Bài giảng chương II các thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm biến áp (phần 2)

11/14/2012
1
CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG
NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN
ÁP
CHƯƠNG II
PHẦN 2
MAÙY BIEÁN AÙP ÑIEÄN LÖÏC
I. KHÁI NIỆM
II. CÁC LOẠI MBA
III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
IV. CHỌN MÁY BIẾN ÁP
I. KHÁI NIỆM
MBA là thiết bị biến đổi điện năng từ
điện áp này đến điện áp khác.
Trong hệ thống lớn thường phải qua
nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năng
từ các máy phát điện đến hộ tiêu thụ.
I. KHÁI NIỆM
Cho nên tổng công suất MBA trong
hệ thống điện có thể bằng 4 đến 5
lần tổng công suất của các máy
phát điện:
∑
S
B
= (4
÷
5)
∑
S

F
MBA là thiết bị không phát ra điện
năng mà chỉ truyền tải điện năng,
trong hệ thống điện chỉ có máy phát
điện mới phát ra công suất tác dụng
P và công suất phản kháng Q.
11/14/2012
2
I. KHÁI NIỆM
Phân loại máy biến áp:
• Máy biến áp một pha (O),
• Máy biến áp ba pha (T).
Phân loại theo số
pha
• MBA ba cuộn dây (T)
• MBA hai cuộn dây
Phân loại theo số
cuộn dây
• MBA kiểu khô (làm mát bằng kk)
• MBA kiểu dầu
Phân loại theo
phương pháp làm
mát
• MBA thường
• MBA điều áp dưới tải.
Phân loại theo
phương pháp điều
chỉnh điện áp
I. KHÁI NIỆM
Cấu tạo MBA 1 pha 2 cuộn daây

MBA 1 pha 2 cuộn daây ôû NMÑ
Ialy
I. KHÁI NIỆM
Cấu tạo MBA 3 pha 2
cuộn daây
Các MBA được tính toán, chế tạo với một chế độ làm
việc lâu dài và liên tục gọi là chế độ định mức:
 Điện áp U = U
đm
 Tần số f = f
đm
 Công suất S = S
đm
là công suất toàn phần
(biểu kiến)
 Điện áp ngắn mạch phần trăm
 Dòng điện không tải.
I. KHÁI NIỆM
Các thông số của MBA:
11/14/2012
3
 MBA hai cuộn dây:
Công suất định mức là công suất của mỗi cuộn dây.
 MBA tự ngẫu:
Công suất định mức MBA là công suất toàn phần
MBA. Ngoài ra, còn có công suất mẫu:
S
mẫu
= K
cl

. S
đm
Trong đó: K
cl
được gọi là hệ số có lợi của máy biến
áp tự ngẫu.
I. KHÁI NIỆM
Công suất định mức MBA :
 MBA ba cuộn dây: người ta có thể chế tạo các loại
sau:
 100/100/100 là loại có công suất của mỗi
cuộn dây đều bằng công suất định mức;
 100/100/66,7 là loại có công suất của hai
cuộn dây bằng công suất định mức và công
suất cuộn thứ ba bằng 66,7% công suất
định mức.
I. KHÁI NIỆM
Công suất định mức MBA :
Điện áp định mức của MBA là điện áp của các
cuộn dây khi không tải được qui định trong lý lịch
MBA.
Tỉ số biến đổi điện áp:
 K = U
Sđm
/U
Tđm
gọi là tỉ số biến áp.
I. KHÁI NIỆM
 Điện áp định mức U
đm

:
Là dòng điện của các cuộn dây được nhà máy chế
tạo qui định, với các dòng điện này thì MBA làm
việc lâu dài và không bị quá tải.
 Dòng điện định mức I
đm
:
 Điện áp ngắn mạch là điện áp giữa hai đầu
cuộn sơ cấp khi ngắn mạch cuộn thứ cấp thì
dòng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng dòng
điện định mức.
 Ý nghĩa : Điện áp ngắn mạch dùng để xác định
tổng trở cuộn dây MBA.
I. KHÁI NIỆM
 Điện áp ngắn mạch U
N%
:
Là đại lượng đặc trưng cho tổn hao không tải của
MBA, phụ thuộc vào tính chất từ, chất lượng cũng
như cấu trúc lắp ghép của lõi thép.
 Dòng điện không tải:
11/14/2012
4
1 - MBA 2 CUỘN DÂY
U
C
U
H
Cấu tạo
Ký hiệu

