CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CUNG CẤP ĐIỆN
1. Hệ thống cung cấp điện
2.1 Trạm biến áp phân phối
Là trạm biến áp dùng để hạ điện áp và phân phối điện năng cho các phụ tải. Lựa chọn máy biến áp bao gồm chọn vị trí, số lượng và công suất của máy biến áp. Việc lựa chọn phù hợp với loại hộ tiêu thụ, phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế (phí đầu tư và vận hành).
2.1.1. Vị trí trạm phân phối
Vị trí của trạm biến áp trong xí nghiệp phải thoả mãn các yêu cầu chính sau:
- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đưa đến - An toàn, liên tục cung cấp điện
- Thao tác vận hành và quản lý dễ dàng
- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm bé nhất.
- Ngoài ra, cần lưu ý đến những yêu cầu đặc biệt như: khí ăn mòn, bụi bặm nhiều, môi trường dễ cháy nổ..
Vị trí trạm biến áp phân xưởng có thể ở độc lập bên ngoài, liền kề với phân xưởng hoặc đặt bên trong phân xưởng.
2.1.2. Số lượng và công suất máy biến áp phân phối
Số lượng và công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh tế, kỹ thuật:
- An toàn, liên tục cung cấp điện: để thực hiện yêu cầu này ta có thể dự kiến thêm một đường dây phụ nối từ thanh cái điện áp thấp của một trạm điện khác của xí nghiệp nếu xí nghiệp có từ hai trạm trở lên hoặc bố trí thêm một máy dự trữ (trong trường hợp sự cố, máy này sẽ vận hành).
- Vốn đầu tư bé nhất: để thực hiện yêu cầu này thì số lượng máy biến áp trong trạm phải ít nhất, từ đó dẫn đến đơn giản hoá sơ đồ điện, tiết kiệm được thiết bị đóng cắt, dụng cụ đo lường và thiết bị bảo vệ role, đồng thời nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện.
- Chi phí vận hành hàng năm bé nhất.
Ngoài ra, cần lưu ý đến việc:
+ Tiêu tốn kim loại mầu ít nhất
+ Các thiết bị và khí cụ điện phải được nhập dễ dàng
+ Dung lượng của máy biến áp trong xí nghiệp nên đồng nhất, ít chủng loại để giảm số lượng và dung lượng máy biến áp dự phòng.
+ Sơ đồ nối dây của trạm đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải.
a) Số lượng máy biến áp: kinh nghiệm thiết kế vận hành cho thấy mỗi trạm chỉ nên đặt 1 máy BA là tốt nhất. Khi cần thiết có thể đặt 2 máy, không nên đặt nhiều hơn 2 máy.
21
+ Trạm 1 máy: Tiết kiêm đất, vận hành đơn giản, Ctt nhỏ nhất. Nhưng không đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện như trạm 2 máy.
+ Trạm 2 máy: Thường có lợi về kinh tế hơn trạm 3 máy.
+ Trạm 3 máy: chỉ được dùng vào trường hợp đặc biệt.
Việc quyết định chọn số lượng máy BA, thường được dựa vào yêu cầu của phụ tải:
Hộ Loại I:được cấp từ 2 nguồn độc lập (có thể lấy nguồn từ 2 trạm gần nhất mỗi trạm đó chỉ cần 1 máy). Nếu hộ loại 1 nhận điện từ 1 trạm BA, thì trạm đó cần phải có 2 máy và mỗi máy đấuvào 1 phân đoạn riêng, giữa các phân đoạn phải có TB đóng tự động.
Hộ loai II: cũng cần có nguồn dự phòng có thể đóng tự động hoặc bằng tay. Hộ loại II nhận điện từ 1 trạm thì trạm đó cũng cần phải có 2 máy BA hoặc trạm đó chỉ có một máy đamg vận hành và một máy khác để dự phong nguội.
Hộ loại III: trạm chỉ cần 1 máy BA.
