›
›

Đồ án Thiết kế trạm biến áp trung gian 110/35/22 KV-40 MW xã Ngọc Sơn-Gia Lộc-Hải Dương

pdf 90 trang huongle 1460
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế trạm biến áp trung gian 110/35/22 KV-40 MW xã Ngọc Sơn-Gia Lộc-Hải Dương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_thiet_ke_tram_bien_ap_trung_gian_1103522_kv_40_mw_xa_n.pdf

Nội dung text: Đồ án Thiết kế trạm biến áp trung gian 110/35/22 KV-40 MW xã Ngọc Sơn-Gia Lộc-Hải Dương

  1. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TÍNH CẦN THIẾT CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRẠM BIẾN ÁP 2 1.1.GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ TRẠM BIẾN ÁP 2 1.1.1 Cấp cao áp 3 1.1.2 Cấp trung áp 3 1.1.3 Cấp hạ áp 3 1.2.HIỆN TRẠNG NGUỒN VÀ LƢỚI ĐIỆN 3 1.3 TÌNH HÌNH KINH TẾ - XÃ HỘI 4 1.3.1 Kinh tế 4 1.3.2 Xã hội 5 1.4.NHU CẦU ĐIỆN NĂNG, TÍNH CẤP THIẾT CỦA CÔNG TRÌNH 5 1.4.1 Phụ tải yêu cầu 5 1.4.2 Điện năng yêu cầu 6 CHƢƠNG 2. TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP 7 2.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 7 2.1.1. Phân loại 7 2.1.2. Tham số của máy biến áp 9 2.1.3. Tổ đấu dây 11 2.1.4. Quá tải máy biến áp. 13 2.1.5. Tổn thất điện năng của máy biến áp 16 2.2. CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀCẤP ĐIỆN ÁP 17 CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ CHỌN THIẾT BỊ KHÍ CỤ CHO TRẠM BIẾN ÁP 19 3.1. KHÁI NIỆM CHUNG 19 3.2. PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 19
  2. 3.3. XÁC ĐỊNH ĐIỂM NGẮN MẠCH TÍNH TOÁN 20 3.4. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 23 3.4.1. Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 110 kV : K1 23 3.4.2. Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 22 kV : K2 24 3.4.3. Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 35 kV : K3 25 3.4.4. Tính toán ngắn mạch tại K4 26 3.4.5. Tính toán ngắn mạch tại K5 27 3.4.6. Tính toán ngắn mạch tại K6 27 3.4.7. Tính toán ngắn mạch tại K7 28 3.5. CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ KHÍ CỤ CHO TRẠM BIẾN ÁP 29 3.5.1. Chọn và kiểm tra máy cắt 30 3.5.2. Chọn và kiểm tra dao cách ly. 32 3.5.3. Chọn và kiểm tra biến áp đo lƣờng 33 3.5.3.1. Máy biến điện áp BU 33 3.5.3.2. Máy biến dòng BI 35 3.5.4. Chọn và kiểm tra chống sét van 38 3.5.5. Chọn và kiểm tra thanh cái 39 3.5.6. Chọn và kiểm tra cao áp 41 3.5.7. Chọn và kiểm tra sứ cách điện 42 3.5.7.1. Chọn và kiểm tra sứ đỡ cho thanh góp 42 3.3.7.2. Chọn và kiểm tra sứ treo, sứ néo cho cấp điện áp 110 kV. 44 3.5.8. Sơ đồ lƣới điện chính của trạm. 45 CHƢƠNG 4. PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ TRẠM ĐO LƢỜNG VÀĐIỀUKHIỂN 48 4.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 48 4.1.1. Các dạng hƣ hỏng trong máy biến áp 48 4.1.2. Bảo vệ máy biến áp động lực 49 4.1.3. Các phần tử của sơ đồ 4 – 1 và 4 – 2 49
  3. 4.1.4. Sơ lƣợc về nguyên lý làm việc rơ le số so lệch. 52 Ơ 7UT513 55 ơle sô 7UT513 55 56 56 ơle 56 ơ le. 57 110 KV 59 4.3.1. Rơ 7SJ512 60 4.3.2. Phƣơng th ơle 7SJ512 62 ơ le 7SJ512 63 (I>>) 67 i gian (I>) 67 68 71 ơ le 7SJ512 74 CHƢƠNG 5. 78 78 5.2. 79 79 80 81 82 85 87
  4. LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc quá trình phát triển sản xuất đƣợc nâng cao. Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp dịch vụ đời sống sinh hoạt tăng trƣởng không ngừng. Xuất phát từ thực tế việc cung cấp điện cho các khu vực dân cƣ, công trình khoa học, xây dựng hay sản xuất là một vấn đề bách, đời hỏi chất lƣợng điện năng cung cấp phải tốt, giá thành rẻ và hợp lí. Chính vì lẽ đó mà các nhà máy điện, các trạm phân phối, các trạm biến áp trung gian ngày càng phải đƣợc tăng lên để có nguồn điện hợp lí đến tổng khu vực, trong nhà máy, hộ tiêu thụ. Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế, kỹ thuật trong thiết kế xây dựng và vận hành chúng mang lợi ích cho sự phát triển của ngành điện hiện nay. Đƣợc sự phân công của bộ môn Điện- Điện Tử, trƣờng ĐHDL Hải Phòng. Với sự hƣớng dẫn của Cô Đỗ Thị Hồng Lý, em thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế trạm biến áp trung gian 110/35/22 KV – 40 MW xã Ngọc Sơn – Gia Lộc – Hải Dƣơng”. Đề tài gồm 5 chƣơng: Chƣơng 1: Tính cần thiết của công trình xây dựng trạm biến áp. Chƣơng 2: Tính chọn máy biến áp. Chƣơng 3: Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị khí cụ cho trạm biến áp. Chƣơng 4: Phƣơng thức bảo vệ trạm đo lƣờng và điều khiển. Chƣơng 5: Hệ thống nối đất của trạm. 1
  5. CHƢƠNG 1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRẠM BIẾN ÁP 1.1.GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ TRẠM BIẾN ÁP Trạm biến áp là một công trình để chuyển đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác. Trạm biến áp đƣợc phân loại theo điện áp, theo địa dƣ. + Theo điện áp, trạm biến áp có thể là trạm tăng áp, cũng có thể là trạm hạ áp, hay trạm trung gian: - Trạm tăng áp thƣờng đặt ở các nhà máy điện, làm nhiệm vụ tăng điện áp từ điện áp máy phát lên điện áp cao hơn để tải điện năng đi xa. - Trạm hạ áp thƣờng đặt ở các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp hơn thích hợp với các hộ tiêu thụ điện - Trạm biến áp trung gian chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lƣới điện có cấp điện áp khác nhau + Theo địa dƣ, trạm biến áp đƣợc phân loại thành trạm biến áp khu vực và trạm biến áp địa phƣơng: - Trạm biến áp khu vực đƣợc cung cấp điện từ mạng điện khu vực (mạng điện chính) của hệ thống điện để cung cấp cho một khu vực lớn hơn bao gồm: Thành Phố, các khu vực công nghiệp v.v Điện áp của trạm khu vực phía sơ cấp là 110 KV, 220 KV, còn phía thứ cấp là: 35 KV, 22 KV, 15 KV, 10 KV hay 6 KV. - Trạm biến áp địa phƣơng là những trạm biến áp đƣợc cung cấp điện từ mạng phân phối, mạng địa phƣơng của hệ thống điện cấp cho từng xí nghiệp, hay trực tiếp cấp cho hộ tiêu thụ với điện áp thứ cấp thấp hơn. - Ở các phía cao và hạ áp của trạm biến áp có các thiết bị phân phối cao áp và thiết bị phân phối hạ áp. Thiết bị phân phối có nhiệm vụ nhận điện năng từ một số nguồn cung cấp và phân phối điện đi các nơi khác qua các đƣờng 2
  6. dây tải điện. Trong thiết bị phân phối có các khí cụ đóng cắt, điều khiển, bảo vệ, đo lƣờng v.v Hiện nay nƣớc ta đang sử dụng các cấp điện áp sau: 1.1.1 Cấp cao áp + 500 KV dùng cho hệ thống điện Quốc Gia nối liền ba vùng Bắc Trung Nam. + 220 KV dùng cho mạng điện khu vực. + 110 KV dùng cho mạng điện phân phối, cung cấp cho các phụ tải lớn. 1.1.2 Cấp trung áp 22 KV trung tính nối đất trực tiếp, dùng cho mạng điện địa phƣơng cung cấp cho các nhà máy vừa và nhỏ, cung cấp cho các khu dân cƣ. 1.1.3 Cấp hạ áp +380/220Vdùng trong mạng hạ áp, trung tính nối đất trực tiếp. Do lịch sử để lại hiện nay nƣớc ta cấp trung áp còn dùng 66, 35, 15, 10 và 6 KV. Nhƣng trong tƣơng lai các cấp điện áp nêu trên sẽ đƣợc cải tạo để cung cấp điện áp 22 KV. Tuy có nhiều cấp điện áp khác nhau nhƣng khi thiết kế, chế tạo vận hành thiết bị điện đƣợc chia làm hai loại cơ bản: - Thiết bị điện áp có U 1000 V Từ sự phân chia trên sẽ dẫn đến sự khác nhau về cấu trúc, chủng loại cả các khí cụ điện, của các công trình xây dựng và cả chế độ vận hành. 1.2.HIỆN TRẠNG NGUỒN VÀ LƢỚI ĐIỆN Hệ thống lƣới điện của xã đã đƣợc xây dựng từ rất lâu. Hiện nay hệ thống lƣới điện của xã rất cũ nát và xuống cấp trầm trọng. Dây dẫn chủ yếu là dây nhôm trần tiết diện 50 mm2 trở xuống, hệ thống công tơ không đồng bộ, chủ yếu sử dụng công tơ Trung Quốc, việc cải tạo xây dựng mới mng tính tƣ pháp chắp vá không có qui định cụ thể lâu dài. Các phụ tải phân bố không tập trung, trạm biến áp đặt xa trung tâm và không đảm bảo đƣợc nhu cầu của phụ 3
  7. tải. Dẫn đến bán kính cấp điện của đƣờng dây hạ thế dài, do đó khả năng nâng cấp điện của hệ thống có độ tin cậy thấp, thƣờng xảy ra sự cố mất điện kéo dài, tổn thất điện năng cao, điện áp cuối nguồn thấp. Điện áp giờ cao điểm của những phụ tải cuối đƣờng dây chỉ khoảng 60 V ÷ 100V. Điều này ảnh hƣởng trực tiếp đến sinh hoạt của ngƣời dân. 1.3 TÌNH HÌNH KINH TẾ - XÃ HỘI 1.3.1 Kinh tế Là một xã chuyên canh nông nghiệp,trong những năm gần đây, do làm tốt cơ cấu chuyển đổi kinh tế trong nông nghiệp, kết hợp lƣợng trẻ làm việc tại các công ty, xí nghiệp nên mức thu nhập của các hộ dân trong xã đã đƣợc nâng lên, đời sống của ngƣời dân đƣợc cải thiện đáng kể. Mặc dù chủ yếu cuộc sống của ngƣời dân là nông nghiệp nhƣng việc áp dụng khoa học kỹ thuật đã làm giảm bớt sức lao động, nâng cao năng suất lao động. Nhu cầu sử dụng điện của ngƣời dân ngày càng cao. - Cơ cấu kinh tế : Tổng giá trị sản xuất theo toàn huyện năm 2012 đạt 757 ÷ 852 triệu đồng tăng 84% so với năm 2011. Trong đó nông nghiệp tăng 8,4% so với những năm 2012 chiếm 286110 triệu đồng tăng 11%. Ngành công nghiệp xây dựng chiếm 286094 triệu đồng. - Tình hình sản xuất nông nghiệp: Nhìn chung sản xuất nông nghiệp thời kì 2006- 2012 đã có chuyển biến cơ cấu theo hƣớng cây lƣơng thực và cây công nghiệp ngắn ngày, diện tích ổn định sản lƣợng tăng trƣởng khá nhanh. Diện tích sản lƣợng cây lƣơng thực và cây ăn quả tăng nhanh. - Sản xuất công nghiệp và tiêu thủ công nghiệp: Nhìn chung sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp đã phát triển nhanh nhƣng thiếu vững chắc không có sự đầu tƣ phát triển những cơ sở mới, thiếu các ngành đầu tƣ công nghệ cao, lao động chủ yếu là thủ công, năng suất lao động thấp tăng bình quân trong cả giai đoạn là 12,8% năm. 4
  8. 1.3.2 Xã hội Sự nghiệp giáo dục những năm qua của huyện đƣợc quan tâm tốt đã đạt đƣợc những thành tích đáng kể. Các trƣờng trung học đạt tiêu chuẩn về ngành và số lƣợng giáo viên quản lý dạy học, chất lƣợng giáo dục có nhiều thay đổi về chất lƣợng, qui mô trƣờng lớp khang trang, huyện có trƣờng cấp 3, trung học, tiểu học và mẫu giáo. Toàn huyện đạt phổ cập giáo dục. Về dân số kế hoạch gia đình. Đẩy mạnh tuyên truyền dân số, giảm tỉ lệ tăng dân số tự nhiên dƣới mức 1,1%. Phƣơng hƣớng phát triển kinh tế xã hội huyện Gia Lộc đến năm 2013: Gia Lộc là huyện có tiềm năng phát triển nông nghiệp toàn diện, có nguồn nhân lực dồi dào, phát triển kinh tế xã hội theo hƣớng công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nƣớc. 1.4.NHU CẦU ĐIỆN NĂNG, TÍNH CẤP THIẾT CỦA CÔNG TRÌNH Theo tổng số sơ đồ phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn IV do viện Năng lƣợng lập thì nhu cầu phụ tải điện tỉnh Hải Dƣơng nói chung, và Huyện Gia Lộc nói riêng, trong giai đoạn IV nhƣ sau : 1.4.1 Phụ tải yêu cầu Bảng 1 -1: Số liệu phụ tải yêu cầu P(MW) P(MW) P(MW) Stt Khu vực (2005) (2010) (2015) 1 Công nghiệp 2,017 2,936 3,218 2 Công nghiệp - Thƣơng mại 1,347 2,807 6,0 3 Ánh sáng - Sinh hoạt 2,7 6,1 11 4 Thủy lợi 0,136 0,136 0,136 5 Huyện Gia Lộc 2 3,8 7,2 6 Huyện Thanh Hà 2 3,6 7,1 7 Đồng Niên – Phố Cao 2 3,5 6,8 Tổng 12,193 22,87 41,45 5
  9. 1.4.2 Điện năng yêu cầu Thông qua bảng phụ tải ta thấy mức tăng trƣởng phụ tải năm 2005÷2015 tăng nhanh. Bảng 1-2: Số liệu điện năng yêu cầu A.106 A.106 A.106 Stt Khu vực (KWh) (KWh) (KWh) (2005) (2010) (2015) 1 Công nghiệp 6720 9.000 12.013 2 Công nghiệp - Thƣơng mại 4978 8.231 6,453 3 Ánh sáng - Sinh hoạt 519 519 519 4 Thủy lợi 7.300 16.000 29.000 5 Huyện Gia Lộc 11.837 23.817 37.726 6 Huyện Thanh Hà 10.706 22.631 4.679 7 Đồng Niên - Phố Cao 10.271 21.961 33.817 Dựa vào phụ tải yêu cầu và điện năng yêu cầu thì phải nhất thiết xây dựng trạm biến áp để phân phối điện năng cho khu vực phục vụ nhu cầu sử dụng điện năng cho hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. 6
  10. CHƢƠNG 2 TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP 2.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 2.1.1. Phân loại Có hai loại máy biến áp phân phối cơ bản : loại khô( nhựa đúc) và loại dầu * Máy biến áp loại khô Hình 2-1. Máy biến áp khô Các cuộn dây của máy biến áp loại này đƣợc cách điện bằng nhựa đúc trong chân không, dây quấn đƣợc bao bọc bới hợp chất ba hợp phần nhựa epoxy với độ dẻo đảm bảo thẩm thấu hoàn toàn vào cuộn dây, chất làm rắn anhyđrit nâng mức đàn hồi để tránh phát sinh những vết nứt trong các chu trình, nhiệt độ xảy ra trong vận hành bình thƣờng và có chất phụ gia AL(OH)3 và silic để tăng cƣờng đặc tính cơ nhiệt khi bị đốt nóng. Biến áp loại này cho phép đạt mức cách điện loại F(∆θ=100 k) với tính chất chịu lửa tốt và tự dập 7
  11. tức thời do đó đƣợc coi nhƣ là không cháy, chống ăn mòn, độc hại bảo đảm mức độ an toàn cao cho ngƣời vận hành trong điều kiện sự cố, ngay cả khi xảy ra cháy và hoạt động tốt trong môi trƣờng công nghiệp nhiều bụi độ ẩm cao, do đó chúng đƣợc sử dụng ở những nơi cần độ an toàn cao nhƣ khi đặt trong nhà, tuy nhiên máy biến áp khô có giá thành lớn hơn 3 ÷ 5 lần giá thành của máy biến áp dầu có cùng công suất. * Máy biến áp dầu Hình 2-2. Máy biến áp dầu một pha Chất lỏng cách điện và làm mát thông dụng nhất trong máy biến áp là dầu khoáng chất. Vốn dễ cháy nên có bộ phận DGDH ( phát hiện khí, áp suất và nhiệt độ) đảm bảo cho việc bảo vệ biến áp dầu, trong trƣờng hợp sự cố DGDH phát hiện cắt nguồn trung áp cung cấp cho máy. Dầu cách điện cũng là môi trƣờng làm mát, nó nở ra khi tải nhiệt độ môi trƣờng tăng do đó máy biến áp dầu thiết kế để chứa khối lƣợng chất lỏng thừa mà không tăng áp suất lên trong thùng. Máy biến áp có thùng chứa đầy và kín hoàn toàn. Việc giãn nở của chất lỏng đƣợc bù nhờ biến dạng đàn hồi của các cánh làm mát bên hông thùng dầu, tránh đƣợc oxy hóa của chất lỏng điện môi 8
  12. do đó không cần phải bảo trì thƣờng xuyên, không cần phải kiểm tra độ bền điện môi ít nhất trong mƣời năm, đơn giản trong lắp đặt, nhẹ hơn và thấp hơn so với các loại có thùng dầu phụ, phát hiện tức thời sự rỉ dầu, nƣớc không thể vào trong thùng dầu phụ, phát hiện tức thời sự rỉ dầu, nƣớc không thể vào trong thùng. a) MBA kín đầy dầu b) MBA có thùng dầu phụ Hình 2-3. Máy biến áp dầu ba pha Máy biến áp có thùng chứa phụ ở áp suất khí quyển: Việc giãn nở của chất lỏng cách điện đƣợc thực hiện nhờ sự thay đổi mức chất lỏng trong thùng phụ đặt bên trên thùng chính của máy biến áp, không gian bên trên chất lỏng trong thùng phụ chứa đầy không khí có thể tăng lên khi mức chất lỏng giảm và thoát ra ngoài một phần khi mức này tăng. Không khí đƣợc lấy vào từ môi trƣờng bên ngoài sẽ đi qua bộ lọc qua thiết bị hút ẩm (thƣờng chứa các hạt chống ẩm sillicogien) trƣớc khi vào thùng phụ. Trong một số thiết kế máy biến áp lớn có một túi không khí không thấm để cách li chất lỏng cách điện với khí quyển không khí chỉ vào qua bộ lọc và thiết bị hút ẩm. 2.1.2. Tham số của máy biến áp * Công suất định mức Công suất định mức của máy biến áp là công suất liên tục đi qua máy biến áp trong suốt thời gian phục vụ của nó ứng với các điều kiện tiêu chuẩn: 9
  13. Uđm điện áp định mức, fđm tần số định mức, và θđm nhiệt độ môi trƣờng định mức. Công suất máy biến áp và máy biến áp tự ngẫu một pha bằng 1/3 công suất máy biến áp và máy biến áp tự ngẫu ba pha tƣơng ứng. * Điện áp định mức Điện áp định mức của cuộn dây sơ cấp máy biến áp là điện áp giữa các pha của nó khi cuộn dây thứ cấp hở mạch và có điện áp bằng điện áp định mức thứ cấp. Điện áp định mức của cuộn dây thứ cấp máy biến áp là điện áp giữa các pha của nó khi không tải mà điện áp trên cực cuộn dây sơ cấp bằng điện áp định mức sơ cấp. * Hệ số biến áp Hệ số biến áp k đƣợc xác định bằng tỷ số giữa điện áp định mức của cuộn dây cao áp với điện áp định mức của cuộn dây hạ áp: K= (2.1) Hệ số biến áp của máy biến áp ba cuộn dây đƣợc xác định theo từng cặp cuộn dây tƣơng ứng: KC H = KC T = KT H = * Dòng điện định mức Dòng điện định mức của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp máy biến áp đƣợc xác định theo công suất và điện áp định mức phù hợp với các cuộn dây của nó. * Điện áp ngắn mạch Điện áp ngắn mạch UN đặc trƣng cho tổng trở toàn phần Z của máy biến áp và thƣờng đƣợc biểu diễn bằng phần trăm của điện áp định mức. UN = .100= .Z.100 (2.2) 10
  14. Trị số điện áp ngắn mạch phụ thuộc vào công suất và điện áp định mức của máy biến áp và thay đổi theo phạm vi rộng từ (4,5 ÷ 5,5) % đối với máy biến áp công suất nhỏ, điện áp (10 ÷ 35) kV, đến (12 ÷ 14) % đối với máy biến áp công suất lớn, điện áp (220 ÷ 500) kV. * Dòng không tải Dòng không tải Ikt là đại lƣợng đƣợc làm cơ sở để tính công suất phản kháng tiêu thụ trên mạch từ hóa ∆QFe. Thƣờng trị số của dòng không tải cho bằng phần trăm dòng định mức của máy biến áp. Trị số tƣơng đối của nó giảm đi khi công suất và điện áp định mức của máy biến áp tăng, đối với máy biến áp (10 ÷ 35) KV, Ikt = (2,0 ÷ 2,5) % , đối với máy biến áp (220 ÷ 500) kV, Ikt = (0,5 ÷ 0,3) %. Quan hệ giữa dòng điện không tải và tổn hao không tải nhƣ sau: Ikt % = .100= .100 = (2.3) Vì ∆QFe > ∆PFe. Nên có thể coi So ≈ ∆QFe Ikt %= .100 * Mức cách điện định mức Mức cách điện định mức đƣợc đo bằng các giá trị chịu quá áp ở tần số thƣờng khi thí nghiệm và bởi các thí nghiệm xung áp cao mô phỏng sét đánh, do đó không cần thí nghiệm khả năng chịu quá áp do dòng cắt. 2.1.3. Tổ đấu dây Tổ đấu dây của máy biến áp đƣợc hình thành do sự phối hợp kiểu nối dây sơ cấp so với kiểu nối dây thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch pha giữa các mức điện động cuộn dây sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Góc lệch pha phụ thuộc vào chiều quấn cuộn dây, cách kí hiệu các đầu dây, kiểu nối dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Do cách nối dây hình sao Y hay tam giác với những thứ tự khác nhau mà góc lệch pha giữa các sức điện động của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có thể là 36o, 60o, , 360o. Để thuận tiện ngƣời ta dùng kim đồng hồ 11
  15. biểu thị và gọi tên tổ nối dây của máy biến áp. Kim dài của đồng hồ biểu thị véc tơ sức điện động sơ cấp đặt cố định ở con số 12, kim ngắn biểu thị véc tơ sức điện động thứ cấp đặt tƣơng ứng ở các con số 1, 2, , 12 tùy theo góc lệch pha giữa chúng là 36o, 60o, , 360o. Trong máy biến áp ba pha cũng nhƣ nhóm ba máy biến áp một pha thƣờng cuộn dây điện áp thấp nối tam giác để bù sóng điều hòa bậc ba của dòng từ hóa. Cuộn dây cao áp và trung áp nối hình sao, do cuộn hạ áp nối tam giác nên tiết diện dây dẫn nhỏ đi rất nhiều, vì khi đó dòng trong các pha giảm đi lần so với dòng dây. Cuộn dây cao và trung nối hình sao nên số vòng dây giảm lần, do đó không những giảm đƣợc khối lƣợng đồng mà còn tiết kiệm đƣợc cả cách điện. Ngoài ra sơ đồ đấu dây đƣợc cho trƣớc dƣới dạng sơ đồ bằng kí hiệu tiêu chuẩn cho cuộn hình sao, tam giác và hình sao liên kết, theo kí hiệu chữ, số quy định bởi IEC. Kí hiệu này đọc từ trái sang phải, chữ cái đầu chỉ cuộn áp lớn nhất chữ cái thứ hai chỉ mức kế tiếp Các chữ cái viết hoa chỉ cuộn có áp lớn nhất: D = tam giác, Y= sao, Z= zizag (sao liên kết) N= nối trung tính(có đầu nối trung tính đƣa ra ngoài) Các chữ cái thƣờng đƣợc dùng cho thứ cấp và tam cấp: D= tam giác y = sao z = zigzag n = nối trung tính Mỗi tổ đấu dây rất phổ biến đƣợc dùng trong máy biến áp phân phối là Dyn11 có cuộn sơ cấp đấu tam giác, cuộn thứ cấp đấu hình sao với đấu nối trung tính. Thay đổi pha qua biến áp là 300, nghĩa là áp thứ cấp của cuộn pha 1 ở vị trí thứ 11 giờ trên mặt đồng hồ, trong khi của pha một phía sơ cấp ở vị trí 12 giờ. Các tổ đấu dây tam giác, sao và zigzag tạo ra sự thay đổi pha bằng 30o hay bội số của 30. 12
  16. 2.1.4. Quá tải máy biến áp. *Quá tải thƣờng xuyên. Quá tải thƣờng xuyên của MBA là chế độ quá tải một phần thời gian phụ tải của MBA vƣợt quá công suất định mức của nó. Phần còn lại của chu kì khảo sát (ngày, năm) phụ tải MBA thấp hơn công suất định mức đó. Với phụ tải nhƣ vậy thì hao mòn cách điện sau một chu kỳ khảo sát không vƣợt quá hao mòn định mức, tƣơng ứng với nhiệt độ cuộn dây bằng 98oC nhƣng không vƣợt quá 140oC. Để đánh giá khả năng quá tải cho phép thƣờng xuyên của MBA trong nhƣng giờ phụ tải cực đại ngày đêm, cần phải phân tích, tính toán chế độ nhiệt độ của nó. Nói cách khác, phải tính toán sự thay đổi nhiệt độ dầu và cuộn dây của MBA trong thời gian ngày đêm đó. Tính toán nhiệt độ dầu và nhiệt độ của cuộn dây MBA cũng khá phức tạp nên trong thiết kế ngƣời ta xây dựng biểu đồ về khả năng tải của MBA đƣợc cho trong các tài liệu thiết kế : Bảng 2-1. Cách sử dụng biểu đồ khả năng tải của máy biến áp Hệ Hằng số Số của biểu đồ ứng với nhiệt độ đẳng trị Công suất thống thời o của môi trƣờng làm mát Vo(dt) C MBA Làm gian của (MVA) mát MBA 10 20 30 40 2,5 5 7 9 11 M >0,001÷1,0 2,5 6 8 10 12 2,5 17 19 21 23 > 6,3 ÷ 32 II 3,5 18 20 22 24 > 32 ÷ 63 II II, 2,5 29 31 33 35 80 ÷ 125 II 3,5 30 32 34 36 >125 Các biểu đồ về khả năng tải của MBA đƣợc xây dựng trên cơ sở đồ thị phụ tải bậc đẳng trị của MBA. Trực hoành của đƣờng cong tính toán chỉ hệ số k1 (hệ số phụ tải bậc 1) tức là phụ tải một mới phụ tải định mức, còn trục tung 13
  17. chỉ hệ số quá tải cho phép kcp. Các đƣờng cong xây dựng ứng với thời gian quá tải khác nhau từ (t= 0,5÷24giờ). Đối với đồ thị phụ tải hai bậc, trình tự xác định quá tải cho phép của MBA theo đƣờng cong khả năng quá tải đƣợc xác định nhƣ sau: - Dựa vào đồ thị tính toán cực đại, xác định loại và công suất định mức biến áp Sđm và tính quá tải của nó: K2 = (2.4) - Xác định hệ số tải bậc một K1 = - Xác định hằng số thời gian của MBA và tùy thuộc vào hệ thống làm mát , hằng số thời gian và nhiệt độ đẳng trị của môi trƣờng làm mát mà chọn đƣờng cong tính khả năng tải của MBA. + Theo đƣờng cong này và xuất phát phát từ hệ số phụ tải bậc một k1 và thời gian quá tải tính toán t để xác định hệ số quá tải cho phép k2cp. - So sánh k2 tính toán với k2cp. Nếu k2< k2cp thì MBA đƣợc phép quá tải ứng với chế độ làm việc của nó. Trong trƣờng hợp đồ thị phụ tải nhiều bậc, chúng ta biến đổi về đồ thị hai bậc đẳng trị. Trong đó phụ tải đẳng trị bậc một tính trong 10 giờ liền trƣớc hay liền sau quá tải lớn nhất tùy thuộc vào phụ tải cực đại xuất hiện buổi chiều hay buổi sáng trong ngày. - Phụ tải đẳng trị bậc một đƣợc tính theo công thức: S1dt = (2.5) - Phụ tải đẳng trị bậc hai đƣợc tính theo công thức: S2dt = Trong đó: Si : Phụ tải bậc thứ i. 14
  18. ti : Thời gian bậc thứ i. ni : Số bậc trong 10 giờ khi tính phụ tải bậc một. n2 : Số bậc trong thời gian quá tải. Trong trƣờng hợp xuất hiện hai lần quá tải so với công suất định mức của MBA thì cực đại nhỏ hơn đƣợc dùng để tính phụ tải đẳng trị bậc một S1dt. Tính S1dt tiến hành trong 10 giờ ở trƣớc hay sau cực đại lớn nhất là tùy thuộc vào cực đại nhỏ hơn. Nói cách khác khi biểu đồ phụ tải có hai cực đại thì tính toán đẳng trị bậc hai đối với cực đại nào có tổng cộng đạt giá trị lớn hơn. Khi đó nếu phụ tải cực đại xuất hiện vào buổi chiều( thứ hai về thời gian) thì lúc tính phụ tải đẳng trị bậc một sẽ bao gồm 10 giờ liền trƣớc. Nếu cực đại lớn hơn xuất hiện vào buổi sáng (thứ nhất về thời gian) thì lúc tính phụ tải đẳng trị bậc một sẽ bao gồm 10 giờ liền sau phụ tải bậc hai. Nếu MBA làm việc cả năm với một đồ thị phụ tải giống nhau, thì khid đánh giá phụ tải cho phép ngƣời ta dùng nhiệt độ đẳng trị của môi trƣờng làm mát hàng năm. Nếu đồ thì phụ tải mùa hè của MBA thấp hơn mùa đông thì nên sử dụng nhiệt độ đẳng trị của môi trƣờng làm mát theo vùng và tính qua tải cho phép riêng biệt đối với mùa đông và mùa hè. * Quá tải sự cố. Đó là quá tải cho phép MBA làm việc với điều kiện sự cố( ví dụ nhƣ bị hƣ hỏng một MBA khi hai máy làm việc song song) mà không gây hỏng chúng. Nhƣ vậy trị số quá tải sự cố cho phép đƣợc quyết định sao cho nhiệt độ của cuộn dây và dầu của MBA không vƣợt quá trị số cho phép để khỏi ảnh hƣởng đến sự làm việc bình thƣờng tiếp theo của máy. Nhiệt độ cho phép cực đại đối với dầu là 115oC va đối với điểm nóng nhất của cách điện cuộn dây là 140oC. Trong điều kiện làm việc đó, MBA đƣợc phép quá tải 40% nếu thời gian quá tải của máy không vƣợt quá 6 giờ trong 5 ngày đêm và hệ số phụ tải bậc một k1 không vƣợt quá 0,93.Quá tải sự cố cho phép k2cp=1,4 nên xem nhƣ một hệ số tính toán nào đó, sử dụng khi lựa chọn MBA theo điêu kiện quá tải sự 15
  19. cố. Trị số quá tải cho phép trong vận hành đƣợc quyết định phụ thuộc vào điều kiện cụ thể nhƣ đồ thị phụ tải và nhiệt độ môi trƣờng làm mát. 2.1.5. Tổn thất điện năng của máy biến áp Tổn thất điện năng trong hệ thống điện gây thiệt hại không nhỏ về chi phí vận hành. Có nhiều loại tổn thất: tổn thất do MBA, tổn thất trên dây dẫn khi truyền tải, tổn thất vầng quang ( đối với điện cao thế) trong đó tổn thất MBA là tổn thất chủ yếu. Tổn thất này gồm hai thành phần: - Tổn thất sắt,nó không phụ thuộc phụ tải và nó chính là tổn thất không tải của MBA. - Tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải. Khi phụ tải, tải bằng công suất định mức của MBA thì tổn hao này chính là tổn hao ngắn mạch. Có rất nhiều loại MBA nhƣ: MBA ba pha hai cuộn dây, ba pha ba cuộn dây, tự ngẫu ba pha Mỗi loại máy đều có cách tránh tổn thất khác nhau. Tuy nhiên vì các MBA mà ta đã chọn dƣới đây là máy ba pha hai cuộn dây (trạm chỉ có một cấp điện áp ra) nên ta chỉ đƣa ra các công thức để tính tổn thất cho loại máy này. Với loại này, nên có n máy vận hành song song (không bị cắt khi phụ tải giảm) thì tổn thất không tải hàng năm đƣợc tính theo số giờ làm việc t của chúng trong năm. Còn tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải đƣợc xác định vào thời gian tổn thất lớn nhất τ của chúng, nó là hàm của thời gian sử dụng phụ tải lớn nhất Tmaxcosϕ. - Tổn thất điện năng trong MBA hai cuộn dây sẽ là : ∆A=n.∆Po.t + . ∆PN. .τ (2.6) Trong đó: SđmB : Công suất định mức MBA Smax : Phụ tải cực đại của n MBA theo đồ thị phụ tải. ∆Po, ∆PN : Tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của MBA. 16
  20. Nếu ta có đồ thị phụ tải hình bậc thang thì tổn thất này cũng có thể xác định bằng công thức sau: ∆A=n.∆Po.t + . ∆PN. (2.7) Si là phụ tải qua n MBA vận hàng song song trong thời gian ti tƣơng ứng với đồ thị phụ tải hình bậc thang. 2.2. CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀCẤP ĐIỆN ÁP *Chọn máy biến áp. Nhìn trên phụ tải ngày vận hành lớn nhất của trạm dự kiến vào năm 2014 trạm vận hành với tải lớn nhất đạt 15 MW và thấp nhất đạt 7,5 MW. Nhƣ vậy ta chọn máy biến áp có dung lƣợng là 25 MW. *Chọn cấp điện áp + Cấp điện áp cao áp theo qui định lực chọn 110 KV. + Cấp điện áp phần trung áp: Để cấp điện cho huyện Gia Lộc, Thanh Hà, Đồng Niên – Phố Cao, khu vực nói chung thì hiện nay đang dùng cấp điện áp 35 kV. + Cấp điện áp phía hạ áp lắp theo qui định của bộ năng lƣợng từ nay về sau hạn chế cấp điện áp 10 KV, do đó phần hạ áp của trạm sẽ dùng cấp điện áp 22kV của máy biến áp 25 MVA dùng cấp điện cho các khu vực huyện Gia Lộc, Thanh Hà, Đồng Niên – Phố Cao và khu công nghiệp xây dựng sau này sẽ dùng cấp điện áp 22 kV này. Nhƣ vậy dựa vào công suất đặt của khu vực và cấp điện áp lựa chọn. Tôi chọn biến áp sau : ABB 25.000/110 100/100/100% 115 ± 9x 1,78%/38,5 ± 2,5%/23 (kV) Yo/∆11/Yo ; Uk % ∆Po = 36 KW UKC-T= 10,5% ∆Pk = 145 KW UKC-H = 17% I % = 1% UKT-H = 6% 17
  21. Máy biến áp có công suất 25 MVA, trong đó biểu thị 100/100/100% là công suất tối đa của máy biến áp. Trong đó 115 ± 9x1,78% có nghĩa là máy biến áp 19 nấc điều chỉnh điện áp phần 110 kV, còn 38,5 ±2x2,5% có nghĩa là phần 23 KV không có nấc điều chỉnh. UKC-T = 10,5% : Điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao và cuộn trung. UKC-H = 17% : Điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao và cuộn hạ áp. UKT-H = 6% : Điện áp ngắn mạch giữa cuộn trung và cuộn hạ. Hình 2-4. Máy biến áp 110 kV 18
  22. CHƢƠNG 3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ CHỌN THIẾT BỊ KHÍ CỤCHO TRẠM BIẾN ÁP 3.1. KHÁI NIỆM CHUNG Ngắn mạch là hiện tƣợng mạch điện bị nối tắt qua một tổng trở rất nhỏ có thể xem nhƣ bằng không. * Nguyên nhân: - Do cách điện làm việc lâu ngày nên bị già hóa. - Do sét đánh, do quá điện áp nội bộ. - Do va chạm cơ khí gây lên ngắn mạch: gió bão cây bị đổ, cột đổ - Do thao tác nhầm lẫn của các nhân viên kỹ thuật. - Do hiện tƣợng ngẫu nhiên: do chuột, gián, chim * Đặc điểm của ngắn mạch: - Khi xảy ra ngắn mạch thì trong mạch điện sẽ phát sinh ra quá trình quá độ nên có sự đột biến thay đổi về dòng điện và điện áp, dòng điện tăng lên với chỉ số rất lớn có thể tới hàng chục hàng trăm kA, sau đó dòng điện lại giảm xuống tới một chỉ số ổn định( chỉ số xác lập). - Về điện áp lại giảm nhanh xuống điện áp ngắn mạch sau đó tiếp tục giảm nữa đến chỉ số điện áp nhất định. - Các dạng ngắn mạch: ngắn mạch ba pha, ngắn mạch hai pha,ngắn mạch một pha chạm đất, ngắn mạch hai pha chạm đất. 3.2. PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH + Thành lập sơ đồ thay thế, tính toán điện kháng của phần tử trong hệ thống điện. Khi thành lập sơ đồ thay thế thì mỗi phần tử hệ thống điện đƣợc thay thế bằng một tổng thể. 19
  23. + Tổng trở ngắn mạch của hệ thống điện thông thƣờng cần tính toán ngắn mạch các dòng ngắn mạch trong điều kiện chúng đƣợc cung cấp từ nhiều nguồn cung cấp và trong hệ thống điện với những mức điện áp khác nhau. Các hệ thống điện với những cấp điện áp khác nhau liên kết thông qua máy biến áp, trong khi đó tổng trở của một số phần tử hệ thống, ví dụ nhƣ đƣờng dây trên không, cáp đƣợc tính toán ở dạng giá trị tuyệt đối, nhƣng một số phần tử khác: máy phát máy biến áp thƣờng cho dƣới dạng tƣơng đối. Chính vì lẽ đó ta chuyển đổi các giá trị tổng trở về một mức cơ bản cho toàn hệ thống. Ta tính toán thành phần chu kì ban đầu của dòng ngắn mạch bằng nguồn áp tƣơng đƣơng: Phƣơng pháp đơn giản và tiện lợi nhƣng không tính đến lãi của hệ thống. Nội dung của phƣơng pháp thay tại điểm ngắn mạch bằng một nguồn áp tƣơng đƣơng. Điện áp của máy phát, hệ thống coi nhƣ bằng không. 3.3. XÁC ĐỊNH ĐIỂM NGẮN MẠCH TÍNH TOÁN Khi lập sơ đồ để tính dòng điện ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện, cần chọn một chế độ làm việc nặng nề nhất nhƣng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế. Điểm ngắn mạch tính toán là điểm mà khi xảy ra ngắn mạch tại đó dòng điện ngắn mạch tại đó thì dòng điện ngắn mạch đi qua khí cụ điện là lớn nhất. * Xác định điểm ngắn mạch K1 Ở cấp điện áp 110 kV thƣờng chỉ chọn một loại máy cắt điện và dao cách ly, vì vậy chỉ cần tính đến điểm ngắn mạch k1 ngay trên thanh góp 110 kV. Nguồn cung cấp là hệ thống điện. 20
  24. * Xác định điểm ngắn mạch K2 Dùng để chọn khí cụ điện phần hạ áp 22 kV. * Xác định điểm ngắn mạch K3 Dùng để chọn khí cụ điện phần trung áp 35 kV bao gồm máy cắt điện và dao cách ly dùng để bảo vệ và cắt thành phần phía sau thanh cái 35 KV. * Xác định điểm ngắn mạch K4, K5 Dùng để chọn khí cụ điện cho máy biến áp T2, T3. * Xác định điểm ngắn mạch K6, K7 Dùng để chọn khí cụ điện bao gồm máy cắt điện và dao cách ly dùng để bảo vệ và cắt thành phần phía sau máy biến áp T2, T3. 3.4. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3.4.1. Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 110 kV : K1 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm K1 x1 x2 K1 Eht + Chọn đại lƣợng cơ bản: Scb = 100 MVA Ucb = Utbđm = 115 (KV) + Tính trở kháng các phần tử : Đối với hệ thống ta có : x1 = 0, bởi vì ta có công suất của hệ thống là vô cùng lớn. Đối với đƣờng dây : x2 = xo.l (3.1) Đƣờng dây AC185 có ro = 0,16; xo = 0,35 (Ω/km) Vậy x2 = 0,35. 21,836 = 0,058 (Ω) ⇒ x = x1 + x2 = 0 + 0,058= 0,058 (Ω) Tính dòng ngắn mạch tại điểm K1: 23
  25. = = = (3.2) Với = = = 0,520 (kA) Vậy = = 8,66 (kA) Tính dòng xung kích: = .kxk.Ickt = .1,8.8,66 = 20,04 (kA) (3.3) kxk : Hệ số xung kích, vì ngắn mạch ở xa(sau máy biến áp, đƣờng dây) nên ta luôn có kxk = 1,8 trong phần tính toán ngắn mạch của hệ thống điện này. Công suất ngắn mạch tại điểm K1 : Sk1= Ucb. = .115.8,66=1725(MVA) (3.4) 3.4.2. Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 22 kV : K2 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm k2 Eht x1 x2 x3 x4 K2 Qui đổi về đại lƣợng cơ bản : Ucb = Utbđm = 24 (KV) Đối với máy biến áp T1 S = 25 (MVA) U = 110/35/22 (KV) UNC-T = 10,5% UNC-H = 17% UNT-H = 6% Trong đó: UNC-T : Điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao áp và cuộn trung áp. UNC-H : Điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao áp và cuộn hạ áp. UNT-H : Điện áp ngắn mạch giữa cuộn trung áp và cuộn hạ áp. Máy biến áp T1 ta có ngắn mạch từng cuộn : UNC%= (UNC-T%+UNC-H%+UNT-H%) (3.5) = (10,5 + 17 – 6) = 0,1075 24
  26. UNH% = (UNT-H% + UNC-H% + UNC-T%) = ( 17 + 6 - 10,5) = 0,0625 UNT% = (UNT-H% + UNC-T% + UNC-H%) = ( 10,5 + 6 – 17) ≈ 0 Điện kháng từng cuộn : x3=xc=UNC%. =0,1075. =0,43(Ω) (3.6) x4 = xh = UNh%. = 0,0625. = 0,25 (Ω) x5 = xt = 0 Tính ngắn mạch tại K2: xk2 = x1 + x2 + x3 + x4 = 0 + 0,058 + 0,43 + 0,25 = 0,738 (Ω) Dòng ngắn mạch tại K2 : = = = Mà = vậy = = =3,26 (kA) Dòng xung kích tại K2 : = .kxk. = .1,8.3,26 = 8,3 (kA) Công suất ngắn mạch tại K2 : Sk2 = Ucb.Ik2 = .24.3,26=135,52(MVA) 3.4.3. Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 35 kV : K3 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm K3 x1 x2 x3 x5 K3 Eht Qui đổi về điện áp cơ bản : Ucb = Utbđm = 37 (KV) Ta có : xk3 = x1 + x2 + x3 + x5 = 0 + 0,058 + 0,43 + 0 = 0,488 (Ω) 25
  27. Dòng ngắn mạch tại điểm K3 : = = = = = = 3,2 (kA) Dòng xung kích tại K3 : = .kxk. t = .1,8.3,2 = 8,15 (kA) Công suất ngắn mạch tại K3 : Sk3 = Ucb. = .37.3,2=205,1 (MVA) 3.4.4. Tính toán ngắn mạch tại K4 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm K4 x1 x2 x3 x5 x6 K4 3 Eht Qui đổi về điện áp cơ bản : Ucb = Utbđm = 37 (KV) Ta có : xk4 = x1 + x2 + x3 + x5 + x6 Mà x6 = x0. l (3.7) Với đƣờng dây AC50 ta có : r0 = 0,65 Ω/km; x0 = 0,4 (Ω/km) x6 = 0,4.20. = 0,584 (Ω) xk4 = 0 + 0,058 + 0,43 + 0 + 0,584 = 1,072 (Ω) Dòng ngắn mạch tại điểm K4 : = = = Mà = vậy : = = = 1,46 (kA) Dòng xung kích tại K4 : = .kxk. = .1,8.1,46 = 3,705 (kA) Công suất ngắn mạch tại K4 : Sk4 = Ucb. = .37.1,46=94 (MVA) 26
  28. 3.4.5. Tính toán ngắn mạch tại K5 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm K5 x1 x2 x3 x5 x9 K5 Eht Qui đổi về điện áp cơ bản : Ucb = Utbđm = 37 (KV) Ta có : xk5 = x1 + x2 + x3 + x5 + x9 Mà x9 = x0. l Với đƣờng dây AC50 ta có : r0 = 0,65(Ω/km); x0 = 0,4 (Ω/km) x9 = 0,4.17,8. = 0,52 (Ω) xk5 = 0 + 0,58 + 0,43 + 0 + 0,52 = 1,008 (Ω) Dòng ngắn mạch tại điểm K5 : = = = Mà = vậy : = = = 1,55 (kA) Dòng xung kích K5 : = .kxk. = .1,8.1,55 = 3,95 (kA) Công suất ngắn mạch tại K5 : Sk5 = Ucb. = .37.1,55=99,3(MVA) 3.4.6. Tính toán ngắn mạch tại K6 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm K6 x7 x1 x2 x3 x5 x6 x8 K6 Eh t Tính trở kháng của phần tử : Đối với máy biến áp T2 : x7 = . = . = 2,2 = x8 27
  29. Trở kháng tổng : = xk6 = xk4 + = 1,072 + = 2,172 (Ω) Dòng ngắn mạch tại điểm K6 : = = = Mà = vậy : = = = 0,72 (kA) Dòng xung kích tại K6 : = .kxk. = .1,8.0,72 = 1,833 (kA) Công suất ngắn mạch tại K6 : Sk6 = Ucb. = .37.0,72=46,14(MVA) 3.4.7. Tính toán ngắn mạch tại K7 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm K : 7 x10 x1 x2 x3 x5 x9 x11 K7 Eh t Qui đổi về điện áp cơ bản : Ucb = Utbđm = 37 (KV) Tính trở kháng các phần tử : Đối với máy biến áp T3 : X10 = . = . = 2,2 = x11 Trở kháng tổng : = xk7 = xk5 + = 1,008 + = 2,108 (Ω) Dòng ngắn mạch tại điểm K7 : = = = Mà = vậy : = = = 0,74 (kA) Dòng xung kích tại K7 : = .kxk. = .1,8.0,74 = 1,884 (kA) 28
  30. Công suất ngắn mạch tại K7 : Sk7 = Ucb. = .37.0,74=47,4(MVA) Trong đó dòng điện định mức đƣợc tính nhƣ sau : Tại thanh cái 110 kV : = = = 131 (A) Tại thanh cái 35 KV : = = = 412(A) Tại thanh cái 22 kV : = = = 656 (A) Bảng 3-1 : Kết quả tính toán ngắn mạch Điểm Dòng Dòng điện ngắn Công suất STT Nơi ngắn mạch mạch ngắn định ngắn mạch mức (kA) (A) mạch 1 Thanh cái 110 kV K1 131 8,66 20,04 1725 2 Thanh cái 35 kV K2 412 3,2 8,15 205,1 3 Thanh cái 22 kV K3 656 3,26 8,3 135,52 4 Trƣớc MBA T2 K4 1,46 3,705 94 5 Trƣớc MBA T3 K5 1,55 3,95 99,3 6 Sau MBA T2 K6 0,72 1,833 46,14 7 Sau MBA T3 K7 0,74 1,884 47,4 Qua kết quả tính toán ghi trng bảng trên so với kết quả tính toán của viện năng lƣợng thì phù hợp vì vậy kết quả tính toán là đáp ứng. 3.5. CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ KHÍ CỤ CHO TRẠM BIẾN ÁP Mục đích của một hệ thống điện: là sản xuất và cung cấp điện cho ngƣời tiêu thụ. Hệ thống phải đƣợc thiết kế và quản lí vận chuyển năng lƣợng này đến hộ tiêu thụ một cách tin cậy và kinh tế. Để tăng độ tin cậy cung cấp điện phải cải thiện thiết kế các khí cụ điện làm việc an toàn, có độ tin cậy cao và có khả năng thay thế. Nhƣ vậy để tăng độ tin cậy cung cấp điện cần một lƣợng vốn đầu tƣ lớn và để tăng việc hoàn vốn thì hệ thống cần đƣợc vận hành liên 29
  31. tục và truyền tải càng nhiều công suất càng tốt. Nhƣng có rủi ro có thể xảy ra đối với hệ thống điện nhƣ ngắn mạch, đứt dây trong đó ngắn mạch là nguy hiểm nhất bởi vì khi đó trong hệ thống phải chịu một sự thay đổi đột ngột và đôi khi rất lớn : dòng điện lớn xuất hiện kèm theo một sự giải phóng năng lƣợng lớn có thể gây ra đốt cháy tại một số nơi sự cố thiệt hại cơ khí trên hệ thống và cuộn dây chiết khấu làm cho hệ thống không vận hành đƣợc nếu không có thiết bị loại trừ sự cố đó. Yêu cầu của các khí cụ điện: Là vận hành tốt, phát hiện và tác động chống lại mọi dạng hỏng hóc trong hệ thống điện hoặc tình trạng làm việc không bình thƣờng xảy ra trong hệ thống điện. 3.5.1. Chọn và kiểm tra máy cắt Máy cắt là thiết bị có khả năng đóng dẫn liên tục và cắt dòng điện trong điều kiện bất thƣờng trong mạch ví dụ nhƣ ngắn mạch. Máy cắt đƣợc sử dụng để đóng mở đƣờng dây trên không, các nhánh cáp, máy biến áp, cuộn kháng và tụ điện. Chúng cũng đƣợc sử dụng cho thanh góp và đƣờng dây vòng trong trạm nhiều nhánh thanh góp sao cho điện năng có thể truyền từ một thanh góp này sang thanh góp khác. Máy cắt có nhiều loại, nhiều nƣớc sản xuất. Máy cắt dầu, máy cắt chân không, máy cắt SF6. Hiện nay các loại máy cắt dầu ít đƣợc sử dụng do tính năng ƣu việt của loại máy cắt chân không, máy cắt SF6 hơn hẳn. Máy cắt khí SF6 sử dụng khí SF6 làm môi trƣờng dập hồ quang do nó có độ bền điện môi và dẫn suất cao. SF6 là khí mang điện tử âm có độ bền điện môi ở áp suất khí quyển gần bằng 3 lần không khí. Nó không cháy, không độc, không mùi trơ về hóa học và có tính chất dập hồ quang tốt hơn không khí 4 lần ở cùng áp suất. + Các điều kiện chọn máy cắt: - Điện áp định mức của máy cắt: Điện áp định mức của máy cắt đƣợc chọn tƣơng ứng với điện áp của lƣới điện. 30
  32. - Dòng điện định mức của máy cắt : ≥ - Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch : ≥ BN Đối với máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000 A thì ta không cần kiểm tra ổn định nhiệt. - Ổn định động khi ngắn mạch : > - Điều kiện cắt : ScđmMC> Sctt > Căn cứ vào dòng ngắn mạch 3 pha ở các phía 110kV, 35kV, 22kV và căn cứ vào các điều kiện chọn máy cắt có các thông số định mức cho ng sau: Bảng 3-2 : Thông số tính toán và chọn thiết bị Thông số tính toán Thông số chọn thiết bị Nơi đặt STT thiết bị (A) (kA) (kA) (A) (kA) (kA) 1 Phần 110 kV 131 8,66 10,392 1250 40 25 2 Phần 35 kV 412 3,2 3,84 1250 40 25 3 Phần 22 kV 656 3,26 3,912 1250 40 25 ( = α. , α = 1,2) (NMĐTBA) Chọn máy cắt cao áp khí SF6 – 115 kV ELF – SL 3 – 1 Do hãng ABB sản xuất là loại máy cắt ba pha ngoài trời. - Điện áp danh định : 123 (kV) - Dòng điện danh định : 1250 (A) 31
  33. - Dòng điện cắt : 25 (kA) - Tần số : 50 (Hz) - Bộ truyền động : Lò xo. - Tổng thời gian cắt < 70 s. - Tổng thời gian đóng < 100 s. Và kèm theo các phụ kiện của máy cắt. Hình 3-2. Máy cắt khí SF6-110 kV ELF- SL3-1 Các máy cắt lộ tổng 35 kV,22 kV và các máy cắt lộ đi đƣợc chọn tƣơng tự và đƣợc trong các tủ máy cắt. Máy cắt có thể kéo ra đƣợc. Các thông số của máy cắt đƣợc ghi ở phần liệt kê vật liệu bảng 12. 3.5.2. Chọn và kiểm tra dao cách ly. Dao cách ly và thiết bị đóng cắt cơ khí, ở vị trí hở tạo nên khoảng cách điện, chúng có khả năng mở hoặc đóng mạch, nếu dòng điện đóng mở không đáng kể hoặc sự biến thiên điện áp giữa các đầu cực không đáng kể. Trong điều kiện bình thƣờng (ngắn mạch) dao cách ly có thể cho dòng điện chạy qua trong thời gian qui định. Nhƣ vậy điều kiện chọn dao cách ly giống máy cắt trừ điều kiện cắt. 32
