Thiết kế trạm biến áp 220 -110-22KV
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (590.63 KB, 67 trang )
TOÅNG QUAN CHÖÔNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
4
LỜI CẢM ƠN
Em chân thành cảm ơn Thầy Lê Đình Lương đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp
tài liệu và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đồ án môn học này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Thầy- Trần Thanh Sơn cùng các thầy cô trong
khoa Điện-Điện tử đã giảng dạy, truyền đạt và trang bị kiến thức cho em trong suốt
thời gian em học ở Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh để
hoàn thành đồ án môn học này.
Trong quá trình làm đồ án môn học, do thời gian hạn chế nên đề tài em hoàn
thành sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong các Thầy-Cô thông cảm bỏ qua và
chỉ dẫn thêm cho em. Em xin lắng nghe và tiếp thu những ý kiến đóng góp từ Thầy-
Cô.
Người thực hiện
Trần Anh Trung
TOÅNG QUAN CHÖÔNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
5
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN trang 01
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN trang 04
CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP ĐỒ THỊ PHỤ TẢI trang 09
CHƯƠNG 3: CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN trang 15
CHƯƠNG 4: CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG trang 24
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ TỰ DÙNG trang 36
CHƯƠNG 6: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN trang 43
PHẦN PHỤ LỤC trang 67
- SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TRẠM BIẾN ÁP
- SƠ ĐỒ MẶT BẰNG TRẠM
Tài liệu tham khảo:
- Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp Tác giả: HÙYNH NHƠN
- Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp Tác giả: NGUYỄN HỮU KHẢI
- Hướng dẫn thiết kế đồ án Cung cấp điện Tác giả: PHAN THỊ THU VÂN
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
6
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
7
TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP
1.1.1 Khái niệm:
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 hạ áp giảm điện áp
xuống thấp thích hợp để cấp cho các phụ tải tiêu thụ.
1.1.2 Phân loại:
Trạm biến áp được phân loại theo điện áp, quy mô và cấu trúc xây dựng của
trạm.
a. 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.
b. 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; 110
kV, điện áp phía thứ cấp thường là 110; 66; 35; 22; 15 kV.
- Trạm biến áp phân phối hay còn gọi là trạm biến áp đòa phương: nhận điện
từ các trạm biến áp trung gian (trạm biến áp khu vực) để cung cấp trực tiếp cho các
phụ tải như xí nghiệp, khu dân cư, … qua các đường dây phân phối.
c. Theo cấu trúc xây dựng thì có hai loại sau:
- Trạm biến áp ngoài trời: Phù hợp với các trạm khu vực và trạm đòa phương
có công suất lớn.
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
8
- Trạm biến áp trong nhà: Phù hợp với các trạm đòa phương và các nhà máy
có công suất nhỏ.
1.1.3 Các thành phần chính của trạm biến áp:
- Máy biến áp trung tâm.
- Hệ thống thanh cái, dao cách ly.
- Hệ thống relay bảo vệ.
- Hệ thống nối đất, hệ thống chống sét.
- Hệ thống điện tự dùng.
- Khu vực phòng điều hành.
- Khu vực phòng phân phối.
1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHÍNH KHI THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP
1.2.1 Những vấn đề cần lưu ý khi thiết kế trạm biến áp:
- Trạm biến áp nên đặt gần các phụ tải.
- Thuận tiện giao thông để dễ dàng chuyên chở các thiết bò xây dựng trạm.
- Không nên đặt ở các trung tâm thành phố vì sẽ làm tăng chi phí đầu tư cũng
như làm mất mỹ quan đô thò.
- Nên đặt trạm ở những nơi khô ráo, tránh những khu vực ẩm ướt hoặc mực
nước ngầm cao hơn đáy móng.
- Tránh đặt trạm ở các vùng đất dễ sạt lở.
- Tránh xa các khu vực dễ cháy nổ.
Tóm lại: Việc chọn vò trí cố đònh đặt trạm biến áp là khá quan trọng vì nó
sẽ quyết đònh về chi phí, tính an toàn và thuận tiện khi vận hành.
