Thiết kế trạm biến áp 220

BỘ CƠNG THƢƠNG
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22 KV

SINH VIÊN 1 :

PHẠM THANH VIỆT

MSSV

14079181

:

SINH VIÊN 2 :

LÊ CHÁNH TÂM TRỰC

MSSV

:

14098761

LỚP

:

DHDI10A

GVHD

:

NGUYỄN HUY KHIÊM

TP. HCM, NGÀY 5 THÁNG 6 NĂM 2018


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.

2.

Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài
(1) : Phạm Thanh Việt, MSSV :

14079181

(2) : Lê Chánh Tâm Trực, MSSV :

14098761

Tên đề tài
Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 kV.

3.

Nội dung
Từ sơ đồ phụ tải khu công nghiệp và khu dân cƣ ta tính tốn chọn máy biến áp,

chọn sơ đồ cấu trúc máy biến áp, chọn sơ đồ nối điện phù hợp đảm bảo tính cung cấp
điện, tính tốn tổn thất điện năng trong máy biến áp và dòng điện ngắn mạch. Từ đó
tính chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành bảo dƣỡng trạm biến áp để chọn phƣơng án tối
ƣu lắp đặt, chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện đi kèm. Tính tốn chống sét cho
trạm biến áp để đảm bảo an toàn.
4.

Kết quả
Nắm vững kiến thức, các phƣơng pháp triển khai thiết kế một trạm biến áp bổ

sung thêm vào kiến thức ngành điện đã học từ quý thầy cô tại trƣờng. Đƣợc hƣớng dẫn
của thầy Nguyễn Huy Khiêm đã trao dồi thêm nhiều kiến thức và kỹ năng mềm.

Giảng viên hƣớng dẫn

Tp. HCM, ngày… tháng… năm 2018
Sinh viên

i


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

Nhận xét :
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Tp. HCM, ngày … tháng … năm 2018

Kí tên

ii

Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Nhận xét :
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Tp. HCM, ngày ... tháng ... năm 2018

Kí tên

iii


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

MỤC LỤC
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................. i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ........................................................... ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................. iii
PHẦN I ............................................................................................................................1
THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22 KV ................................................................1
CHƢƠNG 1 .....................................................................................................................1
TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP ..............................................................................1
1.1

Khái niệm ..............................................................................................................1

1.2

Các số liệu cơ bản..................................................................................................2

1.3

Nhận xét chung về trạm biến áp thiết kế ...............................................................5

1.3.1

Tóm tắt các số liệu chính ................................................................................5

1.3.2

Nhận xét về các phụ tải...................................................................................5

1.3.3

Những điều kiện hạn chế trong khi thiết kế ..................................................6

CHƢƠNG 2 .....................................................................................................................7
PHỤ TẢI ĐIỆN ...............................................................................................................7
2.1

Khái niệm ..............................................................................................................7

2.2

Tổng hợp đồ thị phụ tải .........................................................................................8

CHƢƠNG 3 ...................................................................................................................11
SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ......................................................................................................11
3.1

Khái niệm ............................................................................................................11

3.2

Sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp ..........................................................................11

3.2.1

Chọn số lƣợng máy biến áp: 1, 2 hoặc 3 ......................................................12

a) Một máy biến áp đƣợc dùng trong trƣờng hợp : ..............................................12

iv


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

b) Hai máy biến áp là phƣơng án thƣờng đƣợc sử dụng nhất vì tính đảm bảo cao :
…... .........................................................................................................................12
c) Ba máy biến áp chỉ sử dụng trong trƣờng hợp đặc biệt : .................................12
3.2.2

Chọn sơ đồ cấu trúc: 4 phƣơng án ................................................................13

a) Phƣơng án 1: Máy biến áp từ ngẫu ..................................................................13
b) Phƣơng án 2: Qua máy biến áp hai cuộn dây, giảm dần từ điện áp cao xuống
… ......................................................................................................................14
c) Phƣơng án 3: Máy biến áp ba cuộn dây ...........................................................14
d) Phƣơng án 4: Máy biến áp hai cuộn dây, tách riêng 2 cấp điện áp .................15
CHƢƠNG 4 ...................................................................................................................17
CHỌN MÁY BIẾN ÁP .................................................................................................17
4.1

