Đồ án Thiết kế máy biến áp

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC CHƯƠNG I: TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN .7 1.1 Tính tốn kích thướt chủ yếu MBA 1.2 Chọn vật liệu làm lỏi sắt .9 1.3 Suất tổn hao thép trụ gong 1.4 Các khoảng cách cách điện .10 1.5 Đường kính trụ sắt 11 1.6 Tính sơ tổn hao 12 1.7 Tính toán lại kích thước chủ yếu toån hao 15 CHƯƠNG II: TÍNH TỐN DÂY QUẤN .18 2.1 Các yêu cầu chung dây quấn 18 2.2 TÍNH TỐN DÂY QUẤN HẠ ÁP .19 2.3 TÍNH TỐN DÂY QUẤN CAO ÁP 22 2.4 TÍNH TỐN DÂY QUẤN TRUNG ÁP 25 CHƯƠNG III: TÍNH TỔN HAO VÀ THAM SỐ NGẮN MẠCH 28 3.1 Tổn hao đồng .28 3.2 Tổn hao phụ dây quấn .28 3.3 Tổn hao dây dẫn 30 3.4 Tổn hao vách thùng chi tiết kết cấu .31 3.5 Tổng tổn hao ngắn mạch máy biến áp 31 3.6 Điện áp ngắn mạch .31 3.7 Tính lực học dây quấn máy biến áp ngắn mạch 32 SVTH: Ngô Bảo Quốc ĐKT_K30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP CHƯƠNG IV: TÍNH CHÍNH XÁC MẠCH TỪ VÀ TÍNH THAM SỐ KHÔNG TẢI MÁY BIẾN ÁP 36 4.1 Chọn kết cấu lõi thép 36 4.2.Tổng chiều dày thép trụ (gông) 37 4.3 Số lượng thép bậc 37 4.4 Các kích thước mạch từ 38 4.5 Tính tổn hao khơng tải, dịng điện khơng tải hiệu suất máy biến áp 40 CHƯƠNG V: TÍNH TỐN NHIỆT VÀ CHỌN KẾT CẤU VỎ 45 5.1 Nhiệt độ chênh qua phần 45 5.2 Tính tốn nhiệt thùng 50 5.3 Thiết kế thùng dầu .55 5.4 Tính tốn sơ trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu bình giãn dầu 55 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC CÁC BẢNG TRA CỨU 63 SVTH: Ngô Bảo Quốc ĐKT_K30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, với sách kinh tế mới, Đảng nhà nước ta trọng đẩy mạnh Cơng nghiệp hóa Hiện đại hóa đất nước…Cùng với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp, ngành lượng Việt nam có bước tiến vượt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn then chốt kinh tế Cùng với việc xây dựng thành công đường dây tải điện Bắc – Nam số cơng trình lớn khác, hệ thống điện nước ta bước cải tạo, nâng cấp Xuất ngày nhiều nhà máy điện trạm biến áp phân phối điện, sản lượng chất lượng điện ngày nâng cao Trong ngành điện cơng việc thiết kế máy điện khâu vô quan trọng, nhờ có kỹ sư thiết kế máy điện mà máy phát điện đời cung cấp cho nhà máy điện Khi điện được sản xuất phải truyền tải đến nơi tiêu thụ, trình truyền tải điện vấn đề mà cần quan tâm chất lượng điện tổn thất điện đường dây tải điện, máy biên áp đóng vai trị quan trọng việc truyền tải điện giảm tổn thất trình truyền tải điện xa Việc giải đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật đem lại lợi ích không nhỏ cho kinh tế ngành điện Trong bối cảnh đó, thiết kế Máy biến áp tính tốn chế độ vận hành tối ưu khơng nhiệm vụ mà cịn cố tồn diện mặt kiến thức sinh viên ngành điện trước thâm nhập thực tế… Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths ĐOÀN THANH BẢO, người tận tình hướng dẫn, bảo tơi hướng thực nội dung đồ án Tôi ln ghi nhớ tri ân đóng góp, dạy, quan tâm thầy suốt thời gian thực đồ án Tôi xin trân trọng gởi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô giáo Khoa KT & CN, đặc biệt Ban chủ nhiệm Khoa KT & CN Trường Đại Học Quy Nhơn tạo điều kiện thuận lợi cho học tập nghiên cứu thời gian làm đồ án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Quy nhơn, tháng năm 2012 Sinh viên Ngô Bảo Quốc SVTH: Ngô Bảo Quốc ĐKT_K30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC Để dẫn điện từ trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (Hình 1-1) Nếu khoảng cách nơi sản xuất điện hộ tiêu thụ lớn, vấn đề lớn đặt cần giải việc truyền tải Hộ tiêu thụ điện xa cho kinh tế Đường dây tải Máy biến áp tăng áp Máy biến áp giảm Máy phát điện áp Hình 1-1 Sơ đồ mạng truyền tải đơn giản Như biết, công suất truyền tải đường dây, điện áp tăng cao dòng điện chạy đường dây giảm xuống, làm tiết diện dây nhỏ đi, làm cho trọng lượng chi phí dây giảm xuống, đồng thời tổn hao lượng đường dây giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn xa, tổn hao tiết kiệm kim loại màu, đường dây người ta phải dùng điện áp cao, thường 35, 110, 220 500 kV,1000 kV Trên thực tế, máy phát điện có khả phát điện áp cao vậy, thường đến 21 kV, phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dây lên Mặt khác hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến kV, tới phải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng để tăng điện áp đầu máy phát điện, tức đầu đường dây dẫn điện giảm điện áp SVTH: Ngơ Bảo Quốc ĐKT_K30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP tới hộ tiêu thụ, tức cuối đường dây dẫn điện gọi máy biến áp Thực hệ thống điện lực, muốn truyền tải phân phối công suất từ nhà máy đến tận hộ tiêu thụ cách hợp lý, thường phải qua ba bốn lần tăng giảm áp Những máy biến áp dùng hệ thống điện lực gọi máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất Từ ta thấy rõ, máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải phân phối điện không chuyển hoá lượng Do tổng công suất đặt (hay dung lượng ) máy biến áp hệ thống truyền tải gấp lần công suất máy phát điện Hiệu suất máy biến áp thường lớn (98 ÷ 99%), số lượng máy biến áp nhiều nên tổng tổn hao hệ thống đáng kể cần phải ý đến việc giảm tổn hao, tổn hao không tải máy biến áp Để giải vấn đề ngành chế tạo máy biến áp người ta dùng chủ yếu thép cán lạnh, có suất tổn hao công suất từ hóa thấp hay đặc biệt thấp, mặt khác thay đổi kết cấu mạch từ cách thích hợp ghép mối nghiêng tôn lõi thép, thay kết cấu bulông ép trụ gông xuyên lõi thép vòng đai ép hay dùng qui trình công nghệ cắt dập thép tự động, ủ thép, lắp ráp… Nhờ mà công suất điện áp máy biến áp nâng lên rõ rệt Đi đôi với việc tăng giới hạn công suất, người ta mở rộng thang công suất máy biến áp làm SVTH: Ngơ Bảo Quốc ĐKT_K30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP thành nhiều dãy máy so với trước để đáp ứng cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng vận hành máy biến áp Những dãy máy biến áp đời từ năm 80 trở lại thay máy biến áp thuộc dẫy cũ không thích hợp Để đảm bảo chất lượng điện cung cấp điện liên tục, máy biến áp điều chỉnh điện áp tải