Phƣơng án Hàm chi phí C 1 404.090 USD 2 771.081 USD Nhận xét :
Chọn phƣơng án thiết kế tối ƣu:
Ta thấy phƣơng án 1 có chi phí C nhỏ hơn phƣơng án 2 rất nhiều nhƣng vẫn đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật cũng nhƣ độ tin cậy cung cấp. Hơn nữa phƣơng án 1 chỉ có 2 máy biến áp nên sẽ tiết kiệm diện tích xây dựng. Vậy ta chọn phƣơng án 1 làm phƣơng án xây trạm.
66
CHƢƠNG 9
CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN
9.1 Khái niệm
Để vận hành đƣợc trong trạm biến áp, ngồi máy biến áp cịn cần có khí cụ điện và các phần dẫn điện.
9.1.1 Các khí cụ điện
a) Các khí cụ đóng – mở :
Máy cắt điện: là khí cụ điện dùng để đóng cắt một phần tử của hệ thống điện
nhƣ máy phát, máy biến, áp đƣờng dây...trong lúc làm việc bình thƣờng cũng nhƣ có sự cố.
Dao cách ly: là khí cụ điện có nhiệm vụ tạo một khoảng cách trông thấy đƣợc
để đảm bảo an toàn khi sữa chửa máy phát điện, máy biến áp, đƣờng dây... Trong khả năng dao cách ly cũng có thể đóng cắt mạch điện trong một số trƣờng hợp giới hạn .
b) Các khí cụ điện phục vụ cho đo lƣờng tự động, bảo vệ rơle :
Máy biến dịng điện: biến đổi dịng điện có điện áp cao về dịng điện tƣơng ứng
với thiết bị đo lƣờng.
Máy biến điện áp: biến điện áp cao thành điện áp thấp phục vụ cho đo lƣờng tự
động .
9.1.2 Phần dẫn điện
Căn cứ vào cấu trúc,phần dẫn điện phân thành:
Dây dẫn là dây miềm, tiết diện trịn có thể dùng một hay nhiều sợi tùy và dòng điện, dùng sứ treo để cách điện với các phần nối đất.
Thanh dẫn là thanh cứng, tiết diện hình chữ nhật ,hình trịn rỗng và hình máng ...dùng sứ để cách điện với đất.
67
Cáp điện lực là dây dẫn mềm đƣợc bọc cách điện theo cấp điện áp định mức. Khi lắp đặt có thể chôn dƣới đất hoặc đặt trong hầm cáp không cần cách điện.
9.2 Các chế độ làm việc của trạm biến áp 9.2.1 Chế độ làm việc lâu dài 9.2.1 Chế độ làm việc lâu dài
Trong chế độ làm việc lâu dài ,nhiệt độ phát nóng của các phần dẫn điện đạt đến nhiệt độ ổn định ( . Chế độ làm việc lâu dài có 3 trƣờng hợp :
Chế độ bình thƣờng: khi các thiết bị điều làm việc với phụ tải lớn nhất (
Chế độ quá tải: khi các thiết bị làm việc quá tải.
Chế độ cƣỡng bức: trong sơ đồ có một phần tử phải nghĩ cƣởng bức.
Chế độ làm việc lâu dài của trạm biến áp đang đƣợc thiết kế :
SC.max
SH.max ST.max
Hình 9. 1 Sơ đồ cấu trúc của trạm
Công suất lớn nhất truyền qua trạm máy biến áp từ ngẫu :
68
Cấp 220 kV :
Công suất lớn nhất của trạm biến áp ở chế độ làm việc bình thƣờng :
Dòng điện lớn nhất qua trạm biến áp ở chế độ làm việc bình thƣờng :
√
√
Công suất lớn nhất của trạm biến áp ở chế độ làm việc cƣỡng bức: Hệ số quá tải sự cố của máy biến áp đặt ngoài trời :
( )
Dòng điện lớn nhất qua trạm biến áp ở chế độ làm việc cƣỡng bức :
√
√
Cấp 110 kV :
Công suất lớn nhất của trạm biến áp ở chế độ làm việc bình thƣờng :
Dòng điện lớn nhất qua trạm biến áp ở chế độ làm việc bình thƣờng :
√
√
Công suất lớn nhất của trạm biến áp ở chế độ làm việc cƣỡng bức: Hệ số quá tải sự cố của máy biến áp đặc ngoài trời:
( )
69 √ √ Cấp 22 kV :
Công suất lớn nhất của trạm biến áp ở chế độ làm việc bình thƣờng :
Dòng điện lớn nhất qua trạm biến áp ở chế độ làm việc bình thƣờng :
√
√
Công suất lớn nhất của trạm biến áp ở chế độ làm việc cƣỡng bức: Hệ số quá tải sự cố của máy biến áp đặt ngoài trời:
( )
Dòng điện lớn nhất qua trạm biến áp ở chế độ làm việc cƣỡng bức :
√
√
9.2.2 Chế độ làm việc ngắn hạn
Trong chế độ này, dòng điện rất lớn nhƣng thời gian khơng dài. Do đó nhiệt phát nóng của các phần có dịng điện chạy qua chƣa đạt giá trị ổn định. Đặc trƣng cho chế độ này là ngắn mạch, dòng chạy qua là dòng ngắn mạch và thời gian kéo dài bằng thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch .
Trong đó :
: thời gian bảo vệ rơle ( chọn bằng 0,1s )
: thời gian cắt tổng của máy cắt ( chọn bằng 0,145s )
70
Xung nhiệt của trạm biến áp đang thiết kế :
Theo Bảng 6.1, Dòng điện ngắn mạch :
Cấp 220 kV :
Cấp 110 kV :
Cấp 22 kV :
Vậy xung nhiệt :
Cấp 220 kV : Cấp 110 kV : Cấp 22 kV : Bảng 9. 1 kết quả tính tốn ở các cấp điện áp Cấp điện áp (kV) ( 220 106 212 8,82 110 128 256 1,748 22 416 832 4,427
9.3 Chọn các phần dẫn điện cho trạm biến áp
Phần dẫn điện của trạm biến áp bao gồm thanh góp và dây dẫn . Ta sử dụng cùng một loại dây cho cả thanh cái và dây dẫn. Cấp điện áp 220 kV và 110 kV ta sử dụng dây dẫn mềm. Cấp 22 kV ta sử dụng cáp điện lực .
71
9.3.1 Cấp 220 kV : ta sử dụng dây dẫn mềm
a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài :
Trong đó :
: hiệu chỉnh theo khí hậu việt nam (35 :
– hiệu chỉnh phụ thuộc vào số dây song song. Khoảng cách giữa các dây lớn :
– hiệu chỉnh phụ thuộc vào cách đặt dây dẫn.
Vậy :
Tra bảng phụ lục “Thiết kế hệ thống điện” ta chọn : Dây nhôm lõi thép AC-240:
D = 21,6 (mm)
b) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt :
Tiết điện dây dẫn :
√
Trong đó :
: xung nhiệt của dòng điện ngắn mạch
72
Vậy :
√
c) Kiểm tra điều kiện vầng quang :
Trong đó :
: tính theo trị hiệu dụng của điện áp dây m : hệ số xù xì của bề mặt dây dẫn, m = 0,95 r : bán kính dây dẫn, r = 1,08 cm
a : khoảng cách giữa các trục dây dẫn, a = 400 cm
9.3.2 Cấp 110 kV : ta sử dụng dây dẫn mềm
a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài :
Trong đó :
: hiệu chỉnh theo khí hậu việt nam (35 :
: hiệu chỉnh phụ thuộc vào số dây song song. Khoảng cách giữa các dây lớn:
: hiệu chỉnh phụ thuộc vào cách đặt dây dẫn.
73
Tra bảng phụ lục “Thiết kế hệ thống điện” ta chọn: Dây nhôm lõi thép AC - 95:
D = 13,5 (mm)
b) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt :
Tiết điện dây dẫn :
√
Trong đó :
: xung nhiệt của dòng điện ngắn mạch
C : hệ số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn. Dây nhôm C = 88 Vậy :
√
c) Kiểm tra điều kiện vầng quang :
Trong đó :
: tính theo trị hiệu dụng của điện áp dây m : hệ xù xì của bề mặt dây dẫn, m = 0,95
74
r : bán kính dây dẫn, r = 0,675 cm
a : khoảng cách giữa các trục dây dẫn, a = 250 cm
9.3.3 Cấp 22 kV : ta sử dụng dây cáp điện lực
a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài :
Trong đó :
: hiệu chỉnh theo khí hậu việt nam (35 :
: hiệu chỉnh phụ thuộc vào số dây song song. Khoảng cách giữa các dây lớn :
: hiệu chỉnh phụ thuộc vào cách đặt dây dẫn.
