Thiết kế trạm biến áp 110 kv vĩnh lộc

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV VĨNH LỘC SINH VIÊN : NGUYỄN MINH THUẬN MSSV : 15043681 LỚP : DHDI11B GVHD : THS PHAN THỊ HẠNH TRINH TP HCM, NĂM 2019 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài Nguyễn Minh Thuận, MSSV: 15043681 Tên đề tài THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV VĨNH LỘC Nội dung Thiết kế phần điện cho trạm biến áp 110/35kV có thơng số sau: a Hệ thống: Trạm biến áp nối với hệ thống có thơng số sau: - Cơng suất ngan mach hệ thống: SkHT = 2000 MVA - Cung cấp điện cho trạm đường dây dài = 60 km b Phụ tải 35 kV: Phụ tải 35 kV có thơng số sau: - Cơng suất: Smax = 85 MVA - Hệ số công suất: - Số đường dây phụ tải : - Đồ thị phụ tải cấp 35 kV sau: cosφ = 0,85 Thời gian 0-5h 5-8h 8-12h Công suất 70 90 100 S (%) c Phụ tải tự dùng trạm biến áp: - Công suất: - Hệ số công suất: 12-13h 13-18h 85 100 18-22h 22-24h 90 70 Smax = 1,4 MVA cosφ = 0,85 Kết Mục tiêu của việc thực hiện khóa luận này là hoàn thành thiết kế phần điện cho trạm biến áp 110k Vĩnh Lộc Nội dung thực hiện bao gồm chương sau: Tổng Quan, Phụ Tải Điện, Sơ Đồ Cấu Trúc Trạm Biến Áp, Chọn Máy Biến Áp, Sơ Đồ Nối Điện, Tính Toán Dòng Điện Ngắn Mạch, Tính Toán Tổn Thất Điện Năng Trong Máy Biến Áp, Chọn Khí Cụ Điện Và Các Phần Dẫn Điện, Tổng Kết ii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 2018 Sinh viên iii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iv KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ viii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix CHƯƠNG 10 TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 10 1.1 KHÁI NIỆM 10 1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHÍNH KHI THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 11 1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP SẼ THIẾT KẾ 12 CHƯƠNG 13 TỔNG HỢP ĐỒ THỊ PHỤ TẢI 13 2.1 KHÁI NIỆM 13 2.2 PHÂN LOẠI PHỤ TẢI 13 2.3 TỔNG HỢP ĐỒ THỊ PHỤ TẢI 14 CHƯƠNG 17 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP 17 3.1 KHÁI NIỆM 17 3.2 CHỌN SỐ LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP 18 3.3 CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN 18 CHƯƠNG 23 CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC 23 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 23 4.2 QUÁ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP 25 4.2.1 Quá tải hệ thống ( tải bình thường của máy biến áp ) 26 4.2.2 Quá tải sự cố của máy biến áp 26 4.3 TÍNH TOÁN CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP 27 4.4 CHỌN SỐ LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP 27 CHƯƠNG 31 SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN 31 v KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN 5.1 KHÁI NIỆM 31 5.2 CÁC DẠNG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CƠ BẢN 32 5.2.1 Sơ đồ hệ thống góp không phân đoạn 32 5.2.2 Sơ đồ hệ thống một góp có phân đoạn 33 5.2.3 Sơ đồ hệ thống hai góp 35 5.2.4 Sơ đồ hệ thống một góp có góp vòng 36 5.3 PHƯƠNG ÁN CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO TRẠM ĐANG THIẾT KẾ 37 CHƯƠNG 39 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 39 6.1 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 39 6.2 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH BA PHA 40 6.3 TÍNH NGẮN MẠCH TRONG MẠNG HẠ THẾ U < 1000V 42 6.4 TÍNH NGẮN MẠCH CHO TRẠM BIẾN ÁP 43 CHƯƠNG 50 TÍNH TOÁN TỐN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP 50 7.1 KHÁI NIỆM 50 7.2 TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP 50 7.3 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP VỚI TRẠM BIẾN ÁP ĐANG THIẾT KẾ 53 7.3.1 Tính tốn tởn thất điện hai máy biến áp ba pha ba cuộn dây 53 7.3.2 Tính tốn tởn thất điện hai máy biến áp ba pha hai cuộn dây 54 7.3.3 Tính tốn tởng tởn thất điện MBA của trạm 55 CHƯƠNG 56 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN 56 8.1 KHÁI NIỆM CHUNG 56 8.2 CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN 56 8.2.1 Các khí cụ đóng – mở 56 8.2.2 Các khí cụ điện phục vụ cho đo lường, tự động, bảo vệ relay 56 8.2.3 Các khí cụ điện hạn chế dòng ngắn mạch ( kháng điện ) 57 8.2.4 Phần dẫn điện 57 8.3 NHỮNG VẤN ĐỀ CHÍNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH TOÁN ĐỂ CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ PHẦN DẪN ĐIỆN 57 vi KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN 8.3.1 Các chế độ làm việc của mạng điện 57 8.3.2 Tính toán xung nhiệt của dòng ngắn mạch: 58 8.4 CÁC ĐIỀU KIỆN CHUNG ĐỂ CHỌN KHÍ CỤ VÀ PHẦN DẪN ĐIỆN 58 8.4.1 Về điện áp 58 8.4.2 Về dòng điện 59 8.4.3 Kiểm tra về ổn định nhiệt 59 8.4.4 Kiểm tra về độ ổn định linh động 59 8.5 CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN, MÁY CẮT PHỤ TẢI, DAO CÁCH LY 60 8.5.1 Chọn máy cắt 60 8.5.2 Chọn dao cách ly 65 8.6 CHỌN DÂY DẪN – THANH GÓP 68 8.6.1 Chọn dây dẫn và góp 110kV 71 8.6.2 Chọn dây dẫn và góp 35kV 73 8.7 CHỌN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU) 78 8.7.1 Khái niệm 78 8.7.2 Chọn máy biến áp điện áp (BU) cho trạm 78 8.8 CHỌN BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI) 80 8.8.1 Khái niệm 80 8.8.2 Chọn biến dòng điện 82 8.9 LỰA CHỌN VAN CHỐNG SÉT (LA) 84 8.9.1 Khái niệm 84 8.9.2 Chọn chống sét van cho trạm 85 CHƯƠNG 87 TỰ DÙNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP 87 9.1 KHÁI NIỆM 87 9.2 SƠ ĐỒ TỰ DÙNG CỦA TRẠM BIẾN ÁP 87 9.3 CHỌN CÔNG SUẤT MBA TỰ DÙNG CỦA TRẠM 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 LỜI CẢM ƠN 90 vii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Đồ thị phụ tải cấp điện áp 35 kV 15 Hình 2.2 Đồ thị phụ tải của toàn trạm biến áp 16 Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống góp không phân đoạn 32 Hình 5.2 Sơ đồ hệ thống góp phân đoạn một dao cách ly 33 Hình 5.3 Sơ đồ hệ thống phân đoạn hai dao cách ly 34 Hình 5.4 Sơ đồ hệ thống phân đoạn máy cắt 34 Hình 5.5 Sơ đồ hệ thống hai góp 35 Hình 5.6 Sơ đồ hệ thống một góp có góp vòng 36 Hình 6.1 Sơ đồ thay điện kháng 45 Hình 6.2 Sơ đồ thay điện kháng ngắn mạch N1 46 Hình 6.3 Sơ đồ thay điện kháng ngắn mạch N2 47 Hình 6.4 Sơ đồ thay điện kháng ngắn mạch tự dùng 48 viii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng tổng hợp công suất theo đồ thị phụ tải của trạm có phần tự dùng 14 Bảng 4.1 Bảng giá trị kiểm tra tải sự cố 29 Bảng 4.2 Bảng thông số máy biến áp pha cuộn dây 63 MVA 30 Bảng 7.1 Bảng giá trị tổn thất điện hai máy biến áp ba pha ba cuộn dây 53 Bảng 8.1 Bảng thông số máy cắt cấp 110 kV SF6 63 Bảng 8.2 Bảng thông số máy cắt cấp 35 kV 64 Bảng 8.3 Bảng thông số dao cách ly 110 kV 66 Bảng 8.4 Bảng thông số dao cách ly 35kV 67 Bảng 8.5 Bảng tra K2 kiểm tra dòng điện cho phép 68 Bảng 8.6 Bảng phụ tải thứ cấp BU 79 Bảng 8.7 Bảng thông số BU cấp 110 kV 79 Bảng 8.8 Bảng thông số phụ tải thứ cấp BI 82 Bảng 8.9 Bảng thông số BI cấp 110 kV 83 Bảng 8.10 Bảng thông số chống sét van ABB cấp 110 kV 86 Bảng 9.1 Bảng thông số máy biến áp pha cuộn dây 1.6 MVA 88 ix KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 1.1 KHÁI NIỆM Trạm biến áp, nhà máy điện, đường dây truyền tải thành phần quan trọng của hệ thống điện Vì nhà máy điện thường cách xa phụ tải nên ta phải truyền tải điện Để giảm tổn thất truyền tải điện, ta phải truyền tải với điện cao Vì lẽ đó trạm biến áp đống vai trò quan trọng hệ thống điện Trạm biến áp biến đổi điện thấp thành điện cao để truyền tải và ngược lại biến điện cao thành điện thấp để cung cấp cho phụ tải Phân loại: Trạm biến áp phân loại theo điện áp, quy mô cấu trúc xây dựng của trạm Theo điện áp, trạm biến áp chia thành trạm biến áp tăng và trạm biến áp giảm:  Trạm tăng áp: thường đặt nhà máy điện có nhiệm vụ nâng điện áp đầu cực máy phát lên cao để truyền tải xa  Trạm hạ áp: thường đặt trạm phân phối, nhận điện từ hệ thống truyền tải giảm điện áp xuống cấp thích hợp để cung cấp cho phụ tải tiêu thụ Theo mức độ quy mô trạm biến áp, người ta chia làm hai loại:  Trạm biến áp trung gian hay gọi trạm biến áp khu vực thường có điện áp cấp lớn (500, 220, 110 kV) để phân phối cho phụ tải (220, 110, 22, 15 kV) trạm biến áp phân phối  Trạm biến áp phân phối hay gọi trạm biến áp địa phương có nhiệm vụ phân phối trực tiếp cho phụ tải của xí nghiệp, khu dân cư, trường học,… thường có cấp điện áp nhỏ (10;6;0,4 kV)  Trạm biến áp trời: phù hợp với trạm khu vực trạm địa phương có cơng suất lớn  Trạm biến áp nhà: phù hợp với trạm địa phương và nhà máy có công suất nhỏ 10 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN m là hệ số xù xì của bề mặt dây dẫn và 0.87 dây dẫn nhiều sợi bện lại a là khoảng cách pha và a = 250cm r là bán kính dây dẫn và r = 18.85 mm  U vq  84  0.87 1.85  lg 250  288kV 1.85 Do pha đặt nằm ngang nên biểu thức giảm 4%:  0.96  U vq  0.96  288  276.5  35kV Thỏa điều kiện vầng quang Kiểm tra ổn định nhiệt: Ta có: I N2  t N C BN  C Trong đó: TN : là thời gian ngắn mạcxh và tN =0.01s C là hệ số vật liệu và C = 171 BN  C I N2  t N 62  0.01  103  6.81mm2  Schon  750mm2 C 88 Nên dây dẫn chọn thỏa điều kiện nhiệt Chọn góp cấp 35 kV ( chọn dẫn mềm) Chọn theo điều kiện dòng cho phép cực đại Dòng điện cưỡng bức qua góp Smax 85   1.4kA U  35 I cb.max 1.4 I cp    1.674kA K1  K  K3 0.95  0.88 1 I cb.max  Trong đó: K1 : là hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ của môi trường 350C, K1 = 0.88 K2 : là hệ số điều chỉnh dẫn, có dẫn đơn nên K2 = K3 : là hệ số điều chỉnh dẫn nằm ngang, K3 = 0.95 Nên ta chọn dẫn đồng đặc có thông số sau:  Đường kính: 35 mm 76 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN  Tiết diện: 962 mm2  Dòng điện cho phép : 1770A Kiểm tra vầng quang: a U vq  84  m  r  lg (kV ) r Trong đó: m là hệ số xù xì của bề mặt dẫn và 0.98 dẫn đơn a là khoảng cách pha và a = 250cm r là bán kính dây dẫn và r = 17.5 mm U vq  84  0.98  1.75  lg 250  310.4kV 1.75 Do pha đặt nằm ngang nên biểu thức giảm 4%: 0.96  U vq  0.96  310.4  298  110kV Thỏa điều kiện vầng quang Kiểm tra ổn định nhiệt: BN  C I N2  t N 62  0.01  103  3.5mm2  Fchon  962mm2 C 171 Nên thỏa điều kiện nhiệt Kiểm tra điều kiện ổn định động: Điều kiện:  tt   cp Trong đó :  cp  1400Kg / cm2 đồng và 700 Kg/cm2 nhôm  tt : là ứng suất tính toán ngắn mạch và xác định sau: l 120 Ftt  1.76 107   ixk2  1.76 10 7  15.27  1.47 Kg a 33.5 Trong đó: i xk : là dòng điện ngắn mạch xung kích ba pha 35 kV (A) l : khoảng cách hai sứ đỡ dẫn liền của một pha 120 (cm) a : khoảng cách pha 33.5 (cm) Moment uốn tác dụng đến cái: 77 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN M Ftt  l 1.47 120   17.64( Kg / cm) 10 10 Moment chống uốn của dẫn: W = 0.17 x 12 x = cm Ứng suất tính toán là:  tt  M 17.64   8.82( Kg / cm )   tt  1400( Kg / cm ) W Nên thỏa điều kiện lực điện động 8.7 CHỌN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU) 8.7.1 Khái niệm Máy biến điện áp có nhiệm vụ biến đổi điện áp từ trị số cao xuống trị số thấp phục vụ cho việc đo lường, bảo vệ rơ le và tự động hóa Các điều kiện chọn máy biến điện áp UđmBU ≥ UđmHT Cấp chính xác phù hợp với yêu cầu cao dụng cụ đo SdmBU   S2 S   P    Q  dc dc Các yêu cầu chọn dây dẫn từ BU đến dụng cụ đo Tổn thất điện áp (∆U) tren dây dẫn không > 0.5 % điện áp định mức thứ cấp Thỏa mãn điều kiện độ bền về với dây dẫn của BI (Fcu ≥ 1.5 mm2; FAl ≥ 2.5 mm2) Chú ý: khác với BI, mỗi phân đoạn của góp đặt một BU chung, phụ tải của nó là tất dụng cụ đo của mạch nối vào phân đoạn đó trừ mạch máy điện (nếu có) có đặt BU riêng 8.7.2 Chọn máy biến áp điện áp (BU) cho trạm Chọn biến điện áp cấp 110 kV: Điện áp định mức: UdmBU = 110 kV Phụ tải thứ cấp BU: 78 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGUYỄN MINH THUẬN Bảng 8.6 Bảng phụ tải thứ cấp BU Dụng cụ đo STT Kiểu Công suất cosφ Số lượng (VA) P(W) Q(Var) Volt kế 762 9 Walt kế 722 10 10 Var kế 722/1 10 10 Walt kế tự ghi 4377 10 0.8 Var kế tự ghi 4377 10 0.8 6 Công tơ tác dụng CA3Y 1.75 1.75 Công tơ phản CR3Y 1.75 1.75 762 8 kháng Tần số kế Tổng 60.5 Tổng phụ tải thứ cấp BU: S 56.5 12  56.52  122  57.76(VA)  S2dm.BU  57.76VA Ta chọn BU có thông số sau: Bảng 8.7 Bảng thông số BU cấp 110 kV Điện áp định mức Kiểu U1đm (V) Cấp chính Công suất xác định U2đm (V) Mức (VA) HK θ-110-57 110000 0.5 100 400 (bảng tra máy biến điện áp trang 261_thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp phần điện_ Nguyễn Hữu Khái) Chọn dây dẫn đồng có chiều dài từ BU đến đồng hồ đo là l = 100m Dựa vào điều kiện độ sụt áp