luận văn kỹ thuật điện, điện tử thiết kế trạm biến áp 220kv - 110kv - 22kv - nguyễn tuấn duy (06 - 2008)

GIỚI THIỆU VE TRAM BIEN AP: Tram biến áp là một công trình nhận điện bằng một hay hai nguồn cung cấp với điện áp cao để phân phối cho các phụ tải ở các câp điện áp bang hoặc bé hơn điện

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM Độc lập - Tư do — Hanh phúc

`

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

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

co TEE eS pl sâu sÚa Bao VE c6in, sel ele

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

plz Td Ba UE cling sep aude Vth dp Tie 2á BÚ

— 7 \ c— , ° a — _

Ngày giao nhiệm vụ luận án: 11/03/2008

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 2/06/2008

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua NGƯỜI HƯỜNG DẪN CHÍNH

Ngày Ð tháng 03 năm 2008 (ký và ghi rõ họ tên)

LOI CAM ON

Trước hết em xin chân thành cám ơn toàn thể các thầy cô Trường Đại

Học Kỹ Thuật Công Nghệ.Đặc biệt là các thầy cô ở khoa Điện —Điện tử đã

truyền thụ những kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập và thí nghiệm

tại trường,

Xin chân thành cám ơn Thây Nguyễn Xuân Vinh và Thầy Lê Đình

Lương đã hết lòng hướng dẫn tận tình cho Em những kiến thức quý báu để

thực hiện để tài này

Do còn thiếu kinh nghiệm thực tiễn, thời gian thực tiễn để tài ngắn và

kiến thức của em còn nhiều hạn chế nên những điều em trình bày trong luận

văn sẽ không tránh khỏi những sai sót Rất mong thầy cô hướng dẫn thêm

cho em để em rút ra được những kinh nghiệm quý báu nhằm hoàn thiện hơn

bài luận văn này Cuối cùng xin chân thành cám ơn tất cả các Thầy, Cô và

toàn thể các bạn sinh viên đã tận tình giúp đố trong thời gian qua

Sinh viên thực hiện

NGUYEN TUAN DUY

Hiện nay, nước ta đang trên đường công nghiệp hoá hiện đại hoá, điện

năng được xem như dạng năng lượng giữ vai trò cốt yếu trong nền kinh tế, nhờ

vào tính năng dễ dàng chuyển hoá từ dạng năng lượng này sang đạng năng lượng khác của điện năng (như cơ năng, quang năng, nhiệt năng) dễ dàng vận chuyển đi xa và các ưu việt khác

Trong nền công nghiệp hóa hiện đại, ngành điện giữ vai trò quan trọng,

nó ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều ngành công nông nghiệp và cả các ngành dịch

vụ khác Do vậy khi thiết kế và xây dựng một nhà máy, một khu công nghiệp

hay một khu kinh tế nào đó thì việc trước tiên là phải xây dựng hệ thống biến áp cùng mạng lưới cung cấp điện, nhằm phân phối điện năng cho sản xuất và nhu cầu sinh hoạt của con người

Việc sản xuất và cung cấp luôn đi kèm với quá trình truyền tải, phân phối điện Trạm biến áp (chuyển đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác) giúp giảm bớt tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải và việc phân phối điện

năng hợp lý hơn

Trong qua trình thực hiện luận án tốt nghiệp này không thể không có sai sót, do nhiều yếu tố khách quan và chủ quan, rất mong sự đánh giá phê bình của quý Thầy Cô, quý bạn bè thân hữu để quyển luận án này thêm hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

TPHCM, Ngày 30 Tháng 06 Năm 2008

Sinh viên thực hiện

NGUYÊN TUẦN DUY

MUC LUC s&›2Elcs PHẦN I : THIẾT KẾ ĐIỆN

Chương I: Tổng quan và Cân bằng công suất phụ tải 22 2s 2 21 25 nen 2

Chương II : Sơ đồ cấu trúc _ SS tt n9 E21 111101 121 Erngenrerưn 7

Chương III : Chọn máy biến áp . L- c1 SE 11111 111111111 E HT nen trêu 12

Chương IV : Sơ đồ nối điện . ch TH H1 n2 Hee 19

Chương V : Tính toán ngắn mạch c tTnnnn TS TT TT TT 511181 ngư 24

Chương VỊ : Tính toán tổn thất điện năng trong MBA -c c St tt teserrseec 33

Chương VỊI : Chọn khí cụ điện ¿Ác 2S SH TT TT TH TT Sky nh ưệc 40

Chương VI : Tính toán kinh tế - kỹ thuật quyết định phương án -5¿ 60

Chương IX : Thiết kế tự dùng ST T21 1 1201211121111 181 1n ng 64

PHAN II : THIẾT KẾ CHỐNG SÉ.T VÀ NỐI ĐẤT

Chương I: chống sét đánh trực tiếp cho trạm tt n2 E15 111112111 exerreo 70

Chương II : thiết kế nối đất cho trạm .- c1 111111 211111511111111 1551 ertrưyg 81

