Đồ án Thiết kế trạm biến áp 110/22kv và đường dây phân phối

MỤC LỤC Lời nói đầu 7 Phần I THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110/22KV 8 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu hệ thống điện 9 1.2 Trạm biến áp 9 1.2.1 Theo điện áp 9 1.2.2 Theo địa dư 9 1.3 Cấu trúc của trạm biến áp 9 1.3.1 Các thành phần chính của trạm biến áp 9 1.3.2 Những vấn đề chính khi chọn vị trí đặt trạm 10 1.4 Yêu cầu khi thiết kế 10 Chương 2 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI 11 2.1 Khái niệm 11 2.2 Các đại lượng đặc trưng của đồ thị phụ tải 11 2.3 Xây dựng đồ thị phụ tải 12 2.4 Xác định 13 Chương 3 CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ TRẠM 15 3.1 Giới thiệu về sơ đồ cấu trúc 15 3.2 Các phương án chọn sơ đồ cấu trúc 15 3.3 Phân tích ưu khuyết điểm của từng phương án 15 3.3.1 Phương án 1 15 3.3.2 Phương án 2 16 3.3.3 phương án 3 16 3.4 Lựa chọn phương án 17 Chương 4 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 18 4.1 Chọn máy biến áp 18 4.1.1 Khái niệm chung 18 4.1.2 Tính toán chọn máy biến áp cho trạm 19 4.2 Sơ đồ nối điện cho các phương án 22 4.2.1 Khái niệm 22 4.2.2 Một số sơ đồ nối điện cơ bản 23 4.2.3 Chọn sơ đồ nối điện cho các phương án 25 Chương 5 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN MÁY CẮT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 27 5.1 Tính toán dòng điện ngắn mạch 27 5.1.1 Khái niệm 27 5.1.2 Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch 27 5.1.3 Phương pháp tính ngắn mạch 27 5.1.4 Tính toán ngắn mạch cho trạm 29 5.2 Chọn máy cắt cho các phương án 34 5.2.1 Yêu cầu và điều kiện chọn máy cắt 34 5.2.2 Chọn máy cắt cho các phương án 35 Chương 6 TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT QUYẾT ĐỊNH PHƯƠNG ÁN KINH TẾ 41 6.1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp 41 6.1.1 Khái niệm 41 6.1.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 41 6.1.3 Tính tổn thất điện năng cho các phương án 42 6.2 Tính toán kinh tế- kỹ thuật 43 6.2.1 Khái niệm 43 6.2.2 Tính toán kinh tế-kỹ thuật, so sánh các phương án 43 6.2.3 Tính toán chi phí kinh tế cho từng phương án 45 6.2.4 Đánh giá và lựa chọn phương án 46 Chương 7 CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN 48 7.1 Khái niệm chung 48 7.2 Lựa chọn các khí cụ điện và các phần dẫn điện 48 7.2.1 Chọn máy cắt 48 7.2.2 Chọn dao cách ly 49 7.2.3 Chọn thanh dẫn-thanh góp 50 7.2.3.1 Điều kiện chọn và kiểm tra thanh dẫn-thanh góp 51 7.2.3.2 Chọn thanh dẫn-thanh góp cho trạm 53 7.2.4 Chọn sứ cách điện 57 7.2.5 Chọn cáp điện lực 58 7.2.6 Chọn máy biến dòng điện 61 7.2.7 Chọn máy biến điện áp 65 7.3 Chọn máy biến áp tự dùng cho trạm 69 Chương 8 TỔNG KẾT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 71 8.1 Sơ đồ cấu trúc 71 8.2 Máy biến áp chính của trạm 71 8.3 Sơ đồ nối điện 71 8.4 Dòng điện ngắn mạch 72 8.5 Máy cắt 72 8.6 Tổn hao, chi phí tính toán 73 8.7 Các khí cụ và phần dẫn điện 73 8.7.1 Dao cách ly 110 kV 73 8.7.2 Thanh góp – thanh dẫn 73 8.7.3 Sứ cách điện 74 8.7.4 Cáp điện lực 74 8.7.5 Máy biến dòng điện 75 8.7.6 Máy biến điện áp 76 8.8 Máy biến áp tự dùng 76 Chương 9 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT 77 9.1 Khái niệm chung 77 9.2 Một số yêu cầu kinh tế - kỹ thuật 77 9.3 Cột thu sét và phạm vi bảo vệ 77 9.3.1 Cột chống sét sử dụng kim thu sét 77 9.3.2 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét 78 9.4 Tính toán bảo vệ cột chống sét 79 Chương 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 87 10.1 Các vấn đề cơ bản khi thiết kế hệ thống nối đất 87 10.1.1 Nối đất tự nhiên 87 10.1.2 Hệ thống nối đất nhân tạo (Rnt) 88 10.2 Tính toán và thiết kế hệ thống nối đất 90 10.2.1 Tính toán nối đất tự nhiên 90 10.2.2 Tính toán nối đất nhân tạo 91 10.2.3 Kết luận 93 10.3 Tính tổng trở xung của hệ thống nối đất có bổ sung 93 10.4 Kiểm tra hệ thống nối đất theo điều kiện chống sét 96 10.5 Thiết kế hệ thống thanh cân bằng điện thế 97 Phần II THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 98 Chương 11 THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 101 11.1 Khái niệm 101 11.2 Tính toán thiết kế 101 11.2.1 Tính toán sụt áp và chọn dây cho 101 đường dây phân phối 101 11.2.1.1 Tính sụt áp cho một đoạn của phát tuyến 101 11.2.1.2 Trình tự chọn dây cho phát tuyến 103 11.2.2 Tính toán tổn thất công suất trên đường dây phân phối 106 11.2.3 Tính toán tổn thất điện năng 108 11.3 Tính toán chi phí hàng năm 108 11.4 Tính toán thiết kế 110 11.4.1 Chọn dây cho phát tuyến và tính tổn thất điện áp 110 11.4.2 Tính toán tổn thất công suất trên đường dây 111 11.4.3 Tính tổn thất điện năng 111 11.4.4 Tính tổng chi phí hàng năm của phát tuyến 112 Chương 12 TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ BÙ ỨNG ĐỘNG 113 12.1 Khái niệm 113 12.2 Tính toán bù công suất kháng 113 12.3 Tính toán mẫu cho phương án 4 vị trí bù 114 12.4 Phương án 5 vị trí tụ bù 119 12.5 Phương án 6 vị trí tụ bù 120 12.6 Phương án 7 vị trí tụ bù 121 12.7 So sánh lựa chọn phương án bù 122 12.8 Tính toán tổn thất lúc phụ tải cực đại có bù công suất kháng 124 12.9 Tính toán bù ứng động 127 12.10 Tính toán lúc phụ tải cực tiểu và có bù ứng động 130 Chương 13 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHO TRẠM 136 13.1 Kết quả bù công suất kháng 136 13.2 Kết quả tổng tiết kiệm theo bù tổng Ct 137 13.3 Sơ đồ tuyến đường dây lúc phụ tải max và lúc phụ tải min = 40% phụ tải max 140 13.4 Phân bố công suất và phân bố trạm cho tuyến đường dây sau khi có bù công suất kháng 140 13.5 Tính phân bố công suất lúc phụ tải cực đại 142 13.6 Tính phân bố công suất lúc phụ tải cực tiểu 149 Chương 14 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ PHỐI HỢP BẢO VỆ 157 14.1 Tính toán ngắn mạch 157 14.1.1 Các công thức tính tổng trở trong đường dây phân phối hình tia 157 14.1.2 Các dạng ngắn mạch 158 14.1.3 Tính dòng ngắn mạch 159 14.1.3.1 Tính dòng ngắn mạch ứng với Zf = 0 161 14.1.3.2 Tính dòng ngắn mạch ứng với Zf = 10 163 14.1.3.3 Tính dòng ngắn mạch cho đường dây nhánh đến trạm biến áp 164 14.2 Phối hợp bảo vệ 166 14.2.1 Phối hợp Recloser và cầu chì (ACR - FCO) 166 14.2.2 Tính toán bảo vệ 167 Chương 15 KẾT LUẬN 170 Tài liệu tham khảo 171 Lời nói đầu Ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, giao thông vận tải, thông tin liên lạc… Ở nước ta cùng với quá trình công nghiệp