luận văn kỹ thuật điện, điện tử thiết kế trạm biến áp 220kv - 110kv - 22kv - lê trọng thiên thanh (09 - 2008)

Phân loại trang 3 CHƯƠNG II: CÂN BẰNG CÔNG SUÁT PHU TẢI I.Khái nệm trang 6 CHUONG III: SƠ ĐỒ CÁU TRÚC TRẠM BIỀN ÁP I.Khái niệm trang 11 I.Sơ đồ cau trúc trạm biến áp trang 11 HI.Lự

Giáo viên hướng dẫn: TRẦN THANH SƠN ca

Giáo viên phản biện : ~ ?

Tran Thanh Sor

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Doc lap — Tư do — Hanh phtic

NHIEM VU LUAN AN TOT NGHIEP

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

Họ và tên SV: LÊ TRỌNG THIÊN THANH

Ngành : Điện Công Nghiệp

1 Đầu để luận án tốt nghiệp:

Thiết kế trạm biến áp 220KV/ 110KV/22KV

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

- _ Tổng quan trạm biến áp

- _ Cân bằng công suất phụ tải

- _ Sơ đỗ cấu trúc trạm biến áp

- Chon may bién ap

- Tinh toan tén thất điện năng

- _ Sơ đồ nối điện

- _ Tính toán ngắn mạch

- _ Chọn khí cụ điện và dây dẫn

- _ Tính toán kinh tế

- _ Tính toán nối đất và chống sét

3 Ngày giao nhiệm vụ luận án: 19/05/2008

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 30/08/2008

5 Họ tên người hướng dan :

1/ TRAN THANH SƠN

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua

Ngày „(tháng Ê năm 2008

TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CON Ệ

NHAN XET CUA GIAO VIEN

POMOC e ee eee eae e reer serene tater neat rere rt eeE eset DEE EDS SEDESEO SHORE ESET 6 6 9 6B 604/9 6.9 0 6 08 0010086 6-8098 8 809 4206.8490 4900 tả» 4 9 8 0 3739.89.8049 0 4ò 2 E8 0030 0070 8/808 40 ÁP 8 6 0 3089080999 0 p6 8 9 6 6 808

LOI NOI DAU

OM

Nang lượng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra của cải vật chất phục vụ

đời sống con người Theo sự phát triển của xã hội, con người đã khai thác rất nhiều

nguồn năng lượng như: than đá, dầu mỏ, nguồn chảy của dòng sông và biển cả, mặt

trời, gió, v.v nhưng ưu việt hơn hết là nguồn năng lượng điện Điện năng dễ dàng

được biến đổi thành các nguồn năng lượng khác như: quang năng, nhiệt năng, cơ

năng ngoài ra điện năng còn là nguồn năng lượng sạch và dễ dàng truyền tải Tuy

nhiên điện năng là một nguồn năng lượng đặc biệt Năng lượng không thể cất giữ

khi dư thừa Do đó yêu cầu được đặt ra là phải sử dụng điện sao cho có hiệu quả

Ngày nay điện năng được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành như: điện tử,

giao thông vận tải, chiếu sáng cho đến nông nghiệp chính vì vai trò quan trọng

của năng lượng điện đối với đời sống xã hội, mà điện năng được coi là thước đo về

trình độ văn minh và sự phồn vinh của một quốc gia

Trong bối cảnh nước ta hiện nay, nền kinh tế đang phát triển, điều này gắn liền

với sự ra đời hàng loạt các nhà máy, xí nghiệp hình thành nên các khu công nghiệp,

khu chế xuất Điều này làm cho nhu cầu sử dụng điện ngày càng nhiều

Nhằm đây mạnh quá trình phát triển, biến nước ta từ một nước nghèo nàn lạc

hậu thành một nước phát triển giàu mạnh Đảng và nhà nước ta đã ra sức chỉ đạo và

thực hiện quá trình điện khí hóa toàn quốc Với sự giúp đỡ của các tổ chức tài chính

quốc tế, với sự nỗ lực của nhân dân ta chúng ta đã và đang xây dựng được nhiều nhà

- máy có công suất lớn nhằm đáp ứng nhu cầu về điện của nước ta Bên cạnh đó ta đã

xây dựng được đội ngũ cán bộ kỹ thuật đông đảo, trình độ cao về cung cấp điện

Để hệ thống lại kiến thức và làm quen với công việc trong tương lai, với sự

hướng dẫn tận tình của thầy Trần Thanh Sơn em xin được làm luận văn với đề tài: “

Thiết Kế Trạm Biến Áp 220/110/22KV”

