Khoa luan THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP THỨ 2 CHO TRẠM 110kV PHÚC ĐIỀN

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KHU VỰC………………………… CẢI TẠO VÀ THIẾT KẾ

Giới thiệu khu vực huyện Cẩm Giàng

1.1.1 Đặc điểm vị trí tự nhiên

Cẩm Giàng, huyện nằm ở phía Tây thành phố Hải Dương, nổi bật với sự tập trung của nhiều khu công nghiệp lớn như Phúc Điền, Tân Trường và Đại An, cùng với một số nhà máy quy mô lớn.

- Huyện Cẩm Giàng có vị trí địa lý như sau:

+ Phía Bắc giáp tỉnh Bắc Ninh.

+ Phía Tây giáp tỉnh Hưng Yên

+ Phía Nam giáp huyện Bình Giang.

+ Phía Đông giáp huyện Nam Sách và thành phố Hải Dương.

Huyện có tổng diện tích 10.934,3 ha, với 67,4% là đất nông nghiệp, 20% là đất chuyên dùng, 6,9% là đất ở và 5,7% là đất chưa sử dụng Dân số toàn huyện vượt qua 120.000 người, trong đó khoảng 50% là người trong độ tuổi lao động.

- Về Địa hình: Huyện Cẩm Giàng là vùng đồng bằng tương đối bằng phẳng.

- Về đặc điểm khí hậu:

Huyện Cẩm Giàng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình hàng năm là 23 0 C, lượng mưa trung bình (1500-1700)mm.

- Về tài nguyên nước: Có nhiều sông ngòi và hệ thống kênh mương lớn đảm bảo cho thủy nông và cung cấp nước cho sinh hoạt.

1.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội a Xã hội

Cẩm Giàng nổi bật với truyền thống văn hóa - giáo dục lâu đời, được thể hiện qua Văn Miếu Mao Điền và trường thi xứ Đông, khẳng định sự hiếu học của vùng quê này Nơi đây còn là quê hương của Đại danh y Tuệ Tĩnh, người đã đặt nền móng cho nền y học dân tộc với tư tưởng “Nam dược trị Nam nhân” Hệ thống giáo dục - đào tạo tại Cẩm Giàng phát triển mạnh mẽ, cung cấp nguồn nhân lực có trình độ học vấn, kỹ thuật và tay nghề, đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa nông thôn.

Hệ thống chính trị từ huyện đến cơ sở được củng cố vững chắc, cùng với việc đảm bảo quốc phòng - an ninh, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế - xã hội của huyện Huyện sở hữu nguồn lao động dồi dào, với truyền thống cần cù, sáng tạo và giàu kinh nghiệm trong sản xuất nông nghiệp.

Cơ cấu nền kinh tế đang có sự chuyển biến tích cực với tỷ trọng nông nghiệp giảm dần, trong khi đó tỷ trọng công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp và dịch vụ tăng lên Cụ thể, năm 2010, tỷ trọng nông nghiệp chiếm 32,6%, công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp 46,5% và dịch vụ 20,9% Đến năm 2015, tỷ lệ này đã thay đổi thành 15,4% cho nông nghiệp, 67% cho công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp và 17,6% cho dịch vụ.

Cơ cấu lao động trong nông nghiệp chuyển từ 72,7% năm 20010 sang 51,4% năm 2015.

Cẩm Giàng đang có sự phát triển mạnh mẽ về quy mô và chủng loại sản phẩm, đóng góp ngày càng lớn vào nền kinh tế Huyện hiện có 02 cụm công nghiệp, 05 khu công nghiệp và 02 cụm công nghiệp làng nghề, với tổng cộng 340 doanh nghiệp đăng ký đầu tư, trong đó 204 doanh nghiệp đã hoạt động, tạo ra hơn 20.000 việc làm Giá trị sản xuất công nghiệp và xây dựng tăng trưởng ấn tượng với mức bình quân 19,7% mỗi năm, trong đó công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp địa phương tăng trưởng 18,45% hàng năm.

Dịch vụ thương mại đã đáp ứng cơ bản nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của người dân, với công tác quản lý thị trường được chú trọng để chống buôn lậu và gian lận thương mại Giá trị sản xuất dịch vụ tăng trung bình 15,1% mỗi năm, trong khi tổng mức lưu chuyển hàng hóa tăng 20,17% hàng năm Các lĩnh vực vận tải, kho bãi, bưu chính viễn thông, bảo hiểm, tài chính và ngân hàng phát triển mạnh mẽ, với giá trị sản xuất ngành vận tải tăng 14,7% mỗi năm, doanh thu bưu chính viễn thông tăng 7,6% hàng năm, tổng nguồn vốn tín dụng huy động tăng 22,4% hàng năm, và doanh thu phí bảo hiểm tăng 54,6% hàng năm.

Mục tiêu của dự án

- Khai thác tối đa công suất TBA 110kV Phúc Điền

Đáp ứng nhu cầu phụ tải cho khu vực huyện Cẩm Giàng cùng với hai khu công nghiệp Phúc Điền và Tân Trường, cả hiện tại và trong tương lai.

- Nâng cao chất lượng điện năng, tăng độ tin cậy cung cấp điện.

Để đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các lưới điện trung áp trong khu vực, việc chống quá tải cho trạm điện là rất cần thiết Các trạm 110kV như TBA Đông Niên, TBA 110kV Nghĩa An và TBA 110kV Ngọc Sơn sẽ hỗ trợ hiệu quả trong việc này.

- Mở rộng lưới điện 22kV cho khu vực.

HIỆN TRẠNG TRẠM BIẾN ÁP 110KV………………….…… PHÚC ĐIỀN

Hiện trạng trạm biến áp 110kV Phúc Điền

Trạm biến áp 110kV Phúc Điền có diện tích 2900m², hiện đang vận hành với một máy biến áp T1 có công suất 1x63MVA Thiết kế ban đầu của trạm cho phép lắp đặt thêm một máy biến áp nữa khi nhu cầu phụ tải tăng trưởng.

Trạm biến áp 110kV Phúc Điền cung cấp điện chủ yếu cho huyện Cẩm Giàng và hai khu công nghiệp là Khu công nghiệp Phúc Điền và Khu công nghiệp Tân Trường, với mức điện áp 35kV.

2.1.1 Sơ đồ nối điện chính

Các thiết bị phân phối 110kV được lắp đặt ngoài trời, với trạm thiết kế theo sơ đồ cầu ngoài Hiện tại, trạm có 02 ngăn lộ đường dây 110kV, 01 ngăn mạch cầu và 01 ngăn máy biến áp, bao gồm 02 máy cắt 131 và 112, đang vận hành an toàn.

* Máy T1 63MVA - 110/38,5/23 kV của ABB.

- Công suất định mức SđmONAF: 63/63/63MVA

- Trung tính 110kV nối đất qua dao nối đất trung tính và chống sét van 72kV.

* Tình hình vận hành hiện trạng của MBA:

Theo sổ vận hành hàng ngày của trạm thì công suất tải hàng ngày “Chỉ kê một số ngày điển hình cao điểm của năm 2015” như sau:

Máy biến áp T1 có công suất cực đại cung cấp cho phụ tải khoảng Pmax1VMW với hệ số công suất cosφ = 0,9, cho thấy nó thường xuyên hoạt động ở mức đầy tải.

* Hệ thống thiết bị đóng cắt và bảo vệ phía 110kV sử dụng thiết bị cụ thể. + Máy cắt 110kV cách điện khí SF6, Uđm5kV, Iđm150A,

+ Dao cách ly 110kV: Uđm3kV; Iđm50A.

Tỷ số biến điện áp: 400-600-800/1/1/1 Cấp chính xác CL0,5 và 5P20

+ Chống sét bảo vệ: LA-110kV, trung tính MBA sử dụng chống sét LA-72.

- Phía 35kV: Hiện tại phía 35kV khai thác tải thanh cái C31 sau máy biến áp T1 gồm 09 tủ ZS3.2 của ABB được đặt trong nhà:

Cáp lộ tổng sử dụng 06 sợi cáp 38.5kV Cu/XLPE/PVC 1x300mm2. Chống sét đầu cực MBA sử dụng chống sét van 35kV.

- Phía 22kV: Hiện tại chưa khai thác tải.