Chuong IIT : Chỉ tiêu chống sét cho đường dây cấp 110kV cv ccằo 93

Luận Án Tốt Nghiệp

PHAN I

THIET KE PHAN DIEN

Luan An Tét Nghiép

CHUONG I TONG QUAN VE TRAM BIEN AP VA CAN

BANG CONG SUAT

I GIỚI THIỆU VE TRAM BIEN AP:

Tram biến áp là một công trình nhận điện bằng một hay hai nguồn cung cấp với điện áp cao để phân phối cho các phụ tải ở các câp điện áp bang

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

điện áp hệ thống không qua máy biến áp, phần còn lại qua máy biến áp giảm

có điện áp phù hợp với phụ tải

H PHÂN LOẠI:

Tuy theo nhiệm vụ, chức năng, cầu trúc và điện áp sử dụng mà trạm

biến áp được phân loại như sau:

1 Theo nhiệm vụ,chức năng:

-Tram biến áp trung gian (còn gọi là trạm biến áp chính): Là trạm nhận điện áp

từ hệ thống, có điện áp phía sơ cấp là 220KV biến đổi thành điện áp 110KV,

22KV hoặc 0,4KV

-Trạm biến áp địa phương: Là những trạm biến áp được cung cấp từ mạng

phân phối, mạng địa phương của hệ thống điện cập cho từng xí nghiệp hay

trực tiếp cho các hộ tiêu thụ với điện áp thứ cấp thấp hơn

2 Theo cầu trúc:

-Trạm biến áp ngoài trời: Là trạm có các thiết bị đặt ngoài trời, còn phần phân

phối điện áp thấp được đặt trong nhà Với loại này cân mặt bang rộng và ở

nơi ít bụi Xây dựng trạm này sẽ tiết kiệm được kinh phí

-Trạm biến áp trong nhà: Là trạm gồm các thiết bị đặt trong nhà Với loại này

không cần mặt băng rộng, có thể xây dựng ở nơi ít bụi bặm ma may vẫn hoạt

động được bình thường nhưng có vốn đầu tư cao

3 Theo điện áp:

- Tram tăng áp: Có nhiệm vụ tăng điện áp từ điện áp máy phát lên điện áp cao

hơn để tải điện năng đi xa và thường được đặt ở nhà máy điện

-Lrạm giảm áp (còn gọi là trạm hạ áp): Thường được đặt ở các hộ tiêu thụ dé

biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp hơn, thích hợp với mục đích sử

dụng

Ngoài các loại trạm biến áp đã nêu trên, trong hệ thống điện còn có các trạm đóng cắt điện (không có máy biến áp), trạm nối (nhiệm vụ liên lạc

giữa hai hệ thống có tần số khác nhau), trạm chỉnh lưu (biến dòng AC thành

dòng DC) và trạm nghịch lưu (biến dòng DC thành dòng AC) để phục vụ tải

di xa bang dong DC

I NHIEM VỤ THIẾT KẾ

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

số liệu ban đầu như sau:

Trạm có 2 đường dây dẫn đến và phụ tải của các cấp bao gồm:

+ Phụ tải cấp 110KV có 4 đường dây ra

Smax = 35 MVA ; cos@= 0,85

Luận Án Tốt Nghiệp

+ Phụ tải cấp 22KV có 6 đường dây ra

SŠmax = 25MVA; cosọ =0.85

+ Nguồn cung cấp 220KV có 2 đường dây,chiều dài dây 90km

Sur = 6500MVA; cosp = 0,85; X ar = 0,4

IV TRINH TU THIET KE

Phan 1:

> Cân bằng công suất

> Chọn sơ đồ cấu trúc và MBA cho trạm biến áp

> Tính tổn thất điện năng

> Tính ngắn mạch - chọn máy cắt

> Chọn sơ đồ nối điện

> Tính kinh tế kỹ thuật - Chọn phương án thiết kế

> Tính toán sóng truyền theo đường dây vào trạm

> Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây

V CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHỤ TẢI

a KHÁI NIỆM

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

Ph

bằng hay không Cân bằng công suất đóng 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