1.2.2 Yêu cầu khi thiết kế trạm biến áp:
- Trạm biến áp cung cấp điện cho hộ tiêu thụ là phải đảm bảo đủ điện năng
với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép. Ngoài ra phải đảm bảo về mặt kinh tế,
an toàn, … một phương án được xem là hợp lý khi thỏa mãn các yêu cầu sau:
o Đảm bảo chất lượng điện năng.
o Đảm bảo độ tin cậy cao (tùy theo tính chất loại phụ tải).
o Vốn đầu tư thấp.
o An toàn cho người và thiết bò.
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
9
o Thuận tiện sửa chữa, vận hành.
o Có tính khả thi.
- Tuy nhiên những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau do đó khi thiết kế
cần kết hợp hài hòa từng yêu cầu để tạo ra phương án tối ưu.
1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP SẼ THIẾT KẾ
Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 kV có các thông số như sau:
a. Hệ thống:
Trạm biến áp được nối với hệ thống có các thông số như sau:
- Công suất hệ thống: S
HT
= 2000 MVA.
- Điện kháng hệ thống: x
HT
= 0,35
- Cung cấp điện cho trạm bằng hai đường dây dài = 35 km
b. Phụ tải khu dân cư 220 kV:
Phụ tải khu dân cư 220 kV có các thông số như sau:
- Công suất: S
max
= 80 MVA
- Hệ số công suất: cos ϕ = 0,85
- Số đường dây: 4
- Đồ thò phụ tải ở cấp 220 kV như sau:
c. Phụ tải khu nhà máy 110 kV:
S%
0
20
40
60
80
100
h
4 8
14
12
16 20 24
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
10
Phụ tải khu nhà máy 110 kV có các thông số như sau:
- Công suất: S
max
= 50 MW
- Hệ số công suất: cos ϕ = 0,80
- Số đường dây: 2
- Đồ thò phụ tải ở cấp 110 kV như sau:
d. Phụ tải khu nơng nghiệp 22 kV:
Phụ tải khu nơng nghiệp 22 kV có các thông số như sau:
- Công suất: S
max
= 30 MW
- Hệ số công suất: cos ϕ = 0,80
- Số đường dây: 4
- Đồ thò phụ tải ở cấp 22 kV như sau:
S%
0
20
40
60
80
100
h
4 8
14
12 16 20 24
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
11
e. Tự dùng của trạm biến áp:
Tự dùng của trạm có các thông số như sau:
- Công suất: S
max
= 0,5 MVA
- Hệ số công suất: cos
ϕ
= 0,80
S%
0
20
40
60
80
100
h
4 8
14
12 16 20 24
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
12
CHƯƠNG 2
TỔNG HP ĐỒ THỊ PHỤ TẢI
Tổng hợp đồ thò phụ tải là cộng hai hay nhiều đồ thò phụ tải ở các cấp điện
áp do trạm biến áp cung cấp điện. Phụ tải này bao gồm cả phần tổn hao trong
truyền tải (qua máy biến áp) và phần tự dùng phục vụ cho việc sản xuất và truyền
tải điện năng.
Tự dùng của trạm biến áp không phụ thuộc hoàn toàn vào công suất của
trạm biến áp mà chủ yếu phụ thuộc vào trạm biến áp có hay không có người trực
thường xuyên và vào hệ thống làm mát của máy biến áp (làm mát tự nhiên, quạt
gió, hệ thống bơm dầu, nước tuần hoàn cưỡng bức, …).
Để tổng hợp đồ thò phụ tải có thể dùng phương pháp vẽ tổng hợp các đồ thò
phụ tải đã cho hay thành lập bảng tổng hợp đồ thò phụ tải theo phương pháp lập
bảng cho P và Q tính S nếu cosϕ khác nhau.
2.1 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA CẤP 220 kV
Thơntg số cấp 220 kV:
S
max
= 80 (MVA) cos
ϕ
= 0.85 tg
ϕ
= 0.62
Số đường dây: 4 x 10 km U
đm
= 220 KV
S%
0
20
40
60
80
100
h
4 8
14
12
16 20 24
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
13
P = S x cos
ϕ
= 80 x 0.85 = 68 (MW) Q = P x tg
ϕ
= 68 x 0.62 = 42.16 (MVar)
- Từ thông số của cấp 220 kV ta tính được các giá trò sau:
STT Thời gian (h) S% S (MVA ) P (MW) Q (MVAR)
1
0 (h) -> 4 (h) 60 48 40.80 25.30
2
4 (h) -> 8 (h) 80 64 54.4 33.73
3
8(h) ->12(h) 80 64 54.4 33.73
4
12(h) ->14(h) 80 64 54.4 33.73
5
14(h) ->16(h) 80 64 54.4 33.73
6
16(h) ->20(h) 100 80 68 42.16
7
20(h) ->24(h) 80 64 54.4 33.73
Với S =
100
%
max i
SS ×
; P = S
i
x cos
ϕ
; Q = P
i
x tg
ϕ
2.2 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA CẤP 110 kV
Thơntg số cấp 110 kV:
S
max
= 50 (MVA) cos
ϕ
= 0.80 tg
ϕ
= 0.75
Số đường dây: 2 x 15 km U
đm
= 110 KV
P = S x cos
ϕ
= 50 x 0.80 = 40 (MW) Q = P x tg
ϕ
= 40 x 0.75 = 30 (MVar)
- Từ thông số của cấp 110 kV ta tính được các giá trò sau:
STT Thời gian (h) S% S (MVA ) P (MW) Q (MVAR)
1
0 (h) -> 4 (h) 60 30 24 18
S%
0
20
40
60
80
100
h
4 8
14
12 16 20 24
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
14
2
4 (h) -> 8 (h) 80 40 32 24
3
8(h) ->12(h) 100 50 40 30
4
12(h) ->14(h) 80 40 32 24
5
14(h) ->16(h) 80 40 32 24
6
16(h) ->20(h) 100 50 40 30
7
20(h) ->24(h) 80 40 32 24
Với S =
100
%
max i
SS ×
; P = S
i
x cos
ϕ
; Q = P
i
x tg
ϕ
2.3 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA CẤP 22 kV
Thơntg số cấp 22 kV:
S
max
= 30 (MVA) cos
ϕ
= 0.80 tg
ϕ
= 0.75
Số đường dây: 4 x 15 km U
đm
= 22 KV
P = S x cos
ϕ
= 30 x 0.80 = 24 (MW) Q = P x tg
ϕ
= 24 x 0.75 = 18 (MVar)
- Từ thông số của cấp 22 kV ta tính được các giá trò sau:
STT Thời gian (h) S% S (MVA ) P (MW) Q (MVAR)
1
0 (h) -> 4 (h) 60 18 14.4 10.8
2
4 (h) -> 8 (h) 80 24 19.2 14.4
3
8(h) ->12(h) 100 30 24 18
4
12(h) ->14(h) 100 30 24 18
5
14(h) ->16(h) 100 30 24 18
6
16(h) ->20(h) 100 30 24 18
7
20(h) ->24(h) 80 24 19.2 14.4
S%
0
20
40
60
80
100
h
4 8
14
12 16 20 24
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
15
Với S =
100
%
max i
SS ×
; P = S
i
x cos
ϕ
; Q = P
i
x tg
ϕ
2.4 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CỦA TRẠM
- Để tổng hợp đồ thò phụ tải có thể dùng phương pháp thành lập bảng tổng
hợp đồ thò phụ tải theo phương pháp lập bảng cho P và Q tính S, như sau:
- Ta được bảng thông số của trạm như sau:
Thời gian P(110
kV)
P(22k
V)
P
(MW)
Q(110
kV)
Q(22kV)
Q
(MVA
R)
S
(MVA
)
S%
0 -> 4 (h) 24 14.4 38.4 18 10.8 28.8 48 60
4 -> 8 (h) 32 19.2 51.2 24 14.4 38.4 64 80
8 ->12(h) 40 24 64 30 18 48 80 100
12->14(h) 32 24 56 24 18 42 70 87.5
14->16(h) 32 24 56 24 18 42 70 87.5
16->20(h) 40 24 64 30 18 48 80 100
20->24(h) 32 19.2 51.2 24 14.4 38.4 64 80
Với P = ∑ P
i
Q = ∑ Q
i
S = ∑ S
i
S% = %100
max
x
S
S
j
P
i
: Công suất tác dụng ở cấp điện áp thứ i (110 KV, 22 KV).
Q
i
: Công suất phản kháng ở cấp điện áp thứ i (110 KV, 22 KV).
S
i
: Công suất biểu kiến ở cấp điện áp thứ i (110 KV, 22 KV).
S
j
: Công suất biểu kiến toàn trạm ở khoảng thời gian thứ j
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
16
Thông thường, trạm biến áp còn có hệ số tự dùng. Tự dùng của trạm biến
áp không phụ thuộc hoàn toàn vào công suất của trạm biến áp mà chủ yếu phụ
thuộc vào trạm biến áp có hay không có người trực thường xuyên và phụ thuộc vào
hệ thống lạnh của máy biến áp (có quạt, có hệ thống bơm dầu, nước cưỡng bức). Vì
thế, bảng tổng hợp đồ thò phụ tải của toàn trạm biến áp như sau:
Phụ tải ở cấp điện áp (S theo từng cấp điện áp) Thứ
tự
Thời gian
U=110 KV U=22 KV Tự dùng Tổng %S
1
0 (h) -> 4 (h) 30 18 0.5 48.5 60.2
2
4 (h) -> 8 (h) 40 24 0.5 64.5 80.1
3
8(h) ->12(h) 50 30 0.5 80.5 100
4
12(h) ->14(h) 40 30 0.5 70.5 87.6
5
14(h) ->16(h) 40 30 0.5 70.5 87.6
6
16(h) ->20(h) 50 30 0.5 80.5 100
7
20(h) ->24(h) 40 24 0.5 64.5 80.1
Tổng = S
110KV
+ S
22KV
+ S
tự dùng
Với: %S =
%100
max
x
S
S
i
S
i
: Công suất biểu kiến ở thời gian thứ i.
S
max
= 80.5 (MVA).
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
17
- Từ bảng thông số trên ta xây dựng được đồ thò phụ tải của trạm như sau:
Hệ số công suất trung bình toàn trạm là:
cos
tb
ϕ
=
max2max1
2max21max1
cos*cos*
SS
SS
+
+
ϕϕ
=
80
8.0*308.0*50 +
= 0.8
Tổng công suất của toàn trạm là:
S
trạm
=
TDKVKV
SSS ++
22max110max
= 50 + 30 + 0.5 = 80.5 (MVA)
Công suất tác dụng của toàn trạm là:
P
trạm
= S
trạm
* cos
tb
ϕ
= 80.5 * 0.8 = 64.4 (MW)
Công suất của hệ thống:
P
HT
= S
HT
* cos
HT
ϕ
= 2000 * 0.8 = 1600 (MW)
Từ đó ta thấy công suất của hệ thống đủ khả năng đáp ứng yêu cầu của phụ
tải kể cả trong trường hợp phụ tải cực đại.
2.5 NHẬN XÉT
Trên đồ thò phụ tải của trạm ta thấy phụ tải tiêu thụ không đều, đồ thò không
bằng phẳng, thời gian phụ tải tiêu thụ điện năng nhiều nhất vào lúc từ 08 giờ đến
12 giờ và từ 16 giờ đến 20 giờ. Công suất tiêu thụ cực đại là 80.5 MVA và cực tiểu
là 48.5 MVA độ chênh lệch giữa hai giá trò này là tương đối cao. Do đó, khi chọn
lựa máy biến áp cần chú ý đến khả năng quá tải và tuổi thọ của máy biến áp.
8 12 16 20 24 14 4
64.5
80.5 80.5
64.5
70.5
48.5
0
60.2
80.1
100
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
18
CHƯƠNG 3
CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC
3.1 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 đònh đến toàn thiết kế. Các yêu cầu chính khi chọn sơ đồ:
o Có tính khả thi tức là có thể chọn được các thiết bò chính như máy
biến áp, máy cắt, …cũng như có khả năng thi công xây lắp vận hành.
o Đảm bảo liên hệ chặt chẽ giữa các cấp điện áp đặc biệt với hệ thống
khi bình thường cũng như cưỡng bức.
o Tổn hao qua máy biến áp bé, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải
qua hai lần biến áp không cần thiết.
o Vốn đầu tư hợp lý, chiếm diện tích càng bé càng tốt.
o Có khả năng phát triển trong tương lai gần, không cần thay thế cấu
trúc đã chọn.
- Trong thực tế rất khó đảm bảo các yêu cầu vì các điều kiện có sự mâu thuẫn
với nhau. Vì vậy trong từng trường hợp cụ thể ta chọn sơ đồ thích ứng để đảm bảo
tính kỹ thuật, kinh tế.
- 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.
3.2 CHỌN SỐ LƯNG MÁY BIẾN ÁP
Chọn số lượng máy biến áp cho cho từng cấp điện áp của trạm phải căn cứ
vào những điều kiện: độ tin cậy cung cấp điện, công suất của phụ tải cần cung cấp
và tính kinh tế.
Do đó, ta có các phương án chọn lựa số lượng máy biến áp như sau:
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
19
3.2.1 Một máy biến áp:
- Được dùng trong trường hợp phụ tải không quan trọng, trạm được cung cấp
bằng một đường dây từ hệ thống.
- Trạm biến áp khi xây dựng thường chia làm hai giai đoạn, giai đoạn đầu đặt
một máy, sau này khi phụ tải phát triển thì ta lắp đặt thêm máy thứ hai.
- Thiết kế như vậy vốn đầu tư ban đầu nhỏ, tận dụng vốn đầu tư ban đầu tốt
hơn. Tuy nhiên, tính liên tục trong cung cấp điện trong trường hợp này là không
cao.
3.2.2 Hai máy biến áp:
- Là phương án được sử dụng nhiều nhất vì tính đảm bảo liên tục cung cấp
điện cao. Phương án thường được thiết kế khi:
o Có hai đường dây cung cấp từ hệ thống.
o Khi không có một máy biến áp lớn phù hợp với phụ tải.
o Không có khả năng chuyên chở và xây lắp một máy biến áp lớn.
3.2.3 Ba máy biến áp:
- Phương án này chỉ được sử dụng khi không có hai máy biến áp phù hợp hoặc
trạm đã xây dựng mà phụ tải phát triển không có khả năng thay thế hai máy mới
phải đặt thêm máy thứ ba.
- Đặt ba máy biến áp ngay từ đầu thường ít được sử dụng vì vốn đầu tư cao,
diện tích xây lắp lớn, phức tạp, …
3.3 CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN
3.3.1 Nhận đònh chung:
Trạm biến áp sẽ thiết kế gồm cấp điện áp 220 kV (cấp hệ thống), 110 kV và
22 kV (cấp phụ tải). Trong đó cấp 110 kV là phụ tải loại 1 và 22 kV là phụ tải loại
1 và loại 3 nên không thể dùng một máy biến áp làm máy biến áp chính vì khi sự
cố sẽ mất điện hoàn toàn. Do đó ta cần dùng 2 máy biến áp làm máy biến áp
chính để đảm bảo cấp điện liên tục cho phụ tải loại 1 và cũng không thể dùng
nhiều hơn vì chi phí sẽ cao.
3.3.2 Ta xem xét một số phương án sau:
3.3.2.1 Phương án 1: Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu 220/110/22 kV.
- Phụ tải cấp điện áp 110 kV và 22 kV được lấy từ cuộn trung và cuộn hạ máy
biến áp.
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
20
- 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:
o Độ tin cậy cao.
o Đảm bảo cung cấp điện liên tục.
o Sơ đồ cấu trúc rõ ràng.
o Số lượng máy biến áp ít.
o Tổn thất điện năng bé.
o Vốn đầu tư thấp.
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
21
o Điều chỉnh điện áp dễ dàng do điện kháng cuộn cao, cuộn trung đều
nhỏ.
o Trọng lượng, kích thước bé hơn dùng máy biến áp ba cuộn dây.
- Khuyết điểm:
o Khó chọn máy biến áp có công suất phù hợp.
o 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.
o 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.
3.3.2.2 Phương án 2: Dùng 2 máy biến áp hai cuộn dây 220/110 kV và 2 máy
biến áp hai cuộn dây 110/22 kV.
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
22
- Ưu điểm:
o Độ tin cậy cao.
o Đảm bảo cung cấp điện liên tục.
o Cấu trúc rõ ràng.
o Phù hợp với những nơi vận chuyển khó khăn.
