Bài tập lớn cơ cấu điện - Chương 4: trạm biến áp

CHƯƠNG IV TRẠM BIẾN ÁP I Tổng quan về chọn trạm biến áp : 1.1 Trạm biến áp: Trạm biến áp dùng để biến đổi điện áp từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện. Theo nhiệm vụ, người ta phân ra thành hai loại trạm biến áp: + Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính: Trạm này nhận điện từ hệ thống 35¸220kV, biến thành cấp điện áp 15kV,10kV, hay 6kV, cá biệt có khi xuống 0.4 kV. + Trạm biến áp phân xưởng: Trạm này nhận điện từ trạm biến áp trung gian và biến đổi thành các cấp điện áp thích hợp phục vụ cho phụ tải của các nhà máy, phân xưởng, hay các hộ tiêu thụ. Phía sơ cấp thường là các cấp điện áp: 6kV, 10kV, 15kV,…. Còn phía thứ cấp thường có các cấp điện áp : 380/220V, 220/127V., hoặc 660V. Về phương diện cấu trúc, người ta chia ra trạm trong nhà và trạm ngoài trời. + Trạm BA ngoài trời: Ở trạm này các thiết bị phía điện áp cao đều đặt ở ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà hoặc trong các tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối cho phía hạ thế. Các trạm biến áp có công suất nhỏ (£ 300 kVA) được đặt trên trụ, còn trạm có công suất lớn thì được đặt trên nền bê tông hoặc nền gỗ. Việc xây dựng trạm ngoài trời sẽ tiết kiệm chi phí so với trạm trong nhà. + Trạm BA trong nhà: Ở tram này thì tất cả các thiết bị điện đều được đặt trong nhà. Chọn vị trí, số lượng và công suất trạm biến áp: Nhình chung vị trí của trạm biến áp cần thỏa các yêu cầu sau: Gần trung tâm phụ tải, thuận tiên cho nguồn cung cấp điện đưa đến. Thuận tiên cho vận hành, quản lý. Tiết kiệm chi phí đầu tư và chi phí vận hành,v.v… Tuy nhiên, vị trí được chọn lựa cuối cùng còn phụ thuộc vào các điều kiện khác như: Đảm bảo không gian không cản trở đến các hoạt động khác, tính mỹ quan,v.v… Trong luận văn này ta sẽ đặt trong tầng hầm vì yêu cầu về mặt bằng. Chọn cấp điện áp: Do chung cư được cấp điện từ đường dây 15kV, và phụ tải của chung cư chỉ sử dụng điện áp 220V ,và 380V. Cho nên ta sẽ lắp đặt trạm biến áp giảm áp 15/0.4kV để đưa điện vào cung cấp cho phụ tải của chung cư. 1.2 Chọn số lượng, công suất MBA: Về việc chọn số lượng MBA, thường có các phương án: 1 MBA, 2 MBA, 3MBA. - Phương án 1 MBA: Đối với các hộ tiêu thụ loại 2 và loại 3, ta có thể chọn phuơng án chỉ sử dụng 1 MBA. Phương án này có ưu điểm là chi phí thấp, vận hành đơn giản, nhưng độ tin cậy cung cấp điện không cao. - Phương án 2 MBA: Phương án này có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp điện cao như chi phí khá cao nên thường chỉ sử dụng cho những hộ tiêu thụ có công suất lớn hoặc quan trọng ( hộ loại 1). - Phương án 3 MBA: Độ tin cậy cấp điện rất cao nhưng chi phí cũng rất lớn nên ít được sử dụng, thường chỉ sử dụng cho những hộ tiêu thụ dạng đăc biệt quan trọng. Do vậy, tuỳ theo mức độ quan trọng của hộ tiêu thụ, cũng như các tiêu chí kinh tế mà ta chọn phương án cho thích hợp. II Vị trí số lượng trạm biến áp trong xí nghiệm Vị trí tram biến p phải thỏa mn cc yu cầu cỏ bản sau đây An toàn và lien tục cung cấp điện