Đồ án trạm biến áp

TỔNG QUAN TRẠM BIẾN ÁP

TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP

I GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, với nhiệm vụ chính là điều chỉnh điện áp để phục vụ việc truyền tải và cung cấp điện đến phụ tải tiêu thụ Trạm biến áp tăng áp nâng cao điện áp để truyền tải xa, trong khi trạm biến áp giảm điện áp xuống mức phù hợp cho các phụ tải tiêu thụ.

Trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao điện áp khi truyền tải điện năng, sau đó các trung tâm tiếp nhận điện năng, cũng là trạm biến áp, sẽ hạ mức điện áp xuống để phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Trạm biến áp được phân loại dựa trên điện áp, quy mô và cấu trúc xây dựng Trạm phân phối điện bao gồm các thiết bị thiết yếu như dao cách ly, máy cắt và 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 là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, thường được lắp đặt tại các trạm phân phối Chức năng chính của trạm hạ áp là nhận điện từ hệ thống truyền tải và giảm điện áp xuống mức phù hợp, nhằm cung cấp điện cho các phụ tải tiêu thụ hiệu quả.

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, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho các khu vực phụ tải lớn tại các tỉnh thành, vùng miền và khu công nghiệp lớn Với điện áp sơ cấp thường đạt 500, 220 hoặc 110KV, trạm này đảm bảo nguồn điện ổn định cho các khu vực cần thiết Điện áp ở phía thứ cấp thường dao động từ 110, 66, 35, 22 đến 15KV, phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện của người dân và doanh nghiệp trong khu vực.

Trạm biến áp phân phối, hay còn gọi là trạm biến áp địa phương, có chức năng nhận điện từ các trạm biến áp trung gian để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải như xí nghiệp và khu dân cư thông 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 là thiết bị có chức năng chuyển đổi dòng điện sơ cấp thành dòng điện thích hợp ở đầu ra thứ cấp Các loại máy biến dòng bao gồm: máy biến dòng kiểu một vòng quấn, máy biến dòng kiểu bậc cấp, máy biến dòng thứ tự không, máy biến dòng kiểu bù và máy biến dòng kiểu lắp sẵn.

Máy biến áp đo lường (BU) là thiết bị chuyển đổi điện áp về mức phù hợp cho các thiết bị đo lường và tự động Các loại máy biến áp đặc biệt bao gồm máy biến áp kiểu 3 pha năm trụ, máy biến áp kiểu bậc cấp và máy biến áp kiểu phân chia điện dung.

Dao cách ly (CL) là thiết bị điện giúp tạo ra khoảng cách an toàn khi sửa chữa máy phát điện, máy biến áp, máy cắt điện và đường dây Thiết bị này có khả năng đóng cắt khi không có dòng điện hoặc dòng điện nhỏ, với điện áp thấp, sau khi máy cắt đã ngắt mạch điện.

Máy cắt (MC) là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, có chức năng đóng cắt các phần tử như máy phát, máy biến áp và đường dây, cả trong điều kiện bình thường và khi gặp sự cố Các loại máy cắt hiện có bao gồm máy cắt nhiều dầu, máy cắt ít dầu, máy cắt không khí, máy cắt khí, máy cắt sinh khí, máy cắt chân khống và 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 vai trò quan trọng trong việc nâng đỡ đường dây tải điện trên không, với khả năng chịu điện áp lên đến 25KV mỗi sứ Khi điện thế vượt quá mức này, cần phải ghép nối nhiều sứ lại với nhau để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hệ thống điện.

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:

UH T= 220KV, số đường dây là 2

2 Các phụ tải ở cấp điện áp:

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

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

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

• 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

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHỤ TẢI

Cân bằng công suất là quá trình xác định sự cân đối giữa khả năng cung cấp và tiêu thụ điện năng, đóng vai trò quan trọng trong thiết kế hệ thống cung cấp điện cho trạm biến áp Để đảm bảo hoạt động bình thường của hệ thống, công suất cung cấp cần phải vượt quá hoặc ít nhất bằng với phụ tải Do đó, việc thiết kế cân bằng công suất là cần thiết để đảm bảo cung cấp điện liên tục và chất lượng điện năng ổn định.

