luận văn kỹ thuật điện, điện tử thiết kế trạm biến áp 220kv - 100kv - 22 kv

HUTECH

TRANG 1







PHAÀN I:


THIEÁT KEÁ
PHAÀN ÑIEÄN

HUTECH

TRANG 2
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

I. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ TRẠM BIẾN ÁP:


Trong thời đại ngày nay, sản xuất và truyền tải điện là một trong những ngành then
chốt trong quốc phòng và nền kinh tế. Do xác đònh được vò trí và tầm quan trọng của
ngành điện trong nền kinh tế quốc dân, từ nhiều năm nay mặc dù có những khó khăn về
nhiều mặt, nhưng Đảng và Nhà nước ta đã dành sự quan tâm to lớn cho việc đầu tư và
phát triển nguồn điện từ Trung ương đến đòa phương. Đặc biệt hơn một thập kỷ qua,
ngành điện được coi là hướng ưu tiên phát triển hàng đầu. Bởi nó là nguồn động lực để
vận hành toàn bộ nền kinh tế và đáp nhu cầu về công nghiệp, về dân sinh ngày càng cao
của mọi tầng lớp nhân dân. Trong sự nghiệp công nghiệp hóa_hiện đại hóa đất nước, vai
trò của ngành điện lại càng được quan tâm và chú trọng nhiều hơn.
Nhà máy điện là các cơ sở công nghiệp đặc biệt, làm nhiệm vụ sản xuất điện từ
các dạng năng lượng khác như: nhiệt năng, hóa năng, quang năng, thủy năng, năng lượng
nguyên tử, nhiệt…
Năng lượng phát ra từ các Nhà máy điện được truyền tải bởi các thiết bò truyền tải
năng lượng như: Máy biến áp tăng và hạ áp, các đường dây trên không và cáp ngầm đến
các khu công nghiệp, thành phố, nông thôn và hộ tiêu thụ.
Trạm biến áp được dùng rất rộng rãi trong các hệ thống điện, làm nhiệm vụ truyền
tải điện năng từ lưới điện có điện áp U
1

sang lưới điện có điện áp U
2
, phục vụ cho việc
truyền tải và phân phối điện năng. Thường điện năng từ Nhà máy điện sang các hộ tiêu
thụ phải qua ba đến bốn lần biến áp. Do đó công suất tổng của các Trạm biến áp cũng
phải lớn hơn công suất tổng của các máy phát trong Nhà máy điện của hệ thống điện
khoảng ba đến bốn lần.
Khi thiết kế một Trạm biến áp, ta luôn quan tâm đến việc chọn công suất của máy
biến áp cho phù hợp với phụ tải cần cung cấp và yêu cầu của các ngành chức năng đề ra.
Vì vậy chúng ta cần phải xem xét đến nhiều mặt và tiến hành tính toán để so sánh
về kỹ thuật và kinh tế giữa các phương án đã đề ra nhằm chọn ra một phương án tối ưu
nhất cho việc thiết kế Trạm biến áp. Trong thiết kế và vận hành mạng điện ta thường gặp
hai loại Trạm: Trạm phân phối điện và Trạm biến áp.
Trạm biến áp dùng để biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác để phục
vụ nhu cầu đời sống. Ngoài ra, Trạm biến áp còn có nhiệm vụ làm giảm tổn thất điện
năng trên đường dây truyền tải. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện.





HUTECH

TRANG 3
II. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MỘT TRẠM BIẾN ÁP:

Trạm biến áp được dùng trong hệ thống điện để chuyển đổi điện áp từ cấp điện áp
U
1
sang cấp điện áp U

2
để phục vụ cho việc truyền tải điện năng đi xa và cung cấp điện
cho các hộ tiêu thụ.
1) Theo nhiệm vụ, người ta phân Trạm biến áp thành hai loại:

_ Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là Trạm biến áp chính: trạm này nhận điện
từ hệ thống điện có điện áp từ 35÷220kV biến đổi thành cấp điện áp 10kV hay 6kV, có
khi xuống 0,4kV.
_ Trạm biến áp phân xưởng: trạm này nhận điện từ Trạm biến áp trung gian biến
đổi thành các cấp điện áp thích hợp phục vụ cho phụ tải phân xưởng, phía sơ cấp thường
là 10kV, 6kV hoặc 15kV hoặc 35kV, còn phía thứ cấp có các loại điện áp 220/127V,
380/220V, hoặc 660V.
2) Về phương diện cấu trúc, người ta chia ra thành hai loại là Trạm ngoài trời và
Trạm trong nhà:
_ Trạm ngoài trời: Ở trạm này, các thiết bò ở phía điện áp cao đều được đặt ở ngoài
trời, còn phần phân phối điện áp thấp thì được đặt trong nhà hoặc trong các tủ sắt chế tạo
sẵn chuyên dùng để phân phối phần hạ thế. Xây dựng Trạm ngoài trời sẽ tiết kiệm được
kinh phí xây dựng hơn so với Trạm được xây dựng trong nhà.
_ Trạm biến áp trong nhà: Ở Trạm này, thì tất cả các thiết bò điện đều được đặt
trong nhà. Có thể tránh được những xâm hại, ăn mòn hay phá hủy các thiết bò điện từ môi
trường bên ngoài như: mưa, sương…
_ Ngày nay còn có Trạm biến áp dạng Gis: là Trạm biến áp có các thiết(máy cắt,
dao cách ly, BU, BI, CB… ) bò nằm trong một khối, bên trong có khí SF
6
để dập tắt hồ
quang… Ưu điểm của loại Trạm này có thể được đặt trong nhà hay ngoài trời, tuy nhiên
nó thường có công suất nhỏ, thường được xây dựng ở các trung tâm đô thò chiếm ít diện
tích xây dựng.
3) Về điện áp, người ta chia Trạm biến áp thành các loại:

_ Trạm biến áp tăng áp truyền điện năng từ Nhà máy điện có điện áp thấp lên lưới
điện có điện áp cao để truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ ở xa Nhà máy điện.
_ Trạm biến áp giảm áp làm nhiệm vụ nhận điện áp từ lưới có điện áp cao sang
lưới điện áp thấp để phục vụ cho việc phân phối và tiêu thụ điện năng.
_ Trạm biến áp trung gian hay Trạm biến áp khu vực thường có điện áp sơ cấp
lớn(500kV, 220kV, 110kV) để liên lạc với các phụ tải có điện áp khác nhau(220, 110, 22,
15kV) của các Trạm biến áp phân phối.
_ Trạm biến áp phân phối hay Trạm biến áp đòa phương có nhiệm vụ phân phối
trực tiếp cho các hộ tiêu thụ, thường có điện áp thứ cấp nhỏ(10; 6; 0,4;kV).
Tại các Trạm biến áp còn có các thiết bò phân phối như: thiết bò đóng cắt, điều
khiển, bảo vệ Rơle, đo lường… để làm nhiệm vụ truyền tải và bảo vệ cho Trạm. Các
thiết bò phân phối được chia làm 2 loại: thiết bò phân phối cao áp và hạ áp.


HUTECH

TRANG 4
ỈCác yêu cầu khi thiết kế Trạm biến áp:
Số lượng và công suất của máy biến áp được xác đònh theo các tiêu chuẩn kinh tế và
kỹ thuật như sau:
_ An toàn, liên tục cung cấp điện:.
_ Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới.
_ Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng.
_ Phòng nổ, cháy, bụi bặm, khí ăn mòn.
_ Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ.
_ Dung lượng của máy biến áp trong trạm nên đồng nhất, ít chủng loại để giảm số
lượng và dung lượng máy biến áp dự phòng.
_ Sơ đồ nối dây của trạm nên đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải sau
này.
Tất cả các yêu cầu trên đều phải được nghiên cứu, xem xét nghiêm túc, nhưng còn

tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ, khả năng đầu tư cơ bản và điều kiện đất đai để chọn
thứ tự ưu tiên cho thỏa đáng. Chú ý rằng các Trạm biến áp công suất lớn nên đặt gần
trung tâm phụ tải. Máy biến áp có tỷ số biến đổi nhỏ nên đặt gần nguồn điện và ngược
lại. Vò trí của máy biến áp trung gian nen chọn gần trung tâm phụ tải. Song cần chú ý
rằng đường dây dẫn đến trạm thường có cấp điện áp 110/220kV đường dây đó chiếm một
dải đất rộng mà trên đó không được xây dựng công trình khác.
ỈCấu tạo của Trạm biến áp gồm những phần chính sau:

1_ Máy biến áp chính.
2_ Hệ thống bảo vệ cho trạm và đường dây.
3_ Hệ thống đo lường tín hiệu.
4_ Hệ thống chống sét.
5_ Khu vực nhà điều hành trạm.

III. GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP ĐƯC GIAO THIẾT KẾ:


Trạm biến áp được giao thiết kế là Trạm biến áp 220/110/22kV với số liệu ban đầu
như sau:
Nguồn cung cấp 220kV, Trạm có hai đường dây đến, phụ tải của các cấp điện áp
bao gồm:
a) Hệ thống 220kV
:
Nguồn cung cấp: P
max
=3500 MW; cosφ=0,8; số đường dây là 2; dài 120Km; X
Ị
=0,18.
b) Phụ tải cấp 110kV
:

Là một khu công nghiệp có: P
max
=40 MW; cosφ=0,78; số đường dây là 6(Hình a).
c) Phụ tải cấp 22kV
:
Là một khu dân cư có: P
max
=20 MW; cosφ=0,75; số đường dây là 4(Hình b).
d) Phần tự dùng
:
Bản thân Trạm cũng cần tiêu thụ một lượng điện năng cho việc vận hành, chiếu sáng và
sinh hoạt… Nên phần điện này gọi là điện tự dùng của Trạm. Cấp điện áp cho phần tự
dùng là cấp điện áp 0,4kV và P
max
=0,4 MW
HUTECH

TRANG 5


a) b)
Đồ thò phụ tải ở các cấp điện áp

HUTECH

TRANG 6
CHƯƠNG 2

TỔNG HP ĐỒ THỊ PHỤ TẢI

I. ĐẶT VẤN ĐỀ:

Đặc điểm của hệ thống điện là chuyển tải tức thời điện năng từ nguồn đến hộ tiêu
thụ và không có khả năng tích trữ lại điện năng với công suất lớn. Đặc điểm này cho thấy
quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng xảy ra đồng thời.
Tại từng thời điểm của chế độ xác lập của hệ thống, các Nhà máy điện phải phát
ra công suất đúng bằng công suất tiêu thụ của các phụ tải điện. Trong đó, kể cả tổn thất
công suất trong mạng điện, nghóa là đảm bảo sự cân bằng công suất phát ra và công suất
tiêu thụ kể cả công suất phản kháng.
Việc xác đònh công suất cần thiết của hệ thống được tiến hành theo tổng công suất
cực đại của các hộ tiêu thụ. Đồ thò phụ tải tác dụng tổng, đối với hệ thống điện thường
được xây dựng trên cơ sở số liệu thống kê, nghóa là trên cơ sở đồ thò phụ tải thực tế hàng
ngày tương tự trước đó trong tuần, tin tức về lượng tăng phụ tải hàng tuần và dự báo khí
tượng. Mức độ chính xác của việc xác đònh giá trò phụ tải tác dụng cực đại trên đồ thò
ngày, chủ yếu phụ thuộc vào kinh nghiệm của các chuyên gia.
ỊMặc dù đảm bảo sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ
thống điện nhưng vẫn xảy ra sự phá vỡ cân bằng công suất do những nguyên nhân
sau:
_ Cắt máy phát điện bò sự cố.
_ Công suất tiêu thụ tăng đột ngột.
_ Cắt đường dây liên lạc hay máy biến áp liên lạc bò sự cố.
ỊKhi cân bằng công suất phản kháng phải quan tâm đến bốn chế độ đặc trưng
của hệ thống là:
_ Chế độ phụ tải phản kháng cực đại(khi các hộ tiêu thụ dùng nhiều công suất
phản kháng nhất).
_ Chế độ phụ tải tác dụng cực đại, liên quan đến các máy phát nhận tải với công
suất tác dụng lớn nhất và công suất phản kháng nhỏ nhất.
_ Chế độ phụ tải tác dụng cực tiểu, liên quan đến việc cắt bớt máy phát điện và
khả năng phát công suất phản kháng giảm.
_ Chế độ sau sự cố và sữa chữa liên quan đến việc hạn chế lớn nhất công suất
phản kháng truyền tải trong mạng.