Gần trung tâm phụ tải , thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới. Thao tc- Vận hnh – Quản lý dể dng Phịng nổ -Chy – Bụi bẩm Tiết kiệm vốn dầu tư- chi phí vận hành nhỏ Vị trí của trạm biến p trung gian nn chọn gần trung tm phụ tải.song cần ch ý rằng đường dây dẫn đén trạm thường có cấp điện áp 110-220kv Vị trí của trạm biến ấp phân xưởng có thể ỏ bên ngoài,liền kề hoặc bên trong phân xưởng. Số lượng trạm biến áp trong môt xí ngiệp phụ thuộc vào tính chấn quan trọng phụ tải về mặt lien tục cung cấp điện. III Xác định dung lượng trạm và dung lượng máy biến áp Dung lượng của máy biến áp trong một xí nghiệp nên đồng nhất Sơ đồ nối dây của trạm nên đơn giản.đồng nhất và có chú ý đến sự phát triển của phụ tải sau ny. Trạm biến p cung cấp cho hộ tiu thụ loại I nn dung 2 my. IV Một số phương pháp chọn công suất may biến áp 4.1. xác định dung lượng máy biến áp phân xưởng theo mật độ phủ tải .ĩ(KVA/m2) Phương pháp này sẻ đơn gản .chỉ cần tính mật độ phụ tải sau biểu thức sau đây rồi tra bản sẻ được công suất cần thiết cho trạm biến áp cần tính toán Trong đĩ F : Diện tích khu vực phụ tải tập trung ,m2 : Tổng cơng suất đặt. : Hệ số nhu cầu : Hệ số cơng suất trn thanh ci cảu trạm Bản xc dịnh dung lượng của tram theo Mật độ phụ tải KVA/m2 Cơng suất trạm một my biến p - KVA Mật độ phụ tải KVA/m2 Cơng suất trạm hai my biến p - KVA 0,004 0,010 0,023 0,061 0,121 0,292 0,695 180 240 310 420 560 780 p1000 0,004 0,022 0,052 0,125 0,282 0,670 1,610 2 x 100 2 x 180 2 x 240 2 x 320 2 x 420 2 x 560 2 x 750 4.2. Xác định dung lượng MBA phân xưởng theo mật độ phụ tải và chi phí vận hành hang năm.: Bản xác định dung lương máy biến p Phí tổn đi năng trong một năm cảu 1KV thiết bị (1KV – Năm) Cơng suất của my biến p - KVA 400 600 800 1000 Mật đọ phụ tải (KVA/) - 0,006 0,009 0,013 180 - 0,012 0,012 0,032 240 0,018 0,036 0,051 0,075 320 0,036 0,068 0,118 0,170 420 0.083 0,162 0,276 0,400 560 0,205 0,390 0,670 0,970 750 Hai phương pháp trên hai được dùng trong tinh toán sơ bộ. Khi cần tính toán chính xác phải chon máy biến áp theo phương pháp khả năng quá taỉ cho phép. 4.3 Xc định dung lượng máy biến áp theo khả năng quá tải cho phép: Sau khi xác định được phụ tải tính toán phía điện áp thấp của MBA phân xưởng có chú ý dến sự pht triển của phụ tải sau ny v tính chất đồng thời của phụ tải là ta có đủ tư liệu để tính chọn dung lượng máy biến áp. Nhưng vì my biến p vận hnh với điều kiện khác với ddieuf kiện tiêu chuẩn. đ chọn khi thiết kế chế tạo vì vậy phải hiệu chỉnh lại dung lượng máy biến áp đ chọn Máy biến áp được thiêt kế ,chế tạo với tuổi thọ từ 17> 20 năm vận hành trong điều kiện lớp dầu phía trên không quá 900C khi nhiệt độ tăng quá 80C thì tuổi thọ my giảm 50% Nhiệt độ trung bình khi vận hnh vo khoản 70 – 800C Nhiệt độ phát nóng cục bộ cho phép lớn hơn nhiệt độ trung bình 150C Tất cả cc máy biến áp làm việt ở những nơi có nhiệt độ trung bình hang năm lớn hơn 50C điều phải hiệu đính lại theo biểu thức. S=Sđm(1-) Trong đó S : Dung lượng đ hiệu đính theo nhiệt độ trung bình KVA