Phụ tải đóng vai trò quan trọng trong hệ thống cung cấp điện, chuyển đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác phục vụ sản xuất và sinh hoạt Tùy thuộc vào tầm quan trọng của phụ tải đối với nền kinh tế, phụ tải được chia thành ba 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:

Thời gian(h) Công suất phụ tải

Đồ thị phụ tải của trạm biến áp có thể được tổng hợp bằng cách lập bảng tổng hợp Phương pháp này giúp tổ chức và trình bày dữ liệu một cách rõ ràng, từ đó dễ dàng phân tích và đánh giá hiệu suất của trạm biến áp.

Phân theo bảng thời gian

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

Trạm biến áp nguồn nhận điện từ các đường dây cung cấp hệ thống, với nhiệm vụ chính là đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải mà trạm 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:

Trạm điện cần có tính khả thi, cho phép lựa chọn các thiết bị chính như máy biến áp và máy cắt, đồng thời đảm bảo khả năng thi công, xây lắp và vận hành hiệu quả.

Để đảm bảo tính liên tục và ổn định cho hệ thống điện, cần duy trì sự liên kết chặt chẽ giữa các cấp điện áp, đặc biệt trong điều kiện hoạt động bình thường và khi có sự cố xảy ra (khi một phần tử không hoạt động).

• 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, cần phân tích và so sánh các phương án khả thi dựa trên ưu nhược điểm, cũng như điều kiện kỹ thuật và kinh tế Việc lựa chọn phương án tối ưu đòi hỏi phải cân nhắc nhiều khía cạnh quan trọng.

• 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 công trình nhận điện năng từ nhiều nguồn cung cấp và phân phối cho các phụ tải ở điện áp bằng hoặc thấp hơn điện áp hệ thống Công suất được phân phối qua máy biến áp hạ ở điện áp hệ thống, trong khi phần còn lại được truyền qua máy biến áp phù hợp với yêu cầu của 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 và trung đều có trung tính được nối đất trực tiếp, vì vậy việc sử dụng máy biến áp tự ngẫu mang lại nhiều ưu điểm hơn so với máy biến áp ba cuộn dây.

• Đảm bảo cung cấp điện liên tục

• Sơ đồ cấu trúc rõ ràng

• Số lượng máy biến áp ít

• Tổn thất điện năng bé

• Trọng lượng, kích thước bé hơn dùng máy biến áp ba cuộn dây

• 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 sự kết nối trực tiếp giữa mạng cao áp và trung áp với đất, cùng với mối liên hệ điện giữa cuộn cao và cuộn trung trong máy biến áp, việc lắp đặt chống sét van tại đầu vào và ra của máy biến áp là cần thiết.

• Phương án 2: Dùng hai máy biến áp hai cuộn dây 220/110kV và hai máy biến áp cuộn dây 110/22kV.

• Đảm bảo cung cấp điện liên tục.

• Phù hợp với những nơi vận chuyển khó khăn.

• Số lượng máy biến áp nhiều

• Tổn thất điện năng lớn vì cấp 22kV phải qua hai lần biến áp

• Phương án 3: Dùng hai máy biến áp hai cuộn dây 220/110kV và hai máy biến áp hai cuộn dây 220/22kV.

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

• 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.

• Sơ đồ cấu trúc rõ ràng

• Tách máy biến áp thành hai phần riêng biệt

• Tổn thất điện năng lớn

Phương án 3 gặp khó khăn lớn do sự chênh lệch điện áp giữa sơ cấp và thứ cấp (220/22kV), khiến việc lựa chọn máy biến áp phù hợp trở nên khó khăn Điều này không chỉ làm giảm tính khả thi của phương án mà còn có thể dẫn đến chi phí tăng cao nếu phải đặt hàng máy biến áp đặc biệt, đồng thời gây khó khăn trong việc thay thế trong tương lai.

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

CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong việc truyền tải điện năng, giúp chuyển đổi điện áp từ mức này sang mức khác Điện năng được sản xuất tại nhà máy điện thường được truyền tải qua đường dây cao thế 110, 220, 500 kV, và thường phải qua máy biến áp để tăng áp lên mức phù hợp cho việc phân phối đến các hộ tiêu thụ ở xa.

Trong các hệ thống điện lớn, quá trình truyền tải điện năng từ máy phát đến hộ tiêu thụ thường trải qua nhiều lần tăng, giảm điện áp Do đó, tổng công suất của máy biến áp trong hệ thống có thể gấp 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phát điện.

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

Máy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng mà không phát ra điện năng Trong hệ thống điện, chỉ có máy phát điện mới có khả năng phát ra công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q).