Sự thiếu hụt công suất tác dụng và công suất phản kháng đều có ảnh hưởng xấu đến
chất lượng và yêu cầu của trạm. Vì vậy việc cân bằng công suất là cần thiết để đảm bảo
nhu cầu cung cấp điện và chất lượng điện.



HUTECH

TRANG 7
II. PHÂN LOẠI ĐỒ THỊ PHỤ TẢI:

Phụ tải điện là những thiết bò tiêu thụ điện năng. Khi thiết kế thường dựa vào đồ thò
phụ tải hàng ngày, vận hành 2 hệ số công suất của phụ tải, vì nó phản ánh được mức độ
tiêu thụ điện năng ở các khoảng thời gian khác nhau. Dựa vào đồ thò phụ tải ở các cấp
điện áp mà xây dựng đồ thò phụ tải tổng của toàn trạm, ngoài phần phụ tải của hộ tiêu
thụ ở các cấp điện áp, phụ tải phát về hệ thống, còn có phụ tải tự dùng của trạm.
ỊTùy theo tính chất quan trọng mà người ta chia làm 3 loại phụ tải điện:
1) Phụ tải loại 1
: là những phụ tải rất quan trọng, vì nếu mất điện sẽ ảnh hưởng
đến quốc phòng, an ninh và chính trò. Vì vậy phụ tải loại 1 không được phép mất
điện và luôn luôn có ít nhất là 2 nguồn ung cấp trở lên.
2) Phụ tải loại 2
: là những phụ tải mà nếu nhưng cung cấp điện sẽ gây thiệt hại về
kinh tế, sản xuất và lãng phí sức lao động nhưng không nghiêm trọng như phụ tải
loại 1. Vì vậy nó cho phép mất điện trong một thời gian ngắn.
3) Phụ tải loại 3
: là những trường hợp còn lại, cho phép mất điện trong một thời
gian để sửa chữa các thiết bò khi có sự cố…

III. ĐỒ THỊ PHỤ TẢI VÀ BẢNG THỐNG KÊ PHỤ TẢI:

1) Khái niệm chung:

Đồ thò phụ tải là một hàm biểu diễn mối quan hệ của các phụ tải theo thời gian,
thường có các phụ tải biểu diễn bằng các đại lượng S, P, Q, I, U… Căn cứ vào từng
trường hợp mà ta có đồ thò phụ tải: ngày, tháng, năm, mùa…
Mục đích của việc lập Đồ thò phụ tải: Để thuận lợi trong công tác vận hành và điều
độ, để biết được sản lượng điện tiêu thụ trong từng giai đoạn. Ở cấp nào ta có đồ thò phụ
tải ở cấp đó và từ đây ta có thể dự báo phụ tải trong tương lai.
2) Đồ thò phụ tải và bảng thống kê:

Ở đây ta vẽ đồ thò phụ tải thay đổi trong một ngày đêm:
a)Cấp điện áp 220kV:

ÙSố liệu:

Nguồn cung cấp:
+ P
max
= 3500(MW)
+ cosφ = 0,8 Ỉ tgφ = 0,75
+ Q = P.tgφ = 2625 (Mvar),
)(4375
22
MVAQPS =+=

b)Cấp điện áp 110kV:

ÙSố liệu:

Khu công nghiệp:
+ P
max
= 40(MW)
+ cosφ = 0,78 Ỉ tgφ = 0,8



HUTECH

TRANG 8



ÙĐồ thò phụ tải:




Ù
Bảng phân bố công suất theo thời gian:

Từ… đến
Cosφ
P (MW) Q (Mvar) S (MVA)
0 ÷ 6 0,78 16 12,8 20,51
6 ÷ 14 0,78 40 32 51,28
14 ÷ 24 0,78 32 25,6 41,03

HUTECH

TRANG 9
c)Cấp điện áp 22kV:
ÙSố liệu:

Khu dân cư:
+ P
max
= 20(MW)
+ cosφ = 0,75 Ỉ tgφ = 0,9

ÙĐồ thò phụ tải:

Ù
Bảng phân bố công suất theo thời gian:

Từ… đến
Cosφ
P (MW) Q (Mvar) S (MVA)
0 ÷ 4 0,75 8 7,2 10,67
4 ÷ 10 0,75 12 10,8 16
10 ÷ 14 0,75 20 18 26,67
14 ÷ 24 0,75 16 14,4 21,33

d)Phần tự dùng trong Trạm biến áp:

+ S
TD
= 0,4(MVA)
+ cosφ = 0,8 Ỉ tgφ = 0,75
+ P
TD
= S
TD
.cosφ = 0,32(MW)
+ Q
TD
= P
TD
.tgφ = 0,24(Mvar)

HUTECH

TRANG 10
ỈTổng hợp đồ thò phụ tải:
Tổng hợp đồ thò phụ tải là cộng hai hay nhiều đồ thò phụ tải ở các cấp điện áp khác
nhau trong Trạm biến áp. Đồ thò phụ tải thường được vẽ theo công suất biểu kiến
S(MVA) để có được độ chính xác hơn, vì hệ số công suất của phụ tải ở các cấp điện áp
thường khác nhau. Ta có phụ tải tổng của Trạm cần thiết kế là tổng phụ tải của các cấp
điện áp (110kV, 22kV) và phần tự dùng cung cấp cho nhu cầu sinh hoạt và điều hành của
Trạm.
_ Phương trình cân bằng công suất:
S
Σ
= S
110
+ S
22
+ S
TD

S
HT
= S
220
= S

Σ

_ Trong đó:
S
Σ
: công suất tổng của trạm biến áp
S
HT
: công suất của hệ thống
S
220
: công suất của phụ tải cấp điện áp 220kV
S
110
: công suất của phụ tải cấp điện áp 110kV
S
22
: công suất của phụ tải cấp điện áp 22kV
S
TD
: công suất tự dùng trong trạm biến áp có cấp điện áp 0,4kV

ÙBẢNG PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỔNG THEO THỜI GIAN

Phụ tải ở các cấp điện áp (MVA)
Từ… đến
110 kV 22 kV 0,4 kV S
Σ
S%
0 ÷ 4 20,51 10,67 0,4 31,58 40,31

4 ÷ 6 20,51 16 0,4 36,91 47,11
6 ÷ 8 51,28 16 0,4 67,68 86,38
8 ÷ 10 51,28 16 0,4 67,68 86,38
10 ÷ 12 51,28 26,67 0,4 78,35 100
12 ÷ 14 51,28 26,67 0,4 78,35 100
14 ÷ 24 41,03 21,33 0,4 26,76 34,15











HUTECH

TRANG 11




ÙÑOÀ THÒ PHUÏ TAÛI TOÅNG

HUTECH

TRANG 12
CHƯƠNG 3

CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TRẠM
BIẾN ÁP


I. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA TRẠM BIẾN ÁP:

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. Với các Trạm biến áp tiêu thụ cũng có thể có máy phát dự phòng để cung cấp điện
cho các phụ tải khi có sự cố trong hệ thống, trong trường hợp này các máy phát dự phòng
được xem là nguồn. Do đó hệ thống luôn được xem là thành phần quan trọng, cấu trúc
của Trạm biến áp phải luôn luôn được giữ liên lạc chặt chẽ.
Khi thiết kế Trạm biến áp, chọn sơ đồ cấu trúc là phần quan trọng có ảnh hưởng
quyết đònh đến toàn bộ 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 bò chính như: máy biến áp, máy cắt
điện… cũng như có khả năng thi công, xây lắp và vận hành.
2.Đảm bảo liên hệ chặt chẽ giữa các cấp điện áp đặc biệt với hệ thống khi bình
thường cũng như cưỡng bức(có một phần tử không làm việc được).
3.Tổn hao qua máy biến áp bé, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua 2 lần biến
áp không cần thiết.
4.Vốn đầu tư hợp lý, chiếm diện tích càng bé càng tốt.
5.Có khả năng phát triển trong tương lai gần, không cần thay cấu trúc đã chọn.

II. SỐ LƯNG MÁY BIẾN ÁP:


Số lượng máy biến áp ta có thể chọn 1, 2, 3… máy biến áp theo các trường hợp
sau:
a. Một máy biến áp được dùng trong trường hợp:

- Phụ tải thuộc loại không quan trọng. Trạm thường được cung cấp bằng một đường
dây từ hệ thống đến.
- Trạm biến áp xây thường 2 giai đoạn, giai đoạn đầu đặt một máy, khi phụ tải phát
triển (trong 2, 3 năm sau) sẽ đặt thêm máy biến áp thứ hai. Thiết kế như vậy có ưu
điểm không phải đặt hai máy ngay từ đầu nếu chọn công suất máy biến áp theo

phụ tải sau khi phát triển, giai đoạn đầu máy biến áp làm việc non tải, tổn hao
không tải lớn hơn. Còn nếu chọn công suất theo phụ tải hiện tại, khi phát triển phải
HUTECH

TRANG 13
thay máy biến áp lớn hơn. Trường hợp này cho phép giai đoạn đầu vận hành một
máy biến áp thường ít có khả năng sự cố máy biến áp, do máy biến áp còn mới,
tuổi thọ còn cao. Hơn nữa thiết kế như vậy vốn đầu tư ban đầu nhỏ, tận dụng vốn
đầu tư tốt hơn.
b. Hai máy biến áp
: là phương án thường được sử dụng nhất vì tính đảm bảo cao.
Phương án này được thiết kế khi:
- Có hai đường dây cung cấp từ hệ thống.
- Khi không có máy biến áp lớn phù hợp với phụ tải.
- Không có khả năng chuyên chở và xây lắp máy biến áp lớn hơn.
c. Ba máy biến áp chỉ sử dụng trong trường hợp đặc biệt:

- Khi không có hai máy biến áp phù hợp.
- Trạm biến áp đã xây dựng, khi phát triển phụ tải không có khả năng thay 2 máy
mới phải đặt thêm máy thứ ba.
Đặt 3 máy biến áp thường đưa đến tăng vốn đầu tư, tăng diện tích xây dựng, phức
tạp xây lắp.
Từ việc phân tích số lượng máy biến áp và tính chất quan trọng của Trạm ta có kết
luận như sau: Trạm biến áp được thiết kế có 2 đường dây được cung cấp từ hệ thống
xuống, ngoài ra các cấp điện áp 110kV và 22kV đều có các phụ tải loại 1 quan trọng nên
để đảm bảo cho việc cung cấp điện được liên tục ta chọn 2 máy biến áp vận hành song
song.

III. CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP:

Trạm biến áp là một công trình nhận điện bằng 1 hay 2 nguồn cung cấp với điện áp
cao để phân phối cho các phụ tải ở các cấp điện áp bằng hoặc bé hơn điện áp hệ thống.
Phần công suất được phân phối ở điện áp bằng điện áp hệ thống không qua máy biến áp
hạ, phần còn lại qua máy biến áp giảm có điện áp phù hợp với phụ tải.
1) Các phương án thiết kế:

Một Trạm biến áp có thể có nhiều phương án cấu trúc khác nhau, để chọn phương
án tối ưu cho cần cân nhắc các khía cạnh sau đây:
_ Số lượng máy biến áp.
_ Tổng công suất máy biến áp
∑
Bdm
S
.

_ Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp
∑
B
V

_ Tổn hao điện năng tổng qua các máy biến áp
∑
Δ
B
A

HUTECH

TRANG 14
Phụ thuộc vào các cấp điện áp, vào công suất của phụ tải có thể sử dụng 1
trong 3 phương án sau:
a) Phương án 1:

Hệ thống điện qua máy biến áp 2 cuộn dây giảm dần từ điện áp cao xuống điện áp
thấp:
ÙSơ đồ:



ÙPhương án này được sử dụng khi:
_ Phụ tải ở các cấp điện áp thấp bé hơn phụ tải ở cấp điện áp cao
(S
T
>S
H
)
_ Không có máy biến áp 3 cuộn dây thích hợp. Máy biến áp 3 cuộn dây chỉ chế tạo
thích hợp với điện áp thấp hoặc lớn hơn 6kV, 10kV, 22kV…
ÙPhương án này có nhược điểm là máy biến áp cấp một(điện áp lớn nhất) phải tải cả
công suất ở các cấp nối tiếp, do đó phải chọn công suất lớn, tổn hao có thể lớn vì vậy
không nên sử dụng khi phụ tải S
H

≥ S
T














HUTECH

TRANG 15
b) Phương án 2:
Dùng máy biến áp 3 cuộn dây để chuyển từ cấp điện áp 220kV sang cấp điện áp
110kV và 22kV khi các cấp điện áp: U
C
=110kV; U
T
= 22kV; 35kV; U
H
≥6kV.
ÙSơ đồ:

ÙƯu điểm của phương án này:
_ Số lượng máy biến áp chỉ có 2 máy, chiếm ít diện tích xây lắp.
_ Giá thành thấp.
_ Tổn hao trong máy biến áp có thể nhỏ hơn các phương án 1, 4 vì không phải qua
2 lần biến áp.
ÙNhược điểm của phương án này:
_ Không phải trường hợp nào cũng có máy biến áp phù hợp, máy biến áp 3 cuộn
dây chỉ chế tạo với điện áp U
H
≥ 6kV.
_ Sử dụng máy biến áp 3 cuộn dây có thể tổn hao lớn hơn khi dùng máy biến áp từ
ngẫu và giá thành có thể cao hơn.














HUTECH

TRANG 16
c)Phương án 3:
Dùng máy biến áp từ ngẫu để chuyển từ cấp điện áp 220kV sang cấp điện áp
110kV và 22kV khi các cấp điện áp U
C
≥220 kV; U
T
≥110 kV; U
H
=10, 22, 35, 110kV.
ÙSơ đồ:



ÙƯu điểm của phương án này:
_ Số lượng máy biến áp chỉ có 2 máy, chiếm ít diện tích xây lắp.
_ Giá thành thấp.
Tổn hao trong máy biến áp có thể nhỏ hơn các phương án 1, 4 vì không phải qua 2
lần biến áp.
ÙTuy nhiên không phải trường hợp nào cũng khả thi vì:
_ Máy biến áp 3 cuộn dây chỉ chế tạo với điện áp U
H
≥6kV.
_ Máy biến áp từ ngẫu chỉ chế tạo với điện áp U
T
≥110kV, cho nên khi U
T
≥110kV
chỉ dùng MBA từ ngẫu.
_ Khi công suất lớn kích thước và trọng lượng MBA lớn có thể không cho phép khi

chuyên chở và xây lắp.
Khi công suất của các cuộn chênh lệch quá nhiều. Vì MBA chỉ chế tạo công suất
bé nhất cũng bằng 2/3 công suất đònh mức (100/100/66,7; 100/66,7/66,7; 100/66,7/100)
điều này dẫn đến cuộn công suất bé sẽ non tải.
Chú ý: Khi không bắt buộc không nên sử dụng ≥3 máy biến áp 3 cuộn dây hay từ ngẫu,
vì như vậy sẽ dẫn đến không tốt khi bố trí thiết bò phân phối điện.








HUTECH

TRANG 17
d) Phương án 4:
Dùng MBA 2 cuộn dây để tải công suất từ điện áp cao sang trung, rồi sau đó dùng
thêm 1 máy biến áp 2 cuộn dây nữa để tải công suất từ điện áp cao sang điện áp hạ.
ÙSơ đồ:

ÙPhương án này được sử dụng :
_ Khi phụ tải ở các cấp điện áp thấp bé hơn phụ tải ở cấp điện áp cao (U
T
> U
H
)
_ Khi không có máy biến áp 3 cuộn dây thích hợp. Máy biến áp 3 cuộn dây chỉ chế
tạo với điện áp thấp bằng hoặc lớn hơn 6kV, 10kV, 22kV…

ÙPhương án này có nhược điểm:
_ Tăng số lượng MBA dẫn đến chiếm nhiều diện tích.
_ Tách Trạm biến áp thành hai phần riêng biệt (hai Trạm biến áp đặt chung trong
một nơi). Tuy nhiên phương án này sử dụng khi phụ tải ở U
T
và U
H
chênh lệch
nhiều mà không thể dùng phương án 1, 2 và 3. Ví dụ khi điện áp cao là 22kV,
điện áp của phụ tải là 6(15kV) và 0,4kV… .
Nói chung phương án này có nhiều hạn chế và ít được sử dụng.
2) Chọn phương án thiết kế:

Trong 4 phương án trên, ta thấy phương án nào cũng có ưu và khuyết điểm riêng.
Tuy nhiên, qua các yêu cầu nêu trên ta thấy phương án 1 và phương án 3 là 2 phương án
khả thi hơn. Tuy nó có một số khuyết điểm như: kích thước và trọng lượng của máy biến
áp lớn gây trở ngại trong việc vận chuyển và lắp đặt… nhưng những khuyết điểm đó có
thể khắc phục được. Bên cạnh đó nó có những ưu điểm: số lượng máy biến áp sử dụng ít
hơn, tổn hao ít và phù hợp với công suất của Trạm biến áp cần được thiết kế… Vì vậy ta
chọn phương án 1 và phương án 3 làm 2 phương án để thiết kế Trạm. Ta tạm gọi :
Phương án 1 là phương án A
Phương án 3 là phương án B





HUTECH

TRANG 18

CHƯƠNG 4

CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP VÀ
TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY
BIẾN ÁP


I. GIỚI THIỆU:
Máy biến áp là một thiết bò rất quan trọng. Trong hệ thống điện, tổng công suất các
máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện. Vì
vậy vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều. Người ta mong muốn chọn số lượng máy
biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.
Chọn máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn loại, số lượng, công suất
đònh mức và hệ số biến áp. Công suất đònh mức của máy biến áp là công suất liên tục
truyền qua máy biến áp với điều kiện làm việc đònh mức (điện áp, tần số và nhiệt độ môi
trường làm mát đònh mức) trong suốt thời hạn làm việc của nó. Người ta quy đònh thời
gian làm việc tiêu chuẩn khoảng gần bằng thời gian già hóa tiêu chuẩn. Thời gian làm
việc thực tế của máy biến áp được xác đònh bởi quá trình già hóa cách điện cuộn dây.
Nói khác đi nó phụ thuộc vào nhiệt độ của cuộn dây. Đối với giấy cách điện tẩm dầu,
thời gian làm việc đònh mức được bảo đảm khi làm việc với nhiệt độ không thay đổi
98
o
C. Trong điều kiện như vậy, cách điện của máy biến áp chòu sự hao mòn đònh mức.
Độ tăng nhiệt độ của cuộn dây máy biến áp so với nhiệt độ không khí xung quanh phụ
thuộc vào công suất phụ tải. Công suất đònh mức của máy biến áp được quyết đònh phú
hợp với độ tăng nhiệt độ đònh mức của cuộn dây so với nhiệt độ không khí. Khi máy biến
áp đặt ngoài trời thì nhiệt độ môi trường không phải là cố đònh mà luôn luôn thay đổi
suốt năm phù hợp với điều kiện khí hậu. Đối với mỗi vùng khí hậu có thể qui đònh nhiệt
độ đẳng trò của không khí theo sự hao mòn cách điện trong thời gian T, và máy biến áp
nào đó làm việc với phụ tải không thay đổi cũng có sự hao mòn cách điện giống như nó

làm việc trong điều kiện thực tế có nhiệt độ không khí thay đổi sau chu kỳ thời gian khảo
sát. Ở Nga, nhiệt độ đònh mức của môi trường làm mát qui đònh là +20
o
C. Lớp dầu trên
bề mặt ứng với phụ tải đònh mức có độ tăng nhiệt độ lớn nhất bằng:
_ Đối với hệ thống làm mát M và Д :
θ
đ(đm)
= 55
o
C.
_ Đối với hệ thống làm mát Ц và ДЦ :
θ
đ(đm)
= 40
o
C.
Khi chọn công suất đònh mức của máy biến áp nên tính đến khả năng quá tải của chúng.






HUTECH

TRANG 19
1) Các điều cần chú ý khi chọn công suất máy biến áp:
Nếu Trạm cần thiết kế chỉ đặt một máy biến áp thì chọn công suất đònh mức của
nó trên cơ sở có xét đến khả năng quá tải thường xuyên của máy biến áp đó.

Nếu Trạm đặt hai máy biến áp thì chọn công suất đònh mức của nó phải xét đến
khả năng quá tải sự cố khi hỏng một trong hai máy biến áp đó để bảo đảm cho sự cung
cấp
điện luôn được liên tục. Trong điều kiện làm việc bình thường cả hai máy biến áp đều
non tải.
Nếu Trạm có ba cấp điện áp thì nên đặt máy biến áp ba dây quấn hay máy biến áp
tự ngẫu. Trong đa số trường hợp cho thấy rằng, dùng loại máy biến áp này có lợi về mặt
kinh tế hơn so với máy biến áp hai dây quấn. Máy biến áp tự ngẫu giảm áp thì luôn có
lợi về mặt kinh tế so với máy biến áp ba cuộn dây; nhưng việc dùng máy biến áp tự ngẫu
chỉ trong trường hợp lưới điện áp cao và trung đều có trung tính trực tiếp nối đất.
Lúc lựa chọn máy biến áp cho Trạm cần phải tính đến những luồng công suất phụ
trao đổi giữa nhà máy điện với hệ thống.
Khi chọn công suất máy biến áp cần phải tính toán 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
khi 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 trên thò trường hiện nay rất đa dạng về loại, vì vậy cần cân nhắc thật
kỹ lưỡng khi chọn loại máy biến áp cho phù hợp với yêu cầu của Trạm:
_ Máy biến áp một pha, ba pha.
_ Máy biến áp hai cuộn dây, hai cuộn dây.
_ Máy biến áp có cuộn dây phân chia.
_ Máy biến áp từ ngẫu một pha, ba pha.
_ Máy biến áp tăng áp, máy biến áp hạ áp.
_ Máy biến áp có và không có điều chỉnh lưới tải.
Cần chú ý máy biến áp hiện nay có thể do nhiều nước trên thế giới chế tạo với
những tiêu chuẩn khác nhau, vì vậy chúng có thể khác nhau về điều kiện làm việc.
2) Các yêu cầu khi chọn số lượng máy biến áp:

Trong hệ thống cung cấp điện, công suất của MBA điện lực trong điều kiện bình
thường phải đảm bảo cung cấp cho tất cả các hộ tiêu thụ.

