6.1. Chọn máy biến áp
Vốn đầu tư của máy biến áp chiếm một phần rất quan trọng trong tổng số vốn đầu tư của hệ thống điện, vì vậy chọn số lượng của máy biến áp và công suấ định mức của chúng là vô cùng quan trọng. Để chọn máy biến áp người ta đưa ra một sốphương án cụ thể rồi tiến hành tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn phương án tối iu.
6.1.1. Chọn máy biến áp cho nhà máy điện.
Đối với nhà máy điện khu vực, tát cảđiện năng sản xuấra được truyền lên cao áp, vì vậy máy phát điện được nối theo sơ đồ khối với máy biến áp tăng áp ( hay máy biến áp tự ngẫu). Công suất máy biến áp được chọn theo điều kiện sau:
∑ đ ≥ ∑ đ (2.1)
Đối với các máy phát điện công suất nhỏ (thường ở nhà máy thủy điện) người ta dùng sơ đồ khối mở rộng nghĩa là ghép một sốmáy phát điện với một máy biến áp. Công suất của bộ (khối) không được vượt quá dự trữ quay của hệ thống
∑B ≥ ∑ đ (2.2)
Ởđây, SHđt là công suất dự trữ quya của hệ thống điện.
Nếu nhà máy có ba cấp điện áp cao trung, hạ liên lạc với nhau bằng máy biến áp ba dây quấn thì tổng công suất các khối của máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây nối vào điện áp trung phải nhỏhơn phụ tải cực tiểu điện áp trung:
∑ . ≤ ST.min’( 2.3)
∑ . : tổng công suất các khối máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây nối nên trung áp.
Nếu không thỏa mãn điều kiện này thì khi phụ tải điện áp trung cực tiểu , hệ thống sẽkhông huy động được hết khảnăng công suất còn ại của các khối nối vào trung áp.
Đối với các nhà máy có phụ tỉa địa phương được cung cấp bằng điện áp máy phát , người ta xây dựng đồ thị phụ tải ngày đêm trao đổi công suất giữa nhà máy và hệ thống trong chếđộ làm việc bình thường cũng như khi sự cố. Máy biến áp chọn theo các trường hợp sau:
* Nhà máy có một cấp điện áp cao: Nêu liên lạc giưa nhà máy và hệ thống bằng hai máy biến áp hai cuộn dây, công suất định mức của máy biến áp xác đinh như sau:
SB ≥ Sthừa = [∑ đ – SUfmin+ Stđmax )] (2.4)
Trong đó - Sthừa : Công suất thừa trên thanh góp điện áp máy phát - SUfmin : Phụ tải cực tiểu ởđiện áp máy phát
Khi hỏng một máy biến áp, máy còn lại với khảnăng quá tải của nó ít nhất phải đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải phát vào hệ thống lúc bình thường trừđi công suất dự trữ quay của hệ thống:
k. SBđm≥ SHmax – SHdt’ (2.5)
với K: hệ số quá tải sự cố của máy biến áp.
Liên lạc với hệ thống bằng một máy biến áp chỉ áp dụng trong trường hợp công suất phát từ nhà máy vào hệ thống ở chếđộ làm việc bình thường không vượt quá dự trữ quay của hệ thống.
* Nhà máy có hai cấp điện áp cao: Liên lạc giữa nhà máy với hai cấp điện áp cao được thực hiện bằng máy biến áp ba cuộn dây hay tự ngẫu. Công suất định mức của máy biến áp cũng chọn theo 1/2Sthừa như trên.
Khi bên trung áp không có khối máy phát – máy biến áp thì điuè kiện kiểm tra lúc sự cố một máy biến áp liên lạc là:
k. SBđm≥ STmax’(2.6)
Nếu bên phía trung áp có khối máy phát điện – máy biến áp thì kiểm tra theo điều kiện sau:
k. SBđm≥ STmax - ∑S . (2.7)
Trường hợp hỏng một khối máy phát – máy biến áp lớn nhất bên trung áp thì đòi hỏi:
2k. SBđm≥ STmax - [ ∑S . - SK.Tmax ] (2.8)
Ởđây SK.Tmax là công suất của khối lớn nhất bên trung áp.
Khi phụ tải bên trung áp bằng (40-50)% công suất định mức của máy biến áp ba cuộn dây thì nên chọn công suất cuộn trung áp bằng 100% SBđm vì xét đến khảnăng phát triển phụ tải ở cấp điện áp này. Trường hợp ngược lại chọn công suất cuộn trung bình bằng 67% SBđm. Dùng máy biến áp ba cuộn dây chỉ có lợi khi phụ tải một cuộn dây bằng hoặc lớn hơn 15-20% tổng phụ tải hai cuộn dây kia. Nếu điều kiện này không thỏa mãn có thể đặt các máy biến áp hai cuộn dây thay thế.
6.1.2. Chọn máy biến áp cho trạm biến áp.
Nếu trạm chỉđặt một máy biến áp thì công suất định mức của nó chọn theo khảnăng quá tải thường xuyên của máy biến áp.
Nếu trạm đặt hai máy biến áp công suất định mức của chúng được chọn có xét đến khảnăng quả tải khi sự cố một trong hai máy biến áp ( ở chếđộ làm việc bình thường cả hai máy biến áp đều non tải.)
2.6.2. Chọn kháng điện tự dùng
Kháng điện được chọn theo các yêu cầu sau đây:
a. Điện áp: Điện áp định mức của kháng điện phải tương ứng với điện áp của mạng. b. Dòng điện: Dòng điện định mức của kháng điện phải được chọn theo điều kiện:
Iđmk≥ Icb (2.9)
c. Điện kháng xk%. Trị sốđiện kháng xk% được chọn xuất phát từđiều kiện hạn chế dòng ngắn mạch để có thể dùng được các khí cụ đóng cắt hạng nhẹ và cáp có thiết diện nhỏ. Để chọn điện kháng của kháng điện thnah góp, người ta tự chọn xk% nào đó rồi tính dòng ngắn mạch . Với dòng ngắn mạch tính được thỏa mãn yêu cầu đề ra thì việc chọn xk% ban đầu đạt yêu cầu; nếu không thì phải chỉnh lại giá trị xk% và tiến hành tính toán lại.
Đối với kháng điện đường dây, điện kháng được tiến hành chọn như dưới đây: Xét một hộ tiêu thu được cung cấp từthanh góp qua điện kháng với giá trị xk% cần tìm, quay máy cắt MC -1 đã định với dòng ICđm1 rồi đến cáp điện lực thiết diện S1. Tại hộ tiêu thụngười ta dùng máy cắt MC -2 đã định với dòng ICđm2 , thiết diện của cáp nhỏ nhất là S2 .
Điện kháng tổng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N3được xác định theo sơ đồ thay thế của hệ thống. Nếu biết dòng ngắn mạch siêu quá độ ba pha thành phần chu kỳ tại N3 thì điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch N3 có thểxác định như sau:
x HT = (2.10)
Với - Icb : dòng điện cơ bản được chọn khi lập sơ đồ thya thể cho tính ngắn mạch - I’’N3 : giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phàn chu kỳ khi ngắn
mạch ba pha tại N3.
Các điện kháng x H, xC1, xC2, được xác định với đơn vịtương đối với đại lượng cơ bản đã chọn ( Scbvà Ucb = Utb ):
xC = x0.l. (2.11)
trong đó
Scb : công suất cơ bản đã chọn
x0 : điện kháng đơn vị theo chiều dài (Ω/km) l: độ dài của cáp (km)
Phải chọn xk% sao cho đảm bảo hạn chế dòng ngắn mạch nhỏ hơn hay bằng dòng cắt định mức của máy cắt đã chọn và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp cóthiết diện đã cho tức là:
I’’N1 ≤ (ICđm1 và InhS1) (2.12)
I’’N2 ≤ (ICđm2 và InhS2) (2.13)
Trong đó InhS1 dòng ổn định nhiệt cho cáp được xác định theo công thức suy từ công thức :
InhS1 =
ắ (A) (2.14)
Ởđây S: thiết diện cáp (mm2)
C: hệ số; CCu = 141 A2/s ; CAl = 900 A2/s tcắt : thời gian cắt của máy cắt , bao gồm cả thời gian bảo vệ role.
Hình 2.6.1: Sơ đồ giải thích cách chọn kháng cho đường dây
a. Sơ đồđiện b. Sơ đồ thay thế
Để cho máy cắt MC-2 làm việc và cà cáp S2 ổn định nhiệt , điện kháng tương đối cơ bản từ nguồn cung cấp đến điểm ngắn mạch N2 phải bằng:
x∑ = (2.15)
Ởđây I’’N2 là giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ thnahf phần chu kỳ khi ngắn mạch ởđoạn đầu cáp S2. Đầu tiên đểđảm bảo cho MC -2 cắt được dòng ngắn mạch và cáp S2 ổn định nhiệt , chọn I’’N2 từđiều kiện:
I’N2 = min (ICđm2 và InhS2) (2.16)
Thường để giảm bớt sốkháng điện người ta dùng một kháng cho một sốđường dây. Như vậy Iđmk trong (2.19) được chọn theo tổng dòng cưỡng bức của các đường dây được nối vào sau kháng điện.