Sđm : Dung lượng định mức trn biển my KVA :Nhiệt độ trung bình hằng năm của môi trường đặc máy 0C Khi nhiệt độ môi trường đặc máy có nhiệt độ cực đại lớn hơn 350C thì ta phải hiệu đính them một lần nữa S=Sđm(1- Trong đó. : Nhiệt độ cực đại của môi trường đặc máy.0C Qua hai lần hiệu đính theo nhiệt độ dung lượng của máy biến áp giảm đi khá lớn .Như vì phụ tải mua đông và mùa he khác nhau khá xa .Máy biến áp lại có khả năng quá tải nhất định nên người ta đưa ra hai qui tắc quá tải cho phép. Qui tắc qu tải 3% Nếu phụ tải vận hành thấp hơn phụ tải định mức 10% thì khi cần thiết cĩ thể cho php qu tải 3% Qui tắc này chỉ áp dụng khi nhiệt độ khong khí xung quanh khơng qu 350C Biểu thức xc định mức quá tải cho phép 3% (%) Km-70 Km- Trong đó K : Hệ số điền kính phụ tải . K= Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa bộ số quá tải m và thời gian quá tải cho phép IMax/Icđ Km-0.6 Km-0.65 80 Km-0.90 Km10 0 4 8 12 16 20 Giời Qui tắc tải 1% Trong cc thng 6,7,8 của ma he m phụ tải trung bình cực đại hang năm nhỏ hơn công suất đinh mức thì khi cn thiết kế cĩ thể cho php qu tải với tỉ lệ tưng ứng Nhưng mức quá tải tối đa không quá 15% Kết hợp với cả 2 qui tắc với MBA đặc ngoài trời không cho phép quá tải lớn hơn 30% . Với MBA đặc trong nhà không cho phép quá tải hơn 20% Bộ số qu tải : m=Imax/Iđm cĩ quan hệ với thời gian qu tải cho php tqt Mức độ và thơi gian quá tải nói ở trên là uwngsa với trang thái làm việc bình thường của MBA Trong trạng thái sự cố của mạng điện .Máy biến áp được phép quá tải đến 140% Khả năng lúc quá tải sự cố của máy biến áp dầu làm mát tự nhiên. Bộ số qu tải m=Imax/Iđm 1.3 1.6 1.57 2.0 2.4 3.0 Thời gian cho php qu tải tqt -pht 120 30 15 7.5 3.5 1.5 V Xác định dung lượng MBA Với phụ tải không cân băng : Trong một số xí nghiệp có nhiều phụ tải 1 pha.Máy biên áp của xi nghiệp đó có khả năng làm việt với phụ tải không cân bằng giữa các pha Trong trường hợp này ta không chọn dung lượng MBA theo pha có phụ tải lớn nhất mà chọn theo một phụ tải tính toán nhỏ hơn đẻ MBA được vận hành quá tải cho phép được xác định như sau Trong đó. IA : Dịng điện pha A là pha có phụ tải lớn nhất. IBIC : Dịng điện pha B,C. Iđm : Dịng điện định mức MBA. Cần ch ý rằng việt chọn dung lượng MBA .Số lượng các trạm máy biến áp phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như.:công suất của phụ tải ,mức độ tập trung hai phân tán của phụ tải .loại hộ dùng điện .khả năng phát triển của phụ tải và các yêu cầu đặc biệc khác. Vì vậy cần phải xem xt cc yếu tố trn một cch tồn diện và lựa chọn phương án dựa trên cơ sở tinh toán ,so sánh kinh tế - kỹ thuật . VI Xác định dung lượng tối ưu của MBA Phân xưởng : Điều kiện chọn MBA SB Spt là điều khiện phát nóng. Đối với 1 phụ tải Spt cho trước thì cĩ nhiều máy biến áp có dung lượng khác nhau thỏa mn điều kiện phát nóng trên . Vì vậy caanfn xt them điều kiện vận hành kinh tế,có ngĩa là đm bảo cho tổn thất điện năng trong MBA là nhỏ nhất. SBStp v ABMin. Trong đó: :Tổn thất cơng suất khơng tải KW. : Tổn thất cơng suất tc dụng ngắn mạch