đối điện năng thành các dang năng lượng khác, để phụ vụ cho sẵn xuất và sinh

hoạt, tuỳ theo tâm quan trọng của phụ tải đối với nền kinh tế mà phụ tải chia

làm 3 loại

+ Phụ tải loại 1: là 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 tâm quan trọng lớn, nhưng có sự cố về

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

phẩm, thiết bị, lãng phí nhân công

+ Phụ tải loại 3: là những 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

®Bảng phân theo thời gian

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

@ Bang phan theo thời gian toàn tram

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

Nhắn, Đối với trạm biến áp nguồn thường là các đường dây cung cấp từ hệ

thong đến trạm biến áp, có nhiệm vụ đảm bảo cung câp cho các phụ tải mà

trạm biến áp đảm nhiệm Với các trạm biến áp tiêu thụ phải có máy phát dự

phòng, đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải khi có sự cố trong hệ thống Khi

thiết kế trạm biến áp chọn sơ đồ cấu trúc là phần quan trọng, nó ảnh hưởng đến

quyết định đến toàn bộ thiết kế

Các yêu cầu khi chọn sơ đồ cấu trúc:

1 Có tính khả thi: có thể chọn máy biến áp, máy cắt, cũng như có khả

2 Dam bao lién tuc chat ché gitra các câp điện áp, đặc biệt với hệ thông

khi bình thường cũng như có sự cố

3 Tổn hao qua máy biến 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 it càng tốt

5 Co kha nang phat trién trong tương lai gần

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

án nào tối ưu nhất Chẳng hạn, số lượng máy biến áp, tổng vốn đầu tư, tổn hao điện

năng thấp nhất

II SO bồ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến 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 thống không qua máy biến áp hạ, phần còn lại qua máy biến áp

giảm áp có điện áp phù hợp với phụ tải

Phụ thuộc vào các cấp điện áp, vào 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 áp từ ngẫu nếu

Ur> LI0KV)

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

II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KHẢ THỊ

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

được đưa lên hàng đầu Vì trạm biến áp là một mắc xích quan trọng của hệ

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

ảnh hưởng nặng nề đến hệ thống, cũng như phụ tải

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

1.Phương án 1

- Phương án này có ưu điểm:

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

+ Giá thành thấp

+ Tổn hao trong máy biến áp 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 Ur> 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

-Độ tin cậy cung cấp điện cao

- Chỉ sử dụng hai máy biến áp nên tổn hao điện năng nhỏ

+ Phương án này có nhược điểm là:

- Tăng số lượng máy biến áp

- Tách máy biến áp thành hai phần riêng biệt

Luận Án Tốt Nghiệp

Đo

- Phương án này có ưu điểm và khuyết điểm:

Cấu trúc cho phương án này đơn giản, vận hành linh hoạt Tuy nhiên viêc

lựa chọn và mua MBA từ cấp điện áp 220/22 KV thì giá thành lại rất cao điều đó

không có lợi về kinh tế Do vậy việc lựa chọn sơ đổ cấu trúc cho phương án này

không thực thi hơn phương án 1 và phương án 2 và phương án 3

1]

Luận Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG III CHON MAY BIEN AP

I KHÁI NIỆM

áy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng từ điện áp này đến 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 500, 220, 110KV ., thường qua máy biến

áp tăng từ điện áp máy phát lên điện áp tương ứng Ở cuối đường dây cao áp lại

cần máy biến áp giảm về điện áp thích hợp vơí mạng phân phối

Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giẩm 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 các máy phát

Máy biến áp thường chế tạo thành một khối tại nhà máy, phân 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

Chọn máy biến áp là một khâu quan trọng trong việc cung cấp điện liên

tục cho các phụ tải Vì khi có sự cố xảy ra với máy biến áp thì dẫn đến thất thoát

về kinh tế - vật chất Ảnh hưởng trực tiếp đến qui trình và tiến độ hoạt động

của các hộ tiêu thụ Chọn máy biến áp phải đảm bảo cung cấp điện trong khi

làm việc bình thường cũng như lúc quá tải Khi chọn máy biến áp phải chú ý đến

khả năng phát triển của phụ tải Tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến

áp lại phải thay đối hay đặt 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 thoả mãn các điều

Số lượng công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh tế

— kỹ thuật sau:

+ An toàn đảm bảo tính cung cấp điện

+ Vốn đầu tư thấp nhất

+ Chi phí vận hành bé nhất

+ Dung lượng máy biến áp trong một trạm nên đồng nhất

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

trong một khoảng thời gian mà không làm hỏng máy biến áp Từ quan hệ về sự

hao mòn của máy biến áp, trong thời gian vận hành có thể tính được khả năng

quá tải cho phép của nó khi biết đổ thị phụ tải, để cho sự hao mòn trong thời

gian không vượt quá định mức „

Khi sử dụng máy biên áp cân lưu ý các đặc điêm sau :

