CHƯƠNG IV THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN XƯỞNG
I. Trạm Biến Áp Phân Xưởng
Trạm biến áp là một phần tử rất quan trọng của hệ thống điện, nó có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ hệ thống điện, biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác và phân phối cho các mạng điện tương ứng.Trong mồi trạm biến áp ngoài máy biến áp còn có rất nhiều thiết bị hợp thành hệ thống tiếp nhận và phân phối điện năng.Các thiết bị phía cao áp gọi là thiết bị phân phối cao áp (máy cắt, dao cách ly, thanh cái…) và các thiết bị phía hạ áp gọi là thiết bị phân phối hạ áp (thanh cái hạ áp, aptomat, cầu dao, cầu chì…).
Trạm tăng áp thường đặt tại các nhà máy điện để tăng áp từ 0,4 ÷ 6,3 kV lên các cấp cao hơn với mục đích truyền tải điện năng đi xa.Trạm biến áp trung gian là trạm giảm áp, tiếp nhận điện năng từ lưới 35 ÷ 220 kV để cung cấp cho các lưới phân phối 6 ÷ 22 kV.Trạm biến áp tiêu thụ hay trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ mạng phân phối và cung cấp cho lưới điện hạ áp.
Kết cấu của trạm biến áp phụ thuộc vào loại trạm, vị trí, công dụng… của chúng.Các trạm biến áp trung gian thường được xây dựng với 2 dạng chính:
- Trạm biến áp ngoài trời có các thiết bị phân phối phía cao áp được đặt ở ngoài trời còn các thiết bị phân phối phía thứ cấp được đặt trong các tủ điện hoặc đặt trong nhà.
- Trạm biến áp trong nhà: toàn bộ thiết bị của trạm từ phía sơ cấp đến phía thứ cấp được đặt trong nhà với các tử phân phối tương ứng.
1. Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng
Vị trí của trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của mạng điện.Nếu vị trí của trạm biến áp đặt quá xa phụ tải thì có thể dẫn đến chất lượng điện áp bị giảm, làm tổn thất điện năng.Nếu phụ tải phân tán, thì việc đặt các trạm biến áp gần chúng có thể dẫn đến số lượng trạm biến áp tăng, chi phí cho đường dây cung cấp lớn và như vậy hiệu quả kinh tế sẽ giảm.
Vị trí các trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:
- Dễ thao tác và vận hành
- Đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy với chất lượng cao - Có khả năng mở rộng và phát triển
- Có các thiết bị hiện đại để có thể áp dụng các công nghệ tiên tiến trong vận hành và điều khiển mạng điện
- Giá thành hợp lý và có hiệu quả kinh tế cao
- Gần trung tâm phụ tải và thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới
Căn cứ vào sơ đồ bố trí các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí, ta thấy rằng các phụ tải được bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng nên không thể bố trí trạm biến áp trong nhà.Vì vậy nên đặt trạm biến áp phân xưởng phía ngoài nhà xưởng ngay sát tường như minh hoạ dưới đây.Khi xây dựng ngoài như thế chúng ta cũng cần chú ý đến điều kiện mỹ quan.
Hình 2.1: Sơ đồ trạm biến áp phân xưởng
2. Chọn công suất và số lượng máy biến áp trong phân xưởng Dựa vào bảng số liệu phụ tải .
• Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax=4500h Hệ số điền kín đồ thị có thể được xác định theo công thức:
8760max 87604500 0,514 0,75
max
<
=
=
=
= T
S S kđk tb
Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải 40% trong khoảng thời gian cho phép không quá 6 giờ
• Chọn dung lượng máy biến áp:
Nếu trạm biến áp dùng 1 máy biến áp thì :
) ( 322 ,
203 kVA
S SđmBA≥ ttpx=
Nếu trạm biến áp dùng 2 máy biến áp làm việc song song thì :
) ( 7 , 2 101
322 , 203
2 kVA
SđmBA≥ Sttpx = =
Kiểm tra điều kiện sự cố máy biến áp:
4 , 1
SđmBA≥ Sttqt
Trong đó phụ tải quan trọng :
) ( 66 , 162 322 , 203 . 8 ,
% 0
80 S kVA
Sttqt = ttpx= =
) ( 2 , 4 116 , 1
66 , 162 4
,
1 kVA
SđmBA≥ Sttqt = =
Đối với máy biến áp nhập ngoại thì phải xét đến hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ
k S S
hc ttpx đmBA≥
1−Φ1001−Φ2 khc=
Φ1: nhiệt độ môi trường sử dụng
Φ2: nhiệt độ môi trường sản xuất
Căn cứ vào giá trị công suất tổng hợp của phân xưởng tính toán ở trên và các điều kiện trên, ta chọn công suất và số lượng máy biến áp 10/0,4 kV theo 2 phương án sau:
• Phương án 1: Dùng 2 máy biến áp công suất 2x125 kVA
• Phương án 2: Dùng 1 máy biến áp công suất 250 kVA
Phụ tải phân xưởng được xếp loại I không thể mất điện vì thế đảm bao cung cấp điện ta chọn phương án dung 2 máy biến áp làm việc song song do Cty thiết bị điện Đông Anh sản xuất không phải hiệu chỉnh nhiệt độ với công suất mỗi máy 125 kVA.
Bảng các số liệu của máy biến áp Công
suất kVA
Điện áp ∆ P0, W ∆ PK, W UN, % Kích thước mm Dài-rộng-cao
Trọng lượng
125 10/0,4 310 1700 4 1290-700-1350 750
250 10/0,4 640 3000 4 1440-820-1580 1220
Xét về kỹ thuật, hai phương án không ngang nhau về độ tin cậy cung cấp điện, Đối với phương án 1, khi có sự cố ở một trong hai máy biến áp, máy biến áp còn lại sẽ gánh toàn bộ phụ tải loại I và II của phân xưởng, Đối với phương án 2 khi sự cố xảy ra, sẽ ngừng cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ,
Để đảm bảo sự tương đồng về mặt kỹ thuật của các phương án cần xét đến thành phần thiệt hại do mất điện khi có sự cố xảy ra trong các máy biến áp, Trước hết ta cần kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp khi có sự cố
Xét 2 máy biến áp làm việc song song, khi xảy ra sự cố một trong 2 máy biến áp phụ tải bao gồm loại I và II:
) ( 66 , 162 322 , 203 . 8 ,
% 0
80 S kVA
Sttqt= ttpx= =
Xác định chi phí quy đổi của các phương án Z = pV + C + Y
Trong đó :
Y: là thiệt hại do mất điện chỉ xét cho phụ tải quan trọng C: là chi phí cho hao tổn điện năng
V: vốn đầu tư ban đầu
P : hệ số tiêu chuẩn và khấu hao
- Đối với phương án 1: coi thiệt hại bằng 0, Y= 0 - Đối với phương án 2 : Y2 = gth . Pth . tf
Trong đó: gth – suất thiệt hại do mất điện, gth = 4500đ/kWh
Pth = Sttqt .cosφ công suất tác dụng của phụ tải quan trọng tf - thời gian mất điện đẳng trị
tf = 24 với mạng điện hạ áp, 12 với mạng cao áp
Khi đó Y2 = 4500 . 162,66 .0,622 . 24 = 10,927. 106 ( đ/năm) Tổn thất điện năng trong máy biến áp:
2
0 k ( )
n
P S
A n P t
n S τ
∆ = × ∆ × + ∆ × ×
Trong đó :n là số máy biến áp
τ = (0,124 + 10-4 .Tmax)2 . 8760 ,được gọi là thời gian tổn thất công suất lớn nhất, Thay Tmax = 4500 h, ta tính được τ có giá trị như sau:
τ = ( 0,124 + 10-4 . 4500)2 . 8760 =2886,21 (h)
Tính chi phí tổn thất C = c∆ .∆A
Tính chi phí quy đổi của các phương án Z = pV + C + Y
Với p = atc + kkh
Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:
1 ) 1 (
) 1 (
− +
= +Th Th
tc i
i
a i 0,171
1 ) 15 , 0 1 (
) 15 , 0 1 ( 15 , 0
15
15 =
− +
= +
Với i =0,15 là hệ số triết khấu phụ thuộc lãi suất ngân hàng.
Hệ số khấu hao trạm biến áp tra theo bảng 3,1 sách bài tập có giá trị là kkh = 0,065;
Như vậy hệ số pb = atc + kkh = 0,171 + 0,065 = 0,236 Xét từng phương án:
Phương án 1: có n =2
Tổn thất điện năng trong máy biến áp
.2886,21 11922( )
125 322 , . 203 2
7 , 8760 1 . 310 , 0 . 2
2
kWh
A =
+
=
∆
Chi phí tổn thất
Chi phí quy đổi
Z1= 0,236 . 83,08 . 106 + 11,922. 106+ 0 = 31,53. 106 (đ)
Phương án 2: có n=1
Tổn thất điện năng trong máy biến áp
.2886,21 11333,54( )
250 322 , . 203 3 8760 . 64 , 0
2
kWh
A =
+
=
∆
Chi phí tổn thất
C2 = 1000 . 11333,54= 11,33. 106 (đ/năm) Chi phí quy đổi
Z2 = 0,236 .64,04 . 106 + 11,33. 106 + 9,961. 106 =36,4. 106 (đ)
STT Các tham số P/A 1 P/A 2
1 Công suất tram BA(kVA) 2x125 250 2 Vốn đầu tư MBA,× 106đ 83,08 64,04 3 Tổn thất điện năng,× 106
kWh/năm 11922 11333,54
4 Chi phí tổn thất,× 106
đ/năm 11,922 11,33
5 Thiệt hại do mất điện, ×
106 đ/năm 0 9,961
6 Tổng chi phí quy đổi, ×
106 đ/năm 31,53 36,4
Nhận xét: Phương án 1 có tổng chi phí quy đổi thấp hơn phương án 2 . Việc lựa chọn phương án dùng 2 máy biến áp còn có lợi là có thể cắt bớt một máy khi phụ tải quá nhỏ, điều đó tránh cho máy biến áp phải làm việc non tải, do đó giảm được tổn thất và nâng cao chất lượng điện, Với cách chọn máy biến áp như thế ở những năm cuối của chu kỳ thiết kế máy có thể làm việc quá tải trong một khoảng thời gian nhất định mà không làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy.
Vậy ta chọn phương án 1 với việc sử dụng 2 máy biến áp làm việc song song, mỗi máy có công suất S = 125kVA.
CHƯƠNG 5