CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP I. Giới thiệu về trạm biến áp. Trạm biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện.
Nhà máy điện và trạm biến áp là các phần tử quan trọng trong hệ thống điện có thể cung cấp điện năng cho phụ tải ở một nơi khác xa hơn, khoảng cách xa đó nhiều cây số. Sự chọn lựa một trung tâm phát điện liên quan đến nhiều vấn đề như cần một số vốn đầu tư ban đầu lớn, phí tổn hao khai thác nhiều hay ít, và vị trí cần thiết kế lắp đặt ở xa nơi công chúng để tránh gây bụi bặm và ồn ào. Do đó ở hầu hết mọi nơi điện năng được truyền tải, chuyên chở từ một nơi nào đó (nhà máy phát điện) đến nơi tiêu thụ. Sự truyền tải điện năng đi xa sẽ nảy sinh ra nhiều vấn đề, nhất là chi phí cho hệ thống các truyền tải điện và tổn hao điện năng.
Phương pháp hữu hiệu nhất để giảm đi chi phí này là bằng cách nâng mức điện áp lên cao, khi đó tiết diện dây cáp và tổn hao điện năng truyền tải giảm đáng kể. Tuy nhiên mức điện áp chỉ nâng đến một cấp nào đó để phù hợp vớí vấn đề cách điện và an toàn. Hiện nay nước ta đã nâng mức điện áp lên đến 500 (KV) để tạo thành một hệ thống điện hoàn hảo vận hành từ năm 1994 đến nay. Chính vì lẽ đó trạm biến áp thực hiện nhiệm vụ chính là nâng điện áp lên cao khi truyền tải, rồi những trung tâm tiếp nhận điện năng (cũng là trạm biến áp) có nhiệm vụ hạ mức điện áp xuống để phù hợp với nhu cầu.
Trong thiết kế và vận hành mạng điện thường gặp hai danh từ: trạm phân phối điện và trạm biến áp. Trạm phân phối điện chỉ gồm các thiết bị như: dao cách ly, máy cắt, thanh góp… Dùng để nhận và phân phối điện năng đến phụ tải không có biến đổi điện áp. Phân loại trạm biến áp theo nhiệm vụ : - Trạm biến áp chung còn gọi là trạm biến áp chính, trạm có nhiệm vụ nhận điện áp của hệ thống với điện áp 220 KV biến đổi thành cấp điện áp 110/ 22/ 0. - Trạm biến áp phân xưởng: nhận điện áp từ trạm biến áp trung gian biến đổi xuống các loại điện áp thích hợp để phục vụ cho các phụ tải phân xưởng.
Theo hình thức hay cấu trúc của trạm mà chia trạm thành trạm ngoài trời hoặc trạm trong nhà : - Ngoài trời: Tất cả các thiết bị đều đặt ngoài trời riêng phần phân phối điện áp thì đặt trong nhà.Trạm ngoài trời thích hợp cho các trạm trung gian công suất lớn có đủ điện tích để đặt các thiết bị ngoài trời. - Trạm trong nhà: Tất cả các thiết bị đều đặt trong nhà.Loại này thường gặp ở các trạm biến áp, phân xưởng, trạm Gis. Các thiết bị chính trong trạm biến áp: Máy biến áp (MBA): - Là thiết bị truyền tải điện năng từ cấp điện áp này đến cấp điện áp khác. - Các thông số định mức máy biến áp: o Công suất định mức máy biến áp.
o Khả năng quá tải máy biến áp. o Điện áp định mức. o Tần số định mức. - Các loại máy biến áp: máy biến áp từ ngẫu, máy biến áp thông thường, máy biến áp cách ly.
Máy biến dòng (BI): - Dùng biến đổi dòng điện sơ cấp về một giá trị dòng điện thích hợp ở đầu ra thứ cấp. - Các loại biến dòng: máy biến dòng kiểu một vòng quấn, máy biến dòng kiểu bậc cấp, máy biến dòng thứ tự không, máy biến dòng kiểu bù, biến dòng kiểu lắp sẵn. Máy biến áp đo lường (BU) : - Dùng biến đổi điện áp về cấp điện áp tương ứng với thiết bị đo lường, tự động… 9 - Các loại máy biến áp đặc biệt: máy biến áp kiểu 3 pha 5 trụ, máy biến áp kiểu bậc cấp, máy biến áp kiểu phân chia điện dung. Dao cách ly (DCL): - Là khí cụ điện có nhiệm vụ tạo một khoảng cách trông thấy được để đảm bảo an toàn khi sửa chữa máy phát điện, máy biến áp, máy cắt điện, đường dây…Đóng cắt khi không có dòng hoặc dòng nhỏ, điện áp không cao lắm, sau khi máy cắt đã cắt mạch điện.
- Các loại: dao cách ly tự động, dao ngắn mạch Máy cắt (MC): - Dùng để đóng cắt một phần tử của hệ thống điện như máy phát, máy biến áp, đường dây… trong lúc bình thường cũng như gặp sự cố. - Các loại máy cắt: máy cắt nhiều dầu, máy cắt ít dầu, máy cắt không khí, máy cắt khí, máy cắt tự sinh khí, máy cắt chân không, máy cắt phụ tải. Chống sét van: - Dùng để bảo vệ các thiết bị trong trạm không bị hư hại khi có sóng quá điện áp khí quyển truyền vào từ đường dây tải điện. CB: - Dùng để đóng cắt dòng điện vào trạm.
Sứ đỡ: - Có tác dụng nâng đỡ đường dây tải điện trên không. Sứ đỡ thường được chế tạo mỗi sứ chịu được 25 KV. Nếu điện thế cao hơn thì ghép nối nhiều sứ với nhau. - Khoảng điện thế lớn nhất mà sứ đỡ được dùng là điện thế 50KV.
Nếu điện thế lớn hơn thì phải dùng sứ treo. Nhiệm vụ thiết kế Nhiệm vụ của luận án này là thiết kế trạm biến áp 220/110/22KV với các số liệu như sau: Phía 110 KV Số đường dây đi từ Hệ Thống vào thanh góp 224 kV: chiều dài 80 km Công suất hệ thống Smax = 580 MVA, cosφ = 0,85 Không có phụ tải tại thanh góp 220 kV Phía 22kV: 10 SMax = 175MVA Cosϕ = 0,85 Số đường dây: 08 IV. Trình tự thiết kế. Tổng quan về trạm biến áp 2.
Cân bằng công suất và đồ thị phụ tải 3. Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp 4. Tính toán chọn máy biến áp 5. Chọn sơ đồ nối điện 6.
Tính toán dòng điện ngắn mạch 7. Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp 8. Chọn máy cắt và dao cách ly 9. Tính toán kinh tế, kỹ thuật và chọn phương án 10.
Chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện 11 CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHỤ TẢI I. Cân bằng công suất là xem khả năng cung cấp điện và tiêu thụ điện có cân bằng hay không. Cân bằng công suất có vai trò quan trọng trong thiết kế cung cấp điện của trạm biến áp. Biết rằng sự vận hành bình thường của hệ thống sẽ không được đảm bảo công suất của hệ thống đưa đến chỉ bằng phụ tải của nó.
Như vậy, việc cân bằng công 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 làm 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 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 suất, hư hỏng sản phẩm, thiết bị, lãng phí nhân công.
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 sửa chữa và thay thế thiết bị khi có sự cố. Đồ thị phụ tải từng cấp 1. Cấp điện áp hệ thống 220 KV: 𝐼𝑁 =26,5 KA Nguồn có 2 đường dây tới: 2*224 2. Phụ tải cấp điện áp 110kV: 𝑆𝑚𝑎𝑥 = 580MVA Số đường dây 8 𝐶𝑜𝑠𝜑 = 0,85 𝑇𝑔𝜑 = 0,62 P = S.
𝑇𝑔𝜑 12 Công suất phụ tải T ( h) S (%) S (MVA) P (MW) Q (MVAr) 0 - 2 (h) 15 87 73,95 45.342 14 – 17 ( h) 90 522 443,7 275,094 17 – 20 ( h) 65 377 320,45 198,679 20 – 22 ( h) 40 232 197,2 122,264 22 -24 ( h) 25 145 123,25 76,415 Ghi chú: (𝑆𝑚𝑎𝑥 = 30 MVA, 𝑈đ𝑚 = 22KV, 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0,9 → 𝑡𝑔𝜑 = 0,48 ) P=Sx𝑐𝑜𝑠𝜑 ; Q= Px 𝑡𝑔𝜑 𝑆max∗ 𝑆𝑖 % S= 100 Hình 1. Đồ thị phụ tải cấp 110 KV 13 3. Phụ tải cấp 22 KV. 𝑆𝑚𝑎𝑥 = 175MVA Số đường dây 08 𝐶𝑜𝑠𝜑 = 0,85 𝑇𝑔𝜑 = 0,62 P = S.
𝑇𝑔𝜑 Công suất phụ tải T ( h) S (%) S (MVA) P (MW) Q (MVAr) 0 - 2 (h) 60 105 89. Đồ thị phụ tải cấp 22 KV 14 III. Đồ thị tổng hợp của toàn trạm Bảng tổng hợp theo thời gian của toàn trạm Công suất phụ tải T ( h) 𝑼𝟏 𝟏𝟏𝟎𝑲𝑽 𝑼𝟐 𝟐𝟐𝑲𝑽 Tự dùng Tổng %S 0 - 2 (h) 15 60 0,5 75,5 40,43 2 – 4 ( h) 25 70 0,5 95,5 51,21 4 – 6 ( h) 40 50 0,5 90,5 48,51 6 – 8 ( h) 60 85 0,5 145,5 78,16 8– 10 ( h) 90 95 0,5 185,5 100 10 – 12 ( h) 70 75 0,5 145,5 78,16 12 – 14 ( h) 80 100 0,5 180,5 97 14 – 16 ( h) 90 90 0,5 180,5 97 16 – 18 ( h) 65 80 0,5 145,5 78,16 18 – 20 ( h) 40 65 0,5 105,5 56,60 20 -22 ( h) 25 50 0,5 75,5 40,43 22- 24 (h) 15 85 0,5 100,5 53,9 Đồ thị phụ tải của toàn trạm. 15 𝑆𝑖 Với 𝑆𝑚𝑎𝑥 = 185,5 S%= ∗ 100 𝑆𝑚𝑎𝑥 Hệ thống 𝑐𝑜𝑠𝜑 toàn trạm 𝑐𝑜𝑠 𝑠1.0,85 𝜑 𝑡𝑟ạ𝑚= = 𝑆1 +𝑆2 580+175 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑡𝑟ạ𝑚 = 0,85 𝑇𝑔𝜑 𝑡𝑟ạ𝑚 = 0,62 Tổng công suất của toàn trạm 𝑆𝑡𝑟ạ𝑚 = 580 + 175 + 0,5 = 755,5 (MVA) Công suất tác dụng của toàn trạm.
𝑃𝑡𝑟ạ𝑚 = 𝑆𝑡𝑟ạ𝑚 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑡𝑟ạ𝑚 = 755,5*0,85=642,175 (MW) 16 CHƯƠNG 3 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 điện cho các phụ tải khi có sự cố trong hệ thống.
Trường hợp này các máy phát dự phòng được xem là nguồn.