hoá- hiện đại hoá nền kinh tế, điện năng càng giữ vai trò chủ đạo đóng góp giá trị không nhỏ cho ngân sách nhà nước. Trong những năm qua ngành điện Việt Nam đã đạt những thành tựu to lớn, cơ bản đáp ứng được nhu cầu điện năng của nền kinh tế quốc dân với tốc độ tăng trưởng bình quân 15%/năm.Dự báo đến năm 2010 sản lượng điện sẽ đạt tới 80 tỉ KWh và bình quân đầu người là 900KWh/người/năm. Qua đó chúng ta thấy rằng việc việc sản xuất điện năng là vấn đề quan trọng, cần được quan tâm và chú trọng nhiều hơn. Dù đã rất cố gắng, nhưng bài luận văn này sẽ không tránh khỏi những thiêu sót. Vì vậy mong thầy cô và các bạn tận tình góp ý để bài luận văn của em được hoàn thiện hơn PHẦN I THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 110/22KV Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Giới thiệu hệ thống điện - Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng, bao gồm các nhà máy điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ điện - Điện năng được sản xuất ở nhà máy được truyền tải và phân phối đến nhà tiêu thụ bằng dây dẫn. Trong quá trình truyền tải điện có phát sinh tổn thất trên đường dây nên trước khi truyền đi xa phải đưa lên điện cao áp để truyền tải và hạ xuống thấp ở điện áp tương ứng để đưa đến phụ tải. Do đó trạm biến áp là một phần không thể thiếu trong hệ thống điện 1.2 Trạm biến áp Trạm biến áp dùng để biến đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác tuỳ thep yêu cầu, trạm biến áp còn là nơi phân phối điện năng đến các phụ tải Người ta phân loại trạm theo: 1.2.1 Theo điện áp - Trạm biến áp tăng: đặt ở các nhà máy điện làm nhiệm vụ tăng từ cấp điện áp máy phát lên cấp điện áp truyền tải - Trạm biến áp hạ áp: đặt gần ở các phụ tải làm nhiệm vụ biến đổi từ cấp điện áp truyền tải đến cấp điện áp phân phối theo yêu cầu của phụ tải - Trạm biến áp trung gian: làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lưới điện khác nhau 1.2.2 Theo địa dư Trạm biến áp khu vực: được cấp điện từ mạng chính cung cấp cho các khu vực lớn: thành phố, khu công nghiệp… Trạm biến áp địa phương: được cấp điện từ mạng phân phối cấp điện cho các địa phương, nhà máy xí nghiệp nhỏ… 1.3 Cấu trúc của trạm biến áp 1.3.1 Các thành phần chính của trạm biến áp - Máy biến áp(MBA) trung tâm - Hệ thống thanh cái, dao cách ly - Hệ thống bảo vệ rơle - Hệ thống chống sét nối đất - Hệ thống điện tự dùng - Khu vực phòng điều hành - Khu vực phòng phân phối 1.3.2 Những vấn đề chính khi chọn vị trí đặt trạm - Gần các phụ tải - Thuận tiện trong giao thông - Đặt ở những nơi khô ráo - Tránh các vùng đất dễ bị sạt lỡ - Tránh xa các khu vực dễ gây cháy nổ 1.4 Yêu cầu khi thiết kế - Đảm bảo chất lượng điện năng - Độ tin cậy cao( tuỳ theo tính chất loại phụ tải) - Vốn đầu tư thấp - An toàn cho người và thiết bị - Thuận tiện sữa chữa vận hành Chương 2 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI 2.1 Khái niệm: - Mức tiêu thụ điện năng luôn thay đổi theo thời gian.Quy luật biến thiên của phụ tải theo thời gian được biểu diễn trên hình vẽ gọi là đồ thị phụ tải.Trục tung của đồ thị phụ tảicó thể là: công suất tác dụng,công suất phản kháng, công suất biểu kiến. Còn trục hoành biểu diễn theo thời gian. - Đồ thị phụ tải cần thiết cho thiết kế và vận hành hệ thống điện khi biết đồ thị phụ tải toàn hệ thống có thể phân bố tối ưu công suất cho các nhà máy điện trong hệ thống, xác định mức tiêu hao nhiên liệu…Đồ thị phụ tải ngày của nhà máy hay trạm biến áp dùng để chọn dung lượng máy biến áp, tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp, chọn sơ đồ nối dây… 2.2 Các đại lượng đặc trưng của đồ thị phụ tải: * Công suất trung bình: A: điện năng sản suất ra trong thời gian * Hệ số điền kín đồ thị phụ tải: Pmax: công suất cực đại trong thời gian t * Hệ số sử dụng công suất đặc: Pdat :công suất đặt bằng tổng công suất cực đại của thiết bị * Thời gian sử dụng công suất cực đại: * Thời gian tổn thất công suất cực đại: * Thời gian sử dụng công suất đặt: 2.3 Xây dựng đồ thị phụ tải Bảng tổng hợp phân bố công suất giờ của phụ tải: giờ %Pmax P(Mw) Q(Mvar) S(MVA) Std (MVA) S∑(MVA) 0-3 30 6 4.5 7.8 0.3 8.1 3-4 40 8 6 10.3 0.3 10.6 4-5 50 10 7.5 12.8 0.3 13.1 5-6 60 12 9 15.3 0.3 15.6 6-8 70 14 10.5 17.8 0.3 18.1 8-11 80 16 12 20.3 0.3 20.6 11-14 50 10 7.5 12.8 0.3 13.1 14-16 70 14 10.5 17.8 0.3 18.1 16-17 50 10 7.5 12.8 0.3 13.1 17-20 70 20 15 25.3 0.3 25.6 20-21 80 16 12 20.3 0.3 20.6 21-23 50 10 7.5 12.8 0.3 13.1 23-24 40 8 6 10.3 0.3 10.6 * Đồ thị phụ tải công suất P(MW) Thông số của phụ tải: Pmax =20MW cos= 0.8 Công suất tự dùng STD = 0,3MVA Từ bảng tổng hợp trên xây dựng được đồ thị phụ tải của toàn trạm: 2.4 Xác định , Từ đồ thị phụ tải suy ra các thời gian đặc trưng: - Thời gian sử dụng công suất cực đại - Thời gian tổn thất công suất cực đại * Tính theo công thức: (giờ/ngày) Suy ra (giờ/năm) * Tính theo công thức: (giờ/ngày) Suy ra (giờ/năm) * Xác định thời gian sử dụng công suất cực đại: =5480.7(giờ/năm) * Xác định thời gian tổn thất công suất cực đại: = 3809.6(giờ/năm) Chương 3 CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ TRẠM 3.1 Giới thiệu về sơ đồ cấu trúc - Sơ đồ cấu trúc của nhà máy điện và trạm biến áp là sơ đồ diễn tả sự liên quan giữa nguồn,tải và hệ thống điện - Các yêu cầu chính khi chọn sơ đồ cấu trúc: + Có tính khả thi + Linh hoạt + Hiện đại + Đảm bảo kỹ thuật + Phát triển về sau + Kinh tế + Khi thiết kế trạm biến áp người ta đưa ra rất nhiều phương án khả thi trên cơ sở phân tích ưu khuyết điểm của từng phương án, so sánh điều kiện kỹ thuật- kinh tế rồi chọn phương án tối ưu nhất 3.2 Các phương án chọn sơ đồ cấu trúc Phương án 1: chỉ láp đặt một máy biến áp Phương án 2: hai máy biến áp vận hành song song Phương án 3:chọn 3 máy biến áp vận hành song song 3.3 Phân tích ưu khuyết điểm của từng phương án: 3.3.1 Phương án 1: Ưu điểm: - Việc thiết kế và lắp đặt rất đơn giản - Chi phí xây dựng ít, diện tích mặt bàng nhỏ - Thích hợp cung cấp điện cho các vùng phụ tải không quan trọng(phụ tải loạ 3) và có nguồn dự trữ từ trạm khác đến cho phụ tải khi gặp sự cố Khuyết điểm: - Độ tin cậy cung cấp điện không cao - Khi bảo trì trạm và máy biến áp bị sự cố thì khu vực phụ tải hoàn toàn bị mất điện 3.3.2 Phương án 2: Ưu điểm: - Sơ đồ vận hành rõ ràng, linh hoạt - Giải quyết được vấn đề máy biến áp khi gặp sự cố - Đảm bảo cung cấp điện liên tục - Thích hợp cho việc cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng Khuyết điểm: - Máy biến áp thường làm việc non tải - Chi phí xây dựng ban đầu tương đối cao 3.3.3 Phương án 3: Ưu điểm: - Vận hành rõ ràng, linh hoạt - Giải quyết được vấn đề máy biến áp khi gặp sự cố - Đảm bảo cung cấp điện liên tục trong mọi trường hợp - Thích hợp cho việc cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng Khuyết điểm: - Máy biến áp thường làm việc non tải - Chi phí xây dựng ban đầu tương đối cao - Chiếm nhiều diện tích mặt bằng 3.4 Lựa chọn phương án Sau khi phân tích ưu điểm của từng phương án nhận thấy rằng phương án 1 đảm bảo về mặt kinh tế nhưng không đảm bảo về độ liên tục cung cấp điện. Phương án 2 và 3 tuy chi phí xây dựng tương đối cao nhưng có nhiều ưu điểm hơn phương án 1, do đó ta chọn phương án 2 và 3 để khảo sát và so sánh để tìm ra phương án tối ưu nhất để thi công và thiết kế Ta gọi: phương án 2 = phương án I Phương án 3 = phương án II Chương 4 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 4.1 Chọn máy biến áp 4.1.1 Khái niệm chung: - Máy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác. Điện năng được sản xuất từ nhà máy điện được truyền tải đến nơi tiêu thụ ở xa qua đường dây cao thế 110, 220,500Kv… Ở cuối đường dây cao áp lại cần máy biến áp giảm về điện áp thích hợp với mạng phân phối(22,15,0.4Kv) - Khi sử dụng máy biến áp cần lưu ý những đặc điểm sau: - Máy biến áp là thiết bị không tự phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng từ cấp này sang cấp khác - Công suất của máy biến áp được chế tạo theo tiêu chuẩn của mỗi nước tuổi thọ và khả năng quá tải của máy biến áp tuỳ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh và phương pháp làm lạnh - Khi chọn máy biến áp phải chú ý đến khả năng phát triển phụ tải, tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến áp lại phải thay đổi hay đặt thêm máy khi phụ tải tăng - MBA hiện nay có nhiều loại: + MBA một pha,ba pha + MBA hai cuộn dây, ba cuộn dây + MBA có cuộn dây phân chia + MBA tự ngẫu một pha, ba pha + MBA tăng, máy biến áp hạ + MBA có và không có điều chỉnh dưới tải - Hệ thống làm mát máy biến áp + Có nhiều phương pháp làm lạnh, mỗi phương pháp yêu cầu diều kiện vận hành nhất định + Làm lạnh máy biến áp theo quy luật tự nhiên + Làm mát biến áp bằng dầu có thêm quạt để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt và tản nhiệt + Làm mát bằng phương pháp tuần hoàn dầu cưỡng bức và có tăng thêm quạt + Làm mát dầu bằng nước + Làm lạnh kiểu khô - Các yêu cầu khi chọn máy bến áp + Đảm bảo tính liên tục khi cấp điện + An toàn, vốn đầu thấp + Dung lượng và lượng máy trong trạm nên đồng nhất tính đến khả năng quá tải của máy biến áp 4.1.2 Tính toán chọn máy biến áp cho trạm Phương án I: Đồ thị phụ tải của trạm: Chọn công suất máy biến áp: - Trong phương án này công suất máy biến áp được chọn theo điều kiện một máy nghỉ máy còn lại với khả năng quá tải sự cố cho phép phải tải hơn công suất cực đại của phụ tải tức là: - Máy biến áp đặt ngoài trời nên Nên : Do đó ta chọn máy biến áp có công suất định mức là 20MVA + Kiểm tra điều kiện quá tải: Từ đồ thị phụ tải với SdmB=20MVA thì tổng thời gian quá tải là 7h lớn hơn 6h + Kiểm tra điều kiện K1<0.93 + Kiểm tra điều kiện K2<1.3 Các bước tính toán với SdnB=20MVA và kết quả thu được ghi trong bảng sau: Si(MVA) 8.1 10.6 13.8 15.6 18.1 20.6 25.6 Ki=Si/SdmB 0.405 0.53 0.655 0.78 0.905 1.03 1.28 Ki2 0.164 0.28 0.43 0.6 0.82 1.06 1.64 Ti 3 2 7 1 4 4 3 K2i.Ti 0.492 0.56 3.01 0.6 3.28 4.24 4.92 Xác định K2 bằng cách đẳng trị vùng có Ki > 1 Nên K2 = 0,9.Kmax = 1.15< 1.3 Kết luận: ta thấy mặt dù thời gian quá tải lớn hơn 6h nhưng K1,K2 thoã điều kiện nên máy biến áp này chấp nhận được *Các thông số của máy biến áp: Máy biến áp do SIEMENS chế tạo Số lượng: 2 máy Công suất định mức: SdnB = 20MVA Tổn hao không tải: 20Kw Tổn hao ngắn mạch: 56Kw Điện áp ngắn mạch: 9,6% Trọng lượng(có dầu): 54 tấn Đơn giá: 320000USD Phương án 2: Đồ thị phụ tải của trạm: 3 máy biến áp vận hành song song: - Trong phương án này công suất máy biến áp dược chọn theo công thức - Kiểm tra điều kiện khi một máy nghỉ 2 máy còn lại với khả năng quá tải sự cố có thể tải được công suất cực đại của phụ tải. Do đó ta chọn máy biến áp có công suất định mức là 10MVA - Với máy biến áp có SdmB = 10MVA khi sự cố một máy thì 2 máy còn lại có nhiệm vụ duy trì cung cấp cho phụ tải. Tổng công suất máy biến áp lúc này là 20MVA Từ đồ thị phụ tải với SdmB = 20MVA luôn lớn hơn công suất max của phụ tải, điều này cho ta thấy rằng 2 máy biến áp còn lại luôn đảm bảo vận hành lâu dài và liên tục trong khi một máy bị sự cố thật vậy ta luôn có: - Vì thế cho nên ta không cần xét đến khả năng quá tải của máy biến áp Vậy máy biến áp có SdmB = 10MVA thoã mãn các điều kiện sự cố *Các thông số của máy biến áp: Máy biến áp do SIEMENS chế tạo Số lượng: 3 máy Công suất định mức: SdmB = 10MVA Tổn hao không tải: 13Kw Tổn hao ngán mạch: 42Kw Điện áp ngắn mạch: 9,6% Trọng lượng (có dầu): 39 tấn Đơn giá: 240000USD 4.2 Sơ đồ nối điện cho các phương án 4.2.1 Khái niệm - Sơ đồ nối điện là một hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa các thiết bị, khí cụ điện có nhiệm vụ nhận điện từ các nguồn để cung cấp phân phối cho các phụ tải cùng cấp điện áp - Sơ đồ nối điện thoã mãn các yêu cầu sau: + Tính đảm bảo liên tục cung cấp điện + Tính linh hoạt + Tính phát triển + Tính kinh tế 4.2.2 Một số sơ đồ nối điện cơ bản Sơ đồ hệ thống một thanh góp: - Đặc điểm của sơ đồ này là: tất cả các phần tử được nối vào thanh góp chung, mỗi phần tử có một máy cắt liên lạc, hai bên máy cắt nói chung có dao cách ly - Ưu điểm: đơn giản, rõ ràng, mỗi phần tử được thiết kế riêng cho mạch đó.Khi sữa chữa mạch này không ảnh hưởng trực tiếp đến mạch khác - Khuyết điểm: khi có sự cố trên thanh góp tất cả các phần tử nối vào thanh góp bị mất điện Do những ưu khuyết điểm trên, sơ đồ hệ thống một thanh góp chỉ được sử dụng kh yêu cầu về cung cấp cấp điện không cao, các hộ tiêu thụ loại 3 Để tăng cường tính đảm bảo cung cấp điện thì sơ đồ này có thể thực hiện bằng cách phân đoạn thanh góp dùng máy cắt và dao cách ly - Đặc điểm: thanh góp được chia thành nhiều phân đoạn bằng máy cắt và dao cách ly - Khi sữa chữa chỉ tiến hành cho từng phân đoạn, việc cung cấp điện được chuyển cho phân đoạn kia - Khi bị sự cố trên