liệu về tổn thất kinh tế do mất điện thì sử dụng công thức (2.3) (Z
= ( để quyết định nên đạt 2 máy hay 1 máy biến áp
+ Hoặc dùng 1 biến áp cộng với máy phát điện điezen dự phòng
3.Xác định công suất máy biến áp:
*Với bài toán lưới điện (U≥110 kV), các trạm biến áp đều la trạm biến áp trung
gian,ở đó cần biết phụ tải cực đại và cực tiểu để phục vụ cho tính toán các chế độ vận hành và điều chỉnh điện áp Ngoài ra mỗi trạm biến áp đều cấp điện cho một vùng khấ lớn,ở đó có cả phụ tải loại 1 va loại 3,khó mà cắt phụ tải loại 3 khi xảy ra
sự cố 1 máy biến áp trong trạm 2 máy, Vì thế công thức để xác định phụ tải tính toán như sau:
Trang 2- Đối với trạm 2 máy:
Trong đó 1,4 là hệ số phụ tải trong thời hạn quá tải trong phá 5 ngày đêm,mỗi ngày quá tải không quá 6 giờ
Công thức (6.1),(6.2) dùng cho các máy sản xuất nội địa cũng dùng cho các máy ngoại nhập đã nhiệt hóa.Với các máy ngoại nhập chưa nhiệt đới hóa,cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ,nghĩa là phải sử dụng công thức sau:
- nhiệt độ nơi sử dụng máy ;
- nhiệt độ nơi chế tạo máy;
Ví dụ với máy biến áp do Nga chế tạo dùng ở Việt Nam có:
(nhiệt độ trung bình tai Matcova):
(nhiệt độ trung bình tại Hà Nội):
*Với lưới cung cấp điện (U≤ 35kV), chỉ cần tính toán ở chế độ cực đại,theo công suất
tính toán xác định được trực tiếp từ phụ tải Mặt khác,lưới cung cấp điện làm nhiệm vụ cấp điện trực tiếp cho hộ tiêu thụ nên biết chính xác phụ tải nào quan trọng không được phép cắt điện, phụ tải nào kém quan trọng có thể ngừng cung cấp điện khi sự cố một máybiến áp để chọn biến áp được hợp lý hơn Ngoài ra, các biến áp ở lưới cung cấp điện thường dùng hàng nội địa không cần hiệu chỉnh nhiệt độ
Trang 3Công thức chọn công suất biến áp cho trạm 1 va 2 máy như sau:
- Với trạm 1 máy:
(6.5)
- Với trạm 2 máy,cấp cho phụ tải 100% la loại 1:
+ khi 2 máy làm việc : (6.6)
(6.8)Trong đó : – công suất phải cấp ngay cả khi sự cố 1 biến áp,đó chính là phụ tải loại 1 không thể cát điện
4.Xác định chế độ vận hành kinh tế của trạm biến áp :
Với trạm biến áp đặt 2 máy,khi biết cả trị số phụ tải mã,min hoặc biết đồ thị phụ tải ,ta cần xác định chế độ vận hành kinh tế của trạm,nghĩa là vận hành các máy biến áp sao cho tổn thất điện năng trong trạm là nhỏ nhất
Trình tự xác định chế độ vận hành kinh tế của trạm như sau:
- Xác định - công suất giới hạn để chuyển chế độ vận hành trạm từ 2 máy xuống 1 máy hoặc ngược lại:
5.Lựa chọn đầu phân áp
Đây là bài toán của lưới điện cần lựa chọn được đầu phan áp cho máy biến áp đặt tại các trạm biến áp trung gian nhằm đảm bảo điện áp vận hành :cực đại,cực tiểu
va sự cố
Đối với trạm có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường ,độ lệch điện áp trên thanh gáp hạ áp của trạm quy định như sau:
- Trong chế độ phụ tải cực đại:δ% =+5%
- Trong chế độ phụ tải cực tiểu: δ%=0% (6/10)
- Trong chế độ sự cố : δ%=0-5%