Mặt khác từ Hình 2.6.1b có: x∑ = xHT + xk + xC1(2.17)
Vậy xk = x∑ - xHT - xC1 (2.18) Hay dạng % có:
xk% = xk . đ . 100 (2.19)
Ởđây Icb = √ .
xk% không được quá 8% khi là kháng đơn và không quá 16% khi là kháng kép. Nếu điện kháng tính theo( 2.19) vượt quá quy định thì phải dùng một số kháng đơn hoặc dùng kháng kép thya cho kháng đơn.
Ví dụ 1: Các hộ tiêu thụđược cấp điện từba phân đoạn của thanh góp điện áp máy phát qua ba kháng điện nhóm hình 2.6.2.
Phụ tải gồm có 7 đường đơn x 1MVA x cáp nhôm 95mm2;
4 đường dây kép x 4MVA x cáp nhôm 2x185mm2, được phân cho các kháng điện như trên hình vẽ:
Hình 2.6.2a: Sơ đồ phân bố các đường dây phụ tải trên các kháng điện. Các đường dây dùng máy cắt BMT 133 có Icdm = 20kA
Giải:
Kháng điện được chọn như sau: - Udmk = UdmHT = 10,5kV
- Xác định dòng cưỡng bức qua kháng Icb
Công suất MVA
Tình huống Kháng 1 Kháng 2 Kháng 3
Bình thường 7 9 7
Kháng 1 sự cố 0 13 7
Kháng 2 sự cố 11 0 11
Dòng cưỡng bức được chọn theo kháng có phụ tải lớn nhất: Icb =
√ . . = 0.716 kA. Chọn kháng điện dơn dây đồng Pb -10-750 có Idmk = 750A.
- Xác định xk%:
Khi lập sơ đồ thay thế hình 2.6.2b cho tính ngắn mạch đã chọn Scb – 100MVA và ngắn mạch tại N3 có I’’ = 54,5kA. Vậy xHT = √ . , . = 0.101 xC = x0.l. = 0,08 .2. , = 0,145 InhS1 = √ .C = √ , .90 = 18,899kA. InhS2 = √ .C = √ , .90 = 8,9kA. x ∑ = = √ . , . , = 0,619 xk = x∑ - xHT - xC1 = 0,619 – 0,101 – 0,145 = 0,373 xk% = xk . đ . 100 = 0,373. , , .100 = 5,08% Vậy chọn kháng đơn dây đồng PB – 10-750-8 có Idmk = 750A; xk% = 8% ; Hình 2.6.2b: sơ đồ tính chọn ngắn mạch
Tính toán và kiểm tra lại với kháng đã chọn khi ngắn mạch tại N1. xk% = xk . đ . 100 = 0,08. , , = 0,587 Dòng điện ngắn mạch tại N1 là : I’’N1 = = , , , = 7,99kA. Thỏa mãn điều kiện: I’’N1 ≤ ICđm1 = 20kA I’’N1 ≤ Inhđm1 = 18,899kA. Dòng điện ngắn mạch tại N2 là: I’’N2 = = , , , , = 6,6 kA.
Thỏa mãn điều kiện:
I’’N2 ≤ ICđm2 = 20kA
I’’N2 ≤ InhS2 = 8,9kA.
Vậy kháng đã chọn đạt yêu cầu.
CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Vẽ sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua máy cắt ? Câu 2: Vẽ sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt ? Câu 3: Nêu cách chọn máy biến áp ?
BÀI 3: LẮP ĐẶT MẠCH THỨ CẤP TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
1. Khái niệm chung, các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng
1.1. Khái niện chung
Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, bên cạnh sơ đồ nối điện chính (sơ đồ mạch sơ cấp) biểu thị các thiết bịsơ cấp và sự liên hệ giữa chúng là mạch sơ đồ thứ cấp biểu thị các thiết bị thứ cấp, sự liên hệ giữa chúng và sự liên hệ của các thiết bị thứ cấp với các thiết bịsơ cấp.
Mạch thứ cấp trong nhà máy điện và trạm biến áp bao gồm các mạch đo lường, bảo vệrơ le, tựđộng hóa, kiểm tra, tín hiệu, điều khiển, liên lạc …
Mỗi mạch thứ cấp cần đáp ứng 3 yêu cầu cơ bản sau:
- Sơ đồ phải rõ ràng, cho phép nhanh chóng phát hiện sự làm việc không bình thường hoặc sai lầm của mạch và các thiết bị;
- Đảm bảo sự làm việc đúng đắn của mạch thứ cấp của mỗi phần tử; có khảnăng kiểm tra tình trạng của từng mạch thao tác và từng phần tử của thiết bịnăng lượng hoặc từng mạch của thiết bị phân phối;
- Không cho phép tác động sai lầm vì như vậy sẽ dẫn tới các hậu quả nghiêm trọng. Mạch điều khiển và tín hiệu là các trường hợp riêng của mạch thứ cấp. Có ba hình thức điều khiển: Trực tiếp, có khoảng cách và từ xa.
1.2. Các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng
1.2.1. Các phần tử của mạch thứ cấp
Theo công dụng của các phần tử của mạch thứ cấpngười ta chia thành các nhóm khí cụnhư sau:
- Khí cụđiều khiển dùng để truyền các tín hiệu đóng, cắt, chuyển đổi vị trí của các bộ tiếp điểm, thay đổi các chương trình làm việc ...
- Các rơ le trong mạch điều khiển dùng để thực hiện các chương trình logic, kiểm tra mạch;
- Các khóa điều khiển dùng để phát tín hiệu điều khiển và thay đổi chương trình làm việc của sơ đồđiều khiển;
- Các cuộn dây đóng, cắt của máy cắt làm nhiệm vụ thực hiện động tác điều khiển cuối cùng;
- Khí cụ tín hiệu như đèn, còi, chuông, bảng tín hiệu làm nhiệm vụ báo cho người trực nhật về vị trí, trạng thái của thiết bị làm việc;
- Khí cụ kiểm tra như đồng hồđo lường, cầu đo ... làm nhiệm vụ kiểm tra tình trạng thiết bị.
Để biểu diễn trên sơ đồ mạch thứ cấp, người ta mã hiệu hóa tất cả các khí cụ, các dụng cụ và các phần tử bằng ký hiệu đặc trưng.
Có thể mã hiệu các phần tử bằng số hoặc bằng chữcái theo đầu tên gọi của chúng hoặc các chữcái đặc trưng cho loại và nhiệm vụ của chúng như: MC – máy cắt điện; CL – dao cách ly; KDK – khóa điều khiển; N – nút bấm; NT – nút thử; NK – nút khử; BI – máy biến dòng; BU – máy biến điện áp; Cd – cuộn dây đống của máy cắt; Cc – cuộn dây cắt của máy cắt. Cũng tương tựnhư vậy các ký hiệu rơ le cho trong bảng 3.1
Đối với các dụng cụđo lường, người ta ký hiệu chúng bằng chữ cái của đơn vị đo như: A- ampemet; V – vôn mét …
Các cuộn dây của các dụng cụđược vẽ theo ký hiệu của chúng và bên cạnh ghi ký hiệu chữ cái của dụng cụđó, như bảng 3.2
Bảng 3.2
Tên gọi Ký hiệu
Cuộn dây của rơ le dòng điện
Tiếp điểm thường mở của rơ le dòng điện Tiếp điểm thường đóng của rơ le dòng điện Tiếp điểm thường mở, mở có thời gian Tiếp điểm thường đóng, đóng có thời gian Tiếp điểm thường đóng, đóng mở có thời gian Nút ấn thường mở Nút ấn thường đóng Loại rơ le Ký hiệu Rơ le dòng điện RI Rơ le điện áp RU Rơ le tín hiệu RTH Rơ le tổng trở RZ
Rơ le trung gian RG
Rơ le thời gian RT
Rơ le áp lực RP
1.3. Khóa điều khiển
Trong các sơ đồđiều khiển và tín hiệu người ta dùng nhiều loại khí cụ khác nhau. Một trong khí cụđiện đó chính là khóa điều khiển (KĐK).
- Khóa điều khiển dùng để phát tín hiệu điều khiển khi cần thiết.
- Khóa điều khiển có rất nhiều loại khác nhau: K, KB, KCB. MO, MK, KY. Mỗi khóa điều khiển thường có nhiều bộđầu thếp xúc (từ 6 -:- 8). Mỗi bộcó 4 đầu tiếp xúc cốđịnh và một đầu tiếp xúc di động. Các đầu tiếp xúc di động được gắn trên trục của khóa ở những vị trí khác nhau. Ví dụkhóa điều khiển KCB có 6 bộđầu tiếp xúc, các trạng thái đóng mở của chúng ứng với vị trí của trục tay cầm được biểu diễn ở bảng sau:
Bảng 3.3
Ký hiệu: “x” biểu diễn đóng “ - ” biểu diễn mở
Việc biểu diễn vịtrí đóng mở của các cặp đầu tiếp xúc ứng với vị trí của tay cầm KĐK chỉ thuận tiện đối với người vận hành sửa chữa, còn việc thể hiện trên sơ đồ rất khó