Thiết kế trạm biến áp 22011022 KV theo nhu cầu của phụ tải

thống điện rộng lớn cung cấp điện năng cho nhu cầu và phương hướng phát triểnkinh tế - xã hội của khu vực trong giai đoạn co dự tính đến sự phát triển về sau. Về dung lượng máy biến áp,

PHẦN I

PHẦN ĐIỆN

CHƯƠNG I

TỒNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP

I GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp là một công trình dùng để chuyển đổi điện năng từ cấp điện áp nàysang cấp điện áp khác.Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thông cung cấpđiện.Trạm biến áp được phân loại theo điện áp và địa dư

 Theo điện áp,trạm biến áp có thể là trạm tăng áp,cũng có thể là trạm hạ áp haytrạm trung gian :

 Trạm tăng áp thường đặt trong các nhà máy điện làm nhiệm vụ tăng điện

áp từ điện áp máy phát lên điện áp cao hơn để tải điện năng đi xa

 Trạm hạ áp thường đặt ở các hộ tiêu thụ để biến đổi điện áp cao xuốngđiện áp thấp hơn thích hợp với các hộ tiêu thụ điện

 Trạm biến áp trung gian chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lưới điện cócấp điện áp khác nhau

 Theo địa dư,trạm biến áp được phân loại thành trạm biến áp khu vực và trạmbiến áp địa phương :

 Trạm biến áp khu vực được cung cấp từ mạng điện khu vực của hệ

thống điện để cung cấp điện cho một khu vực rộng lớn bao gồm cácthành phố,các khu công nghiệp Điện áp của trạm khu vực phía sơ cấplà: 500,220,110 KV; còn phía thứ cấp là: 220,110,35,22,10 hay 6 KV

 Trạm biến áp địa phương là trạm biến áp được cung cấp điện từ mạngphân phối,mạng địa phương của hệ thống điện cấp cho từng xí nghiệphay trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện với điện áp thứ cấp thấp hơn

 Về phương diện cấu trúc,người ta chia ra trạm ngoài trời và trạm trong nhà:

 Trạm biến áp ngoài trời: ở trạm này các thiết bị phía điện áp cao đều đặtngoài trời còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà hay các tủsắt chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối phần hạ thế.Xây dựng trạmngoài trời sẽ tiết kiệm kinh phí xây dựng hơn so với xây dựng trạm trongnhà

 Trạm biến áp trong nhà: ở trạm này tất cả các thiết bị điện đều đặt trongnhà

 Cùng với hệ thống phát triển năng lượng quốc gia phục vụ cho quá trình côngnghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Việc thiết kế trạm biến áp nhằm tạo một hệ

thống điện rộng lớn cung cấp điện năng cho nhu cầu và phương hướng phát triểnkinh tế - xã hội của khu vực trong giai đoạn co dự tính đến sự phát triển về sau.

 Về dung lượng máy biến áp, vị trí, số lượng và phương thức vận hành trạmbiến áp có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cungcấp điện.Vì vậy,việc thiết kế trạm biến áp bao giờ cũng gắn liền với lựa chọnphương án cung cấp điện

 Việc thiết kế trạm biến áp tốt nhất phải nhiều mặt và phải tiến hành tính toán

so sánh kinh tế - kỹ thuật và tính đảm bảo cung cấp điện liên tục giữa cácphương án đề ra

II KẾT CẤU TRẠM BIẾN ÁP

Một trạm biến áp cơ bản phài có máy biến áp,các thiết bị phân phối,các thiết bịphân phối có nhiệm vụ nhận điện từ nguồn sau đó phân phối đến các phụ tải nhờđường dây

 Thiết bị phân phối gồm có thiết bị phân phối cao áp và thiết bị phân phối hạáp,thường bao gồm :

 Khí cụ để đóng cắt lưới điện: máy cắt,cầu dao,dao cách ly, áptomát

 Các khí cụ đo lường: BU,BI,các đồng đo A,V,Wh,cosφ

 Khí cụ bảo vệ mạch : relay,CB,FCO

III NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

 Nội dung Luận Văn Tốt Nghiệp này gồm ba phần :

 Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 KV theo nhu cầu của phụ tải

 Thiết kế chống sét và lưới nối đất cho trạm

 bảo vệ rơle (bảo vệ cho máy biến áp)

 Mục tiêu của việc thiết kế trong đề tài này là phục vụ nhu cầu về điện của mộtkhu công nghiệp,nhu cầu về sinh hoạt và dịch vụ cho khu dân cư

IV TRÌNH TỰ THIẾT KẾ

 Theo số liệu ban đầu đã cho,thiết kế trạm biến áp theo trình tự sau:

1.Cân bằng công suất phụ tải 2.Lựa chọn phương án thiết kế3.Chọn máy biến áp

4.Chọn sơ đồ nối điện5.Tính toán dòng điện ngắn mạch-dòng cưỡng bức6.Tính toán tổn thất công suất điện năng trong máy biến áp7.Chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện

8.Tính toán kinh tế - kỹ thuật và quyết định phương án thiết kế

9.Thiết kế chống sét và lưới nối đất cho trạm10.Bảo vệ rơle cho máy biến áp trạm

Phụ tải là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện,nó biến đổi điệnnăng 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 thành 3 loại:

 Phụ tải loại 1: là những phụ tải mà khi xảy ra sự cố nguồn cung cấp sẽ gây rathiệt hại lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng của con người hoặc có ảnhhưởng lớn đến chính trị

 Phụ tải loại 2: là những phụ tải có tầm quan trọng lớn,nhưng có sự cố vềnguồn cung cấp điện chỉ thiệt hại về kinh tế do ngưng sản xuất,hư hỏng sảnphẩm,thiết bị ,lãng phí công nhân

 Phụ tải loại 3: là những phụ tải cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậythấp,cho phép mất điện trong thời gian sữa chữa và thay thế thiết bị khi có sựcố

II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Cân bằng công suất đóng vai trò quan trọng trong cung cấp điện,thiết kế một nhàmáy điện hay một trạm biến áp.Cân bằng công suất là cân bằng công suất phản kháng

và công suất tác dụng.Sự thiếu hụt một trong hai đại lượng này sẽ ảnh hưởng xấu đếnchất lượng điện năng và yêu cầu cung cấp điện.Vì vậy,việc cân bằng công suất là rấtcần thiết để đảm bảo nhu cầu cung cấp và chất lượng điện

Ở đây,công suất của hệ thống S HT =141,17 MVA cung cấp từ hai đường dây220KV dài 120km cho cấp điện áp 110KV và cho phụ tải khu vực ở cấp điện áp22KV theo sự phát triển của phụ tải điện

III ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TỪNG CẤP ĐIỆN ÁP

Mức tiêu thụ điện năng luôn thay đổi theo thời gian Qui luật biến thiên của phụtải theo thời gian được biểu diễn trên hình vẽ gọi là đồ thị phụ tải

 Đồ thị phụ tải có thể phân loại theo công suất,theo thời gian và theo địa dư

 Đồ thị phụ tải rất cần thiết trong việc thiết kế và vận hành hệ thống điện

 Khi biết đồ thị phụ tải của toàn hệ thống điện có thể phân bố tối ưu công suấtcho các trạm biến áp trong hệ thống điện, xác định mức tiêu thụ Đồ thị phụ tảihàng ngày của trạm biến áp dùng để chọn dung lượng của máy biến áp, tính toántổn thất điện năng trong máy biến áp, chọn sơ đồ nối dây, thiết bị bảo vệ

6 9 12 15 3

 Pn : phụ tải vào cuối năm thứ năm n

 P0 : phụ tải ban đầu

 g : suất tăng trưởng hàng năm của phụ tải

 n : số năm (tra theo sách Hệ thống điện_truyền tải và phân phối của Hồ Văn Hiến ởmục 13.9 Sự phát triển của phụ tải điện trang 509)

Với số liệu đã cho ta có chung một hệ số công suất trong từng năm : Cosφ=0,8

Thì công thức trên cũng có thể viết như sau : (chia 2 vế cho Cosφ)

điện cho các phụ tải khi có sự cố trong hệ thống Trường hợp này các máy phát dựphòng 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 thành phần quan trọng cóảnh hưởng quyết định đến toàn bộ quá trình thiết kế

 Các yêu cầu chính khi chọn sơ đồ cấu trúc :

1 Có tính khả thi : tức là có thể chọn được các thiết bị chính như : máy biến áp,máycắt,dao cách ly cũng như có khả năng thi công,xây lắp và vận hành trạm

2 Đảm bảo liên tục chặt chẽ giữa các cấp diện áp, đặc biệt với hệ thống khi bìnhthường cũng như cưỡng bức (có một phần tử không làm việc )

3. Tổn hao qua máy biến áp thấp,tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua hai máybiến áp không cần thiết

4. Vốn đầu tư hợp lý, chiếm diện tích càng nhỏ 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, đểchọn phương án nào ta cần cân nhắc các khía cạnh sau :

 Số lượng máy biến áp

 Tổng công suất máy biến áp

 Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp

 Tổn hao điện năng tổng qua các máy biến áp

II SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp là một công trình nhận điện năng bằng một hay nhiều nguồn cungcấp với điện áp cao để phân phối cho các phụ tải ở các cấp điện áp bằng hoặc nhỏ hơnđiện áp hệ thống Phần công suất được phân phối ở điện áp ằng điện áp hệ thốngkhông qua máy biến áp hạ,phần còn lại qua máy biến áp giảm áp có điện áp phù hợpvới phụ tải

 Phụ thuộc vào các cấp điện áp, vào công suất của phụ tải có thể sử dụng mộttrong ba phương án sau :

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

 Dùng máy biến áp ba cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu nếu

UT≥ 220KV

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

 Các điều kiện chọn máy biến áp

Điều kiện làm việc bình thường :

Strạm > Sphụ tải

 Khi có sự cố một máy biến áp :

(máy biến áp còn lại làm việc theo điều kiện quá tải sự cố)

 Thời gian quá tải :

tquá tải < 6 giờ /(1 ngày đêm) trong 5 ngày đêm liên tục

đmMBA

i i

S

t S

10

) ( 2

Đồ thị phụ tải cấp 22 KV :

t(gi?)

P%

24 21 18 15 12 9 6 3 20

100

80

60

40

Kiểm tra điều kiện làm việc của trạm

 Điều kiện làm việc bình thường : Trạm có công suất là :

Strạm = 2 х 125 = 250 (MVA) > S110max + S22max=112,86 MVA

→ đạt yêu cầu

Khi sự cố 1 MBA (MBA còn lại làm việc theo điều kiện quá tải sự cố)

SdmMBA > = 125 > =

125 > 112,86 → Đạt yêu cầu

Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải.

Kiểm tra điều kiện làm việc của trạm

 Điều kiện làm việc bình thường :

Trạm có công suất là :

Strạm = 2 х 30 = 60 (MVA) > S22max=18,75 MVA → đạt yêu cầu

Khi sự cố 1 MBA (MBA còn lại làm việc theo điều kiện quá tải sự cố)

SdmMBA > = 30 > = 30 > 13,39

→ Đạt yêu cầu

Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải.

Ưu điểm :

 Độ tin cậy cung cấp điện cao

 Cung cấp điện đầy đủ theo yêu cầu của phụ tải

• Các thiết bị và các khí cụ điện giống nhau nên dễ dàng thay thế khi bị sự cốmột MBA

Khuyết điểm :

 Máy biến áp vận hành non tải

 Chiếm diện tích xây dựng lớn (vì có đến 4 MBA)

Nhận xét :

t(gi?)

P%

24 21 18 15 12 9 6

Phương án luôn đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải.

2 Phương án 2

 Sơ đồ cấu trúc phương án 2

Lắp 2 MBA TN 230/121/38,5 KV công suất 125 (MVA) vận hành song song

Đồ thị phụ tải cấp 110 KV :

Kiểm tra điều kiện làm việc của trạm

 Điều kiện làm việc bình thường :

Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải.

Ưu điểm :

 Độ tin cậy cung cấp điện cao

 Cung cấp điện đầy đủ theo yêu cầu của phụ tải

• Các thiết bị và các khí cụ điện giống nhau nên dễ dàng thay thế khi bị sự

cố một MBA

Khuyết điểm :

 Máy biến áp vận hành non tải

 Chiếm diện tích xây dựng lớn (vì có đến 4 MBA)

áp máy phát lên điện áp tương ứng ở cuối đường dây caóap lại cần máy biến áp giảm

về điện áp thích hợp với mạng ohân phối

 Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năng từcác máy phát điện đến hộ tiêu thụ Vì vậy, tổng công suất máy biến áp trong hệthống 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, phần có thể tháo rời ratrong khi chuyên chở chiếm tỉ lệ rất nhỏ (khoảng 10%), cho nên trọng lượngkích thước chuyên chở rất lớn

 Chọn máy biến áp là một khâu quan trọng trong việc cung cấp điện liên tục chocác phụ tải Vì khi có sự cố xảy ra với máy biến áp thì dẫn đến thất thoát vềkinh tế - vật chất Ảnh hưởng trực tiếp đến qui trình và tiến độ hoạt động củacác hộ tiêu thụ Chọn máy biến áp phải đảm bảo cung cấp điện trong khi làmviệc bình thường cũng như lúc quá tải Khi chọn máy biến áp phải chú ý đếnkhả năng phát triển của phụ tải Tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến

áp lại phải thay đổi hay đặt thêm máy khi phụ tải tăng Điều này cần cân nhắcrất khoa học và thực tế mới có thể chọn công suất tối ưu cần thoả mãn các điềukiện nêu trên

 Số lượng công suất máy biến áp được xác định theo tiêu chuẩn kinh tế - kỹthuật sau :

 An toàn đảm bảo tính cung cấp điện

 Vốn đầu tư thấp nhất

 Chi phí vận hành nhỏ 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 trongmột khoảng thời gian mà không làm hỏng máy biến áp Từ quan hệ về sự hao mòncủa máy biến áp,trong thời gian vận hành có thể tính được khả năng quá tải chophép của nó khi biết đồ thị phụ tải, để cho sự hao mòn trong thời gian không vượtquá định mức

 ĐIỀU KIỆN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

1 Quá tải một cách hệ thống (quá tải bình hường của máy biến áp) :

 Qui tắc này được áp dụng khi chế độ bình htường hằng ngày có những lúcmáy biến áp vận hành non tải (K1<1) và có những lúc vận hành quá tải (K2>1)  Căn cứ vào đồ thị phụ tải qua máy biến áp có công suất nhỏ hơn Smax, lớnhơn Smin

Smin < SB < Smax

 Đẳng trị đồ thị phụ tải qua máy biến áp thành đồ thị phụ tải chỉ có 2 bậc

K1 và K2 với thời gian quá tải T2

 Từ đường cong khả năng tải của máy biến áp có công suất và nhiệt độđẳng trị môi trường xung quanh tương ứng xác định khả năng quá tải cho phép K2cp

 K1 , K2 , K2cp , T2 được tính theo sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến

áp của thầy Huỳnh Nhơn trang 32, 33

2 Quá tải sự cố của máy biến áp :

Khi hai máy vận hành song song mà một trong hai máy bị sự cố phải nghỉthì máy biến áp còn lại có thể vận hành với phụ tải lớn hơn định mức không phụthuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh lúc sự cố trong khoảng thời gian 5 ngàyđêm nếu thoả mãn các điều kiện (theo đồ thị phụ tải đẳng trị về 2 bậc) :

 K1 < 0,93

 K2 < 1,4 đối với máy biến áp đặt ngoài trời

K2 < 1,3 đối với máy biến áp đặt trong nhà

 T2 < 6 giờ

II CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP

1 Trường hợp chỉ có 1 máy biến áp :

Kqtbt SdmB ≥ Smax

Trong đó : Kqtbt là khả năng quá tải thường xuyên

2 Trường hợp có 2 máy biến áp ghép song song :

Công suất máy biến áp được chọn theo diều kiện một máy nghỉ, máy còn lạivới khả năng quá tải sự cố cho phép phải tải lớn hơn công suất cực đại của phụ tải

qtsc

K

Smax

SdmB ≥ 0,5.Smax

Chọn theo điều kiện trên đưa đến công suất máy biến áp quá lớn do chế tạomáy biến áp nhảy vọt, có thể không chọn công suất quá lớn mà xét khi sự cố 1 máy cóthể cắt một phần phụ tải loại 3, nếu cho phép thì hợp lý hơn

3 Trường hợp có 3 máy biến áp ghép song song :

+ Công suất máy biến áp chọn theo công thức :

Sdm ≥

+ Kiểm tra một máy nghỉ, hai máy còn lại với khả năng quá tải sự cố

có thể tải công suất cực đại

2.Kqtsc.SdmB ≥ Smax

Suy ra :

SdmB ≥  Ứng với các trường hợp ta chọntrường hợp có 2 máy biến áp ghép song song phù hợp với sơ đồ cấu trúc và số lượngmáy biến áp đã chọn ở chương III

III.CHỌN CÁC MÁY BIẾN ÁP

Trong chương 3 ta đã chọn được 2 phương án thiết kế cho trạm Vậy ta sẽchọn số lượng và dung lượng của máy biến áp ở các phương án trên

1.Chọn máy biến áp phương án 1 thiết kế :

1.1_Giai đoạn 1 (2x125 MVA)

Thông số kỹ thuật của một máy biến áp 230/115 KV công suất 125 (MVA):

• Giá tiền : 850.000 USD

1.2_Giai đoạn 2 (2x 30 MVA)

Thông số kỹ thuật của một máy biến áp 115/22 KV công suất 30 (MVA):

max

đm

N

0

• Giá tiền : 470.000 USD

2.Chọn máy biến áp phương án 2 thiết kế :

Thông số kỹ thuật của một máy biến áp tự ngẫu 230/121/38,5 KV công suất 125(MVA):

• Giá tiền : 985.120 USD

3.Chọn máy biến áp tự dùng 22/0,4 KV cho trạm

 Nguồn tự dùng trong trạm biến áp có tầm quan trọng đặc biệt vì nó lànguồn năng lượng dùng để thao tác các bộ phận truyền động, cơ cấu truyền động,cơcấu đóng cắt

 Tập họp các máy công tác truyền động bằng động cơ điện, thiết bị phânphối hạ áp, máy biến áp giảm áp, nguồn năng lượng độc lập (acquy), hệ thống điềukhiển,tín hiệu thắp sáng, tạo thành hệ thống điện tự dùng của trạm biến áp

 Trạm biến áp chỉ có thể làm việc bình thường trong điều kiện hệ thống điện

tự dùng làm việc tin cậy Như vậy, yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện tự dùng là độtin cậy cao nhưng yêu cầu kinh tế cũng không kém phần quan trọng

 Cấp điện tự dùng thường sử dụng 2 cấp điện áp : 220V và 380V, nguồnmột chiều 220V hoặc 110V

 Trong trạm, nguồn tự dùng chủ yếu dùng để chiếu sáng an toàn, sinh hoạt,giải nhiệt làm mát, thiết bị bảo vệ, đo lường, thông tin và bơm nước, Công suất tựdùng nhỏ, thường theo tiêu chuẩn của trạm biến áp chuyên dùng cung cấp cho khucông nghiệp, công suất tự dùng khoảng 0,2% ÷ 0,5% công suất của trạm

đm

N

0

Để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện, đảm bảo sự phát triển cỉa phụ tảo tự dùngtrong tương lai t sử dụng 2 máy biến áp 22/0,4 KV công suất 250 (KVA) vận hànhsong song co các thông số :

 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

 Mỗi nguồn hay tải gọi là một phần tử của sơ đồ nối điện

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

Sơ đồ nối điện có nhiều dạng lhác nhau phụ thuộc vào cấp điện áp, số phần tửnguồn và tải, công suất tổng, tính chất quan trọng của các phụ tải

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

1 Tính đảm bảo cung cấp điện theo yêu cầu hay sự quan trọng của phụ tải màmức đảm bảo cần đáp ứng Tính đảm bảo của sơ đồ nối điện có thể đánh giá qua độtin cậy cung cấp điện, thời gian ngừng cung cấp điện, điện năng không cung cấp đủcho 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 trongtương lai gần khi tăng thêm nguồn hay tải Khi phat 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 hàng năm

II CÁC DẠNG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CƠ BẢN

Căn cứ vào số thanh góp, vào số máy cắt điện cung cấp cho các phần tử, sơ đồnối điện được chia thành các nhóm sau đây :

1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp

a Sơ đồ một hệ thống thanh góp không phân đoạn (hình 5.1)

Đặc điểm của sơ đồ này là tất cả các phần tử (nguồn,tải) đều được nối vào thanhgóp chung qua một máy cắt Hai bên máy cắt nói chung có 2 dao cách ly, trừ mạchmáy phát điện có thể không cần dao cách ly về phía máy phát, mạch máy biến áp haicuộn dây có thể không có dao cách ly về phía máy biến áp Các dao cách ly này cónhiệm vụ đảm bảo an toàn khi cần sữa chữa máy cắt điện.

 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 cácmạch khác

 Khuyết điểm :

 Khi sửa chữa máy cắt điện trên mạch nào,các phụ tải nối vào mạch đócũng bị mất điện Thời gian ngừng cung cấp điện phụ thuộc vào thời giansửa chũa máy cắt điện đó

 Ngắn mạch trên thanh góp đưa đến cắt điện toàn bộ các phần tử Ngay

cả khi cần 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 sửachữa

Do những khuyết điểm trên, sơ đồ này chỉ được sử dụng khi yêu cầu về tính đảmbảo cung cấp điện không cao,các hộ tiêu thụ thuộc loại 3 Trường hợp này chỉ có mộtnguồn cung cấp

Hình 5.1

b.Sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn (hình 5.2)

 Thanh góp được phân đoạn bằng một dao cách ly (hinh 5.2a), hai dao cách ly(hình 5.2b), hoặc bằng máy cắt điện cùng 2 dao cách ly (hình 5.2c) Số phânđoạn được phân theo số nguồn cung cấp Mỗi phân đoạn có một nguồn cungcấp và một phần các mạch tải

 Máy cắt điện 2 dao cách ly phân đoạn có thể đóng hay cắt khi vận hànhbình thường Điều này phụ thuộc vào sự lựa chọn cân nhắc của bộ phận vận hành, vìđóng hay cắt đều có ưu khuyết điểm của nó

 Dùng dao cách ly để phân đoạn rẻ tiền hơn nhưng không linh hoạt đảmbảo bằng phân đoạn bằng máy cắt điện

 Khi đã phân đoạn bằng máy cắt thì các phụ tải loại 1 sẽ được cung cấpđiện từ hai đường dây nối vào 2 phân đoạn khác nhau, do đó không còn mất điện dobất kì nguyên nhân nào khi cần cắt, nghỉ một đường dây hay một phân đoạn

 Khi cần sửa chữa chỉ tiến hành cho từng phân đoạn, việc cung cấp điệnđược chuyển cho phân đoạn kia

 Khi sự cố trên một phân đoạn nào, máy cắt phân đoạn sẽ cắt cùng vớimáy cắt của các mạch trên phân đoạn đó, phân đoạn còn lại vẫn đảm bảo cung cấpđiện bình thường Tất nhiên trong thời gian này tính đảm bảo có giảm nhưng xác suấtxuất hiện sự cố trong thời gian này thấp

Hình 5.2

c) b)

a)

 Nếu bình thường làm việc trong chế độ máy cắt phân đoạn cắt thì nênđặt thêm bộ phận tự động đóng nguồn dự phòng Nhờ bộ phận này khi mất nguồncung cấp trên phân đoạn nào đó, máy cắt phân đoạn sẽ tự động đóng lại và phân đoạnđược cung cấp từ phân đoạn kia.

 Với những ưu điểm đã nêu trên, sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạnbằng máy cắt điện được sử dụng rất rộng rãi trong các trạm biến áp cung như nhà máyđiện khi điện áp không cao lắm (10, 22, 35, 110 KV) và số mạch không nhiều Đặcbiệt hiện nay máy cắt điện khí SF6 có độ tin cậy cao, thời gian cần bảo quản, sửa chữangắn, thời gian ngừng cung cấp điện do máy cắt sẽ rất bé, nên sơ đồ này càng được sửdụng rộng rãi hơn và là sơ đồ chủ yếu trong các trạm biến áp cung cấp điện hiện nay ởnước ta

c Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp vòng (hình 5.3)

 Tất cả các phần tử được nối vào thanh góp vòng qua dao cách ly vòng (CLv),một máy cắt vòng (MCv) cùng hai dao cách ly hai bên được nối liên lạc giữa thanhgóp vòng với thanh góp chính (hình 5.3a)

 Nhiệm vụ của máy cắt vòng MCv để thay lần lượt ho máy cắt của bất kì phần tửnào khi cần sửa chữa mà không cần ngừng cung cấp điện phần tử đó bằng cách đivòng qua MCv , thanh góp vòng và CLv

 Nếu có 2 phân đoạn có thể thực hiện theo sơ đồ (hình 5.3b) hoặc (hình 5.3c), nhờ

có máy cắt vòng độ tin cậy cung cấp điện của sơ đồ tăng lên, tuy nhiên sơ đồ thêm

Hình 5.3

c)b)

a)

phức tạp và tăng vốn đầu tư Sơ đồ này chỉ được thục hiện chủ yếu với điện áp thường

từ 110KV trở lên và số đường dây nhiều

2 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp (hình 5.4)

 Đặc điểm của sơ đồ (hình 5.4) là có hai hệ thống thanh góp đồng thời.Mỗiphần tử qua một máy cắt nhưng rẽ qua hai dao cách ly để nối vào 2 thanh góp,giữa hai hệ thống thanh góp có một máy cắt liên lạc (MCG) Hai hệ thống thanhgóp có giá trị như nhau

 Ưu điểm :

Sơ đồ này có ưu điểm nổi bật là khi cần sửa chữa một máy cắt của phần tử nào đó,dùng máy cắt liên lạc MCG đi tắt qua máy cắt cần sửa chữa, các phần tử còn lại làmviệc trên thanh góp I

 Khuyết điểm :

Khuyết điểm của sơ đồ hai hệ thống thanh góp là phức tạp khi xây dựng cũng nhưvận hành, đặc biệt đóng cắt dao cách ly nếu như nhầm lẫn có thể gây hậu quả nghiêmtrọng

Sơ đồ này chỉ sử dụng với điện áp cao từ 110 KV trở lên

3 Sơ đồ hệ thống thanh góp 3 phần 2 (hình 5.5)

Hình 5.4

MC

 Đặc điểm của sơ đồ này là tạo thành đa giác kín,số cạnh bằng số mạch trong sơ

đồ, số máy cắt ít (số máy cắt trên số mạch là 1)

 Ưu điểm :

Khi sửa chữa máy cắt bất kỳ, không có mạch nào mất điện, số máy cắt bằng

số mạch nên có lợi về kinh tế

 Khuyết điểm :

Khuyết điểm của sơ đồ đa giác là khi sửa chữa một máy cắt bất kỳ, đa giáckhông còn kín, đưa đến phân phối dòng điện qua máy cắt không đối xứng, dòng điệnqua máy cắt có thể tăng gấp 2,3 lần so với bình thường, do đó phải chỉnh định lạidòng điện cho các bảo vệ rơle Đặc biệt khi số cạnh tăng nhiều dẫn đến khi sự cốtrên một phần tử nào đó có thể làm ngưng cung cấp điện cho một số mạch khác.Vìvậy chỉ sử dụng sơ đồ 3,4,5 và tối đa là 6 cạnh Sơ đồ này thường sử dụng ở điện ápcao của các nhà máy thuỷ điện vì ở đây ít có khả năng phát triển đường dây và nguồn

III CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22 KV Trạm biến áp 220/110/22 KV thiết kế có các đặc điểm :

 Phía cao áp của trạm được cung cấp từ lưới điện 220 KV bằng 2 lộđường dây đến (lộ kép) và lưới điện 110 KV với 4 lộ ra

 Phía hạ áp của trạm có cấp 22 KV cấp cho tải bằng 20 lộ ra

 Theo các đặc điểm này, tham khảo các sơ đồ nối điện cơ bản và các yêu cầucấp điện của phụ tải ta chọn sơ đồ nối điện chính cho trạm như sau :

Hệ thống 220 KV và 110 KV

Dựa vào các đặc điểm ở trên ta lựa chọn sơ đồ nối điện cho hệ thống cấp 220

KV và 110 KV này là loại sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn,thanh góp 220

KV va 110 KV được phân đoạn bằng máy cắt và dao cách ly

 Ưu điểm : Vận hành đơn giản nhưng độ tin cậy rất cao

 Hệ thống 22 KV

Hệ thống phân phối 22 KV của trạm cũng được thiết kế theo sơ đồ một hệthống thanh góp có phân đoạn bằng máy cắt, bình thường máy cắt phân đoạn mở (chỉđóng máy cắt phân đoạn khi cắt vận hành một máy biến áp hay cần sửa chữa sự cố )

Do đó sẽ hạn chế được dòng ngắn mạch và thực hiện bảo vệ rơle đơm giản hơn

Máy cắt sử dụng có tủ điện hộp bộ kiểu kéo có bao che bằng kim loại, lắp đặttrong nhà có đầy đủ các thiết bị đo lường như máy biến dòng điện, máy biến điện áp,chống sét và các thiết bị bảo vệ rơle,

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA PHƯƠNG ÁN 1

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA PHƯƠNG ÁN 2

CHƯƠNG VI

TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH

TC 220 KV

MC2 MC1

MBA 2 x 125 MVA

MBATD : 250 KVA

TC 110 KV

TC 22 KV

vi cho phép Bởi vì mục đích tính toán dòng ngắn mạch (IN) để phục vụ cho việc chọnkhí cụ điện (máy cắt, kháng điện, biến dòng, biến áp) và các phần dẫn điện (dây dẫn,thanh dẫn, cáp)

II TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH

1 Cơ sở tính toán ngắn mạch

a Khái niệm chung

Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệthống cung cấp điện Vì vậy các bộ phận trong hệ thống cung cấp điện phải được tínhtoán sao cho không những làm việc được trong tình trạng sự cố mà còn trong giới hạncho phép

Để lựa chọn các bộ phận của hệ thống điện chúng ta phải tính toán cácthông số của ngắn mạch như : dòng điện ngắn mạch, công suất ngắn mạch, Các sốliệu này đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế hệ thống bảo vệ cho hệ thống điện,định phương hướng vận hành cho hệ thống điện Vì vậy tính toán ngắn mạch khôngthể thiếu được khi thiết kế hệ thống cung cấp điện

b Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch

Nguyên nhân gây ra ngắn mạch :

 Do vận hành lâu ngày, cách điện bị lão hoá

 Do sét đánh vào đường dây và thiết bị phân phối ngoài trời hay doquá điện áp nội bộ

 Do hiện tượng chập các pha trong hệ thống cung cấp điện

Hậu quả của ngắn mạch :

 Gây đốt nóng cục bộ các thiết bị

 Tạo ra lực điện động lớn phá huỷ trụ điện, sứ đỡ uốn cong thanh dẫn

 Điện áp giảm xuống có thể làm động cơ ngừng quay, sản xuất bịngưng hoạt động hay động cơ quay chậm và làm hư sản phẩm

 Để tính ngắn mạch cho trạm biến áp 220/110/22 KV thiết kế thì ta sửdụng phương pháp tính gần đúng trong hệ tương đối cơ bản.

 Xuất phát từ yêu cầu đơn giản hoá cho việc tính toán, nên thường chọncông suất cơ bản 100 MVA, 1000 MVA hoặc bằng công suất của hệ thống Điện áp cơbản lấy theo từng cấp và chọn bằng điện áp trung bình của từng cấp ấy

 Chọn :

S cb = SHT = 141,17 MVA

Ucb = Utb : Cấp 220 KV : Ucb = 230 KV Cấp 110 KV : Ucb = 115 KV Cấp 22 KV : Ucb = 22 KV

 Dòng cơ bản :

Icb =

 Dòng điện ngắn mạchtrong hệ tương đối cơ bản :

 Điện kháng của các phần tử trong hệ tương đối cơ bản :

 Điện kháng đường dây :

SHT : công suất của hệ thống.

 Điện kháng của máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây :

XM

BA =

Trong đó :  UN% : điện áp ngắn mạch phần trăm

 SdmB : công suất định mức máy biến áp

2.Tính toán ngắn mạch cho từng phương án

Chỉ tính ngắn mạch ở giai đoạn cuối của mỗi phương án

 Cấp 22 KV :

Icb3 = = = 3,7(KA)

 Trị số điện kháng của các phần tử trong sơ đồ thay thế :

Điện kháng đường dây :

S

S U

 100

XHT =

X*HT =0,2 =0,2

 Điện kháng của máy biến áp:

 Điện kháng máy biến áp 230/115 KV công suất 125MVA, UN%=12%

XMBA = = =0,135

 Điện kháng máy biến

áp tự ngẫu 230/121/38,5 KV công suất 125 MVA:

 Điện kháng máy biến áp 115/22 KV công suất 30 MVA, UN%=13%

XMBA = = = 0,61

a.Tính toán ngắn mạch cho phương án 1 :

Dùng 2 MBA 230/115 KV có công suất 125 MVA va 2 MBA 115/22 KV

có công suất 30 MVA

17 , 141

đmB

cb N

S

S U

 100

S

S U

 100

%

13 141,17

100 � 30

Tính dòng ngắn mạch tai N1 ( trên thanh cái 220 KV )

X∑1 = XHT + = 0,2 + = 0,265

Icb1 = = = 0,354 (KA)

• Dòng điện ngắn mạchtrong hệ tương đối cơ bản :

X∑2 = X∑1 + = 0,265 + = 0,332

Icb2 = = = 0,71 (KA)

• Dòng điện ngắn mạchtrong hệ tương đối cơ bản :

N4 N3 N2

17 , 141



X∑3 = X∑2 + = 0,332 + = 0,637

Icb3 = = = 3,7 (KA)

• Dòng điện ngắn mạchtrong hệ tương đối cơ bản :

Tính dòng ngắn mạch tại N4 (trên thanh cái 0,4 KV)

MBA tự dùng 22/0,4 KV công suất 250 (KVA) có :

∆P0 = 640 (W), ∆PN = 4100 (W), UN% = 4%

Suy ra :

UR% = = = 1,64(%)

UX

% = = = 3,648 (%)

RB = = =10,496 (mΩ)

XB = = = 23,347(mΩ)

Tổng trở của máy biến áp tự dùng :

ZB = = =25,598 (mΩ)

• Dòng điện ngắn mạch chu kì :

INCK = = =18,044 (KA)

 250 10

2

3 2

10

đmB

đm N

S

U P



2

3 2

250

10 4 , 0



đmB

đm X







2 2

B

R 2 23 , 3472496

,

2



IXK = =

b.Tính toán ngắn mạch cho phương án 2

Dùng 2 MBATN 230/115/22 KV có công suất 125 MVA

Tính dòng ngắn mạch tại N1 (trên thanh cái 220 KV)

X∑1 = XHT + = 0,2 + = 0,265

Icb1 = = = 0,354(KA)

• Dòng điện ngắn mạchtrong hệ tương đối cơ bản :

, 1

• Dòng điện xung kích :

IXK1 = = = 3,38 (KA)

 Tính dòng ngắn mạch tại N2 (trên thanh cái 110 KV)

X∑2 = X∑1 + = 0,265 + = 0,36

Icb2 = = = 0,71 (KA)

• Dòng điện ngắn mạchtrong hệ tương đối cơ bản :

Tính dòng ngắn mạch tại N3 (trên thanh cái 22 KV)

X∑3 = X∑2 + = 0,36 + = 0,61

Icb3 = = = 3,7 (KA)

• Dòng điện ngắn mạchtrong hệ tương đối cơ bản :

Tính dòng ngắn mạch tại N4 (trên thanh cái 0,4 KV)

(Tương tự như ở phương án 1)

MBA tự dùng 22/0,4 KV công suất 250 (KVA) có :

∆P0 = 640 (W), ∆PN = 4100 (W), UN% = 4%

Suy ra :

UR% = = = 1,64(%)

UX

% = = = 3,648 (%)

RB = = =10,496 (mΩ)

17 , 141

 250 10

2

3 2

10

đmB

đm N

S

U P



2

3 2

250

10 4 , 0



đmB

đm X







Tổng trở của máy biến áp tự dung :

ZB = = =25,598 (mΩ)

• Dòng điện ngắn mạch chu kì :

INCK = = =18,044 (KA)

• Dòng xung kích :

IXK = =

BẢNG TỔNG KẾT KẾT QUẢ DÒNG NGẮN MẠCH Ở CÁC PHƯƠNG ÁN :

Phương

án

ngắn mạch

U (KV)

Trạng thái làm việc cưỡng bức là trạng thái làm việc nếu một phần tử nào đó củakhu vực đang xét bị cắt Dòng cưỡng bức thường lớn hơn dòng làm việc bình thường,dòng cưỡng bức cực đại Icbmax dùng để chọn các khí cụ điện và dây dẫn

2 2

B

R 2 23,3472

496 ,

2

, 1

Việc tính toán dòng điện Ibt và Icb nhằm lựa chọn các thiết bị có đủ khả năng mangtải trong mọi chế độ vận hành của lưới điện và có xét đến việc phát triển trong tươnglai.

2 Tính toán dòng làm việcbình thường và dòng cưỡng bức cho từng phương án

Ta tính dòng cưỡng bức theo công suất của trạm để chọn các khí cụ điện và cácphần dẫn điện phù hợp với công suất của trạm để trạm thiết kế mang tính đồng bộ và

có tính phát triển trong tương lai.

a.Phương án 1

 Mạch phía cao áp 220 KV  Phía đường dây từ hệ thống Gồm 2 lộ dây từ hệ thống đến thanh cái 220 KV

• Dòng làm việc bình thường : khi 2 máy biến áp hoạt động bình thường thìcông suất của trạm là : 2 x 125 MVA = 250 MVA