Trung tính 22kV nối đất trực tiếp.

2.1.2 Thiết bị điều khiển và bảo vệ

Trạm hiện tại được quản lý thông qua các tủ điều khiển mô-đun, sử dụng rơ le kỹ thuật số để giao tiếp hiệu quả với hệ thống SCADA.

Hệ thống tủ điều khiển, bảo vệ được lắp đặt trong nhà điều khiển gồm:

01 tủ CP1 điều khiển ngăn MBA T1, ngăn mạch cầu và ngăn đường dây 171;

01 tủ CP2 điều khiển ngăn máy biến áp T2,ngăn đường dây 172;

01 tủ AVR1 điều khiển xa MBA T1;

01 tủ PP1 bảo vệ MBA T1;

01 tủ PP2 bảo vệ 02 ngăn đường dây 171 và 172 và ngăn mạch cầu 110kV.

Hiện tại, trạm có hai hệ thống tự dùng xoay chiều và một chiều để phục vụ cho điều khiển, bảo vệ và quản lý vận hành.

Hệ thống điện tự dùng gồm 2 MBA tự dùng MBA 100kVA-35/0,4kV và nguồn điện từ lưới điện địa phương.

- 01 tủ tự dùng xoay chiều AC 380V/220V-200A.

- Hệ thống tự dùng một chiều sử dụng hệ thống ắc quy axít chì kiểu kín dung lượng 120Ah, 220VDC đặt trong phòng acquy.

Thiết bị nạp acquy bao gồm hai tủ chỉnh lưu, được trang bị các thiết bị đo dòng điện và chỉ thị tình trạng nạp cũng như sự cố chạm đất một chiều Hệ thống này hoạt động với chế độ nạp liên tục, tự động điều chỉnh điện áp và dòng nạp để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

2.1.4 Mặt bằng bố trí thiết bị

Mặt bằng bố trí thiết bị trạm được chia thành 2 phần: Ngoài trời và trong nhà.

+ Sân phân phối 110kV: máy biến áp 110kV, các thiết bị đóng cắt, đo lường, bảo vệ, chống sét phía 110kV;

Trong phần nội thất, bao gồm các tủ phân phối 35kV và 22kV, hệ thống tủ tự dùng AC và DC, tủ nạp/phụ nạp, cùng với hệ thống tủ điều khiển, bảo vệ và tủ RTU, cũng như hệ thống acquy.

2.1.5 Hệ thống nối đất, chống sét và chiếu sáng

* Bảo vệ chống sét đánh thẳng.

Bảo vệ chống sét đánh thẳng vào các thiết bị điện ngoài trời, toàn trạm bố trí 3 kim thu sét, lắp trên đỉnh 2 cột cổng và cột néo cuối.

Để bảo vệ trạm khỏi quá điện áp truyền từ các đường dây trên không, cần lắp đặt dây chống sét trên đường dây 110kV Tại trạm, các thiết bị chống sét van với điện áp phóng định mức tương ứng được bố trí ở các phía 110kV, 35kV và trung tính 110kV của máy biến áp 110kV.

Toàn trạm có một hệ thống lưới nối đất chung Dây nối đất thiết bị dùng thép tròn Ф14.

Toàn bộ vỏ và giá đỡ thiết bị đều được nối đất với hệ thống nối đất chung.

Hệ thống tiếp đất của trạm phải duy trì điện trở nối đất không vượt quá 0,5Ω trong suốt cả năm, đảm bảo luôn tuân thủ quy định với trị số này thấp hơn 0,5Ω.

* Chiếu sáng trong trạm biến áp.

Chiếu sáng trong nhà bao gồm hai loại chính: chiếu sáng làm việc và chiếu sáng sự cố Chiếu sáng làm việc được lắp đặt ở tất cả các phòng trong nhà, giúp phân phối ánh sáng hiệu quả và được cấp điện thông qua hệ thống điện xoay chiều 220V.

Chiếu sáng sự cố được lắp đặt tại các phòng ắc quy, phòng điều khiển và phòng phân phối, với nguồn điện được cung cấp từ hệ thống điện tự dùng một chiều 220V.

- Chiếu sáng ngoài trời: Hiện tại, hệ thống chiếu sáng ngoài trời được cấp điện từ hệ thống điện tự dùng xoay chiều.

Toàn bộ sân phân phối phía 110kV ngăn MBA T1, T2 được rải đá dăm 2x4 trực tiếp trên nền đất san nền của trạm.

Đường trong trạm có chiều rộng 4m và 3,5m, được xây dựng bằng bê tông M300 với đá 2x4 mm dày 200mm Hai bên mép đường được bó vỉa bằng các vỉa bê tông đúc sẵn, đảm bảo hành lang an toàn cho việc vận chuyển thiết bị điện và thuận tiện cho xe chữa cháy ra vào.

Móng máy biến áp T1 hiện trạng loại móng cốc có đài móng bằng bê tông cốt thép kích thước phần dưới là: 7,8x5,4x0,3m, kích thước phần trên là 5,8x3, 2x0,45m.

Móng MBA bố trí hố thu dầu sự cố, tường bao hố thu dầu có kích thước 8x10m, phía trên rải đá dăm chống cháy 4x6.

Dầu từ hố thu dầu được dẫn đến bể chứa dầu sự cố qua đường ống gang D200 Đường ống này được lắp đặt ngầm và có độ dốc 1% hướng về phía bể dầu sự cố chung.

- Dàn pooctích: Hệ thống cột, xà pooctích 110kV toàn trạm bằng thép hình mạ kẽm nhúng nóng.

- Trụ đỡ thiết bị: Trụ đỡ, giá đỡ thiết bị phần 110kV bằng thép hình mạ kẽm nhúng nóng.

- Móng cột, móng trụ: Bằng bê tông cốt thép.

+ Hệ thống mương cáp nhất thứ đã được xây dựng đầy đủ cho các hệ thống cáp ngầm 35kV, 22kV đấu nối sau MBA T1.

- Hệ thống mương cáp nhị thứ đã được xây dựng từ nhà điều khiển đến các thiết bị của các ngăn MBA T1 và 02 ngăn đường dây 110kVngoài trời.

- Nhà điều khiển phân phối có kích thước 26,6x15m trong đó:

+ Phòng phân phối 35-22kV có kích thước 18x9m thông sang phòng điều khiển có kích thước 8,6x13m Ngoài ra còn 2 phòng làm việc, 01 phòng ắc qui, 01 phòng kho và 1 phòng WC.

Nhà được xây dựng với kết cấu khung bê tông cốt thép, bao che bằng gạch chỉ M75 và vữa XM M75, sử dụng móng dưới hàng cột Mái nhà bao gồm hai lớp: lớp trần và sườn toàn khối bằng bê tông M200, lớp trên được lợp ngói chống nóng Nền nhà được lát gạch Granit kích thước 300x300, và tấm đan mương cáp bằng bê tông cốt thép có khung thép xung quanh.

Nhà điều khiển được thiết kế với các vị trí dự phòng và khoảng trống để lắp đặt thiết bị mới, đồng thời đảm bảo hành lang vận hành thông thoáng.

- Nhà vận hành nghỉ ca: được thiết kế với 03 phòng nghỉ ca

- Hệ thống sân, cổng, hàng rào, cấp thoát nước của trạm đã được xây dựng hoàn thiện.

Hệ thống phòng cháy chữa cháy tại trạm hiện đang sử dụng:

+ Hệ thống chữa cháy bằng nước;

+ Hệ thống chữa cháy cho các thiết bị điện bằng các bằng các bình khí chứa CO2;

+ Hệ thống chữa cháy dầu dùng các bình bọt hóa học;

+ Hệ thống chữa cháy máy biến áp chính hệ thống chữa cháy bằng nước và bể cát cứu hỏa.

Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng công trình

Dựa trên tình hình hiện tại, trạm biến áp 110kV Phúc Điền đang hoạt động ở mức tải tối đa Với mức tăng trưởng trung bình khoảng 10-12% mỗi năm, dự kiến trạm sẽ bị quá tải vào năm 2017.

Trạm biến áp 110kV Phúc Điền kết nối với các trạm như Đông Niên, Nghĩa An và Ngọc Sơn Để đảm bảo có đủ công suất dự phòng trong những tình huống cần hỗ trợ, việc nâng công suất cho trạm biến áp 110kV Phúc Điền là rất cần thiết.

