Thiết kế TBA 11022kV, đường dây phân phối 22kV và tính toán phối bảo vệ relay

Luận văn tốt nghiệp

Nguyễn Khánh Hòa - 41001160 Trang ii

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

Luận văn tốt nghiệp

Nguyễn Khánh Hòa - 41001160 Trang iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……

Luận văn tốt nghiệp

Nguyễn Khánh Hòa - 41001160 Trang iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
………………………………………………………………………………………….……
Luận văn tốt nghiệp

Nguyễn Khánh Hòa - 41001160 Trang iv

LỜI CẢM ƠN

Thấm thoát cũng đã năm năm được học tập và rèn luyện dưới giảng đường đại học, em
đã được học tập, rèn luyện cũng như trau dồi tích lũy những kiến thức, kinh nghiệm thực tế
rất quý báu cho bản thân.
Đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô trường Đại học Bách

Khoa TP.Hồ Chí Minh đã giảng dạy tận tình cho em trong suốt năm năm học qua để em có
thể chuẩn bị đầy đủ kiến thức, hành trang để bước vào tương lai.
Hơn nữa, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô bộ môn Hệ thống điện đã tạo điều
kiện và giúp đỡ hết mình để cho em hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này.
Đặc biệt em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Đặng Tuấn Khanh, là người đã tận tình
hướng dẫn và định hướng cho em, nhờ sự chỉ bảo ấy, em mới có đầy đủ kiến thức để hoàn
thành Luận văn.
Do kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế về lĩnh vực trạm biến áp, mạng điện phân
phối còn hạn chế nên Luận văn sẽ có những sai sót là điều không thể tránh khỏi, em rất
mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô.
Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô luôn mạnh khỏe và thành công trong công tác!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Khánh Hòa


Luận văn tốt nghiệp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang v
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Ngành điện tuy có truyền thống hình thành và phát triển từ rất lâu nhưng vai trò quan
trọng của nó đối với cuộc sống hằng ngày cũng như sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước vẫn không hề thay đổi. Chính vì sự phát triển không ngừng nghỉ của hệ thống
điện nên việc thiết kế trạm biến áp cũng như mạng điện phân phối là vấn đề quan trọng, căn
bản và luôn được ưu tiên hàng đầu đối với sinh viên ngành hệ thống điện. Chính vì vậy em
đã lựa chọn đề tài cho luận văn:
“THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110/22KV, PHỐI HỢP BẢO VỆ RELAY VÀ
CHUYÊN ĐỀ”.
Luận văn của em bao gồm 14 chương, thuộc 3 phần chính. Cụ thể:

Phần 1: Thiết kế Trạm Biến Áp 110/22 kV.
Phần này tập trung vào việc tính toán và lựa chọn máy biến áp, khí cụ điện và phần dẫn
điện cho trạm biến áp. Ngoài ra em có nghiên cứu thêm về nguyên lý hoạt động của các
thiết bị đóng cắt trong trạm biến áp (dao cách ly, máy cắt, mạch hòa đồng bộ) và hoàn thành
một sản phẩm mô phỏng thao tác đóng cắt một phát tuyến trong trạm. Phần này có kèm theo
3 bản vẽ thiết kế trạm biến áp và 1 bản vẽ sơ đồ nguyên lý của sản phẩm ở cuối Luận văn.
Phần 2: Thiết kế mạng điện phân phối 22 kv và bảo vệ relay cho đường dây và trạm
biến áp, ứng dụng trên phần mềm PSS/Adept.
Phần này tập trung vào việc tính toán ngắn mạch, lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho
đường dây cũng như cài đặt relay bảo vệ cho đường dây và trạm biến áp. Đồng thời áp dụng
bài toán vào phần mềm PSS/Adept để mô phỏng và kiểm tra.
Phần 3: Chuyên đề “Quản lý tiểu vùng khí hậu vườn địa lan”.
Chuyên đề này là phần mở rộng thêm, em thực hiện nghiên cứu cùng với 3 bạn sinh viên
khác để hoàn thành một sản phẩm thực tế và tiến hành lắp đặt thử nghiệm. Phần này có kèm
theo 1 bản vẽ sơ đồ nguyên lý của sản phẩm.