  34. Dựa vào dòng ngắn mạch ba pha 110 kV và các điều kiện lựa chọn em chọn dao cách ly SGF123KV do ABB sản xuất. Đây là loại dao cách ly 2 trụ có thể một hoặc hai phía tiếp đất đặt ngoài trời. Các thông số định mức ghi đầy đủ. - Điện áp danh định 123 (kV) - Dòng điện danh định : 1250 (kV) Điều khiển đóng cắt lƣỡi dao chính bằng động cơ (ngoài ra có thể đóng cắt bằng tay). Lƣỡi dao tiếp đất đóng bằng tay. Hình 3-3. Dao cách ly SGF 3.5.3. Chọn và kiểm tra biến áp đo lƣờng 3.5.3.1. Máy biến điện áp BU Sơ đồ nối dây là kiểu biến điện áp BU. Điều kiện về điện áp : Điện áp định mức của biến điện áp phải phù hợp với điện áp của mạng. 33
  35. Cấp chính xác phải phù hợp với nhiệm vụ của biến điện áp. Công suất định mức của máy biến điện áp: Tổng phụ tải nối vào biến điện áp phải nhỏ hơn hoặc bằng định mức của máy biến điện áp. ≤ Chọn máy biến điện áp phần 110 KV : CV – 115 là loại máy biến điện áp điện dung ngoài trời. Có các thông số sau : - Điện áp danh định sơ cấp : 115/ KV. - Điện áp danh định thứ cấp. - Điện dung tổng 6400 μF. - Có vị trí thông tin liên lạc. - Số cuộn dây thứ cấp: 2. - Cấp chính xác 0,5/3P. - Phụ tải định mức 200 VA. Phụ tải của các rơle số là rất nhỏ, chủ yếu là phụ tải của dây dẫn từ biến điện áp đến rơle và thiết bị đo, do đó mà ta bố trí biến điện áp sao cho khoảng cách từ biến điện áp tới các thiết bị là nhỏ nhất. Hình 3-4. Máy biến điện áp 110kV Hình 3-5. Máy biến điện áp CV 115 TU- C31,35 kV 34
  36. Các máy biến điện áp phần 35kV, 22 kV đƣợc lựa chọn đặt mua cùng các tủ đo lƣờng, các thông số đƣợc ghi trên bảng liệt kê thiết bị bảng 12. 3.5.3.2. Máy biến dòng BI Biến dòng điện BI là thiết bị biến đổi điện xoay chiều kiểu cảm ứng điện từ làm việc nhƣ một nguồn dòng trong cơ chế danh định có dòng thứ cấp tỉ lệ thuận với dòng sơ cấp. Cuộn sơ cấp BI đƣợc mắc nối tiếp với đƣờng dây cấp nguồn, cuộn thứ cấp đƣợc mắc nối tiếp với tải(thiết bị đo lƣờng bảo vệ, rơle). Tải của biến dòng có khả năng chịu dòng (current with stand) có giá trị lớn từ phía sơ cấp. Tùy theo yêu cầu của lƣời mà yêu cầu có thể khác nhau. Ví dụ : trong hê thống điện có điểm trung tính nối đất qua tổng trở cao thì yêu cầu về khả năng chịu tải của biến dòng không còn quan trọng, trong những trƣờng hợp chung, khi khả năng có thểcó dòng sự cố lớn( trừ sự cố chạm trong hệ thống có thể có điểm trung tính nối đất qua tổng trở cao) để bảo vệ biến dòng bảo vệ cách li sự cố càng nhanh càng tốt. Chính vì lẽ đó mà các bảo vệ chống ngắn mạch và chạm đất dòng lớn đều thuộc loại cắt nhanh không thời gian. Thời gian tổng để cô lập sự cố thƣờng nhỏ hơn 50s cộng với thời gian thao tác máy cắt. Trong khoảng thời gian 200 300s các biến dòng có thể chịu sự cố lớn tới 100 lần giá trị danh định của biến dòng. Nếu thời gian cắt dòng sự cố càng nhanh càng tốt. + Điều kiện chọn máy biến dòng : Sơ đồ nối dây và kiểu máy : Sơ đồ nối dây có thể là đủ ba pha, hai pha hay một pha tùy thuộc vào nhiệm vụ của biến dòng, kiểu biến dòng phụ thuộc vào vị trí đặt nó. - Điện áp định mức: ≥ - Dòng sơ cấp định mức: ≥ 35
  37. - Cấp chính xác : Cấp chính xác đƣợc chọn phù hợp với yêu cầu của thiết bị nối vào phía thứ cấp. - Phụ tải thứ cấp: Tƣơng ứng với mỗi cấp chính xác biến dòng có một phụ tải định mức . Để đảm bảo yêu cầu chính xác tổng phụ tải phía thứ cấp không đƣợc vƣợt quá phụ tải định mức. = + ≤ ≤ : Tổng phụ tải thiết bị. : Phụ tải dây dẫn. - Kiểm tra ổn định động theo điều kiện: Trong đó : : Bội số ổn định động của máy biến dòng. : Dòng định mức sơ cấp của máy biến dòng. ≥ BN : Bội số ổn định nhiệt định mức với thời gian ổn định nhiệt. Trên thực tế không phải biến dòng nào cũng phải kiểm tra tất cả các thông số theo các điều kiện trên. Tùy theo từng trƣờng hợp mà ta có thể bỏ qua vì chúng mặc nhiên đƣợc thực hiện. Khi đó các thông số tự động thỏa mãn điều kiện sẽ không đƣợc nhà sản xuất cung cấp do đó mà ta không cần kiểm tra. Biến dòng điện phần 110kV đƣợc lựa chọn 123/10/5P20 ITGEF 0,72 Trong đó 5P20 là cấp chính xác. + Biến dòng điện loại một pha ngoài trời: - Điện áp danh định : 115/ kV. - Số cuộn dây thứ cấp: 4. - Công suất 10 VA. 36
  38. Biến dòng có nhiệm vụ cung cấp cho thiết bị bảo vệ : rơle 7UT513 công suất tiêu thụ của rơ le. Dây dẫn có chiều dài 70 m, suất điện trở của dây ta chỉ cần kiểm tra phụ tải phía thứ cấp là đủ. Ta có = 20(bội số dòng tới hạn cấp chính xác). Tra trong sổ tay kỹ thuật điện(NXB KH – KT). - Điện áp thứ cấp danh định của biến dòng : = = = 10 - Điện áp biểu dòng tới hạn cảu cấp chính xác: = . = 20.10 = 10(V). - Tổng trở phía thứ cấp: = = = 10 = + = 0,2 + 70.0,0175 = 1,425 (Ω) Trong đó: = 0,0175 (Ω. /m) : Tổng trở của rơ le. Nhƣ vậy điều kiện < đƣợc thỏa mãn. 3-6. 3-7 355 37
  39. 3.5.4. Chọn và kiểm tra chống sét van Chống sét van là thiết bị sử dụng để bảo vệ thiết bị và trạm (đặc biệt là máy biến áp điện lực) chống lại quá điện áp khí quyển và quá điện áp đóng mở. Khi lựa chọn các thông số chú ý: Điện áp đánh thủng và điện áp đệm ngoài ra nó đƣợc chọn theo các tiêu chuẩn sau đây: - Điện áp tần số nguồn tối đa. - Khả năng hấp thụ năng lƣợng. - Mức bảo vệ. Theo IFC 99 – 4 điện áp liên tục của van chống sét phải không đƣợc thấp hơn trị số hiệu dụng của điện áp tần số nguồn có thể xảy ra 10 phút trong lúc làm việc. Điện áp này đƣợc xác định dựa trên cơ sở của điện áp làm việc cao nhất tác động lên dƣới sét ở chế độ làm việc bình thƣờng. Nếu số liệu không đƣợc rõ dàng có thể lấy bằng điện áp cao nhất đối với thiết bị. Chống sét van loại ba pha, loại oxit kẽm đặt ngoài trời: + Chống sét van loại ba pha, loại oxit kẽm đặt ngoài trời: - Điện áp danh định 112 kV. - Điện áp làm việc 96 kV. - Điện áp làm việc liên tục lớn nhất 77 kV. - Dòng sét định mức 10 kA. Hình 3-8. Chống sét van phần 110 kV Kiểu pexlimvo96 – AH123 38
  40. Chống sét van dùng trung tính máy biến áp, chống sét van phần 35 kV, 22kV. Các thông số đƣợc ghi trên bảng liệt kê thiết bị bảng 12. 3.5.5. Chọn và kiểm tra thanh cái Các thiết bị điện chính trong trạm, các khí cụ điện nối với nhau bằng thanh dẫn, thanh cái và cáp điện lực thanh dẫn, thanh cái thƣờng có hai loại: Thanh dẫn cứng, thanh dẫn mềm. Thanh dẫn cứng thƣờng làm bằng đồng, nhôm đôi khi dùng thép khi dòng dƣới 200 ÷ 300 A. + Điều kiện lựa chọn thanh dẫn cứng: - Chọn thiết bị theo dòng cho phép lâu dài: ≤ : Giá trị dòng cho phép lâu dài đã đƣợc hiệu chỉnh theo nhiệt độ - Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch. - Kiểm tra ổn định động thanh dẫn có xét đến dao động riêng. - Thanh góp 110 kV. - Chọn thanh nhôm có tiết diện vành khăn có các thông số sau: D d S Trọng lƣợng Vật liệu Dòng điện định mức 50mm 4mm 578mm 1,56 kg/m E-A1 –10 1030A Chiều dài thanh dẫn 10m: Thanh dẫn đƣợc bố trí trên mặt phẳng ngang khoảng cách giữa hai thanh kề nhau là 200 cm. Hiệu chỉnh dòng cho phép lâu dài theo nhiệt độ. Nhiệt độ môi trƣờng xung quanh nơi đặt thanh góp 450C ta có: = = 1030. = 735 (A) - Điều kiện đƣợc đảm bảo khi: = 131,8 (A) - Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. S ≥ = 39
  41. : Tiết diện nhỏ nhất. 1 =79 A2S : Xung lƣợng nhịp dòng ngắn mạch. = + (3.8) = .t (xung lƣợng nhiệt dòng ngắn mạch chu kì). : Dòng ngắn mạch. Thời gian ngắn mạch lấy bằng 0,5 s. : Xung lƣợng nhiệt dòng ngắn mạch không chu kì ta có thể bỏ qua vì thời gian ngăn mạch rất nhỏ < 1s. ⇒ = = 8,662.0,5 = 37,5 A2S ⇒ = = .103 = 77,51 (mm2). <S = 578 mm2 ( điều kiện đƣợc đảm bảo). - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: Mô men uốn tác dụng lên thanh dẫn có chiều dài L = 10 m = 100 (cm) M = (3.9) F : Lực tác dụng lên mỗi thanh ghép khi ngắn mạch F = 1,02.10-8. ( )(3.10) Khoảng cách giữa hai thanh dẫn bằng 200 (mm) M = = = 2868,6 Vậy ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha gây ra : = (3.11) W : Momen chống uốn 2 Wx = Wy = = = 12,25 (cm ) = = 243,17 (kg/cm2) < ( ) = 700 (kg/cm2) 40
  42. Kiểm tra ổn định của thanh góp có xét đến độ dao động: - Tần số dao động riêng: Wr = . (3.12) E : Mô đun đàn hồi của vật liệu thanh dẫn. 2 EAL = 0,65.106 (kg/cm ) J : Mô men quán tính của thiết diện thanh đối với trục thẳng góc đối với phƣơng uốn (cm2). S : Tiết diện ngang của dây dẫn, (cm2). Y : Khối lƣợng riêng của vật liệu thanh dẫn. 3 YAL : 2,74 (g/cm ). Ta có : J = (D4 – d4) = (54 – 0,44) = 30,66 (cm2) Wr = . = 3,99 (Hz) Giá trị này nằm trong khoảng (45 ÷ 55) Hz và (90 ÷ 110) Hz. Vậy thanh cái chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động khi xét đến dao động thanh cái. 3.5.6. Chọn và kiểm tra cao áp Để chuyền tải từ trạm biến áp 110/35/22 kV xuống các tủ điện phòng phân phối ta sử dụng cáp đồng ba pha đặt theo rãnh. Phần 22 kV ta sử dụng 2 cáp song song. Phần 35 kV sử dụng một cáp. Dòng định mức phần 35 kV là 412 A phần 22 kV sử dụng hai cáp dẫn nên dòng qua cáp sẽ là 656/2 A. Nhiệt độ cực đại trong rãnh là 2000C. Từ đó ta xác định lựa chọn tiết diện của cáp. Dòng điện cực đại tính toán có kể đến hệ số hiệu chỉnh đƣợc xác định theo công thức : 41
  43. = = = 504,98 (A) Trong đó : = 0,96, = 0,85 Dựa vào chọn cáp 3 lõi tiết diện bằng đồng cách điện Policlovinil tiết diện 240 mm có [ ] = 527 (A). Cáp cách điện XLPE có đai thép vỏ PVC do hãng alcatel sản xuất. 3.5.7. Chọn và kiểm tra sứ cách điện Sứ có tác dụng vừa làm giá đỡ các bộ phận mang điện, vừa làm bộ phận cách điện với đất. Do đó sứ phải có đủ độ bền, chịu đƣợc lực điện động do dòng ngắn mạch gây ra, đồng thời phải chịu đƣợc điện áp của mạng, kể cả lúc quá điện áp. + Sứ thƣờng đƣợc chia làm hai loại chính: - Sứ đỡ hay treo dùng để đỡ hay treo thanh cái, dây dẫn hay bộ phận mang điện trong các thiết bị điện. - Sứ xuyên : Dùng để dẫn thanh cái hoặc dây dẫn xuyên qua tƣờng nhà. Theo vị trí sử dụng có thể phân chia sử dụng trong trạm, sứ dùng cho đƣờng dây và sứ dùng cho các thiết bị điện. Theo hoàn cảnh làm việc có thể phân chia ra sử dụng trong nhà hay sứ dùng ngoài trời. Tùy theo chất lƣợng của vật liệu làm sứ, mỗi loại sứ chịu một lực phá Fph khác nhau. Lực cho phép tác dụng lên sứ đƣợc qui định nhƣ sau: Fcp = 0,6 Fph(3.13) ở đây hệ số xét rơi độ dự trữ là 0,6. 3.5.7.1. Chọn và kiểm tra sứ đỡ cho thanh góp + Sứ đỡ đƣợc lựa chọn theo điều kiện sau : - Loại sứ. - Điện áp: UđmS> Uđmmg - Kiểm tra độ ổn định động: Sự bền vững của sứ đỡ đƣợc xác định theo lực tính toán trên đầu sứ Ftt. 42
  44. - Điều kiện độ bền của sứ: ≤ Fcp = 0,6 Fph Với : Fcp : Lực cho phép tác dụng lên đầu sứ (kg). Fph : Lực phá hoại định mức. Ftt ’ H H Hình 3-9 : Bi u di n cách đặt thanh dẫn trên sứ Ta có : = Ftt. Với : Ftt : Lực tính toán trên khoảng vƣợt của thanh dẫn (kg). H : Chiều cao của sứ. H’ : Chiều cao từ đáy chứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn. + Kiểm tra sứ đã chọn: - Điện áp: UđmS = 110 (kV) = Uđm.mg = 110 (kV). - Điều kiện ổn định động. - Với điều kiện bền : -2 Ftt = 1,76. 10 . . (3.14) ixk : Dòng điện xung kích. l : Khoảng cách liên tiếp giữa hai số trên một pha. a : Khoảng cách giữa hai pha (cm). 43
  45. Chọn sứ do Liên Xô chế tạo : Loại sứ OHC – 110 – 300 Điện áp định mức 110 (kV) Điện áp dự trữ ở trạng thái khô 110 (kV) Lực phá hại nhỏ nhất 2000 kG Chiều cao 412 mm 3.3.7.2. Chọn và kiểm tra sứ treo, sứ néo cho cấp điện áp 110 kV. Vì trạm thiết kế gần khu công nghiệp, nên sẽ có ảnh hƣởng đến độ nhiễm bẩn của môi trƣờng. Điều quan trọng thiết bị đặt ngoài trời, do đó ta chọn r0=25mm/(kV). +Theo điều kiện qui định trang bị điện ở Việt Nam có các loại sứ cao áp sau: Chiều dài dòng rò rỉ L Lực phá hỏng Loại sứ (mm) (tấn) π – 50 230 50 π c – 70 290 70 π – 120 330 120 π – 160 390 160 + Loại sứ lựa chọn πc – 70 : - Chiều dài dòng rò rỉ L = 290 (mm). - Lực phá hỏng : Fph = 70 (tấn). Tính số bát sứ trong một chuỗi : - Chiều dài dòng rò. H = U.r0 = 110.25 = 2750 (mm) - Số bát sứ trong một chuỗi. N = = = 9,48 (bát sứ) Vậy ta chọn loại sứ πc – 70 có 10 bát sứ trong một chuỗi. 44
  46. 3.5.8. Sơ đồ lƣới điện chính của trạm. + Phía đƣờng dây 110 kV có hai đƣờng dây đến dùng sơ đồ cầu. Đặt trong sơ đồ này về phía đƣờng dây không có máy cắt mà chỉ có dao cách ly. Khi sửa chữa hay sự cố một máy biến áp, 2 đƣờng dây vẫn làm việc bình thƣờng. Ngƣợc lại khi sửa chữa hay sự cố đƣờng dây thì một máy biến áp tạm thời bị mất điện. Sau đó có thể dùng dao cách ly đƣờng dây tách rời khỏi đƣờng dây sự cố hay cần sửa chữa và khôi phục lại sự làm việc bình thƣờng của máy biến áp,phụ tải thay đổi nhiều, tại những giờ phụ tải thấp, ngƣời ta muốn cắt bớt một máy biến áp để giảm bớt tổn thất trong nó và đƣờng dây ngắn. + Sơ đồ có máy cắt ở phía ngoài đƣờng dây. Trong sơ đồ này về phía cao áp của máy biến áp không đặt máy cắt. - Ƣu điểm của sơ đồ này là khi ngắn mạch trên một đƣờng dây nào đó chỉ có một đƣờng dây mất điện, các máy biến áp làm việc bình thƣờng. - Nhƣợc điểm là khi có sự cố trong máy biến áp một đƣờng dây tạm thời bị mất điện, chiều dài đƣờng dây lớn. Trên cơ sở những ƣu điểm của các sơ đồ nói trên, dựa vào các yêu cầu đóng cắt của trạm, tôi chọn sơ đồ cầu có máy cắt phía máy biến áp. Nhƣng hiện tại theo thiết kế chỉ lắp đặt một máy biến áp nên chỉ đặt một máy cắt 110 kV. - Một máy cắt ở phía cao áp máy biến áp. - Một bộ máy cắt liên lạc. Trƣớc máy cắt và sau máy cắt đặt dao cách ly 110 kV, đầu đƣờng dây và đặt thiết bị lọc cao tần để phục vụ thông tin. - Phía 110 kV đƣợc đặt chống sét van để chống sét lan truyền từ đƣờng dây vào trạm. Ngoài ra còn có các máy biến điện áp, biến dòng phục vụ cho bảo vệ và đo lƣờng. - Phía 35 kV sử dụng một sơ đồ một hệ thống thanh cái không phân đoạn có 6 ngăn : 1 bộ tổng, 3 lộ đi, 1 lộ tự dùng, 1 đo lƣờng. 45
  47. - Trƣớc thanh cái 35kV đặt một chống sét van để chống sét lan truyền từ phía đƣờng dây 35 kV vào trạm, các lộ tổng lộ đi đều sử dụng máy cắt SF6 hoặc chân không đặt trong tủ hợp bộ trong nhà. - Phía 22 kV đƣợc sử dụng sơ đồ một hệ thống thanh cái phân đoạn tổng cộng có ba ngăn lộ đi 22kV, cấp điện cho các phụ tải khu vực, 1 ngăn lộ máy biến áp, 1 ngăn lộ tự dùng, 1 ngăn đo lƣờng. Trƣớc thanh cái 22 kV đặt chống sét van để chống sét lan truyền từ đƣờng dây vào trạm. Các thiết bị đóng cắt, đo lƣờng dùng các tủ chọn bộ đặt trong nhà. 46
  48. CHƢƠNG 4 PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ TRẠM ĐO LƢỜNG VÀĐIỀUKHIỂN 4.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Mục đích của việc bảo vệ rơle cho hệ thống điện là phát hiện sự cố và tình trạng làm việc không bình thƣờng xảy ra trong hệ thống điện, để có biện pháp thích hợp đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và ổn định của hệ thống. Do đó việc bảo vệ cho các phần tử quan trọng trong hệ thống(nhƣ các đƣờng dây tải điện cao áp và siêu cao áp, các kháng bù ngang, bù dọc, các trạm biến áp )là điều rất cần thiết. Vì vậy việc thực hiện bảo vệ rơ le cho trạm biến áp là điều rất quan trọng.Để đảm bảo rơle cho trạm biến áp cần biết đƣợc các sự cố và tình trạng làm việc không bình thƣờng của máy biến áp từ đó có biện pháp thích hợp(cắt máy cắt hoặc báo tín hiệu) để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện ổn định và ổn định của hệ thống. 4.1.1. Các dạng hƣ hỏng trong máy biến áp + Ngắn mạch nhiều pha trong máy biến áp. + Ngắn mạch một pha trong cuộn dây máy biến áp gồm có: - Các vòng dây trong một pha chạm nhau. - Một pha chạm đất. + Cách điện giữa các lá thép của mạch từ bị phá hủy do dòng điện xoáy lớn quá đốt cháy cả lõi thép. + Mức dầu trong máy tụt xuống quá mức cho phép do vỏ máy biến áp bị hỏng. Quá tải phải xem xét cẩn thận trong từng trƣờng hợp cụ thể: Tình hình trao đổi công suất giữa các phía điện áp khác nhau, cuộn dây nào của máy biến áp trong sơ đồ khảo sát có thể bị quá tải. Ở các trạm biến áp hoàn toàn tự 48
  49. động thì quá tải phải thử dùng các nguồn dự trữ, thực hiện tự động giảm phụ tải, cắt máy biến áp nếu nhƣ quá tải vƣợt quá giới hạn cho phép. - Mức dầu hạ thấp khi nhiệt độ không khí tụt xuống đột ngột. - Quá điện áp khi ngắn mạch chạm đất trong hệ thống. 4.1.2. Bảo vệ máy biến áp động lực - Bảo vệ so lệch máy biến áp. - Bảo vệ hơi cho thùng dầu chính máy biến áp. - Bảo vệ dòng dầu cho khối điêu chỉnh điện áp. 4.1.3. Các phần tử của sơ đồ 4 – 1 và 4 – 2 49
  50. 4.1.4. Sơ lƣợc về nguyên lý làm việc rơ le số so lệch. Bảo vệ so lệch tác động nhanh là bảo vệ chính của máy biến áp, khi xảy ra sự cố bảo vệ phải tác động cắt tức thời tất cả các máy cắt nối với máy biến áp. Bảo vệ so lệch máy biến áp nhằm chống ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp. Bảo vệ so lệch máy biến áp có đặc điểm là dòng điện không cân bằng khá lớn. Dòng điện không cân bằng tính toán trong mạch so lệch tính sang phía sơ cấp bao gồm các thành phần sau: = + + + (4.1) : Thành phần dòng điện không cân bằng do sai số của máy biến dòng gây lên. : Thành phần không cân bằng do dòng điện từ hóa của máy biến áp động lực gây lên. : Thành phần không cân bằng do việc chọn các dòng điện định mức phía sơ cấp máy biến dòng đặt ở phía máy biến áp gây lên khác với tỷ số biến đổi của máy biến áp gây lên. Trong thực tế ngƣời ta thấy giá trị cực đại của có thể ở một trong hai trƣờng hợp sau: - Do dòng từ hóa nhảy vọt khi đóng máy biến áp không tải hoặc khi cắt ngắn mạch. Dòng từ hóa trong trƣờng hợp này có giá trị rất lớn của đối tƣợng cần đƣợc bảo vệ hình sau: 52
  51. Đối tƣợng đƣợc bảo vệ BVSL Hình 4-3. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp Trong đó đối tƣợng đƣợc bảo vệ là máy biến áp 110 kV. BVSL : là rơ le số 7UT513 Các máy biến dòng đặt ở hai đầu phần tử đƣợc bảo vệ có tỉ số biến đổi tƣơng đƣơng nhau. Nối sơ đồ nhƣ trên hình vẽ thì dòng điện chạy qua bảo vệ so lệch là : = – (4.2) Dòng điện này đƣợc gọi là dòng điện so lệch(bằng hiệu số các dòng điện thứ cấp ở hai đầu phần tử bảo vệ). Để phân tích cách làm việc của bảo vệ ta phân tích các tình trạng sau của bảo vệ: Tình trạng làm việc : = = : = – , nên . : 6 – 8 53
  52. : = (4.3) . : = + + (4.4) . = ( . .fi + ∆Uđc + fN) (4.5) 1. : = (1,2 ÷ 2). = 0,1. ∆Uđc đc = (0,05 ÷ 0,15). fN N = (0,05 ÷ 0,1). : : - ( = ). - ( # ) le. = – # 0 (4.6) - > . . 54
  53. (q 1) 7UT513 . . 7UT513 + : - 5A. - 60 Hz. - 4A. - 10s : 20 . - 1s : 100 . - : = 1A:0,1 VA/pha ; = 5A:0,2 VA/pha. : 24/48 V 6/110/125V 202/225V (19 ÷ 56)V (48 ÷ 144)V (176 ÷ 288)V (10 ÷ 15) . + : - 10 . - 20W. - 250 V. - 1A. 55
  54. + : - . - (24 ÷ 240) . - . - 5 A. - 30 A. : - . - . - . : - . - . . . . : - . - . - . . . . 56
  55. . . . . . . . . . . : - ( (0,2 ÷ 0,7 ) = 0,4.131 = 52,4 (A) = = 0,262 0,26 . - . = 7,2 ). - (St = 25%). - 3 : SL . 57
  56. d 7.2 c a b 0,26 4-4 . 4-2. : . 1 . 2,5 2 = 50%. 7,2. . 7UT513: lên . 58
  57. CW 7 8 9 ⇑ R 4 5 6 ⇓ F 1 2 3 ↑ DA 0 W ↓ M J/y N +/- E – ). – ). 1103 – 200 ( ). – >>). 1603 – 0,26 ( >). – ). – ). – 2). – 2 ). 1610 – 50 ( 2). – ). – ). không . 110 KV . 59
  58. 7SJ512 . + Thông : : - 5 A. - 110V/125V. - 50Hz/60Hz. - ( = 1A). ( = 5A). - . : 100 1s. 20 10s. 4 . 250 : - . : 1s. 10s. . : - (24 ÷ 48 (19 ÷ 56) V. 60/110/125 V (48 ÷ 144) V. (176 ÷ 288) V. 60
  59. - (6,5 ÷ 13) W. . - 1000 W/VA. - 20 W/VA. - : : 30 A trong th i gian 5s. + Khả : - 20 W/VA. - 20 W/VA. - 20 VA. - 1 A. phân : - : 5. - . ng giao : . 7SJ512 : - . (sample) . : - . 62
  60. - . - . - . - . - . - ). (remote signals) – – (Light Crystal – . (PC). (Optical fibre). : - . - . - . 7SJ512 . 63
  61. . . : - (Normal inverse): t = . (S)(4.7) - (very inverse): t = . (s) (4.8) - (Extremeky inverse): t = . (s)(4.9) : (tripping time). Tp (set time multiplier). (fault current). (set pick – up value). (Auto reclosure – AR): t 80%. , – – – 64
  62. (Delayed – rơ le. , sau kh (action time) . (I >>, >>) (I>, : - (I >>, >>) . - (I >, . (Breaker failure failure protection – BF). – – – 65
  63. (trippe layout ). – . – . . HTD I≫ I≫ 4-6 . t . (IR (IKA R>IKA . 66
  64. (I>>) : >>= . (4.10) 1,3 1,4. . 110 KV (BV3) = 1,36.8,66 =11,78 (KA). = , =1,36 . >> = 60 (I/ : >> = >>. = 12000 A = 12 (KA) (I>) : = . (4.11) : 1,35 ÷ 1,4 . ( MBA). 2 : = 1,4 . 131 = 183,4 (A) ( = ) ( >) = = = 0,917 (A) ⇒ >> = 1(I/In) 3 : > =1,4.412 = 576,8 (A) : 67
  65. = = = 1,442 (A) : > = >. = 1,5.400=600(A) : (I/Iđm) (I/In) 110KV 60 1,5 . . . : - o : Io> = Kch(3 Io – Kfi. It) (4.12) . Kch 1,5 ÷ 2. 68
  66. 3 Io> . - o>> . Io> = Kat.KKCK.K (4.13) Io> 1,0 ÷ 1,25. KKCK n KCK . KKCB 0,05 ÷ 1. I . - o> o> : IOKĐ = 0,4. Iđđ (4.14) : IOKĐ = 0,4. Iđđ = 0,4.131 = 52,4 (A) ⇒ : I0*đ> = = = 0,262 I0*đ> =0,3 (I/I0). . I0KĐBV≫ Khc.3 I (4.15) Khc : 1,15 ÷ 1,2. I . I = Is (4.16) : Is . 69
  67. X 22 KV Ux Zđ 4-7. : Zđ . . Ux . : Is = (4.17) : . . UP . Zx ≈ Zđ = 0,5 ⇒ Is = . = 8,8(KA) : Is= (4.18) 70
  68. IOKĐ = 1,5.1,88 = 10,12 (KA) IO*>>= = = 50,6 O*>>= 50 (I/ In). : t = = . = = (4.19) : TP (set time multiplier). (tripping time). (fault current). IP (set pick – up value). 1 7 2 . 2 3. Khi 1 4 . - : (TP . 2 : t2 = 0,5 (s) ⇒ t3 = T2 + ∆T = 0,5 + 0,3 = 0,8 (s) = 0,3 s) - 2: IK = IK5 = 1,55 (KA) - : IKD = 600 (A) = 0,6 (KA) 71
  69. ⇒ TP : TP2 = = = 0,9 (s) P = 1 (s) TP3 = = = 4,16 (s) P3 = 4 (s) - : T4 = t3 + ∆t = 0,8 + 0,3 = 1,1 (s) * : . : - - . - . - . : - . - 0 110 KV. - . - . 72
  70. : - . - . * 22 KV : - . - . T 22 KV. >). - : Ikd = (Kat.Kmm/KLV)( Iđm35/Ni) = (1,3.2/0,95).(25000/.35(400/1) = 1,4 kd35 = 1,4 In ∆ 1,5 s. - 35kV I>>) Ikd = (Kat . Ing max)/ni (4.20) Ikd = (Kat . Ing max)/ni=(1,05x0,32)/(400/1)=8,4 kd35 = 8,4x IN 2,5 s. - : : Ikd = (Kat.Knm/KLV)( Iđm22/Ni) (4.21) = (1,3.2/0,95).(25000/.22(600/1) = 2,99 kd22 = 2,99x In 73
  71. ∆ 1,5s) : I = IN/ni = (1.2x 8,66.103)/(200/1) = 21,65 nh = I/ Ikd =21,65/4 = 5,41 + : I = IN/ni = (3,2.103)/(400/1) = 8 nh = I/ Ikd = 8/1,4 = 5,7 : I = IN/ni = (3,26.103)/(600/1) = 5,4 nh = I/ Ikd = 5,4/2,29 = 1,806 7SJ512 – - – ?). : 74
  72. EXIST 7806 EXIST NON EXIST EXIST 7807 EXIST NON EXIST EXIST 7808 EXIST NON EXIST (AR) EXISTNON NON 7810 EXIST EXIST 7809 50Hz, 60Hz 50Hz WITH AR 7901 WITH AR WITHOUT AR >> WITH AR 7902 WITH AR WITHOUT AR > WITH AR 7904 WITH AR WITHOUT AR 0>> WITH AR 7905 WITH AR WITHOUT AR 0> , BU 1103 1 KV ÷ 400 KV 110 KV U1đm BU 1104 100 V ÷ 125 V 100 V U2đm BU 1105 10 A ÷ 1000 A 200 A Uđm BU >,I>> ON 1201 ON OFF 1202 I/Iđm I*d >> 1203 0,00 s ÷ 60,00 s t – I>> BV3 75
  73. NORMAL INVERSE VERY INVERSE VERY 1211 EXTREMELY INVERSE > INVERSE USER CHARACTER 1214 I/Iđm I*d >> 1215 0,05 ÷ 500 TP > FUNDAMENTAL TRUE 1216 TRUE R.M.S R.M.S 0>,I0>> ON 1501 ON OFF 1502 0,05 ÷ 225 I/Iđm 50 I*đ >> 1503 0,00 s ÷ 60,00 s 0,5 s t – I0>> 1512 0,05 ÷ 225 0,3 I*đ 0>> 1513 0,00 s ÷ 60,00 s 0,5 s t – I0> FUNDAMENTAL TRUE 1516 TRUE R.M.S R.M.S 001 ONOFF ON 002 10% ÷ 45% 004 0,10 s ÷ 60,00 s ON 3401 ON OFF YES 3403 YES NO 76
  74. 3406 0,05 s ÷ 320,0 s 0,06 s 3424 0,01 s ÷320 s 0,10 3425 0,05 s ÷ 320 s 0,15 s WITH AR 0>> 3426 WITH AR WITHOUT AR WITH AR 0> 3427 WITH AR WITHOUT AR NO 3429 NO YES WITH AR 0>> 4326 WITH AR WITHOUT AR WITH AR 0> 4327 WITH AR WITHOUT AR NO 4359 NO YES khi I0>> OFF ON INTERNAL START ON INT. ON EXTERNAL OR EXIT START ON INT. OR RT xd C 0,68 BF 0,06 ÷ 60,00 s 0,15 (t – BF) 77
  75. CHƢƠNG 5 giông do . . . : - 100 ÷ vôn. . - . - . s : amax = (5.1) 78
  76. . 50 kA/ms. sinh. . . . . - ằm . . 79
  77. - . 0,5 . 40x4. đ m. - : Rđcp = 0,5 Ω 4 - : ρđtt = 0,4.10 Ωcm - . - Φ 0,7m. ⇒ Rdc = 3. .(ln + ln ) (5.2) 2 HTG = h0 + = 0,7 + = 2,2m = 2,2.10 (cm) : Rdc = 3. .(ln + ln )=17,9(Ω) LT : NLT = = = 36 ) . : 80
  78. a = = ≈5,5 (m) ⇒ ) : N = = = 0,53 (Ω) Φ : Rthanh = . ln (5.3) h = h0 + ≈ 0,8 m (5.4) : h0 . . Rthanh= .ln = 0,48 (Ω) η =0,2. = Rthanh/η = 0,48/0,2 = 2,4 (Ω) : Rđ2 = = = 0,43 (Ω) Rd2 (R . . . 81
  79. . . . - 64x 64 m2. - x = hmax = 6,4. - H = 20 m . (Rx): Rx = 1,6ha. (5.5) : 30m h hx . . ha . ha = h – hx = 20 – 6,4 =13,6. 82
  80. Rx = 1,6 . 13,6 . = 16,5 (m) x ). 2 = 4Rx. (5.6) . : 2 = 4.16,5. = 16,8 (m) =8,4(m) x . : D < 8(h – hx 300 m. . ⇒ – . R 20m 83
  81. 64m 64m 64m : . 20 (m) 64 x 64 m2. . 84
  82. – . . . : - Tính cần thiết của công trình xây dựng trạm biến áp. - Tính chọn máy biến áp. - Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị khí cụ cho trạm biến áp. - Phƣơng thức bảo vệ trạm đo lƣờng và điều khiển. - Hệ thống nối đất của trạm. – . . E . . . Em xin chân thành cảm ơn! 85
  83. 1. (1998), , – . 2. (2001), , – . 3. (1998), – 4. (1998), , – 5. Ngu (1999), – 6. ABB (1999), – 7. (2001), 0,4 ÷ 500 kV – 8. (1999), , 9. 10. . 87