Khi chọn công suất MBA phải đảm bảo chế độ làm việc hợp lý về kinh tế, đảm
bảo dự trữ rõ rệt để cung cấp cho hộ loại 1.
Độ tin cậy cung cấp điện, khi một MBA bò hư hỏng, máy còn lại phải đảm bảo
công suất yêu cầu không chỉ sử dụng công suất được đònh của MBA mà kể cả khả năng
quá tải.
Vốn đầu tư cho máy biến áp phải thấp và hiệu quả nhất, dung lượng máy biến áp
trong một trạm nên đồng nhất và chi phí vận hành bé nhất.




HUTECH

TRANG 20
3) Kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp:
Sau khi chọn được công suất và số lượng máy biến áp ta cần phải kiểm tra lại khả
năng quá tải của máy biến áp đã chọn. Máy biến áp được chọn vận hành trong điều kiện
bình thường là non tải, đôi khi cũng phải vận hành trong điều kiện quá tải với một
khoảng thời gian nhất đònh mà không làm hỏng máy biến áp. Ta có thể tính được khả
năng quá tải của máy biến áp thông qua quan hệ về sự hao mòn của máy biến áp và đồ
thò phụ tải để cho sự hao mòn không vượt quá thời gian đònh mức.
Trong thực tế khi tính toán chọn công suất cho máy biến áp trong thiết kế Trạm
biến áp và Nhà máy điện thường theo phương pháp đơn giản dựa trên qui đònh quá tải
cho phép của máy biến áp.
a) Quá tải thường xuyên của máy biến áp:

Quá tải bình thường là chế độ làm việc xét trong 1 khoảng thời gian nào đó (ngày,
tháng, năm) trong đó có 1 khoảng thời gian MBA bò quá tải và khoảng thời gian còn lại
của chu kỳ khảo sát MBA mang tải nhỏ hơn đònh mức.
Hệ số quá tải bình thường được xác đònh từ đồ thò khả năng tải của MBA.

Đó là quan hệ giữa hệ số quá tải cho phép, hệ số phụ tải bậc k
1
và thời gian quá
tải.Để sử dụng được phương pháp này cần biến đổi đồ thò phụ tải nhiều bậc thành đồ thò
phụ tải hai bậc.
Công suất đẳng trò trong khoảng thời gian xét được xác đònh theo biểu thức:
∑
∑
=
=
=
n
i
i
n
i
ii
dt
t
tS
S
1
1
(3-1)
S
đt
: công suất đẳng trò.
S
i
: phụ tải của MBA.

Khi biến đổi thành các phụ tải bậc 2 có các trường sau:Đồ thò phụ tải của MBA
nhiều bậc có cực đại vào buổi chiều. Theo công thức (3-1) tính S
đt2
với thời gian trước lúc
quá tải là t
i1
và tính S
đt1
với thời gian quá tải là 10h.
Nếu đồ thò phụ tải của MBA có cực đại trong 1 ngày thì phụ tải đẳng trò bậc 2 tính
đối với cực đại nào đó có tổng S
i
t
i
đạt trò số lớn nhất. Khi chọn được S
đt2
thì S
đt1
sẽ tính
như 1 trong 2 trường hợp trên.
Nếu S
đt
<0,9S
max
thì lấy S
đt2
=0,95S
max
còn thời gian thứ 2 được tính như sau.
2

max
2
2
2
)9,0(
.
S
tS
t
dt
=
Trường hợp máy biến áp làm việc với đồ thò phụ tải 2 bậc (hoặc đồ thò phụ tải
nhiều bậc đã biến đổi thành đồ thò phụ tải bậc 2 đẳng trò) thì trình tự xác đònh quá tải cho
phép của MBA theo đường cong được tiến hành như sau:





HUTECH

TRANG 21
ÙPhù hợp với phụ tải tính toán, cực đại, chọn loại và công suất MBA và tính toán
quá tải của nó:
dm
S
S
K
Σ
Σ

=
ÙTính hệ số quá tải bậc 1:
dm
i
i
S
S
K =

ÙXác đònh biểu đồ tính toán khả năng tải của MBA dựa vào cos suất, loại MBA
hằng số thời gian τ.
ÙTừ đồ thò tính toán khả năng tải ứng với k
1
và thời gian quá tải t
2
(hoặc t’
2
) xác
đònh k
2cp
.
ÙSo sánh với k
2cp
để kết luận quá tải của MBA.
ƠNếu k
2cp
>k
2
thì MBA không được quá tải bình thường với hệ số k
2

.
ƠNếu k
2cp
<k
2
thì MBA không được quá tải bình thường với hệ số k
2
mà chỉ được
quá tải với k
2cp
.
b) Quá tải sự cố của máy biến áp:

Đó là quá tải cho phép máy biến áp làm việc trong điều kiện sự cố (ví dụ hỏng một
trong các máy biến áp làm việc song song) mà không gây hư hỏng chúng. Như vậy, trò số
quá tải sự cố cho phép được quyết đònh sao cho nhiệt độ của cuộn dây và dầu máy biến
áp không vượt quá giá trò cho phép để khỏi ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường tiếp
theo của máy biến áp. Nhiệt độ cho phép cực đại đối với dầu là 115
o
C và đối với điểm
nóng nhất của cách điện cuộn dây là 140
o
C.
Trong điều kiện sự cố, máy biến áp dầu được phép quá tải 40% nếu thời gian quá
tải của ngày không quá 6 giờ, trong 5 ngày đêm và hệ số phụ tải bậc một k
1
không vượt
quá 0,93.
Quá tải sự cố cho phép k
2cp

= 1,4 nên xem như một hệ số tính toán nào đó, sử dụng
khi lựa chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố. Trò số quá tải sự cố cho phép
trong vận hành được quyết đònh phụ thuộc vào điều kiện cụ thể: đồ thò phụ tải và nhiệt
độ môi trường làm mát.
Theo đồ thò phụ tải đẳng trò về 2 bậc, trong đó k
1
< 0,93; k
2
< 1,4 và T
2
<6 giờ, chú
ý theo dõi nhiệt độ của cuộn dây không được vượt quá 140
o
C và tốt nhất là tăng cường
tối đa các biện pháp làm lạnh máy biến áp.
c) Quá tải ngắn hạn của máy biến áp:

Trong trường hợp đặc biệt, để hạn chế cắt phụ tải, có thể vận hành theo khả năng
quá tải ngắn hạn của máy biến áp không cần phải tính k
1
, k
2
và T
2
như trên mà sử dụng
bảng dưới đây:

Khả năng quá tải 1,3 1,45 1,6 1,75 2 3
Thời gian quá tải (phút) 120 80 45 20 10 1,5
Khi sử dụng khả năng này sự hao mòn về chất cách điện có thể bằng sự hao mòn

khi vận hành với S
đm
trong 10 giờ với nhiệt độ môi trường xung quanh bằng đònh mức
(20
o
C) nhưng cần kiểm tra nhiệt độ lớp dầu trên mặt không vượt quá 140
o
C. Qui tắc quá
HUTECH

TRANG 22
tải này chỉ dành cho nhân viên vận hành không xét khi thiết kế và tính toán chọn máy
biến áp.
Để chọn công suất của máy biến áp dựa theo khả năng quá tải của máy biến áp, ta
sẽ chọn theo điều kiện quá tải sự cố vì khi 2 máy biến áp làm việc song song thì ta không
cần xét đến điều kiện quá tải bình thường.

II. CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP:


Với công suất tổng:
max321
SSSSS
=
+
+=
Σ

S
1

= 51,28 MV phụ tải cấp 110 KV
S
2
= 26,67 MV phụ tải cấp 22KV
S
3
=0,4 MV phụ tải cấp 0,4 KV
Ỉ S
max
= 78,35 MVA
1.Phương án A:
a.Chọn MBA 2 cuộn dây cấp 220/110 KV:
Ta chọn theo đồ thò phụ tải tổng của
toàn trạm
Với S
max
= 78,35 MVA
Điều kiện quá tải sự cố:
1,4S
đmB
≥ S
max

Ỉ
)(96,55
4,1
35,78
4,1
max
MVA

S
S
dmB
==≥

Chọn S
đmB
=75 MVA, hiệu ONAF.
Kiểm tra theo điều kiện quá tải sự cố:

+ Thời gian quá tải: T = 4h < 6h
+ Hệ số K
1
:
93,03568,0
75
10
10.76,26
10
2
2
1
1
2
2
<====
∑
dm
S
ii

dm
S
tS
S
S
K

Vậy máy biến áp được chọn thỏa với điều kiện quá tải sự cố.
HUTECH

TRANG 23
b.Chọn MBA 2 cuộn dây cấp 110/22 KV: Ta chọn theo đồ thò phụ tải của cấp
điện áp 22kV
Với S
max2
= S
2
+ S
td
= 26,67 + 0,4 = 27,07 (MVA)
Điều kiện quá tải sự cố:
1,4S
đmB2
≥ S
max2

Ỉ
)(34,19
4,1
07,27

4,1
2max
2
MVA
S
S
dmB
==≥

Chọn S
đmB2
= 25 MVA, hiệu ONAN.
Kiểm tra theo điều kiện quá tải sự cố:


+ Thời gian quá tải: T = 4h > 6h
+ Hệ số K
1
:
93,087,0
25
10
10.73,21
10
2
2
1
1
2
2

<====
∑
dm
S
ii
dm
S
tS
S
S
K


Bảng thông số kỹ thuật của các MBA đã chọn:

Điện áp
Kiểu
S
đm

(MVA)
Cao Hạ
U
N

(%)
I(%)
ΔP
o

(kW)
ΔP
N

(kW)
Giá tiền(10
3
)
(USD)
ONAF 75 230 115 12,5 0,25 37 278 670
ONAN 25 115 38,5 10,5 0,8 29 120 350







HUTECH

TRANG 24
2.Phương án B:
Chọn MBA từ ngẫu ba pha 220/110/22 KV:
Với S
max
= 78,35 MVA
Máy biến áp được chọn phải thỏa điều kiện sự cố:
1,4S
đmB
≥ S

max

Ỉ
)(96,55
4,1
35,78
4,1
max
MVA
S
S
dmB
==≥
Chọn S
đmB
= 63 MVA, hiệu ATДЦTH.

Kiểm tra theo điều kiện quá tải sự cố:

+ Thời gian quá tải: T = 8h > 6h
+ Hệ số K
1
:
93,043,0
63
10
10.76,26
10
2
2

1
1
2
2
<====
∑
dm
S
ii
dm
S
tS
S
S
K

Vậy máy biến áp được chọn không thỏa với điều kiện quá tải sự cố.
Những trường hợp bò sự cố về máy biến áp rất hiếm, vì vậy trong những trường hợp
này cho phép ta cắt bớt phụ tải không quan trọng khoảng 2h từ 12h ÷ 14h cho thời gian
quá tải còn T = 6h để máy biến áp làm việc trong tình trạng an toàn.

HUTECH

TRANG 25
Đồ thò sau khi cắt bớt phụ tải:



Ta kiểm tra lại theo điều kiện quá tải sự cố sau khi đã cắt bớt phụ tải:
+ Thời gian quá tải: T = 6h
+ Hệ số K
1
:
93,043,0
63
10
10.76,26
10
2
2
1
1
2
2
<====
∑
dm
S
ii
dm

S
tS
S
S
K

Vậy ta có thể dùng máy biến áp này.

Bảng thông số kỹ thuật của các MBA đã chọn:

Điện áp(KV) U
N
(%) Tổn thất (kW)
ΔP
N

Kiểu
S
đm

(MVA)
Cao Trung Hạ C/T C/H T/H
I
%
ΔP
o

C/T C/H T/H
ATДЦTH
63 230 121 38,5 11 35 22 0,5 45 400 220 240