Khái niệm ............................................................................................................17

4.1.1

Các đặc điểm của máy biến áp : ...................................................................17

4.1.2

Các thông số định mức của máy biến áp : ....................................................19

4.2

Quá tải của máy biến áp ......................................................................................19

4.2.1

Quá tải bình thƣờng ......................................................................................19

4.2.2

Quá tải sự cố .................................................................................................20

4.3

Tính tốn chọn máy biến áp ................................................................................20

4.3.1

Phƣơng án 1: Hai máy biến áp từ ngẫu ........................................................21

4.3.2

Phƣơng án 2: Bốn máy biến áp hai cuộn dây, cấp điện áp giảm dần ...........24

a) Hai máy biến áp 220/110 kV : .........................................................................24
b) Hai máy biến áp 110/22 kV : ...........................................................................24
CHƢƠNG 5 ...................................................................................................................27
SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN.........................................................................................................27
5.1

Khái niệm ............................................................................................................27

v


Báo cáo tốt nghiệp

5.2

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản...........................................................................28

5.2.1

Sơ đồ một hệ thống thanh góp ......................................................................28

5.2.2

Sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn thanh góp ..............................29

5.2.3

Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp vịng .......................................31

5.2.4

Sơ đồ hai hệ thống thanh góp .......................................................................32

5.2.5

Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có phân đoạn 1 thanh góp .............................33

5.2.6

Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vịng ........................................34

5.2.7

Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có hai máy cắt trên một mạch .......................35

5.2.8

Sơ đồ hai hệ thống thanh góp với ba máy cắt trên hai mạch ........................35

CHƢƠNG 6 ...................................................................................................................39
TÍNH TỐN DỊNG ĐIỆN NGẮN MẠCH .................................................................39
6.1

Khái niệm ............................................................................................................39

6.2

Trình tự tính tốn dịng ngắn mạch ba pha ..........................................................40

6.3

Tính tốn ngắn mạch các phƣơng án ...................................................................41

6.3.1

Phƣơng án 1 : ................................................................................................41

6.3.2

Phƣơng án 2 : ................................................................................................47

CHƢƠNG 7 ...................................................................................................................53
TÍNH TỐN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP ............................53
7.1

Khái niệm ............................................................................................................53

7.2

Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu ....................................................53

7.3

Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây ...........................................57

CHƢƠNG 8 ...................................................................................................................61
TÍNH TỐN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ TỐI ƢU ..61
8.1

Khái niệm ............................................................................................................61

8.2

Tính tốn kinh tế - kỹ thuật giữa các phƣơng án .................................................62
vi


Báo cáo tốt nghiệp

8.2.1

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

Về kinh tế ......................................................................................................62

a) Tính vốn đầu tƣ (V) : ..........................................................................................62
b) Tính phí tổn vận hành hằng năm P : gồm có 3 phần ..........................................62
8.2.2

Về kỹ thuật....................................................................................................63

8.2.3

So sánh kinh tế - kỹ thuật .............................................................................63

CHƢƠNG 9 ...................................................................................................................66
CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN ..................................................66
9.1

Khái niệm ............................................................................................................66

9.1.1

Các khí cụ điện .............................................................................................66

a) Các khí cụ đóng – mở : ....................................................................................66
b) Các khí cụ điện phục vụ cho đo lƣờng tự động, bảo vệ rơle : .........................66
9.1.2
9.2

Phần dẫn điện................................................................................................66

Các chế độ làm việc của trạm biến áp .................................................................67

9.2.1

Chế độ làm việc lâu dài ................................................................................67

9.2.2

Chế độ làm việc ngắn hạn.............................................................................69

9.2.3

Xung nhiệt của dòng điện ngắn mạch :

9.3

..................................................69

Chọn các phần dẫn điện cho trạm biến áp ...........................................................70

