Bình thöôøng nhaø maùy phaùt coâng suaát thöøa (sau khi ñaõ cung caáp cho caùc taûi) vaøo heä thoáng, khi nhaø maùy thieáu coâng suaát (coâng suaát toång cuûa caùc phuï taûi lôùn hôn toå[r]
(1)CHƯƠNG :
SƠ ĐỒ CẤU TRÚC NHAØ MÁY ĐIỆN VAØ TRẠM BIẾN ÁP
8-1 KHÁI NIỆM
Sơ đồ cấu trúc nhà máy điện trạm biến áp sơ đồ diễn tả liên quan nguồn, tải hệ thống điện Đối với nhà máy điện nguồn máy phát điện, tải phụ tải mà nhà máy phải cung cấp cấp điện áp Hệ thống điện nơi nhà máy cần nối vào, gồm nhiều nhà máy điện có cơng suất lớn nhà máy định thiết kế Bình thường nhà máy phát cơng suất thừa (sau cung cấp cho tải) vào hệ thống, nhà máy thiếu công suất (công suất tổng phụ tải lớn tổng công suất nhà máy) phần tử (máy phát, máy biến áp) bị cố không làm việc, hệ thống sử dụng cơng suất dự trữ hệ thống cung cấp cho nhà máy để bù vào phần thiếu
Đối với trạm biến áp nguồn thường đường dây cung cấp từ hệ thống đến trạm biến áp, có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp cho phụ tải mà trạm biến áp đảm nhận Với trạm biến áp tiêu thụ có máy phát dự phịng để cung cấp điện cho phụ tải có cố hệ thống, trường hợp máy phát dự phịng xem nguồn Do hệ thống ln xem thành phần quan trọng, cấu trúc nhà máy điện hay trạm biến áp phải luôn giữ liên lạc chặt chẽ
Khi thiết kế nhà máy điện hay trạm biến áp, chọn sơ đồ cấu trúc phần quan trọng có ảnh hưởng định đến tồn thiết kế Các u cầu chọn sơ đồ cấu trúc:
1 Có tính khả thi tức chọn thiết bị như: máy biến áp, máy cắt điện…, có khả thi cơng, xây lắp vận hành
2 Đảm bảo liên hệ chặt chẽ cấp điện áp đặc biệt với hệ thống bình thường cưỡng (có phần tử không làm việc được)
3 Tổn hao qua máy biến áp bé, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua lần biến áp không cần thiết
4 Vốn đầu tư hợp lý, chiếm diện tích bé tốt
5 Có khả phát triển tương lai gần, không cần thay cấu trúc chọn
Thường nhà máy điện hay trạm biến áp có nhiều phương án cấu trúc khác nhau, để chọn phương án cần cân nhắc khía cạnh sau đây:
(2)- Tổng công suất máy biến áp Sđm.B
- Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp VB
- Tổn hao điện tổng qua máy biến áp AB
8-2 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA NHAØ MÁY ĐIỆN
Phụ thuộc vào số lượng máy phát điện (n), công suất tổ máy phát điện (SF), điện áp hệ thống (UHT), phụ tải cấp điện áp tương ứng: điện áp
cao (UC), điện áp trung (UT), điện áp hạ (UH), trị số phụ tải cực đại (Smax), phụ
