Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 2 giáo trình Hệ thống cung cấp điện cung cấp cho người học các kiến thức: Trạm biến áp, tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện, chọn thiết bị và các phần tử hệ thống điện, bảo vệ role. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Chương TR0M BIỂN àP 5.1 ĐẠI CƯƠNG Khái niệm chung Trạm biến áp phần tử quan trọng hệ thống điện, có nhiệm vụ tiếp nhận điện từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện áp sang cấp điện áp khác phân phối cho mạng điện tương úng Trong trạm biến áp ngồi máy biến áp cịn có nhiều thiết bị hợp thành hệ thống tiếp nhận phân phối điện Các thiết bị phía cao áp gọi thiết bị phân phối cao áp (máy cắt, dao cách ly, w.) thiết bị phía hạ áp gọi thiết bị phân phối hạ áp (thanh hạ áp, aptômat, cầu dao, cầu chảy w.) Trạm tăng áp thường đặt nhà máy điện để tăng điện áp từ 0,4 -r 6,3 kv lên cấp cao với mục đích truyền tải điện xa; Trạm biến áp trung gian trạm giẳm áp, tiếp nhận điện từ lưới 35 -ỉ-220 kv để cung cấp cho lưới phân phối -H 22 kV; Trạm biến áp tiêu thụ, hay trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ tiếp nhận điện từ mạng phân phối -f 22 kv (đôi mạng 35 110 kV) cung cấp cho lưới điện hạ áp Đối với nhà máy, xí nghiệp lớn, ngồi trạm biến áp trung gian trạm tiêu thụ, cịn có trạm phân phối, nơi khơng có máy biến áp mà có thiết bị phân phối làm nhiệm vụ tiếp nhận điện từ lưới -r 22 kv phân phối cho trạm tiêu thụ xí nghiệp Kết cấu trạm biến áp phụ thuộc vào loại trạm, vị trí, cơng dụng w chúng: Các trạm biến áp trung gian thường xây dựng với hai dạng chính: - Trạm biến áp ngồi trời có thiết bị phân phối phía cao áp đặt ngồi trời cịn thiết bị phân phối phía thứ cấp đặt tủ điện đặt nhà - Trạm biến áp nhà: toàn thiết bị trạm từ phía sơ cấp đến phía thứ cấp đặt nhà với tủ phân phối tương ứng Các trạm biến áp tiêu thụ đa dạng nhiều so với trạm biến áp trung gian Một số dạng trạm tiêu thụ thường áp dụng là: trạm treo, trạm bệt, trạm nhà, trạm hợp w 165 https://tieulun.hopto.org Y cầu Tất trạm biến áp cần phải thoả mãn yêu cầu sau: - Sơ đồ kết cấu phải đơn giản đến mức có thể; - Dễ thao tác vận hành; - Đảm bảo cung cấp điện liên tục tin cậy với chất lượng cao; - Có khả mở rộng phát triển; - Có thiết bị áp dụng công nghệ tiên tiến vận hành điều khiển mạng điện - Giá thành hợp lý có hiệu kinh tế cao Các yêu cầu mâu thuẫn với nhau, tính tốn thiết kế cần phải tìm lời giải tối ưu cách giải toán kinh tế - kỹ thuật 5.2 PHÂN LOẠI TRẠM BIỂN ÁP Trạm treo trạm biến áp treo tất thiết bị phân phối máy biến áp treo cột Có thể cột đơn cột kép, thường cột kép dựpg theo hình chữ A chữ Hình 5.2.1 Sơ đổ trạm biến áp dạng treo 166 https://tieulun.hopto.org n hình 5.2.1 biểu thị sơ đồ bao quát trạm biến áp treo Đôi máy biến áp treo tường phía phía ngồi nhà xưởng