ngày nhiều chiếm tới khoảng 50% công suất tổng Để tiết kiệm vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu giảm trọng lượng kích thước máy biến áp, việc dùng máy biến áp tự ngẫu thay cho máy biến áp hai dây quấn người ta áp dụng phương pháp làm lạnh tốt hơn, dùng vật liệu kết cấu không từ tính nhẹ bền hơn…Khuynh hướng dùng dây nhôm để thay dây đồng phát triển Các máy biến áp cỡ lớn trung bình thường sản xuất loại pha ghép thành tổ biến áp ba pha để thuận tiện việc chuyên chở Ngồi máy biến áp điên lực dùng để truyền tải điện ,cịn có nhiều loại biến áp dùng nhiều nghành chuyên môn khác như: biến áp lò điện dùng luyện kim , yêu cầu dùng dòng thứ cấp lớn đến hàng vạn ampe , biến áp nhiều pha dùng để chỉnh lưu dòng điện chiều , biến áp chống nổ dung hầm mỏ ,biến áp đo lường ,biến áp thí nghiệm ,biến áp hàn điện… Ở nước ta sau ngày giải phóng miền Bắc có vài sở thiết kế chế tạo máy biến áp đặc biệt sau thống đất nước (1975) nhiều nhà máy chế tạo máy biến áp xây dựng Tuy tiến hành sữa chữa, thiết kế chế tạo khối lượng lớn máy biến áp, SVTH: Ngơ Bảo Quốc ĐKT_K30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP phục vụ cho nhiều sở sản xuất nước, máy biến áp ta xuất sang số nước Nhà máy chế tạo biến Hà Nội liên doanh với hãng thiết bị điện ABB chế tạo nhiều loại máy biến áp phân phối, điện áp tới 35 kV Nhà máy Thiết bị điện Đông Anh thiết kế chế tạo máy biến áp truyền tải có công suất tới 125 MVA, 250 MVA, điện áp 110 220 kV Đó cố gắng tiến ngành chế tạo máy biến áp nước ta Mááy biến áp cấp điện áp quan tâm dung nhiều, việc phân phối cấp điện áp cao, dùng để cung cấp nguồn tự dùng cho trạm, Chương I TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 1.1 Tính tốn kích thướt chủ yếu MBA: 1.1.1 Các thông số bản: S(kVA) U1/U2 (kV) ± x 2,5% Tổ nối dây P0(W) Pn(W) F ( Hz) 1600 35/22/0,4 (1600/1200/400) Y/Y0 - 12 - 12 2500 19000 50 Un % 1.1.2 Công suất pha máy biến áp: SVTH: Sf= = = 533.333 (kVA) Ngô Bảo Quốc ĐKT_K30 I0% ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP m: số pha máy biến áp * Công suất trụ: S’= S 1600 = = 533.333 (kVA) t t: số trụ máy biến áp, với máy biến áp pha t = * Dòng điện định mức: Vì máy biến áp nối Y nên dịng điện dây dịng điện pha - Phía cao áp: Sđm 1600 IC = Icđm = = = 26.393 (A) 3U Cđm 3.35 - Phía trung áp: IT =ITđm = == 31.492(A) - Phía hạ áp: IH = IHđm = = = 577.350 (A) * Điện áp pha định mức: - Phía cao áp: Uf1 = = 35 = 20.207 (kV) - Phía trung áp: Uf2 = = 22 = 12.7 (kV) - Phía hạ áp: UH = = 0.231 (kV) UfH = Các thành phần điện áp ngắn mạch: Ta có Ur% = = = 1.1875 Thành phần điện kháng điện áp ngắn mạch: Ux% = U n − U r = -1.18752 = 5.88 Điện áp thử dây quấn : Tra bảng ta có : - Phía hạ áp : Ut3= (kV) - Phía trung áp: Ut2 = 55 (kV) - Phía cao áp : Ut1=85 (kV) - Chiều rộng qui đổi rãnh từ tản dây quấn cao áp hạ áp : Với Ut1 =85 (kV), tra bảng ta khoảng cách cách điện dây SVTH: Ngô Bảo Quốc ĐKT_K30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP quấn cao áp dây quấn hạ áp : a12 =27 (mm ), rãnh a12 đặt ống cách điện