Máy biến áp thường được chế tạo thành một khối tại nhà máy, với phần có thể tháo rời chỉ chiếm khoảng 10%, dẫn đến trọng lượng và kích thước khi chuyên chở rất lớn Do đó, khi sử dụng máy biến áp, cần chú ý đến phương tiện và khả năng chuyên chở trong quá trình lắp đặt.

Tiến bộ nhanh chóng trong khoa học chế tạo, đặc biệt là trong lĩnh vực vật liệu cách điện và thép từ, đã giúp giảm kích thước, trọng lượng, tổn hao và giá thành của máy biến áp Do đó, khi lựa chọn công suất máy biến áp, cần xem xét khả năng tận dụng tối đa, bao gồm cả khả năng quá tải cho phép, để tránh tình trạng vận hành non tải, dẫn đến tổn hao không tải lớn và kéo dài thời gian sử dụng không cần thiết.

Tuổi thọ và khả năng tải của máy biến áp chủ yếu bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hoạt động Nhiệt độ của các bộ phận máy biến áp không chỉ liên quan đến công suất mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và phương pháp làm mát Công suất định mức của máy biến áp được thiết kế theo tiêu chuẩn của từng quốc gia, thường có sự khác biệt đáng kể.

17 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

Khi ghép bộ máy phát điện với máy biến áp hai cuộn dây, cần đảm bảo rằng điện áp đầu ra chỉ được sử dụng khi phụ tải cực tiểu lớn hơn công suất của bộ này Điều này giúp tránh tình trạng bộ không phát hết công suất khi phụ tải nhỏ, cũng như giảm thiểu tổn hao và ngăn ngừa quá tải cho máy biến áp ba cuộn dây Đối với máy biến áp tự ngẫu liên lạc, không cần tuân theo điều kiện này.

Không nên nối song song MBA hai cuộn dây với MBA ba cuộn dây vì thường không có hai MBA nào có tham số phù hợp để vận hành song song.

Trong hệ thống điện áp cao và trung tính trực tiếp nối đất, máy biến áp từ ngẫu (MBA từ ngẫu) được ưa chuộng hơn so với máy biến áp thông thường MBA từ ngẫu có ưu điểm vượt trội về giá thành, chi phí vật liệu và tổn hao năng lượng trong quá trình vận hành, đặc biệt khi so sánh với MBA cùng công suất Các tham số cơ bản của MBA bao gồm 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 Những tham số này, khi được xem 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 xảy ra khi phần thời gian phụ tải vượt quá công suất định mức, trong khi phần còn lại của chu kỳ khảo sát lại thấp hơn công suất này Với mức phụ tải như vậy, hao mòn cách điện sau mỗi chu kỳ khảo sát sẽ không vượt quá hao mòn định mức, miễn là nhiệt độ cuộn dây không vượt quá 140 độ C, mặc dù có thể đạt tới 98 độ C.

Để ngăn ngừa tình trạng quá tải cho phép của ba MBA trong những giờ cao điểm, cần tiến hành phân tích và tính toán chế độ nhiệt độ Việc này bao gồm việc xác định sự thay đổi nhiệt độ của dầu và cuộn dây MBA, một quá trình khá phức tạp Do đó, trong thiết kế, các biểu đồ về khả năng quá tải của MBA thường được xây dựng và cung cấp 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: k2= 𝑆 2

1.2 Xác định hệ số tải bậc một: k1= 𝑆 1

Xác định hằng số thời gian của MBA là yếu tố quan trọng, và việc lựa chọn đường cong tính khả năng tải của MBA cần dựa vào hệ thống làm mát cùng với hằng số thời gian và nhiệt độ đẳng trị của môi trường làm mát.

Để xác định hệ số quá tải cho phép (k2 c p), cần dựa vào đường cong này cùng với hệ số phụ tải bậc một (k1) và thời gian quá tải tính toán (t).

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:

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

∑ 𝑛1 𝑖=1 𝑡 𝑖 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

Khi xuất hiện hai lần quá tải so với công suất định mức của MBA, cực đại nhỏ hơn sẽ được sử dụng để tính phụ tải đẳng trị bậc một (S1 đ t) Việc tính toán S1 đ t được thực hiện trong 10 giờ, tùy thuộc vào thời điểm trước hay sau cực đại lớn nhất, dựa trên giá trị của cực đại nhỏ hơn.