- MHA phát ra điện năng mà chỉ truyện tải điện năng Trong hệ thông điện

chỉ có máy phát điện mới phát ra công suât tác dụng P và công suât phản

- MBA thường được chê tạo thành một khôi tại nhà máy, phân có thê tháo

rời ra trong khi chuyên chở rât nhỏ (khoảng 10%), trọng lượng kích thước

12

Luận Án Tốt Nghiệp

TT

chuyên chở rất lớn Ví dụ máy biến áp hai cuộn đây 115/38,5KV, công suất

80MVA co trọng lượng tổng là 105 tấn, phần cần chuyên chở không thể

tách rời là 91,5 tấn, dài 7,4 m, rộng 5,3 m, cao 6,8 m Vì vậy khi sử dụng

cần chú ý phương tiện chuyên chở và xây lắp

Khi chọn công suất MBA cần tính đến khả nang tan dung tối đa (xét khả năng

quá tải cho phép ), tránh vận hành non tải MBA đưa đến tổn hao không tải lớn,

kéo dài thời gian sử dụng không cần thiết

Tuổi thọ và khả năng tải của MBA chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ, vận

hành, trong khi nhiệt độ các phần của MBA không chỉ phụ thuộc vào công

suất qua MBA mà còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh và phương pháp

làm lạnh

Công suất định mức của MBA được chế tạo theo thang tiêu chuẩn của

mỗi nước, nhất là khi công suất càng lớn Điều này dẫn đến nếu tính toán

không chính xác có thể phải chọn MBA có công suất lớn không cần thiết Ví

dụ: không chọn được MBA 125MVA phải chọn 200MVA

Khi chọn công suất MBA phải chú ý đến khả năng phát triển phụ tải, tránh

trường hợp vừa xây dựng xong TBA phải thay đổi hay đặt thêm máy khi

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

chọn công suất tối ưu thoả mãn tất cả các điều đã nêu trên

MBA hiện nay có nhiều loại :

MBA một pha, ba pha

MBA 2 cuộn dây, 3 cuộn dây

MBA có cuộn dây phân chia

MBA từ ngẫu 1 pha, 3 pha

MBA tăng, giảm áp

MBA có và không có điều chỉnh dưới tải

Thường ta chọn máy biến áp theo 2 điều kiện sau:

1 Quá tải một cách hệ thống hay còn gọi là quá tải bình thường của máy biến áp

+ Qui tắc này được áp dụng khi chế độ bình thường hằng ngày có những

lúc máy biến áp vận hành non tải (K; <1) và có những lúc vận hành quá tải (Kạ

>])

+ Căn cứ vào đồ thị phụ tải qua máy biến áp có công suất bé hơn Swa„,

lớn hơn Sm¡n

Smin <S Špg< SMax

+ Đẳng trị dé thi phụ tải qua máy biến áp thành đồ thị phụ tải chỉ có hai

bậc K; và K; với thời gian qua tải Tạ

+ Từ đường cong khả năng tải của máy biến áp có công suất và nhiệt độ

đẳng trị môi trường xung quanh tương ứng xác định khả năng quá tải cho phép

K¿;vp tương ứng Kị, Kạ và Tạ

+ Nếu Kạcp > K¿ nghĩa là máy biến áp đã chọn có khả năng vận hành với

đồ thị phụ tải đã cho và tuổi thọ của máy biến áp vẫn đảm bảo

+ Nếu K;cp< Kạ tức là máy biến áp đã chọn không có khả năng đảm bảo

hai điều kiện trên Do đó phải chọn máy biến áp có công suất lớn hơn

13

2 Quá tải sự cố của máy biến áp

+ Khi hai máy vận hành song song mà một trong hài máy bị sự cế phải nghỉ, máy biến áp còn lại có thể vận hành với phụ tải lớn hơn định mức không

phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh lúc sự cố trong khoảng thời gian

5 ngày đêm nếu thoả mãn các điều kiện :

+ Theo đồ thị phụ tải đẳng trị về hai bậc trong đó : K,< 0.93 ; K; < 1.4 đối với máy biến áp đặt ngoài trời và K; < 1.3 đối với mày biến áp đặt trong

Vị dụ: MBA do Nga chế tạo có qui định :