Theo kế hoạch phát triển phụ tải, vào năm 2017, Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Dương sẽ chuyển đổi hai đường dây 35kV hiện tại sang cấp điện áp 22kV.

Việc nâng công suất trạm biến áp 110kV Phúc Điền từ 1x63MVA là rất cần thiết để đáp ứng định hướng phát triển phụ tải 22kV và sự tăng trưởng của phụ tải khu vực trong thời gian tới.

Từ năm 2017 đến 2020, trạm biến áp 110kV Phúc Điền đã được xây dựng theo quy hoạch lưới điện tỉnh Hải Dương, góp phần quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các phụ tải trong dài hạn.

Hình 2.1: Mặt bằng bố trí thiết bị hiện trạng

Hình 2.2: Sơ đồ một sợi hiện trạng

Hình 2.3: Sơ đồ phương thức bảo vệ hiện trạng

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA…………………… CÁC THIẾT BỊ VẬT LIỆU PHẦN ĐIỆN

Chọn máy biến áp

- Vị trí lắp đặt máy biến áp

Trong quá trình lắp đặt trạm biến áp 110/35/22 kV Phúc Điền, đã được tính toán để dự phòng lắp đặt thêm máy biến áp nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải trong tương lai Do đó, vị trí lắp đặt máy biến áp bổ sung đã được xác định và thể hiện trong hình 2.1.

Có công suất tính toán cực đại của trạm năm 2015 là: max max

Trạm hiện có công suất 63MVA, dẫn đến máy biến áp hoạt động liên tục ở mức tải tối đa Dự báo, sự phát triển phụ tải sẽ tăng trưởng từ 10-12% mỗi năm.

Chúng tôi quyết định lắp đặt thêm một máy biến áp có cùng thông số kỹ thuật với máy biến áp hiện tại để vận hành song song, nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Việc này đảm bảo rằng khi một máy biến áp gặp sự cố, máy biến áp còn lại vẫn có thể cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải loại I và II Máy biến áp mới sẽ có thông số kỹ thuật giống như máy biến áp hiện tại.

+ Công suất máy biến áp : SđmBA 63MVA

+ Điện cao áp : Uđm.C 115kV

+ Điện áp trung : Uđm.T 38,5kV

+ Điện áp hạ : Uđm.H 24kV

+ Điện áp ngắn mạch % của cuộn C – T Uk C - T 10,4%

+ Điện áp ngắn mạch % của cuộn C – H Uk C – H18,2%

+ Điện áp ngắn mạch % của cuộn T – H Uk T – H6,8%

3.1.1 Sơ đồ nối điện trạm biến áp

Trạm biến áp là điểm tiếp nhận điện năng từ hệ thống, cung cấp điện cho khu công nghiệp và các trạm tiêu thụ Do đó, sơ đồ nối dây của trạm ảnh hưởng lớn đến an toàn và liên tục cung cấp điện cho phụ tải Vì vậy, sơ đồ nối dây cần đáp ứng các điều kiện an toàn và hiệu quả trong việc cung cấp điện cho khu vực.

Đảm bảo cung cấp điện liên tục theo nhu cầu của phụ tải trong các chế độ làm việc bình thường, trong quá trình sửa chữa và sau sự cố, bất kể có hay không nguồn dự phòng khác.

+ Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện cho vận hành và xử lý sự cố.

+ An toàn lúc vận hành và lúc sửa chữa

Để đảm bảo phát triển trạm điện hiệu quả, cần chú ý đến yêu cầu phát triển theo từng giai đoạn Việc thực hiện phát triển trạm cần đơn giản, không yêu cầu khối lượng công việc lớn và ít thiết bị bổ sung Quan trọng nhất là quá trình này không làm gián đoạn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.

Để lựa chọn sơ đồ nối dây hợp lý, cần đảm bảo tính hợp lý về mặt kinh tế đồng thời đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật Tuy nhiên, việc cùng lúc thỏa mãn tất cả các yêu cầu này trong thực tế là rất khó khăn, do đó cần thực hiện một so sánh toàn diện.

Tính toán ngắn mạch

3.2.1 Nguyên nhân, hậu quả và mục đích của tính toán ngắn mạch

Ngắn mạch trong hệ thống điện xảy ra khi các dây dẫn pha chập nhau, chập đất hoặc chập dây trung tính Hiện tượng này làm giảm tổng trở của hệ thống, tương tự như khi mạch điện bị ngắn lại, dẫn đến sự gia tăng đáng kể của dòng điện, được gọi là dòng điện ngắn mạch.

Khi xảy ra sự biến thiên về dòng điện, điện áp trong mạng điện cũng sẽ giảm Mức độ giảm điện áp phụ thuộc vào vị trí của điểm ngắn mạch so với nguồn cung cấp Thời gian điện áp giảm được xác định bởi thời gian tác động của rơle bảo vệ và máy cắt điện gần nhất với điểm ngắn mạch.

- Ngắn mạch ba pha, tức là 3 pha chập nhau, ký hiệu là N (3) ;

- Ngắn mạch hai pha, tức là 2 pha chập nhau, ký hiệu là N (2) ;

- Ngắn mạch một pha, tức là 1 pha chạm đất hoặc chập dây trung tính, ký hiệu là N (1) ;

- Ngắn mạch hai pha nối đất, tức là 2 pha chập nhau đồng thời chập đất, ký hiệu là N (1.1)

Nguyên nhân chính của hiện tượng ngắn mạch chủ yếu là do hư hỏng cách điện, có thể do quá trình làm việc lâu dài dẫn đến sự già cỗi, tác động cơ khí gây vỡ nát, hoặc nhiệt độ cao làm phá hủy môi chất Ngoài ra, sự xuất hiện của điện trường mạnh có thể gây phóng điện chọc thủng vỏ bọc Các tác động cơ khí như gãy cây, đổ cột, hoặc dây dãn chập nhau cũng góp phần gây ra ngắn mạch Đặc biệt, hiện tượng sét đánh gây phóng điện giữa các dây dẫn là một nguyên nhân đáng kể Cuối cùng, thao tác nhầm cũng có thể dẫn đến ngắn mạch.

Ngắn mạch là một sự cố nguy hiểm, vì khi xảy ra, dòng điện sẽ tăng đột ngột và lớn, chạy qua các phần tử của hệ thống điện, dẫn đến nhiều hư hỏng nghiêm trọng.

- Phát nóng cục bộ rất nhanh, nhiệt độ rất cao, gây cháy nổ;

- Sinh ra lực cơ khí lớn giữa các phần tử của thiết bị điện, làm biến dạng hoặc gẫy vỡ các bộ phận;

- Gây sụt áp lưới điện làm động cơ ngừng quay, làm ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy móc thiết bị;

Mất ổn định hệ thống điện xảy ra khi các máy phát không đồng bộ do sự mất cân bằng công suất, dẫn đến việc chúng quay với vận tốc khác nhau.

- Tạo ra các thành phần dòng điện không đối xứng gây nhiễu các đường dây thông tin ở gần;

- Nhiều phần của mạng điện bị cắt ra để loại trừ điểm ngắn mạch, làm gián đoạn cung cấp điện.

Tính toán ngắn mạch nhằm mục đích:

- Lựa chọn các trang thiết bị phù hợp, chịu được dòng điện trong thời gian xảy ra ngắn mạch;

- Tính toán hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ rơle, tự động cắt các phần tử bị sự cố ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện;

- Lựa chọn sơ đồ thích hợp để làm giảm dòng điện ngắn mạch;

- Lựa chọn thiết bị để hạn chế dòng điện ngắn mạch (như kháng điện);

Nghiên cứu các hiện tượng trong chế độ hệ thống bao gồm quá trình quá độ điện cơ, quá trình quá độ điện từ, hiện tượng cộng hưởng và quá điện áp Những hiện tượng này đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ sự vận hành và ổn định của hệ thống điện Việc phân tích các quá trình này giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị điện.

3.2.2 Tính toán ngắn mạch cho trạm biến áp

Ngắn mạch là sự cố nghiêm trọng trong hệ thống cung cấp điện, với các dạng phổ biến như ngắn mạch ba pha, hai pha và một pha chạm đất, trong đó ngắn mạch ba pha là nghiêm trọng nhất Để lựa chọn thiết bị điện, người ta thường căn cứ vào dòng ba pha Đối tượng bảo vệ chính là trạm biến áp 110kV, bao gồm 2 máy biến áp ba cuộn dây giống nhau với các thông số chính tương tự nhau.

+ Công suất máy biến áp : SđmBA 63MVA

+ Điện cao áp : Uđm.C 115kV

+ Điện áp trung : Uđm.T 38,5kV

+ Điện áp hạ : Uđm.H 24kV

+ Điện áp ngắn mạch % của cuộn C – T Uk C - T 10,4%

+ Điện áp ngắn mạch % của cuộn C – H Uk C – H18,2%

+ Điện áp ngắn mạch % của cuộn T – H Uk T – H6,8%

Để hỗ trợ việc tính toán các thông số bảo vệ máy biến áp, cần xác định điện kháng của các phần tử trong hệ đơn vị tương đối Hình 3.2 minh họa sơ đồ tính toán ngắn mạch, giúp người dùng dễ dàng thực hiện các phép tính cần thiết.

+ Nguồn sức điện động đẳng trị của hệ thống E HT = 1

+ Điện áp cơ bản Ucb = 115kV

+ Công suất cơ bản Scb = 63MVA

Ta có dòng điện cơ bản:

 Điện kháng của hệ thống điện

Theo số liệu cung cấp từ hệ thống ta có công suất ngắn mạch của hệ thống tại điểm đấu nối nhánh rẽ vào trạm là SN = 1563 MVA

+ Điện kháng thứ tự thuận và nghịch

 S   + Ta có điện áp ngắn mạch của các cuộn dây:

+ Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp trong hệ đơn vị tương đối định mức được xác định như sau:

+ Điện kháng Đường dây D Đường dây D sử dụng loại dây AC-300 có chiều dài l=0,6km

Tra bảng ta có: r0 = 0,108 Ω/km x0 = 0,379 Ω/km

+ Điện kháng thứ tự thuận và nghịch:

      c Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại N1:

Hình 3.3: Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch N1 Điện dẫn tổng thứ tự thuận và thứ tự nghịch tới điểm ngắn mạch là:

+ Dòng điện ngắn mạch chạy qua:

Dòng ngắn mạch thực tế tại điểm ngắn mạch N1 là

IN1 = Icb.I*N1 = 0,316 x 46,8= 14,8 kA d Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại N2

Hình 3.4: Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch N2 Điện kháng tổng tới điểm ngắn mạch N2:

Trị số tương đối của dòng điện ngắn mạch:

Dòng điện ngắn mạch thực tế tại điểm N2

 U     kA e Sơ đồ tính toán ngắn mạch tại N 3

Hình 3.5: Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch N3

+Tổng trở thứ tự thuận và thứ tự nghịch tới điểm ngắn mạch:

Trị số tương đối của dòng ngắn mạch:

Dòng ngắn mạch thực tế:

Kết quả tính ngắn mạch 3 pha trên thanh cái thể hiện trong bảng kết quả sau:

Bảng 3.1: Bảng tính toán ngắn mạch 3 pha

STT Nơi xảy ra ngắn mạch Dòng điện ngắn mạch (kA)

3.3 Tính toán các dòng điện làm việc cưỡng bức và dòng điện xung kích a Phía 110kV

- Dòng điện làm việc bình thường (Ilvbt)

- Dòng điện làm việc cưỡng bức (Ilvcb) là:

Trong đó ksc = 1,4 là hệ số sự cố

- Dòng điện xung kích ixk = kxk IN = 1,8 14,8 = 37,67kA Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích dòng điện ngắn mạch b Phía 35kV

- Dòng điện làm việc cưỡng bức(Ilvcb)

- Dòng điện xung kích ixk = kxk IN = 1,8 11,56 = 29,42 kA Trong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích dòng điện ngắn mạch c Phía 22kV

- Dòng điện làm việc cưỡng bức (Ilvcb)

- Dòng điện xung kích ixk = kxk IN = 1,8 13,48 = 47,86 kATrong đó kxk = 1,8 là hệ số xung kích dòng điện ngắn mạch

Tính toán xung lượng nhiệt khi xảy ra ngắn mạch (B N )

Tính toán xung lượng nhiệt.

BCK : thành phần xung lượng nhiệt chu kì

BKCK : thành phần xung lượng nhiệt không chu kì.

BCK = I 2 t ; với t = 0,07s là thời gian cắt tổng cộng của máy cắt.

; với T a = 0,05s là hằng số thời gian. a Phía 110KV

Bảng 3.2: Kết quả tính toán các dòng điện, xung lượng nhiệt khi có ngắn mạch

1 Phía ngăn lộ máy biến áp 110kV 462.92 330,7 14,8 37,67 25,62

Lựa chọn thiết bị

Dựa trên kết quả tính toán, các điều kiện lựa chọn thiết bị đóng cắt đã được xác định Qua việc tham khảo các thông số của thiết bị hiện có tại các trạm điện ở Việt Nam, tiến hành kiểm tra và lựa chọn thiết bị đóng cắt phù hợp cho máy biến áp thứ hai của trạm 110/35/22 kV Phúc Điền.

3.5.1 Lựa chọn máy cắt điện

1 Điều kiện chọn máy cắt

- Điện áp định mức UđmMC U mạngđiện

- Dòng điện định mức IđmMC I lvcb

- Điều kiện cắt Icđm I ctt

- Điều kiện ổn định động Iodd I xk

- Điều kiện ổn định nhiệt I 2 nh.Tnh B N

Nếu IđmMC 1000A thì không cần phải kiểm tra ổn định nhiệt

2 Chọn máy cắt các cấp điện áp a Chọn máy cắt 110kV

Dựa vào các điều kiện chọn máy cắt, chọn máy cắt có thông số kỹ thuật:

Bảng 3.3: Thống số máy cắt phía 110kV

Hãng và nước sản xuất Uđm (kV) IđmMC (A) Icđm (kA) Iodd(kA) khí SF6, 3 pha ngoài trời

+ Kiểm tra điều kiện cắt

Ictt < Icđm = 31,5kA thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra dòng điện định mức

Ilvcb = 462.92 < IdmMC = 1250A thoả mãn điều kiện + Kiểm tra điều kiện ổn định động

Iodd = 63 kA > Ixk = 37,67 kA + Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt

Do máy cắt đã chọn có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không phải kiểm tra ổn định nhiệt.

Vậy máy cắt đã chọn đảm bảo điều kiện vận hành b Máy cắt 35kV

Bảng 3.4: Thống số máy cắt phía 35kV

Hãng và nước sản xuất Uđm (kV) Iđm (A) Icđm (kA) Iodd(kA)

Khí SF6 hoặc chân không 3 pha, trong nhà

Ictt < Icđm thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra dòng điện định mức

Ilvcb = 1039,2 < IdmMC = 1250A thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra điều kiện ổn định động

Iodd = 63kA > IXK = 29,42 kA c Máy cắt 22kV

Bảng 3.5: Thống số máy cắt phía 22Kv

Hãng và nước sản xuất

Uđm (kV) Iđm (A) Icđm (kA) Iodd(kA)

Khí SF6 hoặc chân không 3 pha, trong

Ictt < Icđm thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra dòng điện định mức

Ilvcb = 1653,3 < IdmMC = 2000A thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra điều kiện ổn định động

1 Điều kiện chọn dao cách ly

- Loại máy dao cách ly

- Điện áp định mức UđmCL U mạngđiện

- Dòng điện định mức IđmCL I lvcb

- Điều kiện ổn định động Iodd I xk

- Điều kiện ổn định nhiệt I 2 nh.Tnh B N

Nếu IđmMC1000A thì không cần phải kiểm tra ổn định nhiệt.

2 Chọn dao cách ly 110kV

Dựa vào các điều kiện chọn dao cách ly, chọn dao cách ly có thông số kỹ thuật:

Bảng 3.6: Thống số dao cách ly phía 110kV

Hãng và nước sản xuất

Uđm (kV) Iđm (A) Iodd(kA)

3pha mở giữa, ngoài trời

+ Kiểm tra dòng điện định mức

Ilvcb = 661,3 < IdmCL= 1250A thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra điều kiện ổn định động

Iodd = 63 kA> ixk = 37,67kA + Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt

Do dao cách ly có dòng điện định mức lớn hơn 1000A nên không phải kiểm tra ổn định nhiệt.

