Vị Trí , vai trò của trạm trong hệ thống điện Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng của hệ thống điện, là một công trình để chuyển đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác.Tron
TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP
1.1.1 Vị Trí , vai trò của trạm trong hệ thống điện
Trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, giúp chuyển đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác để đảm bảo hiệu quả truyền tải và phân phối Chức năng chính của trạm biến áp là nâng điện áp cao để truyền tải điện năng xa và hạ điện áp xuống phù hợp với nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng Hệ thống gồm các trạm biến áp, đường dây tải điện, nhà máy điện và các thiết bị liên kết tạo thành một mạng lưới phát điện, truyền tải và phân phối điện năng chặt chẽ và thống nhất.
Thông thường, các nhà máy điện thường nằm xa khu vực tiêu thụ, gây ra nhiều thách thức trong quá trình truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến người dùng Chi phí xây dựng hệ thống đường dây, trạm biến áp và tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải là những yếu tố vô cùng quan trọng cần được tính toán, thiết kế và đánh giá kỹ lưỡng để tối ưu hoá hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.
Trong quá trình thiết kế hệ thống điện, trạm biến áp đóng vai trò then chốt và là một trong những hạng mục quan trọng nhất do máy biến áp là thiết bị trung tâm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình vận hành của toàn bộ hệ thống Xác định vị trí xây dựng, công suất và phương án lắp đặt trạm biến áp dựa trên nhu cầu phụ tải hiện tại và dự báo phát triển trong tương lai là cực kỳ cần thiết Việc phân tích và so sánh các phương án thiết kế, giải pháp kỹ thuật cùng các chỉ tiêu kinh tế giúp đưa ra lựa chọn tối ưu, đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật Các yếu tố như dung lượng máy biến áp, vị trí lắp đặt, số lượng máy và phương thức vận hành đều ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của toàn hệ thống, vì vậy, việc lựa chọn máy biến áp phải đi đôi với phương án cấp điện phù hợp để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả lâu dài.
Trong quá trình lựa chọn trạm biến áp tối ưu, cần xem xét nhiều yếu tố và thực hiện so sánh các phương án đề xuất dựa trên các tiêu chí kinh tế – kỹ thuật Việc phân tích chi tiết giúp xác định phương án hoạt động hiệu quả nhất, đảm bảo tính bền vững và tối ưu hóa chi phí đầu tư Các chỉ tiêu như hiệu suất hoạt động, chi phí đầu tư, tuổi thọ và độ tin cậy là rất quan trọng để đánh giá và lựa chọn trạm biến áp phù hợp nhất cho hệ thống điện.
- Độ tin cậy cung cấp điện cao.
- Thao tác vận hành và quản lý dễ dàng an toàn.
- Tiết kiệm vốn đầu tư, chi phí vận hành hằng năm là nhỏ nhất.
YÊU CẦU VỀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
1.2.1 Khái niệm Độ tin cậy cung cấp điện thể hiện khả năng của hệ thống điện trong việc duy trì cung cấp điện năng đến phụ tải, đáp ứng đúng yêy cầu về công suất, điện áp và tần số trong điều kiện vận hành bình thường và liên tục và đảm bảo chất lượng điện năng cho người dùng cuối Trong thông tư 39/2016/TT-BCT quy định hệ thống điện phân phối
(1), độ tin cậy cung cấp điện được tính toán, xem xét và đánh giá theo một số chỉ số đánh giá độ tin cây như sau:
- SAIDI: chỉ số về thời gian mất điện trung bình của mỗi khách hàng trong một năm.
- SAIFI: chỉ số về số lần mất điện trung bình của mỗi khách hàng trong một năm.
- MAIFI: chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình. Độ tin cậy bao gồm 3 yếu tố chính:
- Tính sẵn sàng (Availability): khả năng hệ thống cung cấp điện bất cứ lúc nào phụ tải cần.
- Tính liên tục (Continuity): mức độ không bị gián đoạn trong cung cấp điện.
- Tính an toàn (Security): Khả năng chống lại các sự cố trong hệ thống mà không làm gián đoạn cung cấp điện.
Hệ thống cung cấp điện liên tục vẫn duy trì hoạt động khi một phần tử gặp sự cố như máy biến áp hoặc đường dây, đặc biệt áp dụng cho các trạm 110/220 kV với hai máy biến áp hoạt động song song Mỗi máy biến áp có thể quá tải tạm thời khi máy kia gặp sự cố, nhờ sơ đồ nối điện linh hoạt, dễ đóng cắt và cô lập sự cố mà không gây mất điện toàn bộ hệ thống Điều này giúp tăng độ tin cậy nguồn điện, đặc biệt cho các phụ tải quan trọng trong các lĩnh vực công nghiệp, thương mại và dịch vụ Hệ thống này được quy định rõ trong Thông tư 25/2016/TT-BCT về hệ thống điện truyền tải, trong đó tiêu chí N-1 được định nghĩa nhằm đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định của lưới điện.