Trang 4Đối với trạm có yêu cầu điều chỉnh thường, độ lệch được áp trên thanh góp hạ áp của trạm quy định như sau:
- Trong chế độ phụ tải cực đại: δ%≥+2,5%
- Trong chế độ phụ tải cực tiểu: δ%≥+7,5% (6.11)
- Trong chế độ sự cố: δ%≥+-2,5%
Trình tự chọn đầu phân áp như sau:
Xác định điện áp tính toán của đầu phân áp của máy biến áp ở chế độ cực đại và cực tiểu :
(6.12)(6.13)
Từ đây xác định đầu phân áp trung bình:
(6.14)
Rồi chọn đầu phân áp tiêu chuẩn ,sau đó xác định điện áp thực hiện trên thanh góp hạ áp ở ba chế độ :cực đại,cực tiểu,sự cố theo công thức sau:
(6.15)(6.16)
(6.17)Cuối cùng kiểm tra độ lệch điện áp của thanh các hạ áp trong ba chế độ Nêu cả bachế độ đều thỏa mãn điều kiện (6.10) hoặc (6.11) thì chọn máy biến bình thường với phân áp tiêu chuẩn đã chọn.Nếu một trong ba chế độ điện áp không thỏa mãn thì phải chọn dùng máy biến áp điều áp dưới tải và tiếp tục chọn ba đầu phân áp tiêu chuẩn cho ba chế độ vận hành
Cần lưu ý là máy biến áp điều áp dưới tải đắt gấp khoảng 1,4 lần máy biến áp điềuchỉnh thường, cho nên chỉ khi không chọn được máy biến áp điều chỉnh thường mới chọn máy biến áp điều áp dưới tải,Cụ thể như sau:
Với phụ tải loại 1(không cho phép cắt điện ): Bất kể yêu cầu điều chỉnh thường hay khác thường
- Nếu chọn được 1 đầu phân áp cố định thỏa mãn yêu cầu điện áp ở thanh cái hạ áp
cả ba chế độ phụ tải thì chỉ chọn máy biến áp điều chỉnh thường
- Nếu không chọn được máy biến áp điều chỉnh thường,nghĩa là không chọn được một đầu phân áp cố định thỏa mãn cả ba chế dộ điện áp thì chọn máy biến áp điều chỉnh lưới điện
- Với phụ tải loại 3(cho phép cắt điện khi cần thiết),bất kỳ yêu cầu điện chỉnh điện
áp thường hay khác thường chỉ chọn máy biến áp điều chỉnh thường
Trang 5- Nếu chọn được 1 đầu phân áp cố định thỏa mãn cả 3 chế độ điện áp thì tốt nhất ,khi đó mặc dù phụ tải thường xuyên biến động,máy biến áp vẫn làm việc liên tục,không cần cắt điện để thay đổi nấc điều chỉnh.
- Nếu không chọn được 1đầu phân áp cố định thì vẫn dùng máy biến áp thường.khi
đó phải chọn ba đầu phân áp tương ứng với ba chế độ điện áp
Khi phụ tải thay đổi (cực đại ,cực tiểu,sự cố) thì phải cắt biến ap ra khỏi lưới để thay đổi nất điều chỉnh,trạm tạm thời ngừng cấp điện trong thời gian vài phút
6 Chọn công suất biến áp kết hợp với bù cosφ:
Các xí nghiệp công nghiệp nếu có cosφ rất thấp(0,5-0,7),chỉ cần hành một thời gian ngắn (vài tháng ) thì phải bù cosφ theo yêu cầu của điện lực Nếu như đã chọn biến áp theo phụ tải tính toán chưa bù công suất phản kháng thì công suất máy sẽ lớn hơn nhiều so với công suất máy yêu cầu sau khi bù Điều đó dẫn tới sử dụng máy kém hiệu quả kinh tế do non tải(làm tăng vốn đầu tư,cosφ thấy,tổn hao không tải lớn).Ngay từ đầu,với sự khẳng định là thế nào cũng sẽ phải bù,ta nên chọn biến áp kết hợp với bù cosφ ngay từ đầu ta sẽ chọn được máy biến áp hợp lý.Trước hết,căn cứ vào công thức (3,8) tatinhs được tổng công suất Q cần bù trong