Kết quả Luận văn: thiết kế hoàn chỉnh trạm biến áp và đường dây, cài đặt bảo vệ và mô
phỏng trên phần mềm để kiểm tra. Hoàn thành 2 sản phẩm, trong đó có 1 sản phẩm mô
phỏng, 1 sản phẩm được lắp đặt thử nghiệm trong thực tế.

Luận văn tốt nghiệp Mục lục

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang vi
MỤC LỤC


NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii
LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN v
MỤC LỤC vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii
ĐỀ BÀI 1
PHẦN I: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV 1
PHẦN II: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 22 KV VÀ BẢO VỆ RELAY CHO
ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP, ỨNG DỤNG TRÊN PHẦN MỀM PSS/ADEPT 2
PHẦN III: CHUYÊN ĐỀ “QUẢN LÝ TIỂU VÙNG KHÍ HẬU VƯỜN ĐỊA LAN” 2
PHẦN I: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 1
1.1.Tổng quan về trạm biến áp 1
1.1.1. Khái niệm 1
1.1.2. Phân loại trạm biến áp 1
1.2.Các số liệu thiết kế cơ bản 2
1.3.Tổng hợp đồ thị phụ tải 3
CHƯƠNG 2: CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP 6
2.1.Tổng quát 6
2.2.Chọn phương án thiết kế - sơ đồ cấu trúc 6
2.3.Chọn số lượng máy biến áp 6
2.3.1. Phương án 1 máy biến áp 6
2.3.2. Hai máy biến áp là phương án được sử dụng nhiều nhất vì tính đảm bảo liên tục
cung cấp điện cao. 7
2.3.3. Ba máy biến áp chỉ được sử dụng trong trường hợp đặc biệt: 7
CHƯƠNG 3: CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO TRẠM 8
3.1.Tính toán chọn MBA cho trạm 8
3.2.Tính toán phát nóng cho MBA 11
Luận văn tốt nghiệp Mục lục

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang vii
3.3.Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 11

3.3.1. Tổng quát: 11
3.3.2. Tổn thất điện năng trong máy biến áp 11
CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN 13
4.1.Khái niệm 13
4.2.Các dạng sơ đồ nối điện 13
4.2.1. Sơ đồ hệ thống một thanh góp 13
4.2.2. Sơ đồ hệ thống hai thanh góp 16
4.3.Chọn sơ đồ nối điện cho trạm 110/22kV 18
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 20
5.1.Khái niệm: 20
5.2.Sơ đồ thay thế 20
5.3.Các thông số cơ bản 20
5.4.Tính dòng ngắn mạch 21
CHƯƠNG 6: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ PHẦN DẪN ĐIỆN 23
6.1.Khái quát 23
6.1.1. Khí cụ đóng cắt 23
6.1.2. Các khí cụ điện phục vụ cho đo lường, bảo vệ rơle 24
6.1.3. Các khí cụ hạn chế dòng ngắn mạch: là kháng điện, gồm có 25
6.1.4. Phần dẫn điện 26
6.2.Tính toán dòng điện cưỡng bức cực đại ở cấp điện áp 110 kV 28
6.3.Tính toán dòng điện cưỡng bức cực đại ở cấp điện áp 22 kV 29
6.4.Chọn khí cụ điện và các phần tử dẫn điện ở cấp điện áp 110 kV 30
6.4.1. Chọn dây dẫn đến thanh góp 110kV 30
6.4.2. Chọn thanh góp 110kV: 31
6.4.3. Chọn máy cắt 110 kV: 32
6.4.4. Chọn dao cách ly 110 kV: 32
6.4.5. Chọn biến dòng điện (BI): 33
6.4.6. Chọn máy biến điện áp (BU): 35
6.4.7. Chọn chống sét van 37
6.4.8. Chọn dây dẫn từ thanh góp 110 kV đến MBA 37

6.5.Chọn khí cụ điện và các phần tử dẫn điện ở cấp điện áp 22 kV 39
Luận văn tốt nghiệp Mục lục