- Khuyết điểm:
o Số lượng máy biến áp nhiều.
o Giá thành cao.
o Tổn thất điẹân năng lớn vì cấp 22 kV phải qua hai lần biến áp.
3.3.2.3 Phương án 3: Dùng 2 máy biến áp hai cuộn dây 220/110 kV
2 máy biến áp hai cuộn dây 220/22 kV
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
23
- Ưu điểm:
o Độ tin cậy cao.
o Đảm bảo cung cấp điện liên tục.
o Cấu trúc rõ ràng.
o Phụ tải mỗi cấp chỉ qua một lần máy biến áp.
- Khuyết điểm:
o Số lượng máy biến áp nhiều.
o Vốn đầu tư lớn.
o Tổn thất điện năng lớn.
o Khó chọn được máy biến áp 220/22 kV.
3.3.2.4 Phương án 4: Dùng 2 máy biến áp ba cuộn dây 220/110/22 kV:
HỆ THỐNG
220 kV
110 kV
22 kV
Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc dùng 2 máy biến áp ba cuộn dây
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
24
- Ưu điểm:
o Độ tin cậy cao.
o Đảm bảo cung cấp điện liên tục.
o Sơ đồ cấu trúc rõ ràng.
o Số lượng máy biến áp ít.
o Tổn thất điện năng bé.
o Vốn đầu tư thấp.
- Khuyết điểm:
o Khó chọn máy biến áp có công suất phù hợp.
o Công suất lớn kéo theo kích thước và trọng lượng máy biến áp lớn có
thể gặp khó khăn khi vận chuyển.
3.3.3 NHẬN XÉT
- Phương án 1 và 4 đơn giản vì chỉ sử dụng hai máy biến áp nên nhìn sơ bộ sẽ
tổn hao điện năng nhỏ hơn 2 phương án còn lại, hơn nữa khi sử dụng ít máy biến áp
thì số lượng máy cắt sẽ ít và diện tích trạm sẽ nhỏ.
- Phương án 2 sử dụng bốn máy biến áp nên sẽ tốn nhiều diện tích trạm, chi
phí cao. Mặt khác, phụ tải 22 kV phải chòu tổn thất qua hai lần máy biến áp nên
hiệu suất truyền tải giảm, chi phí tăng.
- Phương án 3 ngoài việc phải sử dụng bốn máy biến áp nó còn có nhược
điểm lớn nhất là độ lệch điện áp giữa sơ cấp và thứ cấp lớn (220/22 kV) 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.
Nhận xét: trong 4 phương án trên ta chọn phương án 1 vì có nhiều ưu điểm và phù
hợp với u cầu thiết kế trạm biến áp, đáp ứng thực tế của ngành điện nước ta về
phương diện kỹ thuật cũng như các u cầu về kinh tế.
3.4 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN
Sơ đồ nối điện là một hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa các thiết bò, khí cụ
điện có nhiệm vụ nhận điện từ các nguồn điện để cung cấp phân phối cho các phụ
tải cùng một cấp điện áp.
o Nguồn điện có thể là máy phát điện, máy biến áp, đường dây cung
cấp, …
o Phụ tải có thể là máy biến áp, đường dây, …
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
25
o Mỗi nguồn hay tải gọi là một phần tử của sơ đồ nối điện.
o 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, …
Yêu cầu của sơ đồ nối điện:
- Tính đảm bảo cung cấp điện: theo yêu cầu hay sự quan trọng của phụ tải mà
mức độ đảm bảo tương ứng. Tính đảm bảo của sơ đồ 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.
- Tính linh hoạt: thể hiện sự thích ứng với các chế độ làm việc khác nhau.
Ví dụ: khi phải ngừng một phần tử nguồn hay tải (chế độ làm việc cưỡng bức).
- Tính phát triển: sơ đồ nối điện phải đáp ứng không những ở hiện tại mà cả
trong tương lai gần khi tăng thêm nguồn hay tải. Khi phát triển không gặp khó khăn
hay phải phá bỏ thay đổi cấu trúc sơ đồ hiện hữu.
- Tính kinh tế: thể hiện ở vốn đầu tư ban đầu và các chi phí hằng năm. Tính
kinh tế của sơ đồ được quyết đònh bởi hình thức thanh góp, khí cụ và số lượng thiết
bò dùng cho sơ đồ.
