kl le anh tai 756080d

Công suất của máy biến áp, vị trí, số lượng và phương thức vận hành của trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện.. Dung lượng và c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Lời nói đầu

PHẦN A

ChươngI : TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 1

ChươngII : XÁC ĐỊNH CẤP TẢI ĐIỆN TỪ HỆ THỐNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP VÀ PHỤ TẢI ĐIỆN 5

ChươngIII : CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA TRẠM,

SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT` MÁY BIẾN ÁP 12

ChươngIV : SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN Ở CÁC CẤP ĐIỆN ÁP 22

ChươngV : TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 26

ChươngVI :TÍNHTOÁN KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ QUYẾT ĐỊNH

PHƯƠNG ÁN THIẾT 29

ChươngVII :TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH, LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN 35

ChươngVIII :THIẾT KẾ TỰ DÙNG CHO TRẠM BIẾN ÁP 64

ChươngIX : BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP NGOÀI TRỜI 68

PHẦN B Chương I: THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 22kV 78

ChươngII:TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH.CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN 90

CÁC BẢN VẼ:

Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220/110/22kV

Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị trạm biến áp 220/110/22 kV

Sơ đồ mặt bằng bảo vệ chống sét toàn trạm

Sơ đồ nguyên lý đường dây phân phối 22kV

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, những năm gần đây với chính sách mở cửa của nước ta, nhiều nước trên thế giới đã đầu tư vào

và hình thành các khu công nghiệp trên phạm vi cả nước Như vậy nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ… không ngừng phát triển Để đáp ứng kịp thời nhu cầu phụ tải phát triển thì hệ thống nguồn và lưới điện quốc gia cũng phải phát triển nhanh Nhiều nhà máy điện và trạm biến áp có công suất lớn được xây dựng và đi vào hoạt động

Trong luận án thiết kế trạm biến áp này do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên phần thiết kế còn thiếu sót, rất mong thầy cô sửa chữa và đóng góp ý kiến

để luận án này hoàn chỉnh hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô Trường Đại Học Tôn Đức Thắng, Khoa Điện – Điện tử đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt 5 năm học

Tôi xin cảm ơn thầy Phạm Nhất Phương đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình cho tôi và các bạn cùng khoá để hoàn thành quyển luận văn này

Tất cả các kiến thức, kinh nghiệm học hỏi được ở trường là hành trang quý báo cho công việc của tôi sau này Tôi mong quý thầy Trường Đại Học Tôn Đức Thắng và thầy Phạm Nhất Phương nhận nơi chúng tôi lòng biết ơn sâu sắc nhất

SVTH : Lê Anh Tài

Trạm biến áp là một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống điện,

dùng để biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Công suất của máy biến

áp, vị trí, số lượng và phương thức vận hành của trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn

đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện Vì vậy việc chọn các

trạm biến áp bao giờ cũng gắn liền với việc lựa chọn phương án cung cấp điện

Dung lượng và các thông số khác của máy biến áp phụ thuộc vào phụ tải của

nó, vào cấp điện áp của mạng, vào phương thức vận hành của trạm biến áp…Vì thế

để lựa chọn được trạm biến áp tốt nhất chúng ta phải xét đến nhiều mặt và phải tiến

hành tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án đề ra

Hiện nay nước ta đang sử dụng các cấp điện áp sau:

- Cấp cao áp:

+ 500kV nối liền hệ thống điện quốc gia gồm ba miền

Bắc-Trung-Nam

+ 220kV dùng cho các mạng điện khu vực

+ 110kV dùng cho mạng phân phối cung cấp các phụ tải lớn

- Cấp trung áp:

+ 22kV trung tính trực tiếp nối đất, dùng cho mạng điện địa phương,

cung cấp các nhà máy vừa và nhỏ, cung cấp cho các khu dân cư

- Cấp hạ áp:

+ 380/220V dùng mạng điện hạ áp trung tính trực tiếp nối đất

Do lịch sử để lại hiện nay ở nước ta cấp trung áp vẫn còn dùng 66kV, 35kV,

15kV, 10kV và 6kV Nhưng trong tương lai các cấp điện áp nêu trên sẽ được cải tạo

để dùng thống nhất cấp 22kV

II PHÂN LOẠI TRẠM BIẾN ÁP:

Phụ thuộc vào mục đích có thể phân loại TBA theo cách sau:

-Theo điện áp, chia thành TBA tăng áp và TBA giảm áp:

+ TBA tăng áp là TBA có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp Đây thường là

TBA của các nhà máy điện tập trung điện năng của các máy phát điện để phát về

hệ thống điện và các phụ tải ở xa

+ TBA hạ áp là TBA có điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp Đây thường là

TBA có nhiệm vụ nhận điện năng từ hệ thống điện để phân phối cho phụ tải

- Theo chức năng có thể chia thành TBA trung gian và TBA phân phối:

+ TBA trung gian hay còn gọi là TBA khu vực thường có điện áp sơ cấp lớn

(500, 220, 110kV) để liên lạc với các phụ tải có điện áp khác nhau (220, 110, 22,

15kV) của các TBA phân phối

+ TBA phân phối hay còn gọi là TBA địa phương có nhiệm vụ phân phối trực

tiếp cho các hộ sử dụng điện của xí nghiệp, khu dân cư, trường học… thường có cấp

điện áp nhỏ (10, 6, 0.4kV)

- Theo hình thức và cấu trúc của trạm ta chia thành trạm ngoài trời và trạm trong

nhà:

+ TBA ngoài trời ở đây các thiết bị điện như dao cách ly, máy cắt, máy biến áp,

thanh góp…đều đặt ngoài trời Riêng phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà,

hoặc đặt trong các tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng Loại này thích hợp cho các trạm

trung gian có công suất lớn, có đủ đất đai cần thiết để đặt ngoài trời Sử dụng trạm

ngoài trời sẽ tiết kiệm được khá lớn kinh phí xây dựng nên được khuyến khích dùng

ở những nơi có điều kiện

+ Trạm biến áp trong nhà có các thiết bị đều được đặt trong nhà Loại trạm này

hay thường gặp ở các trạm phân xưởng hoặc các trạm biến áp ở các khu vực trong

thành phố

III DỮ LIỆU BAN ĐẦU:

1 Đường dây nối từ hệ thống đến TBA:

- Chiều dài: 120 km

- Số đường dây: 2

- Công suất ngắn mạch phía hệ thống: 4500MVA

2 Số đường dây từ thanh cái của trạm đi đến các trạm khác: 2 đường dây,

80MW, cosφ =0.85

3 Phụ tải của trạm:

a Phía trung áp 110kV: Pmax = 40MW; 2 đường dây; cosφ =0.8

Phụ tải ngày theo % Pmax:

b Phía hạ áp 22kV: Pmax =20MW; 8 đường dây; cosφ =0.8.;

Phụ tải ngày theo %Pmax

CHƯƠNG II

TRẠM BIẾN ÁP VÀ PHỤ TẢI ĐIỆN

I CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN TỪ HỆ THỐNG VỀ TRẠM:

1 Đặt vấn đề:

Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho các xí nghiệp công nghiệp, ngoài

việc chọn sơ đồ cung cấp chung và xác định công suất hợp lý của máy biến áp điện

lực, một trong những vấn đề cơ bản là chọn cấp điện áp hợp lý cho sơ đồ Vì giá trị

điện áp này quyết định các thông số của đường dây tải điện, thiết bị của trạm và

lưới điện Trên thực tế người ta xác định điện áp hợp lý phi tiêu chuẩn theo các

Trong đó: S – công suất truyền tải

l – chiều dài đường dây nối từ hệ thống về trạm Như vậy: Chọn công suất tự dùng P td 0.32MW;S td 0.4MVA

(công suất tự dùng TBA nằm trong giới hạn (0.05 – 0.5), không phụ thuộc nhiều vào công suất

của trạm mà phụ thuộc vào trạm có người trực hay không )

1 58 , 84

U  4 , 34  16

Trong đó: P – công suất truyền tải

l – chiều dài đường dây nối từ hệ thống về trạm

Áp dụng: PS.cos 82,54.0,8570,16

MW

U 4,34. 12016.70,16 152,98

kV Công thức Still đã được Nicogxov X.N biến đổi thành dạng thuận tiện hơn

26,153120.16,70.16

U

kV Theo cẩm nang kỹ thuật Thụy Điển:

8,14916,7016

120.1716

II XÂY DỰNG ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA TỪNG CẤP ĐIỆN ÁP:

1 Đặt vấn đề:

Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình nào đó nhiệm vụ đầu tiên của

chúng ta là xác định phụ tải điện của công trình đó Tùy theo qui mô của công trình

mà phụ tải được xác định theo phụ tải thực tế hay còn phải kể đến khả năng phát

triển của công trình trong tương lai 5 năm, 10 năm hoặc lâu hơn nữa Người thiết kế

cần biết đồ thị phụ tải để chọn các thiết bị điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết

bị đóng cắt, bảo vệ… để tính các tổn thất công suất, điện áp, để có thể chọn thiết bị

bù Xác định phụ tải tính toán chính xác là điều rất cần thiết vì nếu phụ tải xác định

nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị điện, có khi dẫn đến cháy

nổ rất nguy hiểm Nếu phụ tải xác định lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị

điện chọn sẽ quá lớn hơn so với yêu cầu gây lãng phí cho nhà đầu tư

2 Đồ thị phụ tải:

Phụ tải điện là một hàm theo thời gian, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như

đặc điểm của quá trình công nghệ, chế độ vận hành

Phía hạ áp 22kV có tính thêm Std = 0,4 MVA:

Đồ thị phụ tải ở cấp điện áp 22 KV

Phía hạ áp 22kV

10.4 10.4

12.9 12.9

20.4 20.4 20.4

17.9 17.9 17.9

22.9 22.9

15.4 15.4 15.4

25.4 25.4 25.4

12.9 12.9 12.9

17.9 17.9 17.9

0

5

10

15

20

25

30

Giờ S(MVA)

lượng điện năng sử dụng sẽ đúng bằng lượng điện năng thực tế.Nếu đồ thị phụ tải có thời gian đặc trưng là T MAX

thì đồ thị tổn thất cũng có thời gian đặc trưng tương ứng là 

gọi là thời gian tổn thất công suất cực đại

2 max

40 7 36 3 36 2 32 4 24 6 20 5

MAX

giờ

59 , 14 40

40 7 36 2 32 4 20 5 24 6

2

2 2

2 2

2 2

32,20

*332,18

*232,16332,14632,12332,10532,82

32 , 20

* 3 32 , 18

* 2 32 , 16 3 32 , 14 6 32 , 12 3 32 , 10 5 32 , 8 2

, 52 2 32 , 60 2 32 , 58 1 32 , 54 3

32 , 50 2 32 , 44 2 32 , 42 2 32 , 40 1 32 , 36 2 32 , 34 5 32 , 28 2

MAX

giờ

09 , 49338 32

, 52 2 32 , 60 2 32 , 58 1 32 , 54

3

32 , 50 2 32 , 44 2 32 , 42 2 32 , 40 1 32 , 36 2 32 , 34 5 32 , 28 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

, 60

09 , 49338

2 2

CHƯƠNG III

CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ TRẠM CHỌN SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP

I TỔNG QUAN:

Sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp là sơ đồ diễn tả sự liên hệ giữa nguồn và phụ

tải Nguồn thường là các đường dây cung cấp từ hệ thống đến trạm biến áp, có

nhiệm vụ đảm bảo cung cấp cho các phụ tải mà trạm biến áp đảm nhận Với các

trạm biến áp tiêu thụ cũng có thể có máy biến áp dự phòng để cung cấp điện cho các

phụ tải khi có các sự cố trong hệ thống, trong trường hợp này các máy phát dự

phòng được xem là nguồn Do đó hệ thống luôn được xem là thành phần quan

trọng, cấu trúc của trạm biến áp phải luôn được giữ liên lạc chặt chẽ

Khi thiết kế trạm biến áp, chọn sơ đồ cấu trúc là phần quan trọng có ảnh

hưởng quyết định đến toàn bộ thiết kế Các yêu cầu chính khi chọn sơ đồ cấu trúc:

+ Có tính khả thi, tức là có thể chọn được các thiết bị chính như máy biến áp,

máy cắt điện… cũng như có khả năng thi công, xây lắp và vận hành

+ Đảm bảo sự liên hệ chặt chẽ giữa các cấp điện áp đặc biệt với hệ thống khi

bình thường cũng như khi cưỡng bức (có một phần tử không hoạt động được)

+ Tổn hao qua máy biến áp bé, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua

hai lần biến áp không cần thiết

+ Vốn đầu tư hợp lý, chiếm diện tích càng bé càng tốt

+ Có khả năng phát triển trong tương lai gần, không cần thay đổi cấu trúc đã

chọn

Thường một trạm biến áp có thể có nhiều phương án, cấu trúc khác nhau, để

chọn phương án nào cần xem xét các khía cạnh sau:

+ Số lượng máy biến áp

+ Tổng công suất các máy biến áp

+ Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp

+ Tổng tổn hao điện năng qua máy biến áp

II CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ TRẠM:

Phương án 1: Sử dụng hai máy biến áp tự ngẫu ba pha

Sử dụng máy biến áp tự ngẫu ba pha có :

Ưu điểm:

- Số lượng máy biến áp ít, chiếm ít diện tích xây lắp

- Giá thành thấp hơn nhiều so với máy biến áp ba cuộn dây

- Sơ đồ cấu trúc trạm đơn giản, linh hoạt và độ tin cậy cung cấp điện cao

- Tổn hao trong máy biến áp nhỏ vì không phải qua hai lần máy biến áp như các phương án khác

Nhược điểm:

- Thường sử dụng máy biến áp tự ngẫu ba pha khi điện áp cao

Uc>220kV; UT>110kV; UH=10;20;35kV; Do đó khi UT>110kV thì mới nên dùng

máy biến áp từ ngẫu

Khi công suất lớn, kích thước và trọng lượng máy biến áp lớn có thể không

cho phép chuyên chở và xây lắp

Hệ thống

22KV

110KV 220KV

Nhƣợc điểm: Sử dụng bốn máy biến áp nên chi phí tăng, chiếm diện tích

lớn, phụ tải 22kV phải qua hai lần biến áp nên tổn thất lớn

Hệ thống

22KV 220KV

110KV

Phương án 3: Sử dụng hai máy biến áp ba pha ba cuộn dây

Thường sử dụng máy biến áp ba pha ba cuộn dây khi điện áp cao Uc=110kV;

Phương án 4: Dùng bốn máy biến áp hai cuộn dây tải công suất từ điện áp cao

sang trung và cao sang hạ

Ưu điểm: Có độ cung cấp điện cao và được sử dụng khi phụ tải ở trung và hạ

chênh lệch nhau nhiều

Nhược điểm:

- Tăng số lượng máy biến áp dẫn đến chiếm nhiều diện tích

- Tách trạm thành hai phần riêng biệt ( hai trạm biến áp đặt chung trong một nơi) Phương pháp này có nhiều hạn chế và ít được sử dụng

- Giá thành cao do cả bốn máy biến áp đều ở cấp điện áp 220kV do đó đòi hỏi phải có cách điện tốt

Hệ thống

22KV

110KV 220KV

Phương án 5:

Dùng bốn máy biến áp hai cuộn dây tải công suất từ điện áp cao sang trung

và trung sang hạ

Ưu điểm: Khi mạng hạ áp gặp sự cố thì trung áp vẫn hoạt động bình thường

đảm bảo tính liên tục cung cấp điện

Nhược điểm: Do qua hai lần máy biến áp nên hai máy biến áp giữa cao và

trung phải tải tất cả các phụ tải của trung và hạ Do đó phải chọn máy biến áp có

công suất lớn, tổn hao có thể lớn Vì vậy không nên sử dụng khi phụ tải SH>ST

Hệ thống

220KV

110KV

22KV

Nhận xét:

Trong năm phương án trên ta thấy rằng phương án 1 và 5 là được sử dụng

rộng rãi trong thực tế Còn phương án 2 , 3và 4 tính hợp lý không cao với những ưu

và khuyết điểm nêu trên Do đó, để chọn phương án tối ưu nhất thì khi thiết kế ta

phải so sánh cụ thể hơn về kinh tế, kỹ thuật và các khía cạnh liên quan khác của hai

phương án còn lại

III CHỌN SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP:

1 Chọn số lượng máy biến áp trong trạm:

Chọn số lượng máy biến áp phụ thuộc vào các yếu tố: độ tin cậy cung cấp

điện liên tục, công suất, tổn thất, tính kinh tế… vì thế có thể lựa chọn một, hai hay

ba máy biến áp

Một máy biến áp được dùng trong trường hợp phụ tải không quan trọng

Trạm thường được cung cấp một đường dây từ hệ thống đến

Trạm biến áp khi xây dựng thường được chia làm hai giai đoạn, giai đoạn

đầu đặt một máy, khi phụ tải phát triển (trong 2,3 năm sau) sẽ đặt thêm máy biến áp

thứ hai Thiết kế như vậy có ưu điểm không phải đặt hai máy ngay từ đầu, nếu chọn

công suất máy biến áp theo phụ tải sau khi phát triển, giai đoạn đầu máy biến áp

Hệ thống

22KV 220KV

110KV

làm việc non tải, tổn hao không tải lớn Còn nếu chọn công suất theo phụ tải hiện

tại, khi phát triển phải thay máy biến áp lớn hơn Trường hợp này cho phép giai

đoạn đầu vận hành một máy biến áp thường ít có khả năng sự cố máy biến áp, do

máy biến áp còn mới tuổi thọ còn cao Hơn nữa thiết kế như vậy vốn đầu tư ban đầu

nhỏ, tận dụng vốn đầu tư ban đầu tốt hơn Tuy nhiên tính liên tục cung cấp điện

trong trường hợp này không cao

Hai máy biến áp thường là phương án được sử dụng nhiều nhất vì tính đảm

bảo cung cấp điện cao

Phương án được thiết kế khi:

+Có hai đường dây cung cấp từ hệ thống

+ Khi không có máy biến áp lớn phù hợp với phụ tải

+ Không có khả năng chuyên chở và xây lắp máy biến áp lớn

Trường hợp ba máy biến áp chỉ được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt:

+ Khi không có hai máy biến áp phù hợp

+ Trạm biến áp đã xây dựng, khi phụ tải phát triển không có khả năng thay

thế hai máy mới phải đặt thêm máy thứ ba Đặt ba máy thường đưa đến tăng vốn

đầu tư, tăng diện tích xây dựng, phức tạp trong xây lắp và vận hành

Vậy với yêu cầu thiết kế ta chọn phương án sử dụng hai máy biến áp vì:

+ Trạm được cấp điện từ hệ thống bằng hai đường dây

+ Đảm bảo được tính cung cấp điện liên tục vì nếu có một máy biến áp

hỏng thì máy còn lại vẫn làm việc và sẽ đảm nhận việc cung cấp điện cho các phụ

tải Nếu chọn một máy biến áp thì không đảm bảo được tính liên tục cung cấp điện

Nếu chọn ba máy thì giá thành cao, tốn mặt bằng Hơn nữa khả năng chuyên chở

máy biến áp lớn ở nước ta chưa cho phép do điều kiện đường xá, cầu cống……

2 Chọn công suất máy biến áp:

Máy biến áp cũng có lúc vận hành non tải, thì cũng có thể vận hành quá tải

trong một khoảng thời gian mà không làm hỏng ngay máy biến áp

Nếu trạm có đặt một máy biến áp thì chọn công suất định mức của nó trên cơ

sở có xét đến khả năng quá tải thường xuyên của máy biến áp đó

Nếu trạm có đặt hai máy biến áp song song thì chọn công suất định mức của

nó phải xét đến khả năng quá tải sự cố khi hỏng một trong hai máy biến áp

a Quá tải thường xuyên

Là chế độ quá tải mà một phần thời gian phụ tải của máy biến áp vượt quá

công suất định mức của máy và phần còn lại của chu kì khảo sát (ngày, năm) thì

phụ tải của máy biến áp thấp hơn công suất của nó

Nếu phụ tải của máy biến áp trước sự cố không vượt quá 93% công suất định

mức của máy, thì được phép quá tải 40% ( nếu máy biến áp đặt ngoài trời) so với

công suất định mức trong khoảng thời gian 6 giờ liên tục trong ngày và kéo dài

- công suất định mức của máy biến áp

c Chọn máy biến áp cho các phương án:

Các phương án ta đưa ra có sử dụng hai máy biến áp song song, nên công

suất máy biến áp được chọn theo điều kiện quá tải sự cố một máy nghỉ, máy còn lại

với khả năng quá tải cho phép phải lớn hơn công suất cực đại của phụ tải Trong

U

U U



MVA S

S Cmax  220,max  75 , 4

(công suất cực đại đi qua cuộn cao áp)

MVA S

S Tmax  110,max  50

(công suất cực đại đi qua cuộn trung áp)

MVA S

S Hmax  22,max  25 , 4

(công suất cực đại đi qua cuộn hạ áp)

Ở máy biến áp tự ngẫu thì: S dmC S dmT S dmB;S dmH .S dmB

Ta chọn công suất máy biến áp theo công suất cực đại đi qua cuộn cao:

MVA K

S S

qtsc

C

4,1

4,75

max  



Chọn máy biến áp tự ngẫu có công suất S dmB 60MVA

, kí hiệu: ATДTH có các thông số sau:

S S

qtsc

4,1

4,75

max  



Lựa chọn máy biến áp ba pha 2 cuộn dây, có kí hiệu: ONAF ,S dmB 75MVA

, có các thông số sau:

ngắn mạch

Dòng không tải (%)

Lựa chọn máy biến áp ba pha hai cuộn dây làm việc ở cấp 110/22kV:

Dòng công suất qua máy biến áp hai cuộn dây bằng với tổng phụ tải của cấp

điện áp 22kV với công suất tự dùng của trạm Smax 25,4MVA

Công suất chọn lựa máy biến áp:

MVA K

S S

qtsc

4,1

4,25

CHƯƠNG IV

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN Ở CÁC CẤP ĐIỆN ÁP

I KHÁI NIỆM:

Sơ đồ nối điện được thể hiện dưới dạng hình vẽ để biểu diễn mối quan hệ

giữa các thiết bị, khí cụ điện có nhiệm vụ nhận điện từ nguồn để cung cấp phân phối

cho phụ tải cùng cấp điện áp

Nguồn điện có thể là máy biến áp, máy phát điện, đường dây cung cấp

Phụ tải có thể là máy biến áp, đường dây, nơi tiêu thụ…

Thanh góp là nơi tập trung các nguồn điện và phân phối cho các phụ tải

Sơ đồ nối điện có nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào cấp điện áp, số phần

tử nguồn và tải, công suất tổng, tính quan trọng của các phụ tải… Sơ đồ nối điện

cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

1 Tính đảm bảo:

Cung cấp điện theo yêu cầu hay tính quan trọng của phụ tải mà mức đảm bảo

cần đáp ứng Tính đảm bảo của sơ đồ nối điện có thể đánh giá qua độ tin cậy cung

cấp điện, thời gian ngưng cung cấp điện, điện năng không cung cấp đủ cho các hộ

tiêu thụ hay là sự thiệt hại của phụ tải do không đảm bảo cung cấp điện

2 Tính linh hoạt:

Là sự thích ứng với các chế độ khác nhau Từ đó phải có nhiều thiết bị nhưng

sơ đồ có nhiều thiết bị thì xác suất sự cố lại tăng và do đó tính đảm bảo lại giảm

xuống Vì vậy tùy theo từng trường hợp cụ thể mà chọn sơ đồ có tính đảm bảo và

tính linh hoạt nhất định

3 Tính kinh tế:

Thể hiện ở vốn đầu tư ban đầu và chi phí hằng năm Ví dụ tổn thất qua máy

biến áp Cũng cần quan tâm tính hiện đại của sơ đồ cũng như xu thế chung, đặc biệt

sự tiến bộ trong chế tạo, cấu trúc của các thiết bị điện

4 Tính phát triển:

Sơ đồ nối điện cần thỏa mãn không chỉ hiện tại mà cả trong tương lai gần khi

tăng thêm nguồn hay tải Khi phát triển không bị khó khăn hay phải phá bỏ, thay đổi

cấu trúc sơ đồ

II CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN:

1 Sơ đồ nối điện ở cấp 220kV:

Trạm biến áp nối với hệ thống bằng hai đường dây dài 120km, trạm biến áp

dùng hai máy biến áp làm việc song song và có thêm hai đường dây phụ tải 220kV

Vì vậy ta chọn sơ đồ hệ thống hai thanh góp có máy cắt liên lạc Sơ đồ này có hai

chế độ làm việc:

Một hệ thống thanh góp làm việc, một hệ thống thanh góp dự phòng, các

phần tử nối vào thanh góp làm việc qua máy cắt và dao cách ly của thanh góp đó

đóng còn dao cách ly kia cắt Với chế độ làm việc này, sơ đồ trở thành sơ đồ tương

đương một thanh góp không phân đoạn Tuy nhiên nó có tính linh hoạt hơn, khi một

thanh góp bị sự cố hay sữa chữa thì toàn bộ được chuyển sang làm việc với thanh

góp thứ hai Khi đó, chỉ bị mất điện trong khoảng thời gian ngắn ( thời gian thao

tác) Ngoài ra, sơ đồ này còn có ưu điểm nổi bật là khi cần sữa chữa một máy cắt

của phần tử nào đó, ta dùng máy cắt liên lạc thay cho máy cắt này bằng cách chuyển

đường đi qua thanh góp thứ hai, qua máy cắt liên lạc đi tắt qua máy cắt cần sữa

chữa

Đồng thời làm việc với cả hai thanh góp: trong trường hợp này các mạch

nguồn và tải được phân đều trên cả hai thanh góp, máy cắt liên lạc đóng làm nhiệm

vụ của máy cắt phân đoạn tương ứng với sơ đồ hệ thống thanh góp có phân đoạn

Khi bị sự cố trên một thanh góp chỉ mất một thời gian ngắn và chuyển sang vận

hành trên thanh góp kia

Sơ đồ hệ thống hai thanh góp

2 Sơ đồ nối điện ở cấp điện áp 110kV:

Gồm hai mạch đường dây từ phía trung áp của máy biến áp và hai mạch

đường dây phụ tải Cấp 110kV, điện áp không cao lắm và số mạch không nhiều, ta

chọn sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn

Sơ đồ trên tương đương với sơ đồ hệ thống một thanh góp Tuy nhiên nó

khắc phục được những nhược điểm của hệ thống một thanh góp là độ tin cậy cung

cấp điện không cao

Đặc điểm của sơ đồ này là thanh góp được phân đoạn bằng một máy cắt và

hai dao cách ly ở bên Mỗi phân đoạn có một nguồn cung cấp và một phần các phụ

tải Máy cắt điện hay dao cách ly phân đoạn có thể đóng hay cắt khi vận hành bình

thường Điều này phụ thuộc vào sự lựa chọn cân nhắc của bộ phận vận hành vì

đóng hay cắt cũng đều có ưu, khuyết điểm của nó

Phụ tải sẽ được cung cấp điện từ hai đường dây nối vào hai phân đoạn khác

nhau Do đó không bị mất điện do bất kỳ nguyên nhân nào cần cắt, nghỉ một đường

dây hay một phân đoạn Khi cần sữa chữa chỉ tiến hành cho từng phân đoạn, việc

cung cấp điện được chuyển cho phân đoạn kia

Khi có sự cố trên một phân đoạn, thì máy cắt của phân đoạn đó sẽ sắt cùng

với máy cắt của các mạch trên phân đoạn đó, phân đoạn còn lại vẫn làm việc bình

thường Trong thời gian này tính đảm bảo có giảm nhưng xác suất xuất hiện sự cố

đồng thời rất thấp

Nếu bình thường làm việc trong chế độ máy cắt phân đoạn cắt, thì nên đặt

thêm bộ phận tự đóng nguồn dự phòng Nhờ bộ phận này khi mất nguồn cung cấp

trên phân đoạn nào đó, máy cắt phân đoạn sẽ tự đóng lại và phân đoạn được cung

cấp từ phân đoạn kia

Sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn

3 Sơ đồ nối điện ở cấp 22kV:

Để đảm bảo cung cấp điện, thuận tiện trong vận hành, giảm diện tích khi lắp

đặt trạm, tiện lợi khi lắp đặt các thiết bị trong trạm Ta chọn tủ điện trọn bộ, đặt

trong nhà theo sơ đồ hệ thống một thanh góp có máy cắt phân đoạn

Sơ đồ một thanh góp phân đoạn sử dụng máy cắt hợp bộ

CHƯƠNG V

TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

TRONG MÁY BIẾN ÁP

I TỔNG QUAN:

Khi máy biến áp vận hành, bản thân nó tiêu thụ một lượng công suất (P B

) gọi là tổn thất qua máy biến áp và được tính theo biểu thức:

S

S P P P

Cuộn hạ và cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu chỉ tính toán chế tạo với 

lần công suất định mức của máy biến áp

S H .S dmB

Do đó khi tính toán tổn thất có thể sử dụng công thức tính toán của máy biến áp ba

cuộn dây nhưng thay tỉ lệ của các cuộn cao, trung, hạ là 100/100/

5 ,



N CH N TH

CT N C

N

P P

5 , 0



N TH N CH

P P

) (

5 ,

0 N2CH N2TH N CT H

] ).

.

[(

.

1

2 2

2 2

2

dmB

iH H N dmB

iT T N dmB

iC C

S

S P S

S P S

S P n

T P n



Cũng có thể xác định tổn thất trong máy biến áp tự ngẫu ba pha tương tự như

máy biến áp ba pha ba cuộn dây:

)

.

.(

.

1

. 0 2 N.C max2 C C N.T max2 T T N.H max2 H H

dmB

S P S

P S

P S

n T P n



Áp dụng tính toán tổn thất cho máy biến áp tự ngẫu phương án I:

Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:

5,0220

U

U U



Tổn thất công suất ngắn mạch của các cuộn dây:

MW kW

5,0

2685

,0

240400.(

5,



 

MW kW

5,0

2405

,0

268400.(

5,



 

MW kW

5,0

2685

,0

240.(

5,

,14

,12

máy biến áp: 2; SmaxB 60MVA

; P0 82,5kW 0,0825MW

; Tổn hao điện năng máy biến áp tự ngẫu:

)

.

.(

365

1

max 2

max 2

max 2

dmB

S P S

P S

P S

n T

60.2

18760

III TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP BA

PHA HAI CUỘN DÂY:

Ph-¬ng ¸n 5

1/ Công thức tính toán tổn thất trong máy biến áp hai cuộn dây:220/110kV

1

. 0 2 N i2 i

dmB

t S P S

n T P n



2 4 , 65 2 9 , 62 4 , 50 2 4 , 55 2 9 , 52 2 4 , 45 5 9 , 42 2 4

4,7519,7239,

1 8760 037

. 0 2 N i2 i

dmB

t S P S

n T P n



36475 7

50 2 45 4 40 6 30 5 25

1 8760 017

A

A 220/110 110/22 1343,551274,152617,7

Kết luận:

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN KINH TẾ – KỸ THUẬT

VÀ QUYẾT ĐỊNH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

I KHÁI NIỆM:

Khi thiết kế trạm biến áp, có thể có nhiều phương án thực hiện Để quyết

định phương án cuối cùng, cần phải căn cứ vào những yếu tố cơ bản sau đây:

- Khả năng truyền tải và phân phối điện năng theo yêu cầu của nhiệm

vụ thiết kế với đồ thị phụ tải đã cho

- Tính đảm bảo làm việc của các thiết bị và toàn bộ hệ thống (sơ đồ nối điện, sự liên lạc với các hệ thống cũng như giữa các phần điện áp khác

Ba yếu tố đầu gọi chung là yêu cầu về kỹ thuật, yếu tố 4 và 5 là yêu cầu về

kinh tế, yếu tố 6 không phải là yêu cầu chính nhưng lại rất quan trọng vì nếu không

chú ý đúng mức, phương án thiết kế có thể không thực hiện được trong điều kiện

thực tế

Thiết kế có thể thực hiện một lần tức là xây lắp xong mới vận hành khai thác,

nhưng cũng có thể xây lắp làm nhiều giai đoạn; xây lắp xong giai đoạn nào đưa vào

khai thác ngay phần ấy Vốn đầu tư không sử dụng một lúc mà qua từng giai đoạn,

chi phí cũng chia thành nhiều giai đoạn khác nhau

Hiện nay, khi xét về yêu cầu kỹ thuật tính đảm bảo, linh hoạt có thể căn cứ

vào sự thiệt hại cho nền kinh tế thông qua tính toán độ tin cậy, thời gian mất điện,

tiền bồi thường thiệt hại cho khách hàng… chúng ta quy về chi phí hằng năm và

gộp chung khi xét về kinh tế và được gọi là so sánh kinh tế – kỹ thuật giữa các

phương án với nhau

II TÍNH TOÁN KINH TẾ – KỸ THUẬT:

1 Về kinh tế:

a Tính vốn đầu tư (V):

Khi so sánh vốn đầu tư giữa các phương án, ta chỉ xét đến các thiết bị lớn

như: máy biến áp, máy cắt điện, chi phí chuyên chở, xây lắp chúng Các phần chi

phí không lớn lắm như đường dây, dao cách ly, thanh góp, máy biến dòng điện …

có thể bỏ qua Vì vậy vốn đầu tư của một phương án được tính theo biểu thức:

TBPP B

V

Trong đó:

-VB : giá tiền của máy biến áp

-KL: hệ số tính đến chi phí chuyên chở và xây lắp

-VTBPP: giá tiền chi phí để xây dựng thiết bị điện được xác định như sau:

Vi TBPP i V

TBPP V

A B

: tổn thất điện năng trong các máy biến áp trong một năm

- Chi phí bảo quản thiết bị khấu hao vốn đần tư, phụ thuộc vào vốn đầu tư:

100

%.V

a

P V 

Trong đó: a% là hệ số khấu hao hàng năm tính bằng phần trăm

- Chi phí bồi thường thiệt hại do mất điện Y:

Y P P

P B V 

Khi sơ bộ phân tích có thể không tính đến Y, vậy:

)(

I II

II I

P P

V V T

thì phương án I có vốn đầu tư lớn hơn sẽ là phương án tốt hơn về kinh tế

+ Nếu T T ch

thì phương án II có phí tổn hàng năm lớn hơn sẽ là phương án tốt hơn về kinh tế

- Thời gian thu hồi chênh lệch vốn đầu tư chuẩn phụ thuộc vào từng nước và

từng giai đoạn, có thể lấy bằng 8 năm

ch

T

=8 năm

2 Về kỹ thuật:

Đánh giá về kỹ thuật một phương án là vấn đề rất phức tạp, phụ thuộc vào

quan điểm, kinh nghiệm, thời điểm và thực tế của từng nước

3 So sánh về kinh tế kỹ thuật:

Phương án được đánh giá về kỹ thuật tốt hơn nhưng về mặt kinh tế lại không

tốt Trường hợp này quyết định chọn phương án nào phải căn cứ vào hàm chi phí C

- Nếu chỉ xây dựng trong một năm:

P V p

C  v 

- Nếu xây dựng trong nhiều năm (T năm):

P V

p

C v  t  T 1 

) 1 (

. 

- Nếu xây dựng chia thành nhiều giai đoạn, trong T năm; trong đó xong

phần nào đưa vào khai thác ngay thì:

P P

V p

C v  t  t  T 1 

) 1 ).(

(

Trong đó:

: hệ số hiệu quả đã tính đổi sử dụng vốn đầu tư

Khi thiết kế điện:

C v  

Y P V

p

C v  t  T 1  

) 1 (

. 

Y P P

V p

C v  t  t  T 1  

) 1 ).(

(

Phương án tối ưu là phương án có chi phí C bé nhất

III TÍNH TOÁN SO SÁNH KINH TẾ – KỸ THUẬT CHO TỪNG

PHƯƠNG ÁN:

Tính kinh tế của các phương án được đánh giá theo vốn đầu tư ban đầu và

các chi phí vận hành hàng năm

Vì dự kiến hai sơ đồ nối điện của hai phương án là giống nhau nên số lượng

máy cắt, dao cách ly… là như nhau Nên có thể xem hai phương án trên chỉ khác

nhau về chi phí máy biến áp và chi phí tổn thất điện năng nên chỉ tính kinh tế dựa

trên hai chi phí đó Thêm nữa ở luận án này ta chỉ chủ yếu xét về mặt kỹ thuật,

phương án nào đảm bảo tối ưu và vượt trội về mặt kỹ thuật ta sẽ chọn phương án

đó, yếu tố kinh tế chỉ mang tính bổ sung chứ không có vai trò quan trọng nhiều

Phương án nào đảm bảo vận hành hệ thống trơn tru và không tốn kém hơn nhiều so

với phương án còn lại, sẽ được chọn làm phương án chính

P B . B 502808,99140449,5

Với A B 2808,99 MWh

MWh USD kWh

USD/ 50 / 05

,





- Chi phí để bảo quản thiết bị khấu hao vốn đầu tư:

Tra thông số bảng 9.2 ta được a%=8,4

V a

P V 22108 , 8

100

263200

4 , 8 100

Vốn đầu tư của phương án gồm hai máy biến áp ba pha hai cuén d©y 220/110 kV

và hai máy biến áp ba pha hai cuộn dây 110/22kV

V V220/110.K BV110/22.K BV TBPP

K V

3278000 1598000

1680000

7 , 1 470000 2

4 , 1 600000 2

. 110/22

110 / 220

P B . B 502617,7130885 Với A B 2617,7 MWh

 0,05 USD/kWh50 USD/MWh

- Chi phớ để bảo quản thiết bị khấu hao vốn đầu tư:

Tra thụng số bảng 9.2 ta được a

110 / 220

%=8,4 và a110/22%=9,4

291332 100

1680000 4

8 1598000 4

9 100

100

220 220 110 110 1

Kết Luận: Từ bảng số liệu tổng kết chi phớ của hai phương ỏn ta thấy

phương ỏn 1 là kinh tế hơn phương ỏn 5, do phương ỏn 1 cú chi phớ tớnh toỏn C thấp

hơn , nên ta chọn ph-ơng án 1 để thiết kế cho trạm biến áp

CHƯƠNG VII

LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN

I ĐẶT VẤN ĐỀ:

Các khí cụ điện và các phần dẫn điện của hệ thống điện trong điều kiện vận

hành có thể ở một trong hai chế độ cơ bản như sau:

- Chế độ làm việc lâu dài: ở chế độ này các khí cụ điện và các phần dẫn

điện sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn theo đúng điện áp và dòng định mức

Gồm có hai trường hợp:

+ Trường hợp làm việc bình thường: là khi tất cả các thiết bị đều hoạt

động theo quy định Từ đây suy ra dòng điện bình thường cực đại I bt.Max

+ Trường hợp làm việc cưỡng bức: là khi có một phần tử nào đó nghỉ

do sự cố hoặc hư hỏng Có thể có nhiều trường hợp cưỡng bức nhưng khi tính toán

phải tính đến trường hợp cưỡng bức nặng nề nhất Từ đây suy ra dòng điện cưỡng

bức cực đại I cb.Max

- Chế độ chịu dòng ngắn mạch (chế độ làm việc ngắn hạn): trong tình

trạng ngắn mạch các khí cụ điện và các phần dẫn điện vẫn làm việc tin cậy nếu các

quá trình lựa chọn chúng có các thông số theo đúng các điều kiện yêu cầu, nhất là

các điều kiện về ổn định động và ổn định nhiệt Tất nhiên khi xảy ra ngắn mạch để

hạn chế các tác hại của nó cần nhanh chóng loại trừ tình trạng ngắn mạch Như vậy

dòng ngắn mạch là số liệu quan trọng để chọn và kiểm tra các thiết bị điện, tuy

nhiên chỉ cần tính dòng ngắn mạch ba pha vì dòng ngắn mạch ba pha thường lớn

hơn dòng ngắn mạch hai và một pha

Tóm lại, việc tính toán chính xác dòng ngắn mạch và lựa chọn đúng đắn các

khí cụ điện và các phần dẫn điện có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo cho hệ

thống điện cung cấp điện với độ tin cậy cao, vận hành an toàn và kinh tế

II TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH BA PHA:

1 Sơ đồ hệ thống cần tính toán ngắn mạch và các điểm cần tính toán ngắn

HEÄ THOÁNG

22kV

X*(cb)HT X*(cb)ñd

X*(cb)H

X*(cb)HT X*(cb)ñd

X*(cb)H

X*(cb)HT X*(cb)ñd

X*(cb)H

- Dòng điện cơ bản ở các cấp điện áp:

kA U

S I

C cb

cb C

230 3

100

3 .

kA U

S I

T cb

cb T

115 3

100

100

N

cb HT S

S x

- Điện kháng đường dây nối từ hệ thống đến trạm:

045 , 0 230

100 120 4 , 0 2

1

2

1

2 2

0

C cb

cb dd

U

S l x x

Với: - x0 0,4 /km

;

- l: chiều dài dây dẫn

- Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu:

+ Điện kháng cuộn cao máy biến áp tự ngẫu:

% 225 , 10 ) 9 , 22 34 35 , 9 (

100 225 , 10

S

S U

x

đvtđ + Điện kháng cuộn trung máy biến áp tự ngẫu:

% 0 ) 34 9 , 22 35 , 9 (

S

S U

x

đvtđ + Điện kháng cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu:

% 775 , 23 ) 35 , 9 9 , 22 34 (

100 775 , 23

S

S U

x

đvtđ