MUC LUC

so LL ae

PHẦN A: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRẠM

CHUONG I : TONG QUAN VE TRAM BIEN AP

I Gidi thiệu về trạm biến áp trang 2

II Phân loại trang 3

CHƯƠNG II: CÂN BẰNG CÔNG SUÁT PHU TẢI

I.Khái nệm trang 6

CHUONG III: SƠ ĐỒ CÁU TRÚC TRẠM BIỀN ÁP

I.Khái niệm trang 11

I.Sơ đồ cau trúc trạm biến áp trang 11

HI.Lựa chọn phương án kha thi trang 14

CHƯƠNG IV: CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

I.Khái nệm trang 17

II.Khả năng quá tải của máy biếnáp trang 19

HI.Các phương án chọn máy biến áp trang 21

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP

I.Khái niệm trang 27

II.Cách tính tổn thất điện năng của các loại máy biến áp trang 27

III.Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp 3 phương án trang 29

CHƯƠNG VI: SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

I.Khái niệm trang 42

II.Các sơ dé nối điện cơ bản ở các cấp điện áp trang 42

HHI.Chọn sơ đồ nối điện cho 3 phương án trang 46

CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

I Khái nệm trang 50

H Phương pháp tính toán ngắn mạch trang 50

HI Tính toán ngắn mạch cho 3 phương án trang 53

CHƯƠNG VIIIL.CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN

I Khái niệm chung

II Tính toán các chế độ làm việc

II Chọn máy cắt điện, máy cắt phụ tải, dao cách ly

IV Chon thanh góp-thanh dẫn

CHƯƠNG IX:THIẾT KẾ PHẦN TỰ DÙNG CỦA TRẠM BIẾN ÁP

I Chọn máy biến áp tự dùng — trang 89

Il Tính toán ngắn mạch cho cấp điện áp 0.4 KV

II Chọn cáp ngầm và tử tự dùng

trang 61 trang 62 trang 68 trang 78

PHẦN B: THIẾT KẾ CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP

CHUONG I:BAO VE CHONG SET ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRAM BIEN AP

I.Khái niệm chung

H.Phạm vi bảo vệ cột thu sét

HII.Các yêu cầu kinh tế kỹ thuật khi dùng hệ thống cột thu sét

IV.Ap dụng tính toán cho tram

CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRAM BIEN AP

I.Khái niệm

1I.Tính toán và thiết kế hệ thống nối đất

IH.Ấp dụng tính toán nối đất cho trạm

IV.Nối đất an toàn cho cấp 22KV

trang 97 trang 98 trang 102 trang 103

trang 114 trang 114 trang 118

trang 130

I GIOI THIEU VE TRAM BIEN AP

Trạm biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp

khác Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện

Nhà máy điện và trạm biến áp là các phần tử quan trọng trong hệ thống điện

có thể cung cấp điện năng cho phụ tải ở một nơi khác xa hơn, khoảng cách xa đó

nhiều cây số Sự chọn lựa một trung tâm phát điện liên quan đến nhiều vấn đề như

cần một số vốn đầu tư ban đầu lớn, phí tổn hao khai thác nhiều hay ít, và vị trí cần

thiết kế lắp đặt ở xa nơi công chúng để tránh gây bụi bặm và ồn ào Do đó ở hầu hết

mọi nơi điện năng được truyền tải, chuyên chở từ một nơi nào đó (nhà máy phát

điện) đến nơi tiêu thụ Sự truyền tải điện năng đi xa sẽ nảy sinh ra nhiều vấn đề, nhất

là chỉ phí cho hệ thống các truyền tải điện và tốn hao điện năng Phương pháp hữu

hiệu nhất để giảm chi phí này là bằng cách nâng mức điện áp lên cao, khi đó tiết

diện dây cáp và tổn hao điện năng truyền tải giảm đáng kẻ Tuy nhiên mức điện áp

chỉ nâng đến một cấp nào đó để phù hợp vơi vấn đề cách điện và an toàn Hiện nay

nước ta đã nâng mức điện áp lên đến 500((kV)) để tạo thành một hệ thống điện hoàn

hảo vận hành từ năm 1994 đến nay

Chính vì lẽ đó trạm biến áp thực hiện nhiệm vụ chính là nâng điện áp lên cao

khi truyền tải, rồi những trung tâm tiếp nhận điện năng (cũng là trạm biến áp) có

nhiệm vụ hạ mức điện áp xuống để phù hợp với nhu cầu

H PHÂN LOẠI

Trong thiết kế và vận hành mạng điện thường gặp hai danh từ: trạm phân phối

điện và tram biến áp Trạm phân phối điện chỉ gồm các thiết bị như: dao cách ly,

máy cắt, thanh gop Ding để nhận và phân phối điện năng đến phụ tải không có

biến đổi điện á áp

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

1 Phân loại trạm biến áp theo nhiệm vụ

a Trạm biến áp chung còn gọi là trạm biến áp chính, trạm có nhiệm vụ nhận

điện của hệ thống với điện áp 220 KV biến doi thành cấp điện áp L10/22/0,4KV

b Trạm biến áp phân xưởng: nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi

xuống các lọai điện áp thích hợp để phục vụ cho các phụ tải phân xưởng

2 Theo hình thức hay cấu trúc của trạm mà chia trạm thành trạm ngoài

trời hoặc trạm trong nhà

a Ngoài trời: Tất cả các thiết bị đều đặt ngoài trời riêng phần phân phôi điện

áp thì đặt trong nhà Trạm ngoài trời thích hợp cho các trạm trung gian công suất lớn

có đủ diện tích để đặt các thiết bị ngoài trời

b Trạm trong nhà: Tắt cả các thiết bị đều đặt trong nhà Loại này thường gặp

ở các trạm biến áp, phân xưởng, trạm Gis

3 Các thiết bị chính trong trạm biến áp:

*- Máy biến áp: (MBA) : Là thiết bị truyền tải điện năng từ cấp điện áp này

đến cấp điện á áp khác.Các thông số định mức máy biến áp:

+ Công suất định mức máy biến áp

+ Khả năng quá tải máy biến áp

+ Điện áp định mức

+ Tần số định mức

- _ Các loại máy biến áp: máy biến áp từ ngẫu, máy biến áp thông thường,

máy biến áp cách ly

* May biến dong: Ding bién déi dòng điện sơ cấp về một giá trị dòng điện

thích hợp ở đầu ra thứ cấp Các loại biến dòng: máy biến dòng kiểu một vòng quấn,

máy biến dòng kiểu bậc cấp, máy biến dòng thứ tự không, máy biến dòng kiểu bù,

biến dòng kiểu lắp sẵn

* May biến áp đo lường (BU) : Dòng biến đổi điện áp về cấp điện áp

tương ứng với thiết bị đo lường, tự động Các loại máy biến áp đặc biệt: máy biến

áp kiểu 3 pha năm trụ, máy biến áp kiểu bậc cấp, máy biến áp kiểu phân chia điện

dung

* Dao cách ly (CL): Là khí cụ điện có nhiệm vụ tạo một khoảng cách trông

thấy được để đảm bảo an toàn khi sửa chữa máy phát điện, máy biến áp, máy cắt

điện, đường dây Đóng cắt khi không có dòng hoặc dòng nhỏ, điện áp không cao

lam, sau khi may cắt đã cắt mạch điện Các loại: dao cách ly tự động, dao ngăn

mạch

* May cat (MC): Ding dé đóng cắt một phần tử của hệ thống điện như máy

phát, máy biến áp, đường dây trong lúc bình thường cũng như gặp sự cố Các loại

máy cắt: máy cắt nhiều dầu, máy cắt ít dầu, máy cắt không khí, máy cắt khí, máy cắt

tự sinh khí, máy cắt chân không, máy cắt phụ tải

*Chống sét van: Dùng để bảo vệ các thiết bị trong trạm không bị hư hại khi có

sóng quá điện áp khí quyền truyền vào từ đường dây tải điện

*CP: Dùng để đóng cắt đòng điện vào trạm

* Sứ đỡ: Có tác dụng nâng đỡ đường dây tải điện trên không Sứ đỡ thường

được chế tạo mỗi sứ chịu được 25 KV Nếu điện thế cao hơn thì ghép nối nhiều sứ

với nhau Khoảng điện thế lớn nhất mà sứ đỡ được dùng là điện thế 50KV Nếu điện

thế lớn hơn thì phải dùng sứ treo

II NHIEM VU THIET KE

Nhiệm vụ của luận án này là thiết kế trạm biến áp 220/110/22KV với các số

liệu như sau:

- Hệ số công suất cose = 0, 78

- Công suất: S„„/S„ạ = 40MVA/20MVA

* Nhận xét chung về trạm biến áp đang thiết kế:

- Tính chất và mức độ quan trọng của phụ tải: cung cấp cho vùng dân cư và

khu công nghiệp khi thiết kế cân nhắc giữa yếu tố kĩ thuật với vốn đầu tư

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

- Những điều kiện hạn chế khi đang thiết kế:

+ Khả năng vận chuyển: máy biến áp thường chế tạo thành một khối tại

nhà máy, phần có thể tháo rời ra trong khi chiếm tỉ lệ rất nhỏ (khoảng 10%)

cho nên trọng lượng kích thước chở rất lớn Vì vậy khi sử dụng cần chú ý

phương tiện và khả năng khi xây lắp

+ Diện tích xây dựng trạm biến áp: càng bé càng tốt

+ Vốn đầu tư hợp lý

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

trúc đã chọn

IV.TRINH TU THIET KE

Theo số liệu ban đầu đã cho, thiết kế tram bién áp theo trình tự sau:

Cân bằng công suất phụ tải

Lựa chọn phương án tối ưu

Thiét ké ty dung cua tram

10 Thiét ké chéng sét cho tram

11 Nối đất cho trạm

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

Cân bằng công suất là xem khả năng cung cấp điện và tiêu thụ điện có cân

băng hay không Cân bằng công suất có vai trò quan trọng trong thiết kế cung cấp

điện của trạm biến áp Biết rằng sự vận hành bình thường của hệ thống sẽ không

được đảm bảo công suất của hệ thống đưa đến chỉ bằng phụ tải của nó Như vậy,

việc cân bằng công suất cần thiết kế để đảm bảo nhu cầu cung cấp điện liên tục và

chất lượng điện năng

Phụ tải là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện, nó biến đổi

điện năng thành các dạng năng lượng khác, để phục vụ cho sản suất và sinh hoạt,

tuỳ theo tầm quan trọng của phụ tải đối với nền kinh tế mà phụ tải chia làm 3 loại

+ Phy tai loai 1: 14 những phụ tải mà khi xảy ra sự cố nguồn cung cấp sẽ gây

ra thiệt hại lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng của con người hoặc có ảnh hưởng

đến chính trị

+ Phụ tải loại 2: là những phụ tải có tầm quan trọng lớn, nhưng có sự cố về

nguồn cung cấp điện chỉ thiệt hại về kinh tế, do ngưng sản suất, hư hỏng sản phẩm,

thiết bị, lãng phí nhân công

+ Phụ tải loại 3: là nhứng phụ tải cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy

thấp, cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa và thay thế thiết bị khi có sự cố

Thiết kế trạm biến áp 220/110/22KV cung cấp cho các phụ tải sau:

2 | Khu công nghiệp 110 45 0,8 4 2

3 | Khu dan cư 22 18 0,78 | 6 3

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

KHU CONG NGHIEP

* Bang phân theo thời gian:

KHU DAN CU’

Bảng phân theo thời gian

4 Đồ thị tông hợp của toàn trạm khi qua máy biến áp

® Bảng phân theo thời gian và đồ thị phụ tải :