xí nghiệp để nâng coslên cos
Sau đó công suất của máy biến áp được chọn theo công thức :
- Với trạm 1 máy:
(6.18)
- Với trạm 2 máy:
(6.19)Nếu xí nghiệp (hoặc phân xưởng) có hộ loại 3 ta cũng xét hộ loại ba với việc áp dụng các công thức tương ứng (6.6) và (6.7)
Bài 6.1
Một khu công nghiệp có phụ tải tính toán là 42000 kVA.Yêu cầu lựa chọn biến áp cho trạm biến áp trung gian 110/22kV cấp điện cho khu công nghiệp Khu công nghiệp thuộc hộ loại 1
GiảiKhu công nghiệp thuộc hộ loại 1 nên phải đặt trạm 2 máy biến áp.1 Dùng máy nội địa doABB hoặc Công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo:
Trang 6Chọn dùng máy biến áp 2×31.500 kVA- 110/22 kV
1. Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian 110/10 kV cấp điện cho toàn huyện:
2. Lựa chọn số lượng, công suất biến áp đặt trong trạm
Trang 810 1750 31 12Trọng tâm phụ tải toàn huyện M (X,Y):
Sử dụng máy biến áp 110/10 kV do Công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo, không cần xét hiệu chỉnh nhiệt độ
Phụ tải điện toàn huyện, với hệ số đồng thời = 0,7 là:
Yêu cầu lựa chọn biến áo cho nhà máy
Giải
1. Chọn công suất máy biến áp
Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện chọn số lượng máy biến áp là 2.
Chọn sơ đồ đấu dây: sơ đồ bộ máy phát – máy biến áp
Chọn chủng loại máy: vì hệ thống có công suất vô cùng lớn, để tiện giao lưu công suất giữ 220 kV và 110 kV sử dụng máy biến áp tự ngẫu
2. Chọn công suất máy biến áp
Công suất máy biến áp tự ngẫu được chọn theo công thức:
Trang 9= (6.20)
Trong đó:
α – hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:
α = = 0,5
- công suất thừa, đó chính là lượng công suất thoát ra của nhà máy sau khi đã trừ
đi công suất tự dung và công suất phụ của tải địa phương Để xác định công suất thừa cần lấy trị số phụ tải địa phương thấp nhất và công suất tự dung cao nhất ứngvới chế độ phát 100% công suất của máy phát:
1. Chọn số lượng máy biến áp
Nhà máy cơ khí nhỏ chỉ thuộc hộ
loại 2, chỉ nên đặt một máy biến áp
với đường dây cung cấp lộ đơn, nếu
có điều kiện kinh phí thì đặt thêm máy
phát dự phòng có bộ phận tự động đóng
cắt nguồn dự phòng trong khoàn thời
gian định trước (hình 6.2)
hình 6.2 Sơ đồ trạm biến áp
dành cho phụ tải loại 2
2. Chọn công suất máy biến áp
Trang 10Với trạm một máy, công suất biến
áp được chọn như sau:
1.Chọn số lượng máy biến áp
Nhà máy luyện kim thuộc hộ loại 1, cần đặt 2 biến áp cho trạm biến nhà máy
2.Chọn công suất máy biến áp
- Trường hợp 100% phụ tải loại 1
- Áp dụng công thức (6.6), (6.7):
= = 300 kVA
= = 428 kVA
Trường hợp này chọn 2 máy biến áp 500 kVA: 2× 500 kVA- 10/0,4 kV
- Trường hợp nhà máy có 40% phụ tải loại 3
Áp dụng công thức (6.6) và (6.8):
= = 300 kVA
= = 257 kVA
Căn cứ vào hai điều kiện trên chọn: 2 × 315 kVA – 10/0,4 kV
Nhận xét: nếu khảo sát biết được trong phụ tải loại 1 có một số phần trạm nào đó hộ loại