Tuy nhiên cũng có thể đặt 2 máy BA với các lý do khác nhau như: Công suất máy bị hạn chế, điều kiện vận chuyển và lắp đặt khó (không đủ không gian để đặt máy lớn). Hoặc đồ thị phụ tải quá chênh lệch (Kđk 0,45 lý do vận hành), hoặc để hạn chế dòng ngắn mạch. Trạm 3 máy chỉ được dùng vào những trường hợp đặc biệt.
b.Chọn dung lượng máy BA:
Về lý thuyết nên chọn theo chi phí vận hành nhỏ nhất là hợp lý nhất. tuy nhiên còn khá nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến chọn dung lượng máy BA như: trị số phụ tải, cos; mức bằng phẳng của đồ thị phụ tải. Một số điểm cần lưu ý khi chọn dung lượng máy BA.
+ Dẫy công suất BA.
+ Hiệu chỉnh nhiệt độ.
+ Khả năng quá tải BA.
+ Phụ tải tính toán.
+ Tham khảo số liệu dung lượng BA theo điều kiện tổn thất kim loại mầu ít nhất.
* Dẫy công suất BA: BA chỉ được sản xuất theo những cỡ tiêu chuẩn. Việc chọn đúng công suất BA không chi đảm bảo an toàn cung cấp điện, đảm bảo tuổi thọ mà còn ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế ký thuật của sơ đồ cung cấp điện: 50; 100;
180; 320; 560; 750; 1000; 1800; 3200; 5600 kVA …
Chú ý: Trong cùng một xí nghiệp nên chọn cùng một cỡ công suất vì Ptt khác nhau (cố gắng không nên vượt quá 2-3 chủng loại) điều này thuận tiện cho thay thế, sửa chữa, dự trữ trong kho.
Máy BA phân xưởng nên chọn có công suất từ 1000 kVA đổ lại (làm chiều dài mạng hạ áp ngắn lại giảm tổn thất…).
* Hiệu chỉnh nhiệt độ: Sdm của BA là công suất mà nó có thể tải liên tục trong suốt thời gian phục vụ (khoảng 20 năm) với điều kiện nhiệt độ môi trường là định
22
mức. Các máy BA nước ngoài (Châu Âu) được chế tạo với t0 khác môi trường ở ta. Ví dụ máy BA Liên Xô cũ qui định: Nhiệt độ trung bình hàng năm là tb = + 50C
Nhiệt độ cực đại trong năm là cd = +350C dung lượng máy biến áp cần được hiệu chỉnh theo môi trường lắp đặt thực tế:
) 100 1 5
( S
S'dm dm tb
tb–nhiệt độ trung bình nơi lắp đặt.
Sdm - Dung lượng định mức BA theo thiết kế.
S'dm - Dung lượng định mức đã hiệu chỉnh.
Ngoài ra còn phải hiệu chỉnh theo nhiệt độ cực đại của môi trường xung quanh.
Khi cd > 350C công suất của BA phải giảm đi cứ mỗi độ tăng thêm, dung lượng phải giảm đi 1% cho đến khi cd = 450C. Nếu cd > 450C phải được làm mát nhât tạo.
c. Quá tải máy BA: trong vận hành thực tế vì phụ tải luôn thay đổi nên phụ tải của BA thường không bằng phụ tải định mức của nó, mà mức độ già hoá cách điện được bù trừ nhau ở máy BA theo phụ tải. Vì vậy trong vận hành có thể xét tới khả năng cho phép máy BA làm việc lớn hơn phụ tải định mức của nó (một lượng nào đó). Nghĩa là cho phép nó làm việc quá tải nhưng sao cho thời hạn phục vụ của nó không nhỏ hơn 20 25 năm xây dựng qui tắc tính quá tải:
+ Quá tải bình thường của BA (dài hạn).
+ Quá tải sự cố của BA (ngắn hạn).