Thời gian(h) Công suất phụ tải

Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp là sơ đồ diễn tả sự liên quan giữa nguồn, tải và hệ

thống Đối với trạm biến áp 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 nhiệm Với các trạm biến áp tiêu thụ cũng có thể có máy phát dự phòng để

cung cấp điện cho các phụ tải khi có sự cố trong hệ thống Trường hợp này các máy

phát dự phòng được xem là nguồn Do dó, 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:

1 Có tính khả thi: tức là có thể chọn được tất cả các thiết bị chính như: máy

biến áp, máy cắt cũng có khả năng thi công, xây lắp và vận hành trạm

2 Đảm bảo tính liên tục chặt chẽ gitta các cấp điện áp, đặc biệt với hệ thống khi

bình thường cũng như cưỡng bức (có một phan tir không làm việc)

3 Tén hao qua may bién áp bé, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua hai

máy biến áp không cần thiết

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

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

Thường thiết kế một trạm biến áp có thể có nhiều phương án khác nhau, để chọn

phương án ta cần cân nhắc các khía cạnh sau:

+ Số lượng máy biến áp

+ Tổng công suất máy biến ap

+ Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp

+ Tên hao điện năng tổng qua máy biến áp

II SO DO CAU TRUC TRAM BIEN AP

Tram bién áp là một công trình nhận điện năng bằng một hay nhiều nguồn

cung cấp với điện áp cao để phân phối cho các phụ tải ở các cấp điện áp bằng hoặc

bé hơn điện áp hệ thống Phần công suất được phân phối ở điện áp bằng điện áp hệ

11

théng théng qua may bién áp hạ, phần còn lại qua máy biến áp có điện áp phù hợp

với phụ tải

Phụ thuộc vào các cấp điện áp và công suất của phụ tải có thể sử dụng một

trong ba phương án sau:

+ Qua máy biến áp giảm dần từ điện áp cao xuống

+ Dùng máy biến áp ba cuộn dây (hay máy biến từ ngẫu nếu Urs 110KV)

Sơ đồ này được sử dụng khi phụ tải ở các cấp điện áp thấp bé hơn phụ tải ở

điện áp cao hoặc khi không có máy biến áp 3 cuộn dây thích hợp

- Khi một máy bị hư làm mắt điện toàn hệ thống

- Phụ tải ở các cấp điện áp thấp phải bé hơn phụ tải ở các cấp điện áp

cao(S„>S „)

MBA cấp một (điện áp lớn nhất) phải tải công suất ở các cấp nối tiếp do đó

phải chọn công suất S lớn tốn hao có thể lớn

Xây dựng qua hai giai đoạn, giai đoạn đầu phụ tải ít xây dựng một cái trước

sau đó phụ tải tăng thì ta xây dựng thêm một hay nhiều máy nữa Tuy vậy nó có nhược

12

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

Sử dụng 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn dây Phụ tải cấp 22 được lấy từ cuộn

hạ của MBA Có những ưu điểm:

- Số lượng MBA chỉ có hai, chiếm diện tích xây lắp bé, sơ đồ rõ ràng, đơn

giản, tổn hao nhỏ hơn so với phương án khác Đây là sơ đồ thường được dùng trong

- Tang sé lugng MBA dan dén chiém nhiéu dién tich

- Tach MBA thanh hai phan riêng biệt phương án này sử dụng nhiều khi phụ

tải U; và U„ chênh lệch nhiều mà không thể dùng phương án l va 2 nói chung là

phương án này có nhiều hạn chế nên ít được sử dụng

- Được sử dụng nhiều khi S „> 5z, nhưng khó tìm được MBA hai cuộn dây có

cùng công suất từ Cao-trung, từ cao-hạ

4 Phương án 4:

- Sử dụng 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn dây

- Qua các máy biến áp 2 cuộn dây cung cấp cho từng cấp điện áp thấp

- Dùng máy biến áp 2 cuộn dây để tải công suất từ điện áp trung sang hạ Điện

áp 22KV được lấy từ thanh góp 110KV qua 2 máy biến áp

- Tăng số lượng MBA dẫn đến chiếm nhiều diện tích

IH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KHẢ THỊ

Các phương án đề ra phải đảm bảo tính kinh tế và kĩ thuật Tính kỹ thuật phải

đưa lên hàng đầu Vì trạm biến áp là một mắt xích quan trọng của hệ thống điện,

không thể ngưng hoạt động khi hệ thống điện đang vận hành vì sẽ làm ảnh hưởng

nang né đến hệ thống, cũng như phụ tải

Qua đánh giá sơ bộ và lựa chọn đưa ra các phương án sau:

14

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

1 Phương án 1

Utd=0.4kv

Sơ đồ cấu trúc phương án 1

Sử dụng máy biến áp 2 cuộn dây dễ tải công suất từ điện ap cao sang trung,

sang hạ

Phương án này có nhược điểm : - Tăng số lượng máy biên áp

- Tách máy biến áp thành hai phần riêng biệt

Sử dung hai máy biến áp từ ngẫu cho các cấp điện áp 220/110/22KV Vi: Uc=220KV

- Phương án này có đặc điểm :

+ Số lượng máy biến áp chỉ là 2, chiếm diện tích xây lắp ít

15

+ Giá thành thấp

+ Tén hao trong máy biến có thể nhỏ hơn khi dùng 2 máy biến áp 2 cuộn dây

- Tuy nhiên không phải trường hợp nào cũng khả thi:

+ Máy biến áp từ ngẫu chỉ chế tạo với điện áp Uy > = 110KV

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

cho phép khi chuyên chở và xây lắp

+ Phải sử dụng trung tính giả (giá thành cao)

Sử dụng 2 máy biến áp từ ngẫu3 cuộn dây để tải công suất từ điện áp cao sang trung

Sử dụng máy biến áp 2 cuộn dây để tải công suất từ điện áp trung sang hạ

- - Phương án này có đặc điểm :

+ Tăng số lượng máy biến áp

+ Tách máy biến áp thành hai phan riêng biệt

+ Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay thường sử dụng phương án này

+ Tuy phương án 2 có số lượng MBA là thấp nhất nhưng ta phải đầu tư thêm

02 máy tạo trung tính giả vì MBA tự ngẫu 220KV/110KV/22KV của cuộn tam giác

CHUONG IV

CHON MAY BIEN AP DIEN LUC

=> LL ee

I KHÁI NIỆM

Máy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng từ điện áp này dến điện áp khác

Điện năng sản xuất từ nhà máy điện được truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa phải

qua đường dây cao thế 550, 220, 1I0KV thường qua may phat (Un, lên điện áp

tương ứng

Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năng từ

các máy phát điện đến hộ tiêu thụ Vì vậy tổng công suất máy biến áp trong hệ

thống điện có thể bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của máy phát điện

Mặc dù hiệu suất của các máy biến áp tương đối cao, tôn thất qua máy biến áp

(A Ag) hang nam van rat én

Khi sử dụng máy biên áp cần lưu ý các đặc điểm sau:

* Máy biến áp là thiết bị không phát hiện ra điện năng mà chỉ truyền tải điện

năng Trong hệ thống điện chỉ có máy phát điện mới phát ra công suất tác dụng P và

công suất phản kháng Q

* Máy biến áp thường chế tạo thành một khối tại nhà máy, phần có thể tháo

rời ra trong khi chuyên chở chiếm tỉ lệ rất nhỏ (khoảng 10%) cho nên trọng lượng

kích thước chuyên chở rất lớn Vì vậy khi sử dụng cần chú ý phương tiện và khả

năng chuyên chở khi xây lắp

* Tiến bộ khoa học về chế tạo (chủ yếu về vật liệu cách điện, thép từ) tiến bộ

rất nhanh, cho nên các máy biến áp chế tạo càng về sau kích thước, trọng lượng, tốn

hao và cả giá thành đều bé hơn Cho nên khi chọn công suất máy biến áp cần tính

đến khả năng tận dụng tối đa (xét khả năng quá tải cho phép) tránh sự vận hành non

tải máy biến áp đưa đến tổn hao không tải lớn, kéo dài thời gian sử dụng không cần

thiết

* Tuổi thọ và khả năng tải của máy biến áp chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ khi

vận hành Nhiệt độ các phần của máy biến áp không chỉ phụ thuộc vào công suất

qua máy biến áp mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh và phương

pháp làm lạnh Công suất định mức của máy biến áp được chế tạo theo thang tiêu

chuẩn của mỗi nước, thường cách nhau quá lớn, nhất là khi công suất càng lớn Điều

17

nay đưa đến tính toán không chính xác, có thể chọn máy biến áp lớn không cần

thiết

* Khi chọn công suất của máy biến áp phải chú ý đến khả năng phát triển phụ

tải, tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến áp lại phải thay đổi hay thêm

máy khi phụ tải tăng Điều này cần cân nhắc rất khoa học và thực tế mới có thể chọn

công suất tối ưu cần thỏa mãn các điều kiện đã nêu trên

* Máy biến áp hiện nay có nhiều loại:

+ Máy biến áp một pha, ba pha

+ Máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây

+ Máy biến áp có cuộn dây phân chia

+ Máy biến áp tự ngẫu một pha, ba pha

+ Máy biến áp tăng, máy biến áp hạ

+ Máy biến áp có và không có điều chỉnh dưới tải

Chỉ được ghép bộ máy phát điện-máy biến ap hai cuộn dây vào thanh góp điện

áp nào mà phụ tải cực tiểu ở đó lớn hơn công suất của bộ này Có như vậy mới tránh

được trường hợp lúc phụ tải cực tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công

suất phải chuyên qua hai lần biến áp làm tăng tổn hao và gây quá tải cho MBA ba

cuộn dây Đối với MBA tự ngẫu liên lạc thì không cần điều kiện này

Không nên dùng hai MBA hai cuộn dây hoặc từ ngẫu để liên lạc hay tải điện

giữa các cấp điện á áp vì sơ đồ thiết kế sẽ phức tạp

Không nên nối song song MBA hai cuộn dây với MBA ba cuộn dây vì không

thường chọn được hai MBA có tham số phù hợp với điều kiện vận hành song song

Vi vay vén dau tu cho may bién áp cũng rất nhiều Người ta mong muốn chọn

số lượng máy biến á áp Ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho

các hộ tiêu thụ Chọn máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn loại,

sé lượng, công suất định mức và hệ số biến áp Bởi vậy người ta mong muốn giảm

số bậc biến áp, giảm công suất đặt của biến áp và sử dụng chúng có hiệu quả hơn

Điều đó có thể đạt được băng cách thiết kế hệ thống điện một cách hợp lý, dung

MBA tir ngau trong trường hop có thể (1 I0KV) trở lên, có trung tính trực tiếp nối