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang viii
6.5.1. Chọn cáp – dây dẫn: 39
6.5.2. Chọn tủ điện cho cấp 22 KV 41
CHƯƠNG 7: TÌM HIỂU HOẠT ĐỘNG CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT CỦA TRẠM BIẾN
ÁP 43
7.1.NGHIÊN CỨU DAO CÁCH LY 43
7.1.1. Tổng quan về dao cách ly và dao tiếp địa 43
7.1.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển - logic thao tác 44
7.2.NGHIÊN CỨU MÁY CẮT 47
7.2.1. Tổng quan về máy cắt 47
7.2.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển - logic thao tác 48
7.2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch hòa đồng bộ 51
CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN TỰ DÙNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP 53
8.1.Khái niệm 53
8.1.1. Sơ đồ tự dùng trong trạm biến áp 53
8.1.2. Lượng điện tự dùng: 53
8.2.Chọn máy biến áp tự dùng 54
8.3.Tính toán ngắn mạch tại thanh góp 0.4 kV 55
8.4.Chọn khí cụ điện và các phần tử dẫn điện cho cấp điện áp 0.4 kV 56
8.4.1. Chọn cáp từ thanh góp 22kV đến máy biến áp tự dùng 56
8.4.2. Chọn cáp từ MBA tự dùng đến thanh góp 0.4 kV 56
8.4.3. Chọn thanh góp 0.4kV 57
8.4.4. Chọn CB cho thanh cái 0.4 kV 57
8.4.5. Chọn CB cho các nhánh phụ tải tự dùng 58
PHẦN II: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 22 KV, BẢO VỆ RELAY CHO
ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP, ỨNG DỤNG TRÊN PHẦN MỀM PSS/ADEPT59
CHƯƠNG 9: LỰA CHỌN DÂY DẪN CHO LƯỚI 22KV 60

9.1.Tính toán tổn hao, sụt áp trên phát tuyến chính 62
9.2.Tính toán tổn hao, sụt áp trên nhánh rẽ 64
CHƯƠNG 10: TÍNH TOÁN SỰ CỐ NGẮN MẠCH ĐƯỜNG DÂY 22KV 68
10.1.Trường hợp 1: hai máy cắt phân đoạn ở trạng thái đóng 69
10.1.1. Thông số hệ thống và phát tuyến chính đường dây 22kV: 69
10.1.2. Tính toán ngắn mạch tại vị trí 5 (cuối phát tuyến chính): 70
Luận văn tốt nghiệp Mục lục

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang ix
10.1.3. Tính toán ngắn mạch tại mọi nút của đường dây: 73
10.2.Trường hợp 2: hai máy cắt phân đoạn ở trạng thái mở. 74
10.2.1. Thông số Hệ thống: 74
10.2.2. Tính toán ngắn mạch tại mọi nút của đường dây: 74
10.3. Trường hợp 3: máy cắt phân đoạn thanh cái 110kV ở trạng thái đóng, máy cắt phân
đoạn thanh cái 22kV ở trạng thái mở. 75
10.3.1. Thông số Hệ thống: 75
10.3.2. Tính toán ngắn mạch tại mọi nút của đường dây: 75
10.4. Trường hợp 4: máy cắt phân đoạn thanh cái 110kV ở trạng thái mở, máy cắt phân
đoạn thanh cái 22kV ở trạng thái đóng 76
CHƯƠNG 11: LỰA CHỌN MBA VÀ CẦU CHÌ BẢO VỆ MẠNG PHÂN PHỐI 77
11.1.Lựa chọn MBA cho phụ tải 77
11.2.Lựa chọn cầu chì và dây chảy bảo vệ cho các phụ tải 77
11.2.1. Lựa chọn cầu chì tự rơi 77
11.2.2. Lựa chọn dây chảy: 79
11.3.Lựa chọn cầu chì và dây chảy bảo vệ cho nhánh rẽ 81
11.3.1. Lựa chọn cầu chì tự rơi 81
11.3.2. Lựa chọn dây chảy cho nhánh rẽ 82
CHƯƠNG 12: LÝ THUYẾT BẢO VỆ RELAY 83
12.1.Bảo vệ quá dòng điện 83
12.1.1. Nguyên tắc tác động 83