: hệ số quá tải ( Vậy :
Tra bảng phụ lục sách “Thiết kế hệ thống điện” ta chọn :
Cáp đồng 3 lõi 12-24 kV, cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA chế tạo :
= 26,3 (mm)
b) Kiểm tra điều kiện phát nóng ngắn hạn :
75
√
Trong đó :
– xung nhiệt của dòng điện ngắn mạch
C – hệ số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn. Dây đồng C = 171 Vậy :
√
Bảng 9. 2 Kết quả chọn phần dẫn điện
Cấp điện áp (kV) Thanh góp và dây dẫn
220 Dây nhơm S = 240 mm2
110 Dây nhôm S = 95 mm2
22 Cáp đồng 3 lõi mm2
9.4 Chọn máy cắt và dao cách ly cho trạm biến áp 9.4.1 Cấp 220 kV 9.4.1 Cấp 220 kV
Ta chọn máy cắt và dao cách ly theo các điều kiện : Điện áp định mức :
Dòng điện định mức:
Dòng điện cắt định mức :
76
Ổn định lực động điện :
Ổn định nhiệt :
Tra bảng phụ lục “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta chọn :
Bảng 9. 3 Kết quả chọn máy cắt và dao cách ly cấp 220 kV
Thiết bị Kiểu (kV) (A) (kA) (kA) ⁄ (kA/s) Thời gian(s) đóng cắt Máy cắt SF6 220-11-74 220 1250 40 50 50/3 0,08 0,065 Dao cách ly PH 220 630 100 40/3 9.4.2 Cấp 110 kV
Ta chọn máy cắt và dao cách ly theo các điều kiện : Điện áp định mức :
Dòng điện định mức:
Dòng điện cắt định mức :
(dao cách ly không cần điều kiện này)
Ổn định lực động điện :
77
Ổn định nhiệt :
Tra bảng phụ lục “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta chọn :
Bảng 9. 4 Kết quả chọn máy cắt và dao cách ly cấp 110 kV
Thiết bị Kiểu (kV) (A) (kA) (kA) ⁄ (kA/s) Thời gian(s) đóng cắt Máy cắt SF6 110- 23 110 1250 40 50 50/3 0,08 0,065 Dao cách ly PH 110 630 80 31,5/4 9.4.3 Cấp 22 kV
Ta chọn máy cắt hợp bộ 22 kV theo các điều kiện : Điện áp định mức : Dòng điện định mức: Dòng điện cắt định mức : Ổn định lực động điện : Ổn định nhiệt :
78
Tra bảng phụ lục “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta chọn :
Bảng 9. 5 Kết quả chọn máy cắt và dao cách ly cấp 22 kV
Thiết bị Kiểu (kV) (A) (kA) (kA) ⁄ (kA/s) Máy cắt 8BM-20 22 1250 16 40 Dao cách ly PBP-24 22 630 50 20/4
9.5 Chọn máy biến dòng điện (BI) 9.5.1 Cấp 220kV 9.5.1 Cấp 220kV
Bảng 9. 6 Phụ tải phần dụng cụ đo cấp 220 kV
STT Thiết bị Công suất (VA)
Pha A Pha B Pha C
1 Ampe kế 1 1 1 2 Watt kế 5 5 5 3 Var kế 5 5 5 4 Watt giờ 2,5 2,5 2,5 5 Var giờ 2,5 2,5 2,5 Tổng 16 16 16
79 Tổng trở các dụng cụ : Dây dẫn từ BI đến dụng cụ đo : Chiều dài : l = 30 (m) Tiết diện : S = 1,5 (mm2 ) Dây đồng : = 0,0188 ( mm2/m) Tổng trở dây dẫn :
Ta chọn BI theo các điều kiện : Điện áp định mức : Dòng điện định mức sơ cấp : Tổng trở định mức: Ổn định lực động điện : √ Ổn định nhiệt :
80
Bảng 9. 7 Kết quả chọn máy biến dòng cấp 220 kV
Kiểu (kV) (A) (kA) Cấp chính xác (kA) ⁄ (kA/s) T M220B-III 220 300 5 0,5 12 25 9,8/3 9.5.2 Cấp 110kV Bảng 9. 8 Phụ tải phần dụng cụ đo cấp 110 kV
STT Thiết bị Công suất (VA)
Pha A Pha B Pha C
1 Ampe kế 1 1 1 2 Watt kế 5 5 5 3 Var kế 5 5 5 4 Watt giờ 2,5 2,5 2,5 5 Var giờ 2,5 2,5 2,5 Tổng 16 16 16 Tổng trở các dụng cụ : Dây dẫn từ BI đến dụng cụ đo : Chiều dài : l = 30 (m)
81 Tiết diện : S = 1,5 (mm2) Dây đồng : = 0,0188 ( mm2/m) Tổng trở dây dẫn :
Ta chọn BI theo các điều kiện : Điện áp định mức : Dòng điện định mức sơ cấp : Tổng trở định mức: Ổn định lực động điện : √ Ổn định nhiệt :
Tra bảng phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta chọn :
Bảng 9. 9 Kết quả chọn máy biến dòng cấp 110 kV
Kiểu (kV) (A) (kA) Cấp chính xác (kA) ⁄ (kA/s) T M110B-I 110 300 5 0,5 1,2 31-62 6-12/3 9.5.3 Cấp 22kV
82
Trong tủ hợp bộ 22 kV đã có sẵn máy biến dịng nên ta khơng cần phải chọn.