Tiêu chí N-1 là tiêu chí quan trọng trong quy hoạch, thiết kế, và vận hành hệ thống điện, đảm bảo hệ thống vẫn hoạt động ổn định khi xảy ra sự cố hoặc khi một phần tử tách khỏi vận hành để bảo dưỡng, sửa chữa Tiêu chí này giúp đảm bảo hệ thống điện đáp ứng các tiêu chuẩn vận hành, giới hạn vận hành cho phép, đồng thời cung cấp điện an toàn và liên tục cho các khách hàng Điều kiện N-1 góp phần nâng cao độ tin cậy và an toàn của hệ thống điện trong mọi tình huống vận hành.
Trong kế hoạch sản xuất kinh doanh giai đoạn 2021-2025 theo Nghị quyết số 09-NQ/ĐU ngày 10/6/2021, Tập đoàn EVN đặt mục tiêu xây dựng hệ thống lưới điện thông minh và hiệu quả, có khả năng kết nối khu vực, đảm bảo cung cấp điện an toàn Đồng thời, EVN hướng tới đáp ứng tiêu chí N-1 cho vùng phụ tải quan trọng và N-2 cho vùng phụ tải đặc biệt quan trọng, nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Đến năm 2025, EVN kỳ vọng trở thành một trong nhóm 4 nước dẫn đầu ASEAN về độ tin cậy cung cấp điện năng và thuộc nhóm 3 nước dẫn đầu ASEAN về chỉ số tiếp cận điện năng, góp phần phát triển bền vững ngành điện tại Việt Nam.
Hiện nay tại Việt Nam, khi thiết kế và xây dựng lưới điện cho các vùng phụ tải quan trọng, việc đáp ứng tiêu chí N-1 là điều hết sức cần thiết để đảm bảo độ tin cậy và an toàn cung cấp điện Trong quá trình thiết kế trạm biến áp, tiêu chí N-1 đảm bảo rằng hệ thống vẫn duy trì cung cấp điện liên tục ngay cả khi một phần tử bất kỳ gặp sự cố hoặc cần bảo trì, như máy biến áp lực, thanh cái, thiết bị đóng cắt hoặc đường dây đầu vào/ra Việc này giúp nâng cao tính liên tục của hệ thống điện và giảm thiểu rủi ro mất điện đột xuất.
SỐ LIỆU ĐẦU VÀO
Thiết kế trạm biến áp 110/220kV, với điện áp sơ cấp 110kV, điện áp thứ cấp 22kV.
- Công suất yêu cầu của trạm ( Smax, Smin )
- Điện áp đầu vào và đầu ra (110kV, 22kV )
- Loại phụ tải và đặc tính ( công nghiệp, dân cư,…)
- Phụ tải cực đại: dựa theo đồ thị phụ tải của nhóm mình, MW
- Hệ số công suất: cos φ = 0.85-0.95 ( chọn sao cho phù hợp đề bài được giao cho từng nhóm)
- Điện áp sơ cấp: 110kV
- Điện áp thứ cấp: 22kV
- Công suất ngắn mạch Ssc tại 110kV: hãy xem bảng 1
- Số lượng MBA dư kiến: 2 chiếc làm việc song song
- Chế độ làm việc: làm việc liên tục, cấp điện tin cậy cao.
Biểu đồ Phụ Tải trong 24h
Công suất cực đại, cực tiểu, trung bình:
Nhóm lựa chọn hệ số công suất cosφ = 0.9 dựa trên điều 35 của Thông tư 39/2016/TT-BC, nhằm đáp ứng yêu cầu không thấp hơn 0.9 cho hành khách sử dụng điện công suất cực đại từ 40Kw trở lên Hệ số này phù hợp với đặc điểm phụ tải hỗn hợp tại khu vực tổ chức sự kiện, gồm nhiều thiết bị chiếu sáng, âm thanh và điều hòa Sử dụng cosφ = 0.9 giúp đảm bảo hiệu quả vận hành, tránh bị phạt về công suất phản kháng, đồng thời thuận tiện trong tính toán, giảm tổn thất hệ thống và tối ưu kích thước thiết bị.
Từ đó suy ra công suất biểu kiến cực đại, cực tiểu, trung bình của phụ tải trong ngày:
Dựa theo đồ thị phụ tải, ta tính ra được Sptmax = 33/0.9 = 36.67 MVA
Trạm dự kiến được thiết kế với 2 MBA làm việc song song đảm bảo đọ tin cậy cung cấp điện cao, làm việc liên tục.
Thời gian sử dụng công suất cực đại:
Tmax = P max A ¿ ∑PiTi P max = 391.3 33 = 11.8 (giờ/ngày) = 4328.05 (giờ/năm)
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾT – SƠ ĐỒ CẤU TRÚC
Trong quá trình thiết kế trạm biến áp, việc lựa chọn sơ đồ cấu trúc đóng vai trò then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và độ bền của toàn bộ hệ thống Các yêu cầu chính cần được cân nhắc khi lựa chọn sơ đồ cấu trúc bao gồm khả năng vận hành linh hoạt, dễ bảo trì và đảm bảo an toàn cao Việc chọn sơ đồ phù hợp giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc của trạm biến áp và giảm thiểu rủi ro sự cố kỹ thuật Do đó, các nhà thiết kế cần xem xét kỹ các yếu tố kỹ thuật và điều kiện thực tế để đưa ra quyết định phù hợp nhất cho hệ thống điện.