dày δ 12=5(mm) =k S '.10−2 Trị số k theo bảng 4, cấp điện áp 35 (kV) chọn k =0,48 4 = k S '.10−2 = 0,52 533,333.10−2 = 0,023 ar =a12 += 0,027 + 0,025 = 0,05 (m) 1.2 Chọn vật liệu làm lỏi sắt: Chọn tôn cán lạnh Nhật mã hiệu 27ZH95 , có chiều dày thép 0,27 mm Ta chọn mật độ từ cảm trụ: Bt = 1,65 (T) Theo bảng 24, chọn hệ số tăng cường gông : kg=1,015 Cách ép trụ: Với máy biến áp cơng suất 1600 kVA, phải dùng phương pháp ép đảm bảo dùng đai thép hay băng vải thuỷ tinh Cách ép gông: Bằng xà, đai ép bán nguyệt Hình dạng, tiết diện gơng: số bậc trụ đến bậc Theo bảng 2, chọn số bậc thang trụ 7, số bậc thang gông lấy nhỏ trụ bậc, tức gơng có bậc Theo bảng 2, chọn hệ số chêm kín : kc=0,9 Theo bảng 3, chọn hệ số điền đầy : kđ=0,945 Hệ số lợi dụng lõi sắt : K1d=kc.kđ= 0,9.0,945=0,8505 Mật độ từ cảm gông: Bg === 1,625 (T) Mật độ từ cảm khe hở khơng khí mối nối thẳng : Bk’’= Bt = 1,65 (T) Mật độ từ cảm khe hở khơng khí mối nối xiên : Bk’= = = 1,167 (T) SVTH: Ngô Bảo Quốc ĐKT_K30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP 1.3 Suất tổn hao thép trụ gông: Bt =1,65 T , tra bảng 22 Pt =0,8765 (W/kg) Bg=1,625T khơng có giá trị bảng ta tiến hành nội suy: Bg=1,62 T , tra bảng 22 Pg =0,8325 (W/kg) Bg=1,63 T , tra bảng 22 Pg =0,8472 (W/kg) Do giá trị Pg ứng với Bg =1,625 T là: Pg = = 0,8398 (W/kg) * Suất từ hóa trụ gơng: Bt = 1,65 T , tra bảng 22 qt = 1,1(VA/kg) Bg =1,625 T ta tiến hành nội suy : Bg =1,62 T , tra bảng 22 qg =1,0172 (VA/kg) Bg =1,63 T , tra bảng 22 qg =1,0448 (VA/kg) Do đó, suất từ hóa gơng giá trị Bg = 1,625T là: qg= 1,0172 += 1,031 (VA/kg) * Suất từ hóa khe khơng khí ghép xen kẽ tôn: Ứng với mối nối thẳng: Với Bk’’=1,65 (T), tra bảng 22 qk’’=1058 (VA/m2) Bk’=1,16 (T) , tra bảng 22 ta qk’=481 (VA/m2) Bk’=1,17 (T) , tra bảng 22 ta qk’=489 (VA/m2) Do đó, suất từ hóa khe hở khơng khí (với mối nối xiên) ứng với Bk’=1,166 (T) là: qk’=481 += 485.8 (VA/m2) 1.4 Các khoảng cách cách điện chính: Theo bảng , với Ut =85(kV) ta chọn khoảng cách cách điện: - Giữa trụ dây quấn hạ áp: a01=30 (mm) - Giữa dây quấn hạ áp cao áp: a12 =27 (mm) - Ông cách điện dây quấn hạ áp cao áp: 21 =5 (mm) - Giữa dây quấn cao áp cao áp: a22=30 (mm) SVTH: Ngô Bảo Quốc ĐKT_K30 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Ngô TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP Bảo Quốc ĐKT_K30 81 ... vật liệu kết cấu giảm trọng lượng kích thước máy biến áp, việc dùng máy biến áp tự ngẫu thay cho máy biến áp hai dây quấn người ta áp dụng phương pháp làm lạnh tốt hơn, dùng vật liệu kết cấu không... suất máy biến áp làm SVTH: Ngơ Bảo Quốc ĐKT_K30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TK MBA CẤP ĐIỆN ÁP thành nhiều dãy máy so với trước để ? ?áp ứng cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng vận hành máy biến áp Những dãy máy. .. gọi máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất Từ ta thấy rõ, máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải phân phối điện không chuyển hoá lượng Do tổng công suất đặt (hay dung lượng ) máy biến áp