U
C
U
H
S
C
S
H
Chiều truyền công
suất
S
C
↔
↔↔
↔
S
H
→ S
đm
của MBA là công suất của cuộn cao, công suất
cuộn hạ và cũng là công suất của mạch từ.
1 - MBA 2 CUỘN DÂY
Sơ đồ nối các cuộn dây Cuộn
cao
Cuộn
hạ
Đồ thò
vectơ
Ký hiệu
tổ nối dây

Cuộn cao Cuộn hạ
Y/Y- 0
Y/∆-11
Y
0
/∆-11
A B C
A B C
A B C
a b c
a b c
a b c
O
o
B
A C
b
a c
B
A C
B
A C
b
a
c
b
a
c
B
A

b
a
B
A
b
a
B
A
b
a
Tổ đấu dây của máy biến áp:
2 - MBA 3 CUỘN DÂY
U
C
U
T
U
H
Cấu tạo
Ký hiệu
U
C
U
T
U
H
S
C
S
T

S
H
Chiều truyền công
suất
S
C
↔
↔↔
↔
S
H
+ S
T
S
T
↔
↔↔
↔
S
H
+ S
C
S
H
↔
↔↔
↔
S
C
+ S

T
→ S
đm
của MBA là công suất của cuộn có công suất lớn nhất
(cũng là công suất mạch từ ), các cuộn còn lại có thể bằng S
đm
(100%) hoặc bằng 2/3 S
đm
(66,7%) được ký hiệu qui ước theo
thứ tự cao/trung/hạ
Ví dụ: 100/100/100 ; 100/100/66,7 ; 100/ 66,7/66,7
3 - MBA TỰ NGẪU
MBA tự ngẫu
U
C
U
T
S
B
= S
từ
+ S
điện
U
T
U
C
I
T
I

C
U
ch
U
nt
I
ch
I
nt
U
ch
= U
T
I
ch
= I
T
- I
C
U
nt
= U
C
- U
T
I
nt
= I
C
Sơ đồ tương đương

11/14/2012
5
Công suất từ truyền trực
tiếp từ cao sang trung
Công suất điện
truyền qua mạch từ
Ta có: Giả thiết bỏ qua tổn thất trong MBA.
3 - MBA TỰ NGẪU
Hay có thể viết : S
B
= ((U
C
-U
T
)+U
T
).I
C
= (U
C
-U
T
).I
C
+ U
T
.I
C
U
T

U
C
I
T
I
C
U
ch
U
nt
I
ch
I
nt
S
BA
= (U
C
-U
T
).I
C
S
đ
= U
T
.I
C
3 - MBA TỰ NGẪU
 Tỉ lệ giữa cơng suất truyền tải bằng quan hệ từ so

với cơng suất xun (định mức) sẽ bằng:
Trong đó: K
cl
được gọi là hệ số có lợi của
máy biến áp tự ngẫu.
 Kích thước mạch từ được chọn theo cơng suất
mẫu:
S
mẫu
= K
cl
. S
đm
* SO SÁNH MBA
T
VÀ MBA
B
MBA
T
và
MBA
B
có
cùng S
đm
Chi phí chế tạo: MBA tự ngẫu nhỏ
hơn, nhẹ hơn, rẻ hơn.
Tổn hao trong MBA: MBA tự ngẫu
có tổn thất ít hơn
Phạm vi sử dụng: MBA tự ngẫu chỉ

sử dụng khi điện áp
Cao và Trung có trung
tính nối đất trực tiếp
(110KV)
PHẠM VI ỨNG DỤNG

α
càng bé càng có lợi, nghóa là U
T
càng gần U
C
càng có lợi
Ví dụ : * U
C
= 110 kV, U
T
= 22 kV
→
→→
→ α
αα
α
= 1 – 22 / 110 = 0,8
* U
C
= 22 kV, U
T
= 0,4 kV
→
→→

→ α
αα
α
= 1 – 0,4 / 22 = 0,98
→
→→
→
Khi U
C
lớn hơn U
T
nhiều không sử dụng MBA tự
ngẫu
11/14/2012
6
PHẠM VI ỨNG DỤNG
 Cuộn Hạ ( nếu có ) chỉ liên hệ với Cao và Trung qua mạch
từ, mà mạch từ chỉ sản xuất theo
α
.S
đm
nên công suất
truyền tối đa qua cuộn Hạ cũng chỉ là
α
.S
đm
. Khi truyền
công suất từ Hạ lên Cao và Trung ( ở NMĐ ) phải chọn
MBA theo S
đm

/
α
Ví dụ :
220 kV
110 kV
100 MVA
220 kV
110 kV
100 MVA
S
B
= 200 MVA
(S
H
= 100 MVA)
S
B
= 100 MVA
(S
H
= 100 MVA)
Chế độ 1 : Công suất truyền từ Cao sang Trung và Hạ
S
C
= S
T
+ S
H
I
C

I
nt(a)
I
ch(a)
I
nt(b)
I
T
I
H
* Các chế độ vận hành của MBA
T
3 - MBA TỰ NGẪU
I
C
I
nt(a)
I
ch(a)
I
ch(b)
I
T
I
H
Chế độ 2 : Công suất truyền từ Cao và Hạ sang Trung
S
T
= S
C

+ S
H
Trong cuộn nối tiếp chỉ có truyền từ cao sang
trung theo chế độ tự ngẫu
* Các chế độ vận hành của MBA
T
3 - MBA TỰ NGẪU
Chế độ 3 : Công suất truyền từ Cao và Trung sang Hạ
S
H
= S
C
+ S
T
* Các chế độ vận hành của MBA
T
3 - MBA TỰ NGẪU
I
C
I
nt(a)
I
ch(a)
I
C(a)
I
T
I
H
11/14/2012

7
III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
MBA có thể mang tải lâu dài trong
điều kiện đinh mức của : U, f, t
mt
,cũng
như điều kiện làm mát;
Khi đó tuổi thọ MBA sẽ bằng định
mức. Tuy nhiên, MBA có khi non tải,
có khi q tải.
Phải căn cứ chủ yếu vào độ hủy hoại
cách điện, nhiệt độ cực đại của
cuộn dây và của dầu.
Để cho phép MBA làm việc ở các chế
độ khác nhau.
III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
Khả năng tải của MBA khơng thể biểu diễn bằng đơn
vị KVA được, vì nó được xác định bằng các điều kiện
như:
 ðồ thị phụ tải
 Thời gian tồn tại chế độ vận hành
 Nhiệt độ mơi trường làm mát…
Cần phải xác định được nhiệt độ cuộn dây, nhiệt
độ dầu và mức hủy hoại cách điện.
Tính tốn q tải của
MBA khi vận hành với
đtpt bậc thang
Q tải bình thường
Q tải sự cố
TÍNH TỐN PHÁT NĨNG MBA KHI VẬN

HÀNH VỚI ĐTPT BẬC THANG
A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG
t
S
S
2
t
2
t
1
S
1
S
3
0
t
S
0
t
3
T
2
T
1
S
1dt
S
2dt
S
B

S
B
Bước 1: Đẳng trị đtpt nhiều bậc về đtpt tương đương có
2 bậc sao cho nhiệt lượng tỏa ra trong MBA là như
nhau.
Đồ thò phụ tải ban đầu Đồ thò phụ tải tương đương
11/14/2012
8
Trình tự tính toán :
 Bước 1 : Căn cứ vào đồ thò phụ tải qua MBA chọn MBA có
công suất S
B
sao cho S
min
< S
B
< S
max
S
B
T
1
T
2
S
2
S
1
T
3

T
n-1
T
n
t
2
t
1
t
3
t
n-1

t
n
S
3
S
min

S
max
t
0
S
B
S
tải
S
tải

A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG
 Bước 2 : Trong các vùng quá tải chọn vùng có
Σ
S
i
2
.T
i
lớn nhất để tính S
2đt
S
B
T
1
T
2
S
2
S
1
T
3
T
n-1
T
n
t
2
t
1

t
3
t
n-1

t
n
S
3
S
min

S
max
t
0
Vùng I :
S
2
2
.T
2
+S
3
2
.T
3
Vùng II :
S
max

2
.T
n
S
tải
A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG
 Bước 3 : Tính S
2đt
theo biểu thức :
 Nếu S
2đt
< 0,9.S
max
thì S
2
= 0,9.S
max
T
2
=
Σ
(S
i
2
.T
i
) / (0,9.S
max
)
2

A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG
 Bước 4 : Chọn 10h liền trước hoặc liền sau vùng tính S
2
để
tính
S
B
T
1
T
2
S
2
S
1
T
3
T
n-1
T
n
t
2
t
1
t
3
t
n-1

t
n
S
3
S
min

S
max
t
0
10h
10h
T
n
t
n-1
S
max
S
tải
A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG
11/14/2012
9
 Bước 5 : Tính k
1
, k
2
theo biểu thức :
Dựa vào loại MBA (dầu, khơ ) và cơng suất của MBA

xác định hằng số thời gian τ.
k
1
= S
1
/ S
B
k
2
= S
2
/ S
B
A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG
Công suất đònh mức MBA Hệ thống làm lạnh
τ
ττ
τ
(giờ)
Từ 0,001 đến 1 MVA Tự nhiên
2,5
> 1 đến 6,3 MVA Tự nhiên
3,5
> 6,3 đến 32 MVA Có thêm quạt
2,5
> 32 đến 63 MVA Có thêm quạt
3,5
Từ 100 đến 125 MVA Tuần hoàn cưỡng bức
2,5
> 125 MVA Tuần hoàn cưỡng bức có quạt

3,5
 Tùy thuộc vào nhiệt độ đẳng trị của mơi trường làm mát
mà xác định số biểu đồ tính tốn khả năng tải của MBA
A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG
τ
ττ
τ
(giờ)
Số thứ tự biểu đồ ứng với nhiệt
độ đẳng trị mơi trường xung
quanh
Công suất đònh mức
MBA
10 20 30 40
2,5
5 7 9 11 Từ 0,001 đến 1 MVA
3,5
6 8 10 12 > 1 đến 6,3 MVA
2,5
17 19 21 23 > 6,3 đến 32 MVA
3,5
18 20 22 24 > 32 đến 63 MVA
2,5
29 31 33 35 Từ 100 đến 125 MVA
3,5
30 32 34 36 > 125 MVA
 Bước 6 : Từ k
1
và T
2

vừa tính được tra đường cong quá
tải cho phép của MBA để tìm k
2cp
• Nếu k
2cp
> k
2
thì MBA đã
chọn có thể vận hành quá
tải được.
• Nếu k
2cp
< k
2
thì chọn MBA
có công suất lớn hơn.
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
0,2
0,4 0,6 1
12 h
8 h

4 h
2 h
1 h
T
2
=0,5 h
K
1
K
2cp
K
2cp
K
1
A. Q TẢI BÌNH THƯỜNG
BÀI TẬP 1
T( gio) 0-6 6-12 12-18 18-24
S(MVA) 60,675 57,625 51,525 69,82
Kiểm tra khả năng q tải của MBA
có cơng suất 63MVA. Biết đường
cong q tải bình thường ứng với
nhiệt độ mơi trường là 20
0
C và
S
đmBA
=63MVA được cho ở hình.
Biết hằng số thời gian của MBA là T=6h.
a. Tính Phụ tải đẳng trị bậc hai, bậc một
(S

2đt
, S
1đt
) .
b. Tính hệ số phụ tải K
1
, K
2
.
Tra đường cong q tải để được K
2cp
.
Kết luận.
Phụ tải phân bố trong 24h là:
11/14/2012
10
B. Q TẢI SỰ CỐ
Thời gian
quá tảiù <
6h
k
1
< 0,93
< 5 ngày
MBA có thể
vận hành quá
tảivới hệ số
quá tải
k
2cp

= k
qtsc
B. Q TẢI SỰ CỐ
 Bước 1 :
Chọn công suất S
B
sao cho
k
qtsc
.S
B
> S
max
hay S
B
> S
max
/ k
qtsc
S
tải
S
B
S
B
 Bước 2 : Kiểm tra điều kiện T
2
< 6h
S
B

T
1
T
2
S
2
S
1
T
3
T
n-1
T
n
t
2
t
1
t
3
t
n-1

t
n
S
3
S
min

S
max
t
0
T
2
T
2
S
tải
B. Q TẢI SỰ CỐ
S
B
T
1
T
2
S
2
S
1
T
3
T
n-1
T
n
t
2
t

1
t
3
t
n-1

t
n
S
3
S
min

S
max
t
0
10h
10h
T
n
t
n-1
S
max
 Bước 3 : Kiểm tra điều kiện k
1
< 0,93
S
tải

B. Q TẢI SỰ CỐ
11/14/2012
11
BÀI TẬP 2
Cho đồ thị phụ tải qua một MBA như H.a:
Giả sử chọn S
đmBA
= 63MVA. Hãy kiểm tra lại khả năng quá tải
bình thường của MBA. Biết đường cong quá tải bình thường ứng
với nhiệt độ môi trường là 20
0
C và S
đmBA
=63MVA cho ở H.b.