KW t : Thời gian vận hnh MBA 860 Giờ : Thời gian chiệu tổn thất cơng suất lớn nhất. Xét quan hệ giửa tổn thất điện năng với tham số của máy biến áp khi cho trước chế độ vận hành (ts,Spt,). Nếu tăng dung lượng máy biến áp thì v tăng lên , cịn hệ số phụ tải Kpt=Spt/Sđm giảm xuống . Điểm cực tiểu trên đồ thị là giá trị tối ưu. 8- 7- 6- AB 5- 4- P0t 3- 2- 1- 0- PN(Spt/SdmB)2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Khi tăng ,Máy biến áp càn vận hành đầy tải thi dung lượng tối ưu của MBA càng tăng. VII vận hnh trạm biến p 1. Khi niệm - Khi thiết kế trạm biến p v cc thiết bị phn phối trong trạm ngồi việc thỏa mn cc yu cầu về kinh tế-kỹ thuật cịn ch ý tới vấn đề an toàn và thuận lợi trong vận hành. - Thiết kế v vận hnh cĩ quan hệ mật thiết với nhau, thực triễn vận hnh sẽ giúp ta có những kinh nghiệm đề thiết kế,ngược lại vận hành là bước thử nghiệm lại xem thiết kế có tốt hay không. - Muốn vận hành tốt phải nắm vững tinh thần của bản thiết kế.Phải căn cứ vào các qui trình qui phạm để đề ra các qui định cụ thể trong vạn hành. 2. Nguyn tắc vận hnh - Khi bắt đầu cung cấp điện + Đóng các cầu dao cách ly của dường dây vào trạm. + Đóng dao cách ly của thiết bị chống sét. + Đóng dao cách ly phân đoạn thanh cái cao áp và hạ áp. + Đóng máy cắt cao áp của đường dây vào trạm. + Đóng cầu dao sau đó đóng máy cắt của máy biến áp. + Đóng máy cắt hạ áp của máy biến áp. + Đóng máy cắt của cát đường dây về các phân xưởng. - Khi ngừng cung cấp điện + Cắt máy cắt của các đường dây về các phân xưởng. + Cắt my cắt phía hạ p của my biến p. + Cắt máy cắt sau đó cắt cầu dao cách ly phía cao áp của máy biến áp. + Cắt máy cắt sau đó cắt cầu dao cách ly của đường dây vào trạm. - Đóng máy biến áp vào vận hành. + Đóng máy cắt sau đó đóng cầu dao cách ly phía cao áp của máy biến áp đưa vo vận hnh. + Đóng máy cắt phía hạ áp của máy biến áp. + Cắt máy cắt sau đó cắt cầu dao cách ly phía cao áp của máy biến áp.- Kiểm tra định kỳ + Kiểm tra màu sắc của dầu cách điện và kiểm tra độ cao của mức dầu. + Kiểm tra sứ đỡ thanh góp. + Kiểm tra chiếu sng. + Kiểm tra phương tiện phịng chy chữa chy v bảo hộ lao động. VIII tính tram biến p: TN M.BẰNG DIỆN TÍCH Pđ(KW) Kmax tgư Ptt Qtt Stt T.TRỆT 384 15.188 1 0.99 15188 15036 3.1 TNG1 384 28.254 1.29 0.82 36447 29886 4.7 TẦNG2 384 13.480 1.38 0.67 18602 12463 2.23 TẦNG3 384 5.910 2 1.04 11820 12292 1.7 TỔNG 1536 62.832 82057 69677 11.73 Sba=Stt * Kdt *Kđt =11.73*0.8*1.5=14.076KW S'=Sba * (1- Ưtb - 5 )/100=14.076 * ( 1- 35 – 5 )/100 = 9.85KW ĐK : S' > Sba cho nn ta chọn Sba = 25kw Sba=Stt * Kdt *Kđt =25 * (1 – 35 – 5 )/100 = 17.5 kw thỏa điều kiện Quy tắc qu tải 3% m% = 17.5 *3 /100 = 0.525kw Quy tắc qu tải 1% m% = 17.5 * 1 /100 = 0.175 kw Ta co : ∑S =14.076 +9.85 +0.525 + 0.175 =24.626 (KW) Ta chọn my biến p ba pha hai dy quấn do CHLB Nga chế tạo : Loại my biến p Công suất định mức Thơng số kỷ thuật Thơng số tính tốn Udn (kv) Un (%) Ptt (kw) P0 (kw) I (%) r () x () Q (kvar) Cuộn cao p Cuộn hạ p TM-25/6 25 6.3 0.4;0.23 4.5-4.7 0.6-0.69 0,105-0.125 3.2 39.6 54 0.8