Ví dụ: tổn thất điện năng qua máy biến áp.
- Tính hiện đại: cần quan tâm đến tính hiện đại của sơ đồ cũng như xu thế
chung, đặc biệt sự tiến bộ trong chế tạo, cấu trúc của các khí cụ điện như máy cắt
điện.
- Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản:
o Sơ đồ hệ thống một thanh góp.
o Sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn.
o Sơ đồ hệ thống một thanh góp có thanh góp vòng.
o Sơ đồ hệ thống hai thanh góp.
o Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có phân đoạn.
o Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng.
o Sơ đồ đa giác.
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
26
220 KV
22 KV
0,4 KV
110 KV
Máy biến áp
tự dùng
HỆ THỐNG
Máy cắt hợp bộ
Dao cách li hợp bộ
Dao cách li
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
27
CHƯƠNG 4
CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT
TRONG MÁY BIẾN ÁP
4.1 KHÁI NIỆM CHUNG
- Máy biến áp là thiết bò 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 110, 220, 500 kV,… thường qua máy biến áp tăng áp
lên điện áp tương ứng.
- Ở cuối đường dây cao áp lại cần máy biến áp giảm về điện áp thích hợp với
mạng phân phối, ví dụ 22, 15, 0,4 kV, …
- 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 các máy phát điện.
- Mặc dù hiệu suất của các máy biến áp tương đối cao nhưng tổn thất qua máy
biến áp hằng năm vẫn rất lớn.
4.1.1 Khi sử dụng máy biến áp cần lưu ý các đặc điểm sau đây:
- Máy biến áp là thiết bò 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.
- Máy biến áp thường chế tạo thành một khối tại nhà máy, phần có thể tháo
rời ra trong khi chuyên chở chiếm tỉ lệ rất nhỏ (khoảng 10%), cho nên trọng lượng,
kích thước chuyên chở rất lớn. Vì vậy khi thiết kế cần chú ý đến 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. Do đó, 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.
TỔNG QUAN CHƯƠNG 1
SVTH: TRẦN ANH TRUNG
GVHD:
LÊ ĐÌNH LƯƠNG
28
- 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 mát.
- Công suất đònh mức của máy biến áp được chế tạo theo thang tiêu chuẩn của
mỗi nước, thường cách nhau lớn, nhất là khi công suất càng lớn. Điều này đưa đến
nếu tính toán không chính xác có thể phải chọn máy biến áp lớn không cần thiết.
- Khi chọn công suất của máy biến áp phải chú ý đến khả năng phát triển phụ
tải, tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến áp lại phải thay đổi hay đặt
thêm máy biến áp vì phụ tải tăng. Điều này cần cân nhắc rất khoa học và thực tế
mới có thể chọn công suất tối ưu thỏa mãn tất cả các điều kiện đã nêu trên.
- Máy biến áp hiện nay có nhiều loại:
o Máy biến áp một pha, ba pha.
o Máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây.
o Máy biến áp có cuộn dây phân chia.
o Máy biến áp tự ngẫu một pha, ba pha.
o Máy biến áp tăng áp, hạ áp.
o Máy biến áp có và không có điều áp dưới tải.
- Máy biến áp lại do nhiều nước chế tạo theo tiêu chuẩn khác nhau, điều kiện
làm việc cũng có thể khác nhau khi thiết kế cũng cần chú ý khía cạnh này.
4.1.2 Hệ thống làm mát máy biến áp:
- Có nhiều phương pháp, mỗi phương pháp làm mát yêu cầu điều kiện vận
hành nhất đònh, khi không thực hiện đúng quy đònh có thể làm tăng nhiệt độ máy
biến áp đưa đến giảm tuổi thọ, thậm chí đưa đến cháy máy biến áp. Làm mát máy
biến áp có các phương pháp sau:
o Làm mát máy biến áp theo quy luật tự nhiên.
o Làm mát máy biến áp bằng dầu có thêm quạt để tăng cường khả năng
trao đổi nhiệt và tản nhiệt.
o Làm mát bằng phương pháp tuần hoàn cưỡng bức dầu và có tăng
thêm quạt.
o Làm mát dầu bằng nước.
