Thiết kế trạm biến áp 22011022 KV theo nhu cầu của phụ tải

Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

PHẦN I

PHẦN ĐIỆN

Trang - 1 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

CHƯƠNG I
TỒNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP
I. GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp là một cơng trình dùng để chuyển đổi điện năng từ cấp điện áp này

sang cấp điện áp khác.Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thơng cung cấp
điện.Trạm biến áp được phân loại theo điện áp và địa dư.
 Theo điện áp,trạm biến áp có thể là trạm tăng áp,cũng có thể là trạm hạ áp hay
trạm trung gian :
 Trạm tăng áp thường đặt trong các nhà máy điện làm nhiệm vụ tăng điện
áp từ điện áp máy phát lên điện áp cao hơn để tải điện
năng đi xa .
 Trạm hạ áp thường đặt ở các hộ tiêu thụ để biến đổi điện áp cao xuống
điện áp thấp hơn thích hợp với các hộ tiêu thụ điện .
 Trạm biến áp trung gian chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lưới điện có

cấp điện áp khác nhau .
 Theo địa dư,trạm biến áp được phân loại thành trạm biến áp khu vực và trạm
biến áp địa phương :
 Trạm biến áp khu vực được cung cấp từ mạng điện khu vực của hệ
thống điện để cung cấp điện cho một khu vực rộng lớn bao gồm các
thành phố,các khu cơng nghiệp... Điện áp của trạm khu vực phía sơ cấp
là: 500,220,110 KV; còn phía thứ cấp là: 220,110,35,22,10 hay 6 KV .
 Trạm biến áp địa phương là trạm biến áp được cung cấp điện từ mạng
phân phối,mạng địa phương của hệ thống điện cấp cho từng xí nghiệp
hay trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện với điện áp thứ cấp thấp hơn.
 Về phương diện cấu trúc,người ta chia ra trạm ngồi trời và trạm trong nhà:
 Trạm biến áp ngồi trời: ở trạm này các thiết bị phía điện áp cao đều đặt
ngồi trời còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà hay các tủ
sắt chế tạo sẵn chun dùng để phân phối phần hạ thế.Xây dựng trạm
ngồi trời sẽ tiết kiệm kinh phí xây dựng hơn so với xây dựng trạm trong
nhà.
 Trạm biến áp trong nhà: ở trạm này tất cả các thiết bị điện đều đặt trong
nhà.
 Cùng với hệ thống phát triển năng lượng quốc gia phục vụ cho q trình cơng
nghiệp hố hiện đại hố đất nước. Việc thiết kế trạm biến áp nhằm tạo một hệ
Trang - 2 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

thống điện rộng lớn cung cấp điện năng cho nhu cầu và phương hướng phát triển
kinh tế - xã hội của khu vực trong giai đoạn co dự tính đến sự phát triển về sau.
 Về dung lượng máy biến áp, vị trí, số lượng và phương thức vận hành trạm

biến áp có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung
cấp điện.Vì vậy,việc thiết kế trạm biến áp bao giờ cũng gắn liền với lựa chọn
phương án cung cấp điện.
 Việc thiết kế trạm biến áp tốt nhất phải nhiều mặt và phải tiến hành tính tốn
so sánh kinh tế - kỹ thuật và tính đảm bảo cung cấp điện liên tục giữa các
phương án đề ra.
II. KẾT CẤU TRẠM BIẾN ÁP
Một trạm biến áp cơ bản phài có máy biến áp,các thiết bị phân phối,các thiết bị
phân phối có nhiệm vụ nhận điện từ nguồn sau đó phân phối đến các phụ tải nhờ
đường dây.
 Thiết bị phân phối gồm có thiết bị phân phối cao áp và thiết bị phân phối hạ
áp,thường bao gồm :
 Khí cụ để đóng cắt lưới điện: máy cắt,cầu dao,dao cách ly, áptomát.
 Các khí cụ đo lường: BU,BI,các đồng đo A,V,Wh,cosφ.
 Khí cụ bảo vệ mạch : relay,CB,FCO.
III. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
 Nội dung Luận Văn Tốt Nghiệp này gồm ba phần :
 Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 KV theo nhu cầu của phụ tải.
 Thiết kế chống sét và lưới nối đất cho trạm.
 bảo vệ rơle (bảo vệ cho máy biến áp).
 Mục tiêu của việc thiết kế trong đề tài này là phục vụ nhu cầu về điện của một
khu cơng nghiệp,nhu cầu về sinh hoạt và dịch vụ cho khu dân cư.
IV. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ
 Theo số liệu ban đầu đã cho,thiết kế trạm biến áp theo trình tự sau:
1.Cân bằng cơng suất phụ tải
2.Lựa chọn phương án thiết kế
3.Chọn máy biến áp
4.Chọn sơ đồ nối điện
5.Tính tốn dòng điện ngắn mạch-dòng cưỡng bức
6.Tính tốn tổn thất cơng suất điện năng trong máy biến áp

7.Chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện
8.Tính tốn kinh tế - kỹ thuật và quyết định phương án thiết kế
Trang - 3 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

9.Thiết kế chống sét và lưới nối đất cho trạm
10.Bảo vệ rơle cho máy biến áp trạm

CHƯƠNG II
CÂN BẰNG CƠNG SUẤT PHỤ TẢI
I.KHÁI NIỆM

Cân bằng cơng suất là xem khả năng cung cấp điện và tiêu thụ điện có cân bằng

hay khơng.Cân bằng cơng suất đóng vai trò quan trọng tring thiết kế cung cấp điện
của trạm biến áp.Biết rằng sự vận hành bình thường của hệ thống sẽ khơng được đảm
bảo cơng suất của hệ thống đưa đếnchỉ bằng phụ tải của nó.Như vậy,việc cân bằng
cơng suất cần thiết kế để đảm bảo nhu cầu cung cấp điện liên tục và chất lượng điện
năng.
Phụ tải là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện,nó biến đổi điện
năng thành các dạng năng lượng khác, để phục vụ cho sản suất và sinh hoạt.
Tuỳ theo tầm quan trọng của phụ tải đối với nền kinh tế mà phụ tải chia thành 3 loại:
 Phụ tải loại 1: là những phụ tải mà khi xảy ra sự cố nguồn cung cấp sẽ gây ra
thiệt hại lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng của con người hoặc có ảnh
hưởng lớn đến chính trị.
 Phụ tải loại 2: là những phụ tải có tầm quan trọng lớn,nhưng có sự cố về

nguồn cung cấp điện chỉ thiệt hại về kinh tế do ngưng sản xuất,hư hỏng sản
phẩm,thiết bị ,lãng phí cơng nhân.
 Phụ tải loại 3: là những phụ tải cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy
thấp,cho phép mất điện trong thời gian sữa chữa và thay thế thiết bị khi có sự
cố.
II. CÂN BẰNG CƠNG SUẤT
Cân bằng cơng suất đóng vai trò quan trọng trong cung cấp điện,thiết kế một nhà
máy điện hay một trạm biến áp.Cân bằng cơng suất là cân bằng cơng suất phản kháng
và cơng suất tác dụng.Sự thiếu hụt một trong hai đại lượng này sẽ ảnh hưởng xấu đến
chất lượng điện năng và u cầu cung cấp điện.Vì vậy,việc cân bằng cơng suất là rất
cần thiết để đảm bảo nhu cầu cung cấp và chất lượng điện.
Ở đây,cơng suất của hệ thống SHT=141,17 MVA cung cấp từ hai đường dây
220KV dài 120km cho cấp điện áp 110KV và cho phụ tải khu vực ở cấp điện áp
22KV theo sự phát triển của phụ tải điện.
Trang - 4 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

III. ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TỪNG CẤP ĐIỆN ÁP
Mức tiêu thụ điện năng ln thay đổi theo thời gian. Qui luật biến thiên của phụ
tải theo thời gian được biểu diễn trên hình vẽ gọi là đồ thị phụ tải.
 Đồ thị phụ tải có thể phân loại theo cơng suất,theo thời gian và theo địa dư.
 Đồ thị phụ tải rất cần thiết trong việc thiết kế và vận hành hệ thống điện.
 Khi biết đồ thị phụ tải của tồn hệ thống điện có thể phân bố tối ưu cơng suất
cho các trạm biến áp trong hệ thống điện, xác định mức tiêu thụ ... Đồ thị phụ tải
hàng ngày của trạm biến áp dùng để chọn dung lượng của máy biến áp, tính tốn
tổn thất điện năng trong máy biến áp, chọn sơ đồ nối dây, thiết bị bảo vệ ...

1.Cấp 220 KV :
Là cấp hệ thống có: SHT=141,17 MVA và X*HT=0,2
Đồ thị phụ tải :

P%
100
80
60
40
20
3

6

9

12 15 18 21 24

2.Cấp 110 KV :
Có S110max=94,11 MVA
Đồ thị phụ tải :

Trang - 5 –

t(gi?)


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

P%
100
80
60
40
20
3

6

9

t(gi?)

12 15 18 21 24

3.Cấp 22 KV :
Có S22max=18,75 MVA
Đồ thị phụ tải :
P%

100
80
60
40
20
3

6

Trang - 6 –

9

12 15 18 21 24

t(gi?)


Luận văn tốt nghiệp
t
S110 (MVA)
S22 (MVA)
S∑ = S110+ S22

0-3
75,29
9,375
84,665

Thiết kế trạm biến áp

3-6
56,47
9,375
65,84

6-9
65,88

15
80,88

9-12
94,11
15
109,11

12-15 15-18
94,11 84,7
18,75 18,75
112,86 103,45

18-21 21-24
84,7
75,29
13,12 9,375
97,82 84,66

 Vậy ta có thể xây dựng được bản nhu cầu phụ tải trong từng năm theo biểu
thức sau :
Pn=P0(1+g)n
Trong đó :

 Pn : phụ tải vào cuối năm thứ năm n
 P0 : phụ tải ban đầu
 g : suất tăng trưởng hàng năm của phụ tải
 n : số năm
(tra theo sách Hệ thống điện_truyền tải và phân phối của Hồ Văn Hiến ở
mục 13.9 Sự phát triển của phụ tải điện trang 509)

Với số liệu đã cho ta có chung một hệ số cơng suất trong từng năm : Cosφ=0,8
Thì cơng thức trên cũng có thể viết như sau : (chia 2 vế cho Cosφ)
Sn=S0(1+g)n

CHƯƠNG III
SƠ ĐỒ CẤU TRÚC
I. KHÁI NIỆM

Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp là sơ đồ diễn tả sự liên quan giữa nguồn,tải và hệ

thống. 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
nhiệm. Với các trạm biến áp tiêu thụ cũng có thể có máy phát dự phòng để cung cấp
Trang - 7 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

điện cho các phụ tải khi có sự cố trong hệ thống. Trường hợp này các máy phát dự
phòng được xem là nguồn. Do đó, hệ thống ln được xem là thành phần quan trọng,
cấu trúc của trạm biến áp phải ln được giữ liên lạc chặt chẽ.
Khi thiết kế trạm biến áp, chọn sơ đồ cấu trúc là thành phần quan trọng có
ảnh hưởng quyết định đến tồn bộ q trình thiết kế.
 Các u cầu chính khi chọn sơ đồ cấu trúc :
1. Có tính khả thi : tức là có thể chọn được các thiết bị chính như : máy biến áp,máy
cắt,dao cách ly ... cũng như có khả năng thi cơng,xây lắp và vận hành trạm.
2. Đảm bảo liên tục chặt chẽ giữa các cấp diện áp, đặc biệt với hệ thống khi bình
thường cũng như cưỡng bức (có một phần tử khơng làm việc ).

3. Tổn hao qua máy biến áp thấp,tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua hai máy
biến áp khơng cần thiết.
4. Vốn đầu tư hợp lý, chiếm diện tích càng nhỏ càng tốt.
5. Có khả năng phát triển trong tương lai gần,khơng cần thay cấu trúc đã chọn.
 Thường thiết kế một trạm biến áp có thể có nhiều phương án khác nhau, để
chọn phương án nào ta cần cân nhắc các khía cạnh sau :
 Số lượng máy biến áp.
 Tổng cơng suất máy biến áp.
 Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp.
 Tổn hao điện năng tổng qua các máy biến áp.
II. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP
Trạm biến áp là một cơng trình nhận điện năng bằng một hay nhiều nguồn cung
cấp với điện áp cao để phân phối cho các phụ tải ở các cấp điện áp bằng hoặc nhỏ hơn
điện áp hệ thống. Phần cơng suất được phân phối ở điện áp ằng điện áp hệ thống
khơng qua máy biến áp hạ,phần còn lại qua máy biến áp giảm áp có điện áp phù hợp
với phụ tải.
 Phụ thuộc vào các cấp điện áp, vào cơng suất của phụ tải có thể sử dụng một
trong ba phương án sau :
 Qua máy biến áp giảm dần từ điện áp cao xuống.
 Dùng máy biến áp ba cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu nếu
UT≥ 220KV
 Qua các máy biến áp 2 cuộn dây cung cấp cho từng cấp điện áp thấp.
 Các điều kiện chọn máy biến áp
 Điều kiện làm việc bình thường :
Strạm > Sphụ tải
Trang - 8 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

 Khi có sự cố một máy biến áp :
(máy biến áp còn lại làm việc theo điều kiện q tải sự cố)
 Thời gian q tải :
tq tải < 6 giờ /(1 ngày đêm) trong 5 ngày đêm liên tục.
 Hệ số q tải :
S2
K2 = Kqt = < 1,4
S đmMBA
 Hệ số mang tải (trước khi
q tải) :
S(đtS 2 t )
K1 = = < 0,93.

i i
S đmMBA
1. Phương án 1
10
 Sơ đồ cấu trúc phương án
S đmMBA
1

HT
220 (KV)

125 (MVA)
110 (KV)

30 (MVA)

22 (KV)

a.Giai đoạn 1
Lắp 2 MBA 230/115 KV cơng suất 125 (MVA) vận hành song song .
 Đồ thị phụ tải cấp 110 KV :

Trang - 9 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

P%
100
80
60
40
20
3

6

9

12 15 18 21 24

 Đồ thị phụ tải cấp 22 KV :

Trang - 10 –

t(gi?)


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

P%

100
80
60
40
20
3

6

9

12 15 18 21 24

t(gi?)

 Kiểm tra điều kiện làm việc của trạm
 Điều kiện làm việc bình thường :
Trạm có cơng suất là :
Strạm = 2 х 125 = 250 (MVA) > S110max + S22max=112,86 MVA
→ đạt u cầu.

Khi sự cố 1 MBA (MBA còn lại làm việc theo điều kiện q tải sự cố)
94,11
S MAX
 18, 75
SdmMBA > = 125 >
1, 4
125 > 112,86
→ Đạt u cầu.
 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải.
`b. Giai đoạn 2
Lắp 2 MBA 115/22 KV cơng suất 30 (MVA) vận hành song song .
 Đồ thị phụ tải cấp 22 KV :

Trang - 11 –

=


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

P%

100
80
60
40
20
3

6

9

12 15 18 21 24

t(gi?)

 Kiểm tra điều kiện làm việc của trạm
 Điều kiện làm việc bình thường :
Trạm có cơng suất là :
Strạm = 2 х 30 = 60 (MVA) > S22max=18,75 MVA → đạt u cầu.
Khi sự cố 1 MBA (MBA còn lại làm việc theo điều kiện q tải sự cố)
S MAX
75 > 13,39
SdmMBA > = 30 > = 30 18,
1, 4

→ Đạt u cầu.
 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải.

Ưu điểm :
 Độ tin cậy cung cấp điện cao .
 Cung cấp điện đầy đủ theo u cầu của phụ tải.
• Các thiết bị và các khí cụ điện giống nhau nên dễ dàng thay thế khi bị sự cố
một MBA.
Khuyết điểm :
 Máy biến áp vận hành non tải.
 Chiếm diện tích xây dựng lớn (vì có đến 4 MBA).

Nhận xét :
Trang - 12 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

Phương án ln đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải.
2. Phương án 2
 Sơ đồ cấu trúc phương án 2

HT
220 (KV)

125 MVA
22 (KV)

110 (KV)

Lắp 2 MBA TN 230/121/38,5 KV cơng suất 125 (MVA) vận hành song song .
 Đồ thị phụ tải cấp 22 KV :

Trang - 13 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

P%

100
80
60
40
20
3

6

9

12 15 18 21 24

t(gi?)

 Đồ thị phụ tải cấp 110 KV :

P%
100
80
60
40
20
3

6

9

12 15 18 21 24

 Kiểm tra điều kiện làm việc của trạm
 Điều kiện làm việc bình thường :
Trang - 14 –

t(gi?)


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

Trạm có cơng suất là :
Strạm = 2 х 125 = 250 (MVA) > S110max + S22max=112,86 MVA
→ đạt u cầu.
Khi sự cố 1 MBA (MBA còn lại làm việc theo điều kiện q tải sự cố)
94,11
S MAX
 18, 75
SdmMBA > = 125 > =
1, 4
125 > 112,86
→ Đạt u cầu.
 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải.
Ưu điểm :
 Độ tin cậy cung cấp điện cao .
 Cung cấp điện đầy đủ theo u cầu của phụ tải.
• Các thiết bị và các khí cụ điện giống nhau nên dễ dàng thay thế khi bị sự

cố một MBA.
Khuyết điểm :
 Máy biến áp vận hành non tải.
 Chiếm diện tích xây dựng lớn (vì có đến 4 MBA).
Nhận xét :
Phương án ln đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải.
BẢNG TỔNG KẾT CHỌN CÁC SƠ ĐỒ CẤU TRÚC
Phương án
1
2

Giai đoạn 1
Giai đoạn 2
2 х 125 MVA
2 x 30 MVA
MBATN 2x125 MVA

CHƯƠNG IV
CHỌN MÁY BIẾN ÁP
I. KHÁI NIỆM

Máy biến áp là thiết bị 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 500 KV, 220 KV, 110 KV ..., thường qua máy biến áp tăng từ điện
áp máy phát lên điện áp tương ứng. ở cuối đường dây cap lại cần máy biến áp giảm
về điện áp thích hợp với mạng ohân phối.
Trang - 15 –

Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

 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 cơng suất máy biến áp trong hệ
thống điện có thể bằng 4 đến 5 lần tổng cơng suất của các máy phát.
 Máy biến áp thường chế tạo thành một khối tại nhà máy, phần có thể tháo rời ra
trong khi chun chở chiếm tỉ lệ rất nhỏ (khoảng 10%), cho nên trọng lượng
kích thước chun chở rất lớn.
 Chọn máy biến áp là một khâu quan trọng trong việc cung cấp điện liên tục cho
các phụ tải. Vì khi có sự cố xảy ra với máy biến áp thì dẫn đến thất thốt về
kinh tế - vật chất ... Ảnh hưởng trực tiếp đến qui trình và tiến độ hoạt động của
các hộ tiêu thụ. Chọn máy biến áp phải đảm bảo cung cấp điện trong khi làm
việc bình thường cũng như lúc q tải. Khi chọn máy biến áp phải chú ý đến
khả năng phát triển của 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 cơng suất tối ưu cần thoả mãn các điều
kiện nêu trên.
 Số lượng cơng suất máy biến áp được xác định theo tiêu chuẩn kinh tế - kỹ
thuật sau :
 An tồn đảm bảo tính cung cấp điện.
 Vốn đầu tư thấp nhất.
 Chi phí vận hành nhỏ nhất.
 Dung lượng máy biến áp trong một trạm nên đồng nhất.
 Máy biến áp có khi vận hành non tải, thì cũng có thể vận hành q tải trong
một khoảng thời gian mà khơng làm hỏng máy biến áp. Từ quan hệ về sự hao mòn
của máy biến áp,trong thời gian vận hành có thể tính được khả năng q tải cho
phép của nó khi biết đồ thị phụ tải, để cho sự hao mòn trong thời gian khơng vượt
q định mức.

 ĐIỀU KIỆN CHỌN MÁY BIẾN ÁP
1. Q tải một cách hệ thống (q tải bình hường của máy biến áp) :
 Qui tắc này được áp dụng khi chế độ bình htường hằng ngày có những lúc
máy biến áp vận hành non tải (K1<1) và có những lúc vận hành q tải (K2>1).
 Căn cứ vào đồ thị phụ tải qua máy biến áp có cơng suất nhỏ hơn S max, lớn
hơn Smin.
Trang - 16 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

Smin < SB < Smax
 Đẳng trị đồ thị phụ tải qua máy biến áp thành đồ thị phụ tải chỉ có 2 bậc
K1 và K2 với thời gian q tải T2.
 Từ đường cong khả năng tải của máy biến áp có cơng suất và nhiệt độ
đẳng trị mơi trường xung quanh tương ứng xác định khả năng q tải cho phép K 2cp
tương ứng với K1,K2, và T2.
 Nếu K2cp > K2 nghĩa lá máy biến áp đã chọn có khả năng vận hành với đồ
thị phụ tải đã cho và tuổi thọ của máy biến áp vẫn đảm bảo.
 Nếu K2cp < K2 tức là máy biến áp đã chọn khơng có khả năng đảm bảo
hai điều kiện trên. Do đó phải chọn máy biến áp có cơng suất lớn hơn.
 Khi đã chọn cơng suất máy biến áp lớn hơn Smax của đồ thị phụ tải khơng
cần kiểm tra khả năng này.
 K1 , K2 , K2cp , T2 được tính theo sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến
áp của thầy Huỳnh Nhơn trang 32, 33.
2. Q tải sự cố của máy biến áp :
Khi hai máy vận hành song song mà một trong hai máy bị sự cố phải nghỉ

thì máy biến áp còn lại có thể vận hành với phụ tải lớn hơn định mức khơng phụ
thuộc vào nhiệt độ mơi trường xung quanh lúc sự cố trong khoảng thời gian 5 ngày
đêm nếu thoả mãn các điều kiện (theo đồ thị phụ tải đẳng trị về 2 bậc) :
 K1 < 0,93
 K2 < 1,4 đối với máy biến áp đặt ngồi trời
K2 < 1,3 đối với máy biến áp đặt trong nhà
 T2 < 6 giờ
II. CHỌN CƠNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP
1. Trường hợp chỉ có 1 máy biến áp :
Kqtbt . SdmB ≥ Smax
Trong đó : Kqtbt là khả năng q tải thường xun.
2. Trường hợp có 2 máy biến áp ghép song song :
Cơng suất máy biến áp được chọn theo diều kiện một máy nghỉ, máy còn lại
với khả năng q tải sự cố cho phép phải tải lớn hơn cơng suất cực đại của phụ tải.
Kqtsc . SdmB ≥ Smax
Suy ra :

SdmB ≥

S max
K qtsc

Theo điều kiện này khơng cần
xét điều kiện bình htường vì Kqtsc lớn
nhất chỉ bằng 1,4 (máy biến áp đặt ngồi trời). Trong khi theo điều kiện bình thường
chỉ cần :
Trang - 17 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

SdmB ≥ 0,5.Smax
Chọn theo điều kiện trên đưa đến cơng suất máy biến áp q lớn do chế tạo
máy biến áp nhảy vọt, có thể khơng chọn cơng suất q lớn mà xét khi sự cố 1 máy có
thể cắt một phần phụ tải loại 3, nếu cho phép thì hợp lý hơn.
3. Trường hợp có 3 máy biến áp ghép song song :
+ Cơng suất máy biến áp chọn theo cơng thức :
S max
Sdm ≥
+ Kiểm tra một máy nghỉ, hai 3 máy còn lại với khả năng q tải sự cố
có thể tải cơng suất cực đại.
2.Kqtsc.SdmB ≥ Smax
Suy ra :
S max
SdmB ≥
2.K qtsc
 Ứng với các trường hợp ta chọn
trường hợp có 2 máy biến áp ghép song song phù hợp với sơ đồ cấu trúc và số lượng
máy biến áp đã chọn ở chương III.
III.CHỌN CÁC MÁY BIẾN ÁP
Trong chương 3 ta đã chọn được 2 phương án thiết kế cho trạm. Vậy ta sẽ
chọn số lượng và dung lượng của máy biến áp ở các phương án trên.
1.Chọn máy biến áp phương án 1 thiết kế :
1.1_Giai đoạn 1 (2x125 MVA)
Thơng số kỹ thuật của một máy biến áp 230/115 KV cơng suất 125 (MVA):
• Kiểu ONAF
• Nhà sản xuất AEG
• Cơng suất định mức : S= 125 đm MVA

• Cấp điện áp : 230/115 KV
• Điện áp ngắn mạch : U% = 12 N (%)
• Dòng điện khơng tải : I% = 0 0,35 (%)
• Tổn thất khơng tải : ∆P0 = 50 KW
• Tổn thất ngắn mạch : ∆PN = 330 KW
• Giá tiền : 850.000 USD
1.2_Giai đoạn 2 (2x 30 MVA)
Thơng số kỹ thuật của một máy biến áp 115/22 KV cơng suất 30 (MVA):
• Kiểu ONAN
• Nhà sản xuất AEG
• Cơng suất định mức : Sđm = 30 (MVA)
• Cấp điện áp : 115/22 (KV)
Trang - 18 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

• Điện áp ngắn mạch : UN% = 13 (%)
• Dòng điện khơng tải : I0% = 0,15 (%)
• Tổn thất khơng tải : ∆P0 = 17 (KW)
• Tổn thất ngắn mạch : ∆PN = 132 (KW)
• Kích thước : D = 7,78(m)
B = 4,25 (m)
C = 5,6 (m)
• Trọng lượng : 72 (tấn)
• Giá tiền : 470.000 USD
2.Chọn máy biến áp phương án 2 thiết kế :
Thơng số kỹ thuật của một máy biến áp tự ngẫu 230/121/38,5 KV cơng suất 125

(MVA):
• Kiểu ATЛЦTП
• Nhà sản xuất NGA
• Cơng suất định mức : S= 125 đm MVA
• Cấp điện áp : 230/121/38,5 KV
• Điện áp ngắn mạch U% : N CT: 11(%); CH: 31(%); TH: 19(%).
• Dòng điện khơng tải : I% =0,5 0 (%)
• Tổn thất khơng tải : ∆P0 = 85 KW
• Tổn thất ngắn mạch ∆PN : CT: 290(KW); CH: 235(KW); TH: 230(KW)
• Giá tiền : 985.120 USD
3.Chọn máy biến áp tự dùng 22/0,4 KV cho trạm
 Nguồn tự dùng trong trạm biến áp có tầm quan trọng đặc biệt vì nó là
nguồn năng lượng dùng để thao tác các bộ phận truyền động, cơ cấu truyền động,cơ
cấu đóng cắt.
 Tập họp các máy cơng tác truyền động bằng động cơ điện, thiết bị phân
phối hạ áp, máy biến áp giảm áp, nguồn năng lượng độc lập (acquy), hệ thống điều
khiển,tín hiệu thắp sáng,... tạo thành hệ thống điện tự dùng của trạm biến áp.
 Trạm biến áp chỉ có thể làm việc bình thường trong điều kiện hệ thống điện
tự dùng làm việc tin cậy. Như vậy, u cầu cơ bản đối với hệ thống điện tự dùng là độ
tin cậy cao nhưng u cầu kinh tế cũng khơng kém phần quan trọng.
 Cấp điện tự dùng thường sử dụng 2 cấp điện áp : 220V và 380V, nguồn
một chiều 220V hoặc 110V.
 Trong trạm, nguồn tự dùng chủ yếu dùng để chiếu sáng an tồn, sinh hoạt,
giải nhiệt làm mát, thiết bị bảo vệ, đo lường, thơng tin và bơm nước,... Cơng suất tự
dùng nhỏ, thường theo tiêu chuẩn của trạm biến áp chun dùng cung cấp cho khu
cơng nghiệp, cơng suất tự dùng khoảng 0,2% ÷ 0,5% cơng suất của trạm.
Trang - 19 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

Để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện, đảm bảo sự phát triển cỉa phụ tảo tự dùng
trong tương lai t sử dụng 2 máy biến áp 22/0,4 KV cơng suất 250 (KVA) vận hành
song song co các thơng số :








Hãng sản xuất : ABB
Cơng suất định mức : Sdm = 250 (KVA)
Cấp điện áp : 22/0,4 (KV)
Điện áp ngắn mạch : UN% = 4%
Tổn hao khơng tải : ∆P0 = 640 (W)
Tổn hao ngắn mạch : ∆PN = 4100 (W)
Kích thước :
Dài : A = 1370 (mm)
Rộng : B = 820 (mm)
Cao : C = 1485 (mm)
 Tổng trọng lượng : 1130 (kg)
Ngồi ra, ta còn cung cấp hệ thống điện một chiều 110 V DC cho trạm gồm 55 bình
acquy, mỗi bình 2V mắc nối tiếp, có hệ thống tự động nạp điện.

Trang - 20 –

Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

CHƯƠNG V
SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN
I. KHÁI NIỆM

Sơ đồ nối điện là một hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa các thiết bị, khí cụ điện có

nhiệm vụ nhận điện từ các nguồn để cung cấp phân phối cho các phụ tải cùng một cấp
điện áp.
 Nguồn điện có thể là máy biến áp, máy phát điện, đường dây cung cấp.
 Phụ tải có thể là máy biến áp, đường dây ...
 Mỗi nguồn hay tải gọi là một phần tử của sơ đồ nối điện.
 Thanh góp là nơi tập trung các nguồn điện và phân phối cho các phụ tải.
Sơ đồ nối điện có nhiều dạng lhác nhau phụ thuộc vào cấp điện áp, số phần tử
nguồn và tải, cơng suất tổng, tính chất quan trọng của các phụ tải ...
Vì vậy, sơ đồ nối điện cần thoả mãn các điều kiện sau :
1. Tính đảm bảo cung cấp điện theo u cầu hay sự quan trọng của phụ tải mà
mức đảm bảo cần đáp 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 khơng cung cấp đủ
cho các hộ tiêu thụ hay là sự thiệt hại của phụ tải do khơng đảm bảo cung cấp điện.
2. Tính linh hoạt : là sự thích ứng với các chế độ làm việc khác nhau.
3. Tính phát triển : sơ đồ nối điện cần thoả mãn khơng những hiện tại mà cả trong
tương lai gần khi tăng thêm nguồn hay tải. Khi phat triển khơng bị khó khăn hay phá
bỏ thay đổi cấu trúc sơ đồ.
4. Tính kinh tế : thể hiện ở vốn đầu tư ban đầu và các chi phí hàng năm.
II. CÁC DẠNG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CƠ BẢN

Căn cứ vào số thanh góp, vào số máy cắt điện cung cấp cho các phần tử, sơ đồ
nối điện được chia thành các nhóm sau đây :
1. Sơ đồ một hệ thống thanh góp
a. Sơ đồ một hệ thống thanh góp khơng phân đoạn (hình 5.1)

Trang - 21 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

Hình 5.1

Đặc điểm của sơ đồ này là tất cả các phần tử (nguồn,tải) đều được nối vào thanh
góp chung qua một máy cắt. Hai bên máy cắt nói chung có 2 dao cách ly, trừ mạch
máy phát điện có thể khơng cần dao cách ly về phía máy phát, mạch máy biến áp hai
cuộn dây có thể khơng có dao cách ly về phía máy biến áp. Các dao cách ly này có
nhiệm vụ đảm bảo an tồn khi cần sữa chữa máy cắt điện.
 Ưu điểm :
 Đơn giản, rõ ràng, mỗi phần tử được thiết kế riêng cho mạch đó.
 Khi vận hành,sửa chữa,... mạch này khơng ảnh hưởng trực tiếp đến các
mạch khác.
 Khuyết điểm :
 Khi sửa chữa máy cắt điện trên mạch nào,các phụ tải nối vào mạch đó
cũng bị mất điện. Thời gian ngừng cung cấp điện phụ thuộc vào thời gian
sửa chũa máy cắt điện đó.
 Ngắn mạch trên thanh góp đưa đến cắt điện tồn bộ các phần tử. Ngay
cả khi cần sửa chữa thanh góp hay các dao cách ly về phía thanh góp (gọi
là dao cách ly thanh góp) cũng sẽ mất điện tồn bộ trong thời gian sửa

chữa.
Do những khuyết điểm trên, sơ đồ này chỉ được sử dụng khi u cầu về tính đảm
bảo cung cấp điện khơng cao,các hộ tiêu thụ thuộc loại 3. Trường hợp này chỉ có một
nguồn cung cấp.
Trang - 22 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

b.Sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn (hình 5.2)

a)

b)

c)
Hình 5.2

 Thanh góp được phân đoạn bằng một dao cách ly (hinh 5.2a), hai dao cách ly
(hình 5.2b), hoặc bằng máy cắt điện cùng 2 dao cách ly (hình 5.2c). Số phân
đoạn được phân theo số nguồn cung cấp. Mỗi phân đoạn có một nguồn cung
cấp và một phần các mạch tải.
 Máy cắt điện 2 dao cách ly phân đoạn có thể đóng hay cắt khi vận hành
bình thường. Điều này phụ thuộc vào sự lựa chọn cân nhắc của bộ phận vận hành, vì
đóng hay cắt đều có ưu khuyết điểm của nó.
 Dùng dao cách ly để phân đoạn rẻ tiền hơn nhưng khơng linh hoạt đảm
bảo bằng phân đoạn bằng máy cắt điện.
 Khi đã phân đoạn bằng máy cắt thì các phụ tải loại 1 sẽ được cung cấp

điện từ hai đường dây nối vào 2 phân đoạn khác nhau, do đó khơng còn mất điện do
bất kì ngun nhân nào khi cần cắt, nghỉ một đường dây hay một phân đoạn.
 Khi cần sửa chữa chỉ tiến hành cho từng phân đoạn, việc cung cấp điện
được chuyển cho phân đoạn kia.
 Khi sự cố trên một phân đoạn nào, máy cắt phân đoạn sẽ cắt cùng với
máy cắt của các mạch trên phân đoạn đó, phân đoạn còn lại vẫn đảm bảo cung cấp
điện bình thường. Tất nhiên trong thời gian này tính đảm bảo có giảm nhưng xác suất
xuất hiện sự cố trong thời gian này thấp.
Trang - 23 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

 Nếu bình thường làm việc trong chế độ máy cắt phân đoạn cắt thì nên
đặt thêm bộ phận tự động đóng nguồn dự phòng. Nhờ bộ phận này khi mất nguồn
cung cấp trên phân đoạn nào đó, máy cắt phân đoạn sẽ tự động đóng lại và phân đoạn
được cung cấp từ phân đoạn kia.
 Với những ưu điểm đã nêu trên, sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn
bằng máy cắt điện được sử dụng rất rộng rãi trong các trạm biến áp cung như nhà máy
điện khi điện áp khơng cao lắm (10, 22, 35, 110 KV) và số mạch khơng nhiều. Đặc
biệt hiện nay máy cắt điện khí SF6 có độ tin cậy cao, thời gian cần bảo quản, sửa chữa
ngắn, thời gian ngừng cung cấp điện do máy cắt sẽ rất bé, nên sơ đồ này càng được sử
dụng rộng rãi hơn và là sơ đồ chủ yếu trong các trạm biến áp cung cấp điện hiện nay ở
nước ta.
c. Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp vòng (hình 5.3)

a)

b)

c)

Hình 5.3

 Tất cả các phần tử được nối vào thanh góp vòng qua dao cách ly vòng (CL v),
một máy cắt vòng (MCv) cùng hai dao cách ly hai bên được nối liên lạc giữa thanh
góp vòng với thanh góp chính (hình 5.3a).
 Nhiệm vụ của máy cắt vòng MCv để thay lần lượt ho máy cắt của bất kì phần tử
nào khi cần sửa chữa mà khơng cần ngừng cung cấp điện phần tử đó bằng cách đi
vòng qua MCv , thanh góp vòng và CLv .
 Nếu có 2 phân đoạn có thể thực hiện theo sơ đồ (hình 5.3b) hoặc (hình 5.3c), nhờ
có máy cắt vòng độ tin cậy cung cấp điện của sơ đồ tăng lên, tuy nhiên sơ đồ thêm
Trang - 24 –


Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế trạm biến áp

phức tạp và tăng vốn đầu tư. Sơ đồ này chỉ được thục hiện chủ yếu với điện áp thường
từ 110KV trở lên và số đường dây nhiều.
2. Sơ đồ hai hệ thống thanh góp (hình 5.4)

MC

Hình 5.4

 Đặc điểm của sơ đồ (hình 5.4) là có hai hệ thống thanh góp đồng thời.Mỗi

phần tử qua một máy cắt nhưng rẽ qua hai dao cách ly để nối vào 2 thanh góp,
giữa hai hệ thống thanh góp có một máy cắt liên lạc (MC G). Hai hệ thống thanh
góp có giá trị như nhau.
 Ưu điểm :
Sơ đồ này có ưu điểm nổi bật là khi cần sửa chữa một máy cắt của phần tử nào đó,
dùng máy cắt liên lạc MCG đi tắt qua máy cắt cần sửa chữa, các phần tử còn lại làm
việc trên thanh góp I.
 Khuyết điểm :
Khuyết điểm của sơ đồ hai hệ thống thanh góp là phức tạp khi xây dựng cũng như
vận hành, đặc biệt đóng cắt dao cách ly nếu như nhầm lẫn có thể gây hậu quả nghiêm
trọng.
Sơ đồ này chỉ sử dụng với điện áp cao từ 110 KV trở lên.
3. Sơ đồ hệ thống thanh góp 3 phần 2 (hình 5.5)

Trang - 25 –