Các đường dây trên không cần được bảo vệ chống sét, nhưng các thiết bị điện kết nối với chúng vẫn phải chịu ảnh hưởng của sóng sét Biên độ quá điện áp khí quyển có thể vượt quá điện áp cách điện của thiết bị, gây ra hiện tượng chọc thủng cách điện và làm hỏng thiết bị Để bảo vệ các thiết bị trong trạm biến áp khỏi sóng quá điện áp, cần lắp đặt các thiết bị chống sét Những thiết bị này giúp giảm biên độ sóng quá điện áp xuống mức an toàn cho cách điện của máy biến áp và các thiết bị khác trong trạm.

Thiết bị chống sét chủ yếu cho trạm biến áp là chống sét van (CSV).

Chống sét van (CSV) bao gồm hai thành phần chính: khe hở phóng điện và điện trở làm việc Khe hở phóng điện có chức năng cách ly các phần tử mang điện với đất trong điều kiện làm việc bình thường, và khi có sóng quá điện áp, nó sẽ phóng điện và dẫn truyền xuống đất Trong khi đó, điện trở làm việc là điện trở phi tuyến, giúp hạn chế dòng điện ngắn mạch qua chống sét van khi sóng quá điện áp làm chọc thủng các khe hở phóng điện, với dòng điện này được duy trì bởi điện áp định mức của mạng điện.

Hình 3.6: Nguyên lý cấu tạo của CSV

Cần phải hạn chế dòng điện kế tục để dập tắt hồ quang trong khe hở phóng điện sâu khi chống sét van làm việc.

Tăng điện trở làm việc sẽ làm giảm dòng kế tục, nhưng khi có sóng quá điện áp tác động lên chống sét van, dòng xung kích có thể đạt hàng ngàn ampe, tạo ra điện áp dư trên điện trở Để bảo vệ cách điện, cần giảm điện áp dư bằng cách giảm điện trở làm việc, dẫn đến yêu cầu mâu thuẫn: cần điện trở lớn để giảm dòng kế tục nhưng cũng cần điện trở nhỏ để giảm điện áp dư Để hỗ trợ giảm mức độ làm việc của chống sét van, thường lắp thêm chống sét ống và khe hở phóng điện trên đường dây Tại trạm biến áp, chống sét van thường được đặt ở phía cao áp để bảo vệ trạm, với các vị trí đấu nối như trước cầu dao, sau cầu dao, hoặc trước cầu dao kèm cầu dao phụ.

Hình 3.7: Các vị trí lắp đặt chống sét van

Đặt chống sét van trước dao cách ly mang lại lợi ích là cầu dao không bị ảnh hưởng bởi dòng điện sét Tuy nhiên, khi cần kiểm tra, sửa chữa hoặc thay thế chống sét van, việc này yêu cầu phải cắt đứt đường dây cung cấp.

Đặt chống sét van sau dao cách ly giúp khắc phục nhược điểm, tuy nhiên, dao cách ly sẽ phải chịu dòng điện sét, điều này có thể làm giảm tuổi thọ của thiết bị.

Để khắc phục nhược điểm của các phương án trước, nên đặt chống sét van trước dao cách ly và sử dụng dao cách ly phụ Điều kiện lựa chọn chống sét van là điện áp định mức của chống sét van phải lớn hơn hoặc bằng điện áp định mức của mạng điện, đặc biệt là ở phía 110kV.

Chọn dùng chống sét van do Simens chế tạo có thông số ghi trong bảng sau:

Bảng 3.7: Thống số chống sét van phía 110kV

Loại Vật liệu Uđm (kV) Iphóngđm (kA) Vật liệu vỏ

3EP1 Oxit kim loại 170 40 Sứ b Phía 35kV.

3EP1 Oxit kim loại 36 10 Nhựa c Phía 22kV.

3EP1 Oxit kim loại 24 10 Nhựa

3.5.4 Chọn máy biến dòng điện

1 Điều kiện chọn biến dòng điện

- Loại biến dòng điện : 1 pha, ngoài trời hoặc trong nhà

- Điện áp định mức : UđmBI ≥ Uđm

- Dòng điện định mức : IđmBI ≥ Ilvcb / 1,2

- Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch

- Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

+ UđmBI là điện áp định mức của biến dòng điện;

+ IđmBI là dòng điệ định mức sơ cấp của biến dòng điện;

+ kđ là bội số ổn định của biến dòng;

+ là dòng điện định mức sự cố của biến dòng;

+ là bội số ổn định nhiệt định mức tương ứng với thời gian ổn định nhiệt

2 Chọn biến dòng các cấp điện áp a Phía 110kV

- Loại biến dòng điện 1 pha, ngoài trời

- Điện áp định mức UđmBI = 123 kV

- Điện áp cao nhất của hệ thống UđmBI = 145 kV

- Điện áp chịu đựng tần số công nghiệp UđmBI = 230 kV

- Điện áp thử xung sét UđmBI = 550 kV

- Dòng điện định mức sơ cấp IđmBI1 = 800 A

- Dòng điện định mức thứ cấp IđmBI1 = 1 A

- Công suất định mức SđmBI = 30 VA

- Dòng điện ngắn mạch định mức 25 kA/3s

- Dòng điện lớn nhất BI chịu được 62,5 kA/1s

- Khoảng cách phóng điện 1375mm

- Chiều dài nhỏ nhất 3625mm

* Kiểm tra điều kiên vận hành của biến dòng:

UđmBI = 123kV > Uđm = 110kV + Dòng điện định mức

IđmBI = 800 A > Ilvcb = 462,92 A thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch

Với kđ = 90 tra phụ lục VIII sách TKNMĐ – TBA – Nguyễn Hữu Khái.

Vậy điều kiện ổn định động khi ngắn mạch thỏa mãn.

+ Kiểm ra điều kiện ổn định nhiệt:

Do IđmBI1 > 1000A nên không cần kiểm tra điện kiện ổn định nhiệt b Phía 35kV

- Loại biến dòng điện 1 pha, trong nhà

- Điện áp định mức UđmBI = 38,5 kV

- Điện áp cao nhất của hệ thống UđmBI = 40,5 kV

- Dòng điện định mức sơ cấp IđmBI1 = 600 – 1200A

- Công suất định mức SđmBI = 30VA

*Kiểm tra điều kiện vận hành của biến dòng

UđmBI = 38,5 kV > Uđm = 35 kV thỏa mãn điều điện + Dòng điện định mức:

IđmBI = 1200 A > Ilvcb = 944,8 thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch

Với kđ = 90 tra phụ lục VIII sách TKNMĐ – TBA – Nguyễn Hữu Khái. Vậy điều kiện ổn định động khi ngắn mạch thỏa mãn.

Do IđmBI1 > 1000A nên không cần kiểm tra điện kiện ổn định nhiệt c Phía 22kV

- Loại biến dòng điện 1 pha, trong nhà

- Điện áp định mức UđmBI = 25,5 kV

- Điện áp cao nhất của hệ thống UđmBI = 30,5 kV

- Dòng điện định mức sơ cấp IđmBI1 = 1600 – 2000A

- Công suất định mức SđmBI = 30 VA

- Dòng điện ngắn mạch định mức 25 kA/3s

* Kiểm tra điều kiện vận hành

UđmBI = 25,5 kV > Uđm = 22kV thỏa mãn điều kiện + Dòng điện định mức

IđmBI = 2000 A > Ilvcb = 1581,4 A thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch

Với kđ = 60 tra phụ lục VIII sách TKNMĐ – TBA – Nguyễn Hữu Khái. Vậy điều kiện ổn định động khi ngắn mạch thỏa mãn.

Do IđmBI1 > 1000A nên không cần kiểm tra điện kiện ổn định nhiệt.

3.5.5 Tính toán và chọn lựa rơle

1 Bảo vệ đường dây phía 110kV a Bảo vệ quá dòng cho đường dây

Chúng tôi đã chọn biến dòng với Iđm.BI1 = 800, tương ứng với hệ số biến dòng ni = 800/1 Dự kiến, máy biến dòng được lựa chọn theo sơ đồ sao thiếu, do đó cần xác định hệ số sơ đồ ksđ.