đất), tận dụng khả năng quá tải của MBA, không ngừng cải tiến cấu tạo của MBA,

góp phần nâng cao độ tin cậy và tiết kiệm nguyên vật liệu

Các MBA ba pha hai va ba cuộn dây được sử dụng rộng rãi trong hệ thống

điện MBA ba cuộn dây dùng khi cần có hai cấp điện áp ra Việc lắp đặt MBA ba

cuộn dây thay cho hai MBA hai cuộn dây sẽ tiết kiệm được diện tích, vật liệu và vốn

18

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

dau tu, đồng thời giảm được tôn hao khi vận hành MBA hai cuộn dây chỉ nên đặt ở

trạm mà trong tương lai trạm đó có thể cấp điện áp hạ khác hoặc phụ tải của cấp này

nhỏ hon (10-15%) công suất

Cũng chính vì lý do kinh tế mà MBA ba pha được dùng rộng rãi hơn trong hệ

thống điện Giá thành MBA ba pha nhỏ hơn khoảng (10-25%) so với nhóm ba MBA

một pha cùng một công suất Tổ MBA một pha chỉ dùng khi không có khả năng chế

tạo MBA ba pha với công suất lớn cần thiết hoặc điều kiện chuyên chở không cho

phép

Trong hệ thống điện áp cao và trung tính trực tiếp nối đất thì ta thường dùng

MBA từ ngẫu Loại MBA này ưu việt hơn so với MBA thường Giá thành, chi phí

vật liệu và tổn hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn với MBA thường có

cùng công suất Công suất toàn phần, tần số, điện áp, dòng điện tổn hao công suất

tác dụng, tổn hao công suất phản kháng và hệ số có lợi là các tham số cơ bản MBA

Các tham số này xét trong điều kiện chuẩn được gọi là tham số định mức

II KHA NANG QUA TAI CUA MAY BIEN AP:

Giả sử một trạm biến áp hoạt động với một công suất định mức, để đảm bảo

được tính hoạt động lâu dài ngoài trừ sự cố xảy ra Chúng ta nên tính đến khả năng

quá tải của nó

1 Quá tải bình thường (quá tải thường xuyên):

Quá tải thường xuyên của MBA là chế độ quá tải một phần thời gian phụ tải

của MBA vượt quá công suất định mức của nó, phần còn lại của chu kì khảo sát

(ngày, năm) phụ tải của MBA thấp hơn công suất định mức đó Với phụ tải như vậy

thì hao mòn cách điện sau một chu kỳ khảo sát không vượt quá hao mòn định mức,

tương ứng với nhiệt độ cuộn dây bằng 980-C nhưng không vượt quá 140° C

Để tránh khá năng quá tải cho phép thường xuyên của 3 MBA trong những giờ

phụ tải cực đại ngày đêm, cần phải phân tích, tính toán chế độ nhiệt độ của nó Nói

cách khác, phải tính toán sự thay đổi nhiệt độ dầu và cuộn dây MBA cũng khá phức

tạp nên trong thiết kế người ta xây dựng biểu đồ về khả năng quá tải của MBA được

cho trong các tài liệu thiết kế

Các biểu đồ về khả nang cua MBA duoc xây dựng trên cơ sở đồ thị phụ tải hai

bac dang tri cla MBA Trục hoành của đường cong tính toán chỉ hệ số ki(hệ số phụ

tải bậc một) tức là phụ tải một với phụ tải định mức, còn trục tung chỉ hệ số quá tải

cho phép K› Các đường cong xây dựng ứng với thời gian quá tải khác nhau từ (t =

0, 5- 24 giờ) Đối với đồ thị phụ tải hai bậc, trình tự xác định quá tải cho phép của

MBA theo đường cong khả năng tải được xác định như sau:

19

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

a Dựa vào đồ thị tính toán cực đại, xác định loại và công suât dịnh mức biến

áp Sam; và tính quá tải của nó: kạ = -“?-

d Theo đường cong này và xuất phát từ hệ số phụ tải bậc một kị và thời gian quá tải tính toán t để xác định hệ số quá tải cho phép ky»

e So sánh k; tính toán với kop Néu kạ<kạcp thì MBA được phép quá tải ứng

với chế độ làm VIỆC Của nó

Trong trường hợp đồ thị phụ tải nhiều bậc, chúng ta biến đổi về đồ thị hai bậc

đẳng trị Trong đồ thị phụ tải đẳng trị bậc một tính trong 10 giờ liền trước hay liền

sau quá tải lớn nhất tùy thuộc vào phụ tải cực đại xuất hiện chiều hay buổi sáng

Trong đó: Sỉ: phụ tải bậc thir i

Ti: thoi gian bac thir i

n1: số bậc trong 10 giờ khi tính phụ tải bậc một n2: số bậc trong thời gian quá tải

Trường hợp xuất hiện hai lần quá tải so với công suất định mức của MBA thì

cực đại nhỏ hơn được dùng để tính phụ tải đẳng trị bậc một S;„„ Tính S¡a tiến hành

trong 10 giờ ở trước hay sau cực đại lớn nhất tùy thuộc vào cực đại nhỏ hơn Nói

cách khác khi biểu đồ phụ tải có hai cực đại thì tính toán đẳng trị bậc hai đối với cực

đại nào có tổng Sự, :, đạt giá trị lớn nhất Khi đó nếu phụ tải cực đại xuất hiện vào