12.1.2. Bảo vệ dòng quá dòng cực đại 83
12.1.3. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh. 86
12.2.Bảo vệ dòng điện chống chạm đất 87
12.2.1. Nguyên tắc bảo vệ 87
12.2.2. Bảo vệ dòng cực đại thứ tự không (51N) 87
12.2.3. Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không (50N) 89
CHƯƠNG 13: CÀI ĐẶT THÔNG SỐ RELAY ĐƯỜNG DÂY 90
13.1.Bảo vệ dòng cực đại (51) 90
13.2.Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50) 92
13.3.Bảo vệ dòng cực đại thứ tự không (51N) 93
13.4.Bảo vệ dòng cắt nhanh thứ tự không (50N) 96
Luận văn tốt nghiệp Mục lục

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang x
13.5.TỔNG KẾT: 97
CHƯƠNG 14: BẢO VỆ RELAY CHO TRẠM BIẾN ÁP 98
14.1. . Trường hợp 1: hai máy biến áp làm việc song song, hai máy cắt phân đoạn thanh cái
ở trạng thái hở 98
14.1.1. Relay phía thứ cấp MBA 98
14.1.2. Relay phía sơ cấp MBA: 101
14.2. Trường hợp 2: một MBA bị sự cố, hai máy cắt phân đoạn thanh cáioở trạng thái
đóng 104
14.2.1. Relay phía thứ cấp MBA: 104
14.2.2. Relay phía sơ cấp MBA: 106
14.3.TỔNG KẾT 109
CHƯƠNG 15: XÂY DỰNG MẠNG ĐIỆN TRONG PSS - ADEPT 110
15.1.Khai báo thông số các phần tử của hệ thống 110
15.2.Sơ đồ lưới điện hoàn chỉnh 113
CHƯƠNG 16 : PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ TÍNH NGẮN MẠCH 114
16.1.Tính toán phân bố công suất và sụt áp trên toàn hệ thống 114

16.2.Tính toán ngắn mạch 120
16.2.1. Trường hợp 1: hai máy cắt phân đoạn ở trạng thái đóng 120
16.2.2. Trường hợp 2: hai máy cắt phân đoạn ở trạng thái hở 121
16.2.3. Trường hợp 3: Máy cắt phân đoạn thanh cái 110 kV ở trạng thái đóng, máy
cắt phân đoạn thanh cái 22 kV ở trạng thái hở 122
CHƯƠNG 17: BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP VÀ LƯỚI ĐIỆN 123
17.1.Bảo vệ máy biến áp phân phối 123
17.1.1. Lựa chọn cầu chì: 123
17.1.2. Kiểm tra khả năng bảo vệ: 123
17.2.Bảo vệ relay cho trạm biến áp và đường dây 125
17.2.1. Trường hợp 1: hai máy cắt phân đoạn cùng mở 125
17.2.2. Trường hợp 2: hai máy cắt phân đoạn cùng đóng 143
CHƯƠNG 18: CHỨC NĂNG BẢO VỆ RECLOSER 162
18.1.Tổng quan về chức năng bảo vệ tự đóng lại 162
18.1.1. Vai trò: 162
18.1.2. Nguyên tắc hoạt động: 162
18.2.Sử dụng recloser bảo vệ lưới điện phân phối 22kV 162
Luận văn tốt nghiệp Mục lục

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang xi
18.2.1. Lựa chọn và cài đặt recloser: 163
18.2.2. Kiểm tra hoạt động của RECLOSER và chì nhánh: 164
18.3.Phối hợp bảo vệ với relay đường dây và trạm biến áp 169
18.3.1. Trường hợp 1: hai máy cắt phân đoạn cùng hở 169
18.3.2. Trường hợp 2: hai máy cắt phân đoạn cùng đóng 170
PHẦN III: CHUYÊN ĐỀ “QUẢN LÝ TIỂU VÙNG KHÍ HẬU VƯỜN ĐỊA LAN”. . 173
CHƯƠNG 19: CHUYÊN ĐỀ “QUẢN LÝ TIỂU VÙNG KHÍ HẬU VƯỜN ĐỊA LAN”. 174
19.1.Đặt vấn đề 174
19.1.1. Tổng quan về cây địa lan, yêu cầu kĩ thuật chăm sóc 174
19.1.2. Mục tiêu, lợi ích của đề tài 175

