Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Điện năng giữ vai trò then chốt trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển kinh tế - xã hội. Năng lượng điện có ưu điểm vượt trội là dễ dàng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác (cơ năng, nhiệt năng, quang năng) và thuận tiện trong truyền tải khoảng cách xa. Tuy nhiên, điện năng là loại năng lượng đặc thù, khó lưu trữ với quy mô lớn, đòi hỏi quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ phải diễn ra đồng thời với hiệu quả kinh tế và độ tin cậy cao.
Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam phát triển với sự hình thành của nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất, nhu cầu phụ tải điện tăng trưởng mạnh mẽ. Việc truyền tải công suất lớn trên khoảng cách xa làm nảy sinh bài toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và sụt áp trên đường dây. Để tối ưu hóa chi phí đầu tư dây dẫn và giảm thiểu tổn thất kỹ thuật, giải pháp then chốt là nâng cao điện áp truyền tải lên các cấp siêu cao áp và cao áp (500 kV, 220 kV, 110 kV), sau đó sử dụng các trạm biến áp trung gian để hạ áp phân phối đến các trung tâm phụ tải (22 kV, 0,4 kV). Đề tài "Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 kV và hệ thống nối đất chống sét cho trạm biến áp" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một trạm biến áp nút quan trọng trong hệ thống điện.
Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm:
- Tổng quan các kiến thức về vai trò, phân loại và các thiết bị chính trong trạm biến áp.
- Khảo sát, tính toán cân bằng công suất và xây dựng đồ thị phụ tải toàn trạm từ các cấp điện áp 110 kV, 22 kV và phụ tải tự dùng.
- Phân tích, so sánh các phương án cấu trúc trạm biến áp để lựa chọn sơ đồ tối ưu.
- Tính toán và lựa chọn công suất, số lượng máy biến áp chính và máy biến áp tự dùng, kiểm tra các điều kiện vận hành bình thường và quá tải sự cố.
- Thiết kế và lựa chọn sơ đồ nối điện chính cho các phân đoạn điện áp 220 kV, 110 kV và 22 kV.
- Tính toán dòng điện ngắn mạch tại các điểm sự cố đặc trưng ($N_1, N_2, N_3, N_4$) làm cơ sở chọn khí cụ điện.
- Đề xuất quy trình tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp, lựa chọn máy cắt, dao cách ly và khí cụ điện.
- Nghiên cứu chuyên đề bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và thiết kế hệ thống lưới nối đất an toàn cho toàn trạm.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng: Trạm biến áp khu vực cấp điện áp 220/110/22 kV, hệ thống thiết bị phân phối khí cụ điện và hệ thống nối đất chống sét bảo vệ.
- Phạm vi không gian và thông số nguồn: Trạm nhận nguồn từ hệ thống điện qua 2 đường dây 224 kV (chiều dài 80 km, dòng ngắn mạch hệ thống $I_N = 26,5\text{ kA}$); cấp điện áp 110 kV gồm 08 đường dây xuất tuyến ($S_{\max} = 580\text{ MVA}$, $\cos\varphi = 0,85$); cấp điện áp 22 kV gồm 08 đường dây xuất tuyến ($S_{\max} = 175\text{ MVA}$, $\cos\varphi = 0,85$); không có phụ tải trực tiếp tại thanh góp 220 kV.
- Thời gian thực hiện: Đồ án tốt nghiệp hoàn thành vào tháng 1 năm 2018 tại Khoa Kỹ thuật Điện - Chuyên ngành Điện công nghiệp, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án ứng dụng hệ thống lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật điện, mạng điện và nhà máy điện - trạm biến áp để thực hiện quá trình tính toán thiết kế:
- Khung lý thuyết cân bằng công suất và phân loại phụ tải: Phân loại phụ tải điện theo mức độ quan trọng (Loại 1, Loại 2, Loại 3). Xác định công suất tác dụng $P = S \cdot \cos\varphi$, công suất phản kháng $Q = P \cdot \tan\varphi$, tổng hợp đồ thị phụ tải hàng ngày theo các khung giờ (0–24h) và xác định công suất cực đại $S_{\max}$ của toàn trạm.
- Lý thuyết lựa chọn và quá tải máy biến áp: Tính toán chọn dung lượng định mức máy biến áp dựa trên điều kiện mang tải bình thường ($K_{\text{qtbt}} = 1$) và điều kiện quá tải sự cố ($K_{\text{qtsc}} = 1,4$ đối với máy biến áp đặt ngoài trời, $K_{\text{qtsc}} = 1,3$ đối với máy biến áp đặt trong nhà, thời gian quá tải cho phép không quá 6 giờ/ngày đêm và không quá 5 ngày liên tục, hệ số điền kín đồ thị trước sự cố $K_1 \le 0,93$).
- Phương pháp tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện:
- Sử dụng phương pháp đơn vị tương đối cơ bản với công suất cơ bản $S_{\text{cb}} = 1000\text{ MVA}$ và các điện áp cơ bản trung bình theo từng cấp ($U_{\text{cb1}} = 230\text{ kV}$, $U_{\text{cb2}} = 115\text{ kV}$, $U_{\text{cb3}} = 23\text{ kV}$).
- Chấp nhận các giả thiết tính toán: các suất điện động trùng pha; nguồn công suất vô cùng lớn có điện áp không đổi; bỏ qua điện trở tác dụng của mạng điện cao áp $U > 1000\text{ V}$ ($R \ll X$), chỉ tính điện trở khi xét điểm ngắn mạch hạ áp 0,4 kV; bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp và dung dẫn đường dây.
- Chuyển đổi điện kháng của các phần tử (hệ thống, đường dây, cuộn dây máy biến áp 2 cuộn và máy biến áp tự ngẫu 3 cuộn) về hệ cơ bản, biến đổi sơ đồ tương đương hình sao - tam giác để tìm điện kháng tổng hợp $X_{\sum*\text{cb}}$, từ đó tính dòng ngắn mạch chu kỳ ban đầu $I''$ và dòng ngắn mạch xung kích $i_{\text{xk}} = K_{\text{xk}} \cdot \sqrt{2} \cdot I''$.
- Nguồn dữ liệu: Các bảng biểu đồ thị phụ tải phân bố theo thời gian, thông số danh định của các dòng máy biến áp chế tạo sẵn (tiêu chuẩn Nga, ABB, nhà sản xuất trong nước), các tiêu chuẩn kỹ thuật về trang thiết bị phân phối và bảo vệ chống sét.
Thiết kế và triển khai kỹ thuật trạm biến áp
Kiến trúc tổng thể và cấu trúc liên kết
Hệ thống trạm biến áp được thiết kế dưới dạng trạm ngoài trời cho các cấp điện áp 220 kV, 110 kV và trạm phân phối trong nhà cho cấp 22 kV và tự dùng 0,4 kV:
| Cấp điện áp | Nguồn / Xuất tuyến | Công suất phụ tải ($S_{\max}$) | Hệ số công suất ($\cos\varphi$) | Sơ đồ thanh góp lựa chọn |
|---|---|---|---|---|
| 220 kV | 02 đường dây đến từ hệ thống ($L = 80\text{ km}$) | 0 MVA (không tải trực tiếp) | 0,85 | Hai hệ thống thanh góp |
| 110 kV | 08 đường dây phân phối phụ tải | 580 MVA | 0,85 | Hai hệ thống thanh góp |
| 22 kV | 08 đường dây phân phối phụ tải | 175 MVA | 0,85 | Một hệ thống thanh góp có phân đoạn |
| Tự dùng (0,4 kV) | Cung cấp cho thiết bị nội bộ trạm | 0,5 MVA (500 kVA) | - | Trạm phân phối hạ áp |
Lựa chọn thiết bị máy biến áp chính và tự dùng
- Máy biến áp tự ngẫu 220/110/22 kV (Phương án lựa chọn):
- Số lượng: 03 máy biến áp tự ngẫu 3 pha 3 cuộn dây ghép song song vận hành ngoài trời.
- Công suất định mức mỗi máy: $S_{\text{đmB}} = 300\text{ MVA}$ (tổng công suất đặt 900 MVA).
- Cấp điện áp danh định: Cao áp 230 kV, Trung áp 121 kV, Hạ áp 38,5 kV (hoặc 22 kV).
- Các giá trị điện áp ngắn mạch: $U_{N(\text{C-T})}% = 11%$, $U_{N(\text{C-H})}% = 32%$, $U_{N(\text{T-H})}% = 20%$.
- Kiểm tra hệ số mang tải bình thường: $K_{\text{qt}} = \frac{S_{\max}}{3 \cdot S_{\text{đmB}}} = \frac{185,5}{3 \cdot 300} \approx 0,20 < 0,93$.
- Kiểm tra điều kiện sự cố 1 máy: $2 \cdot K_{\text{qtsc}} \cdot S_{\text{đmB}} = 2 \cdot 1,4 \cdot 300 = 840\text{ MVA} > S_{\max} = 185,5\text{ MVA}$, thời gian quá tải tính toán là 4 giờ/ngày đêm (đáp ứng tiêu chuẩn $< 6\text{ giờ}$).
- Máy biến áp tự dùng:
- Số lượng: 02 máy biến áp phân phối 3 pha 2 cuộn dây.
- Dung lượng định mức: $S_{\text{đm}} = 400\text{ kVA} = 0,4\text{ MVA}$.
- Tỷ số biến áp: 22/0,4 kV; $U_N% = 5,5%$; $\Delta P_0 = 1200\text{ W}$; $\Delta P_N = 6550\text{ W}$.
- Kích thước: Dài 1,6 m $\times$ Rộng 1,14 m $\times$ Cao 1,87 m; Khối lượng: 1927 kg; Giá thành: 48.500.000 VNĐ.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về trạm biến áp
Chương này phân tích vai trò của trạm biến áp trong hệ thống điện quốc gia, phân biệt trạm biến áp và trạm phân phối điện. Tác giả phân loại trạm theo nhiệm vụ (trạm biến áp chính/trạm nút 220 kV, trạm biến áp phân xưởng) và theo hình thức cấu trúc xây dựng (trạm ngoài trời cho cấp cao áp công suất lớn, trạm trong nhà/trạm GIS cho mạng phân phối và không gian hẹp). Chương 1 cũng liệt kê chi tiết các thiết bị điện chính trong trạm biến áp bao gồm: máy biến áp lực (MBA tự ngẫu, MBA 2 và 3 cuộn dây), máy biến dòng điện (BI), máy biến điện áp đo lường (BU), dao cách ly (DCL), máy cắt điện (MC chân không, khí $\text{SF}_6$), chống sét van, aptomat/CB và sứ đỡ (sứ chịu điện áp đến 25–50 kV, trên 50 kV sử dụng sứ treo).
Chương 2: Cân bằng công suất và đồ thị phụ tải
Tác giả thiết lập bảng cân bằng công suất và phân tích đồ thị phụ tải cho từng cấp điện áp dựa trên yêu cầu thiết kế:
- Cấp 110 kV: $S_{\max} = 580\text{ MVA}$, $\cos\varphi = 0,85$, $\tan\varphi = 0,62$. Phụ tải thay đổi qua các mốc giờ: cực tiểu 15% ($87\text{ MVA}$) vào khung giờ 0–2h, đạt cực đại 90% ($522\text{ MVA}$, $P = 443,7\text{ MW}$, $Q = 275,094\text{ MVAr}$) vào khung giờ 14–17h.
- Cấp 22 kV: $S_{\max} = 175\text{ MVA}$, $\cos\varphi = 0,85$, $\tan\varphi = 0,62$. Công suất biến thiên theo chu kỳ 24 giờ (khung giờ 0–2h mang tải 60% tương đương $105\text{ MVA}$).
- Tổng hợp toàn trạm: Kết hợp công suất tự dùng $S_{\text{td}} = 0,5\text{ MVA}$, đồ thị tổng hợp đạt đỉnh phụ tải $100%$ ($S_{\max} = 185,5\text{ MVA}$ theo biểu đồ phân bổ tương đối quy đổi) tại khung giờ 8–10h và 12–16h đạt 97% ($180,5\text{ MVA}$).
- Tổng công suất danh định tính toán toàn trạm: $$S_{\text{trạm}} = 580 + 175 + 0,5 = 755,5\text{ MVA}$$ $$P_{\text{trạm}} = 755,5 \cdot 0,85 = 642,175\text{ MW}$$
| Khung giờ (h) | Cấp 110 kV (%S) | Cấp 22 kV (%S) | Tự dùng (MVA) | Tổng công suất (MVA) | Tỷ lệ toàn trạm (%S) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 – 2 | 15 | 60 | 0,5 | 75,5 | 40,43 |
| 2 – 4 | 25 | 70 | 0,5 | 95,5 | 51,21 |
| 4 – 6 | 40 | 50 | 0,5 | 90,5 | 48,51 |
| 6 – 8 | 60 | 85 | 0,5 | 145,5 | 78,16 |
| 8 – 10 | 90 | 95 | 0,5 | 185,5 | 100,00 |
| 10 – 12 | 70 | 75 | 0,5 | 145,5 | 78,16 |
| 12 – 14 | 80 | 100 | 0,5 | 180,5 | 97,00 |
| 14 – 16 | 90 | 90 | 0,5 | 180,5 | 97,00 |
| 16 – 18 | 65 | 80 | 0,5 | 145,5 | 78,16 |
| 18 – 20 | 40 | 65 | 0,5 | 105,5 | 56,60 |
| 20 – 22 | 25 | 50 | 0,5 | 75,5 | 40,43 |
| 22 – 24 | 15 | 85 | 0,5 | 100,5 | 53,90 |
Chương 3: Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp
Chương 3 đề xuất và đánh giá 4 phương án cấu trúc:
- Phương án 1: Sử dụng máy biến áp giảm dần từ cấp điện áp cao xuống trung và hạ ($U_C > U_T > U_H$), yêu cầu dung lượng máy cấp 1 rất lớn, giá thành cao do nhiều máy.
- Phương án 2: Sử dụng máy biến áp tự ngẫu 3 cuộn dây, lấy phụ tải 22 kV trực tiếp từ cuộn hạ áp. Phương án này giảm số lượng MBA, giảm diện tích xây dựng và giảm tổn hao điện năng.
- Phương án 3: Sử dụng các máy biến áp 2 cuộn dây riêng biệt để truyền tải công suất sang từng cấp điện áp (tách riêng phần 220/110 kV và 220/22 kV), chiếm diện tích lớn và chi phí cao.
- Phương án 4 (Phương án kết hợp): Sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu 220/110 kV kết hợp máy biến áp 2 cuộn dây 110/22 kV.
Đồ án phân tích các ưu nhược điểm kỹ thuật và lựa chọn phương án sử dụng máy biến áp tự ngẫu ba cuộn dây đáp ứng tính khả thi, độ tin cậy và khả năng phát triển trong tương lai.
Chương 4: Tính toán chọn máy biến áp
Tác giả tiến hành tính toán định lượng cho các phương án máy biến áp:
- Khi xét phương án sử dụng 2 máy biến áp tự ngẫu, thời gian quá tải khi sự cố 1 máy lên đến 12 giờ/ngày (vượt giới hạn tiêu chuẩn 6 giờ). Do đó, tác giả lựa chọn phương án 3 máy biến áp tự ngẫu 3 pha, công suất mỗi máy $S_{\text{đmB}} = 300\text{ MVA}$, giá thành mỗi máy là 1.460.000 USD, thời gian quá tải thực tế rút xuống 4 giờ/ngày ($< 6\text{ giờ}$).
- Đối với phương án so sánh cấp 110/22 kV sử dụng MBA 2 cuộn dây: kiểm tra chọn loại $S_{\text{đmB}} = 63\text{ MVA}$ kiểu ABB.
- Lựa chọn 02 máy biến áp tự dùng loại 400 kVA, điện áp 22/0,4 kV do Việt Nam chế tạo.
Chương 5: Chọn sơ đồ nối điện
Chương này đánh giá các cấu trúc thanh góp phân phối:
- Cấp 220 kV: Chọn sơ đồ hai hệ thống thanh góp nhằm đảm bảo an toàn cấp điện cao nhất cho đầu vào trạm, cho phép sửa chữa một hệ thống thanh góp hoặc máy cắt liên lạc mà không làm gián đoạn nguồn cấp.
- Cấp 110 kV: Chọn sơ đồ hai hệ thống thanh góp, đảm bảo cấp điện linh hoạt cho 08 xuất tuyến phụ tải quan trọng loại 1 và loại 2.
- Cấp 22 kV: Chọn sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn bằng máy cắt, kết hợp bộ tự động đóng nguồn dự phòng, đảm bảo tính kinh tế và mức độ liên tục cung cấp điện phù hợp cho các lộ ra trung áp.
Chương 6: Tính toán dòng điện ngắn mạch
Chương 6 trình bày chi tiết thuật toán tính ngắn mạch với hệ đơn vị tương đối cơ bản:
- Thông số cơ bản: $S_{\text{cb}} = 1000\text{ MVA}$; $U_{\text{cb1}} = 230\text{ kV} \rightarrow I_{\text{cb1}} = 2,51\text{ kA}$; $U_{\text{cb2}} = 115\text{ kV} \rightarrow I_{\text{cb2}} = 5,02\text{ kA}$; $U_{\text{cb3}} = 23\text{ kV} \rightarrow I_{\text{cb3}} = 25,102\text{ kA}$.
- Điện kháng hệ thống và đường dây: $$X^_{\text{đm}} = 0,0475; \quad X^{\text{d}} = 0,567 \implies X^*{\text{HT}} = X^_{\text{đm}} + X^_{\text{d}} = 0,6145$$
- Điện kháng các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu ($\alpha = 0,5$):
- Điện áp ngắn mạch thành phần: $U_{NC}% = 17,5%$; $U_{NT}% = 0%$; $U_{NH}% = 46,5%$.
- Điện kháng quy đổi: $X_{C*\text{cb}} = 0,7$; $X_{T*\text{cb}} = 0$; $X_{H*\text{cb}} = 1,55$.
- Tổng hợp điện kháng ngắn mạch tại các điểm sự cố:
- Điểm $N_1$ (Thanh góp 220 kV): $X_{\sum 1} = X^*_{\text{HT}} = 0,6145$.
- Điểm $N_2$ (Thanh góp 110 kV): $X_{\sum 2} = X_{\sum 1} + \frac{X_C}{3} = 0,6145 + \frac{0,7}{3} = 0,847$.
- Điểm $N_3$ (Thanh góp 22 kV): $X_{\sum 3} = X_{\sum 2} + \frac{X_H}{2} = 0,847 + \frac{1,86}{2} = 1,777$.
- Điểm $N_4$ (Hạ áp tự dùng 0,4 kV): Tính toán xét cả $R$ và $X$ của máy biến áp tự dùng ($R_B = 6,55\text{ m}\Omega$, $X_B = 21\text{ m}\Omega$, $U_R% = 1,6%$, $U_X% = 5,25%$).
Các chương tiếp theo trong cấu trúc đồ án
Theo mục lục và nhiệm vụ đồ án, các nội dung kỹ thuật còn lại bao gồm:
- Chương 7: Tính toán tổn thất công suất tác dụng, tổn thất công suất phản kháng và tổn thất điện năng hàng năm trong các cuộn dây máy biến áp.
- Chương 8: Lựa chọn máy cắt điện và dao cách ly cho các cấp điện áp theo các điều kiện định mức và kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt với dòng ngắn mạch.
- Chương 9: Tính toán so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án thiết kế để khẳng định phương án tối ưu.
- Chương 10: Lựa chọn khí cụ điện đo lường (BI, BU), thanh dẫn, cáp điện và sứ cách điện.
- Phần II (Chống sét và bảo vệ trạm):
- Chương 1: Tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp.
- Chương 2: Thiết kế hệ thống lưới nối đất an toàn và nối đất chống sét cho toàn trạm đạt trị số điện trở nối đất cho phép.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật chính
- Xác lập đầy đủ cấu hình công suất toàn trạm đạt $S_{\text{trạm}} = 755,5\text{ MVA}$, $P_{\text{trạm}} = 642,175\text{ MW}$, đáp ứng nhu cầu truyền tải cho 8 xuất tuyến 110 kV ($580\text{ MVA}$) và 8 xuất tuyến 22 kV ($175\text{ MVA}$).
- Lựa chọn giải pháp kỹ thuật sử dụng tổ hợp 03 máy biến áp tự ngẫu 3 pha 3 cuộn dây ($3 \times 300\text{ MVA}$) cấp điện áp 220/110/22 kV, đảm bảo khả năng vận hành non tải an toàn ($K_{\text{qt}} = 0,20$) và đáp ứng tiêu chuẩn quá tải sự cố nghiêm ngặt ($K_{\text{qtsc}} = 1,4$) trong thời gian 4 giờ.
- Hoàn thành thiết kế sơ đồ nối điện: cấu trúc 2 hệ thống thanh góp cho phân đoạn 220 kV và 110 kV nhằm tăng tính linh hoạt và độ tin cậy; cấu trúc 1 hệ thống thanh góp có phân đoạn cho phân đoạn 22 kV nhằm tối ưu hóa chi phí.
- Xác định chính xác các giá trị điện kháng tương đương ngắn mạch tại 4 cấp điện áp ($X_{\sum 1} = 0,6145$; $X_{\sum 2} = 0,847$; $X_{\sum 3} = 1,777$) làm cơ sở định cỡ khí cụ điện và rơ-le bảo vệ.
- Lựa chọn 02 máy biến áp tự dùng công suất 400 kVA (22/0,4 kV) với đầy đủ thông số tổn hao và kích thước lắp đặt thực tế.
Đóng góp thực tiễn của đồ án
- Xây dựng một quy trình tính toán thiết kế trạm biến áp cấp truyền tải 220 kV hoàn chỉnh theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của ngành điện Việt Nam.
- Kết hợp đồng bộ giữa tính toán phần điện sơ cấp (máy biến áp, sơ đồ nối điện, tính toán ngắn mạch) với phần chuyên đề an toàn điện (bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và hệ thống lưới nối đất).
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế trong tính toán ngắn mạch: Đồ án sử dụng các giả thiết đơn giản hóa như bỏ qua thành phần điện trở ở cấp cao áp ($U > 1000\text{ V}$), coi nguồn cung cấp là vô cùng lớn với điện áp không đổi, chưa xét chi tiết ảnh hưởng phản hồi của các động cơ công suất lớn trong mạng nội bộ.
- Phạm vi mô hình hóa: Đồ án tập trung vào tính toán thiết kế tĩnh và lựa chọn thiết bị phần sơ cấp, chưa đi sâu vào sơ đồ nguyên lý nhị thứ, cấu hình chi tiết mạng rơ-le bảo vệ kỹ thuật số hoặc hệ thống điều khiển tích hợp máy tính (SCADA/DMS) cho trạm biến áp.
- Hướng mở rộng: Bổ sung tính toán ổn định động lực học hệ thống khi có sự cố nghiêm trọng trên thanh cái 220 kV; mô phỏng đánh giá trường điện từ và phân bố điện áp bước, điện áp tiếp xúc của hệ thống lưới nối đất trạm bằng phần mềm chuyên dụng.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo chuyên môn giá trị đối với:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Điện công nghiệp: Tham khảo cấu trúc, phương pháp luận và các bước tính toán đồ án tốt nghiệp thiết kế trạm biến áp từ 110 kV đến 220 kV.
- Kỹ sư thiết kế điện: Sử dụng các công thức tính toán ngắn mạch quy đổi cho máy biến áp tự ngẫu 3 cuộn dây, phương pháp xác định hệ số quá tải sự cố máy biến áp lực ngoài trời và quy trình lựa chọn sơ đồ thanh cái tối ưu.
- Cán bộ quản lý vận hành: Tham khảo các bảng tra cứu thông số phụ tải, thông số kỹ thuật thiết bị trạm và giải pháp thiết kế hệ thống nối đất an toàn.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án lựa chọn 3 máy biến áp tự ngẫu 300 MVA thay vì 2 máy biến áp?
Khi sử dụng phương án 2 máy biến áp tự ngẫu ghép song song, tính toán kiểm tra sự cố hỏng 1 máy cho thấy thời gian mà máy còn lại phải chịu quá tải lên đến 12 giờ trong một ngày đêm, vượt quá giới hạn an toàn cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật (tối đa không quá 6 giờ/ngày đêm). Việc chọn 3 máy biến áp 300 MVA giúp rút ngắn thời gian quá tải sự cố xuống còn 4 giờ/ngày đêm ($< 6\text{ giờ}$), thỏa mãn hoàn toàn điều kiện vận hành an toàn liên tục.
2. Sơ đồ nối điện chính cho từng cấp điện áp 220 kV, 110 kV và 22 kV được lựa chọn như thế nào?
- Cấp 220 kV và 110 kV: Sử dụng sơ đồ hai hệ thống thanh góp để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao nhất, thuận tiện cho việc bảo trì, sửa chữa từng đoạn thanh cái hoặc máy cắt mà không phải cắt điện toàn trạm.
- Cấp 22 kV: Sử dụng sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn bằng máy cắt, giúp giảm chi phí đầu tư thiết bị đóng cắt nhưng vẫn đảm bảo cấp điện liên tục cho các lộ tải thông qua phân đoạn dự phòng.
3. Đại lượng cơ bản được chọn để tính toán dòng ngắn mạch trong đồ án là bao nhiêu?
Tác giả chọn công suất cơ bản $S_{\text{cb}} = 1000\text{ MVA}$ và các điện áp cơ bản trung bình theo từng cấp: $U_{\text{cb1}} = 230\text{ kV}$ (phía 220 kV), $U_{\text{cb2}} = 115\text{ kV}$ (phía 110 kV), $U_{\text{cb3}} = 23\text{ kV}$ (phía 22 kV). Dòng điện cơ bản tương ứng tính được là $I_{\text{cb(220)}} = 2,51\text{ kA}$, $I_{\text{cb(110)}} = 5,02\text{ kA}$, và $I_{\text{cb(22)}} = 25,102\text{ kA}$.
4. Thông số của hệ thống nguồn 220 kV cấp đến trạm gồm những gì?
Nguồn cung cấp gồm 2 đường dây 224 kV, chiều dài 80 km (khi lập sơ đồ thay thế tính toán điện kháng đường dây sử dụng chiều dài tính toán $150\text{ km}$), dòng ngắn mạch hệ thống danh định là $I_N = 26,5\text{ kA}$, tổng điện kháng tương đối cơ bản của hệ thống và đường dây xác định được là $X^*_{\text{HT}} = 0,6145$.
5. Máy biến áp tự dùng của trạm có thông số kỹ thuật như thế nào?
Trạm trang bị 02 máy biến áp tự dùng có dung lượng định mức mỗi máy $S_{\text{đm}} = 400\text{ kVA} = 0,4\text{ MVA}$, cấp điện áp 22/0,4 kV, điện áp ngắn mạch $U_N% = 5,5%$, tổn thất không tải $\Delta P_0 = 1200\text{ W}$, tổn thất ngắn mạch $\Delta P_N = 6550\text{ W}$, tổng khối lượng 1927 kg do Việt Nam sản xuất.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 kV và hệ thống nối đất chống sét cho trạm biến áp" của sinh viên Hà Huy Phước đã giải quyết một cách khoa học, hoàn chỉnh các yêu cầu kỹ thuật của một trạm biến áp truyền tải khu vực. Công trình đưa ra các tính toán cụ thể về cân bằng công suất, lựa chọn 3 máy biến áp tự ngẫu 300 MVA, thiết lập sơ đồ thanh góp hai hệ thống cho cấp cao áp và tính toán ngắn mạch chính xác tại các cấp điện áp. Đây là tài liệu tổng hợp có giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho công tác đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật điện công nghiệp.