+ Nhiệt độ môi trường xung là 20°C

+ Độ tăng nhiệt của cuộn dây so với môi trường xung quanh là 65°C

+ Độ tăng nhiệt của lớp dầu trên mặt so với môi trường xung quanh với MBA có hệ thống làm lạnh tự nhiên và có quạt là 55°C Với MBA có hệ thống làm lạnh cưỡng bức là 40°C Do đó khi vận hành phải đảm bảo các

qui định trên thì MBA mới có thể vận hành theo công suất định mức và

dam bao tudi tho theo qui định

Phụ thuộc vào điều kiện môi trường và tuổi thọ yêu cầu thì công

suất định mức của MBA co thé thay déi, tuy nhiên không được vượt quá điều kiện giới hạn về nhiệt độ của vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện

trong các MBA, với các MBA hiện nay là 98°C

2 Kha nang qua tai cia MBA :

Thực tế vận hành thường không thể có môi trường xung quanh như qui định, phụ tải qua MBA cũng không thể giữ hằng số bằng định mức mà luôn thay đổi và phần lớn thời gian thấp hơn định mức Vì thể tuổi thọ của MBA bị kéo dài, việc này không phải lúc nào cũng tốt vì không kịp thay thế MBA Với sự tiến bộ công nghệ chế tạo hiện nay, MBA cũng như các thiết bị khác luôn cải tiến về kích thước, trọng lượng, tổn hao trong máy, giá thành hạ

Dé tận dụng khả năng tải của MBA, có thời gian cho phép vận hành với công suất lớn hơn định mức gọi là quá tải MBA

Luận Án Tốt Nghiệp

Il CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP

1 Trường hợp chỉ có 1 máy biến áp

‘ Koatot- Samp 2 Smax

Trong d6 : Kou: 14 kha nang qua tai thudng xuyên

2 Trường hợp có hai máy biến áp ghép song song

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

lại với khả năng quá tải sự cố cho phép phẩi tải lớn hơn công suất cực đại của

phụ tải

Katse SamB = SMax

SMax

K otsc

Theo điểu kiện này không cần xét điểu kiện bình thường vì K,„ lớn nhất

chỉ bằng 1.4 (máy biến áp đặt ngoài trời) Trong khi theo điều kiện bình thường

chỉ cần:

Suy ra: Samp 2

Samp 2 0.5xX Syax

Chọn theo điều kiện trên đưa đến công suất máy biến áp quá lớn do chế

tạo máy biến áp nhảy vọt, có thể không chọn công suất quá lớn mà xét khi sự cố

1 máy có thể cắt một phần phụ tải loại 3, nếu cho phép thì hợp lý hơn

3 Trương hợp có 3 máy biến áp ghép song song

+ Công suất máy biến áp chọn theo công thức:

Ss Max

3

+ Kiểm tra 1 máy nghỉ hai máy còn lại với khả năng quá tải sự cố có thể

SamB 2

tải công suất cực đại

2 Kotse Samp 2 Smax

S Max

2xK

> Ứng với các trường hợp trên ta chọn trường hợp có 2 máy biến áp ghép song

song phù hợp với sơ đồ cấu trúc và số lượng máy biến áp đã chọn ở chương II

®Bảng phân theo thời gian toàn trạm

Suy ra: Samp 2

qfsc

Luan An Tot Nghiép

Sax = 60.5(MVA) : Syin= 34.5 (MVA)

% Chon may bién áp cho phương án 1

+ Phương án 1: sử dụng hai máy biến áp từ ngẫu ghép song song nên ta

chọn công suất máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố

Š

K otsc

Trong d6 : Kae = 1.4 (vì máy biến áp đặt ngoài trời)

Suy ra: Samp 2 ~ = 42.214(MVA)

+ Từ đồ thị phụ tải nêu trên nên ta chọn máy biến áp từ ngẫu có công suất

Samp = 30(MVA) Thi ta thấy thời gian quá tải 8g > 6g thời gian quá tải cho phép

Dẫn đến không cho phép vận hành đối với đồ thị phụ tải đã cho

+ Vậy ta chọn 2 máy biến áp từ ngẫu 3 pha, mỗi máy có công suất Samg = 50(MVA) Thoả điều kiện thời gian quá tải 0g < óg thời gian quá tải cho phép

Nghĩa là máy biến áp đã chọn có khả năng vận hành với đồ thị phụ tải đã cho

| %Kiém tra diéu kién qua tai

+ Thời gian qua tai Og < 6g thdi gian qua tai cho phép

+ Trong điều kiện bình thường hệ số mang tải của mỗi máy biến áp

S max = 60.5 = 0.605 < 0.93

2x 50

+ Hai máy biến áp đặt ngoài trời nên kiểm tra điều kiện l máy bị sự cố

Katt X SamB > ŠMax Suy ra : 1.4x 50= 70 >Sưa„ = 60.5 (MVA)

Luận Án Tốt Nghiệp

+ Vậy máy biến áp được chọn đã thoả mãn yêu cầu, cho phép làm việc

với phụ tải đã cho

+ Do đó ta chọn máy biến áp từ ngẫu có công suất Sạ„ = 50(MVA) Kiểu

ATHTH do Nga sản xuất có các thông số kỹ thuật sau:

® Bảng thông số kỹ thuật của MBA (Phụ lục trang 254 sách thiết kế NMĐ và

TBA Huỳnh Nhơn)

Điện ápŒKV) Tổn thất (KW) Kích thước Trọng lượng

Chọn máy biến áp cho phương án 2

Chọn máy biến áp 3 cuộn dây

+ Vì cấp 220/110kV của phương án 2 sử dụng hai máy biến áp 3 cuộn dây

ghép song song nên ta chọn công suất máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố

SamB > S max

K gục

Trong đó : K„e= l.4 (vì máy biến áp đặt ngoài trời)

Suy ra: Samp = - = 43.214(MVA)

+ Từ đồ thị phụ tải nêu trên nên ta chọn máy biến áp 3 cuộn dây có công

suất Samg = 30(MVA) Thì ta thấy thời gian quá tải 8g > 6g thời gian quá tải cho

phép Dẫn đến không cho phép vận hành đối với đồ thị phụ tải đã cho

+ Vậy ta chọn 2 máy biến áp 3 cuộn dây , mỗi máy có công suất Samg =

50(MVA) Thoả điều kiện thời gian quá tải 0g < 6g thời gian quá tải cho phép

Nghĩa là máy biến áp đã chọn có khả năng vận hành với đồ thị phụ tải đã cho

$ Kiểm tra điều kiện quá tải

+ Thời gian quá tải 0g < 6g thời gian quá tải cho phép

+ Trong điều kiện bình thường hệ số mang tải của mỗi máy biến áp

f 2xØ„„y 2x50 + Hai máy biến áp đặt ngoài trời nên kiểm tra điều kiện 1 máy bị sự cố

KqmtX Sama 2 Smax

Suy ra : 1.4x 50= 70 > S„ax„ = 60.5 (MVA)

+ Vậy máy biến áp được chọn đã thoả mãn yêu cầu, cho phép làm việc

với phụ tải đã cho

+ Do đó ta chọn máy biến áp 3 cuộn dây có công suất Sạm = 50(MVA)

Kiéu ONAF do AEG san xuất

œ Bảng thông số kỹ thuật của MBA

Điện ápKV) Uy (%) Tén that (KW) Kích thước Trọng lượng

S ở đồ nối điện là một hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa các thiết bị, khí cụ điện

có nhiệm vụ nhận điện từ các nguồn để cung cấp phân phối cho các phụ tải

cùng một cấp điện áp

+ Nguồn điện có thể là MBA, máy phát điện, đường dây cung cấp

+ Phụ tải có thể là MBA, đường dây

+ 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 phụ thuộc vào cấp điện áp, số

phần tử nguồn và tải, công suất tổng, tính chất quan trọng của các phụ tải vì

vậy, sơ đồ nối điện cần thoả các điều kiện sau:

I Tính đảm bảo cung cấp điện theo yêu cầu, hay sự quan trọng của phụ tải

mà mức đảm bảo cần đáp ứng Tính đảm bảo của sờ dé nối điện có thể

đánh giá qua độ tin cậy cung cấp điện, thời gian ngừng 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 làm việc khác nhau

3 Tính phát triển: sơ đồ nối điện cần thoả mãn không những hiện tại mà cả

trong tương lai gần khi tăng thêm nguồn hay tải Khi phát triển không bị

khó khăn hay phá bỏ thay đổi cấu trúc sơ đồ

4 Tính kinh tế: thể hiện ở vốn đầu tư ban đầu và các chi phí hằng năm

Dựa vào nội dung thiết kế trạm và các yêu cầu trên ta có sơ đổ nối điện như

sau:

II Một số sơ đồ nối điện tiêu biểu:

a Sơ đồ một hệ thông thanh góp :

e Dac diém:

- Tat cả các phần tử (nguồn và tải) đều được nối vào thanh góp chung

- Mỗi phần tử nối vào thanh góp phải có một máy cắt điện, hai bên máy cắt

nói chung có 2 dao cách ly, trừ mạch máy phát điện có thể không cần dao

cách ly về phía máy phát, mạch máy biến áp 2 cuộn dây có thể không có

19

Luận Án Tốt Nghiệp

i

dao cách ly về phía MBA Các dao cách ly này có nhiệm vụ đảm bảo an

toàn khi cần sửa chữa máy cắt điện

e© Ưu điểm:

- Đơn giản, rõ ràng

- Mỗi phần tử được thiết kế riêng cho mạch đó, khi vận hành sửa chữa

mạch này không ảnh hưởng trực tiếp đến các mạch khác

e© Khuyết điểm:

- Khi sửa chữa máy cắt điện trên mạch nào, các phụ tải nối vào mạch này

cũng bị mắt điện

- Ngan mạch trên thanh góp đưa đến cắt điện toàn bộ các phần tử Ngay cả

khi cân sửa chữa thanh góp hay các dao cách ly về phía thanh góp (gọi là

dao cách ly thanh góp) cũng sẽ mất điện toàn bộ trong thời gian sửa chữa

Do những ưu và khuyết điểm trên, sơ đồ này chỉ được sử dụng khi yêu cầu

về tính đảm bảo không cao, các hộ tiêu thụ thuộc loại 3, trường hợp này

thường chỉ có một nguôn cung cấp

Một hệ thông thanh góp có phân đoan :

phân đoạn nào, máy cắt phân đoạn sẽ cắt sẽ cắt cùng với máy cắt của các

mạch trên phân đoạn đó, phân đoạn còn lại vẫn đảm bảo cung cấp điện

bình thường

Với những ưu điểm đã nêu, sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn băng máy cắt điện được sử dụng rất rộng rãi trong các trạm biến áp

cũng như nhà máy điện khi điện áp không cao lắm (10; 22; 35; II0KV )

và sô mạch không nhiều Đặc biệt hiện nay máy cắt điện SF6 có độ tin cậy

cao, thời gian cân sửa chữa bảo quản ngăn, thời gian ngừng cấp điện do

máy cắt sẽ rất bé

20

Trong quá trình thao tác cũng như thời gian sửa chữa, đường dây vẫn được cung câp điện liên tục Đó là tác dụng của thanh góp vòng

b Sơ đồ hai hệ thong thanh gop :

un ỞNG oy + 3L - us TC Ñ

” Trẻ +

Luận Án Tốt Nghiệp

Khuyết điểm của sơ đồ 2 thanh góp là phức tạp khi xây dựng cũng

như vận hành, đặc biệt đóng cắt dao cách ly nếu nhâm lẫn có thể gây hậu

quả nghiêm trọng

Sơ đồ này chỉ sử dụng với điện áp cao từ 22kV trở lên

Mặc dù có ưu điểm hơn và khắc phục được một số khuyết điểm cua so dé

một thanh góp nhưng để nâng cao hơn tính đảm bảo, ta cũng có thể làm

như sau :

e Phân đoạn một thanh góp

e Đặt thêm thanh góp vòng

Sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng chỉ ứng dụng khi điện áp cao từ

110kV trở lên và sô đường dây nhiều, sơ đồ là nơi tập trung của nhiều

nguồn lớn, ví dụ : trạm biến áp trung tâm

22

Luận Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG V TÍNH TOÁN NGAN MACH

I KHÁI NIỆM

gắn mạch là hiện tượng 3 pha, 2 pha chạm nhau hoặc một pha chạm đất

trong hệ thống điện có trung điểm nối đất trực tiếp Ngắn mạch xây ra gây

nguy hiểm cho thiết bị điện vì khi đó dòng ngắn mạch có trị số rất lớn có thể làm

hư hỏng nghiêm trọng cho hệ thống điện Để tính toán ngắn được chính xác

trong một hệ thống điện là rất phức tạp và khó khăn, cho nên trong thực tế người

ta sử dụng phương pháp thực dụng với việc đưa ra giả thiết đơn giản hoá Vì thực

tế nó không đòi hỏi độ chính xác cao Do đó phương pháp tính thực dụng có ưu

điểm tính toán đơn giản, nhanh chóng, tuy nhiên các kết quả tính được chỉ gần

đúng Tất nhiên kết quả tính được phải nằm trong phạm vi cho phép Bỡi vì mục

đích tính toán dòng ngắn mạch (Iy) để phục vụ cho việc chọn khí cụ điện ( máy

cắt, kháng điện, biến dòng, biến áp ) và các phan dan điện ( dây dẫn, thanh dẫn,

+ Trong đó: S„ chọn tuỳ ý, có thể là 100MVA, 1000MVA hay bằng

công suất tổng của hệ thống (Su)

U chon bang dién áp trung bình của các cấp tương ứng: 500; 230;