20

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

buổi chiều (thứ hai về thời gian) thì lúc tính phụ tải đẳng trị bậc một sẽ bao gôm 10

giờ liền sau phụ tải bậc hai Nếu MBA làm việc cả năm với một đồ thị phụ tải giống

nhau thì khi đánh giá phụ tải cho phép người ta dùng nhiệt độ đẳng trị của môi

trường làm mát hằng năm Nếu đồ thị phụ tải của MBA thấp hơn mùa đông thì nên

sử dụng nhiệt độ đẳng trị của môt trường làm mát theo vùng và tính quá tải cho

phép riệng biệt đối với mùa đông và mùa hè

2 Quá tải sự cố:

Đó là quá tải cho phép MBA làm việc với điều kiện sự cố (ví dụ như bị hư

hỏng một MBA khi hai máy làm việc song song) mà không gây hỏng chúng Như

vậy trị số cho phép được quyết định sao cho nhiệt độ của cuộn dây và dầu của MBA

không ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường tiếp theo của máy Nhiệt độ cho phép

cực đại đối với dau la 115 “C và đối điểm nóng nhất của cách điện 140 “C

Trong điều kiện làm việc đó, MBA được phép quá tải 40% nếu thời gian quá

tải của máy không vượt quá 6 giờ trong 5 ngày đêm và hệ số phụ tải bậc một Kị

không vượt quá 0,93

Quá tải sự cố cho phép kz‹; = 1,4 nên xem như một hệ số tính toán nào đó, sử

dụng khi lựa chọn MBA theo điều kiện quá tải sự cố Trị số quá tải cho phép trong

vận hành được quyết định phụ thuộc vào điều kiện cụ thể như đồ thị phụ tải và nhiệt

độ môi trường làm mát

Ill CÁC PHƯƠNG ÁN CHON MAY BIEN AP:

Sử dụng một trong ba phương án sau:

1 Xét quá tải sự cố của máy biến áp của trạm biến áp 220/110KV

Khi hai máy biến áp vận hành song song mà một trong hai máy bị sự cố phải nghỉ, máy biến áp còn lại có thể vận hành với phụ tải định mức không phụ thuộc vào

nhiệt độ môi trường xung quanh lúc sự cố trong thời gian 5 ngày đêm nếu thỏa mãn

các điều kiện:

Theo đồ thị phụ tải đẳng trị về hai bậc, trong đó K;<0, 93; K;<1, 4 đối với may bién áp đặt ngoài trời và K;<1, 3 với máy biến áp đặt trong nhà, T2<6 giờ, chú ý

theo dõi nhiệt độ của cuộn dây không được vượt qué 140 ”C và tốt nhất là tăng

cường tối đa các biện pháp làm lạnh máy biến áp

Máy biến áp đặt ngoài trời K„ = 1, 4 thì: Sp> Tạ = 100,35 MVA

Nếu chon 100 MVA thi T = 18 giờ >6 giờ

Nên ta chọn máy biến áp có Sg = 125 MVA có T; = 6 giờ(thỏa)

Vậy máy biến áp có Sa„p = 125 MVA thỏa mãn các điều kiện quá tải sự cố

2 Xét quá tải sự cố của máy biến áp 110/22KV khu dân cư

22

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

Công suất máy biến áp chọn theo điều kiện một máy biến áp nghỉ, máy biến

áp còn lại với khả năng quá tải sự cố có khả năng cung cấp đủ Smax = 40MVA

Tương tự phương án l: S¿„ >100.35MVA

Ta không chọn máy biến áp từ ngẫu có Sam = 100 MVA(vì thời gian quá tải lớn

Tương tự phương án 1: S¿„ >100,35 MVA

Ta không chọn máy biến áp từ ngẫu có Sam = 100 MYVA(vì thời gian quá tải lớn hơn 6 giờ)

Vậy máy biến áp tự ngẫu có Sam = 125 MVA thỏa mãn các điều kiện quá tải

Tuong ty phuong 4n 1: Sy, >28,57MVA

Nếu chọn máy biến áp có Sạ„ = 40 MVA thi non tai không thuận lơi

Nên chọn máy biến áp có Sam = 32 MVA với T;ạ = 4 giò(thỏa)

25

Vậy máy bién 4p Simp = 32MVA théa man các điều kiện sự cổ

Tổng kết sơ bộ chọn máy biến áp:

Phương án Trạm Kiểu Sdm(MVA)|_ Máy biến áp

110/22KV ONAN 32 3 pha 2 cuộn dây

2 220/110/22KV ATHTH 125 Tự ngẫu 3 pha

3 220/110KV ATHTH 125 Tự ngẫu 3 pha

110/22KV ONAN 32 3 pha 2 cuộn dây

Bảng 4.1 Các thông số của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây:

Sd Dién Un | i(%) Ap, Ap, Kích thước(m) Trọng Giá | Nước

CHUONG V

TINH TOAN TON THAT

DIEN NANG TRONG MAY BIEN AP

sy LL ee

I KHÁI NIỆM

Khi truyền tải điện năng từ trạm biến áp đến nơi tiêu thụ, ta cần phải dùng dây

dẫn và máy biến áp, nên một phần điện năng tất nhiên bị tiêu hao do đốt nóng dây

dẫn, do tạo ra các trường điện từ và các hiệu ứng khác Khi có dòng điện chạy qua

dây dẫn và máy biến áp, vì chúng có điện trở và điện kháng nên bao giờ cũng có tốn

thất nhất định về công suất tác dụng thuộc P và công suất phần kháng Q Số năng

lượng điện năng mất mát đó biến thành nhiệt làm nóng dây dẫn và máy biến áp, cuối

cùng tỏa ra không khí, không mang lại hiệu quả cao Cho nên ta cần tính toán tổn

thất điện năng trong máy biến áp để so sánh những phương án kinh tế nhất

II CÁCH TÍNH TỎN THÁT ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC LOẠI MBA