19.2.Giới thiệu về mạch vi điều khiển Arduino và các linh kiện liên quan 175
19.2.1. Mạch vi điều khiển Arduino 175
19.2.2. IC thời gian thực DS1307 177
19.2.3. Cảm biến nhiệt độ LM35 180
19.2.4. Cảm biến mưa và cảm biến độ ẩm đất 181
19.3.Kết nối phần cứng 181
19.3.1. LCD 182
19.3.2. DS1307 182
19.3.3. LM35 183
19.3.4. Cảm biến mưa 183
19.3.5. Cảm biến độ ẩm đất 184
19.3.6. Relay 5V DC 184
19.3.7. Các nút nhấn 184
19.3.8. Sơ đồ tổng thể kết nối phần cứng 185
19.4.Lắp đặt thử nghiệm, đánh giá, nhận xét 185
19.4.1. Kết quả thử nghiệm 185
19.4.2. Đánh giá, nhận xét 185
TỔNG KẾT LUẬN VĂN 187
TÀI LIỆU THAM KHẢO 188
THÔNG TIN LIÊN HỆ 189
BẢN VẼ 190
Luận văn tốt nghiệp Danh mục từ viết tắt

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang xii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

TBA Trạm biến áp
MBA Máy biến áp
TG Thanh góp
TGV Thanh góp vòng

DCL Dao cách ly
DTĐ Dao tiếp địa
MC Máy cắt
TU Máy biến điện áp
TI Máy biến dòng điện
BV Bảo vệ
BVQDĐ Bảo vệ quá dòng điện
BVDCĐ Bảo vệ dòng cực đại
BVCN Bảo vệ cắt nhanh
TTT Thứ tự thuận
TTN Thứ tự nghịch
TTK Thứ tự không

Luận văn tốt nghiệp Đề bài

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 1
ĐỀ BÀI
PHẦN I: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV
Thiết kế trạm biến áp có 2 cấp điện áp 110/22 kV
Phía 110 kV:
Số đường dây từ hệ Thống vào thanh góp 110 kV: 02, dài 50 (km), x
0
= 0.4 (Ω/km)
Công suất ngắn mạch 3 pha của hệ Thống S
NM
(3)

= 4500 (MVA)
Công suất ngắn mạch 1 pha của hệ thống S
NM

(1)
= 2000 (MVA)
Phụ tải tại thanh góp 110 kV: 02 phụ tải loại 2 có công suất lần lượt là 6MVA và 5MVA
T
max
tải 1 = 5100 h, T
max
tải 2 = 4900 h.
Phía 22 kV:
Số phụ tải từ thanh góp 22 kV: 4 phụ tải loại 2, cos

=0.83.
Công suất tự dùng 0.3(MVA), cos

= 0.83.
Đồ thị phụ tải cho như sau:

Các yêu cầu:
1) Xây dựng đồ thị phụ tải của từng cấp điện áp, xác định T
max
và τ
max
từng cấp
2) Lập các phương án sơ đồ cấu trúc trạm biến áp có thể
3) Chọn máy biến áp cho các phương án
4) Lập sơ đồ nối điện
5) Tính toán chọn phương án tốt
6) Tính toán ngắn mạch
7) Chọn khí cụ điện
0

10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
S (MVA)
15
35
45
50
55
15
Luận văn tốt nghiệp Đề bài

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 2
8) Tìm hiểu nguyên lý hoạt động các thiết bị đóng cắt trong TBA
9) Tự dùng trạm biến áp
PHẦN II: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 22 KV VÀ BẢO VỆ RELAY
CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP, ỨNG DỤNG TRÊN PHẦN MỀM
PSS/ADEPT
Từ thanh cái 22kV của MBA, có 4 lộ dây ra 10MVA, 13MVA, 15MVA và 17MVA, tính
toán thiết kế và bảo vệ cho lộ dây 15MVA như hình vẽ