- Đó là quá tải cho phép MBA làm việc với điều kiện sự cố

Khi hai máy làm việc song song, cần xác định trị số cho phép để đảm bảo rằng nhiệt độ cuộn dây và dầu của MBA không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường tiếp theo Nhiệt độ tối đa cho phép đối với dầu là 115°C, trong khi điểm nóng nhất của cách điện không được vượt quá 140°C.

TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MBA

Khi truyền tải điện năng từ trạm biến áp đến nơi tiêu thụ, việc sử dụng dây dẫn và máy biến áp gây ra tổn thất điện năng do điện trở và điện kháng, dẫn đến sự tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt Những tổn thất này không chỉ làm nóng dây dẫn và máy biến áp mà còn giảm hiệu quả truyền tải Do đó, việc tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp là cần thiết để so sánh và lựa chọn 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 :

- Khi có đồ thị phụ tải :

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

S đm - 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

 : 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:

* 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

 i đm iH NH đm iT NT đm iC

 : Tổn hao ngắn mạch cuộn cao

 : Tổn hao ngắn mạch cuộn trung

 : Tổn hao ngắn mạch cuộn hạ

S đm : 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:

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

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

- Dựa vào đồ thị phụ tải cuộn trung 110kV:

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

SC= ST + SH iC iC t

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

i i đmB iH NH đmB iT NT đmB iC NC ngay t

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

-Điện năng cung cấp trong một ngày đêm:

-Điện năng cung cấp trong 1 năm:

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

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

- Tổn hao điện trong 1 năm:

- Điện năng cung cấp trong 1 năm:

1.3 Tổn hao điện năng trong phương án 1

- Tổng tổn hao điện năng trong một ngày đêm:

- Tổng tổn hao điện năng trong một năm:

Bảng tổng kết tổn thất phương án 1

STT MBA  A nam MWh A MW h

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

- Tổn hao điện năng trong 1 năm:

- Điện năng cung cấp trong một ngày đêm:

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:

-Tổn thất điện năng trong 1 ngày đêm: i i đm

- Tổn hao điện năng trong 1 năm:

2.4 Tổng tổn hao điện năng của phương án 2

  A nam  A nam 1   A nam 2 +  A nam 3 = 1311.80+627.44+45.11484.354 Mw.h

- Tổng điện ngăng cung cap61q trong một năm:

STT MBA  A nam MWh A MW h 100 %

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

- Dựa vào đồ thị phụ tải cuộn trung 110kV: iT iT t

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

SC= ST + SH iC iC t

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

i i đmB iT NT đmB iC NC ngaydem t

-Điện năng cung cấp trong một năm:

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 S dm 60MVA

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

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

3.4 Tổng tổn hao điện năng của phương án 4

  A nam  A nam 1   A nam 2 +  A nam 3 = 2842.78+627.44+45.114515.334Mw.h

- Tổng điện ngăng cung cap61q trong một năm:

STT MBA  A nam MWh A MW h

Máy biến áp mà ta sử dụng đều là MBA tự ngẫu và MBA 3 pha 2 cuộn dây nên ta chỉ xét tổn thất trên hai MBA này:

TỔNG KẾT TỔN HAO CÔNG SUẤT TRONG 1 NGÀY CỦA BA PHƯƠNG ÁN:

Tổng tổn thất của máy biến áp tự ngẫu trong một ngày ( đã tính ở trên) là:21313.69 Kw.h

- MBA tự ngẫu B1:  P ngayB 1 593.98 Kw

- MBA 3 pha 2 cuộn dây B2:  P ngayB 2 19.02 Kw

Suy ra: Tổng tổn thất công suất trong một ngày: 5313 Kw

- MBA tự ngẫu B1:  P ngayB 1 w88.44 Kw

- MBA 3 pha 2 cuộn dây B2:  P ngayB 2 19.02 Kw

Suy ra: Tổng tổn thất công suất trong một ngày: 9507.46 Kw

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN TRẠM BIẾN ÁP

Sơ đồ nối điện của trạm biến áp thể hiện mối quan hệ giữa các thiết bị và khí cụ điện trong trạm, có chức năng nhận điện từ nguồn và phân phối cho các phụ tải ở cùng một cấp điện áp.

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 hình thức khác nhau, tùy thuộc vào cấp điện áp, số lượng nguồn và tải, tổng công suất, cũng như các đặc tính quan trọng của các phụ tải.