phân đoạn nào, máy cắt phân đoạn đó sẽ cắt cùng với máy cắt của các mạch trên phân đoạn đó, phân đoạn còn lại vẫn đảm bảo cung cấp điện - Với những ưu điểm trên thì sơ đồ này được sử dụng rất rộng rãi trong các trạm biến áp cũng như nhà máy điện Sơ đồ hệ thống 2 thanh góp - Đặc điểm của sơ đồ này là có hai hệ thống thanh góp đồng thời. Hai hệ thống thanh góp có giá trị như nhau - Một hệ thống thanh góp làm việc, một hệ thống thanh góp dự phòng, các phần tử nối vào thanh góp làm việc qua máy cắt và dao cách ly thuộc thanh góp đó đóng, còn dao cách ly kia mở.Với chế độ làm việc này, sơ đồ trở thành sơ đồ tương đương một hệ thống thanh góp không phân đoạn, do đó có các ưu khuyết điểm nêu trên - Ưu điểm của sơ đồ này là khi một thanh góp bị sự cố, hay sữa chữa thì toàn bộ được chuyển sang thanh góp thứ 2, chỉ mất điện trong thời gian ngắn - Ưu điểm nổi bật của sơ đồ này là kh sữa chữa một máy cắt của phần tử nào đó, dùng máy cắt lên lạc thay cho máy cắt này bằng cách chuyển đường đi qua thanh góp thứ hai - Đồng thời làm việc cả hai thanh góp, các mạch tải được phân bố đều trên hai thanh góp - Khuyết điểm của sơ đồ này là phức tạp khi xây dựng cũng như vận hành, đặc biệt khi đóng nhầm dao cách ly có thể gây hậu quả nghiêm trọng và chỉ dược ứng dụng khi điện áp cao từ 110KV trở lên, số đường dây nhiều. Sơ đồ là nơi tập trung của nhiều nguồn lớn 4.2.3 Chọn sơ đồ nối điện cho các phương án Dựa vào các sơ đồ nối điện cơ bản kết hợp với yêu cầu của sơ đồ nối điện, ta chọn được sơ đồ nối điện cho các phương án sau: Phương án I: Phương án II: Chương 5 TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN MÁY CẮT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 5.1 Tính toán dòng điện ngắn mạch 5.1.1 Khái niệm - Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau hay các pha chạm với đất, nói cách khác ngắn mạch là hiện tượng các mạch bị nối tắt - Ngắn mạch là hiện tượng nghiêm trọng thường xảy ra trong hệ thống điện - Mục đích tính toán dòng ngắn mạch để phục vụ cho việc chọn các khí cụ điện và các phần dẫn điện. Vì vậy phải dự đoán các tình trạng ngắn mạch. Có nhiều phương pháp tính dòng ngắn mạch nhưng vơí yêu cầu trên chỉ dùng phương pháp cơ bản - Trong thực tế thường gặp các dạng ngắn mạch + Ngắn mạch 3 pha + Ngắn mạch 2 pha + Ngán mạch 1 pha ( thường xảy ra trong hệ thống điện) + Ngắn mạch 2 pha chạm đất 5.1.2 Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch Nguyên nhân: - Do các thiết bị vận hành lâu ngày có cách điện không tốt, chập điện giữa 2 vật dẫn điện khác - Do sét đánh vào đường dây, thiết bị phân phối ngoài trời Hậu quả: - Sự xuất hiện hồ quang làm hỏng cách điện, kết dính vật dẫn gây cháy nổ và nguy hiểm đến tính mạng con người và thiết bị - Quá nhiệt gây hư hỏng và đốt nóng thiết bị - Làm biến dạng thanh góp, đứt dây dẫn, phá nổ thiết bị - Làm mất ổn định hệ thống điện nếu sự cố lớn có thể làm tan rã hệ thống điện 5.1.3 Phương pháp tính ngắn mạch - Việc tính toán trị số dòng điện một cách chính xác là rất khó khăn. Vì vậy để tính dòng điện ngắn mạch trong thực tế thường chấp nhận một số giả thiết - Ta tính dòng ngắn mạch 3 pha, vì thường dòng ngắn mạch 3 pha