Loại trạm biến áp có ưu điểm tiết kiệm diện tích đất, đảm bảo an toàn vận hành Tram b ệt trạm biến áp (hình 5.2.2), máy biến áp đạt bệ, thiết bị phân phối sơ cấp đạt cột vào trạm, thiết bị phàn phối phía thứ cấp đặt tủ phân phối Toàn chu vi trạm biến áp có rào vây quanh Vị trí đặt trạm mặt đất tầng thượng tồ nhà 7000 Hình 5.2.2 Sơ đổ tram biến áp dang Trạm b iến áp nhà Trạm biến áp nhà (hình 5.2.3) kiểu trạm kín, tồn thiết bị phân phối phía sơ cấp thứ cấp, kể máy biến áp đặt nhà kín, xây theo kiểu mái bằng, có bố trí phịng riêng cho thiết bị phía sơ cấp, phịng máy biến áp phịng cho thiết bị phân phối phía thứ cấp Cũng có nhà trạm gồm hai phịng, chí phòng: thiết bị cao áp đặt tường gần trần nhà, máy biến áp đặt bệ, cịn thiết bị phân phối phía thứ cấp đặt tủ phân phối Nhà trạm phải tính tốn chế độ thơng thống gồm cỉfâ sổ phía phía Các củà sổ che chắn lưới sắt để chống thâm nhập loài động vật Trạm biến áp nhà có ưu điểm đảm bảo cho thiết bị khỏi ô nhiễm môi trường, đặc biệt khu cơng nghiệp, nơi có nhiều bụi bẩn hoá chất, 167 https://tieulun.hopto.org nhiên giá thành tram đắt so với loại trạm biến áp treo, thơng thống bị hạn chế nên đơi dẫn đến nhiệt máy biến áp Trong trường hợp có hai máy biến áp nên bố trí máy riêng phòng để đề phòng cháy nổ tăng độ tản nhiệt trạm Hỉnh 5.2.3 Sơ đổ trạm biến áp nhà Tram hợp Là loại trạm biến áp k io sk (hình 5.2.4): tất thiết bị kể máy biến áp đặt tủ kiểu cơngtơnơ, di động dễ dàng Trong cơngtơnơ có chia thành ngăn riêng cho thiết bị phân phối cao áp, khoang máy biến áp khoang thiết bị phân phối hạ áp Các cơngtơnơ thiết kế thơng thống đảm bảo cho trao đổi nhiệt dễ dàng Ưu điểm loại trạm biến áp gọn nhẹ, vị trí linh hoạt di chuyển dễ dàng Trạm biến áp ngầm Là kiểu trạm kín đặt ngầm lòng đất Loại trạm cho phép tiết kiềm mặt tạo mỹ quan cho khu vực cấp điện Với công nghệ sử dụng khí cách điện SF6 thiết bị điện người ta giảm đến mức tối thiểu kích thước trạm biến áp (SF6 tên hoá học lull huỳnh hexaflorua loại khí khơng màu khơng rnùi vị, có khối lượng phân tử Mg = 146, có cấu trúc phân tử đối xứng, gồm nguyên tử lưu huỳnh sáu ngun tử fio, có tính cách điện cách nhiệt cực cao) Điều có ý nglhĩa iớn vể kinh tế, kỹ thuật cảnh quan môi trường w 168 https://tieulun.hopto.org Iỉỉnh 5.2.4 Trạm biến áp hợp bộ: khung trạm biến áp; máy biến áp; cầu chảy; chống sét van; dao cách ly; sứ xuyên nrờng; báng diện hạ áp; xuất tuyến hạ áp; 9- chi mức dầu 10 rào chắn 5.3 VỊ TRÍ ĐẶT CỦA TRẠM BIỂN ÁP Vị trí đặt trạm biến áp có ảnh hưởng lớn đến tiêu kinh tế kỹ thuật mạng điện Nếu vị trí trạm biến áp đặt xa phụ tải dẫn đến chất lượng điện bị giảm, làm tăng tổn thất Nếu phụ tải phân tán, việc đặt trạm biến áp gần chúng dẫn đến số lượng trạm biến áp tăng, chí phí cho đường dây cung cấp lớn hiệu qua kinh tế mạng điện giảm B iêu đ p h u tả i (load cartogram) Để xác định vị trí trạm biến áp trước hết cần thiết lập sơ đồ mặt bố trí điếm tải biểu đồ phụ tải Biểu đồ phụ tải xây dựng nhiều cách khác nhau, nhuríg thơng dụng biểu thị phụ tải điểm dạng hình trịn bán kính r r, = rS, nm (5.3.1) đó: Sj - cơng suất tính tốn phân xưởng thứ i; m - tỷ lệ xích, tuỹ chọn Biểu đồ phụ tải khơng cho ta thấy rõ tồn cành bố trí thiết bị mà cịn biết cường độ tiêu thụ điện tùng điểm tải mật độ phân bố phụ tải sơ đồ tổng thể, để từ dễ dàng lựa chọn điểm đặt hợp lý trạm biến áp 169 https://tieulun.hopto.org Phương pháp xác đinh vi trí tối ưu tram biến áp - T ru n g t ă m tải Toạ độ tâm phụ tải coi vị trí trạm biến áp xác định theo biểu thức : X =Ỉ S ^ L s, y= (5.3.2) s, đó: X, Y - toạ độ tâm tải; X ị , y¡ - toạ độ điểm tải thứ i ; Sị - công suất điểm tải thứ i - Tối ưu v ề tru yề n tải đ iên n ă n g Phương pháp xác định vị trí trạm biến áp theo trung tâm phụ tải đơn giản thường có độ xác khơng cao Thực chất trung tâm tải cho biết vị tn' trạm biến áp tối ưu phương diện hỉnh học, để xác định vị trí tối ưu góc độ truyền tải điện ta cần xét hàm mục tiêu dạng: ụ/ = ỵ s ị y[(xị - X ) + ( v , - Y)2 -> (5.3.3) Toạ độ trạm biến áp nghiệm hệ phương trinh ỔT = Ẽ^L = 0; ỔX ỠY - Tối ưu t h e o chi p h í tru yền tải p h â n p h ô i đ iệ n năng: phương pháp xác định vị trí trạm biến áp khơng xét đến vị trí nguồn cung cấp, mà thường đóng vai trị quan trọng tốn xác định vị trí tối ưu trạm, có có lời giải xác ta cần thiết lập hàm mục tiêu có dạng: M M _ Z = ỵ Z cJ ( x i - X ) + (yì - Y ) + ỵ Z ppi^ - X ) + (ụ j - Y ) 1=1 i=l (5.3.4) zcci - chi phí quy đổi mạng cung cấp từ nguồn thứ i đến trạm biến áp Zppj - chi phí mạng phân phối từ trạm biến áp đến điểm tải thứ j M, N - số nguồn cung cấp số lượng điểm tải Các giá trị X Y tọa độ trạm biến áp xác định tương tự 170 https://tieulun.hopto.org 5.4 CHỌN CỒNG SUẤT VÀ s ố LƯỢNG MÁY BIỂN ÁP Công suất máy biến áp số lượng chúng trạm tham số quan trcng định chỗ' độ làm việc mạng điện Công suất máy biến áp điều kiện làm việc bình thường phảo đảm bảo cung cấp điện cho toàn nhu cầu phụ tải Để thuận tiện cho việc vận hành trạm biến áp, không nên chọn nhiều loại máy biến áp trạm Tốt nên chọn gam cỏng suất máy biến áp, nhiên thực tế đơi khó đáp ứng yêu cầu trên, lúc buộc phẳi chọn máy khác nhau, nên chọn tối đa hai loại mà thơi Việc chọn số lượng máy biến áp có liên quan đến chế độ làm việc trạm Hai nhân tố có ảnh hưởng định đến tốn chọn máy biến áp nhiệt độ môi trường xunq quanh đồ thị phụ tải Thông thường loại máy biến áp hai cuộn dây sử dụng rộng rãi xí nghiệp, nhà máy trạm biến áp trung gian Máy biến áp ba cuộn dây chí sử dụng trạm trung gian có cơng suất lớn Chọn cô n g suât m áy biến áp Việc lựa chọn công suất số máy biến áp toán tưởng đơn giẳn, nhiên lại khơng phẳi hồn tồn Trong thực tế người ta thường chọn