Yêu cầu của sơ đồ nối điện là làm việc đảm bảo, linh hoạt, kinh tế và có khả năng phát triển trong tương lai gần

Tính đảm bảo cung cấp điện là yếu tố quan trọng, phản ánh mức độ đáp ứng nhu cầu của phụ tải Độ tin cậy cung cấp điện, thời gian ngừng cung cấp, và điện năng không đủ cho các hộ tiêu thụ là những chỉ số đánh giá tính đảm bảo này Ngoài ra, thiệt hại của phụ tải do sự không đảm bảo trong cung cấp điện cũng là một yếu tố cần xem xét.

Tính linh hoạt trong hệ thống vận hành cho phép thích ứng với nhiều chế độ khác nhau, nhưng việc sử dụng nhiều thiết bị có thể làm tăng xác suất sự cố, dẫn đến giảm tính đảm bảo Do đó, cần lựa chọn sơ đồ vận hành phù hợp, đảm bảo cả tính linh hoạt và độ tin cậy trong từng trường hợp cụ thể.

Tính kinh tế của dự án được đánh giá qua vốn đầu tư ban đầu và chi phí hàng năm, chẳng hạn như tổn thất qua MBA Bên cạnh đó, cần chú trọng đến tính hiện đại của sơ đồ và xu hướng chung, đặc biệt là sự tiến bộ trong công nghệ chế tạo cấu trúc của các khí cụ điện.

Sơ đồ nối điện cần được thiết kế để đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai gần, đảm bảo khả năng mở rộng khi tăng thêm nguồn hoặc tải Việc phát triển hệ thống phải diễn ra một cách thuận lợi, không gặp khó khăn hay yêu cầu phải thay đổi cấu trúc sơ đồ đã có.

II CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp kết nối với hệ thống có 4 đường dây và sử dụng hai máy biến áp hoạt động song song Do đó, sơ đồ thanh góp được chọn là loại có máy cắt liên lạc, cho phép hai chế độ làm việc khác nhau.

Hệ thống thanh góp bao gồm một thanh góp chính hoạt động và một thanh góp dự phòng, với các phần tử kết nối vào thanh góp chính thông qua máy cắt và dao cách ly Khi dao cách ly ở thanh góp chính đóng, dao cách ly ở thanh góp dự phòng sẽ mở, tạo ra một sơ đồ hoạt động tương ứng.

Hệ thống thanh góp không phân đoạn có 35 thanh góp, cho phép linh hoạt chuyển đổi hoạt động sang thanh góp thứ hai khi một thanh góp gặp sự cố hoặc cần sửa chữa, chỉ gây mất điện trong thời gian ngắn Một ưu điểm nổi bật của sơ đồ này là khả năng thay thế máy cắt cần sửa chữa bằng máy cắt liên lạc, cho phép tiếp tục hoạt động thông qua thanh góp thứ hai mà không làm gián đoạn hệ thống.

Trong hệ thống thanh góp, việc làm việc với cả hai thanh góp giúp phân đều mạch nguồn và tải, đảm bảo tính ổn định cho hệ thống Khi máy cắt liên lạc đóng, nó hoạt động như máy cắt phân đoạn, cho phép chuyển đổi nhanh chóng sang thanh góp còn lại trong trường hợp xảy ra sự cố, giảm thiểu thời gian gián đoạn.

Phụ tải 110kV chủ yếu là các khu nhà máy và sản xuất, do đó, phương án thiết kế sẽ tương tự như sơ đồ nối điện cấp 220kV, sử dụng sơ đồ hai hệ thống thanh góp kết hợp với máy cắt liên lạc.

Gồm 2 đường dây từ phía hạ áp của máy biến áp và 6 đường dây phụ tải chọn sơ đồ một hệ thống thanh góp có máy cắt phân đoạn

Mạch điện đơn giản có chi phí thấp, nhưng khi xảy ra sự cố hoặc cần sửa chữa một phân đoạn, toàn bộ phân đoạn đó sẽ ngừng hoạt động Việc sửa chữa máy cắt điện trên mạch nào sẽ khiến tất cả các phụ tải kết nối vào mạch đó mất điện Thời gian ngừng cung cấp điện phụ thuộc vào thời gian sửa chữa máy cắt điện.

III SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO TRẠM BIẾN ÁP

Hình 6.1 Sơ đồ nối điện cho trạm biến áp

TOÁN NGẮN MẠCH

Ngắn mạch là sự cố nghiêm trọng trong hệ thống điện, gây ra dòng điện lớn có thể làm hư hỏng thiết bị và dây dẫn Do đó, các thành phần trong hệ thống cung cấp điện cần được tính toán và lựa chọn cẩn thận, đảm bảo hoạt động hiệu quả trong điều kiện bình thường và có khả năng chịu đựng sự cố trong giới hạn cho phép.

Có hai loại ngắn mạch chính là ngắn mạch đối xứng và ngắn mạch bất đối xứng Trong thực tế, chúng ta thường chỉ xem xét ngắn mạch ba pha đối xứng để lựa chọn các thiết bị điện như máy cắt, kháng điện, cũng như các phần tử dẫn điện như dây dẫn.

2 Phương pháp tính ngắn mạch a Tính toán dòng ngắn mạch giả thiết

- Tất cả các suất điện động đều trùng pha nhau

- Suất điện động ở nguồn ở khá xa điểm ngắn mạch được coi là không đổi

Để tính toán dòng ngắn mạch, trước tiên cần xây dựng sơ đồ thay thế và tính điện kháng của các phần tử Sau đó, lựa chọn các đại lượng cơ bản như công suất cơ.

Trong thiết kế hệ thống điện, các bản và điện áp cơ bản thường được chọn với công suất cơ bản là 100MVA hoặc 1000MVA, hoặc có thể tương đương với công suất định mức của nguồn cấp Điện áp cơ bản được xác định theo từng cấp và lựa chọn dựa trên điện áp trung bình định mức của cấp đó.

 3 b Công thức tính dòng xung kích.

- Dòng ngắn mạch xung kích:

- Trị số hiệu dụng lớn nhất của dòng ngắn mạch:

I : Giá trị ban đầu của ba thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch k xk ; q : Hệ số xung kích cho trong bảng

Chỗ ngắn mạch Số k xk q Ở đầu ra máy phát thủy lực cực lồi:

- Ở đầu ra máy phát nhiệt điện:

- Tất cả các trường hợp còn lại khi không tính điện trở, tác dụng của ngắn mạch

II TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3 PHA

- Trạm biến áp đang thiết kế được nối với hệ thống bằng hai đường dây với chiều dài 35km

1 Các đại lượng tính toán trong hệ đơn vị tương đối

- Chọn các đại lượng cơ bản sau:

 Công suất cơ bản: Sc b00MVA

 Điện áp cơ bản chọn bằng điện áp trung bình định mức:

U cb  ; U cb 2 121(kV); U cb 3 10,5(kV)

2 Tính điện kháng trong hệ đơn vị tương đối

Với: x 0 0,4(/Km) và l: là chiều dài dây dẫn

3 Tính dòng điện ngắn mạch phương án 1

- Các thông số của máy biến áp tự ngẫu 3 pha

- Công suất định mức: 250 (MVA)

(MVA) Điện áp(kV) UN(%) I0

- Sơ đồ thay thế điện kháng:

- Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu:

 Điện kháng tương đương tính đến điểm ngắn mạch:

 Dòng ngắn mạch tại N1 trong đơn vị có tên:

IN1 =IN1cb.Icb220=0,7.20,01= 14kA

 Dòng điện xung kích tại N1:

IN2 =IN2cb.Icb110=0,23.38,17= 8,78 kA

IN3 =IN3cb.Icb22=0,08.439,88 = 35,2 kA

CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ PHẦN DẪN ĐIỆN

Để đảm bảo hoạt động hiệu quả trong nhà máy điện và trạm biến áp, ngoài các thiết bị chính như máy phát và máy biến áp, cần thiết phải có khí cụ điện và các thành phần dẫn điện Các khí cụ điện được phân loại dựa trên nhiệm vụ và chức năng của chúng.

1.1 Các khí cụ đóng mở

Máy cắt là thiết bị điện được sử dụng để ngắt kết nối các thành phần trong hệ thống điện, như máy phát, máy biến áp và đường dây, trong cả tình huống hoạt động bình thường và khi xảy ra sự cố.

Dao cách ly là thiết bị điện giúp tạo khoảng cách an toàn khi sửa chữa máy phát điện, máy biến áp, máy cắt và đường dây Ngoài chức năng chính, dao cách ly còn có khả năng đóng cắt mạch điện trong một số trường hợp nhất định, nhưng chỉ sau khi máy cắt đã thực hiện việc ngắt mạch điện.

Máy cắt phụ tải là thiết bị điện có khả năng đóng cắt dòng điện trong điều kiện làm việc bình thường, nhưng không thể thực hiện chức năng này trong trường hợp có dòng ngắn mạch Thiết bị này thường được sản xuất cho điện áp dưới 24kV, và với các điện áp cao hơn, hiệu quả sử dụng của nó giảm đi đáng kể, dẫn đến việc ít được chế tạo và áp dụng.

Cầu chì là thiết bị dùng để ngắt mạch điện khi xảy ra sự cố như ngắn mạch hoặc quá tải trong mạch hình tia, thường được áp dụng cho điện áp dưới 35 kV Mặc dù cầu chì có chi phí thấp và đơn giản hơn máy cắt, nhưng chúng không đảm bảo tính thuận tiện và độ an toàn như máy cắt, do đó chỉ nên sử dụng cho những mạch điện đơn giản và không quá quan trọng.

- Cầu chì tự rơi: thực chất là cầu chì nhưng có cấu tạo đặc biệt, khi cắt sẽ cắt luôn dao cách ly

- Dao cách ly tự động: thực chất là dao cách ly nhưng có thể đóng cắt tự động

1.2 Các khí cụ phục vụ đo lường tự động, bảo vệ role:

Máy biến dòng điện là thiết bị chuyển đổi dòng điện trong mạch điện có điện áp cao thành dòng điện phù hợp cho các thiết bị đo lường Chúng cũng tự động bảo vệ rơ-le và cách ly khỏi mạng cao áp, nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

- Biến điện áp: biến đổi điện áp cao về điện áp thấp tương ứng dùng cho đo lường, tự động,…

1.3 Các khí cụ hạn chế dòng ngắn mạch:

- Là kháng điện gồm có:

 Kháng điện đơn: thường đặt trên thanh góp và đường dây

 Kháng điện kép: đặt trên đường dây

Căn cứ vào cấu trúc, phần dẫn điện phân thành:

Dây dẫn là loại dây mềm có tiết diện tròn, có thể được cấu tạo từ một hoặc nhiều sợi tùy thuộc vào dòng điện Để đảm bảo an toàn, dây dẫn thường được sử dụng kết hợp với sứ treo nhằm cách điện với các phần nối đất.

Thanh dẫn là một thành phần cứng có tiết diện hình chữ nhật, hình tròn rỗng hoặc hình máng Nó có thể được sử dụng một hoặc hai thanh ghép lại để kết nối với dòng điện, nhằm cách điện với đất bằng cách sử dụng sứ đỡ.

Cáp điện lực là loại dây dẫn mềm được bọc cách điện theo điện áp định mức, cho phép lắp đặt dưới đất hoặc trong rãnh mà không cần thêm lớp cách điện.

II CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC:

Khi vận hành, các khí cụ điện và phần dẫn điện cần phải chịu được điện áp của mạng điện, dòng làm việc lớn nhất trong thời gian dài, cũng như dòng ngắn mạch chạy qua trong thời gian ngắn Do đó, việc tính toán và kiểm tra các chế độ làm việc này là rất quan trọng.

Trong chế độ làm việc lâu dài, nhiệt độ của các phần dẫn điện sẽ đạt đến mức ổn định Có ba trường hợp cần xem xét trong bối cảnh này.

 Chế độ bình thường: là khi các thiết bị đều làm việc với phụ tải lớn nhất

 Chế độ quá tải: một số khí cụ và phần dẫn điện cho phép quá tải trong thời gian nhất định đặc trưng bằng hệ số phụ tải

TOÁN KINH TẾ-KĨ THUẬT

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP I KHÁI NIỆM

Tiêu đề	Đồ Án Trạm Biến Áp
Tác giả	Nguyễn Anh Tuấn
Người hướng dẫn	Đoàn Thị Bằng
Trường học	Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Cơ - Điện - Điện Tử
Thể loại	đồ án
Năm xuất bản	2017
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	1,81 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
1. Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp – Huỳnh Nhơn	Khác
2. Nhà máy điện và trạm biến áp – Huỳnh Nhơn	Khác
3. Kỹ thuật điện cao áp – Hoàng Việt	Khác
4. Bài tập kỹ thuật điện cao áp – Hồ Văn Nhật Chương	Khác
5. Giáo trình An toàn đi ện – Phan Thị Thu Vân	Khác