Đảm bảo tính khả thi của dự án là yếu tố quan trọng để lựa chọn các thiết bị chính như máy biến áp, máy cắt cùng các thiết bị khác phù hợp Việc này phải thuận lợi cho công tác thi công, lắp đặt và vận hành nhằm đảm bảo hiệu quả, tiết kiệm thời gian và chi phí Chọn lựa thiết bị đúng đắn sẽ giúp hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và dễ dàng bảo trì sau này.
Việc duy trì mối liên kết chặt chẽ giữa các cấp điện áp là yếu tố then chốt để đảm bảo sự ổn định và tin cậy của hệ thống truyền tải điện Đặc biệt, trong điều kiện vận hành bình thường cũng như khi hệ thống gặp sự cố hoặc có phần tử bị gián đoạn, việc duy trì kết nối này giúp hạn chế ảnh hưởng tiêu cực và nhanh chóng khôi phục hoạt động của hệ thống Các giải pháp kết nối liên cấp hiệu quả góp phần nâng cao khả năng vận hành ổn định của lưới điện, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho người tiêu dùng.
- Giảm thiểu tổn hao trên máy biến áp, tránh tình trạng phải cấp điện cho phụ tải qua hai cấp biến áp không cần thiết.
- Chi phí đầu tư hợp lý, tối ưu hoá diện tích sử dụng.
- Có khả năng mở rộng trong tương lai mà không cần thay đổi sơ đồ cấu trúc ban đầu.
Trong hệ thống điện, các thiết bị như máy biến áp tăng áp, giảm áp, biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây, biến áp tự ngẫu, biến áp ba pha và tổ máy biến áp một pha đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng hiệu quả Những loại biến áp này giúp điều chỉnh điện áp phù hợp để đảm bảo an toàn và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện Sử dụng biến áp ba pha và tổ máy biến áp một pha là cần thiết trong các ứng dụng công nghiệp và truyền tải điện lớn, góp phần nâng cao hiệu suất hệ thống điện.
CHỌN SỐ LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP
Phương án 1 : máy biến áp
Phương án này được thiết kế khi:
Phụ tải không quan trọng
Trạm thường được cung cấp bằng một đường dây từ hệ thống đến.
Hình 2.1.Sơ đồ cấu trúc hệ thống một Máy Biến Áp
- Hai máy biến áp là phương án được sử dụng nhiều nhất vì tính đảm bảo liên tục cung cấp điện cao.
Phương án này 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 MBA lớn.
Phụ tải cần cung cấp điện liên tục, cho phép hoạt động quá tải MBA trong thời gian cho phép.
Biểu đồ Phụ Tải trong 24h (năm 5)
Tính công suất cực đại, cực tiểu, trung bình sau 5 năm
Xét điều kiện quá tải bình thường
Có 1 vùng quá tải liên tục từ (10-17h) → Xác định S2, K2, T2, T1 (công suất và thời gian quá tải đều lớn hơn).
Công suất đẳng trị bậc 2:
Ta có: S 2 đ t >0.9 S 2 max =¿ S 2 = S 2đ t 7.48 MVA và T 2 =∑ ( T i ) =7 h
Từ đồ thị phụ tải xác định công suất đẳng trị bậc 1 tương ứng : 10 giờ sau hoặc trước quá tải
Dựa trên bảng 1, với công suất định mức của MBA là 40 MW và điều kiện vận hành tại Việt Nam với nhiệt độ môi trường 40°C, ta chọn biểu đồ khả năng quá tải MBA số 24 để xác định hệ số quá tải cho phép K2cp Việc xác định hệ số quá tải này là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu tải của MBA trong điều kiện môi trường đặc biệt tại Việt Nam, đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu và an toàn cho hệ thống.
Bảng 2.1: Lựa chọn biểu đồ khả năng quá tải theo các thông số đi kèm
Hình 2.4 thể hiện biểu đồ xác định khả năng quá tải của MBA, trong đó với các thông số K1 = 0.36 và T2 = 7h, ta dễ dàng tính được K2cp = 1.08, lớn hơn K2 = 1.071 Điều này cho thấy MBA vẫn đảm bảo vận hành an toàn, đồng nghĩa với nhiệt độ của MBA khi vận hành ĐTPT không vượt quá giới hạn quy định, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.
Xét điều kiện quá tải sự cố:
Việc sử dụng đồng thời hai MBA vận hành song song, trong đó một MBA gặp sự cố ngưng hoạt động và đặt ngoài trời, dẫn đến kết quả kiểm tra sự cố là 1.4, ảnh hưởng đến điều kiện ban đầu của hệ thống MBA.
1.4 = 28.14(thỏa mãn điều kiện ban đầu)
Các điều kiện kiểm tra MBA có đảm bảo vận hành với ĐTPT
Kết luận từ các điều kiện: hệ số KTT 5212 nằm trong khoảng từ 0.93 đến 1.071, phù hợp với yêu cầu vận hành trong ngày ≤ 6 quạt chassis, với h