9.3.1

Cấp 220 kV : ta sử dụng dây dẫn mềm ........................................................71

a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài : ...................................................71
b) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt : ...................................................................71
c) Kiểm tra điều kiện vầng quang : ......................................................................72
9.3.2

Cấp 110 kV : ta sử dụng dây dẫn mềm ........................................................72

a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài : ...................................................72
b) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt : ...................................................................73
c) Kiểm tra điều kiện vầng quang : ......................................................................73
vii


Báo cáo tốt nghiệp

9.3.3

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

Cấp 22 kV : ta sử dụng dây cáp điện lực ......................................................74

a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài : ...................................................74
b) Kiểm tra điều kiện phát nóng ngắn hạn : .........................................................74
9.4

Chọn máy cắt và dao cách ly cho trạm biến áp ...................................................75

9.4.1

Cấp 220 kV ...................................................................................................75

9.4.2

Cấp 110 kV ...................................................................................................76

9.4.3

Cấp 22 kV .....................................................................................................77

9.5

Chọn máy biến dòng điện (BI) ............................................................................78

9.5.1

Cấp 220kV ....................................................................................................78

9.5.2

Cấp 110kV ....................................................................................................80

9.5.3

Cấp 22kV ......................................................................................................81

9.6

Chọn máy biến điện áp (BU)...............................................................................82

9.6.1

Cấp 220 kV ...................................................................................................82

9.6.2

Cấp 110 kV ...................................................................................................83

9.6.3

Cấp 22kV ......................................................................................................84

PHẦN II .........................................................................................................................85
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT NỐI ĐẤT .......................................................85
CHƢƠNG 10 .................................................................................................................85

BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM .........................................85
10.1 Khái niệm chung .................................................................................................85
10.2 Yêu cầu chung của hệ thống chống sét ...............................................................86
10.3 Xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét .............................................................86
10.3.1 Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét ..................................................................86
10.3.2

Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét .................................................................89

a) Hai cột thu sét có độ cao bằng nhau ...................................................................89
viii


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

b) Hai cột thu sét có độ cao khác nhau ...................................................................90
10.3.3

Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét ........................................................91

a) Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét .......................................................................91
b) Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét ........................................................................91
10.4

Giới thiệu trạm biến áp và quan điểm thiết kế ...................................................92

10.4.1 Giới thiệu trạm biến áp .................................................................................92

a) Cấp điện áp 220 kV đặt ngoài trời ......................................................................93
b) Cấp điện áp 110 kV đặt ngoài trời......................................................................93
c) Cấp điện áp 22 kV ..............................................................................................93
10.4.2 Quan điểm thiết kế ........................................................................................93
10.5 Bố trí cột và tính tốn cụ thể hệ thống chống sét ................................................94
10.5.1 Bố trí kim thu sét ...........................................................................................94
10.5.2

Xác định chiều cao của các cột thu sét........................................................94

a) Khu vực trạm cấp 220 kV ................................................................................94
b) Khu vực trạm cấp giữa cấp 220 kV và 110 kV..............................................100
c) Khu vực trạm cấp 110 kV ..............................................................................102
d) Phạm vi bảo vệ của cột đèn chiếu sáng A, B ở trạm 220 kV ........................103
e) Phạm vi bảo vệ của cột đèn chiếu sáng C, D ở trạm 110 kV ........................104
CHƢƠNG 11 ...............................................................................................................105
TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM ........................................................................105
11.1

Giới thiệu chung về nối đất .............................................................................105

11.1.1 Nối đất làm việc ..........................................................................................105
11.1.2 Nối đất an toàn ( bảo vệ ) ...........................................................................105
11.1.3 Nối đất chống sét ........................................................................................106
11.2 Tính tốn và thiết kế hệ thống nối đất an toàn ..................................................106
ix


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

11.2.1 Nối đất tự nhiên ..........................................................................................106
a) Xác định

...................................................................................108

b) Xác định

...................................................................................108

11.2.2 Tính tốn nối đất nhân tạo ..........................................................................109
a) Tính tốn điện trở mạch vịng nối đất ............................................................109
b) Tính tốn điện trở nối đất bổ sung .................................................................112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................114
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................115

x


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

Danh sách các hình vẽ
Hình 1. 1 Sơ đồ khối trạm biến áp ..................................................................................3
Hình 1. 2 Đồ thị phụ tải khu cơng nghiệp .......................................................................4
Hình 1. 3 Đồ thị phụ tải khu dân cƣ ................................................................................4

Hình 2. 1 Đồ thị phụ tải của trạm biến áp …................................................................10
Hình 3. 1 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp từ ngẫu.....................................................13
Hình 3. 2 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp hai cuộn dây, điện áp giảm dần ...............14
Hình 3. 3 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp ba cuộn dây .............................................15
Hình 3. 4 Sơ đồ cấu trúc máy biến áp 2 cuộn dây, tách riêng 2 cấp điện áp ................15
Hình 4. 1 Đồ thị phụ tải chọn máy biến áp từ ngẫu......................................................23
Hình 4. 2 Đồ thị phụ tải chọn máy biến áp hai cuộn dây 110/22 kV ...........................25
Hình 5. 1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp ......................................................................28
Hình 5. 2 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn thanh góp ...............................29
Hình 5. 3 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp vịng .......................................31
Hình 5. 4 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp .......................................................................32
Hình 5. 5 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có phân đoạn một thanh góp .........................33
Hình 5. 6 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vịng .........................................34
Hình 5. 7 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có hai máy cắt trên một mạch .......................35
Hình 5. 8 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp với ba máy cắt trên hai mạch ........................36
Hình 5. 9 Sơ đồ nối điện phƣơng án 1 ..........................................................................37
Hình 5. 10 Sơ đồ nối điện phƣơng án 2 ........................................................................38
Hình 6. 1 Sơ đồ hệ thống tính ngắn mạch phƣơng án 1 ...............................................41
Hình 6. 2 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch phƣơng án 1.................................................42
Hình 6. 3 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại

của phƣơng án 1 ...................................44
xi


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

Hình 6. 4 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại

của phƣơng án 1 ...................................45

Hình 6. 5 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại

của phƣơng án 1 ...................................46

Hình 6. 6 Sơ đồ hệ thống tính ngắn mạch phƣơng án 2 ...............................................47
Hình 6. 7 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch phƣơng án 2.................................................48
Hình 6. 8 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại

của phƣơng án 2 ...................................49

Hình 6. 9 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại

của phƣơng án 2 ...................................50

Hình 6. 10 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại

của phƣơng án 1 .................................51

Hình 9. 1 Sơ đồ cấu trúc của trạm ................................................................................67
Hình 10. 1 Cột thu sét .................................................................................................. 83
Hình 10. 2 Vùng bảo vệ của một cột thu sét .................................................................87
Hình 10. 3 Vùng bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau ................................89
Hình 10. 4 Vùng bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau ................................90
Hình 10. 5 Mặt bằng bảo vệ của 3 cột thu sét có độ cao bằng nhau đặt tại 3 đỉnh của
một tam giác ..................................................................................................................91
Hình 10. 6 Mặt bằng bảo vệ của 4 cột thu sét có độ cao bằng nhau đặt tại 4 đỉnh của

hình chữ nhật .................................................................................................................92
Hình 10. 7 Sơ đồ bố trí kim thu sét ...............................................................................94

xii


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

Danh sách các bảng
Bảng 1. 1 Các số liệu chính của trạm biến áp thiết kế ....................................................5
Bảng 2. 1 Tổng hợp phụ tải của trạm biến áp ................................................................ 9
Bảng 4. 1 Thông số máy biến áp từ ngẫu ba pha AT TH

= 63 MVA ..............22

Bảng 4. 2 Giá trị vùng quá tải máy biến áp từ ngẫu: ....................................................23
Bảng 4. 3 Thông số máy biến áp phƣơng án 2..............................................................26
Bảng 6. 1 Kết quả tính ngắn mạch phƣơng án 1........................................................... 47
Bảng 6. 2 Kết quả tính ngắn mạch phƣơng án 2 ...........................................................52
Bảng 7. 1 Bảng tính tốn tổn thất điện năng phƣơng án 1…………………………… 56
Bảng 7. 2 Bảng tính tốn tổn thất điện năng máy biến áp 220/110 kV phƣơng án 2 ...58
Bảng 7. 3 Bảng tính tốn tổn thất điện năng máy biến áp 110/22 kV phƣơng án 2 .....59
Bảng 7. 4 So sánh tổn thất điện năng trong máy biến áp hai phƣơng án ......................60
Bảng 8. 1 So sánh hàm chi phí C giữa hai phƣơng án ………………………………..65
Bảng 9. 1 Kết quả tính tốn ở các cấp điện áp ..............................................................70
Bảng 9. 2 Kết quả chọn phần dẫn điện .........................................................................75
Bảng 9. 3 Kết quả chọn máy cắt và dao cách ly cấp 220 kV ........................................76

Bảng 9. 4 Kết quả chọn máy cắt và dao cách ly cấp 110 kV ........................................77
Bảng 9. 5 Kết quả chọn máy cắt và dao cách ly cấp 220 kV ........................................78
Bảng 9. 6 Phụ tải phần dụng cụ đo cấp 220 kV ............................................................78
Bảng 9. 7 Kết quả chọn máy biến dòng cấp 220 kV.....................................................80
Bảng 9. 8 Phụ tải phần dụng cụ đo cấp 110 kV ............................................................80
Bảng 9. 9 Kết quả chọn máy biến dòng cấp 110 kV.....................................................81
Bảng 9. 10 Phụ tải phần dụng cụ đo cấp 220 kV ..........................................................82
Bảng 9. 11 Kết quả chọn máy biến áp cấp 220 kV .......................................................83
xiii


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

Bảng 9. 12 Phụ tải phần dụng cụ đo cấp 110 kV ..........................................................83
Bảng 9. 13 Kết quả chọn máy biến áp cấp 110 kV .......................................................84
Bảng 10. 1 Bảng số liệu tổng hợp sau ...........................................................................98
Bảng 10. 2 Số liệu tổng hợp ........................................................................................101
Bảng 10. 3 Kết luận chiều cao đặt cột thu sét .............................................................104
Bảng 11. 1 Chọn hệ số k ............................................................................................ 110

xiv


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

PHẦN I
THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22 KV
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP

1.1

Khái niệm
Trạm biến áp, nhà máy điện, đƣờng dây truyền tải là những thành phần quan

trọng của hệ thống điện. Vì nhà máy điện thƣờng cách xa phụ tải nên ta phải truyền tải
điện năng. Để giảm tổn thất truyền tải điện, ta phải truyền tải với điện thế cao. Vì lẽ
đó, trạm biến áp đóng vai trị quan trọng trong hệ thống điện. Trạm biến áp biến đổi
điện thế thấp thành điện thế cao để truyền tải và ngƣợc lại biến điện thế cao thành điện
thế thấp để cung cấp cho phụ tải.
Theo điện áp, trạm biến áp đƣợc chia thành trạm biến áp tăng và trạm
biến áp giảm :
 Trạm biến áp tăng có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp. Đây thƣờng 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.
 Trạm biến áp giảm có điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp. Đây thƣờng
là các trạm biến áp có nhiệm vụ nhận điện năng từ hệ thống điện để phân
phối cho phụ tải.
Theo chức năng, trạm biến áp đƣợc chia thành trạm biến áp trung gian và
trạm biến áp phân phối :
 Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp khu vực thƣờng có điện
áp sơ cấp lớn (500, 220, 110 kV) để phân phối cho các phụ tải (220, 110,
22, 15 kV) là các trạm biến áp phân phối.

1


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

 Trạm biến áp phân phối hay còn gọi là trạm biến áp địa phƣơng có nhiệm
vụ phân phối trực tiếp cho các phụ tải của xí nghiệp, khu dân cƣ, trƣờng
học,… thƣờng có cấp điện áp nhỏ (10; 6; 0,4 kV).
Những thành phần cơ bản của một trạm biến áp :
 Máy biến áp
 Thiết bị phân phối sơ cấp
 Thiết bị phân phối thứ cấp
 Hệ thống tự dùng
 Hệ thống bảo vệ rơle
 Hệ thống chống sét
Những yêu cầu về vị trí của trạm biến áp :
 Gần đƣờng giao thông để thuận tiện cho việc chuyên chở thiết bị
 Gần các cơng trình cơng cộng : cấp thốt nƣớc, thơng tin liên lạc, PCCC,…
 Tránh xa vùng ngập nƣớc, lỡ đất, giông sét
 Tránh xa các kho chất nổ, kho nhiên liệu, đƣờng ống dẫn dầu, khí đốt
Nền kinh tế phát triển đòi hỏi cơ sở hạ tầng hệ thống điện cũng phải phát triển.
Hệ thống điện phát triển đi đôi với việc xây dựng nhiều trạm biến áp. Trạm biến áp
phải đƣợc tính tốn thiết kế sao cho đảm bảo đầy đủ các yếu tố về kinh tế - kĩ thuật.
Thiết kế tốt trạm biến áp sẽ mang lại hiệu quả rất cao cho ngành điện nói riêng và nền
kinh tế nói chung.
1.2

Các số liệu cơ bản
Trạm biến áp thiết kế là trạm biến áp giảm, biến đổi điện sơ cáp 220 kV từ hệ

thống thành các điện áp thứ cấp 110; 22 kV cung cấp cho khu công nghiệp, dân cƣ.

2


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

Hệ Thống
Cosϕ=0,8 X*=0,18

220KV 4200MVA

100 Km

Pmax=40 MW
Cosϕ=0,82

220 KV
Trạm biến áp
110 KV

Pmax=25 MW
Cosϕ=0,8

22 KV

Hình 1. 1 Sơ đồ khối trạm biến áp
 Hệ thống điện :
Điện áp hệ thống :

= 220 kV

Số đƣờng dây từ hệ thống đến trạm biến áp: 2
Chiều dài đƣờng dây từ hệ thống đến trạm biến áp: 100 km
Công suất hệ thống :

= 4200 MVA

Hệ số công suất : cos = 0,8
Điện kháng :

= 0.18

 Trạm biến áp :
+ Cấp điện áp 220 kV : điện áp của hệ thống
+ Cấp điện áp 110 kV : phụ tải khu công nghiệp
Công suất tác dụng cực đại :

= 40 MW

Hệ số công suất : cos = 0,82
Số đƣờng dây từ trạm biến áp đến phụ tải : 2

3

Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

P%
100
80
60
40

t(h)
0

4

8

12

16

20

24

Hình 1. 2 Đồ thị phụ tải khu công nghiệp
+ Cấp điện áp 22 kV: phụ tải khu dân cƣ

Công suất tác dụng cực đại :

= 25 MW

Hệ số công suất : cos = 0,8
Số đƣờng dây từ trạm biến áp đến phụ tải : 4

P%
100
80
60
40

t(h)
0

4

8

12

16

20

24

Hình 1. 3 Đồ thị phụ tải khu dân cư

4


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

Nội dung thiết kế trạm biến áp :
 Tổng hợp đồ thị phụ tải
 Chọn sơ đồ cấu trúc
 Chọn máy biến áp điện lực
 Chọn sơ đồ nối điện
 Tính tốn dịng điện ngắn mạch
 Tính tốn tổn thất điện năng trong máy biến áp
 Tính tốn kinh tế - kĩ thuật, chọn phƣơng án tối ƣu
 Chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện
1.3

Nhận xét chung về trạm biến áp thiết kế

1.3.1 Tóm tắt các số liệu chính
Bảng 1. 1 Các số liệu chính của trạm biến áp thiết kế

Stt

Nguồn cung
cấp

(kV)

(MVA)

220

4200

cos

0,8

Số
đƣờng
dây

Chiều dài
đƣờng
dây

2

100 km

= 0,18

Số
đƣờng
dây

Đồ thị

phụ tải

Ghi chú

Ghi chú

Phụ tải

(kV)

(MW)

cos

1

Khu cơng
nghiệp

110

40

0,82

2

Hình 1.2

2

Khu dân cƣ

22

25

0,8

4

Hình 1.3

1.3.2 Nhận xét về các phụ tải
Phụ tải loại 1: Khi mất điện ảnh hƣởng đến tính mạng con ngƣời, gây thiệt hại
lớn cho nền kinh tế quốc dân hoạc ảnh hƣởng lớn đến chính trị. Loại này gồm các khu
công nghiệp quan trọng, các thành phố lớn, các khu vực ngoại giao, công sở quan
5


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

trọng, các thành phố lớn, các khu vực ngoại giao, công sở quan trọng, các hầm mỏ,
bệnh viện, hầm giao thông dài,… cần phải đảm bảo điện liên tục do đó phải có ít nhất
hai nguồn độc lập hoặc phải có nguồn dự phòng thƣờng trực.
Phụ tải loại 2: Khi mất điện có ảnh hƣởng đến nền kinh tế sản xuất nhƣng
không nghiêm trọng nhƣ loại 1. Loại này gồm các khu công nghiệp nhỏ, địa phƣơng,

khu vực sinh hoạt đông dân phức tạp… nói chung cũng quan trọng nhƣng khơng bằng
loại 1. Khi thiết kế có thể cân nhắc giữa yếu tố kỹ thuật với vốn đầu tƣ. Nếu không làm
tăng vốn đầu tƣ nhiều hoặc khơng phức tạp, khó khăn lắm nên thiết kế hai nguồn cung
cấp có thể chuyển đổi khi có sự cố một nguồn.
Phụ tải loại 3: Về nguyên tắc có thể mất điện thời gian ngắn không ảnh hƣởng
nhiều đến các hộ tiêu thụ. Loại này chủ yếu là các khu dân cƣ khi thiết kế có thể chỉ có
một nguồng cung cấp.
Phụ tải trạm biến áp đang thiết kế :
 Khu công nghiệp:

= 40 MW, đây là khu công nghiệp lớn, đƣợc sắp xếp

vào phụ tải loại 1, không cho phép gián đoạn cung cấp điện.
 Khu dân cƣ:

= 25 MW, đƣợc xếp vào phụ tải loại 2.

1.3.3 Những điều kiện hạn chế trong khi thiết kế :
 Khả năng vận chuyển
 Diện tích xây dựng trạm biến áp
 Vốn đầu tƣ
 Thời gian xây dựng

6


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

CHƢƠNG 2
PHỤ TẢI ĐIỆN

2.1

Khái niệm
Phụ tải điện là các thiết bị hay tập hợp các khu vực gồm nhiều thiết bị sử dụng

điện năng để biến đổi thành các dạng năng lƣợng khác nhƣ quang năng, nhiệt năng, cơ
năng, hóa năng.
Phụ tải điện có thể biểu diễn dƣới dạng tổng quát:
S = P + jQ
Trong đó:
P : cơng suất tác dụng, đơn vị: W, kW, MW.
Q : công suất phản kháng, đơn vị: Var, kVar, Mvar.
S : công suất biểu kiến, đơn vị: VA, kVA, MVA.
Về trị số:
S=√
P = S.cos
Q = S.sin
Điện năng (A) là công suất điện tiêu thụ trong thời gian T.

∑

A=∫

Đơn vị: Wh, kWh, MWh.
Phân loại phụ tải theo tính chất :
 Phụ tải động lực: cung cấp cho các động cơ điện

 Phụ tải chiếu sáng
Phân loại phụ tải theo khu vực sử dụng :
7


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

 Phụ tải công nghiệp: cung cấp cho khu công nghiệp
 Phụ tải nông nghiệp: cung cấp cho khu nông nghiệp
 Phụ tải sinh hoạt: cung cấp cho vùng dân cƣ
Phân loại phụ tải theo mức độ quan trọng :
 Phụ tải loại 1
 Phụ tải loại 2
 Phụ tải loại 3
2.2

Tổng hợp đồ thị phụ tải
Tổng hợp đồ thị phụ tải là cộng hai hoặc nhiều đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp

do trạm biến áp cung cấp điện. Phụ tải tổng này bao gồm cả phần tổn hao trong truyền
tải ( qua máy biến áp ) và phần tự dùng phục vụ cho việc truyền tải điện năng

.

Tự dùng của trạm biện áp khơng phụ thuộc hồn tồn vào cơng suất của trạm
biến áp mà chủ yếu vào trạm biến áp có hay khơng có ngƣời trực thƣờng xuyên và vào
hệ thống làm lạnh của máy biến áp ( có quạt, có hệ thống bơm dầu, nƣớc cƣỡng bức ).

Công suất tự dùng của trạm biến áp đang thiết kế:

0,5 MVA.

Để tổng hợp đồ thị phụ tải có thể dùng phƣơng pháp vẽ tổng hợp các đồ thị phụ
tải đã cho. Đồ thị phụ tải tổng hợp vẽ từ thời gian nhỏ đến lớn và trong thòi gian đó
cộng các phụ tải lại, sau đó cộng thêm phần tự dùng hay tổn hao.
Thành lập thành bảng tổng hợp phụ tải theo phƣơng pháp lập bảng cho P và Q
và tính S nếu cos

khác nhau. Trƣờng hợp nếu có cos

nhƣ nhau có thẻ chỉ vẽ cho P.

 Tổng hợp đồ thị phụ tải trạm biến áp đang thiết kế :
Đồ thị phụ tải của trạm biến áp đang thiết kế là tổng hợp đồ thị phụ tải ở hai cấp
điện áp 110 kV và 22 kV. Vì cos

ở hai cấp điện áp khác nhau nên ta sẽ lập bảng cho

P, Q và tính S. Phụ tải tổng cịn bao gồm cả phần tự dùng

∑

√

8

0,5 MVA.

Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt
√

√
Trong đó:

Bảng 2. 1 Tổng hợp phụ tải của trạm biến áp
Thời
gian (h)

(MW)

(MW)

(MW)

(MVar)

(MVar)

(MVar)

(MVA)

(MVA)

(MVA)

0÷4

16

10

26

11,168

7,500

18,668

19,51

12,50

32,51

4÷6

24

12,5

36,5

16,752

9,375

26,127

29,27

15,63

45,39

6÷10

24

15

39

16,752

11,250

28,002

29,27

18,75

48,51

10÷12

32

25

57

22,336

18,750

41,086

39,02

31,25

70,76

12÷14

40

25

65

27,920

18,750

46,67

48,78

31,25

80,52

14÷16

40

15

55

27,920

11,250

39,17

48,78

18,75

68,02

16÷18

24

15

39

16,752

11,250

28,002

29,27

18,75

48,51

18÷24

16

10

26

11,168

7,500

18,668

19,51

12,50

32,51

9


Báo cáo tốt nghiệp

SV: Lê Chánh Tâm Trực
Phạm Thanh Việt

S (MVA)
80,52
68,02
48,51
32,51

t(h)
0

4

8

12

16

20

24

Hình 2. 1 Đồ thị phụ tải của trạm biến áp

 Nhận xét :
Trạm biến áp nhận điện năng từ hệ thống và cung cấp cho phụ tải theo đồ thị
phụ tải Hình 2.1. Cơng suất phụ tải của trạm lớn nhất từ 12h đến 14h,
MVA. Công suất phụ tải của trạm nhỏ nhất từ 18h đến 4h,
phụ tải của trạm là cơ sở để chọn máy biến áp cho trạm biến áp.

10

= 80,52

= 32,51 MVA. Đồ thị