Ue

- Lần lược biến đổi sơ đô về sơ đồ đẳng trị chỉ có một nguồn và điện kháng tổng

tương đương cho từng điểm ngắn mạch Xgt

- Tính dòng ngắn mạch của từng điểm ngắn mạch theo biểu thức

*X„ : điện kháng siêu quá độ dọc trục đối với nhiệt điện

* Xu: điện kháng quá độ dọc trục đối với thuỷ điện

+ Đường dây (D) ở các cấp điện áp

*L: chiều dài đường dây (km)

* Xọ : điện kháng trên 1 km đường dây có thể lấy bằng 0.4 O/km

+ Kháng điện (K) trên thanh góp điện áp máy phát

* Uamx : điện áp mức của kháng (KV)

* lạm : dòng điện định mức của kháng (KA)

* X¿% : điện kháng tương đối tính bằng phần trăm của kháng

+ Máy biến áp (B)

* Samp : công suất định mức của máy biến áp (MVA)

>Điện áp định mức các cấp

Un% : Điện áp ngắn mạch phần trăm

Với máy biến áp hai cuộn dây thì nhà chế tạo cho sắn

Với máy biến áp từ ngẫu và ba cuộn dây thường cho:

* UN%ca : điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao với cuộn hạ

* ỦN%cr : điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao với cuộn trung

* ỦN%u : điện áp ngắn mạch giữa cuộn trung với cuộn ha

© Cần tính Ủn% của cuộn cao, trung, hạ theo biểu thức

Khi công suất các cuộn đây là 100/100/100

Uy % = 5 Un % oy Uy Yorn ~Uy %y)

l Uy; = 5 Uw Yor + Uy Yory — Uy Zu)

Uy %e = 5 Un % oy tUy Yom —Uy %cy)

Khi công suất của các cuộn day là 100/100/66.7

Khi tính toán ngắn mạch trong mạng hạ thế khác với mạng cao thế

- Có thể tính trong hệ có tên, không cần tính trong hệ tương đối

- Không thể bỏ qua điện trở R, vì R và X tương đương nhau

- Điện trở Rạ và điện kháng Xp; của máy biến áp xác định theo biểu thức

+ Trong đó: Ủaạ là thành phần tác dụng của Uy% xác định theo biểu thức

a Tinh ngắn mạch tại diém N, (220KV)

- So đồ biến đổi tương đương

Xun = Xeag x 2 = 0.4 x 10 — 0 0615 Sup 6500

+ Đường dây: với L = 90 km ; Xy = 0.4

- Dong xung kich: vdi K,, = 1.8

iy) =V2x Ky XIy, = V2 x1.8x 6.24 = 15.884(KA)

Luận Án Tốt Nghiệp rere ne er

hi truyền tải điện năng từ trạm biến áp đến các nơi tiêu thụ, ta cân 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 một tổn thất nhất định về công suất tác dụng phụ

thuộc P và công suất phản kháng phụ thuộc Q Số năng lượng điện năng mất

mát đó biến thành nhiệt làm nóng dây dẫn và máy biến áp, cuối cùng toả ra

ngoài không khí, không mang lại hiệu quả cao Cho nên ta cần tính toán tổn thất

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

II CÁCH TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP

I Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha 3 cuộn dây

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

+n: số máy biến áp làm việc song

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

+ S¡: công suất của n MBA tương ứng với thời gian t,

+ + : thời gian tổn thất công suất cực đại phụ thuộc vào thời

gian sử dụng công suất cực dai Tmax VA cos@

A _ XS; xt;

T =

me Šmax Smax

2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp từ ngẫu

- Hệ số có lợi của MBA từ ngẫu: ơ

a=l- tr

Cc APy cu _ APy tH)

a?

Af,c =0.5(AP,„ + oO

33

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

AA =nx AP, xt+ APuc (ŒSếtc) + APyp (ZSFt yp) + APyy (ZSAt y |

nx Sim Trong đó :

+ Pọ : tổn thất không tải

+ Pục : tốn thất ngắn mạch cuộn cao

+ Pyr :t6n that ngắn mạch cuộn trung

+ Pụu : tổn thất ngắn mạch cuộn hạ

+n: số máy biến áp làm việc song song

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

+ Sam : công suất định mức của máy biến áp

- Khi không có đồ thị phụ tải

| 1 Tính toán tổn thất điện năng trong MBA cho phương án |

| a Tổn thất điện năng trong hai máy biến áp B, & B,

| - Là hai máy biến áp từ ngẫu mỗi may cé cong suat 1a Sg, = 50 (MVA)

Trong đó : Pycr = 149(KW); Pury = 125(KW); Prcy = 125(KW)