Bài giảng Chương 2 Các thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm biến áp - Phần 2 Máy biến áp điện lực

11/14/2012 1 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP CHƯƠNG II PHẦN 2 MAÙY BIEÁN AÙP ÑIEÄN LÖÏC I. KHÁI NIỆM II. CÁC LOẠI MBA III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP IV. CHỌN MÁY BIẾN ÁP I. KHÁI NIỆM MBA là thiết bị biến đổi điện năng từ điện áp này đến điện áp khác. Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năng từ các máy phát điện đến hộ tiêu thụ. I. KHÁI NIỆM Cho nên tổng công suất MBA trong hệ thống điện có thể bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phát điện: ∑SB = (4÷5) ∑SF MBA là thiết bị không phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng, trong hệ thống điện chỉ có máy phát điện mới phát ra công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. 11/14/2012 2 I. KHÁI NIỆM Phân loại máy biến áp: • Máy biến áp một pha (O), • Máy biến áp ba pha (T). Phân loại theo số pha • MBA ba cuộn dây (T) • MBA hai cuộn dây Phân loại theo số cuộn dây • MBA kiểu khô (làm mát bằng kk) • MBA kiểu dầu Phân loại theo phương pháp làm mát • MBA thường • MBA điều áp dưới tải. Phân loại theo phương pháp điều chỉnh điện áp I. KHÁI NIỆM Cấu tạo MBA 1 pha 2 cuộn daây MBA 1 pha 2 cuộn daây ôû NMÑ Ialy I. KHÁI NIỆM Cấu tạo MBA 3 pha 2 cuộn daây Các MBA được tính toán, chế tạo với một chế độ làm việc lâu dài và liên tục gọi là chế độ định mức:
Điện áp U = Uđm
Tần số f = fđm
Công suất S = Sđm là công suất toàn phần (biểu kiến)
Điện áp ngắn mạch phần trăm
Dòng điện không tải. I. KHÁI NIỆM Các thông số của MBA: 11/14/2012 3
MBA hai cuộn dây: Công suất định mức là công suất của mỗi cuộn dây.
MBA tự ngẫu: Công suất định mức MBA là công suất toàn phần MBA. Ngoài ra, còn có công suất mẫu: Smẫu = Kcl . Sđm Trong đó: Kcl được gọi là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu. I. KHÁI NIỆM Công suất định mức MBA :
MBA ba cuộn dây: người ta có thể chế tạo các loại sau:  100/100/100 là loại có công suất của mỗi cuộn dây đều bằng công suất định mức;  100/100/66,7 là loại có công suất của hai cuộn dây bằng công suất định mức và công suất cuộn thứ ba bằng 66,7% công suất định mức. I. KHÁI NIỆM Công suất định mức MBA : Điện áp định mức của MBA là điện áp của các cuộn dây khi không tải được qui định trong lý lịch MBA. Tỉ số biến đổi điện áp:
K = USđm/UTđm gọi là tỉ số biến áp. I. KHÁI NIỆM
Điện áp định mức Uđm : Là dòng điện của các cuộn dây được nhà máy chế tạo qui định, với các dòng điện này thì MBA làm việc lâu dài và không bị quá tải.
Dòng điện định mức Iđm :  Điện áp ngắn mạch là điện áp giữa hai đầu cuộn sơ cấp khi ngắn mạch cuộn thứ cấp thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng dòng điện định mức.  Ý nghĩa : Điện áp ngắn mạch dùng để xác định tổng trở cuộn dây MBA. I. KHÁI NIỆM
Điện áp ngắn mạch UN% : Là đại lượng đặc trưng cho tổn hao không tải của MBA, phụ thuộc vào tính chất từ, chất lượng cũng như cấu trúc lắp ghép của lõi thép.
Dòng điện không tải: 11/14/2012 4 1 - MBA 2 CUỘN DÂY UC UH Cấu tạo Kyù hieäu UC UH SC SH Chieàu truyeàn coâng suaát SC↔ SH → Sñm cuûa MBA laø coâng suaát cuûa cuoän cao, coâng suaát cuoän haï vaø cuõng laø coâng suaát cuûa maïch töø. 1 - MBA 2 CUỘN DÂY Sô ñoà noái caùc cuoän daây Cuoän cao Cuoän haï Ñoà thò vectô Kyù hieäu toå noái daâyCuoän cao Cuoän haï Y/Y- 0 Y/∆-11 Y0 /∆-11 A B C A B C A B C a b c a b c a b cO o B A C b a c B A C B A C b a c b a c B A b a B A b a B A b a Tổ đấu dây của máy biến áp: 2 - MBA 3 CUỘN DÂY UC UT UH Cấu tạo Kyù hieäu UC UT UH SC ST SH Chieàu truyeàn coâng suaát SC↔ SH + ST ST↔ SH + SC SH↔ SC + ST → Sñm cuûa MBA laø coâng suaát cuûa cuoän coù coâng suaát lôùn nhaát (cuõng laø coâng suaát maïch töø ), caùc cuoän coøn laïi coù theå baèng Sñm (100%) hoaëc baèng 2/3 Sñm (66,7%) ñöôïc kyù hieäu qui öôùc theo thöù töï cao/trung/haï Ví duï: 100/100/100 ; 100/100/66,7 ; 100/ 66,7/66,7 3 - MBA TỰ NGẪU MBA töï ngaãu UC UT SB = Stừ + Sđiện UT UC IT IC Uch Unt Ich Int Uch = UT Ich = IT - IC Unt = UC - UT Int = IC Sơ đồ tương đương 11/14/2012 5 Coâng suaát từ truyeàn tröïc tieáp töø cao sang trung Coâng suaát điện truyeàn qua mạch từ Ta có: Giả thiết bỏ qua tổn thất trong MBA. 3 - MBA TỰ NGẪU Hay có thể viết : SB = ((UC-UT)+UT).IC = (UC-UT).IC + UT.IC UT UC IT IC Uch Unt Ich Int SBA = (UC-UT).IC Sđ = UT.IC 3 - MBA TỰ NGẪU
Tỉ lệ giữa công suất truyền tải bằng quan hệ từ so với công suất xuyên (định mức) sẽ bằng: Trong đó: Kcl được gọi là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu.
Kích thước mạch từ được chọn theo công suất mẫu: Smẫu = Kcl . Sđm * SO SAÙNH MBAT VAØ MBAB MBAT và MBAB có cùng Sđm Chi phí cheá taïo: MBA töï ngaãu nhoû hôn, nheï hôn, reû hôn. Toån hao trong MBA: MBA töï ngaãu coù toån thaát ít hôn Phaïm vi söû duïng: MBA töï ngaãu chæ söû duïng khi ñieän aùp Cao vaø Trung coù trung tính noái ñaát tröïc tieáp (110KV) PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG  α caøng beù caøng coù lôïi, nghóa laø UT caøng gaàn UC caøng coù lôïi Ví duï : * UC = 110 kV, UT = 22 kV→ α = 1 – 22 / 110 = 0,8 * UC = 22 kV, UT = 0,4 kV→ α = 1 – 0,4 / 22 = 0,98 → Khi UC lôùn hôn UT nhieàu khoâng söû duïng MBA töï ngaãu 11/14/2012 6 PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG  Cuoän Haï ( neáu coù ) chæ lieân heä vôùi Cao vaø Trung qua maïch töø, maø maïch töø chæ saûn xuaát theo α.Sñm neân coâng suaát truyeàn toái ña qua cuoän Haï cuõng chæ laø α.Sñm . Khi truyeàn coâng suaát töø Haï leân Cao vaø Trung ( ôû NMÑ ) phaûi choïn MBA theo Sñm / α Ví duï : 220 kV 110 kV 100 MVA 220 kV 110 kV 100 MVA SB = 200 MVA (SH = 100 MVA) SB = 100 MVA (SH = 100 MVA) Cheá ñoä 1 : Coâng suaát truyeàn töø Cao sang Trung vaø Haï SC = ST + SH IC Int(a) Ich(a) Int(b)IT IH * Caùc cheá ñoä vaän haønh cuûa MBAT 3 - MBA TỰ NGẪU IC Int(a) Ich(a) Ich(b) IT IH Cheá ñoä 2 : Coâng suaát truyeàn töø Cao vaø Haï sang Trung ST = SC + SH Trong cuoän noái tieáp chæ coù truyeàn töø cao sang trung theo cheá ñoä töï ngaãu * Caùc cheá ñoä vaän haønh cuûa MBAT 3 - MBA TỰ NGẪU Cheá ñoä 3 : Coâng suaát truyeàn töø Cao vaø Trung sang Haï SH = SC + ST * Caùc cheá ñoä vaän haønh cuûa MBAT 3 - MBA TỰ NGẪU IC Int(a) Ich(a) IC(a) IT IH 11/14/2012 7 III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP MBA có thể mang tải lâu dài trong điều kiện đinh mức của : U, f, tmt ,cũng như điều kiện làm mát; Khi đó tuổi thọ MBA sẽ bằng định mức. Tuy nhiên, MBA có khi non tải, có khi quá tải. Phải căn cứ chủ yếu vào độ hủy hoại cách điện, nhiệt độ cực đại của cuộn dây và của dầu. Để cho phép MBA làm việc ở các chế độ khác nhau. III. KHẢ NĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP Khả năng tải của MBA không thể biểu diễn bằng đơn vị KVA được, vì nó được xác định bằng các điều kiện như:
ðồ thị phụ tải
Thời gian tồn tại chế độ vận hành
Nhiệt độ môi trường làm mát Cần phải xác định được nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu và mức hủy hoại cách điện. Tính toán quá tải của MBA khi vận hành với đtpt bậc thang Quá tải bình thường Quá tải sự cố TÍNH TOÁN PHÁT NÓNG MBA KHI VẬN HÀNH VỚI ĐTPT BẬC THANG A. QUÁ TẢI BÌNH THƯỜNG t S S2 t2t1 S1 S3 0 t S 0t3 T2 T1 S1dt S2dt SBSB Bước 1: Đẳng trị đtpt nhiều bậc về đtpt tương đương có 2 bậc sao cho nhiệt lượng tỏa ra trong MBA là như nhau. Ñoà thò phuï taûi ban ñaàu Ñoà thò phuï taûi töông ñöông 11/14/2012 8 Trình töï tính toaùn :  Böôùc 1 : Caên cöù vaøo ñoà thò phuï taûi qua MBA choïn MBA coù coâng suaát SB sao cho Smin < SB < Smax SB T1 T2 S2 S1 T3 ... Tn-1 Tn t2t1 t3 tn-1... tn S3 Smin ... Smax t0 SB Stải Stải A. QUÁ TẢI BÌNH THƯỜNG  Böôùc 2 : Trong caùc vuøng quaù taûi choïn vuøng coù Σ Si2.Ti lôùn nhaát ñeå tính S2ñt SB T1 T2 S2 S1 T3 ... Tn-1 Tn t2t1 t3 tn-1... tn S3 Smin ... Smax t0 Vuøng I : S2 2.T2+S3 2.T3 Vuøng II : Smax 2.TnStải A. QUÁ TẢI BÌNH THƯỜNG  Böôùc 3 : Tính S2ñt theo biểu thức :
Nếu S2ñt < 0,9.Smax thì S2= 0,9.Smax T2 = Σ (Si 2.Ti ) / (0,9.Smax) 2 A. QUÁ TẢI BÌNH THƯỜNG  Böôùc 4 : Choïn 10h liền trước hoặc liền sau vuøng tính S2 ñeå tính SB T1 T2 S2 S1 T3 ... Tn-1 Tn t2t1 t3 tn-1... tn S3 Smin ... Smax t0 10h10h Tn tn-1 Smax Stải A. QUÁ TẢI BÌNH THƯỜNG 11/14/2012 9  Bước 5 : Tính k1 , k2 theo biểu thức : Dựa vào loại MBA (dầu, khô..) và công suất của MBA xác định hằng số thời gian τ. k1 = S1 / SB k2 = S2 / SB A. QUÁ TẢI BÌNH THƯỜNG Coâng suaát ñònh möùc MBA Heä thoáng laøm laïnh τ (giôø) Töø 0,001 ñeán 1 MVA Töï nhieân 2,5 > 1 ñeán 6,3 MVA Töï nhieân 3,5 > 6,3 ñeán 32 MVA Coù theâm quaït 2,5 > 32 ñeán 63 MVA Coù theâm quaït 3,5 Töø 100 ñeán 125 MVA Tuaàn hoaøn cöôõng böùc 2,5 > 125 MVA Tuaàn hoaøn cöôõng böùc coù quaït 3,5  Tùy thuộc vào nhiệt độ đẳng trị của môi trường làm mát mà xác định số biểu đồ tính toán khả năng tải của MBA A. QUÁ TẢI BÌNH THƯỜNG τ (giôø) Số thứ tự biểu đồ ứng với nhiệt độ đẳng trị môi trường xung quanh Coâng suaát ñònh möùc MBA 10 20 30 40 2,5 5 7 9 11 Töø 0,001 ñeán 1 MVA 3,5 6 8 10 12 > 1 ñeán 6,3 MVA 2,5 17 19 21 23 > 6,3 ñeán 32 MVA 3,5 18 20 22 24 > 32 ñeán 63 MVA 2,5 29 31 33 35 Töø 100 ñeán 125 MVA 3,5 30 32 34 36 > 125 MVA  Böôùc 6 : Töø k1 vaø T2 vöøa tính ñöôïc tra ñöôøng cong quaù taûi cho pheùp cuûa MBA ñeå tìm k2cp • Nếu k2cp > k2 thì MBA ñaõ choïn coù theå vaän haønh quaù taûi ñöôïc. • Nếu k2cp< k2 thì choïn MBA coù coâng suaát lôùn hôn. 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,2 0,4 0,6 1 12 h 8 h 4 h 2 h 1 h T2=0,5 h K1 K2cp K2cp K1 A. QUÁ TẢI BÌNH THƯỜNG BÀI TẬP 1 T( gio) 0-6 6-12 12-18 18-24 S(MVA) 60,675 57,625 51,525 69,82 Kiểm tra khả năng quá tải của MBA có công suất 63MVA. Biết đường cong quá tải bình thường ứng với nhiệt độ môi trường là 200C và SđmBA=63MVA được cho ở hình. Biết hằng số thời gian của MBA là T=6h. a. Tính Phụ tải đẳng trị bậc hai, bậc một (S2đt , S1đt) . b. Tính hệ số phụ tải K1, K2. Tra đường cong quá tải để được K2cp. Kết luận. Phụ tải phân bố trong 24h là: 11/14/2012 10 B. QUÁ TẢI SỰ CỐ Thôøi gian quaù taûiù < 6h k1 < 0,93 < 5 ngaøy MBA coù theå vaän haønh quaù taûivôùi heä soá quaù taûi k2cp = kqtsc B. QUÁ TẢI SỰ CỐ  Böôùc 1 : Choïn coâng suaát SB sao cho kqtsc .SB > Smax hay SB> Smax / kqtsc Stải SBSB  Bước 2 : Kiểm tra điều kiện T2 < 6h SB T1 T2 S2 S1 T3 ... Tn-1 Tn t2t1 t3 tn-1... tn S3 Smin ... Smax t0 T2 T2 Stải B. QUÁ TẢI SỰ CỐ SB T1 T2 S2 S1 T3 ... Tn-1 Tn t2t1 t3 tn-1... tn S3 Smin ... Smax t0 10h10h Tn tn-1 Smax  Bước 3 : Kiểm tra điều kiện k1 < 0,93 Stải B. QUÁ TẢI SỰ CỐ 11/14/2012 11 BÀI TẬP 2 Cho đồ thị phụ tải qua một MBA như H.a: Giả sử chọn SđmBA = 63MVA. Hãy kiểm tra lại khả năng quá tải bình thường của MBA. Biết đường cong quá tải bình thường ứng với nhiệt độ môi trường là 200C và SđmBA=63MVAcho ở H.b.