Thiết kế trạm biến áp 110 - 22KV - Lê thanh Hoa

Xác định phụ tải điện là giai đoạn đầu tiện khi thiết kế hệ thống nhằm mục đích vạch ra sơ đồ, lựa chọn và kiểm tra các phần tử của mạng điện như máy phát, đường dây, máy biến áp và các

THIET KE TRAM BIEN AP 110KV

CHUYEN NGANH: DIEN CONG NGHIEP

DO AN TOT NGHIEP

Giáo viên phản biện: .- poo

BO GIAO DUC & DAO TAO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA DIEN~BIENTU ence oOa -

BERK trật

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

Chú ý : SV phải đóng bản nhiệm vụ này vào trang thứ nhất của luận án

Họ và tên SV: le oe Abe Hza MS§V: reeeeeeeee

1 Đầu đề luận án tốt nghiệp :

r

_ Thich servant, BE jp Ab rv AV Ching, Aeke "

2 Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu) :

_ ¬"“ “1 -4laAaaa

cả Tithe bE teen Jatin fp ce Cong “`

3 Ngày giao nhiệm vụ luận án : 3/40/2008

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ :3/4/ 2009

5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng đẫn

oc FRB NR BBR oo ce W tool, ~M

QA oocccceccoscsres-sueveceesessesssssssustessestsosanssssueeeeeceesssssseoecessstssssesnneveeres QA Q cu Hung ru em

Nội dung và yêu cầu LATẨN đã được thông qua NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

NHÂN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

MUC LUC

PHAN 1 PHAN TICH NGUON VA PHU TAI

CHUONG 1 CAN BANG CONG SUAT TRONG HE THONG

1.1 CAN BANG CONG SUAT TAC DUNG

1.2 CAN BANG CONG SUAT PHAN KHANG

CHUGNG 2 DU KIEN CAC PHUONG AN KY THUAT 2.1 LUA CHON DIEN AP TAI DIEN

2.2 CHON SO DO NOI DAY MANG DIEN

CHƯƠNG 3 SO SÁNH PHƯƠNG ÁN VẺ KINH TẾ 3.1 MỤC ĐÍCH

3.2 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN CHƯƠNG 4 CHỌN MAY BIEN AP DIEN LUC

4.1 CHON MAY BIEN AP CHO PHU TAI 1

4.2 CHON MAY BIEN AP CHO PHU TAI 2 CHUONG 5 BU KINH TE TRONG MANG DIEN

5.1 MO DAU 5.2 TINH TOAN BU KINH TE CHUONG 6 TRAM BIEN AP 6.1 GIỚI THIỆU

6.2 CAC THANH PHAN CHINH CUA TRAM BIEN AP 6.3 GIGI THIEU CHUNG VE TRAM BIEN AP

PHAN 2 THIET KE CHONG SET

CHƯƠNG 7 BAO VE CHONG SET ĐÁNH TRỰC TIẾP

7.1 TONG QUAN

7.2 THIET KE HE THONG THU SET CHUONG 8 THIET KE HE THONG NOI DAT 8.1 CAC VAN DE CO BAN KHI THIET KE HE THONG

8.2 KIEM TRA NOI DAT THEO DIEU KIEN CHONG SET

8.3 THIET KE THANH CAN BANG DIEN THE CHƯƠNG 9 CHỈ TIÊU CHÓNG SET DUONG DAY

9.1 TONG QUAN 9.2 TINH CHI TIEU CHONG SET CHO DUONG DAY

PHAN 1

PHAN TICH NGUON VA PHU TAI

1.Thu thập số liệu và phân tích về phụ tải :

Phụ tải điện là số liệu ban đầu để giải quyết những vấn đề tổng hợp kinh tế và kỹ thuật phức tạp khi thiết kế mạng điện Xác định phụ tải điện là giai đoạn đầu tiện khi thiết

kế hệ thống nhằm mục đích vạch ra sơ đồ, lựa chọn và kiểm tra các phần tử của mạng điện như máy phát, đường dây, máy biến áp và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Vì vậy công tác phân tích phụ tải chiếm một vị trí hết sức quan trọng cần thực hiện một cách chu đáo Ngoài ra cũng cấn có những tài Hệu về đặc tính của vùng, dân số, mật độ dân số, mức

sống của dân cư trong khu vực, sự phát trinên của công nghiệp, giá điện các tài liệu về

khí tương, thuỷ văn, địa chất, giao thong vận tải Những thong tin này có ảnh hưởng đến

dự kiến và kết cấusơ dỗ nối dây của mạng sẽ lựa chọn

Việc thu thập những số liệu về phụ tải để năm vững những yêu cầu và vị trí của các hộ

tiêu thụ lớn, đự báo nhu cầu tiêu thụ, sự phát triển của phụ tải tương lai

Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện, phụ tải chia làm ba loại:

loại I: bao gồm các phụ tải qua trọng Viẹc ngưng cung cấp điện cho các phụ tải này có thể nguy hiểm cho tỉnh mạng con người, thiệt hại về sản xuất,ảnh hưởng đến an ninh quốc phòng

loại 2: bao gồm các phụ tải tuy quan trọng nhưng việc mất điện chỉ gây giảm sút

về số lượng sản phẩm

loại 3: bao gồm các phụ tải không quan trọng.Việc mát điện không gây ra những hâu quả nghiêm trọng

Theo yêu câu thiết kế thì phụ tải bao gồm các thông SỐ Sam:

toạ độ | P Q Yêu câu | Tmax thời gian tôn

cos | cung cấp thất công suất

2.Phan tich ngu6n cung cap dién

Trong thiết kế môn học thường chỉ cho một nhà máy điện cung cấp cho phụ tải và chỉ yêu cầu thiết kế từ thanh góp cao áp của trạm tăng áp nhà máy điện trở đi, nên cũng

không cần phân tích về nguồn cung cấp điện Nguồn điện được giả thiết cung cấp đủ công suất tác dụng với một hê số công suất được quy định.Điều này cho thấy nguồn có thể không cung cấp đủ công suất kháng yêu cầu Việc đảm bảo nhu cầu điện năng phan

kháng có thể thực hiện trong quá trình thiết kế bằng cách bù công suất kháng tại các phụ

tải mà không cân phải tại đi từ nguôn

CHUONG 1

CAN BANG CONG SUAT TRONG HE THONG

Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng cung cấp của các

nguồn cho phụ tải thong qua mạng điện.Cân bằng công suất đóng vai trò vô cùng quan trọng trong thiết kế cung cấp điện

Cân bằng công suất gồm có : cân bằng công suất tác dụng và cân bằng công suất phản kháng sự thiếu hụt một trong hai đại lương này sẽ ảnh hương đến chất lượng điện năng

và yêu cầu cung cấp điện

1.1.CÂN BẰNG CONG SUAT TAC DUNG

Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ tần số trong hệ thống Cân bằng công

suất tác đụng được biểu diễn bằng biểu thức sau:

>Pr = m=Py + LAPma + LP ta + TP at Trong đó:

5P¿ : tổng công suất tác dụng do các máy phát diện của các nhà máy phát ra

>Pp tống phụ tải tác dụng cục đại của các hộ tiêu thự

m: hệ số đồng thời (giả thiết chon 0,8)

>AP„a : tong tổn thất công suất tác dụng trên đường đây và máy biến áp ( thường

chọn bằng 10% m2P,, )

=P ¿¿ : tổng công suất tu dung.Tinh theo phần trăm của (m3 Pp: + ZAP na )

>Pạ,: tổng công suất dự trữ ( thường lấy bằng 10-15% 5P„ )

Trong thiết kế môn học giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hòan toàn cho nhu cầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy điện nên tính cân bằng công suất tác dụng như sau:

3Pr = m2Pụq + XAPma

Theo đữ liệu ta có :

LP ot = Py + Pp = 25 + 20 = 45 MW

LAP md = 0,1.0,8.45 = 3,6 MW Suy ra: Py = 0,8.45 + 3,6 = 39,6 MW

1.2.CÂN BANG CONG SUAT PHAN KHANG

Cân bằng công suất kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống Cân bằng

công suất phản kháng được biểu diễn bằng biểu thức sau:

>Qr + Quuy = mŠQ,¡ + XAQg + XAQ(, - SQc + ŠXQu + XQœ

Trong đó :

SQy : tổng công suất phát ra của các máy phát điện tg@ suy ra từ cos của các máy phát điện

mEQ,, : tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời

ĐAQg : tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp, có thể ước lượng

Từ biểu thức trên suy ra lượng công suất kháng cần bù Qu„> Nếu dương có nghĩa

là hệ thống cần đặt thêm thiết bị bù để cân bằng công suất kháng Việc tính toán chính xác phân bố thiết bị bù sẽ được tính trong phần cân bằng chính xác công suất trong hệ thống

trong phần này chỉ thuưc hiện bù sơ bộ, dự kiến bù sơ bộ theo nguyên tắc: bù ưu tiên cho

các phụ tái ở xa, hệ số công suất thấp và bù đến hệ số bằng 0,9-0,95 Công suất bù sơ bộ cho phụ tải thứ ¡ được tính:

Qbi = P¡ (tg@i-tg@¡ ) sao cho : XQb¡ = Quụy

Theo dữ liệu đẻ bài ta có:

Tổng công suất kháng phụ tải có xét đến hệ số đồng thời :

Tổng công suất kháng phát lêntại thanh cái cao áp của máy biến áp tăng:

EQe = MEQy + }AQs = 27 + 6,75 = 33,75 MVar

CHUONG 2

DU KIEN CAC PHUONG AN KY THUAT

Những vẫn đề đầu tiên cần được giải quyết là lựa chọn sơ đồ nôi dây của mạng

điện, lựa chọn điện áp tải điện

2.1 LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN

Do xét đến không hoàn toàn thắng nên ta phản nhân chiều dài tính theo đường thắng cho 1,1.Ta sẽ co các khoảng cách như sau:

khoảng cách từ nguồn N đến tải 1: 55 km

khoảng cách từ nguồn N đến tải 2 : 77 km

Khoang cách từ tải 1 đến tải 2 : 46,669 km

Cấp điện áp phụ thuộc vào công suất và khoảng cách truyền tải Dựa vào công thức Sữil

để tim điện áp tải điện U

U= 4,34 /7+0,016P

Cấp điện áp tính toán của phụ tải 1:

U¡= 4.34 55 + 0,016.25000= 92,5754 (kv)

Cấp điện áp tính toán của phụ tải 2:

U¿ = 4,34 77 + 0,016.20000 = 86,4739 (kv)

Vi theo yéu cau thiét ké nen chon cap dién ap 1a 110 KV

2.2 CHỌN SƠ ĐỎ NÓI ĐÂY MẠNG ĐIỆN

2.2.1 Lựa chọn tiết diện dây

Đối với mạng truyền tải cao áp chọn dây theo mật độ dòng kinh tế j; (mật độ dòng

kinh tế) Trong tính toán thường chọn jụ, = 1.Ì

Đối với đường dây đơn hình tia :

đường dây đơn hình tia

Goi Imax 1a dòng phụ tải cực đại:

khu vực hai đường dây kép hímh tia

Tính toán đường dây N-1:

Ta có dòng phy tai 1:

_ 1000/25? +1875" _ 1 49 «ay

Chon day AC-70 với các thong số như sau:

: duong kinh tinh toan day dan:11,4mm

đường kính tính toán lõi thép : 3,8 mm

số sợi :7( 6 sợi nhôm, 1 sợi thép)

điện trở tương đương : rọ = 0,46 CS)

m

dòng cho phép: l.y = 275 (A)

Chọn trụ kim loại 2 mạch mã hiệu IIB110_ 4 trang 144 sách hướng dẫn thiết kế mang cua

tha Hé Van Hién

Với các kích thước như sau:

Dow = Dye = Dow = Dp = V1,5” +3” =3,3541 m

Dew = Dyer [Dev = Dew = 5,5? +3? = 626498 m

Dae = Dae = 3+3 =6m Dao = Dag = 2+2=4m Dow = 3,5 + 3,5 = 7m

Dew = Dee = V6? +42 =7,2111m

Dec = f7'-Dog: = ¥4,1382.107.7,2111 = 0,17275 m

Bán kính trung bình hình học của đường dây lộ kép có hoán vị:

Ds = 3Ð,,D„.D„ =0,17189 m Dap = 4[Dzy-Daye Dory Daye = 4,58404 m Dac = 4[Dyo-Dyon Dyro-Dyre 4558404 m Dea = 4[Deg Deg Dany Dog = 4,89898 m

Qea= 2U2, 2.1107 =1,84631 (MVar)

Công suất ở cuối téng tré Z:

= 25 +j(18,75-1,846) = 25 + j 16,904 (MVA)

Các thành phần của vecto sụt áp:

P,.R+Q,.X _ 25.12,65 + 16,904.11,4234

phan trim sut 4p: AU% = 4 ng ——— 100% = 4,209 (%)

tôn thất công suất :

AP= PutQn Re 25 £16,037 12,65 = 0,95 (MW)

AQ = Tư, x= Đa 14234 = 0.8589 (MVar)

Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự đứt một lộ:

Dòng điện cưởng bức :Ïl¿p = 164,2 (A)

l¿p= 275 (A)

l¿ọ = 164,2 < 0,81.1/; = 222,75 (A)

Tính toán đường dây N-2 của phương án l: tính toán tương tự ta sẽ có bảng số liệu sau:

Ta có dòng phụ tải 2 :

Chọn dây AC-70 với các thong số như sau:

đường kính tính toán dây dẫn: 1,4mm đường kính tính toán lõi thép : 3,8 mm

số sợi :7( 6 sợi nhôm, 1 sợi thép)

điện trở tương đương : rọ = 0,46 (= )

Tổng tốn thất công suất tác dụng trong phương án l: AP ong = 1,7632 MW

Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự đứt một lộ:

Dòng điện cưởng bức :l¿y = 131,216 (A) lop = 275 (A)

ly = 131,216 < 0,81 Ipp = 222,75 (A)

bang : số liệu đường dây của phương án

đường

dây

Mã hiệu

J kt

Tiét diện doan 2: Fy, = —2

J kt

Tinh toán đường dây kép 1-2

đường kính tính toán dây dẫn:11,4mm

đường kính tính toán lõi thép : 3,8 mm

số sợi :7( 6 sợi nhôm, 1 sợi thép)

điện trở tương đương : rọ = 0,46 (=)

Kiém tra diéu kién phát nóng lúc sự đứt một lộ:

Dòng điện cưởng bức :l¿p = 131,216 (A)

ly= 275 (A)

I = 131,216 < 0,81.1; = 222,75 (A) Tính toán đưởng dây kép N-1:

Chọn dây AC-150 với các thong số như sau:

đường kính tính toán dây dẫn: 17mm

số sợi :35( 6 sợi nhôm, 1 sợi thép)

hệ số k = 0,768

bán kinh ty than r’= 8,5.0,768 = 6,528 mm

Dong cho phép: I,, = 445 A

dién tro tuong duong : rp = 0,21 C)

Cảm khdngcua duong đây

AU%tong = 2,85 + 4,731 = 7,581 %

Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự đứt một lộ:

Dòng điện cưởng bức :l¿; = 289,28 (A)

lp = 445 (A)

Ip = 289,28 < 0,81 = 360,45 (A) Tổng tốn thất công suất tác dụng từ N đến 2:

N-1 2 |AC 150155 0,21 |0,1934 | 5,925 15,775 |10,636 |0,32587

Bang :dong điện cho phép của dây dan:

Công suất trén duong day N-1:

Swi = Prt jQui = ae ie (20+ f15)77 _ 25,923 + 719,443

Công suất trên đường dây N-2:

Sup =Pyp + jOxo = (25+ 187555 : œ + f15101,669 _ 1o 077 + 714.307

21

Chọn dáy dân của đường N-]:

Dòng trên đường dây N-1:

Chon dây AC-185 với các thong số như sau:

đường kính tính toán dây dẫn: 19mm

số sợi :35( 6 sợi nhôm, 1 sợi thép)

Din = 4/6,3.4,51774.5,8 = 5,48567m Suy ra :

r

orf 18.105.1n 2”

D 3

Q1 m

Điện trở toàn day dan:R = 0,17.55 = 9,35 (Q)

Cam kháng toàn đường dây : X = 0,4161.55 = 22,886 (©)

Dung dẫn toàn đường dây : Y = 2,7521.105 55 = 0,15137.10 (=)

Chon day dẫn đường N-2:

Chon day AC-150 với các thong số như sau:

đường kính tính toán dây dẫn: 17 mm

số sợi :35( 6 sợi nhôm, 1 sợi thép)

hệ số k = 0,768 bán kính tự thân r°= 8,5.0,768 = 6,528 mm

X = 0,4231.77 = 32,5785 (Q)

Dung dẫn toàn đường dây :

Y =2,7048.10 77 = 0,20827.107 (=)

Chon day dén đường 1-2:

Dòng trên đường dây 1-2:

Chọn dây AC-150 với các thong số như sau:

đường kính tính toán dây dẫn: 17 mm

số sợi :35( 6 sợi nhôm, 1 sợi thép)

hệ số k = 0,768

bán kính tự thân rˆ= 8,5.0,768 = 6,528 mm Dong cho phép: ly = 445 A

Chọn dây AC-70, với các thong số như sau:

đường kính tính toán dây dẫn: 11,4 mm

số sợi :7( 6 sợi nhôm, 1 sợi thép)

hệ số k = 0,726

bán kính tự than r= 5,7.0,726 = 4,1382 mm Dong cho phép: lạ; = 275 A

điện trở tương đương : rọ = 0,46 Cr )

25

Cảm kháng toàn đường dây : X = 0,4517.46,669 = 21,082 (Q)

Dung dẫn toàn đường dây : Y = 2,5475.10 46,669 = 0,1189.10” (=)

Kiém tra phat nong hic su có đứt dây N-2:

Mang trở thành lien thong N-1-2:

Dòng trên đường N-l:

25+20) +(18,75+15) Ini = ý ) +dể, ) = 295,236 (A)

Kiểm tra phát nóng lúc sự có đứt dây N-1:

Mang trở thành lien thong N-2-1:

26

ZNIa =ZNa + Z42 = (9,35+j22,886)) + (21,4678+j21,0822)

=30,8178+j43,9681 ZNai = Zx2 + 22¡ =(16,171j32,5785) + (21,4678+)21,0822)

Tinh toán tương tự

Bang :dòng điện cho phép của dây dẫn:

27

bảng tốn thất công suất của phương ón:

STT Tên đường dây tén that AP (MW)

3.2.1 Phương án 1:đường dây kép hình tia:

Đường dây N-I :

chiều dài: 55km

tiết điện dây : AC-70

Tiền đầu tư 1km đương dây 2 mạch : 32100 ($)

tiền dầu tư toàn đường đây lộ kép : 32100.55 = 1765500 ($)

Khối lượng 1 km dây: 275kg/pha/km

khối lượng toàn đường đây lộ kép : 6.275.55 = 90 (tấn)

Đường dây N-2 :

chiều đài: 77km

tiết điện dây : AC-70

Tiền đầu tư 1km đương dây 2 mạch : 32100 ($)

tiền dầu tư toàn đường dây lộ kép : 32100.77 = 2471700 ($)

Khối lượng 1 km dây: 275kg/pha/km

khối lượng toàn đường dây lộ kép : 6.275.77 = 127,05 (tấn)

Suy ra tổng tiền đầu tư phương án 1: K = 1765500+2471700 = 4237200 ($)

29

tổng khối lượng kim loại màu: 90,75 + 127,05 = 217,8 (tấn)

ton thất điện năng phương án l1: AA = AP.Tẹ = 1,763.3410,93 = 6014,11

khối lượng kim loại màu :

đường dây |Mãhiệudây | chiều dài km Khối lượng | khôi mong 3

khối lượng kim loại màu :

đường dây |Mãhiệudây | chiều đài km khôi - lượng | khôi , wong 3

tien đầu tư|tiển đầu tư

khoi luong kim loai mau :

duong day |Mãhiệudây | chiều dài km Khối lượng [khôi Mone >

tổng hợp các chỉ tiếu kinh tế kỹ thuật:

vốn đầu tưkK_ | triệu đông 4237200 346157643 |3022135/71 tốn thất điện | MWh 6014,11 6508,35 4966,47

Máy biến áp có nhiễu loại:

- Máy biến áp một pha, ba pha

- Máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây

- Máy biến áp tự ngẫu một pha, bap ha

- Máy biến áp tăng áp, giảm áp

- Máy biến áp có cuộn dây phân chia

- Máy biến áp có và không có phân chia dưới tải

4.1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO PHỤ TẢI 1

Công suất S của phụ tai 1:

Chọn máy biến áp có Sam = 25 MVA

Số lương 2 máy biến áp đặt song song

Với các thong số như sau:

Điện áp định mức : 110/22 kv

APy = 63 kW APo = 24 kW Un%= 9,5%

Điện trở tương duong hai may song song: Rig = 0,6098 Q

Điện kháng tương đương hai may song song :Xig = 22,99 Q

Tổn hao tác dụng toàn trạm trong sắt : APrgguam= 2.APrg = 2.24 kW = 0,048 MW tổn hao phản kháng toàn trạm trong sắt: AQgEuam = 2.AQrE= 1 MVar

4.2 CHỌN MAY BIEN AP CHO PHU TAI 2

Công suất S của phụ tải 2:

Chọn máy biến áp có Sam = 20 MVA

Số lương 2 máy biến áp đặt song song

Với các thong s6 nhu sau:Ugm = 110/22 kv; APx = 56 kW; APo = 20 kW; U,% = 9,6 %;

19% = 2 %

Tram | số Sam |Uam |APy, |Ua% |APrg |lo%|Rs [Xp |AQm

ap

1 2 25 110 163 9,5 0,024 | 2 1,22 { 45,98 | 0,5

Tổng trở tương đương và tồn thất sắt của tram biến áp:

Trạm biến | Sô mba Rg Xg APrpMW_ | AQrg MVar

CHUONG 5

BU KINH TE TRONG MANG DIEN

5.1.MO DAU

Trong thiết kế mạng điện thì các biện pháp giảm tổn thất điện năng và tính dung

lượng bù kinh tế đóng vai trò quan trọng để giảm tổn thất điện năng nâng cao hệ số công

suất của đường dây

5.2 TINH TOAN BU KINH TE

Dùng công suất kháng của phụ tải trước khi bù sơ bộ lúc cân bằng sơ bộ công suất

kháng

Không xét đến tốn thất trong sắt của máy biến áp và công suất kháng do điện dung

đường dây sinh ra

Không xét đến thành phần tổn thất công suất tác dụng do P gây ra

Chỉ xét sơ đồ điện trở đường dây và máy biến áp

Tiền tụ điện Kạ= 5000 $/MVar

Z, = (avn + ate )-Ko-Qpu = 1125-Qbu

Zp = C.AP* 8760.Qpu = 2190.Qpu

c(Q- Qn)? (Rust RrTy _ 50(18,75 — Oy)” 12,65 + 0,61).3410,93