1 Tén that điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây:

- Khi không có đồ thị phụ tải xác định theo biểu thức:

+ 7: thời gian tôn thât công suất cực dai phụ thuộc vào thời

gian sử dụng công suất cực đại Tay và COS@

27

A Pye = 0.5(A Port ect =¬

AP wr = O.S(AP ort =a - Thon y

A Py = 0.5(—— SE — nụ - AP yer)

œ : hệ số có lợi của máy biến dp ty ngdu a = TH

Tổn thất điện năng cấp điện áp 220/110/22KV

- Khi có đồ thị phụ tải hình bậc thang, n máy làm việc song song :

A Ayam=n* APo*t+—*[ š APạc {Sam n Sdm Sic | SN) “ert AP w( Sih |? ] Sdm

Sdm

Trong do: + AP, :t6n thất không tải

+ AP,,.,: t6n that ngắn mạch cudn cao + AP,,.: ton thất ngắn mạch cuộn trung

+ AP ni: tén that ngan mạch cuộn hạ

+†: thời gian làm việc của máy biến áp(giờ)

+ §,: công suất của n máy biến áp tương ứng với thời gian t;

+n:số lượng máy biến áp

+ Sic, Si, Si, 14 cOng suat cuộn cao,frung,hạ ứng với thời gian t;

+ Sam: công suất định mức của máy biến áp

- Khi không có đồ thị phụ tải: = A Ayay =

IH TÍNH TON THAT DIEN NANG TRONG MBA CUA 3 PHUONG AN

1 Tính toán tôn thất điện năng trong MBA của phương án 1:

a Tổn thất điện năng trong 2 MBA cấp 220/110

Là hai máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây mỗi máy có công suất Sam = 125(MVA)

Dựa vào đồ thị theo cuộn trung 110 KV:

® Bảng phân theo thời gian

b Tổn thất điện năng trong 2 MBA cấp 110/22 KV

- Là hai máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây mỗi máy có công suất Sa„= 32(MVA)

- Dựa vào dé thị theo cuộn hạ 22 KV:

®Bảng phân theo thời gian

Thời gian(h) Công suất phụ tải

- Tổn hao điện năng trong | nam:

MA van(2) = AA gayden(2) * 365 = 213312 * 365 = 778,58(M WA)

- Điện năng cung cấp trong lI ngày đêm:

c Ton that điện năng trong 2 MBA tự dùng:

- Là hai máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây mối máy có công suất S am = 0,5(MVA)

- Tén that dién nang trong | ngay dém dugc tinh theo céng thirc:

- Tôn hao điện năng trong 1 năm:

MA nam) = SA neayden(3) = 123,6 * 365 = 45,114(MW.A)

- Điện năng cung cấp trong 1 ngày đêm:

A jgaydem(3) = S;t; COSY VOI COSE— = 0,82 |

= 0, 5*24*0, 82 = 9,84(MW.h)

- Điện năng cung câp trong | nam:

31

d Téng tén hao điện năng phương án 1:

- Tổng tổn hao điện năng trong một ngày đêm:

AA ngaydem ” AA ngayđem (1) + AÂ 2say4en(2) + MA jeaydem(3)

= 2919,552 + 2133,12 + 123,6 = 5175,92(KW.h)

- Tổng tổn hao điện năng trong một năm:

= 1065,7 + 778,58 + 45,144 = 1889.394 (MW.h)

- Tong dién năng cung cấp trong một năm:

A — Anam(1) + Anam(2) + A nam(3)

2 Tinh toán tốn thất điện năng trong MBA cho phương án 2: a Ton that điện năng trong hai máy biến áp BI và B2:

- Là hai máy biến áp từ ngẫu mỗi máy có công suất là Sam = 125(MVA)

Trong đó: Ay.„ = 290(KW);Ay¿„ = 235(KW);3 Ay ry, = 230(KW)

32

SVTH: Lê Trọng Thiên Thanh

- Dựa vào đồ thị phụ tải cuộn cao 220 KV:

Vì chê độ công suất truyên từ cuộn cao sang trung và hạ nên: S.= Š„ +.S„

® Bảng phân theo thời gian

b Tôn thất điện năng trong 2 MBA tự dùng:

- Là hai máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây mối máy có công suất S „= 0 5(MVA) |

- Tổn that điện năng trong ngày đêm được tính theo công thức:

Do do: MA veaydem(2) = 2% 1,2* 24 + ng =123,6(KW h)

- Tổn hao điện nang trong | nam:

A mo) = AAngaydem(s) = 123,6 * 365 = 45,144(MW.h)

- Điện năng cung cấp trong 1 ngày đêm:

A jgaydem(2) = Sit; COS Với cosø = 0,82

c Tổng tôn hao điện năng trong phương án 2:

- Tổng tốn hao điện năng trong một ngày đêm:

7645,47(MW.h)

- Tổng tốn hao điện năng trong một năm:

SA nam = AAnam(ty + Anam) = 2745,48 + 45,144 = 47889,48(MW.h)

3 Tính toán tốn thất điện năng trong MBA của phương án 3:

a Tén that điện năng trong 2 MBA cấp 220/110

- Là hai máy biến áp từ ngẫu mỗi máy có công suất là Son = 125(MVA)

35