PHẦN III: CHUYÊN ĐỀ “QUẢN LÝ TIỂU VÙNG KHÍ HẬU VƯỜN ĐỊA LAN”

Luận văn tốt nghiệp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 3











PHẦN I: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV
Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về trạm biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP
1.1. Tổng quan về trạm biến áp
1.1.1. Khái niệm
 Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng của hệ thống điện, là một
công trình để chuyển đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác.
 Trong hệ thống điện, trạm biến áp có nhiệm vụ chính là nâng điện áp lên cao khi
truyền tải và hạ điện áp xuống để phân phối phù hợp với nhu cầu sử dụng.
1.1.2. Phân loại trạm biến áp
a. Theo điện áp:
Khi phân loại theo điện áp chia thành trạm tăng áp và trạm giảm áp.
 Trạm tăng áp là trạm biến áp có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp. Đây
thường là trạm biến áp của các nhà máy điện tập trung điện năng của các máy phát điện
để phát về hệ thống điện và phụ tải ở xa. Ví dụ: Trạm tăng áp 6.3/66kV, 10.5/110kV,

13.8/220kV
 Trạm giảm áp là trạm biến áp có điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp. Đây
thường là trạm biến áp có nhiệm vụ nhận điện năng từ hệ thống điện để phân phối cho
phụ tải. Ví dụ: Trạm hạ áp 110/22kV, 110/15kV, 22/0.4kV…
b. Theo chức năng
Khi phân loại theo chức năng chia thành trạm trung gian và trạm phân phối.
 Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp khu vực được cung cấp từ
mạng điện của hệ thống điện để cung cấp điện cho khu vực lớn như các thành phố, tỉnh,
huyện, khu công nghiệp… Điện áp sơ cấp của trạm thường là 66, 110, 220, 500kV…,
còn phía thứ cấp là 6.3, 15, 22, 35, 66, 110kV…
 Trạm biến áp phân phối hay còn gọi là trạm biến áp địa phương có nhiệm vụ phân
phối trực tiếp cho các hộ sử dụng điện của xí nghiệp, khu dân cư, trường học… thường
có điện áp thứ cấp nhỏ Ví dụ: Trạm 15/0.4kV, 22/0.4kV, 22/0.6kV, 35/6.3kV…
c. Theo cấu trúc
Về phương diện cấu trúc, người ta thường chia làm hai loại:
 Trạm biến áp ngoài trời: Các thiết bị cao áp đặt ngoài trời, còn các thiết bị điện áp
thấp đặt trong nhà, trong tủ sắt chuyên dụng. Loại này thuận lợi về chi phí, thời gian, an
toàn cao, nhưng vì đặt ngoài trời nên ảnh hưởng của thời tiết, khí quyển lớn, cần không
gian rộng để lắp đặt.
Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về trạm biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 2
 Trạm biến áp trong nhà: Các thiết bị đặt hết trong nhà. Loại này không ảnh hưởng
của khí quyển nhưng chi phí cao, an toàn không cao.
1.2. Các số liệu thiết kế cơ bản
Phía 110 kV:
Số đường dây từ hệ Thống vào thanh góp 110 kV: 02, dài 50 (km), x
0
= 0.4 (Ω/km)
Công suất ngắn mạch 3 pha của hệ Thống S

NM
(3)

= 4500 (MVA)
Công suất ngắn mạch 1 pha của hệ thống S
NM
(1)
= 2000 (MVA)
Phụ tải tại thanh góp 110 kV: 02 phụ tải có công suất lần lượt là 6MVA và 5MVA
T
max
tải 1 = 5100 h, T
max
tải 2 = 4900 h.
Phía 22 kV:
Số phụ tải từ thanh góp 22 kV: 4 phụ tải loại 2, cos

=0.83.
Công suất tự dùng 0.3(MVA), cos

= 0.83.

Hình 1.1. Đồ thị phụ tải
Bảng 1.1. Công suất phụ tải theo giờ
Giờ
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5

5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
11-12
S(MVA)
15
15
15
15
15
15
45
45
45
45
45
35

Giờ
12-13
13-14
14-15
15-16
16-17
17-18
18-19
19-20
20-21
21-22
22-23
23-24
S(MVA)
35
50
50
50
50
50
55
55
55
55
15
15
0

10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
S (MVA)
15
35
45
50
55
15
Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về trạm biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 3
1.3. Tổng hợp đồ thị phụ tải
Thời gian sử dụng công suất cực đại
(1.1)
Thời gian tổn thất công suất cực đại
(1.2)
Trong đó:
P
i
– T
i
: Công suất và thời gian sử dụng các giờ trong ngày
P

max
: Công suất sử dụng lớn nhất trong ngày

Bảng 1.2. Bảng tổng hợp phụ tải (có tính tự dùng)
Giờ
Phụ tải ở cấp điện áp 22 kV



0-1
15.3
12.699
161.2646
1-2
15.3
12.699
161.2646
2-3
15.3
12.699
161.2646
3-4
15.3
12.699
161.2646
4-5
15.3
12.699
161.2646
5-6

15.3
12.699
161.2646
6-7
45.3
37.599
1413.685
7-8
45.3
37.599
1413.685
8-9
45.3
37.599
1413.685
9-10
45.3
37.599
1413.685
10-11
45.3
37.599
1413.685
11-12
35.3
29.299
858.4314
12-13
35.3
29.299

858.4314
13-14
50.3
41.749
1742.979
Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về trạm biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 4
14-15
50.3
41.749
1742.979
15-16
50.3
41.749
1742.979
16-17
50.3
41.749
1742.979
17-18
50.3
41.749
1742.979
18-19
55.3
45.899
2106.718
19-20
55.3

45.899
2106.718
20-21
55.3
45.899
2106.718
21-22
55.3
45.899
2106.718
22-23
15.3
12.699
161.2646
23-24
15.3
12.699
161.2646
Tổng cộng
892.2
740.526
27217.17


Hình 1.2. Đồ thị phụ tải đã cộng tự dùng
Kết quả tính toán


0
10

20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
S (MVA)
15.3
35.3
45.3
50.3
55.3
15.3
Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về trạm biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 5


Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Chọn sơ đồ cấu trúc trạm biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 6
CHƯƠNG 2: CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP
2.1. Tổng quát
- Thiết kế lắp đặt trạm biến áp là một khâu quan trọng. Các phương án vạch ra phải
đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối máy
biến áp với các cấp điện áp, về số lượng của máy biến áp…
- Trong hệ thống điện người ta dùng các máy tăng áp và giảm áp, hai cuộn dây và ba
cuộn dây, máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp ba pha và tổ máy biến áp một pha.
2.2. Chọn phương án thiết kế - sơ đồ cấu trúc

- Khi thiết kế trạm biến áp, chọn sơ đồ cấu trúc là phần quan trọng có ảnh hưởng đến
toàn bộ thiết kế. Các yêu cầu chính khi chọn sơ đồ cấu trúc là:
 Có tính khả thi tức là có thể chọn được các thiết bị chính như: máy biến áp, máy cắt
điện…cũng như có khả năng thi công, xây lắp và vận hành.
 Đảm bảo liên hệ chặt chẽ giữa các cấp điện áp, đặc biệt với hệ thống khi bình thường
cũng như khi cưỡng bức (có một phần tử không làm việc được).
 Tổn hao qua máy biến áp nhỏ, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua hai lần 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 mà không cần thay đổi cấu trúc đã chọn.
2.3. Chọn số lượng máy biến áp
2.3.1. Phương án 1 máy biến áp
Phương án này được thiết kế khi:
 Phụ tải không quan trọng.
 Trạm thường được cung cấp bằng một đường dây từ hệ
thống đến.