9.6 Chọn máy biến điện áp (BU) 9.6.1 Cấp 220 kV 9.6.1 Cấp 220 kV Bảng 9. 10 Phụ tải phần dụng cụ đo cấp 220 kV STT Thiết bị Số lƣợng Phụ tải P (W) Q (Var) 1 Volt kế 1 7,2 0 2 Watt kế 4 1,8 0 3 Var kế 4 1,8 0 4 Watt giờ 4 0,66 1,62 5 Var giờ 4 0,66 1,62 6 Tần số kế 1 0,66 1,62 Tổng 27,54 14,58
Công suất tổng phụ tải :
√
Ta chọn BU theo các điều kiện : Điện áp định mức :
Công suất định mức :
83
Tra bảng phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta chọn BU cho một pha.
Bảng 9. 11 Kết quả chọn máy biến áp cấp 220 kV
Kiểu (kV) (kV) Cấp chính xác (VA) VCU-245 220√ 100√ 0,5 150 9.6.2 Cấp 110 kV Bảng 9. 12 Phụ tải phần dụng cụ đo cấp 110 kV STT Thiết bị Số lƣợng Phụ tải P (W) Q (Var) 1 Volt kế 1 7,2 0 2 Watt kế 6 1,8 0 3 Var kế 6 1,8 0 4 Watt giờ 6 0,66 1,62 5 Var giờ 6 0,66 1,62 6 Tần số kế 1 0,66 1,62 Tổng 37,38 21,06
Công suất tổng phụ tải :
√
Ta chọn BU theo các điều kiện : Điện áp định mức :
84
Công suất định mức :
Tra bảng phụ lục sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” ta chọn BU cho một pha :
Bảng 9. 13 Kết quả chọn máy biến áp cấp 110 kV
Kiểu (kV) (kV) Cấp chính xác (VA)
VCU-123 110√ 100√ 0,5 150
9.6.3 Cấp 22kV
85
PHẦN II
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT NỐI ĐẤT CHƢƠNG 10
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM
10.1 Khái niệm chung
Sét đánh là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây vào trong đất hoặc giữa các đám mây mang điện tích trái dấu. Đặc trƣng của phóng điện sét và sự lóe sáng mảnh liệt của khe phóng điện. Dịng điện sét lan truyền trong khơng gian dƣới dạng sóng điện tử và gây nhiễu cho hệ thống viễn thơng gây q điện áp khí quyển trên hệ thống điện. Đặc biệt, sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây điện, thiết bị gây nên điện áp quá lớn dẫn đến ngắn mạch chạm đất giữa các pha làm hƣ hỏng thiết bị và có thể làm tê liệt việc cung cấp điện. Vì vậy, việc chống sét cho trạm biến áp là rất quan trọng và cần thiết.
Bộ phận thu sét (1) Bộ phận dẫn dòng sét (2)
86
Bộ phận nối đất tản dòng điện sét (3).
Hình 10. 1 Cột thu sét 10.2 Yêu cầu chung của hệ thống chống sét 10.2 Yêu cầu chung của hệ thống chống sét
- Yêu cầu kỹ thuật: Phạm vi bảo vệ phải phủ kín tồn bộ các thiết bị điện và các bộ phận mang điện của trạm, nghĩa là giảm nhỏ khả năng sét đánh trực tiếp vào trong thiết bị của trạm.
- Hệ thống nối đất chống sét phải đƣợc thiết kế và tính tốn sao cho khơng xảy ra phóng điện ngƣợc trên cách điện của trạm.
- Về mặt kinh tế: Phƣơng án đƣợc chọn phải có chi phí thấp nhƣng vẫn thỏa mãn tuyệt đối các yêu cầu kỹ thuật.
- Trong điều kiện kỹ thuật cho phép cần tận dụng các kết cấu cơng trình của trạm để đặt hệ thống thu sét nhƣ: xà đỡ awngten, cột đèn chiếu sáng… ngoài ra hệ thống thu sét đƣợc xây dựng khơng gây trở ngại cho sự vận hành bình thƣờng của trạm nhƣ giao thông xe cộ và ngƣời trong trạm, và đồng thời chú ý tới mỹ quan công trình.
10.3 Xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét 10.3.1 Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét 10.3.1 Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét