Đồ án trạm biến áp

Nhiệm vụ thực hiện đề tài: 1 Cân bằng công suất phụ tải 2 Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp 3 Chọn má y bi ến áp điện lực 4 Tính toán tổn thất điện năng trong má y bi ến áp 5 Sơ đồ nối đi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

Giảng viên hướng dẫn : ĐOÀN THỊ BẰNG Sinh viên thực hiện : NGUYỄN ANH TUẤN

Lớp : 14DDC03

TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017

Viện Kỹ thuật Hutech

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ

THỰC HIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao cho sinh viên nộp về văn phòng Viện

trong 02 tuần đầu thực hiện đồ án/khóa luận tốt nghiệp)

1 Sinh viên thực hiện đề tài

Chuyên ngành : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

2 Tên đề tài: Thiết kế trạm biến áp 220/110/22kV với các thông số ở trang 02 đính kèm

3 Nhiệm vụ thực hiện đề tài:

1) Cân bằng công suất phụ tải

2) Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp

3) Chọn má y bi ến áp điện lực

4) Tính toán tổn thất điện năng trong má y bi ến áp

5) Sơ đồ nối điện

6) Tính toán ngắn mạch

7) Chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện

8) Thiết kế phần tự dùng của má y bi ến áp

9) Tính toán kinh t ế-kĩ thuật qu yết định phương án thi ết kế

10) Và Thiết kế chống sét nối đất cho trạm

Ghi chú: Mỗi sinh viên một phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài và nhiệm vụ của từng sinh

viên

TP HCM, ngày … tháng … năm 20…

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Viện Kỹ thuật Hutech

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

Họ và tên SV: NGUYỂN ANH TUẤN MSSV 1411020408 Lớp:14DDC03

Tuần Nội dung hướng dẫn Nội dung thực hiện Ký tên

áp

Tính toán các thông số của từng phương pháp cho trạm biến áp

8

Ca

Ngày

Tính toán ngắn mạch, tính toán tổn thất điện năng

Tính toán dòng ngắn mạch, tính toán ngắn mạch 3 pha

9

Ca

Ngày

Tính toán chọn và đưa ra phương án hợp lý phù hợp

Chọn phương án hợp lý về mặt an toàn điện, phù hợp với kinh tế

Viện Kỹ thuật Hutech

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : ĐOÀN THỊ BẰNG

Họ tên sinh viên : NGUYỄN ANH TUẤN

Lớp : 14DDC03

Tên đề tài: ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

ĐIỂM ĐÁNH GIÁ: XẾP LOẠI:

TP.HCM, ngày 10 tháng 01 năm 2018

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ( Ký và ghi rõ họ tên)

Viện Kỹ thuật Hutech

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN :

Họ tên sinh viên : NGUYỄN ANH TUẤN Lớp : 14DDC03 Tên đề tài: ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

ĐIỂM ĐÁNH GIÁ: XẾP LOẠI:

TP.HCM, ngày 10 tháng 01 năm 2018

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, công nghiệp điện lực đóng vai trò rất quan trọng trong công cuộc xây dựng và phát triển kinh tế quốc dân Các yêu cầu về sử dụng điện và thiết kế điện ngày càng tăng Việc trang bị những kiến thức nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người, cung cấp điện cho các thiết bị khu vực kinh tế, nông thôn, các khu chế xuất, các xí nghiệp

là rất cần thiết

Điện năng đóng vai trò quan trọng và được sử dụng rộng rãi không thể thiếu được trong cuộc sống và sản xuất Vì vậy khi xây dựng một nhà máy, một khu vực kinh tế, một khu công nghiệp,…

vấn đề là xây dựng một hệ thống để cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ là không thể thiếu được Để đảm bảo cho việc cung cấp điện được tốt, đòi hỏi phải xây dựng một hệ thống điện gồm các khâu sản xuất, truyền tải, phân phối điện năng hoạt động thống nhất với nhau Trong

đó, trạm biến áp có vai trò quan trọng nhất, vì muốn truyền tải điện năng

đi xa hoặc giảm điện áp xuống thấp cho phù hợp với nơi tiêu thụ ta chỉ dùng biến áp là kinh tế và thuận tiện nhất

ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

Em thực hiện gồm 2 phần:

Phần A: Tính toán và tìm hiểu thiết kế trạm biến áp

Phần B: Thiết kế chống sét và nối đất cho trạm biến áp

Tuy đã hoàn thành được đề tài nhưng sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để đề tài của em có thể hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

TP.Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Anh Tuấn

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

PHẦN A: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRẠM

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TRẠM BIẾN ÁP 1

I KHÁI NIỆM VỀ TRẠM BIẾN ÁP 1

II PHÂN LOẠI 1

III NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 2

IV TRÌNH TỰ THIẾT KẾ 4

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHỤ TẢI 5

I KHÁI NIỆM 5

II ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TỪNG CẤP ĐIỆN ÁP 5

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP 10

I GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CẤU TRÚC 10

II SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP 11

III NHẬN XÉT 15

CHƯƠNG 4: CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC 16

I KHÁI NIỆM 16

II KHẢ NĂNG QUÁ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP 17

III PHƯƠNG ÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP 19

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA 24

I KHÁI NIỆM 24

II CÔNG THỨC TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 24

III TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 25

CHƯƠNG 6: SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN TRẠM BIẾN ÁP 34

I TỔNG QUÁT 34

II SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA PHƯƠNG ÁN 35

CHƯƠNG 7:TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 36

I KHÁI NIỆM 36

II TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 37

CHƯƠNG 8: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ PHẦN DẪN ĐIỆN 41

I CÁC VẤN ĐỀ CHUNG 41

II CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 42

III TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC LOẠI KHÍ CỤ 43

IV CHỌN MÁY BIẾN DÒNG VÀ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 49

CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ PHÀN TỰ DÙNG TRẠM BIẾN ÁP 57

I CHỌN MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG 57

II TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO CẤP ĐIỆN ÁP 0,4KV 59

III CHỌN CÁP NGẦM VÀ TỦ TỰ DÙNG 60

CHƯƠNG 10:TÍNH TOÁN KINH TẾ-KĨ THUẬT 60

I KHÁI NIỆM 60

II TÍNH TOÁN 62

III KẾT LUẬN 62

PHẦN B: THIẾT KẾ CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP CHƯƠNG I: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP I KHÁI NIỆM CHUNG 63

II PHẠM VI BẢO VỆ CỦA CỘT THU SÉT 64

III CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KINH TẾ KHI DÙNG HỆ THỐNG CỘT THU SÉT ĐỂ BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 65

IV ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO TRẠM 68

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP I KHÁI NIỆM 77

II.TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 77

III.ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO TRẠM 79

IV NỐI ĐẤT AN TOÀN CHO CẤP 22KV 81

PHẦN A: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRẠM

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP

I GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất trong

hệ thống điện Nó có nhiệm vụ chính là biến điện áp đến một cấp thích hợp nhằm phục vụ cho việc truyền tải và cung cấp điện đến phụ tải tiêu thụ Trạm biến áp tăng áp nâng điện áp lên cao để truyền tải đi xa, ngược lại trạm biến áp giảm điện áp xuống thấp thích hợp để cấp cho các phụ tải tiêu thụ

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

II PHÂN LOẠI

Trạm biến áp được phân loại theo điện áp, quy mô và cấu trúc xây dựng của trạm Trạm phân phối điện chỉ gồm các thiết bị như: dao cách ly, máy cắt, thành góp,…

1 Theo điện áp thì có hai loại:

- Trạm tăng áp: thường đặt ở những nhà máy điện có nhiệm vụ nâng điện áp đầu cực máy phát lên cao để truyền tải đi xa

- Trạm hạ áp: thường đặt ở những trạm phân phối, nó nhận điện từ

hệ thống truyền tải rồi giảm điện áp xuống cấp thích hợp để cung cấp điện cho các phụ tải tiêu thụ

2 Theo mức độ quy mô của trạm biến áp, người ta chia thành hai loại:

- Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp khu vực: thường có điện áp sơ cấp lớn, cung cấp điện cho một khu vực phụ tải lớn ở các vùng miền, tỉnh thành, khu công nghiệp lớn,… Điện áp

ở phía sơ cấp thường là 500; 220; 110KV, điện áp phía thứ cấp thường là 110; 66; 35; 22; 15 KV

- Trạm biến áp phân phối hay con gọi là trạm biến áp địa phương: nhận điện từ các trạm biến áp trung gian (trạm biến áp kh u vực) để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải như xí nghiệp, khu dân cư,… qua các đường dây phân phối

3 Theo cấu trúc xây dựng thì có hai loại sau:

- Trạm biến áp ngoài trời: Phù hợp với các trạm khu vực và trạm địa phương có công suất lớn

- Trạm biến áp trong nhà: Phù hợp với các trạm địa phương và các nhà máy có công suất nhỏ

4 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 áp khác

- Máy biến dòng: Dùng biến đổi dòng điện sơ cấp về một giá trị dòng điện thích hợp ở đầu ra thứ cấp Các loại: 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

- Máy 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 mấy biến áp đặc biệt: mấy 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, sau khi máy cắt đã cắt mạch điện

- Máy cắt(MC): Dùng để 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 nhiều dầu, máy cắt ít dầu, máy cắt không khí, máy cắt khí, máy cắt sinh khí, máy cắt chân khống, máy cắt phụ tải

- Chống sét van: Dùng để bảo vệ các thiết b ị trong trạm không bị

hư hại khi có song quá điện áp khí quyển vào từ đường dây tải điện

- CP:Dùng để đóng cắt dòng điện vào trạm

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

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

III NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế phần điện và hệ thống chống sét – nối đất trạm biến áp 220/110/22KV với các thông số sau:

- Có 2 đường dây, hệ số công suất cos = 0,85

- Công suất: Sma x = 80 x 1,3 = 104 ( MVA )

- Đồ thị phụ tải ở cấp 220KV như hình 1.1

2.2 Phụ tải ở 110KV:

- Có 4 đường dây, hệ số công suất cos = 0,8

- Công suất: Sma x = 60 x 1,4 = 84 ( MVA )

- Đồ thị phụ tải ở cấp 110KV như hình 1.2

2.3 Phụ tải ở 22KV:

- Có 6 đường dây, hệ số công suất cos = 0,85

- Công suất: Sma x = 40 x 1,1= 44 ( MVA )

- Đồ thị phụ tải ở cấp 22KV như hình 1.3

IV TRÌNH TỰ THIẾT KẾ

• Cân bằng công suất phụ tải

• Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp

• Chọn máy biến áp điện lực

• Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp

• Sơ đồ nối điện

• Tính toán ngắn mạch

• Chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện

• Thiết kế phần tự dùng của máy biến áp

• Tính toán kinh tế-kĩ thuật quyết định phương án thiết kế

• Thiết kế chống sét nối đất cho trạm

CHƯƠNG 2:

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

I KHÁI NIỆM

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

có cân bằng 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 bằ ng 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 xuất và sinh hoạt, tùy theo tầm quan trọng của phụ tải đối với nền kinh tế mà phụ tải chia làm 3 loại

II ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TỪNG CẤP ĐIỆN ÁP

1 Đồ thị phụ tải của cấp 220kV

- Sau khi tính ta được thông số sau cho cấp 220kV:

Cos = 0,8 => Sin = 0,6

3 Đồ thị phụ tải của cấp 22kV

- Sau khi tính ta được thông số sau cho cấp 22kV:

Phân theo bảng thời gian

Thời

gian

Công suất phụ tải

S2 2 0(MVA) S1 1 0(MVA) S2 2(MVA) Tự

dùng (MVA)

SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP

I GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CẤU TRÚC

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

- 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 nhận

- Khi thiết kế trạm biến áp, sơ đồ cấu trúc là phần quan trọng có ảnh hưởng quyết định đến toàn thiết kế

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

• Có tính khả thi: tức là có thể chọn được tất cả các thiết bị chính như: máy biến áp, máy cắt,… cũng có kh ả năng thi công , xây lắp và vận hành trạm

• Đảm bảo tính liên tục chặt chẽ giữa các cấp điện áp, đặc biệt với hệ thống khi binh thường cũng như cưỡng bức (có một phần tử không làm việc)

• Tổn hao qua máy biến áp bé, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua hai mấy biến áp không cần thiết

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

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

- Khi thiết kế trạm biến áp, ta đưa ra nhiều phương án khả thi trên

cơ sở phân tích ưu khuyết điểm của từng phương án; so sánh điều

kiện kỹ thuật - kinh tế rồi chọn phương án tối ưu, để chọn phương

án 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 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 cung cấp với điện áp để phân phối cho các phụ tả i 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 thông qua máy biến

áp hạ, phần còn lại qua máy biến áp có điện áp phù hợp với phụ tải

• Phương án 1: Sử dụng 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn d ây Phụ tải cấp 22kV được lấy từ cuộn hạ của MBA

- Các cấp điện áp cao, trung đều có trung tính nối đất trực tiếp nên dùng máy biến áp tự ngẫu sẽ có nhiều ưu điểm hơn so với máy biến áp ba cuộn dây

- Ưu điểm:

• Độ tin cậy cao

• Đảm bảo cung cấp điện liên tục

• Khó chọn máy biến áp có công suất phù hợp

• Công suất lớn kéo theo kích thước và trọng lượng máy biến áp lớn có thể gặp khó khăn khi vận chuyển và lắp đặt

• Do mạng cao áp và trung áp trực tiếp nối đất và có sự liên hệ về điện giữa cuộn cao và cuộn trung trong máy biến áp nên phải có chống sét van bố trí ở đầu vào ra máy biến áp

• Phương án 2: Dùng hai máy biến áp hai cuộn dây 220/110kV

và hai máy biến áp cuộn dây 110/22kV

- Ưu điểm:

• Độ tin cậy cao

• Đảm bảo cung cấp điện liên tục

• Phương án 3: Dùng hai máy biến áp hai cuộn dây 220/110kV

và hai máy biến áp hai cuộn dây 220/22kV

- Ưu điểm:

• Độ tin cậy cao

• Đảm bảo cung cấp điện liên tục

• Cấu trúc rõ ràng

• Phụ tải mỗi cấp chỉ qua một lần máy biến áp

- Khuyết điểm:

• Số lượng máy biến áp nhiều

• Vốn đầu tư lớn

• Tổn thất điện năng lớn

• Khó chọn được máy biến áp 220/22kV

• Phương án 4: Sử dụng hai máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn dây để

tải công suất từ điện áp cao sang trung và sử dụng máy biến áp

2 cuộn dây để tải công suất từ điện áp trung sang hạ

- Ưu điểm:

• Độ tin cậy cao

• Đảm bảo cung cấp điện liên tục

III NHẬN XÉT

- Phương án 3 ngoài việc sử dụng bốn máy biến áp còn có nhược điểm lớn nhất là độ lệch điện áp giữa sơ cấp và thứ cấp lớn(220/22kV) làm tính khả thi của phương án giảm vì hầu như không chọn được máy biến áp thích hợp Nếu đặt hàng thì sẽ làm tăng chi phí và khó thay thế về sau này

- Do đó, ta chọn phương án 1, 2 và 4 để tiếp tục tính toán về sau

- 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

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

• Máy biến áp là thiết bị không phát 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)

• May 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, tổn 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 này đưa đến tính toán không chính xác, có thể chọn máy biến áp lớn không cần thiết

- Máy biến áp hiện nay có nhiều loại:

• Máy biến áp một pha, bap ha

• 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 áp, hạ áp

• Máy biến áp có và không có điều áp dưới tải

Chỉ được ghép bộ máy phát điện – máy biến áo hai cuộn dây vào thành 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 tiểu, bộ này không phát hết công suất hoặc công suất phải chuyển 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 nối song song MBA hai cuộn dây với MBA ba cuộn dây vì không thường được hai MBA có tham số phù hợp với điều kiện vận hành song song

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 KHẢ NĂNG QUÁ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP

• 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 980C nhưng không vượt quá 1400C

- Để tránh khả năng quá tải cho phép thường xuyên của ba 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

- 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:

1.1 Dựa vào đồ thị tính toán cực đại, xác định loại và công suất định mức biến áp Sđ m, và tính quá tải của nó:

1.3 Xác định hằng số thời gian của MBA và tùy thuộc vào

hệ thống làm mát, hằng số thời gian và nhiệt độ đẳng trị của môi trường làm mát mà chọn đường cong tính khả năng tải của MBA

1.4 Theo đường cong này và xuất phát từ hệ số phụ tải bậc một (k1) và thời gian quá tải tính toán (t) để xác định hệ số quá tải cho phép (k2 c p)

1.5 So sánh k2 tính toán với k2 c p Nếu k2 k2 c p thì MBA được phép quá tải ứng với chế độ làm việc của nó

• Phụ tải đẳng trị bậc một được tính theo công thức:

S1 đ t = √∑ 𝑆𝑖

2 ×𝑡𝑖

𝑛1 𝑖=1

∑𝑛1𝑖=1𝑡𝑖

Trong đó: - Si: phụ tải bậc thứ i

- Ti: thời gian bậc thứ i

- n1: số bậc trong 10 giờ khi tính phụ tải bậc 1

- 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 (S1 đ t) Tính S1 đ t tiến hành trong 10 giờ ở trước hay sau cực đại lớn nhất tùy thuộc vào cực đại nhỏ hơn

• 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 thương tiếp theo của máy Nhiệt độ cho phép cực đại đối với dầu là 1150C và đối với điểm nóng nhất của cách điện là 1400C

- Quá tải sự cố cho phép k2 c p=1,4 đối với máy biến áp đặt ngoài trời, k2 c p=1,3 đối với máy biến áp đặt trong nhà nên xem như một

hệ số tính toán nào đó, sử dụng khi lựa chọn MBA theo điều kiện quá tải sự cố

III CÁC PHƯƠNG ÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Sử dụng một trong ba phương án sau:

• Phương án 1:

• Công suất máy biến áp chọn theo điều kiện một máy biến

áp nghỉ, máy biến áp còn lại khi gặp sự cố quá tải có khả năng cung cấp đủ Sm a x = 223,5 MVA

• Máy biến áp đặt ngoài trời Kq t s c = 1,4, nên :

Kq t s c.Sđ m > 223,5 => Sđ m > = 159,6 MVA

• Tra bảng số liệu máy biến áp tự ngẫu ba pha chọn được Sđ m

= 200 MVA Kiểm tra điều kiện quá tải sự cố cho máy biến áp đã chọn:

• Vùng quá tải trên đồ thị phụ tải (X > 200MVA)

∑(Si2.ti) = 208,72.2 + 219,12.2 + 2162.2 +223,52.2

= 376337,5

Km a x= = = 1,1175 ( Ki < 1: Non tải ; Ki > 1: Quá tải )

S2 d t = = = 216,89 MVA

=> K2 d t= = = 1,08445

Nếu K2 d t > 0,9.Km a x thì K2 = K2 d t và T2 =∑T1

Nếu K2 d t < 0,9.Km a x thì K2 = 0,9.Km a x và T2 = (Điều kiện quá tải sự cố: K1 < 0,93, K2 < 1,4 và T2 < 6h)

Vì = = 0,97 > 0,9 nên K2 = K2 d t=1,08445

Và T2 = ∑T1 = 16h > 6h để thỏa mãn các điều kiện quá tải

sự cố ta nâng công suất máy biến áp lên 250MVA

Do máy biến áp tự ngẫu 250MVA > Sm a x=223,5MVA Nên không cần kiểm tra quá tải của máy biến áp

• Các thông số của máy biến áp tự ngẫu 250MVA:

250 230 121 10,5 11,5 33,4 20,8 0,5 145 520

• Phương án 2:

Dùng 2 máy biến áp hai cuộn dây 220/110kV và 2 máy biến áp hai cuộn dây 110/22kV

Chọn 2 máy biến áp ba pha hai cuộn dây 220/110kV:

• Tương tự phương án 1: Sđ m > 159,6MVA

• Để thỏa mãn các điều kiện quá tải sự cố ta nâng công suất máy biến áp lên 250MVA

• Do máy biến áp ba pha hai cuộn dây 250MVA > Sm a x=

223,5 MVA Nên không cần kiểm tra quá tải của máy biến

250 230 121 10,5 11,5 33,4 20,8 0,5 145 520

Chọn 2 máy biến áp ba pha hai cuộn dây 110/22kV

• Công suất máy biến áp chọn theo điều kiện một máy biến

áp nghỉ, máy biến áp còn lại khi gặp sự cố quá tải có khả năng cung cấp đủ Sm a x = 44,5 MVA

• Máy biến áp đặt ngoài trời Kq t s c = 1,4, nên :

Kq t s c.Sđ m > 44,5 => Sđ m > = 31,78 MVA

• Tra bảng số liệu máy biến áp ba pha hai cuộn dây chọn

UN

(%)

i (%)

• Phương án 4:

Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu 220/110kV và 2 máy biến áp ba pha hai cuộn dây 110/22kV

Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu 220/110kV:

• Tương tự phương án 1: Sđ m > 159,6MVA

• Để thỏa mãn các điều kiện quá tải sự cố ta nâng công suất máy biến áp lên 250MVA

• Do máy biến áp ba pha hai cuộn dây 250MVA > Sm a x=

223,5 MVA Nên không cần kiểm tra quá tải của máy biến

250 230 121 10,5 11,5 33,4 20,8 0,5 145 520

Chọn 2 máy biến áp ba pha hai cuộn dây 110/22kV

• Tương tự phương án 2: Sđ m > 44,5MVA

• Công suất máy biến áp chọn theo điều kiện một máy biến

áp nghỉ, máy biến áp còn lại khi gặp sự cố quá tải có khả năng cung cấp đủ Sm a x = 44,5 MVA

• Máy biến áp đặt ngoài trời Kq t s c = 1,4, nên :

Kq t s c.Sđ m > 44,5 => Sđ m > = 31,78 MVA

• Tra bảng số liệu máy biến áp ba pha hai cuộn dây chọn được Sđ m = 60 MVA

• Do máy biến áp ba pha hai cuộn dây 60MVA>Sm a x=44,5 MVA Nên không cần kiểm tra quá tải của máy biến áp này

• Các thông số của máy biến áp ba pha hai cuộn dây 60MVA: Kiểu Sđ m

(MVA)

Điện áp (kV)

UN

(%)

i (%)

và máy biến áp vì chúng có điện trở và điện kháng nên bao giờ cũng có tổn thất nhất định về công suất tác dụng thuộc P và công suất phản kháng Q Số năng lượng điện năng mất mát đó biến thành năng lượng nhiệt làm nóng dây dẫn và máy biến

áp cuối cùng tỏ 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 nhưng phương án kinh tế hơn

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

1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây

- Khi không có đồ thị phụ tải :



.

1

2 0

đm N S

S P n T

S

P n T P

n

A . 0. 1 . 12 . 2.

Trong đó: P N , P 0 - Tổn hao ngắn mạch và tổn hao không tải

đm

S - Công suất định mức máy biến áp

Si - Công suất của n máy biến áp ứng với thời gian t

n - Số máy biến áp vận hành song song

0

P

 - tổn hao không tải

 : thời gian tổn thất công suất cực đại phụ thuộc vào thời gian sử dụng

công suất cực đại Tmax và cos

1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu

* Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:

.

P P

P P

P P

P P

* 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

iT NT đm

iC

S

S P S

S P S

S P n

2 2

2 0

S : Công suất định mức máy biến áp

Si : Công suất của n máy biến áp ứng với thời gian ti

Sic , Sit , Sih : Công suất cuộn cao, trung, hạ ứng với thời gian ti

- Khi không có đồ thị phụ tải:

đmB

iT NT C

đmB

iC NC nam

S

S P S

S P S

S P n

t P n

2 2

2 2

2 0

III TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP

Từ đồ thị phụ tải của cấp 110kV và cấp 22kV:

Thời

gian Công suất phụ tải

Từ…đến S110(MVA) S22(MVA) Tự dùng(MVA) Tổng

1 Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp của phương án 1

1.1 Tồn thất điện năng trong hai máy biến áp tự ngẫu

- Dùng hai máy biến áp tự ngẫu 220/110/22kV

- Từ các thông số của máy biến áp tự ngẫu 250MVA Bảng 4.1 ta tính được hệ số

có lợi của máy biến áp tự ngẫu

P P

5 0

390 5

0

430 520

* 5

P P

5 0

430 5

0

390 520

* 5

0

390 5

0

430

* 5

iT t

S2 .

 =40.52x2 + 56.72x4+ 64.82x2 + 812x4 + 72.92x2 + 812x4 + 64.82x2 + 56.72x2 + 40.52x2= 105763

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

-Tổn hao điện năng trong một ngày đêm của máy biến áp được tính:

2 2

iH NH đmB

iT NT đmB

iC NC

S

S P S

S P S

S P n

t P

n

A

=2 x 145 x 24 2

250 2

1

x (248585 + 105763 + 28441)= 21313.69 kW.h -Tổn thất điện năng trong một năm của hai biến áp tự ngẫu:

49 7779

0.0065%

1.2 Tổn thất điện năng trong hai máy biến áp tự dùng

- Là hai máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây có công suất Sđm= 0.4 MVA

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

i i đm

N

S n

P t P n

2 0

2 1 .

4 0 2

5

- Điện năng cung cấp trong 1 năm:

114 45

= 1.514%

1.3 Tổn hao điện năng trong phương án 1

- Tổng tổn hao điện năng trong một ngày đêm:

2

1 ngaydem ngaydem

60 7824

0.00067%

Bảng tổng kết tổn thất phương án 1

% 100

2 Tính tổn thất điện năng trong MBA ở phương án 2

2.1 Tồn thất điện năng trong 2 MBA cấp 220/110kV

- Hai máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây, mỗi máy có công suất 250MVA

- Dựa vào đồ thị cuộn trung 110kV:

-Tổn thất điện năng trong 1 ngày đêm:

i i đm

N

S n

P t P n

2 0

1 1 .

250 2

- Điện năng cung cấp trong một ngày đêm:

Angaydem=P i t i= 32.4x2 + 45.36x4 + 51.84x2 + 64.8x4 + 58.32x2 + 64.8x4 + 51.84x2 + 45.36x2 + 52.4x2= 1284.16 Mw.h

- Điện năng cung cấp trong 1 năm:

0.279%

2.2 Tổn thất điện năng trong 2 máy biến áp cấp 110/22kV:

- Là 2 MBA 3 pha 2 cuộn dây có công suất 60MVA

- Dựa vào đồ thị cuộn hạ 22kV:

N

S n

P t P n

2 0

2 1 .

=2 x 21 x 24 + 28441 

60 2

- Điện năng cung cấp trong 1 năm:

0.247%

2.3 Tổn thất điện năng trong hai máy biến áp tự dùng

- Là hai máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây có công suất Sđm= 0.4 MVA

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

i i đm

N

S n

P t P n

2 0

3 1 .

4 0 2

5

114 45

= 1.514%

2.4 Tổng tổn hao điện năng của phương án 2

- Tổng tổn hao điện năng trong một ngày đêm:

2

1 ngaydem ngaydem

 A nam A nam1 A nam2+A nam3= 1311.80+627.44+45.114=1984.354 Mw.h

- Tổng điện ngăng cung cap61q trong một năm:

A= A nam1A nam2+A nam3 =468718+253967+2978.4=725663.4Mw.h

- Tỷ số điện năng tổn thất so với điện năng cung cấp:

354 1984

0.2734%

Bảng tổng kết tổn thất phương án 2

% 100

A A

3.Tính tổn thất điện năng của MBA trong phương án 4

3.1 Tổn thất điện năng của 2 MBA cấp 220/110kV

- Dùng hai máy biến áp tự ngẫu 220/110kV

- Từ các thông số của máy biến áp tự ngẫu 250MVA Bảng 4.1 ta tính được hệ số

có lợi của máy biến áp tự ngẫu

= 0.5

P P

5 0

390 5

0

430 520

* 5

P P

0

390 520

* 5

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

- Tổn hao điện năng của 2 MBA tự ngẫu trong một ngày đêm:

2 0

1 1 .

i

i đmB

iT NT đmB

iC NC

S

S P S

S P n

t P n

A

=2x145x24+ ( 340 248585  180 105763 ) 

250 2

78 2842

0.002632%

3.2 Tổn thất điện năng trong hai máy biến áp 110/22kV:

- Là hai MBA 3 pha 2 cuộn dây maoi64 náy có công suất Sdm60MVA

- Dựa vào đồ thị phụ tải cuộn hạ 22kV:

N

S n

P t P n

2 0

2 1 .

=2x21x24+ 28441 

60 2

- Điện năng cung cấp trong 1 năm:

0.247%

3.3 Tổn thất điện năng trong hai máy biến áp tự dùng

- Là hai máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây có công suất Sđm= 0.4 MVA

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

i i đm

N

S n

P t P n

2 0

3 1 .

4 0 2

5

114 45

= 1.514%

3.4 Tổng tổn hao điện năng của phương án 4

- Tổng tổn hao điện năng trong một ngày đêm: