ĐỒ ÁN phân tích, và tính toán trạm biến áp Trung gian đi sâu về hệ thống đo lường và bảo vệ

Lời nói đầu

Lời nói đầu
Cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, nhu cầu về sử dụng điện phục vụ
cho sản xuất và đời sống sinh hoạt của nhân dân ngày càng tăng. Trước đây phụ tải
điện khu vực ngoài thành thị chủ yếu là điện sinh hoạt và điện cung cấp cho canh
tác. Trong những năm gần đây khi các hộ tiêu thụ sản xuất nông nghiệp ngày một
phát triển thì phụ tải điện tăng lên. Tuy nhiên nguồn lưới điện hiện tại chưa được
sửa chữa và nâng cấp gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng điện, hao tổn điện
năng cao. Bên cạnh đó còn phát sinh nhiều vấn đề về xã hội và môi trường.
Do đó để đảm bảo tốt nhu cầu về điện cần phải có biện pháp nâng cấp, sửa chữa
nguồn điện cũ, xây dung thiết kế nguồn điện mới, đặc biệt đối với phụ tải công nghiệp
thường gây nhiều ảnh hưởng xấu tới lưới điện như độ ổn định điện áp không cao, hệ số
cao thấp, hao tổn điện năng cao. Nếu công suất phụ tải lớn cần phải có nguồn cung cấp
riêng để đảm bảo chế độ làm việc an toàn cho các phụ tải khác.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, cũng như hiểu rõ tầm quan trọng của
nguồn điện. Ngành điện lực đã có những dự án đầu tư phát triển để nâng cấp, sửa
chữa, xây dựng mới không chỉ tập trung mà còn dàn trải đều khắp các vùng trong
thành phố Hải Phòng. Đặc biệt là ở khu vực ngoại thành. Nguồn điện lưới cũ
không đủ tiêu chuẩn giờ đã được thay thế. Nhờ vậy bộ mặt thành phố đã có những
thay đổi đáng kể. Một trong những dự án đã và đang được triển khai xây dựng đó
là trạm biến áp trung gian 110 KV Huyện Tiên Lãng. Hứa hẹn sẽ góp phần nâng
cao cũng như sẽ tạo ra những vận hội mới cho sự phát triển kinh tế, đặc biệt là các
ngành đòi hỏi cao về nhu cầu điện năng.
Căn cứ vào tình hình trên, được sự phân công của Bộ Môn Điện Công
nghiệp và dân dụng - khoa Khoa học tự nhiên - Trường Đại Học Hải Phòng và sự
hướng dẫn của Thầy Cô Giảng Viên trong khoa, em nghiên cứu thực hiện đề tài
“Phân tích và tính toán trạm biến áp Trung gian huyện Tiên Lãng - Hải
Phòng - đi sâu về hệ thống đo lường và bảo vệ”
1

Lời nói đầu

Nội dung đồ án gồm có:
Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng
Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống
sét, nối đất
Chương 3: Sơ đồ cung cấp điện tự dùng và hệ thống bảo vệ đo lường trong
trạm biến áp
Trong quá trình thực hiện đề tài, với sự hiểu biết của bản thân, em đã cố
gắng vận dụng tất cả kiến thức đã học để thực hiện đề tài với các số liệu khảo sát
và thống kê được. Bên cạnh đó, em luôn được sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy
Giáo PGS.TS Hoàng Xuân Bình, các Thầy Cô trong Bộ Môn Điện Công nghiệp và
dân dụng - khoa Khoa học tự nhiên - Trường Đại Học Hải Phòng. Đến nay đề tài
đã hoàn thành đúng thời gian quy định.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, mà đến nay đề tài đã được hoàn
thành . Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Giáo PGS.TS Hoàng Xuân Bình, các Thầy
Cô trong Bộ Môn Điện Công nghiệp và dân dụng - khoa Khoa học tự nhiên Trường Đại Học Hải Phòng giúp đỡ em trong suốt quá trình từ khi còn chọn lọc đề
tài, đến khi đề tài đã được hoàn thành. Em xin chân thành cảm ơn.
Hải Phòng, ngày.......tháng......năm 2012
Sinh viên thực hiện

Vũ Tiến Đạt

2


Lời nói đầu

3

Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP
TRUNG GIAN HUYỆN TIÊN LÃNG
1.1. Giới thiệu tổng quan về huyện Tiên Lãng
1.1.1. Vị trí địa lý
Huyện Tiên Lãng nằm ở phía Nam Thành phố Hải Phòng, phía Bắc giáp với
huyện An Lão và huyện Kiến Thụy, ranh giới là sông Văn Úc, Nam và Tây Nam
giáp với huyện Vĩnh Bảo, ranh giới là sông Thái Bình, Tây giáp với Tỉnh Hải
Dương, Đông giáp với Vịnh Bắc Bộ.
1.1.2. Khí hậu
Huyện Tiên Lãng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, được chia
thành 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô.Theo thống kê của trạm khí thượng
thuỷ văn: Nhiệt độ trung bình hàng năm là 25oC. Nhiệt độ cao nhất trong năm là
39oC, nhiệt độ thấp nhất trong năm là 7oC. Lượng mưa trung bình hàng năm là
2020mm, lượng mua cao nhất là 2400mm, lượng mưa thấp nhất là 1410mm, lượng
mưa tập trung chủ yếu vào tháng 6,7,8, chiếm 60 - 80% tổng lượng mưa cả năm.
1.1.3. Điều kiện tự nhiên
Diện tích huyện Tiên Lãng không lớn lắm, khoảng 189km 2, trong đó phần
lớn là đất thổ cư. Tổng dân số của huyện là 189,04 người, với mật độ khoảng 189
người/km2. Huyện bao gồm thị trấn Tiên Lãng và 22 xã khác: Đại Thắng, Tiên
Cường, Tự cường, Tiên Tiến, Quyết Tiến, Khởi Nghĩa, Quang Phục, Ving Quang...
1.1.4. Sự cần thiết của công trình
Hiện nay do nền kinh tế phát triển, nhu cầu về sử dụng điện trong sản xuất
và sinh hoạt ngày càng tăng. Đặc biết Thành phố Hải Phòng mới được Nhà nước
công nhận là Thành phố loại I cấp quốc gia. Về mặt xã hội thành phố có sự thay
3

Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

đổi lớn, nhiều dự án phát triển thành phố được đặt ra và huyện Tiên Lãng cũng
nằm trong dự án phát triển của thành phố. Qua đây cho thấy sự cần thiết của việc
thay đổi lưới điện, thay cho lưới điện cũ 35KV không còn đảm bảo về tính an toàn,
điện áp trên lưới không ổn định, chất lượng điện năng không cao, hao tổn điện
năng lớn. Dự án đầu tư lưới điện là dự án lớn có ý nghĩa quan trọng, góp phần thúc
đẩy phát triển kinh tế dân sinh của địa phương. Dự án nằm trong quy hoạch phát
triển điện lực đén năm 2020 nhằm mục đích hoàn thiện, nâng cao công suất cấp
điện cho sản xuất và sinh hoạt của người dân trong vùng ở 23 xã và thị trấn Tiên
Lãng.

1.2. Khái quát chung về trạm biến áp trung gian 110KV huyện
Tiên Lãng.
1.2.1. Giới thiệu chung
Trạm biến áp 110KV huyện Tiên Lãng được triển khai thi công từ năm 2009,
dự án bao gồm các hạng mục: đầu tư xây dựng trạm biến áp, hệ thống cột, đường
dây 110KV đi qua 6 xã và thị trấn (Đại Thắng, Tiên Cường, Tự Cường, Tiên Tiến,
Quyết Tiến, Khởi Nghĩa). Tổng trị giá đầu tư gần 100 tỷ đồng. Dự án do Công ty
TNHHMTV Điện lực Hải Phòng làm chủ đầu tư.
1.2.2. Thông số ký thuật của trạm
Máy biến áp chính do nhà máy chế tạo thiết bị điện Đông Anh sản xuất,
Trạm đực lắp đặt hiện tại có 1MBA là T1110/35/22KV - 25.000KVA và tiếp thteo
trong tương lai sẽ lắp thêm 1 MBA T2110/35/22KV - 25.000KVA.
a. Nguồn cấp điện gồm 2 nguồn:
Đường dây 110KV thứ 1 sẽ lấy từ trạm E03 Đồng Hoà - Thái Bình 1 đã
được xây dựng trong tương lai.
b. H.1.1: Sơ đồ lưới điện khu vực huyện Tiên Lãng
4

Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

c. Phụ tải của trạm 110KV có 2 cấp điện áp 35KV và 22KV gồm:
Bảng 1.1: Phân phối phụ tải của điện áp 35KV
HO1

H02

HO3

Lộ tổng

Đo lường

TG - Hoà
Bình

HO4

HO5

HO6

TG - Lộc Trù

Dự phòng

Dự phòng

Bảng 1.2: Phân phối phụ tải của cấp điện 35KV
JO1

J03

J05

J07

TT Tiên Lãng

Tự dùng

Đo lường

Lộ tổng

J09
Xã Vinh
Quang

J011
Tủ nối

d. Tự dùng của máy có 2 nguồn gồm:
MBA tự dùng 35KV
MBA tự dùng 22(10)KV
Cấp điện cho:
Tủ phân phối điện xoay chiều: AC - 380/220V - 400A

Tủ phân phối điện một chiều: DC - 220 - 300A
Tủ chỉnh lưu: 3 pha 380VAC/220VDC - 63A

1.3. Trạm biến áp trung gian
H.1.2: Bản vẽ ngăn MBA với đường dây

Bảng 1.3: Thống kê trang thiết bị điện của sơ đồ năng MBA với đường dây
5


Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

STT

Quy cách mã hiệu

Tên

1

PI - 35

MBA tự dùng

2

PI - 24KV

MBA tự dùng 24KV

3

SA - 51KV/10KA

Van chống sét bảo vệ 35KV

4

PT - 110/35/22(10)KV - 25MVA

MBA chính

5

SA - 96KV/10KA

Van chống sát bảo vệ 110KV

6

DS/1ES - 123KV - 1250 - 31,5KA/3s

Dao cách ly 3 cực 1 tiếp địa

CVT - 123KV
7

8
9
10

Biến điện áp

115 3 : 0,11/ 3 : 0,11/ 3 KV
DS/2ES - 123KV - 1250A -

Dao cách ly 3 cực 1 tiếp địa

31.5KA/3s
CB - 123KV - 125OA31.5KA/3s

Máy cắt 100KV

CT - 123KV - 1250A - 200 - 400 600 - 800/1A

Biến dòng điện đo điện áp 110KV

1.3.1. Thông số kỹ thuật máy biến áp
a. MBA chính do Công ty thiết bị Đông Anh chế tạo với các thông số kỹ
thuật sau: T - 25000KVA - 115 ± 9 x 1,78/38,5 ± 2 x 2,5%/23 (10,5)KV - YnD/Yn11
- 12
Cuộn dây cáp cao áp 110KV được nối ao có dây trung tính nối đất
Cuộn dây hạ áp 35KV được nối tam giác
Cuộn dây hạ áp 22KVđược nối ao có dây trung tính nối đất
Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật của MBA 110/35/22(10)KV
6


Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

Tổn hao
Công suất

Udm

(KVA)

(KV)

25000

Dòng điện

(w)
Không

Có

tải

tải

22

126

115/38,5/23

Điện áp ngắn mạch

Không tải Io%

0,41

Kích thức bao gói

CT

CH

10,3

17,4

TH
6,5

Trọng lượng

Dài

Rộng

Cao

Dầu

Toàn bộ

A

C

B

(lít)

(kg)

6200

4180

5580

19600

60000

H.1.3: Bản vẽ lắp đặt MBA chính, cáp lực, chống sét van 35 - 22KV.
Chống sét van và dao trung tính MBA

Bảng 1.5: Thống kê trang thiết bị điện lắp đặt MBA chính, cáp lực, chống
sét van 35 - 22KV
SH

Tên gọi

Quy cách - Mã hiệu

1

Máy biến lực

110/35/22(10)KV
7

Đơn

Số

vị
Máy

lượng
1


Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

2
3
4
5
6
7

Kẹp cực máy biến áp
Kẹp cực TT máy biến áp
Dao trung tính máy biến áp

Kẹp cực dao trung bình
Chống sét van trung tính +
bộ đếm sét
Kẹp chống sét van trung

8
9
10
11
12
13
14
15
16

tính
Sử dụng 35KV
Sử dụng 22KV
Chống sét van 35KV
Bộ đếm sét
Chống sét van 10KV
Dây nối đất
Dây nối đất
Thanh dẫn đồng
Khớp nối mềm

17

Đầu cáp 35KV

18

Đầu cáp 22KV

19
20
21
22
23
24
25

Ống luồn cáp
Côliê giữ ống cáp lực
Kẹp thanh cái
Bu lông + ốc + đệm
Bu lông + ốc + đệm
Bu lông + ốc + đệm
Đầu cốt dây đồng

Cho dâyAC240
Cho dâyAC240
123KV- 400A
Cho dây AC185

Cái
Cái
Bộ
Cái

3
1
1
1

72KV - 10KA

Cái

1

Cho dây AC185

Cái

1

Quả
Quả
Cái
Cái
Cái
m
m
Thanh
Bộ

19
9
3

3
3
20
15
6
6

Cái

6

Cái

12

Cái
Bộ
Cái
Bộ
Bộ
Bộ
Cái

13
36
18
72
18
64
32

48KV - 10KA
15KV - 10KA
PVC1KV, M95
M95
Cu - 80 x 10 x 4000
Ngoài trời và trong nhà,
XLPE 1 x 240mmm2
Ngoài trời và trong nhà,
XLPE 1 x 240mmm2
PVC - 176,1 = 3,2
Ct3 mạ kẽm - 120 x 100 x 5
M12 x 40
M12 x 40
M12 x 40
M95

b. MBA tự dùng cho VINA - TAKAOKA chế tạo, gồm 2 MBA:
MBA tự dùng: 100VA - 38, 5(23) ± 2 x 2,5%/0,4KV
MBA tự dùng: 100VA - 38, 5(10,52 x 2,5%/0,4KV

Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật MBA tự dùng do VINATAKAO chế tạo
8


Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

Công suất
(KVA)
100

Udm

Cấp chuyển

Tổ đấu dây

mạch
± 2 x 2,5%

22/35

Yyno

Tổn thất (w)
Không Nguồn
tải

Mạch

314

1716

Kích thước

UN%
6,5%

Trọng lượng

A

B

C

D

E

1420

545

1320

630

450

Toàn
bộ
656

Ruột

Dầu

358

211

H.1.4: Bản vẽ bố trí thiết bị, cấu kiện trạm biến áp tự dùng 35/0,4KV
Bảng 1.7: Thống kê trang thiết bị cấu kiện trạm biến áp tự dùng 35/0,4KV
Đơn

Số

Dây M - 50
SN - 35KV
M50
Zn051KV - 10A
M - 50
AC120, Cu - Al
Cho dây Al20

vị
Máy
Tủ
Cái
Cái
Bộ
Bộ
Cái
Quả
m
Cái
m
Cái

Cái

lượng
1
1
9
3
3
3
3
12
15
3
20
6
3

XLPE 3 x 185,35KV - 630A

Bộ

1

PVC - d 110
MT - 6

Bộ
Bộ
m
Cái

1
3
5
2

STT

Tên gọi

Quy cách - Mã hiệu

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

MBA
Tủ hạ áp
Đầu cốt
Cầu chì rơi

Sứ đỡ 35KV
Côliê ôm đầu sứ và dây giữ
Kẹp áp
Sứ néo dây, cả ty sứ
Dây đồng
Chống sét van
Dây đồng cứng
Kẹp cáp dây
Đầu cốt dây dẫn
Đầu cáp 35KV ngoài trời +

35/0,4KV - 1000KVA
0,4KV - Ngoài trời
Cho dây M50, cả bu lông
35KV - 10A
SĐ - 35KV

14
15
16
17
18

cầu dao phụ tải
Giá kẹp đầu cáp
Đai giữ ống bảo vệ cáp
Ống bảo vệ cáp
Móng cột trạm

9

Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

Cột trạm
Thang trống
Giá đỡ máy biến thế
Cổ đỡ giá biến thế
Ghế thao tác
Giá đỡ tủ điện
Xà đỡ cầu chì rơi
Xà đỡ chống sét van và sứ
Xà đầu trạm
Dây tiếp đất
Cờ tiếp đất
Bu lông + ốc + đệm

BTL - 12C

CT3 - f12 mạ kẽm
CT3 - 150 x 40 x 4, mạ kẽm
M12 x 40

Cột
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
m
Cái
Bộ

2
1
1
1
1
1
1
1
1
16
5

5

1.3.3. Sơ đồ nguyên lý
H.1.5: Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 110KV huyện Tiên Lãng
Trạm biến áp Đồng Hoà với công suất 250 + 125 MVA được cấp nguồn từ
TBA 220KV Phả Lại và TBA 220 Vật Cách. Tại đây điện áp đã được biến đổi
xuống còn 110KV, đồng thời hoà chung với lưới điện 110KV An Lạc cấp điện cho
toàn thành phố Hải Phòng: TBA Lê Chân, Lạch Tray, Cửa Cấm, Kiến An, Đồ Sơn,
Đình Vũ, Cát Bi, Tràng Duệ, Tiên Lãng, Vĩnh Bảo. Trạm biến áp trung gian Tiên
Lãng được cấp điện từ trạm EO1. Đồng Hoà - Thái Bình 1 và EO3 Đồng Hoà Thái Bình 2.
Nguồn điện lấy từ trạm EO1 được kiểm tra bởi 1 biến điện áp đo lường
(CVT - 123KV.115 3 : 0,11/ 3 : 0,11/ 3KV ) => dao cách ly 3 cực 2 tiếp địa
(DS/2ES - 123KV.1250A - 31,5KA/3s) => được kiểm tra bởi dòng điện (CT
123KV. 200 - 400 - 600 - 800/1A) => Máy cắt (CB - 123KV. 1250A - 31,5KA/3s)
=> DCL 3 cực 2 tiếp địa (DS/2ES - 123KV - 1250A - 31,5KA/3s)
Tại nhánh thứ 2 lấy nguồn từ trạm EO3 cũng phải đi qua các phần tử như đã
kể trên. Tai 2 điểm nút mạng này nguồn điện vừa được cấp đến các MBA T1 và T2
qua các phần tử DCL 3 cực 1 tiếp địa (DC/ES - 123KV.1250A - 31,5KA/3s)
10


Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

=>Vân chống sét (VCS) (SA - 96KV/10KA) => biến dòng (CT - 123KV.200 - 400600 - 800/1A) =>được cấp đến cuộn dây sơ cấp của MBA T1 và T2 được nối sao.
Trong khi đó 2 điểm nút mạng cũng được nối với nhau qua DCL 3 cực 1 tiếp địa
=> máy cắt CB => máy biến dòng điện CT => DCL 3 cực 1 tiếp địa. Nhằm mục
đích đảm bảo tính an toàn, liên tục trong quá trình cấp điện khi một nhánh chẳng
may gặp sự cố, cũng như nâng cao công suất của nguồn.
* Tại đầu ra của cấp điện áp 35KV nguồn điện được kiểm tra bởi một thiết
bị đo lường đó là biến đổi dòng (CT - 123KV.400 - 600/1A) và được bảo vệ chống

sét bởi thiết bị CSV (SA 48KV/10KA). Sau đó nguồn điện được đưa tới tủ lộ tổng
HO1. Qua biến dòng (CT - 123KV.200 - 400 - 600 - 800/1A) => Máy cắt tổng
(CB.3P - 50Hz; 38,5KV - 1250A - 25KA/1s) =>được đưa tới thanh cái => cáp điện
cho tủ đo lường HO2 tủ TG - Hoà Bình HO3, tủ TG - Lộc Trù HO4 và các tủ dự
phòng HO5, HO6.
Tủ đường dây HO3, HO4 lấy điện từ thanh cái qua máy cắt (CB 630A 25KA/1s) => biến dòng điện (CT 123KV.400 - 600/1A) => dao nối đất (72KV 630A) => bảo vệ bởi CSV (SA 48KV/10KA). Riêng nguồn diện từ tủ HO3 còn
được cấp cho MBA tự dùng 35KV. MBA này được bảo vệ bởi CSV (SA 48KV 10KA), cầu chì (F1 35KV - 6.3A) => MBA tự dùng (1000KVA. 38.5 (23) ± 2 x
2,5%/0,4KV)
* Tại đầu ra của cấp điện áp 22(10)KV được kiểm tra bởi dòng điện (CT 24KV. 600 - 800 - 1000/1A) => CSV(SA - 15KV/10KA) => Đưa đến tủ lộ tồng
JO7 qua dao nối đất => biến dòng điện (CT - 24KV. 600 - 800 - 1000/1A) => Máy
cắt tổng CB (3P - 50Hz; 24KV.1250A - 25KA/1s) => được đưa đến thanh cái cấp
điện cho các tủ đường dây TT Tiên Lãng JO1, xã Vinh Quang J09, tủ đo lường
JO5, tủ tự dùng JO3, tủ nối J11.

11


Chương 1: Giới thiệu chung về trạm biến áp trung gian huyện Tiên Lãng

Tủ đường dây JO1, JO9 lấy điện từ thanh cái máy cắt (3P - 50Hz;
24KV.1250Ka/1s) => qua biến dòng (CT - 24KV.200 - 400 - 600/1A) => Dao nối
đất => tải tiêu thụ.
Tủ tự dùng JO3 được cấp điện qua máy cắt CB => dao nối đất => cấp điện
cho MBA tự dùng N1 - 100KVA.23(10,5) ± 2 x 2,5%/0,4KV)
Tủ điện T2 hiện chưa được lắp đặt và sẽ được dự án lắp trong giai đoạn sau.

1.4. Tủ phân phối điện
1.4.1. Tủ phân phối điện 35KV
Bảng 1.8: Tủ phân phối điện 35KV
HO1

HO2

Lộ tổng

Đo lường

HO3
TG - Hoà
Bình

HO4

HO5

HO6

Tg - Lộc Trù

Dự phòng

Dự phòng

JO9
Xã Vinh

JO11

1.4.2. Tủ phân phối điện 22KV
Bảng 1.9: Tủ phân phối điện 22KV

JO1
TT Tiên
Lãng

JO3

JO5

JO7

Tự dùng

Đo Lường

Lộ tổng

Quang

Tủ nối

1.4.3. Tủ phân phối điện tự dùng
Tự dùng của trạm có 2 nguồn gồm: MBA tự dùng 35KV và MBA tự dùng
22KV cấp điện cho:
Tủ phân phối điện xoay chiều: AC - 380/220V - 400A
Tủ phân phối điện một chiều: DC - 220 - 300A Tủ chỉnh lưu: 3 pha
380VAC/220VDC - 63A
Bộ ắc quy: 220 VDC - 120Ah.

12

Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

Chương 2. TÍNH TOÁN, KIỂM TRA LỰA CHỌN
THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT,
NỐI ĐẤT.
2.1. Tính toán trạm biến áp và ngắn mạch trong
hệ thống
2.1.1 Lựa chọn máy biến áp và trạm biến áp
2.1.1.1. Lựa chọn máy biến áp
Máy biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp
khăc, nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện. Hệ thống điện
mà huyện đang sử dụng là đường dây 35kV sẽ không đáp ứng được nhu cầu về
điện trong thời gian tới.
Qua sự tìm hiểu cùng với sự giúp đỡ của các cán bộ kỹ thuật Công ty TNHH
MTV Điện lực Hải Phòng. MBA được sử dụng gồm 02 MBA chính và 02 MBA tự
dùng đều là những MBA đặt ngoài trời.
Trong đó:
* MBA chính là loại máy có công suất lớn 25000kVA nên được lắp bệt dưới
đất. Được thể hiện qua bản vẽ:
H.1.3: Bản vẽ lắp đặt MBA chính, cáp lực, chống sét van 35-22kV.
Chống sét van và dao trung tính MBA
* MBA phụ là loại máy công suất nhỏ 100kVA nên dùng loại MBA treo.
Được thể hiện qua bản vẽ:
H.1.4: Bản vẽ bố trí thiết bị, cấu kiện trạm biến áp tự dùng 35/0,4kV
2.1.1.2. Lựa chọn trạm biến áp
14


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

Đối với trạm biến áp gồm có các dạng kết cấu như trạm non bộ, trạm treo,
trạm bệt, trạm kín…
a. Trạm non bộ:
Là trạm để chế tạo, lắp đặt sẵn hoàn toàn, các phần tử của trạm biến áp, thiết bị
cao áp, hạ áp tất cả đặt trong một container kín có ngăn, chia ra làm ba khoang. Trạm
chịu được mọi thời tiết, chịu va đập, được chế tạo với mạng điện áp từ 7,1-24kV, với
máy biến áp dung lượng từ 1000kVA trở xuống và thiết bị cap áp đa dạng.
b. Trạm treo:
Là kiểu trạm toàn bộ các thiết bị cao áp, hạ áp và máy biến áp được đặt trên
cột. Trạm có ưu điểm là tiết kiệm được diện tích đất cho nên thường được dùng
cho các trạm công cộng đô thị. Hiện nay để đảm bảo an toàn người ta chỉ cho phép
dùng trạm treo cho cỡ máy biến áp từ 250kVA-4200kVA trở xuống.
c. Trạm bệt:
Trạm này thường được dùng phổ biến ở nông thôn hược cơ quan nơi có điều
kiện đất đai cho phép. Kiểu trạm này được sử dụng với dải điện áp cao và công
suất lớn.
d. Trạm kín (trạm trong nhà, trạm xây):
Trạm này dùng ở nơi cần có độ an toàn cao, những nơi có điều kiện khói bụi,
nơi hóa chất ăn màn. Trạm được bố trí thành ba phòng: phòng cao áp, phòng máy
biến áp và phòng hạ áp. Với trạm này cần xây dựng hố dầu sự cố dưới bệ máy biến
áp, có cửa ra vào sửa chữa, kiểm tra định kỳ và thông gió. Vị trí trạm biến áp cần
phải đảm bảo về kỹ thuật- kinh tế cùng với sự đảm bảo về mỹ quan và phải đảm
bảo an toàn cho người sử dụng.

15


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

Qua sự tìm hiểu ở trên thì kiểu trạm bệt sẽ đáp ứng được yêu cầu về điện áp
và công suất của trạm 110/35/22(10)kV và điều kiện tự nhiên với mặt bằng diện
tích của huyện rộng đảm bảo điều kiện về đất đai.

2.1.2. Dung lượng và số lượng máy biến áp
Mục đích của việc thiết kế hệ thống cung cấp điện là giảm tổn thất điện năng
và chi phí xây dựng đường dây sao cho việc sử dụng điện đạt hiệu quả nhất.
Dựa vào phụ tải tổng hợp ngày và đêm của huyện, để tính chọn dung lượng
và số máy đảm bảo cho chế độ vận hành của máy biến áp ta chọn công suất lớn
nhất trong ngày.
a. MBA chính do công ty thiết bị Đông Anh chế tạo. Gồm 2 MBA với các
thông số kỹ thuật sau: T-25000kVA-115±9x1,78/38,5±2x2,5%/23(10,5)kV-Yn/D/Yn
11-12.
Cuộn dây cao áp 110kV được nối sao có dây trung tính nối đất.
Cuộn dây hạ áp 35kV được nối tam giác.
Cuộn dây hạ áp 22(10)kV được nối sao có dây trung tính nối đât.
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của MBA 110/35/22(10)kV
Công suất
(kVA)
25000

Tổn hao(W)
Uđm(kV)

Không

Có tải

tải
115/38,5/23(10,5)

22

126

Dòng điện
không tải
I0%
0,41

Kích thước bao gói
Dài

Rộng

Điện áp ngắn mạch
CT

CH

TH

10,3

17,4

6,5

Trọng lượng
Cao

16

Dầu

Toàn bộ


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

(lít)

A

C

B

6200

4180

5580

(kg)

19600

60000

b. MBA tự dùng do VINA-TAKAOKA chế tạo, gồm 2 MBA:

MBA tự dùng: 100kVA-38,5(23)±2x2,5%/0,4kV
MBA tự dùng: 100kVA-23(10,5)±2x2,5%/0,4kV
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật MBA tự dùng do VINA-TAKAOKA chế tạo
Công
suất
(kVA)
100

Cấp

Uđm
(kV)
22/35

Tổ đấu

chuyển

dây

mạch
±2x2,5%

Y0/Y0-0

Tổn thất(W)
Không tải Nguồn mạch
314

Kích thước

1716

UN%

6,5

Trọng lượng

A

B

C

D

E

Toàn bộ

Ruột

Dầu

1420

545

1320

630

450

656

358

211

2.1.3. Vị trí biến áp – Nguồn điện – Sơ đồ nguyên lý
2.1.3.1. Vị trí trạm biến áp:
Vị trí trạm biến áp có vai trò rất lớn đối với cấu trúc mạng điện. Thông
thường trạm biến áp được đặt ở trung tâm phụ tải để đảm bảo chế độ làm việc kinh
tế và các yêu cầu kỹ thuật của lưới điện. Trọng tâm phụ tải là vị trí đặt trạm biến áp
có tọa độ M(X, Y) được xác định như sau:

17


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

X=

∑S

tti

.X i

∑S

Y=

tti

∑S

tti

∑S

.Yi

tti

Trong đó:
Stti : phụ tải tính toán toàn phần của loại phụ tải I có tọa độ A i ((Xi, Yi) trên hệ

trục tọa độ.
Tuy nhiên trong nhiều trường hợp vị trí của trạm biến áp phụ thuộc vào điều
kiện kinh tế, khu vực xây dựng, địa hình… Xu hướng là đưa sâu cao áp vào tâm tải
để giảm bán kính hoạt động của trạm biến áp.
2.1.3.2. Nguồn điện
Nguồn cấp điện gồm 2 nguồn:
Đường dây 110kV thứ 1 sẽ lấy từ trạm E01 Đồng Hòa- Thái Bình 1 đã được
xây dựng.
Đường dây 110kV thứ 2 sẽ lấy từ trạm E03 Đồng Hòa- Thái Bình 2
2.1.4. Tính toán ngắn mạch

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chạm vào nhau hoặc có 1 hay nhiều pha
chạm đất. Gây ra dòng điện lớn rất nhiều lần so vơi dòng điện làm việc của đường
dây, tạo ra ứng suất nhiệt và ứng suất động rất lớn, phá hỏng các khí cụ điện.
Do hậu quả nghiêm trọng của hiện tượng ngắn mạch nên việc tính toán ngắn
mạch rất quan trọng trong bài toán phân tích, tính toán.
Tính toán ngắn mạch nhằm:
Thiết lập, đánh giá, chọn sơ đồ nối điện.
Xác định điều kiện làm việc của các thiết bị điện ở chế độ sự cố.
Chọn, kiểm tra thiết bị.
18


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

Tính toán nối đất bảo vệ.
Việc tính toán ngắn mạch.
a. Góc lệch pha giữa rô to của máy phát trong quá trình ngắn mạch không
thay đổi (không va chạm, đu đưa máy).
b. Phụ tải có thể thay thế bằng 1 điện trở không đổi hoặc bỏ qua.
c. Không tính đến điện dung của các thành phần trong hệ thống và dòng từ hóa.
2.1.4.1. Tính toán ngắn mạch phía cao áp 110kV
a. Phía cao áp của mạng điện có cấp điện áp 110kV khi tính toán ngắn mạch
phía cao áp vì không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống điện quóc gia nên cho phép
tính gần đúng điện kháng của hệ thống điện thông qua công suất ngắn mạch của
máy cắt đầu nguồn và coi hệ thống có công suất vô cùng lớn.
Sơ đồ tính toán phía cao áp như sau:

~
SHT = ∞

K1

K2

K6

BA10/0,4kV

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán ngắn mạch phía cao áp
Sơ đồ thay thế

→

19


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

K1
Zdd

K2
Ztx

Điện kháng của hệ thống được tính theo công thức:
X HT

2
U dm
=

SN

(2.1)

Trong đó:
S N : Công suất cắt của máy cắt, MVA;
U dm : Điện áp đường dây, kV;
Rdd = r0 .l (Ω);
X dd = x0 .l (Ω);

Do ngắn mạch ở xa nguồn nên dòng ngắn mạch siêu quá độ I’’ bằng dòng
ngắn mạch ổn định I∞ nên ta có:
I N = I '' = I ∞ =

U
3Z ∑

(2.2)

Z ∑ : Tổng trở từ hệ thống tới điểm ngắn mạch (Ω)

Trị số dòng xung kích:
iXK = 1,8 2 I N , KA

Các giá trị tính toán có xét đến sự phát triển của phụ tải và tính toán theo sơ
đồ hoàn chỉnh là sơ đồ cầu ngoài. Mạch biến áp công suất: 25MVA.
Để tính toán dòng điện ngắn mạch cho trạm biến áp 110/35/22(10)kV Tiên
Lãng, sử dụng chương trình tính toán hệ thống điện PSS/E-V29 trên máy tính với
20

Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

hệ thống điện Việt Nam vận hành tất cả các nguồn hiện có và sơ đồ kết dây hệ
thống điện tính đến năm 2015.
Kết quả tính toán:

21


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

Bảng 2.3: Tính toán dòng ngắn mạch ở các thanh cái.
STT

Điểm ngắn mạch

Dòng điện ngắn mạch IN(kA)

1

Thanh cái 110kV

20,5

2

Thanh cái 35kV

6,75

3

Thanh cái 22kV

7,2

* Tính toán các dòng điện làm việc cưỡng bức và dòng xung kích
Dòng điện làm việc cưỡng bức: Icb
Dòng điện làm việc cưỡng bức phía 110kV.
I cb =

Scb
25000
=
= 131( A)
3U dm
3.110

(2.3)

Dòng điện xung kích:
iXK = k xk . 2.I N = 1,8. 2.20,5 = 51, 66( KA)

(2.4)

Trong hệ thống số xung kích k xk = 1,8
* Tính toán xung lượng nhiệt khi xảy ra ngắn mạch BN
Ta có BN = BNCK + BNKCK

(2.5)

Trong đó: BNCK: xung lượng nhiệt dòng điện ngắn mạch chu kỳ.
BNKCK: xung lượng nhiệt dòng điện ngắn mạch không chu kỳ.
BNCK = I N2 .t = (20, 05.103 ) 2 .0, 07 = 29417500 A2 s

t = 0,07 là thời gian tổng cộng của máy cắt
BNKCK = I N2 .Ta .(1 − e −2t / Ta ) = (20, 05.103 ) 2 .0, 05(1 − e −2.0,1/ 0,05 ) = 20627642 A2 s

(2.7)
Trong đó Ta là hằng số thời gian = 0,05s

22

(2.6)


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

Vậy: BN = BNCK + BNKCK =50045142 ~ 50.106 A2s
2.1.4.2. Tính toán ngắn mạch phía hạ áp: 35/22kV
Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp có thể coi máy biến áp hạ áp là nguồn vì
vậy điện áp phía hạ áp không thay đổi khi xẩy ra ngắn mạch do vậy ta có:
I N = I '' = I ∞

(2.8)

Mạng phía hạ áp khi tính toán ngắn mạch phải xét đến điện trở của tất cả các
phần tử trong mạng như máy biến áp, cuộn dây sơ cấp của máy biến điện áp BU,
máy biến dòng điện BI, cuộn dây của áptomat, điện trở tiếp xúc của các tiếp điểm

đóng cắt...
Điện trở và điện kháng của máy biến dòng:
∆PN .U d2 / m
RB =
.103 , mΩ
2
Sd / m
XB =

(2.9)

U N %.U d2 / m
.103 , mΩ
2
Sd / m

(2.10)

Điện trở dây dẫn:
Rdd = ρ

l
,Ω
S

(2.11)

ρ cu = 18,8Ωmm 2 / km,
ρ : Điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn

S: Diện tích của dây dẫn, mm2
l: Chiều dài dây dẫn, km.
Điện trở và điện kháng của các phần tử khác tra trong sổ tay kỹ thuật, [9,8].
Dòng điện ngắn mạch phía hạ áp được tính theo công thức:
I N = I '' = I ∞ =

U dm
3. R∑2 + X ∑2

(2.12)

, KA

23


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất
ixk = 1,3 2 I N , KA

a. Phía 35kV
* Tính toán các dòng điện làm việc cưỡng bức và dòng xung kích
Dòng diện làm việc cưỡng bức Icb
I cb =

Scb
25000
=
= 412( A)
3U dm
3.35

Dòng điện xung kích:
iXK = k xk . 2.I N = 1,8. 2.6, 75 = 17, 01( KA)

Trong hệ thống số xung kích k xk = 1,8
Thông thường phía 35kV thì dòng điện làm việc cưỡng bức lấy bằng dòng
điện ở chế độ cực đại.
* Tính toán xung lượng nhiệt khi xảy ra ngắn mạch BN
Ta có BN = BNCK + BNKCK
Trong đó: BNCK: xung lượng nhiệt dòng điện ngắn mạch chu kỳ.
BNKCK: xung lượng nhiệt dòng điện ngắn mạch không chu kỳ.
BNCK = I N2 .t = (6, 75.103 ) 2 .0, 07 = 3189375 A2 s

(t = 0,07 là thời gian tổng cộng của máy cắt)
BNKCK = I N2 .Ta .(1 − e −2t / Ta ) = (6, 75.103 ) 2 .0, 05(1 − e −2.0,1/ 0,05 ) = 2236399 A2 s

Trong đó Ta là hằng số thời gian = 0,05s
Vậy: BN = BNCK + BNKCK =5425774 ~ 5,5.106 A2s
b. Phía 22kV
* Tính toán các dòng điện làm việc cưỡng bức và dòng xung kích
24


Chương 2: Tính toán, kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán chống sét, nối đất

Dòng diện làm việc cưỡng bức Icb
I cb =

Scb
25000

=
= 656( A)
3U dm
3.22

Dòng điện xung kích:
iXK = k xk . 2.I N = 1,8. 2.7, 2 = 18,14( KA)

Trong hệ thống số xung kích k xk = 1,8
* Tính toán xung lượng nhiệt khi xảy ra ngắn mạch BN
Ta có BN = BNCK + BNKCK
Trong đó: BNCK: xung lượng nhiệt dòng điện ngắn mạch chu kỳ.
BNKCK: xung lượng nhiệt dòng điện ngắn mạch không chu kỳ.
BNCK = I N2 .t = (7, 2.103 ) 2 .0, 07 = 3628800 A2 s

(t = 0,07 là thời gian tổng cộng của máy cắt)
BNKCK = I N2 .Ta .(1 − e −2 t / Ta ) = (7, 2.103 ) 2 .0, 05(1 − e−2.0,1/ 0,05 ) = 2544525 A2 s

Trong đó Ta là hằng số thời gian = 0,05s
Vậy: BN = BNCK + BNKCK =6173325 ~ 6,2.106 A2s
Bảng 2.4: Thống kê đại lượng tính toán
STT
1
2
3

Điểm ngắn mạch
Thanh cái 110kV
Thanh cái 35kV
Thanh cái 22kV

Icb

Kết quả tính toán
IN(kA)
Ixk(kA)

BN(106A2s)

131

20,5

51,66

50

412

6,75

17,01

5,5

656

7,2

18,14

6,2

2.2. Tính toán một số lộ dây
25