lớn hơn dòng ngắn mạch 2 pha và một pha - Khi tính toán ngắn mạch trong hệ thống có U > 1000V có thể bỏ qua thành phần điện trở R, chỉ xét kháng điện X. Vì X thường rất lớn so với R - Khi mạng điện có U < 1000V mới xét dến R - Thời gian tồn tại ngắn mạch bằng thời gian bảo vệ rơle (tbv) và thời gian máy cắt làm việc (tmc) tN = tbv + tmc - Có thể xem dòng ngắn mạch không đổi trong thời gian tồn tại ngắn mạch đó I” = It = Iod Trong đó: I”: dòng điện quá độ It: dòng ngắn mạch tại thời điểm t Iod: dòng ngắn mạch ổn định - Tính ngắn mạch trong hệ tương đối vớ công suất cơ bản (Scb) và điện áp cơ bản (Ucb) và suy ra dòng điện cơ bản (khi chỉ có 1 hoặc 2 cấp điện áp mới tính trong hệ có tên): - Xác định điện kháng của các phần tử trong sơ đồ thay thế trong hệ đơn vị tương đối cơ bản: Hệ thống: Kháng điện: Đường dây: Máy biến áp 2 cuộn dây: 5.1.4 Tính toán ngắn mạch cho trạm - Khi tính toán ngắn mạch cho mạng điện có U > 1000V ta cần giả thiết: - Bỏ qua điện trở R mà chỉ xét kháng điện X - Tất cả các sức điện động đều cùng pha - Sức điện động các nguồn ở xa điểm ngắn mạch xem như không đổi - Không xét đến phụ tải - Bỏ qua dòng từ hoá trong máy biến áp - Dòng ngắn mạch không đổi trong thời gian ngắn mạch Chọn: Ucb1 = 115KV Ucb2 = 23KV Scb = 100MVA - Điện kháng trên 1Km đường dây - Điện kháng đường dây - Điện kháng hệ thống - Hệ số xung kích Phương án I: Sơ đồ hệ thống: Sơ đồ biến đồ tương đương: Ngắn mạch tại N1: Điện kháng tổng tại vị trí ngắn mạch N1 Dòng ngắn mạch 3 pha tại N1 Dòng ngắn mạch xung kích Ngắn mạch tại N2: Điện kháng tương đương của máy biến áp Điện kháng tổng tại vị trí ngắn mạch N2 Dòng ngắn mạch 3 pha tại N2 Dòng ngắn mạch xung kích Phương án II: Sơ đồ hệ thống: Sơ đồ biến đổi tương đương Ngắn mạch tại N1: Điện kháng tổng tại vị trí ngắn mạch N1 Dòng ngắn mạch 3 pha tại N1 Dòng ngắn mạch xung kích Ngắn mạch tại N2: Điện kháng tương đương của máy biến áp Điện kháng tổng tại vị trí ngắn mạch N2 Dòng ngắn mạch 3 pha tại N2 Dòng ngắn mạch xung kích Tổng hợp kết quả tính toán các phương án: Vị trí Điện áp (KV) Phương án I Phương án II IN(kA) Ixk(kA) IN(kA) Ixk(kA) N1 110 7.13 18.15 7.13 18.15 N2 22 8.08 20.36 6.043 16.37 5.2 Chọn máy cắt cho các phương án 5.2.1 Yêu cầu và điều kiện chọn máy cắt - Máy cắt điện là khí cụ điện dùng để đóng cắt một phần tử của hệ thống điện như máy phát, máy biến áp, đường dây…Trong lúc làm việc bình thường cũng như sự cố - Các điều kiện chọn máy cắt Để vận hành và bảo dưỡng dễ dàng thường chọn một loại máy cắt ở một cấp điện áp + Chọn tương ứng với điện áp của lưới điện + Dòng điện định mức + Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Inh,tnh: dòng điện ổn dịnh nhiệt, thời gian ổn định nhiệt : dòng ngắn mạch ổn định, thời gian tác dụng nhệt tương đương Ttd: phụ thuộc vào thời gian ngắn mạch và tỉ số giữa dòng siêu quá độvà dòng ngắn mạch ổn định () Tức là: Vì trạm biến áp ở xa nguồn nên: Thời gian ngắn mạch phụ thuộc vào thời gian tác động của bảo vệ rơle và máy cắt Tra đồ thị , ta dược Vậy ta được Đối với máy có dòng điện định mức trên 1000A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt + Ổn định động khi ngắn mạch : dòng ngắn m