* Khả năng quá tải BA lúc bình thường:
Qui tắc đường cong:
“ Mức độ quá tải bình thường cho phép tuỳ thuộc vào hệ số điền kín của phụ tải hàng ngày” Kqt = f(kdk , t)
cd tb cd tb
dk I
I S K S
Đường cong quá tải BA theo phương pháp này được xây dựng theo quan hệ giữa hệ số quá tải Kqtvà thời gian quá tải hàng ngày (xem hình 1-3)
Hình 1-3: Mối quan hệ giữa hệ số quá tải và thời gian Kqt
t (giờ) 0 1
0,8
0,5 0,7 0,6
Kdk
Hệ số quá tải
dm cd qt I K I
Từ đó xác định được phụ tải cực đại cho phép.
Icd = Kqt.Idm
Scd = Kqt.Sdm
23
Qui tắc 1 %: “ Nếu so sánh phụ tải bình thường một ngày đêm của máy BA với dung lượng định mức của nó. Thì ứng với mỗi phần trăm non tải trong những tháng mùa hạ, thì máy BA được phép quá tải 1% trong những tháng mùa đông, nhưng tổng cộng không được quá 15 %”.
Qui tắc 3 %: “Trong điều kiện nhiệt độ không khí xung quanh không vượt quá +350C. Cứ hệ số phụ tải của máy BA giảm đi 10 % so với 100% thì máy BA được phép quá tải 3 %”
Có thể áp dụng đồng thời cả 2 qui tắc để tính quá tải nhưng cần phải đảm bảo giới hạn sau:
+ Với may BA ngoài trời không vượt quá 30 %.
+ Với máy BA đặt trong nhà không vượt quá 20 %.
Khả năng quá tải sự cố:
Quá tải sự cố máy biến áp không phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ xung quanh và trị số phụ tải trước khi quá tải. Thông số này được nhà máy chế tạo qui định, có thể tra trong các bảng.
Khi không có số liệu tra, có thể áp dụng nguyên tắc sau để tính quá tải sự cố cho bất kỳ máy BA nào.
“Trong trường hợp trước lúc sự cố máy BA tải không quá 93 % công suất định mức của nó, thì có thể cho phép quá tải 40 % trong vòng 5 ngày đêm với điều kiện thời gian quá tải trong mỗi ngày không quá 6 giờ”
d. Chọn dung lượng máy BA theo phụ tải tính toán:
Vì phụ tải tính toán là phụ tải lớn nhất mà thực tế không phải lúc nào cũng như vậy Cho nên dung lượng chọn theo Stt không nên chọn quá dư. Ngoài ra còn phải chú ý đến công suất dự trữ khi xẩy ra sự cố 1 máy (dành cho trạm có 2 máy). Những máy còn lại phải đảm bảo cung cấp được một lượng công suất cần thiết theo yêu cầu của phụ tải.
+ Trong điều kiện bình thường:
- Trạm 1 máy Sdm Stt - Trạm n máy n.Sdm Stt
Sdm – dung lượng định mức đã hiệu chỉnh nhiệt độ của BA.
Stt - Công suất tính toán của trạm.
Trường hợp cần thiết có thể xét thêm quá tải lúc bình thường, như vậy có thể cho phép chọn được máy BA có dung lượng giảm đi tiết kiêm vốn đầu tư.
+ Trường hợp sự cố 1 máy BA: (xét cho trạm từ 2 máy trở lên). hoặc đứt một đường dây:
- Với trạm 2 máy kqt.Sdm Ssc
24 - Tram n máy (n-1).kqt.Sdm Ssc
Sdm – dung lượng định mức của máy BA đã hiệu chỉnh nhiệt độ.
Ssc - Phụ tải mà trạm vẫn cần phải được cung cấp khi có sự cố.
kqt - hệ số quá tải sự cố của máy BA. Khi không có số liệu tra có thể lấy kqt = 1,4 với điều kiện hệ số taie trước lúc sự cố không quá 93 % và không tải quá 3 ngày, mỗi ngày không quá 6 giờ.
