Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 KV : Khóa luận tốt nghiệp Khoa Công nghệ Điện

BỘ CÔNG THƢƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22 KV

SINH VIÊN 1 : PHẠM THANH VIỆT

MSSV : 14079181

SINH VIÊN 2 : LÊ CHÁNH TÂM TRỰC

MSSV : 14098761

LỚP : DHDI10A

GVHD : NGUYỄN HUY KHIÊM

TP. HCM, NGÀY 5 THÁNG 6 NĂM 2018

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

i

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài

(1) : Phạm Thanh Việt, MSSV : 14079181

(2) : Lê Chánh Tâm Trực, MSSV : 14098761

2. Tên đề tài

Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 kV.

3. Nội dung

Từ sơ đồ phụ tải khu công nghiệp và khu dân cƣ ta tính toán chọn máy biến áp,

chọn sơ đồ cấu trúc máy biến áp, chọn sơ đồ nối điện phù hợp đảm bảo tính cung cấp

điện, tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp và dòng điện ngắn mạch. Từ đó

tính chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành bảo dƣỡng trạm biến áp để chọn phƣơng án tối

ƣu lắp đặt, chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện đi kèm. Tính toán chống sét cho

trạm biến áp để đảm bảo an toàn.

4. Kết quả

Nắm vững kiến thức, các phƣơng pháp triển khai thiết kế một trạm biến áp bổ

sung thêm vào kiến thức ngành điện đã học từ quý thầy cô tại trƣờng. Đƣợc hƣớng dẫn

của thầy Nguyễn Huy Khiêm đã trao dồi thêm nhiều kiến thức và kỹ năng mềm.

Giảng viên hƣớng dẫn Tp. HCM, ngày… tháng… năm 2018

Sinh viên

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

Nhận xét :

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

Tp. HCM, ngày … tháng … năm 2018

Kí tên

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Nhận xét :

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

Tp. HCM, ngày ... tháng ... năm 2018

Kí tên

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

iv

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................. i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ........................................................... ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................. iii

PHẦN I............................................................................................................................1

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22 KV ................................................................1

CHƢƠNG 1.....................................................................................................................1

TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP ..............................................................................1

1.1 Khái niệm ..............................................................................................................1

1.2 Các số liệu cơ bản..................................................................................................2

1.3 Nhận xét chung về trạm biến áp thiết kế...............................................................5

1.3.1 Tóm tắt các số liệu chính................................................................................5

1.3.2 Nhận xét về các phụ tải...................................................................................5

1.3.3 Những điều kiện hạn chế trong khi thiết kế ..................................................6

CHƢƠNG 2.....................................................................................................................7

PHỤ TẢI ĐIỆN...............................................................................................................7

2.1 Khái niệm ..............................................................................................................7

2.2 Tổng hợp đồ thị phụ tải .........................................................................................8

CHƢƠNG 3...................................................................................................................11

SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ......................................................................................................11

3.1 Khái niệm ............................................................................................................11

3.2 Sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp ..........................................................................11

3.2.1 Chọn số lƣợng máy biến áp: 1, 2 hoặc 3 ......................................................12

a) Một máy biến áp đƣợc dùng trong trƣờng hợp :..............................................12

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

v

b) Hai máy biến áp là phƣơng án thƣờng đƣợc sử dụng nhất vì tính đảm bảo cao :

…... .........................................................................................................................12

c) Ba máy biến áp chỉ sử dụng trong trƣờng hợp đặc biệt :.................................12

3.2.2 Chọn sơ đồ cấu trúc: 4 phƣơng án................................................................13

a) Phƣơng án 1: Máy biến áp từ ngẫu ..................................................................13

b) Phƣơng án 2: Qua máy biến áp hai cuộn dây, giảm dần từ điện áp cao xuống

…......................................................................................................................14

c) Phƣơng án 3: Máy biến áp ba cuộn dây...........................................................14

d) Phƣơng án 4: Máy biến áp hai cuộn dây, tách riêng 2 cấp điện áp .................15

CHƢƠNG 4...................................................................................................................17

CHỌN MÁY BIẾN ÁP.................................................................................................17

4.1 Khái niệm ............................................................................................................17

4.1.1 Các đặc điểm của máy biến áp : ...................................................................17

4.1.2 Các thông số định mức của máy biến áp :....................................................19

4.2 Quá tải của máy biến áp ......................................................................................19

4.2.1 Quá tải bình thƣờng ......................................................................................19

4.2.2 Quá tải sự cố .................................................................................................20

4.3 Tính toán chọn máy biến áp ................................................................................20

4.3.1 Phƣơng án 1: Hai máy biến áp từ ngẫu ........................................................21

4.3.2 Phƣơng án 2: Bốn máy biến áp hai cuộn dây, cấp điện áp giảm dần...........24

a) Hai máy biến áp 220/110 kV : .........................................................................24

b) Hai máy biến áp 110/22 kV : ...........................................................................24

CHƢƠNG 5...................................................................................................................27

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN.........................................................................................................27

5.1 Khái niệm ............................................................................................................27

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

vi

5.2 Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản...........................................................................28

5.2.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp......................................................................28

5.2.2 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn thanh góp ..............................29

5.2.3 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp vòng .......................................31

5.2.4 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp .......................................................................32

5.2.5 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có phân đoạn 1 thanh góp.............................33

5.2.6 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng ........................................34

5.2.7 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có hai máy cắt trên một mạch.......................35

5.2.8 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp với ba máy cắt trên hai mạch........................35

CHƢƠNG 6...................................................................................................................39

TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH.................................................................39

6.1 Khái niệm ............................................................................................................39

6.2 Trình tự tính toán dòng ngắn mạch ba pha..........................................................40

6.3 Tính toán ngắn mạch các phƣơng án...................................................................41

6.3.1 Phƣơng án 1 :................................................................................................41

6.3.2 Phƣơng án 2 :................................................................................................47

CHƢƠNG 7...................................................................................................................53

TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP............................53

7.1 Khái niệm ............................................................................................................53

7.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu....................................................53

7.3 Tổn thất điện năng trong máy biến áp hai cuộn dây ...........................................57

CHƢƠNG 8...................................................................................................................61

TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ TỐI ƢU ..61

8.1 Khái niệm ............................................................................................................61

8.2 Tính toán kinh tế - kỹ thuật giữa các phƣơng án.................................................62

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

vii

8.2.1 Về kinh tế......................................................................................................62

a) Tính vốn đầu tƣ (V) :..........................................................................................62

b) Tính phí tổn vận hành hằng năm P : gồm có 3 phần ..........................................62

8.2.2 Về kỹ thuật....................................................................................................63

8.2.3 So sánh kinh tế - kỹ thuật .............................................................................63

CHƢƠNG 9...................................................................................................................66

CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN ..................................................66

9.1 Khái niệm ............................................................................................................66

9.1.1 Các khí cụ điện .............................................................................................66

a) Các khí cụ đóng – mở : ....................................................................................66

b) Các khí cụ điện phục vụ cho đo lƣờng tự động, bảo vệ rơle : .........................66

9.1.2 Phần dẫn điện................................................................................................66

9.2 Các chế độ làm việc của trạm biến áp.................................................................67

9.2.1 Chế độ làm việc lâu dài ................................................................................67

9.2.2 Chế độ làm việc ngắn hạn.............................................................................69

9.2.3 Xung nhiệt của dòng điện ngắn mạch : ..................................................69

9.3 Chọn các phần dẫn điện cho trạm biến áp...........................................................70

9.3.1 Cấp 220 kV : ta sử dụng dây dẫn mềm ........................................................71

a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài : ...................................................71

b) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt : ...................................................................71

c) Kiểm tra điều kiện vầng quang :......................................................................72

9.3.2 Cấp 110 kV : ta sử dụng dây dẫn mềm ........................................................72

a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài : ...................................................72

b) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt : ...................................................................73

c) Kiểm tra điều kiện vầng quang :......................................................................73

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

viii

9.3.3 Cấp 22 kV : ta sử dụng dây cáp điện lực......................................................74

a) Theo điều kiện dòng điện cho phép lâu dài : ...................................................74

b) Kiểm tra điều kiện phát nóng ngắn hạn :.........................................................74

9.4 Chọn máy cắt và dao cách ly cho trạm biến áp...................................................75

9.4.1 Cấp 220 kV...................................................................................................75

9.4.2 Cấp 110 kV...................................................................................................76

9.4.3 Cấp 22 kV.....................................................................................................77

9.5 Chọn máy biến dòng điện (BI)............................................................................78

9.5.1 Cấp 220kV....................................................................................................78

9.5.2 Cấp 110kV....................................................................................................80

9.5.3 Cấp 22kV......................................................................................................81

9.6 Chọn máy biến điện áp (BU)...............................................................................82

9.6.1 Cấp 220 kV...................................................................................................82

9.6.2 Cấp 110 kV...................................................................................................83

9.6.3 Cấp 22kV......................................................................................................84

PHẦN II.........................................................................................................................85

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT NỐI ĐẤT .......................................................85

CHƢƠNG 10.................................................................................................................85

BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM.........................................85

10.1 Khái niệm chung .................................................................................................85

10.2 Yêu cầu chung của hệ thống chống sét ...............................................................86

10.3 Xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét.............................................................86

10.3.1 Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét ..................................................................86

10.3.2 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét .................................................................89

a) Hai cột thu sét có độ cao bằng nhau ...................................................................89

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

ix

b) Hai cột thu sét có độ cao khác nhau ...................................................................90

10.3.3 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét ........................................................91

a) Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét .......................................................................91

b) Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét ........................................................................91

10.4 Giới thiệu trạm biến áp và quan điểm thiết kế ...................................................92

10.4.1 Giới thiệu trạm biến áp.................................................................................92

a) Cấp điện áp 220 kV đặt ngoài trời......................................................................93

b) Cấp điện áp 110 kV đặt ngoài trời......................................................................93

c) Cấp điện áp 22 kV ..............................................................................................93

10.4.2 Quan điểm thiết kế........................................................................................93

10.5 Bố trí cột và tính toán cụ thể hệ thống chống sét ................................................94

10.5.1 Bố trí kim thu sét...........................................................................................94

10.5.2 Xác định chiều cao của các cột thu sét........................................................94

a) Khu vực trạm cấp 220 kV................................................................................94

b) Khu vực trạm cấp giữa cấp 220 kV và 110 kV..............................................100

c) Khu vực trạm cấp 110 kV..............................................................................102

d) Phạm vi bảo vệ của cột đèn chiếu sáng A, B ở trạm 220 kV ........................103

e) Phạm vi bảo vệ của cột đèn chiếu sáng C, D ở trạm 110 kV ........................104

CHƢƠNG 11...............................................................................................................105

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM........................................................................105

11.1 Giới thiệu chung về nối đất .............................................................................105

11.1.1 Nối đất làm việc..........................................................................................105

11.1.2 Nối đất an toàn ( bảo vệ ) ...........................................................................105

11.1.3 Nối đất chống sét ........................................................................................106

11.2 Tính toán và thiết kế hệ thống nối đất an toàn ..................................................106

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

x

11.2.1 Nối đất tự nhiên ..........................................................................................106

a) Xác định ...................................................................................108

b) Xác định ...................................................................................108

11.2.2 Tính toán nối đất nhân tạo ..........................................................................109

a) Tính toán điện trở mạch vòng nối đất............................................................109

b) Tính toán điện trở nối đất bổ sung .................................................................112

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................114

LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................115

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

xi

Danh sách các hình vẽ

Hình 1. 1 Sơ đồ khối trạm biến áp..................................................................................3

Hình 1. 2 Đồ thị phụ tải khu công nghiệp.......................................................................4

Hình 1. 3 Đồ thị phụ tải khu dân cƣ................................................................................4

Hình 2. 1 Đồ thị phụ tải của trạm biến áp …................................................................10

Hình 3. 1 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp từ ngẫu.....................................................13

Hình 3. 2 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp hai cuộn dây, điện áp giảm dần...............14

Hình 3. 3 Sơ đồ cấu trúc dùng máy biến áp ba cuộn dây .............................................15

Hình 3. 4 Sơ đồ cấu trúc máy biến áp 2 cuộn dây, tách riêng 2 cấp điện áp................15

Hình 4. 1 Đồ thị phụ tải chọn máy biến áp từ ngẫu......................................................23

Hình 4. 2 Đồ thị phụ tải chọn máy biến áp hai cuộn dây 110/22 kV ...........................25

Hình 5. 1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp ......................................................................28

Hình 5. 2 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn thanh góp...............................29

Hình 5. 3 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp vòng .......................................31

Hình 5. 4 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp .......................................................................32

Hình 5. 5 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có phân đoạn một thanh góp.........................33

Hình 5. 6 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng.........................................34

Hình 5. 7 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có hai máy cắt trên một mạch.......................35

Hình 5. 8 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp với ba máy cắt trên hai mạch........................36

Hình 5. 9 Sơ đồ nối điện phƣơng án 1 ..........................................................................37

Hình 5. 10 Sơ đồ nối điện phƣơng án 2 ........................................................................38

Hình 6. 1 Sơ đồ hệ thống tính ngắn mạch phƣơng án 1 ...............................................41

Hình 6. 2 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch phƣơng án 1.................................................42

Hình 6. 3 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại của phƣơng án 1...................................44

Báo cáo tốt nghiệp SV: Lê Chánh Tâm Trực

Phạm Thanh Việt

xii

Hình 6. 4 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại của phƣơng án 1...................................45

Hình 6. 5 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại của phƣơng án 1...................................46

Hình 6. 6 Sơ đồ hệ thống tính ngắn mạch phƣơng án 2 ...............................................47

Hình 6. 7 Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch phƣơng án 2.................................................48

Hình 6. 8 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại của phƣơng án 2...................................49

Hình 6. 9 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại của phƣơng án 2...................................50

Hình 6. 10 Sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng tại của phƣơng án 1.................................51

Hình 9. 1 Sơ đồ cấu trúc của trạm ................................................................................67

Hình 10. 1 Cột thu sét .................................................................................................. 83

Hình 10. 2 Vùng bảo vệ của một cột thu sét.................................................................87

Hình 10. 3 Vùng bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau ................................89

Hình 10. 4 Vùng bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau ................................90

Hình 10. 5 Mặt bằng bảo vệ của 3 cột thu sét có độ cao bằng nhau đặt tại 3 đỉnh của

một tam giác ..................................................................................................................91

Hình 10. 6 Mặt bằng bảo vệ của 4 cột thu sét có độ cao bằng nhau đặt tại 4 đỉnh của

hình chữ nhật .................................................................................................................92

Hình 10. 7 Sơ đồ bố trí kim thu sét...............................................................................94