cồng suất máy biến áp lớn cơng suất tính tốn tướng lời giải tốt Thực ra, làm thi suốt thời gian hoạt động, máy biến áp luôn trạng thái non tải vi: thứ phụ tải cực đại chí xuất thời gian (chí vài ngày); thứ hai phụ tẳi tính tốn giá trị dự báo nên năm đầu giá trị phụ tải thực tế thấp nhiều so với giá trị tính tốn Điều khơng rìhữpg gây lãng phí vốn đầu tư mà làm tăng thêm tốn thất mạng điện tiêu thụ nhiều công suất phẳn kháng Khi giải toán người "non gan" thường klìỏng tính đến đặc điểm tuyệt vời máy biến áp khả làm việc tải điều kiện xác định Việc tận dựng khả tải máy biến áp cho phép cải thiện chế độ làm việc kinh tế trạm biến áp nói riêng hệ thống điện nói chung Thế khả tải máy biến áp? Phương pháp xác đình sao? K h ả n ă n g q u tả i củ a m y biên áp: Quá tải máy biến áp lượng phụ tải qua máy m làm cho hao mòn cách điện cuộn dây vượt giá trị so với chế độ làm việc bình thường Các máy biến áp tính tốn để làm việc với phụ tẳi cơng suất đinh mức thỉ tuổi thọ đạt giá trị định mức (khoảng 25^30 năm) Tuy nhiên máy biến áp làm việc ngắn hạn với phụ tải lớn cơng suất đình mức m khơng làm ảnh hưởng đến tuổi thọ máy, khả tải chúng, s dĩ máy biến áp có khẳ làm việc tải vi chế độ làm việc bình thường hệ số mang tải nhỏ Phân biệt hai dạng tải tải sau cố tải theo chu kỳ: 171 https://tieulun.hopto.org - Q u tả i sa u sư cố: Theo quy trình quy phạm vận hành trạm biến áp cho phép thời gian cố máy biến áp làm việc song song, máy biến áp cịn lại làm việc tải 40% liên tục không sáu thời gian không năm ngày, hệ số điền kín đồ thị phụ tải khơng lớn 0,75 (/ctỉk< 0,75) Tức điều kiện làm việc tải máy biến áp xác định theo biểu thức: < 1,4 kqt = SnBA Ssc - cơng suất tính toán chế độ sau máy biến áp bị cố; SnBA - công suất định mức máy biến áp lại - Q u tả i chu kỷ máy biến áp cao điểm xác định máy làm việc non tải thời điểm khác ngày Quá tải chu kỹ thời gian tải cho phép máy biến áp phụ thuộc vào hệ số điền kín đồ thị phụ tải, hệ số mang tải trước đó, nhiệt độ môi trường xung quanh, số thời gian đốt nóng w Hệ số tải chu kỳ phụ thuộc vào hệ số điền kín đồ thị thời gian làm việc tải máy biến áp dầu biếu thị hinh 5.4.1 Sự tải theo chu kỳ phụ thuộc vào hệ số mang tải trước (kỹ hiệu /cị), nhiệt độ mơi trường xung quanh số thời gian đốt nóng Trên hỉnh 5.4.2 biểu thị quan hệ phụ thuộc hệ số tải (kỹ hiệu k2 = /cqt) với thời gian tải cho phép hệ số mang tải trước số loại máy biến áp điểu kiện nhiệt độ môi trường khác Nhiệt độ tương đương môi trường năm xác định theo biểu thức: 2°"” Go = g % V (5.4.1) 0tbi - nhiệt độ trung bình tháng thứ i năm Hằng số thời gian đốt nóng máy biến áp xác định theo biểu thức: Tba = ^ba ®M (5.4.2) APk + APq Cha - ty nhiệt (nhiệt dung) máy biến áp, w.h/ °c 0M- độ chênh lệch nhiệt độ lớp dầu so với nhiệt độ môi trường, °C; APk, AP0 - hao tổn công suất ngắn mạch không tải biến áp, w Tỷ nhiệt máy biến áp xác đỊnh theo biểu thức: cba= 132Gcd+ 108G td+544G d+ 133Gmt 172 https://tieulun.hopto.org Gcd, Gtd ,Gd, Gml - khối lượng cuộn dây, thùng dầu, dầu mạch từ máy biến áp, tấn; Q uy tắ c tả i %: Khả làm việc tải máy biến áp xác định theo quy tắc "quá tải %" Quy tắc phát biểu sau: Tất máy biến áp có hệ số điền kín dồ thị phụ tái (kdk) nhỏ 100% 10 % giảm kdk cho phép tải % so với công suất dinh mức, giá trị trung bình nhiệt dộ môi trường xung quanh không lớn 35 °c Mức tải cho phép theo quy tắc 3%) xác định theo biểu thức: S Ä % (5.4.3) Hình 5.4.1 Biếu đồ tải máy biến áp dầu phụ thuộc vào hệ số điền kín đồ thị phụ tải Chẳng hạn hệ số điền kín đồ thị phụ tải trạm biến áp kdK= 50 % mức tải cho phép sỗ là: 173 https://tieulun.hopto.org s 3%= 100 — = 15%, 10 Tức cao điểm máy biến áp mang tẳi lớn 15% so với giá trị định mức Đối với máy biến áp chite nhiệt đới hoá mà chế tạo nước châu Au với khí hậu ơn đới nơi có nhiệt độ trung bình °c nhiệt độ cực đại trung bình 35 °c, cơng suất định mức máy biến áp cần phải hiệu chỉnh theo biếu thức sau: tb m ~ 35> 100 ~ (5.4.5) 100 đó: 0tb 0M- nhiệt độ trung binh nhiệt độ cực đại thực tế nơi đặt máy biến áp; Sn - công suất định mức máy biến áp (ghi lý lịch máy); Snhc - công suất máy biến áp hiệu theo nhiệt độ 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0 ,5 1,0 k, a, 0 ,5 1,0 k, b, 0 ,5 1,0 k, c, Hình 5.4.2 Biểu dồ xác định tải chu kỳ cúa máy biến áp dầu: kt/l = k2 hệ số tải; kị hệ số mang tải trước đó; a - SnHA= - 1000 kVA 0(, = 20°C; b SnHA= 1000 - 32000 kVA 00 = 20°C; c SnHA= - 1000 kVA 0o = 30°c Chọn s ô lượng m áy biến áp Số lượng máy biến áp xác định sở giải toán kinh tế kỹ thuật Thông thường trạm biến áp tiêu thụ údố lượng máy biến áp chọn từ đến hai máy Nếu chọn hai máy biến áp trạm cần phải xét đến khả chịu tải máy máy thứ hai bị cố Lúc máy biến áp cịn lại gánh toàn phụ 174 https://tieulun.hopto.org K) 0,5 - 2,5 PTB 20 -1 PTB 35 -1 D ò n g cá t; kA K h o ả n g p h ó n g đ iệ n ; m m T ro n g N goài d; m m 10 - 60 15 20 -1 10 40 10 35 o T CN PTB c L oại < B ản g 36.pl Tham số kỹ thuật cúa chống sét ống 14 100 10 Bảng 37.pl Tham số kỹ thuật cáp vặn xoắn lõi đồng cách điện XLPE, đai tép, vỏ PVC hãng FURUKAWA (Nhật Ban) chế tạo điện ấp 0,5-^3kV D ò n g d iệ n c h o p h é p ; A S u ấ t d iệ n trớ; Q /k m / k; k A l s F: m in r "C • m in il y n x !a m b -20 w -c -W-B * Đèn hộ Bảng 46.pl Tham số chấn lưu dùng cho đèn compact huỳnh quang cos (p AP, w g Iữ’ đ SBA/5W-7W,9W,11W (đèn compact) 0,32 8.5 17.6 SBA 36/40W (đèn huỳnh quang) 0,44 8,5 19,5 SLB LowLoss-18/20W 0,55 4,5 63 SLB LowLoss-36/40W 0,55 4,5 63,5 LEHP (điện tử) 2x18W 0,9 156,5 LEHP (điện tử) lx36W 0,9 156,5 LEHP (điện tử) 2x36W 0,9 187 Mã hiệu 312 https://tieulun.hopto.org 25 27 24 28 34 (N co 35 38 0,7 00 ƠN ó 55 58 59