2.3. Trạm biến áp trung gian 2.3.1. Yêu cầu
Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp là sơ đồ đấu dây (1 dây hay 3 dây) giữa các thiết bị cao áp, hạ áp trong trạm biến áp như máy biến áp, các thiết bị thao tác (máy cắt, cầu dao cách ly..) và hệ thống góp điện (thanh cái, dây góp…)…Vì vậy, sơ đồ nguyên lý phải thoả mãn các yêu cầu chặt chẽ của các phụ tải được trạm biến áp cung cấp điện trong vận hành bình thường, sửa chữa và khi sự cố.
Sơ đồ nguyên lý cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện: tuỳ theo tính chất của phụ tải lấy điện từ trạm biến áp, sơ đồ nguyên lý phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện với chất lượng điện năng cao trong suốt quá trình sử dụng.
- Đảm bảo tính linh hoạt: sơ đồ cho phép vận hành linh hoạt trong mọi trường hợp khi xảy ra sự cố hay sửa chữa từng phần, cho phép điều độ dễ dàng trong những trường hợp khó khăn, phức tạp.
- Đảm bảo an toàn: sơ đồ cho phép vận hành an toàn khi bình thường cũng như khi sửa chữa và xảy ra sự cố. Đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị không bị hỏng hóc nặng khi sự cố hay vận hành nhầm lẫn.
- Đảm bảo kinh tế nhất: sơ đồ nguyên lý thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật nhưng lại tiết kiệm nhất, sử dụng ít thiết bị nhất và có biện pháp bảo vệ tốt các thiết bị nói trên.
2.3.2. Các dạng sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp
Sơ đồ nguyên lý chỉ được xây dựng sau khi đã biết được tính chất của các phụ tải cần cung cấp điện và xác định được số lượng máy biến áp. Việc xây dựng sơ đồ nguyên lý là sự lựa chọn sơ đồ đấu dây của hệ thống góp điện (dây góp, thanh góp..) và bố trí các thiết bị thao tác, điện lực, đo lường và bảo vệ thoả mãn các yêu cầu đã nêu ở trên. Trên hình 5.2 giới thiệu một số hệ thống thanh góp cơ bản thường sử dụng trong trạm biến áp mỏ.
Hệ thống thanh góp đơn, phân đoạn bằng cầu dao cách ly (b) là loại tương đối đơn giản, dùng nhiều trong các trạm biến áp có 2 máy biến áp. Sơ đồ này thoả mãn cả 4 yêu cầu đối với sơ đồ nguyên lý trạm biến áp, song đối với yêu cầu 1 độ đảm bảo thấp vì thời gian mất điện khi sự cố tương đối lâu. Vì sử dụng phân đoạn bằng dao cách ly nên sơ đồ không được sử dụng ở các trạm có phụ tải loại I.
25
Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý thanh cái trạm biến áp a, đơn, không phân đoạn
b, đơn, phân đoạn bằng cầu dao cách ly
c, đơn, phân đoạn bằng máy cắt d, kép, phân đoạn bằng máy cắt
Nhược điểm trên có thể khắc phục bằng cách sử dụng sơ đồ thanh cái đơn, phân đoạn bằng máy cắt (c). Nhờ máy cắt phân đoạn nên bảo vệ chắc chắn khi có sự cố, đồng thời cho phép sử dụng hệ thống tự động đóng nguồn dự phòng (tdd) và do đó rất thích hợp cho trạm biến áp có phụ tải điện loại I.
Trong các trạm biến áp công suất lớn, nhiều phụ tải quan trọng để đảm bảo cung cấp điện tin cậy thường sử dụng hệ thống thanh cái kép phân đoạn bằng máy cắt (d). Đối với công nghiệp mỏ ít sử dụng sơ đồ loại này vì cồng kềnh, sử dụng nhiều máy cắt. kinh nghiệm vận hành các trạm biến áp ở mỏ cho thấy, khi áp dụng chế độ sửa chữa thường xuyên và định kỳ hệ thống thanh cái đơn, phân đoạn bằng máy cắt thích hợp cho công việc cung cấp điện tin cậy cho phụ tải loại I.