ba, thì khi sự cố biến áp ta nên cắt số phần tram loại ba đi sẽ chọn được công suất biến áphợp lý hơn, cụ thể là giảm vốn đầu tư và tang hệ số dẫn tải đến làm giảm tổn hao không tỉa máy biến áp Cụ thể với bài toán trên:
= = 0,6
Trang 11Nếu cắt 40% phụ tải loại 3, chỉ cần chọn 2 máy 315 kVA, khi đó hệ số tải của máy biến
áp khi hai máy vận hành bình thường là:
= 0,95
Bài 6.6
Một siêu thị 2 tầng, mỗi tầng 750m2, tầng dưới là siêu thị thực phẩm, tầng trên là siêu thị điện máy và hang gia dụng.Yêu cầu lựa chọn biến áp cho trạm biến áp của siêu thị điện áp 22/0,4 kV
Giải
Trước hết cần xác định phụ tải điện của siêu thị theo công thức (4.42).Lấy suất phụ tải với tầng 1 là Po =150 W/m2, tầng 2 là Po =100 W/m2, xác định được phụ tải tính toán của siêu thị là:
Trang 12Chọn dùng 8 bộ tụ điện 3 pha của DEA YEONG dung lượng 45 kVAr có các
thong số kỹ thuật cho trong bảng sau:
Loại tụ điện Qb(kVAr) Uđm(v) Iđm(A) Số pha Số bộ tụDLE-4D
Nhà máy nhiêt điện gồm 2 tổ máy điện 100MW , = 0,85, Điện áp 10,5 kV Nhà máy có nhiệm vụ cấp điện cho phụ tải địa phương 10 kV có trị số cực đại là 15 MVA,cực tiểu 11,25 MVA và phụ tải 110 kV, công suất còn lại sẽ phát lên hệ
thống 220 kV Hệ thống có công suất vô cùng lớn
Yêu cầu lựa chọn biến áp cho nhà máy
BÀI 6.8
Một nhà máy cơ khí trung quy mô gồm 9 phân xưởng có mặt bằng cho trên hình6.3 Phụ tải tính toán và đặc tính phụ tải các phân xưởng cho trong bảng kèm theo Yêucầu lựa chọn số lượng, vị trí và công suất các trạm biến áp phân xưởng; xác định vị tríđặt trạm biến áp trung tâm (TBATT) hoặc trạm phân phối trung tâm (TPPTT) của nhàmáy
Bảng phụ tải tính toán các phân xưỏng
SỐTT Tên phân xưởng SBl kVA COS(p Loại hộ Số % phụ tải loại 3
Trang 136 Phân xưởng nhiệt luyện 1250 0,9 1 0%
1 Chọn số lượng trạm biến áp phân xưởng
Căn cứ vào vị trí công suất tính toán của các phân xưởng ta sẽ đặt 6 trạm biến áp phân xưởng:
Trạm 1: Cấp điện cho phân xưởng cơ khí số 1
Trạm 2: Cấp điện cho phân xưởng cơ khí số 2
Trạm 3: Cấp điện cho phân xưởng cơ khí số 3
Trạm 4: Cấp điện cho phân xưởng cơ khí số 4, trạm bơm và phân xưởng SCCK
Trạm 5: Cấp điên cho phân xưởng lắp ráp và nhà hành chính
Trang 14Trạm 6: Cấp điện cho phân xưởng nhiệt luyện.
2 Lựa chọn vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng ( TBAPX)
Vị trí tối ưu đặt TBAPX là trọng tâm phụ tải của phân xưởng
- Với trạm cấp điện cho 1 phân xưởng thì trọng tâm phụ tải chính là tâm hình học của phân xưởng ( ta coi như phụ tải phân bố đều trong phân xưởng) Tuy nhiên trong phân xưởng đã đặt đầy máy móc do yêu cầu thiết kế công nghệ, ta phải dịch chuyển vị trí đặt trạm ra vị trí thuận lợi lân cận trọng tâm phụ tải, đó chính là vị trí đặt kề phân xưởng ở phía ngoài tường phân xưởng gần tâm hình học phân xưởng nhất ( xem hình 6.4 các trạm B1, B2, B3, B6)
- Với TBAPX cấp điện cho 2,3 phân xưởng thì vị trí đặt trạm tối ưu là trọng tâm phụ tải của 2,3 phân xưởng đó Tuy nhiên vị trí này sẽ nằm ra ngoài khoảng trống, có thể gây cảntrở giao thông hoặc làm mất mỹ quan công nghiệp, vị trí thích hợp trong trường hợp này
là đặt trạm kề với phân xưởng có công suất tính toán lớn nhất dịch gần về phía các phân xưởng còn lại ( xem hình 6.4, các trạm B4, B5)
3 Lựa chọn công suất máy biến áp trong các TBAPX
- Trạm B1, Vì phân xưởng cơ khí số 1 thuộc hộ loại 1 nên phải đặt 2 máy Phân xưởng có20% phụ tải loại 3, trường hợp 1 máy biến áp sự cố ta sẽ cắt 20% loại 3 đi, chỉ còn phải cấp điện cho 80% phụ tải loại 1 Áp dụng công thức ( 6.6) và (6.8) tính được:
S
4 , 1
1380 8 , 0 4 , 1
% 80 4
S
4 , 1
1050 8 , 0 4 , 1
% 80 4 ,
≥
Vậy tại trạm B3 đặt 2 máy biến áp 800 kVA
- Trạm B4 Trạm này cấp điện cho 3 phân xưởng (phân xưởng cơ khí số 4, trạm bơm và
phân xưởng sửa chữa cơ khí):
S4 = 1200 kVA, cosϕ = 0,6 S4 = 720 + j 960 kVA
SB = 160 kVA, cosϕ = 0,8 SB = 144 + j 96 kVA
Ssch = 250 kVA, cosϕ = 0,6 SSc = 150 + j 200kVA
Phụ tải tính toán của cả 3 phân xưởng tức là phụ tải của trạm B4
là:
Trang 15SB4= (720+144+150) +(960+96+200)
2 2
+ (720 2 2 =
Vậy tại trạm B4 đặt 2 máy 850 kVA
- Trạm B5 : Trạm B5 cấp điện cho phân xưởng lắp ráp và nhà hành chính:
Sb5=S5 + SHC
S5 = 1100 kVA, cosϕ = 0,6 S5 = 660 + J 880 kVA
SHC = 125 kVA, cosϕ = 0,8 SHC = 100 + J 75 kVA
SB5 = S5 + SHC = 760 + j 955 kVA
SB5 = 760 +995
2 2
741,5 +
1004
=
≥
Vậy tại trạm B5 đặt 2 máy 800 kVA
- Trạm B6.Trạm này chỉ cấp điện cho phân xưỏng nhiệt luyện, phân xưởng này
100% loại IF, nghĩa là Ssc = Stt áp dụng công thức (6.6) và (6.7)
Trang 16Vậy tại trạm B6 đặt 2 máy biến áp 1000 kVA.
Kết quả chọn máy biến áp cho các TBAPX ghi trong bảng tổng kết sau đây, vị trí
Trang 17Hình 6.4.Vị trí đặt các TBAPX trên mặt bằng nhà máy.
- Với các trạm cấp điện 2,3 phân xưởng, tâm phụ tải sẽ nằm trên đường nối trọng tâm hình học các phân xưởng Tuy nhiên, để đảm bảo mỹ quan và không ảnh hưởng đến giao thông, ta cũng đặt kề với phân xưởng có phụ tải lớn nhất dịch về phía các phân xưởng còn lại ( trạm B4, B5)
5 Vị trí đặt TBATT ( hoặc TPPTT) của nhà máy
Vị trí tối ưu đạt TBATT ( hoặc TPPTT) của nhà máy là trọng tâm phụ tải của toàn nhà máy M ( X,Y);
Để xác định M ( X,Y) ta thành lập hệ tọa độ nhóm trên hình 6.4, sau đó xác định tọa độ của 9 phân xưởng, cuối cùng với các tọa độ của từng phân xưởng và phụ tải tính toán đã biết của từng phân xưởng xác định được tọa độ của điểm M ( X,Y):
Trang 18
1300.5,81050.51380
1300.21050.2,31380.2,
- Phụ tải của trạm biến áp thuộc hộ loai 1
- Yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường
- Điện áp tại thanh cái hạ áp đã quy đổi về cao áp tương ứng với ba chế độ phụ tảicực đại, cực tiểu, sự cố là:
U’H m a x = 115,933 kV; U’H m i n= 111,411 kV: ' U’H s c= 113,521 kV
U U
U
yc H
Hdm H
5,10
11933,115
U U U
yc H
Hdm H
5,10
11933,115
11 521 , 115
=
×
=