Phụ tải tính tốn tồn dự án





CHƢƠNG 5: CHỌN TRẠM BIẾN ÁP 5.1. Khái quát trạm biến áp

Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp điện . Trạm biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác . Các trạm biến áp , trạm phân phối , đƣờng dây tải điện cùng với các nhà máy phát điện làm thành một hệ thống phát điện và truyền tải điện năng thống nhất . Dung lƣợng của máy biến áp , vị trí , số lƣợng và phƣơng thức vận hành của các trạm biến áp cĩ ảnh hƣởng rất lớn đến các chỉ tiêu về kinh tế , kỷ thuật của hệ thống cung cấp điện . Do đĩ việc lựa chọn các trạm biến áp bao giờ cũng gắn liền với việc lựa chọn phƣơng án cung cấp điện .

Dung lƣợng các tham số khác của máy biến áp phụ thuộc vào phụ tải của nĩ , vào cấp điện áp của mạng , vào phƣơng thức vận hành của máy biến áp … Vì vậy việc lựa chọn một trạm biến áp , cần phải xét tới nhiều mặt và phải tiến hành tính tốn so sánh kinh tế , kỷ thuật giữa các phƣơng án đƣợc đề ra . Gồm cĩ hai loại trạm biến áp :

Hiện nay nƣớc ta đang sử dụng các cấp điện áp sau đây + Cấp cao áp :

500KV : Hệ thống điện quốc gia Nam – Bắc 220KV : Mạng điện khu vực

110 KV : Mạng phân phối , cung cấp cho các phụ tải lớn + Cấp trung áp :

6, 10, 15, 22, 35KV : Trung tính trực tiếp nối đất dùng cho mạng điện địa phƣơng , cung cấp cho các nhà máy , xí nghiệp , khu dân cƣ …

+ Cấp hạ áp :

5.1.1. Các thơng số đặc trƣng của máy biến áp : a. Cơng suất định mức Pđm: a. Cơng suất định mức Pđm:

Là cơng suất liên tục đi qua máy biến áp trong suốt thời gian phục vụ của nĩ ứng với các điều kiện tiêu chuẩn : Điện áp định mức , tần số định mức và nhiệt độ mơi trừng làm mát định mức .

b.Điện áp định mức Uđm

Điện áp định mức của cuộn dây sơ cấp máy biến áp là điện áp giữa các pha của nĩ khi cuộn dây thứ cấp bị hở mạch và cĩ điện áp bằng điện áp định mức thứ cấp

c. Hệ số biến áp :

Hệ số biến áp K đƣợc xác định bằng tỷ số giữa điện áp định mức của cuộn dây cao áp với điện áp định mức của cuộn dây hạ áp

d.Dịng điện định mức :

Dịng điện định mức của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp máy biến áp đƣợc xác định theo cơng suất và điện áp định mức phù hợp với các cuộn dây của nĩ

e. Điện áp ngắn mạch :

Điện áp ngắn mạch UN đặc trƣng cho tổng trở tồn phần Z của máy biến áp và thƣờng đƣợc biểu diễn bằng phần trăm của điện áp định mức :

f. Dịng khơng tải :

Dịng khơng tải Ikt là đại lƣợng dựa trên cơng suất phản kháng tiêu thụ trên mạch từ hố QFe. Thƣờng thì trị số của dịng điện khơng tải cho bằng phần trăm dịng điện định mức của máy biến áp .

√

g.Mức cách điện định mức :

Đƣợc cho bằng giá trị chịu quá áp của tần số thƣờng khi thí nghiệm xung áp cao phỏng sét đánh . Ở các mức điện áp nĩi ở đây , quá áp do thao tác đĩng cắt thƣờng ít

nghiêm trọng hơn do quá áp khí quyển . Do đĩ khơng cần thí nghiệm khả năng chịu quá áp do đĩng cắt .

h.Tổ nối dây :

Tổ nối dây của máy biến áp đƣợc hình thành do sự phối hợp kiểu nối dây sơ cấp với kiểu nối dây thứ cấp . Nĩ biểu thị gĩc lệch pha giứa các sức điện động cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp của máy biến áp . Gĩc lệch pha phụ thuộc vào chiều cuốn dây , cách ký hiệu các đầu dây , kiểu nối dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp . Cách nối dây hình sao Y hay tam giác với những thứ tự khác nhau mà gĩc lệch pha giữa các sức điện động của cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp cĩ thể là 30o , 60o ,…3600 . Trong máy biến áp ba pha cũng nhƣ một pha thƣờng cuộn dây điện áp thấp nối tam giác để bù sống điều hồ bậc ba của dịng từ hố . Cuộn dây cao áp và trung áp nối hình sao . Do cuộn hạ áp nối tam giác nên tiết diện dây dẫn nhỏ hơn rất nhiều , vì khi đĩ dịng trong các pha giảm đi 3 lần so với dịng dây . Cuộn dây cao và trung nối hình sao nên số vịng dây giảm 3 lần , nên khơng những giảm đƣợc khối lƣợng mà cịn tiết kiệm đƣợc cả cách điện .

Các ký hiệu trong tổ nối dây hình sao , hình tam giác và hình sao liên kết , theo ký hiệu chữ , số quy định bởi IEC

Ký hiệu này đọc từ trái sang phải , chữ cái đầu chỉ cuộn áp lớn nhất , chữ cái thứ hai chỉ mức kế tiếp .

Các chữ cái viết hoa chỉ cuộn cĩ áp lớn nhất : D : Tam giác

Y : Sao

Z : Zigzag ( Sao liên kế ) N : Nối trung tính

Các chữ cái thƣờng đƣợc dùng cho cuộn thứ cấp và tam cấp : d : Tam giác

y : Sao z : Zigzag

5.1.2. Kết cấu trạm :

Các trạm biến áp trung / hạ cĩ kết cấu khác nhau phụ thuộc cơng suất của trạm , loại nguồn hệ thống , số đƣờng dây đến , đƣờng dây đi , đặc điểm của phụ tải… Các trạm cĩ thể đƣợc xây dựng trong khuơn viên , khu dân cƣ các hộ phụ tải dân dụng cơng suất lớn , trong khuơn viên xí nghiệp . Về phƣơng diện cấu trúc ngƣời ta chia ra trạm ngồi trời và trạm trong nhà .

a.Trạm biến áp ngồi trời :

Ở trạm này , các thiết bị phía điện áp cao đều đặt ngồi trời , cịn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà hoặc đặt trong các tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối phần hạ thế . Xây dựng trạm ngồi trời sẽ tiết kiệm đƣợc kinh phí xây dựng hơn so với xây dựng trạm trong nhà .

b.Trạm biến áp trong nhà :

Ở trạm này , tất cả các thiết bị điện đều đặt trong nhà , về chức năng trạm biến áp đƣợc chia thành trạm trung gian ( Trạm khu vực ), và trạm phân phối ( Trạm phân xƣởng )

c. Trạm trung gian :

Thƣờng cĩ cơng suất lớn , cấp điện áp 110220/3522KV

d.Trạm phân phối :

Cơng suất tƣơng đối nhỏ (hàng trăm KVA) cấp điện áp 1522KV . Loại trạm biến áp này thƣờng đƣợc dùng để cung cấp điện cho khu dân cƣ hoặc cho phân xƣởng .

Trạm biến áp loại này thƣờng cĩ kết cấu nhƣ sau : Trạm treo , trạm giàn , trạm nền trạm kín ( lắp đặt trong nhà ) , trạm trọn bộ ( nhà lắp ghép )

e. Trạm treo :

Trạm biến áp treo là kiểu trạm mà tồn bộ các thiết bị cao hạ áp và máy biến áp đều đƣợc treo trên cột . Máy biến áp thƣờng là loại một pha hoặc tổ ba máy biến áp một pha , tủ hạ áp đƣợc đặt treo trên cột . Trạm này thƣờng tiết kiệm đƣợc diện tích đất nên đƣợc dùng trạm cơng cộng cấp điện cho một vùng dân cƣ .

f. Trạm giàn :

Trạm giàn là loại trạm mà tồn bộ các trang thiết bị và máy biến áp đƣợc đặt trên các giá đỡ bắt giữa hai cột . Trạm đƣợc trang bị ba máy biến áp một pha ( 375KVA) hay một máy biến áp ba pha (400KVA) , cấp điện áp 1522/0,4KV . Phần đo đếm cĩ thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp , tủ phân phối hạ áp đặt trên giàn giữa hai cột đƣờng dây đến cĩ thể là đƣờng dây trên khơng hay đƣờng cáp ngầm . Trạm giàn thƣờng cung cấp điện cho khu dân cƣ hay phân xƣởng .

g.Trạm nền :

Thƣờng đƣợc dùng ở những nơi cĩ điều kiện đất đai nhƣ ở vùng nơng thơn , cơ quan, xí nghiệp nhỏ và vừa . Đối với loại trạm nền thiết bị cao áp đặt trên cột , máy biến áp thƣờng là tổ ba máy biến áp một pha hay một máy biến áp ba pha đặt trên bệ xi măng dƣới đất , tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà, xung quanh trạm cĩ xây tƣờng rào bảo vệ .