= 1, hệ số tin cậy ktc = 1,2 Do rơ le chọn là rơle số nên hệ số trở về là ktv = 1.

Dòng điện khởi động của bảo vệ: d

Dòng điện khởi động của rơle:

1.800 tc kd R sd lv M tv i

Chọn rơle 7SJ62 với dòng đặt rơle Iđ.R = 1,1 A

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:

 k   Độ nhạy của bảo vệ:

N N nh kd BV kd BV

Ta thấy knh.BV = 14,5 > 1,2 Vậy bảo vệ được đáp ứng.

+ Xác định thời gian tác động của bảo vệ:

- Bội số dòng ngắn mạch tại điểm N1 của bảo vệ:

- Thời gian đặt của bảo vệ là: tđ = 0,1s

- Coi đặc tính thời gian của rơle có độ dốc chuẩn, thời gian tác động của bảo vệ là:

  b Bảo vệ cắt nhanh cho khối đường dây

Dòng điện khởi động của rơle bảo vệ cắt nhanh được xác định:

800 tc kd CN R sd Nm i

Chọn rơle 7SJ511 có dòng đặt là Iđ.R = 23 A

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh:

 k   Độ nhạy của bảo vệ

Bảo vệ cắt nhanh chỉ đảm bảo được một phần của bảo vệ đường dây nên nó chỉ có thể làm bảo vệ dự phòng.

Chúng tôi chọn biến dòng với Iđm.BI1 = 1200, tương ứng với hệ số biến dòng ni = 1200/1 Dự kiến máy biến dòng sẽ được chọn theo sơ đồ sao thiếu, do đó hệ số sơ đồ ksđ = 1 và hệ số tin cậy ktc = 1,2 Vì rơ le được chọn là rơ le số, nên hệ số trở về ktv là 1.

N N nh kd BV kd BV

Ta thấy knh.BV = 5,95 > 1,2 Vậy bảo vệ được đáp ứng.

Chúng tôi đã chọn biến dòng với Iđm.BI1 = 2000, tương ứng với hệ số biến dòng ni = 2000/1 Dự kiến máy biến dòng sẽ được lựa chọn theo sơ đồ sao thiếu, với hệ số sơ đồ ksđ = 1 và hệ số tin cậy ktc = 1,2 Do rơ le được sử dụng là rơ le số, nên hệ số trở về ktv là 1.

N N nh kd BV kd BV

Ta thấy knh.BV = 4,42> 1,2 Vậy bảo vệ được đáp ứng.

4 Bảo vệ dòng điện thứ tự không MBA a Tính giá trị cài đặt cho bảo vệ phía 110kV

- Dòng định mức của máy biến áp phía 110kV

- Giá trị khởi động bảo vệ

- Dòng khởi động của rơle

- Chọn dòng đặt của rơle 7UT51 là Iđ = 0,4 A

- Dòng khởi động thực tế của bảo vệ là

I  n I   A b Tính giá trị cài đặt cho bảo vệ phía 22kV

- Dòng định mức của máy biến áp phía 22kV

- Giá trị khởi động bảo vệ

- Chọn dòng đặt của rơle 7UT51 là Iđ = 1,7 A

- Dòng khởi động thực tế của bảo vệ là

5 Bảo vệ quá dòng máy biến áp Đối với máy biến áp ta sử dụng bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian 2 cấp Phía 110kV ta sử dụng biến dòng có ni = 400 Máy biến dòng mắc theo sơ đồ sao đủ nên hệ số sơ đồ ksd = 1, hệ số tin cậy của bảo vệ ktc = 1,2 Chọn rơ le bảo vệ là loại rơle số, hệ số trở về ktv = 1.

- Dòng điện định mức của máy biến áp

- Dòng điện làm việc lớn nhất là dòng điện làm việc khi sự cố 1 MBA max

- Dòng điện ngắn mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ:

I  I  kA a Tính toán bảo vệ dòng điện cực đại

- Dòng điện khởi động của bảo vệ

- Chọn rơle 7UT51 với dòng đặt rơle Iđ.R = 1,4 A

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ

- Độ nhạy của bảo vệ

N Nm nh kd BV kd BV

Vậy knh = 22,88 > 1,2 bảo vệ đáp ứng độ nhạy b Bảo vệ cắt nhanh cho MBA

Dòng khởi động bảo vệ cắt nhanh được chọn từ 1 trong 2 điều kiện sau:

- Lớn hơn dòng ngắn mạch ngoài: I N 3  13, 48 kA

- Dòng đột biến từ hóa của máy biến áp db db nBA

Trong đó kdb là hệ số đột biến từ hóa có giá trị từ 3 – 5 Chọn kdb = 5

Ta chọn dòng khởi động theo điều kiện dòng ngắn mạch ngoài có:

3 max 1, 2 13, 48.10 16176 kd CN at N ng

Chọn rơle 7UT51 với dòng đặt của rơle Id.R = 41 A

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh

 k    Độ nhạy của bảo vệ

N N nh kd BVCN kd BVCN

Bảo vệ cắt nhanh chỉ có thể đam bảo được một phần và nó chỉ đóng vai trò cho một bảo vệ dự phòng cho MBA.

3.5.6 Chọn dây dẫn và cáp lực

1 Chọn dây dẫn phía 110kV a Chọn tiết diện cáp ngầm

Có Ilvbt = 330,7 A Tiết diện kinh tế của cáp ngầm là:

Vậy ta chọn sợi cáp có tiết diện 200mm2 b Kiểm tra điều kiện phát nóng

- Kiểm tra phát nóng của cáp trong điều kiện làm việc bình thường

* Điều kiện I hc cp  I lvbt Trong đó là dòng điện cho phép lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ

Dòng điện cho phép của sợi cáp Cu/XLPE 1x(200)mm² là 650A, với hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh là k1 = 0,87 tại nhiệt độ t = 35°C Số hệ thống cáp song song trong giá cáp được ký hiệu là n.

Ta chọn với 1 sợi cáp thì n = 1 k2 = 1 là hệ số hiệu chỉnh theo cấu hình cáp đi trong mương cáp

Icphc 1 0,87.1.650 565,5A I  bt A Vậy ta chọn mỗi pha 1 sợi cáp 1x200mm2

- Kiểm tra phát nóng của cáp trong điều kiện làm việc sự cố

*Điều kiện k I qtc hccpI sc k I  sc cb

+ Trong đó là dòng điện cho phép lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ.

+ k qtc hệ số mang tải cho phép của cáp khi sự cố xác định theo hệ số mang tải của cáp lúc bình thường

Với k qtc 1,3 nếu kt ≤ 80% và k qtc 1 nếu kt >80%

Kqtc Icp hc  k qtc 525,9 ≥ k I sc cb

Icp = 650A dòng điện cho phép của sợi cáp Cu/XLPE 1x(400)mm 2 sc 1, 4 k  hệ số quá tải của MBA khi 01 MBA bị sự cố

Vậy: K I qtc cphc 1,3.565,5 735.15A> I k sc cb 1,4.330,7 462,98A

Việc lựa chọn cáp mỗi pha 1 sợi cáp 1x200mm² đảm bảo đáp ứng yêu cầu về khả năng phát nóng lâu dài trong điều kiện làm việc bình thường cũng như trong chế độ sự cố của máy biến áp (MBA) Đồng thời, cần thực hiện kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt để đảm bảo hiệu suất hoạt động an toàn và hiệu quả.

Trong đó: Fdd là tiết diện dây dẫn (mm 2 ) Đối với dây cáp lõi đồng C 1A 2 /s

2 Chọn cáp phía 35kV a Chọn tiết diện cáp ngầm

Có Ilvbt = 944.8 A Tiết diện kinh tế của cáp ngầm là:

- Kiểm tra phát nóng của cáp trong điều kiện làm việc bình thường

* Điều kiện I hc cp  I lvbt Trong đó là dòng điện cho phép lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ

Dòng điện cho phép của sợi cáp Cu/XLPE 1x(400)mm là Icp = 905A, với hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường k1 = 0,87 tại nhiệt độ t = 35 o C Số hệ thống cáp song song trong giá cáp được ký hiệu là n.

Ta chọn với 1 sợi cáp thì n = 1 k2 = 1 là hệ số hiệu chỉnh theo cấu hình cáp đi trong mương cáp

Vậy 1 sợi cáp không thỏa mãn điều kiện ta chọn 2 sợi cáp

Vậy ta chọn mỗi pha 02 sợi cáp 1x400mm2

- Kiểm tra phát nóng của cáp trong điều kiện làm việc sự cố

*Điều kiện k I qtc hccpI sc k I  sc cb + Trong đó là dòng điện cho phép lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ.

+ k qtc hệ số mang tải cho phép của cáp khi sự cố xác định theo hệ số mang tải của cáp lúc bình thường

Với k qtc 1,3 nếu kt ≤ 80% và k qtc 1 nếu kt >80%

Kqtc Icp hc  k qtc 1464,5 ≥ k I sc cb

Icp = 905A dòng điện cho phép của sợi cáp Cu/XLPE 1x(400)mm 2 sc 1, 4 k  hệ số quá tải của MBA khi 01 MBA bị sự cố

Việc lựa chọn cáp mỗi pha 2 sợi cáp 1x400mm² đảm bảo thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài trong điều kiện làm việc bình thường cũng như trong chế độ sự cố MBA Đồng thời, cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Trong đó: Fdd là tiết diện dây dẫn (mm 2 ) Đối với dây cáp lõi đồng C 1A 2 /s

Kết luận: Lựa chọn cáp ngầm 35kV mỗi pha 2 sợi cáp 38,5kV- Cu/PVC/XLPE/AWA/PVC-1x400mm 2 từ MBA T2 sang tủ lộ tổng 35kV

3 Chọn dây dẫn phía 22kV a Chọn tiết diện dây dẫn

Có I lvbt 1581,4A Tiết diện kinh tế của dây dẫn là:

NỐI ĐẤT, CHỐNG SÉT VÀ TỰ DÙNG

Nguồn điện tự dùng

4.1.1 Máy biến áp tự dung

Công suất nguồn tự dùng được xác định dựa trên các phụ tải cần thiết cho trạm, bao gồm động cơ đóng cắt, dao cắt ly, động cơ quạt gió, hệ thống điều hòa, thiết bị điều chỉnh điện áp, bơm và các thiết bị chiếu sáng.

Trạm hiện tại đang được bố trí lắp đặt 2 máy biến áp 35/0,4kV công suất mỗi máy là 100kVA.

4.1.2 Nguồn tự dùng xoay chiều 380/220V AC

Nguồn điện xoay chiều 380/220V được cung cấp từ MBA tự dùng, với phía 0,4kV của MBA được kết nối vào tủ điện xoay chiều 380/220V trong phòng điều khiển qua cáp lực 0,6/1kV – Cu/PVC – 4x95mm2.

Hệ thống điện xoay chiều được bảo vệ bởi các áp tô mát trong tủ xoay chiều Tủ điện được trang bị thiết bị tự động để đóng nguồn dự phòng, đảm bảo cung cấp điện an toàn và ổn định cho các phụ tải từ một trong hai máy biến áp tự dùng.

4.1.3 Nguồn điện tự dùng 1 chiều 220V DC

Các phụ tải sử dụng điện một chiều 220V được cấp nguồn từ tủ phân phối điện qua các áp tô mát Tủ điện một chiều nhận nguồn từ hai tủ chỉnh lưu, chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều, cùng với bộ ắc quy 220V một chiều Để đảm bảo an toàn, thanh cái điện một chiều cần có thiết bị tự động đóng dự phòng, giúp tự động chuyển đổi nguồn cấp điện Ắc quy của trạm có dung lượng 220V – 120Ah, phù hợp với công suất tiêu thụ của các phụ tải.

Chiếu sáng là yếu tố thiết yếu trong thiết kế trạm biến áp, ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành và bảo vệ trạm Việc xác định vị trí, công suất và số lượng đèn chiếu sáng có vai trò quan trọng trong việc nhanh chóng khắc phục sự cố vào ban đêm, đồng thời đảm bảo an toàn cho nhân viên làm việc tại trạm.

1.1 Hệ thống chiếu sáng trong nhà

Chiếu sáng trong nhà điều khiển và phân phối được thực hiện bằng hệ thống đèn nê-ông và đèn sợi đốt, sử dụng nguồn điện xoay chiều 380V/220V tự dùng.

Đèn sợi đốt được sử dụng để chiếu sáng sự cố và được cấp nguồn từ hệ thống điện tự dùng 1 chiều 220V DC Các thiết bị chiếu sáng này được lắp đặt tại phòng điều khiển, phòng phân phối và phòng ắc quy để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong các tình huống khẩn cấp.

Các phòng làm việc và phòng bảo vệ, nghỉ cả,… được chiếu sáng bằng các đèn huỳnh quang.

1.2 Hệ thống chiếu sáng ngoài trời

Chiếu sáng sân phân phối của trạm được thực hiện bởi các dàn đèn pha

Bốn bóng đèn có công suất 1000W mỗi bóng được lắp đặt trên cột chiếu sáng độc lập, cao 16m Hệ thống chiếu sáng được thiết kế với góc chiếu rộng, đảm bảo độ sáng phủ kín toàn bộ khu vực bên trong hàng rào trạm.

Chiếu sáng nội bộ máy biến áp được thực hiện bằng hai máy biến áp đèn pha, mỗi bóng có công suất 500W Các đèn pha này được treo trên cột chiếu sáng độc lập với độ cao 16m.

Trạm được chiếu sáng bằng đèn cầu 100W, lắp đặt trên các cột cao 3,4m Các cột đèn được bố trí sát tường rào và cách nhau khoảng 25 – 35m.

2 Hệ thống điều hòa và thông gió Để tạo ra một môi trường làm việc tốt cho người quản lí và vận hành cũng như đảm bảo yêu cầu về bảo vệ thiết bị trong phòng điều khiển và phân phối.

3 Hệ thống điều hòa không khí

Phòng phân phối có kích thước 14,4 x 8,2 x 3,8m và được trang bị 04 máy điều hòa với công suất 24000BTU để đảm bảo nhiệt độ ổn định, phù hợp với điều kiện khí hậu khu vực và yêu cầu nhiệt độ của phòng Việc lựa chọn thiết bị điều hòa cũng dựa trên kết cấu của vật liệu làm nhà nhằm tối ưu hóa hiệu quả làm mát.

+ Phòng điều khiển có kích thước là 12,4 x 8,6 x 3,8 Tương tự như trên ta cũng lắp đặt 04 máy điều hòa công suất là : 24000BTU.

Phòng làm việc có kích thước 3,6 x 4,2 x 3m sẽ được trang bị một máy điều hòa có công suất 12000BTU, phù hợp với nhu cầu sử dụng và kết cấu vật liệu của ngôi nhà.

Phòng có ắc quy thường xuyên đóng cửa, vì vậy để đảm bảo người quản lý có thể vận hành và kiểm tra định kỳ, một quạt hút với công suất 350m³/h đã được lắp đặt.

+Phòng vệ sinh được bố trí 02 quạt hút có công suất hút đạt lưu lượng350m 3 /h.

Chọn máy biến áp tự dùng

1 Phụ tải tự dùng trong trạm

Bảng 4.1: Công suất tự dùng của trạm

STT Tên phụ tải Công suất đặt (kW)

Cos Tg Kđt Công suất sử dụng

4 Cho điều hòa thông gió 30 0,85 0,62 0,8 24 38,7

9 Điều chỉnh điện áp MBA 2,5 0,87 0,8 1 0,25 0,31

2 Tính toán chọn công suất máy biến áp tự dùng

Nguồn tự dùng cần phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các thiết bị trong trạm biến áp Do đó, công suất của MBA tự dùng phải đạt giá trị STD - Stải TD Max Giả sử tại một thời điểm nào đó, tất cả các phụ tải tự dùng trong trạm biến áp đều được sử dụng.

+ Công suất tự dùng của trạm:

+ Do trạm có người trực thường xuyên lên công suất tự dùng yêu cầu là:

Hiện tại trạm đang sử dụng 2 máy biến áp tự dùng có thống số kĩ thuật là

Bảng 4.2: Thông số kĩ thuật của máy biến áp tự dùng

(kVA) Điện áp (kV) Tổn thất (W) UN

1 3 pha, 2 cuộn dây, ngoài trời

Dựa vào công suất tự dùng cần thiết của trạm, trạm biến áp yêu cầu dự phòng 100% công suất Do đó, cần lựa chọn 2 máy biến áp tự dùng để đảm bảo cung cấp điện dự phòng liên tục cho các thiết bị trong trạm.

Vậy 2 máy biến áp tự dụng hiện tại của trạm đáp ứng được nhu cầu sử dụng không cần phải lắp đặt thêm.

Bảo vệ chống sét

Để bảo vệ các thiết bị điện và công trình trong trạm biến áp khỏi sét đánh trực tiếp, cần sử dụng cột thu lôi Cột thu lôi bao gồm kim thu lôi bằng kim loại được đặt cao hơn vật cần bảo vệ, giúp thu sét hiệu quả Hệ thống này còn bao gồm dây dẫn sét xuống đất và các thiết bị nối đất, đảm bảo an toàn cho các thiết bị bên trong.

Hình 4.1: Phạm vị bảo vệ của một cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi là khu vực xung quanh cột thu lôi, nơi mà các vật thể được bảo vệ có khả năng bị sét đánh rất thấp Khu vực này có hình dạng như một hình nón cong tròn xoay, với tiết diện ngang là các hình tròn ở độ cao hx và bán kính rx Bán kính rx có thể được xác định bằng một công thức đơn giản.

Chiều cao của cột thu lôi (h) và chiều cao của đối tượng cần bảo vệ (hx) là hai yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu quả bảo vệ Hệ số p được áp dụng với p = 1 khi h ≤ 30m và p = 5,5/2 khi h > 30m Đối với các trạm biến áp lớn, cần lắp đặt nhiều cột thu lôi để đảm bảo toàn bộ khu vực được bảo vệ Khoảng cách a giữa hai cột thu lôi phải thỏa mãn điều kiện a/ha ≤ 7 để chúng có thể hỗ trợ lẫn nhau, trong đó ha = h - hx là chiều cao tác dụng của cột thu lôi Độ cao thấp nhất của phạm vi bảo vệ được xác định dựa trên các thông số này.

Hệ thống cột thu sét có thể được chia thành các nhóm 3 hoặc 4 cột, với phạm vi bảo vệ được xác định theo các công thức cụ thể Để đảm bảo an toàn cho vật có độ cao hx, cần kiểm tra đường kính D của vòng tròn ngoại tiếp tứ giác, nhằm đáp ứng các điều kiện bảo vệ cần thiết.

Để đảm bảo an toàn cho trạm biến áp 110kV trước nguy cơ sét đánh, chúng ta sử dụng ba kim thu sét dài 6m, được lắp đặt trên đỉnh cột cao 18m Trong đó, hai kim thu sét được gắn trên cột cổng trạm, cách nhau 28m, và một kim thu sét độc lập được bố trí cách đều hai cột cổng với khoảng cách 30m.

- Phạm vi bảo vệ của một kim thu sét ở độ cao 24m:

+ Chiều cao kim thu sét: h = hcột + hkim = 18 + 6 = 24m

+ Với chiều cao bảo vệ: hx = 11m

+ Với chiều cao bảo vệ: hx = 8m

+ Với chiều cao bảo vệ: hx = 4 m

Để đảm bảo rằng toàn bộ thiết bị điện có cột 11m trong trạm được bảo vệ hoàn toàn bởi các kim thu sét, cần phải đáp ứng các điều kiện nhất định về phạm vi bảo vệ của 3 kim thu sét.

+ D: Đường kính đường tròn ngoại tiếp các kim thu sét

+ p: là chu vi tam giác giới hạn bởi các kim thu sét 1, 2, 3.

Ta thấy: D = 33,59 ≤ 8.( h – hx ) = 8.(24 – 11) = 104mVậy toàn bộ thiết bị trạm nằm trong vùng bảo vệ của các kim thu sét ở độ cao24m.

Hình 4.4: Phạm vi bảo vệ của kim thu sét

Nối đất

Nối đất là biện pháp an toàn thiết yếu trong hệ thống cung cấp điện, giúp bảo vệ người sử dụng khi cách điện bị hỏng Khi vỏ thiết bị mang điện áp do sự cố cách điện, dòng rò sẽ chạy từ vỏ xuống thiết bị nối đất Nếu người vận hành chạm vào vỏ thiết bị điện, điện trở của người sẽ mắc song song với điện trở nối đất, dẫn đến dòng điện chạy qua người, gây nguy hiểm cho tính mạng.

Trong đó: Iđ – dòng điện chạy qua điện trở nối đất.

Nếu điện trở nối đất đạt yêu cầu với Rđ < Rng, dòng điện chạy qua cơ thể người sẽ rất nhỏ, do đó không gây nguy hiểm cho sức khỏe.

Trang bị nối đất bao gồm điện cực và dây dẫn nối đất Các điện cực được chôn sâu dưới mặt đất, trong khi dây nối đảm nhiệm vai trò kết nối các bộ phận cần nối đất với các điện cực này.

Khi thiết bị có trang bị nối đất, dòng điện ngắn mạch có thể xảy ra nếu cách điện bị hư hỏng, dẫn đến dòng điện chạy qua vỏ thiết bị, theo dây dẫn xuống các điện cực và cuối cùng đi vào đất.

Có 2 loại nối đất nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo.

Nối đất tự nhiên là phương pháp sử dụng các ống dẫn nước hoặc ống kim loại (ngoại trừ ống dẫn nhiên liệu lỏng và khí dễ cháy) được đặt trong đất Các cấu trúc kim loại của nhà ở, công trình có nối đất, cùng với vỏ bọc kim loại của cáp đặt trong đất cũng được sử dụng để thực hiện trang bị nối đất hiệu quả.

Nối đất nhân tạo thường sử dụng cọc thép, ống thép hoặc thanh thép dẹp hình chữ nhật có chiều dài từ 2 đến 3m, được chôn sâu với đầu trên cách mặt đất từ 0,5 đến 0,7m Các thành phần này được kết nối với nhau qua việc hàn với thanh thép nằm ngang Đặc biệt, trong các lưới điện có điện áp trên 1000V, dòng điện chạm đất lớn thường xảy ra trong các mạng điện có trung tính nối đất trực tiếp hoặc qua một điện trở nhỏ.

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch trên mạng điện 100kV và cao hơn, rơ le bảo vệ sẽ tự động cắt các thiết bị hư hỏng ra khỏi hệ thống Điện thế xuất hiện trên thiết bị nối đất chỉ mang tính tạm thời, và xác suất xảy ra ngắn mạch chạm đất khi tiếp xúc với thiết bị điện có điện áp rất nhỏ là thấp Do đó, quy định không chỉ định điện áp lớn nhất cho phép, mà yêu cầu điện trở của thiết bị nối đất phải luôn đảm bảo Rđ ≤ 0,5Ω Đối với thiết bị nối đất chống sét, điện trở được quy định là Rđ ≤ 10Ω.

Toàn trạm được trang bị một hệ thống lưới nối đất chung, sử dụng cọc thép L63x63x6 dài 2,5m được liên kết bằng hàn điện Dây nối đất thiết bị được làm từ thép tròn Ф16, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc bảo vệ hệ thống điện.

Tất cả vỏ và giá đỡ thiết bị đều được kết nối với hệ thống nối đất chung, đảm bảo an toàn cho thiết bị Hệ thống nối đất được thiết kế với sự tính toán cho việc lắp thêm máy biến áp thứ 2, giúp duy trì điện trở nối đất không vượt quá 0,5Ω trong suốt cả năm, luôn đảm bảo tuân thủ quy định an toàn.

Hình 4.5: Mặt bằng nối đất

THIẾT KẾ BẢN VẼ KỸ THUẬT THI CÔNG VÀ LẬP DỰ TOÁN

Tiêu đề	Thiết Kế Máy Biến Áp Thứ 2 Cho Trạm 110kV Phúc Điền
Tác giả	Đỗ Quang Huy
Người hướng dẫn	ThS. Ngô Quang Ước
Trường học	Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Chuyên ngành	Hệ thống điện
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	661,1 KB