Ngày nay các thiết bị cao áp (6-10kV) được bố trí trọn bộ trong các tủ điện cao áp và do yêu cầu lựa chọn đồng bộ thiết bị nên việc chọn giữa máy cắt và cầu dao cách ly không có ý nghĩa lớn về kinh tế. Ý nghĩa đó chỉ thể hiện khi chọn thiết bị phía cao áp (35-110kV). Do đó ở phía đầu vào của máy biến áp, kết hợp với yêu cầu của bảo vệ rơle, việc bố trí máy cắt ở từng vị trí sơ đồ cần phải được cân nhắc kỹ càng.
Hình 1.5. Sơ đồ trạm hạ áp trung gian và trạm phân phối chính
26 a. Sơ đồ nối dây trạm hạ áp trung gian:
Sơ đồ nối dây phía sơ cấp của trạm loại này phụ thuộc các thông số: điện áp cung cấp, số lượng và công suất máy biến áp, chế độ làm việc, độ tin cậy yêu cầu, sự phát triển trong tương lai… do vậy có rất nhiều phương án để giải quyết vấn đề, tuy nhiên rất ít hoặc không có phương án nào thỏa mãn hết các yêu cầu.
Sau đây là một số sơ đồ nối dây trạm biến áp thông dụng. Các trạm này thường được thực hiện theo dạng sau:
+ Nối đến hệ thống bằng một hoặc hai lộ, hai lộ đến thường không có thanh cái.
+ Phía điện áp thứ cấp (điện áp phân phối) người ta dùng sơ đồ với thanh cái đơn hay thanh cái kép.
b. Trạm phân phối chính:
Trạm nằm trong phạm vi xí nghiệp, thanh cái cao áp ngoài nối với hệ thống còn nối với nhà máy điện địa phương hay tổ máy phát điện riêng. Thanh cái có thể là đơn hay kép với máy cắt phân đoạn. do được nối vào nguồn lớn nên các phụ tải có thể lắp các cuộn kháng để giảm dòng ngắn mạch nếu có.
c. Trạm phân phối trung gian:
Đối với các xí nghiệp có nhiều phân xưởng nằm rải rác và phân tán, thì cần có các trạm biến áp trung gian để phân phối điện năng từ các trạm chính đến các phân xưởng. Việc kết nối giữa trạm trung gian và trạm phân phối chính nhờ các lộ chính.
d. Trạm hạ áp phân xưởng:
Trạm hạ áp phân xưởng thường có một hay hai máy biến áp, khi trạm có nhiều (>
3) máy biến áp thì có thể có thanh cái phân đoạn.
* Trạm hạ áp với một máy biến áp: trạm này thường phục vụ cho hộ loại 2, loại 3, trừ trường hợp làm nguồn dự phòng cho hộ loại 1 có công suất nhỏ nhờ sử dụng tự động đóng.
Đặc điểm của sơ đồ trạm hạ áp – một máy biến áp phân xưởng là cách nối của máy biến áp đến đường dây cao áp, thông thường có 3 cách nối sau:
Thông qua dao cách ly và máy cắt điện: cách này ít sử dụng do máy cắt đắt tiền, phải tính toán ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch.
Nối qua dao cách ly và cầu chì: thường sử dụng, dao cách ly có nhiệm vụ cắt dòng không tải. Nhược điểm là do bảo vệ quá tải và ngắn mạch nhờ cầu chì nên có độ nhạy thấp.
Nối qua dao cách ly và cầu chì và máy cắt phụ tải: sơ đồ này có dùng máy cắt phụ tải do chỉ thiết kế để cắt dòng phụ tải nên bộ phận dập tắt hồ quang có cấu tạo đơn giản, chi phí không cao.