h.Trạm kín :

Là loại trạm mà các thiết bị và máy biến áp đƣợc đặt trong nhà . Trạm kín thƣờng đƣợc phân thành trạm cơng cộng và trạm khách hàng. Trạm cơng cộng thƣờng đƣợc đặt ở khu đơ thị hố , khu dân cƣ mới để đảm bảo mỹ quan và an tồn cho ngƣời sử dụng . Trạm khách hàng thƣờng đƣợc đặt trong khuơn viên của khách hàng

5.1.3. Chọn vị trí , số lƣợng cơng suất trạm biến áp :

Vốn đầu tƣ của trạm biến áp chiếm một phần rất quan trọng trong tổng số vốn đầu tƣ của hệ thống điện . Vì vậy việc chọn vị trí , số lƣợng và cơng suất định mức của máy biến áp là việc làm rất quan trọng . Để chọn máy biến áp cần đƣa ra một số phƣơng án cĩ xét đến tính ràng buộc và tiến hành tính tốn so sánh kinh tế - kỷ thuật để chọn phƣơng án tối ƣu .

a.Chọn vị trí trạm biến áp :

Để xác định vị trí hợp lý của trạm biến áp cần xem xét đến các yêu cầu :

- Vị trí trạm biến áp nên gần tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đƣa đến.

- An tồn và liên tục trong cung cấp điện. - Thao tác vận hành và quản lý dễ dàng.

- Vốn đầu tƣ và chi phí vận hành hằng năm là bé nhất.

- Sơ đồ nối dây trạm đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải sau này.

Trong thực tế , việc đạt tất cả các yêu cầu trên là rất khĩ khăn . Do đĩ , cần xem xét và cân nhắc các điều kiện thực tế để cĩ thể chọn phƣơng án hợp lý nhất .

b.Chọn số lƣợng và chủng loại máy biến áp :

Số lƣợng máy biến áp trong trạm biến áp phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ : - Yêu cầu về liên tục cung cấp điện của phụ tải

- Yêu cầu về lựa chọn dung lƣợng máy biến áp hợp lý - Yêu cầu về vận hành kinh tế trạm biến áp

Tuy nhiên để đơn giản trong vận hành , số lƣợng máy biến áp trong một trạm biến áp khơng nên quá ba máy và các máy biến áp này nên cĩ cùng chủng loại và cơng suất .

Chủng loại máy biến áp trong một trạm biến áp nên đồng nhất (Hay ít chủng loại ) , để giảm số lƣợng máy biến áp dự phịng trong kho và thuận tiện trong lắp đặt , vận hành .

c. Bảo đảm an tồn và liên tục trong cung cấp điện :

Để đảm bảo yêu cầu này, ta cĩ thể dự kiến thêm một đƣờng dây phụ nối từ thanh cái điện áp thấp của một trạm khác. Hoặc chúng ta cĩ thể bố trí thêm một máy dự trữ, trong trƣờng hợp cĩ sự cố, máy này sẽ vận hành.

Về phƣơng diện cơng suất, ở chế độ bình thƣờng thì cả hai máy biến áp làm việc, cịn trong trƣờng hợp sự cố một máy thì sẽ chuyển tồn bộ phụ tải về một máy khơng bị sự cố, khi đĩ ta phải sử dụng khả năng quá tải của máy biến áp hoặc ta sẽ ngắt các hộ tiệu thụ khơng quan trọng.

d.Tổn thất cơng suất trong máy biến áp:

Trong đĩ :

o P

 : là tổn thất cơng suất tác dụng khi khơng tải (cho trong máy).

N P

2 ) ( đm S S PN pt

 : là tổn thất cuộn dây trong máy biến áp.

pt

S : cơng suất phụ tải

Sđm : cơng suất định mức máy biến áp

e. Tổn thất điện năng trong máy biến áp :

'. '( )2. đm S S P t P AT  o  N pt  Trong đĩ:

: Tổn thất cơng suất khơng tải trong máy biến áp bao gồm phần cơng suất phản kháng gây ra

Với: kkt là đƣơng lƣợng kinh tế của cơng suất phản kháng tức là cơng suất tác dụng mất đi trong mạng điện để vận chuyển cơng suất phản kháng, đơn vị kW/kVar. Giá trị kkt nằm trong phạm vi từ 0,02 đến 0,15. Cĩ thể lấy giá trị trung bình 0,05 (trang 78, giáo trình Cung cấp điện - Nguyễn Xuân Phú)

: Tổn thất cơng suất tác dụng ngắn mạch kể cả phần do cơng suất phản kháng

gây ra

t : thời gian vận hành máy biến áp, lấy t = 8760 giờ.

 : Thời gian chịu tổn thất cơng suất lớn nhất, cĩ thể xác định theo cơng thức kinh nghiệm của Kezevits nhƣ sau :

 (0,124Tmax.104)2.8760

Tmax : Thời gian sử dụng cơng suất lớn nhất (giờ).

Các trạm biến áp trong khu dân cƣ cung cấp cho phụ tải sinh hoạt, chiếu sáng đơ thị nên cĩ thể chọn Tmax = 5000 giờ. Theo giáo trình cung cấp điện – Nguyễn Xuân Phú trang 14

'. 1 '( )2. đm S S P n t P n AT   o   N pt 

5.2. Chọn vị trí đặt trạm biến áp cho khu quy hoạch 5.2.1. Chọn vị trí đặt trạm biến áp T1 : 5.2.1. Chọn vị trí đặt trạm biến áp T1 :

Tâm phụ tải cĩ tọa độ M1 (1192469.025 ; 606478.401)m . Tâm này nằm gần ngay giữa Khu 1.

Sau khi di dời cho hợp với điều kiện thực tế vị trí này là (1192460,213 ; 606417.401)

Đặt TBAT1 ở vị trí này cĩ các ƣu điểm sau :

+ Thuận tiện cho nguồn cung cấp điện từ tuyến dây trung thế 15-22KV

+ Đƣờng dây hạ áp từ TBA đến các lơ trong nhĩm dễ dàng và đạt đƣợc vẽ mỷ quan + Bảo đảm ít ngƣời qua lại , thuận tiện cho việc vận hành và sữa chữa

5.2.2. Chọn vị trí đặt trạm biến áp T2 :

Tâm phụ tải cĩ tọa độ M1 ( )m . Tâm này nằm ngay giữa Khu 2. Sau khi di dời cho hợp với điều kiện thực tế vị trí này là (1192403,811;606625,578)m

Đặt TBAT1 ở vị trí này cĩ các ƣu điểm sau :

+ Thuận tiện cho nguồn cung cấp điện từ tuyến dây trung thế 15-22KV

+ Đƣờng dây hạ áp từ TBA đến các lơ trong nhĩm dễ dàng và đạt đƣợc vẽ mỷ quan + Bảo đảm ít ngƣời qua lại , thuận tiện cho việc vận hành và sữa chữa

5.2.3. Chọn vị trí đặt trạm biến áp T3 :

Tâm phụ tải cĩ tọa độ M1 ( ; )m . Tâm này nằm ngay giữa Khu 3. Sau khi di dời cho hợp với điều kiện thực tế vị trí này là (1192515,775;606760,278)m

Đặt TBAT1 ở vị trí này cĩ các ƣu điểm sau :

+ Thuận tiện cho nguồn cung cấp điện từ tuyến dây trung thế 22kV

+ Đƣờng dây hạ áp từ TBA đến các lơ trong nhĩm dễ dàng và đạt đƣợc vẽ mỷ quan + Bảo đảm ít ngƣời qua lại , thuận tiện cho việc vận hành và sữa chữa

5.3. Tính tốn lựa chọn máy biến áp

Lựa chọn dung lƣợng máy biến áp theo hai hƣớng sau: Nếu chọn 1 máy, dung lƣợng định mức máy biến áp sẽ là: SđmBA  Stt

Nếu chọn 2 máy, dung lƣợng định mức mỗi máy biến áp sẽ tính theo cơng thức : 4 , 1 tt S SđmBA 

Điều kiện này sẽ đảm bảo trạm biến áp cấp điện 100% ngay cả khi một máy bị sự cố, nhƣng quá trình vận hành bình thƣờng hai máy thƣờng quá non tải. Nếu thấy phụ tải cĩ thể cắt bớt một phần nào đĩ khơng quan trọng trong thời gian vài ngày thì cĩ thể chọn đƣợc máy biến áp cỡ nhỏ hơn. Khi đĩ, máy biến áp trạm hai máy đƣợc chọn theo cơng thức sau: 2 tt S SđmBA  ; 4 , 1 sc S SđmBA 

Ssc – cơng suất phải cấp khi sự cố một máy biến áp.

Thƣờng thì phụ tải khu vực dân cƣ khơng phát triển nhiều sau một thời gian đƣa vào sử dụng. Em quyết định chọn mức phát triển của phụ tải sau 5 năm là 10%.