Hình 2.1.Sơ đồ cấu trúc
hệ thống một Máy Biến Áp

Heä thoáng
110kV
22kV
Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Chọn sơ đồ cấu trúc trạm biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 7
Heä thoáng
110kV

22kV
2.3.2. Hai máy biến áp là phương án được sử dụng nhiều nhất
vì tính đảm bảo liên tục cung cấp điện cao.
Phương án 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 MBA lớn.
 Phụ tải cần cung cấp điện liên tục, cho phép hoạt động quá
tải MBA trong thời gian cho phép

Hình 2.2.Sơ đồ cấu trúc hệ
thống hai Máy Biến Áp
2.3.3. Ba máy biến áp chỉ được sử dụng trong trường hợp đặc biệt:
Phương án này được thiết kế khi:
 Khi không có hai máy biến áp phù hợp.
 Trạm biến áp đã xây dựng, khi phụ tải phát triển
không có khả năng thay thế hai máy mới phải đặt
thêm máy thứ ba.



Hình 2.3.Sơ đồ cấu trúc hệ
thống ba Máy Biến Áp
 Đặt ba máy biến áp thường ít được sử dụng vì vốn đầu tư cao, tăng diện tích xây
dựng, phức tạp xây lắp. Đặc biệt khi sử dụng MBA ba cuộn dây hay tự ngẫu
không nên dùng ba MBA làm việc song song.
 Từ những điều kiện nêu trên và áp dụng vào điều kiện thiết kế được giao
(phụ tải loại 2), ta chọn phương án sử dụng hai máy biến áp đặt ngoài trời là hợp lý nhất.
Heä thoáng
110kV

22kV
Luận văn tốt nghiệp Chương 3: Chọn máy biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 8
CHƯƠNG 3: CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO TRẠM
3.1. Tính toán chọn MBA cho trạm
Tính cho phương án 2 MBA theo điều kiện quá tải sự cố


Vì
qtsc
= 1.4


 có S
B
= 40 MVA
Đồ thị phụ tải

Hình 3.1. Đồ thị phụ tải chọn Máy Biến Áp có công suất định mức S
B
=40MVA
Xác định vùng quá tải để tính S
2đt
suy ra k
2đt

Ta có 2 vùng quá tải:
Vùng 1:
0

10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
S (MVA)
15.3
35.3
45.3
50.3
55.3
15.3
Luận văn tốt nghiệp Chương 3: Chọn máy biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 9
Vùng 2:
 Tính toán quá tải sự cố trên vùng 2


 S
2
= S
2đt
= 52.58 MVA
Và
Trong vòng 10h trước vùng đã tính quá tải sự cố, tính S
1

:

Tính k
1
, k
2
:


Kiểm tra điều kiện, ta thấy:

Vậy MBA đã chọn không phù hợp vì có thời gian quá tải quá lâu. Phải chọn MBA
công suất lớn hơn là S
B
= 63 MVA

Luận văn tốt nghiệp Chương 3: Chọn máy biến áp

Nguyễn Khánh Hòa 41001160 Trang 10
Đồ thị phụ tải

Hình 3.2. Đồ thị phụ tải chọn Máy Biến Áp có công suất định mức S
B
=63MVA
Ta thấy với MBA 63 MVA, máy luôn hoạt động trong tình trạng không quá tải nên không
cần phải tính quá tải sự cố.
Vì vậy với phương án chọn này, ta có giảm vốn đầu tư ban đầu khi có thể thi công trước
một MBA để hoạt động . Vì trong thời gian đầu, do MBA còn mới nên ít xảy ra sự cố phải
bảo trì. MBA thứ 2 có thể xây dựng sau cùng với sự phát triển của phụ tải.
Tuy nhiên khi tính toán ngắn mạch, lựa chọn thiết bị và bảo vệ relay, ta vẫn sẽ tính cho

trường hợp dùng cả 2 MBA.
Chọn MBA 3 pha 2 cuộn dây 110/22 kV – 63MVA do tổng công ty thiết bị điện
Đông Anh sản xuất, với bảng thông số kĩ thuật như sau:
Bảng 3.2: Thông số MBA 110/22 kV
S
đm
(MVA)
U
đm

(kV)
U
N

(%)
I
0

(%)
∆P
0

(kW)
∆P
N

(kW)
Kích thước
(m)
Lượng

dầu
(tấn)
Khối
lượng
(tấn)
63
115/23
10.5
0.1
32
230
6.9x5.6x5.96
27.4
106

0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
S (MVA)
15.3
35.3
45.3
50.3
55.3

15.3