tải cực tiểu (Smin) cấp điện áp Có thể có nhiều dạng sơ đồ cấu trúc khác
nhau
1 Khi phụ tải có UC, UT, UH UC=UHT; UH=Umf.
Sơ đồ cấu trúc tổng quát có dạng:( hình -1)
Trong phụ tải điện áp cao gồm phần phát hệ thống, phụ tải điện áp máy phát (Umf) bao gồm phần tự dùng máy phát nối vào
thanh góp điện áp máy phát Giả sử có tất n máy phát công suất (Smf), để hạn chế dịng ngắn mạch góp Umf khơng thiết phải nối
tất n máy phát mà nối m máy phát với điều kiện máy phát nghỉ, máy lại (m-1) đủ đảm bảo cho phụ tải SmaxH mà tải từ
máy phát ghép qua lần biến áp, số máy phát cịn lại (n-m) ghép máy phát máy biến áp đưa thẳng lên điện áp cao qua p máy phát ghép lên điện áp trung qua q máy phát p q xác định cho tổng công suất khơng vượt q Smin cấp Điều giải thích
phụ tải cực tiểu, công suất máy phát điện truyền qua T S S max p H T H S S max
UHT = UC
UH = Umf
(3)lần biến áp để phát Trường hợp đặc biệt sử dụng máy biến áp từ ngẫu liên lạc với hệ thống, thường cấp trung cao chọn theo Sđm cuộn hạ
chọn theo cơng suất mẫu (.Sđm), tải thêm lượng công suất
từ trung sang cao với điều kiện khơng lý mà tăng công suất máy biến áp từ ngẫu chọn
Với điều kiện có biểu thức:
(m−1)Smf≥ Smax H→ m ≥Smax H Smf
+1 p.Smf≤ Smin C→ p ≤ Smin C
Smf q.Smf≤ Smin T→ q ≤Smin T
Smf
vaø m + p + q =n
Từ biểu thức suy phương án
Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ ( < 10% SđmF ) khơng thiết có
góp UF mà cung cấp cách rẽ nhánh từ hai máy phát – máy
biến áp qua kháng điện hình 8-1b
p
Ví du 8-1ï: Một nhà máy điện có máy phát công suất 100MVA có nhiệm vụ cung cấp cho phụ tải:
Ở UC =100 KV, Smax/ Smin = 180120 MVA
H T H S S max
UHT = UC
C S S max q HT UT
(Smax
Smin)T
(4)Ở UT = 35 KV, Smax / S = 200140 MVA
Ở UH = Umf = 10,5 KV, Smax/ Smin = 6040 MVA
Điện áp hệ thống 110 KV
Vì Umf = UH ; UC = UHT nên ta có phương án thoả mãn biểu thức trên:
m 60/100 +1 ; p 120/100 ; q 140/100 m + p + q =
Phương án m p q n
1 3 1 0 1 4 4 phương án là: (hình 8-2)
2 Khi UC =UHT; UH UMF UHT = UC
UF
HT
UT
Phương án 3
UHT = UC
UF
HT
UT
Phương án 4
UHT = UC
UF
HT
UT
Phương án 2
UHT = UC
UF
HT
UT
Phương án 1
(5)Trường hợp cung cấp trực tiếp từ máy phát cho phụ tải UH nên có phương án: (hình 8-3a 8-3b)
* Phương án 1: dùng máy biến áp cuộn dây liên lạc cấp điện áp (hình 8-3a), cấp điện áp cao (UC), ( UT) phù hợp với UHT UT, điện
áp cuộn hạ thích hợp với phụ tải hạ, máy phát ghép lên điện áp cao trung
n = p + q
Số lượng máy phát p q nhiều phụ thuộc vào cơng suất cấp điện áp này, phụ tải cấp lớn có số nhiều Ở cần lưu ý công suất máy biến áp điện áp cao giá tiền cao Số máy phát cấp điện áp trung có nhiệm vụ đảm bảo đủ cho phụ tải cấp trung phần cho phụ tải hạ
q SMF ST + SH
Số máy phát cấp điện áp cao có nhiệm vụ cung cấp cho phụ tải UC,
phát hệ thống phần cung cấp cho phụ tải cấp điện áp hạ
p SMF < SC + SH
Phương án số lượng máy biến áp
* Phương án 2: để cung cấp cho phụ tải điện áp hạ rẽ nhánh từ máy biến áp cuộn dây qua máy biến áp thích hợp (hình 8-3b) Nếu phụ tải hạ tương đối lớn giảm cơng suất máy biến áp cuộn dây
Phân phối p q máy phát cho điện áp trung cao xét giống trường hợp nghĩa tránh tải lần qua máy biến áp qua máy biến áp cuộn dây làm tăng công suất máy biến áp cuộn dây Điều kiện là: p SMF SminC
q SMF SminT
Hình 8-3 p
UHT = UC
UH
q HT
UT
a)
UHT= UC
q HT
UT
UH
p
(6)Phương án thực n > p + q = n-2
* Phương án 3: Khi có nhiều máy phát điện dùng máy biến áp để liên lạc UHT với UC, máy biến áp liên lạc UHT với UT máy biến áp
liên lạc UC UT (phần nét đứt), số máy phát lại (n-4) ghép nối
vào góp UHT, UT, UC (p, q, f) với điều kiện p + q + f = n – Số lượng p,
q, f phụ thuộc vào phụ tải cấp UHT, UC, UT
3 Khi UC UHT
Có thể dùng phương án hình 8-3c tách nhà máy làm phần, phần phương án hình 8-3a, b dùng máy biến áp liên lạc từ UHT với cấp
điện áp khác ( hình 8-4a,b )
UT
q p
UHT UC
f
UT
Hình 8-3c
UHT
UC
UT
H
T
(7)8-4 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA TRẠM BIẾN ÁP
Trạm biến áp cơng trình nhận điện hay nguồn cung cấp với điện áp cao để phân phối cho phụ tải cấp điện áp bé điện áp hệ thống Phần công suất phân phối điện áp điện áp hệ thống không qua máy biến áp hạ, phần lại qua máy biến áp giảm có điện áp phù hợp với phụ tải
Phụ thuộc vào cấp điện áp, vào cơng suất phụ tải sử dụng phương án sau:
- Qua máy biến áp giảm dần từ điện áp cao xuống (hình 8-5a)
- Dùng máy biến áp cuộn dây (hay máy biến áp từ ngẫu điện áp trung lớn 110 KV) (hình 8-5b)
- Qua máy biến áp cuộn dây cung cấp cho cấp điện áp thấp (hình 8-5c)
1 Số lượng máy biến áp : 1, 2,
a Một máy biến áp dùng trường hợp:
- Phụ tải thuộc loại không quan trọng Trạm thường cung cấp đường dây từ hệ thống đến
- Trạm biến áp xây thường giai đoạn, giai đoạn đầu đặt máy, phụ tải phát triển (trong 2, năm sau) đặt thêm máy biến áp thứ hai Thiết kế có ưu điểm khơng phải đặt hai máy từ đầu chọn công suất máy biến áp theo phụ tải sau phát triển, giai đoạn đầu máy biến áp làm việc non tải, tổn hao không tải lớn Cịn chọn cơng suất theo phụ tải tại, phát triển phải thay máy biến áp lớn Trường hợp cho phép giai đoạn đầu vận hành máy biến áp thường có khả cố máy biến áp,
a) b)
Hình 8-4
SH UC
UT
UH
a
ST SC
UC
UT UH UC
UH UT
b c
(8)do máy biến áp mới, tuổi thọ cao Hơn thiết kế vốn đầu tư ban đầu nhỏ, tận dụng vốn đầu tư tốt
b Hai máy biến áp phương án thường sử dụng tính đảm bảo cao Phương án thiết kế khi:
- Có hai đường dây cung cấp từ hệ thống
- Khi khơng có máy biến áp lớn phù hợp với phụ tải
- Khơng có khả chun chở xây lắp máy biến áp lớn c Ba máy biến áp sử dụng trường hợp đặc biệt:
- Khi khơng có máy biến áp phù hợp
- Trạm biến áp xây dựng, phát triển phụ tải khơng có khả thay máy phải đặt thêm máy thứ
Đặt máy biến áp thường đưa đến tăng vốn đầu tư, tăng diện tích xây dựng, phức tạp xây lắp Đặc biệt sử dụng máy biến áp cuộn dây hay từ ngẫu không nên dùng máy biến áp làm việc song song
2 Phương án 1(hình 8-5a):
Phương án sử dụng:
- Khi phụ tải cấp điện áp thấp bé phụ tải cấp điện áp cao (ST > SH)
- Khi khơng có máy biến áp cuộn dây thích hợp Máy biến áp cuộn dây chế tạo với điện áp thấp lớn 6KV, 10KV, 22KV
Phương án có nhược điểm máy biến áp cấp (điện áp lớn nhất) phải tải công suất cấp nối tiếp, phải chọn cơng suất lớn, tổn hao lớn khơng nên sử dụng phụ tải SH ST
3 Phương án 2(hình 8-5b):
Sử dụng máy biến áp cuộn dây điện áp cao UC = 110KV; UT = 22;
35KV; UH 6KV; sử dụng máy biến áp từ ngẫu UC 220KV, UT
110KV, UH=10, 22, 35, 110KV
Chú ý: không nên sử dụng máy biến áp cuộn dây hay từ ngẫu, dẫn đến khơng tốt bố trí thiết bị phân phối điện
Phương án có nhiều ưu điểm:
- Số lượng máy biến áp có 2, chiếm diện tích xây lắp - Giá thành thấp
- Tổn hao máy biến áp nhỏ phương án 1, qua lần biến áp
Tuy nhiên khơng phải trường hợp khả thi vì:
- Máy biến áp cuộn dây chế tạo với điện áp UH 6KV
(9)- Khi cơng suất lớn kích thước trọng lượng máy biến áp lớn khơng cho phép chuyên chở xây lắp
- Khi công suất cuộn chênh lệch nhiều Vì máy biến áp chế tạo công suất bé 32 công suất định mức (100/100/66,7; 100/66,7/66,7; 100/66,7/100) điều dẫn đến cuộn cơng suất bé non tải Thích hợp phụ tải UT UH lớn 20% công suất
định mức máy biến áp SH 20%SđmB; ST 20%SđmB
4 Phương án 3 (hình 8-5c) : dùng máy biến áp cuộn dây để tải công suất từ điện áp cao sang trung sang hạ
Phương án có nhược điểm là:
- Tăng số lượng máy biến áp dẫn đến chiếm nhiều diện tích
- Tách trạm biến áp thành hai phần riêng biệt (hai trạm biến áp đặt chung nơi) Tuy nhiên phương án sử dụng phụ tải UT UH
chênhlệch nhiều mà dùng phương án Ví dụ điện áp cao 22KV, điện áp phụ tải (15KV) 0,4KV
Nói chung phương án có nhiều hạn chế sử dụng
(10)1 Chọn điện áp cung cấp điện
Điện áp cung cấp điện có ảnh hưởng trực tiếp đến sơ đồ cung cấp điện , ảnh hưởng đến tổn thất điện áp , tổn thất điện , đến vốn đầu tư … xác định điện áp cung cấp điện cần phải tính tóan so sánh kihn tế kỹ thuật định xác Tuy nhiên thiết kế sơ tham khảo cơng thức gần sau , vào công suất S vào khoảng cách L cung cấp điện
U = 4,34 √L+16P
Hoặc U = √S + 0,5 L
Trong : U điện áp cung cấp điện tính kV
S, P công suất lớn cần cung cấp kVA , kW L chiều dài dây dẫn km
Điện áp cung cấp điện tiêu chuẩn hóa theo thang chuẩn qui định Cụ thể nước ta : 0,4 ; 22 ; 110 ; 220 kV
Cũng tham khảo theo kinh nghiệm thực tế sau :
U (kV) Loại đường dây Công suất tải (kW) Khỏang cách (km) 0,4 Trên khơng
cáp
< 100 < 175
< 0,25 < 0,35 22 Trên không
cáp
2000 ÷ 10000 20 ÷ 50 110 Trên khơng 10000 ÷ 50000 50 ÷ 150 220 không 100000 ÷150000 200 ÷ 300 Sơ đồ cung cấp điện :
Có hình thức cung cấp điện :
- Theo sơ đồ hình tia ( hình 8.6,a ) - Theo sơ dồ phân nhánh ( hình 8.6,b ) - Theo sơ đồ đường vịng ( hình 8.6,c )
(11)
- Sơ đồ hình tia có ưu điểm rỏ ràng , tải độc lập không phụ thuộc vào nhau, dễ dàng thực bảo vệ … có khuyết điểm vốn đầu tư lớn , độ tin cậy cung cấp điện thường sử dụng tải tập trung nằm hướng
- Sơ đồ phân nhánh : tải phụ thuộc vào đường dây , trục cố tải bị ảnh hưởng , tải cuối đường dây điện áp bị giảm có tổn thất điện áp đường dây Hình thức cung cấp điện ứng dụng tải phân phối dọc theo hướng
- Sơ đồ hình vịng phức tạp vốn đầu tư cao độ tin cậy cung cấp điện cao , tải cung cấp theo nhiều tuyến liên hệ Hình thức cung cấp điện thường áp dụng có yêu cầu tải quan trọng
Trong thực tế không thiết phải thống cấu trúc mà thường kết hợp ba hình thức theo yêu cầu cụ thể để tăng cường độ tin cậy dự phịng có cố Một số sơ đồ thường thực
1- Sơ đồ hình tia có đường dây dự phịng chung .( hình 8.7 )
Hình 8.7.
Ngồi đường dây riêng cung cấp cho phụ tải có đường dây dự phòng chung ( đường nét đứt ) , bình thường đường dây dự phịng cắt hay đóng , cịn máy cắt dự phịng ( ) cắt , đường dây cung cấp nghỉ máy cắt dự phịng của phụ tải đóng lại , đường dây dự phịng thay cho đường dây nghỉ Chú ý đường dây dự phòng thay cho đường dây tính tốn thiết kế theo đường dây có cơng suất lớn 2- Sơ đồ phân nhánh có dự phịng chung ( hình 8.8 )
(12)Hình 8.8
cấp cho phụ tải ( đường nét đứt ) làm dự phịng chung thay cho đường dây đường dây phải nghỉ lý , nhờ máy cắt dự phòng
Sơ đồ kiểu thường sử dụng nhà nhiều tầng khu vực có nhiều dãy nhà , nhà máy có nhiều phân xưởng …
3- Sơ đồ phân nhánh có dự phịng riêng (hình 8-9 )
Hình 8-9
(13)4- Sơ đồ phân nhánh nối hình vịng (hình 8-10 )
Hình 8-10
Sơ dồ hình vịng thường sử dụng cần cung cấp điện cho phụ tải nằm khu vực rộng , cấu trúc phức tạp vốn đầu tư cao có độ tin cậy cung cấp điện cao nhờ liên hệ với chặc chẽ 5- Sơ đồ hình tia cung cấp đường dây kép ( hình 8-11 )
Hình 8-11
Trong cấu trúc phụ tải cung cấp hai đường dây lấy từ hai phân đoạn khác
6-Sơ đồ phân nhánh cung cấp hai đường dây (hình 8-12)
(14)8-6 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA TRẠM BIẾN ÁP HẠ THẾ.
Đối với mạng điện hạ ( U=380/220 V) phân xưởng thường phân thành mạng chiếu sáng mạng động lực để đèn chiếu sáng không bị ảnh hưởng tượng sụt áp khởi động động
1- Mạng động lực thường dùng hình tia nhóm phụ tải nhóm phụ tải dùng sơ đồ phân nhánh , bảng điều khiển thực theo nhóm phụ tải ( hình 8-12a,b,c ) theo trục phân nhánh nhóm phụ tải nằm hai phía trục đường dây ( hình 8-12d )
a)Điều khiển chung b)Điều khiển nhóm c)Kết hợp hình tia phân nhánh
d) Phân nhánh cho nhóm phụ tải theo trục chính
Hình 8-12.Các phương án cấu trúc mạng hạ phân xưởng 2- Mạng chiếu sáng : Cần lưu ý :
- Nếu sử dụng mạng ba pha , việc phân đèn cho hợp lý điện pha , khắc phục tượng giao động theo tần số, phụ tải pha không chênh lệch …
(15)