Đồ án Thiết kế trạm biến áp 110/35/22kv cung cấp điện cho huyện Duy Tiên tỉnh Hà Nam

cụ điện cần phải kiểm tra khí cụ điện theo các điều kiện sau: Kiểm tra ổn định lực điện động, đối với mạng điện có điện áp nhỏ hơn 35kV điểm trung tính không nối đất, dòng điện ngắn mạch lớn nhất là dòng ngắn mạch ba pha. Do vậy ta lấy dòng điện ngắn mạch 3 pha để kiểm tra điều kiện ổn định lực điện động cho các thiết bị. Đối với mạng điện có điện áp U³ 110kV, điểm trung tính trực tếp nối đất, dòng điện ngắn mạch lớn nhất có thể là dòng điện ngắn mạch một pha hoặc ba pha. Khi kiểm tra với các thiết của mạng này về phương diện ổn định lực điện động, ta phải chọn dòng ngắn mạch lớn nhất rong số hai dòng ngắn mạch đó. Điều kiện ổn định lực điện động của khí cụ điện là: Imax ³ ixk hay Imax ³ Ixk Trong đó: imax, Imax là trị số biên độ và trị số hiệu dụng của dòng điện cực đại cho phép, đặc trưng ổn định động cao của khí cụ điện. Ixk, Ixk trị số biên độ và trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xung kích. Như vậy, khả năng ổn định động của khí cụ điện đặc trưng bởi dòng điện ổn định động định mức iđm.đ. Dòng điện này chính là dòng điện cực đại có thể chạy qua khí cụ điện mà lực điện động do nó sinh ra không thể phá hoại khí cụ điện được. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt, khí cụ điện khi có dòng điện đi qua sẽ bị nóng lên vì nó có các tổn thất công suất. Các tổn thất này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điện áp, tần sốnhưng chủ yếu phụ thuộc vào bình phương dòng điện. Khi nhiệt độ của khí cụ điện cao quá sẽ làm cho chúng bị hư hỏng hay giảm thời gian phục vụ. Do đó, cần phải quy định nhiệt độ cho phép của chúng khi làm việc bình thường cũng như khi ngắn mạch. Trong thời gian sẩy ra ngắn mạch dòng điện ngắn mạch sẽ tạo ra một lượng nhiệt trong các khí cụ điện gọi là xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch BN, BN đặc trưng cho lượng nhiệt toả ra trong khí cụ điện trong thời gian tác động của dòng điện ngắn mạch. Trong thực tế tính toán trị số BN có thể được tính theo phương pháp gần đúng như sau: BN = BNCK + BNKCK = Trong đó: It = là dòng điện ngắn mạch hiệu dụng toàn phần tại thời điểm t. Ickt – dòng điện ngắn mạch hiệu dụng, thành phần chu kỳ. Ikckt – dòng điện ngắn mạch hiệu dụng, thành phần không chu kỳ. BNCK, BNKCK – xung lượng nhiệt ứng với thành phần chu kỳ và thành phần không chu kỳ của dòng điện ngắn mạch. Xung lượng nhiệt ứng với thành phần chu kỳ tính như sau: BNCK = Xung lượng nhiệt của thành phần không chu kỳ, dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kỳ có dạng: Ikckt = ICKo – là dòng điện ngắn mạch chu kỳ tại thời điểm ban đầu BNKCK = Trong đó Ta là hằng số thời gian tắt dần của dòng điện ngắn mạch của thành phần không chu kỳ, ta thường lấy Ta = 0,05s với điện áp lớn hơn 1000V. Như vậy ta có thể tính xung lượng nhiệt của các dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch trên các thanh cái máy biến áp điện lực. * Phía 110kV Ta có xung lượng nhiệt khi ngắn mạch BN = BNCK + BNKCK BNCK = (3,4.103)2.0,07 = 0,81.106A2s T: là thời gian cắt tổng cộng của máy cắt ta lấy t = 0,07s BNKCK = = 0,54.106A2s Với Ta = 0,05s suy ra Vậy BN = BNCK + BNKCK = 0,81.106 + 0,54.106 = 1,35.106A2s * Phía 35kV Ta có xung lượng nhiệt khi ngắn mạch BNCK = (1,48.103)2.0,07 = 0,15.106A2s BNKCK = = 0,10.106A2s Vậy BN = BNCK + BNKCK = 0,15.106 + 0,10.106 = 0,26.106A2s * Phía 22kV Ta có xung lượng nhiệt khi ngắn mạch BNCK = (3,4.103)2.0,07 =23,8.104A2s BNKCK = = 0,54.106A2s Vậy BN = BNCK + BNKCK = 23,8.104 + 0,54.106 = 77,8.104A2s 6.4.2. Chọn máy cắt điện áp Máy cắt điện là một thiết bị dùng trong mạng điện áp cao để đóng, cắt dòng điện phụ tải và cắt dòng điện ngắn mạch. Đó là loại thiết bị đóng cắt làm việc tin cậy, song giá thành cao nên máy cắt thường chỉ được dùng ở những nơi quan trọng. Có nhiều loại máy cắt, máy cắt ít dầu, dầu làm nhiệm vụ sinh khí dập tắt hồ quang cách điện là chất rắn. Máy cắt nhiều dầu, dầu vừa làm nhiệm vụ cách điện vừa làm nhiệm vụ dập tắt hồ quang. Máy cắt không khí, dùng khí nén dập tắt hồ quang. Máy cắt chân không, hồ quang được dập tắt trong môi trường chân không. Máy cắt tự sinh khí, dùng vật liệu cách điện tự sinh khí ở nhiệt độ cao để dập tắt hồ quang. Máy cắt điện từ, hồ quang bị lực điện từ đẩy vào khe hở hẹp và bị dập tắt trong đó. Máy cắt phụ tải, đó chính là máy cắt dùng kết hợp với cầu chì, dao cắt phụ tải có nhiệm vụ đóng cắt dòng phụ tải, còn cầu chì làm nhiệm vụ cắt ngắn mạch. Các điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt là: Điện áp định mức UđmMC ³ UđmLĐ Dòng điện định mức IđmMC ³ Icb Dòng điện cắt định mức Icđm ³ Công suất cắt định mức Scđm ³ Dòng điện ổn định động Iđđm ³ ixk Dòng điện ổn định nhiệt Inh.đm ³ * Chọn máy cắt cao áp 110kV Chọn loại ba pha ngoài trời SF6 loại ELK – 0 do ABB chế tạo có các thông số sau: Loại máy cắt UđmMC (kV) IđmMC (A) INmax (kA) IN3s (kA) Uxungsét (kV) ELK- 0 123 1250 80 25 630 Điện áp cao nhất của máy cắt UđmMC = 123kV ³ UđmLĐ = 110kV Dòng điện danh định IđmMC = 1250A ³ Icb110 = 131,22A Dòng điện cắt định mức IcMC = 25kA ³ IN = 3,4kA Công suất cắt định mức Scđm = 5326MVA ³ 4943MVA Dòng điện ổn định động Iđ.đm = 80kA ³ Ixk = 8,67kA Không cần kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt vì có dòng điện định mức lớn 1kA. * Chọn máy cắt trung áp 35kV Chọn loại máy cắt ba pha, SF6 kiểu hợp bộ trong nhà do Scheider chế tạo có các thông số: Loại máy cắt UđmMC (kV) IđmMC (A) INmax (kA) IN3s (kA) Uxungsét (kV) 36GI-E16 36 1250-630 40 16 200 Với máy cắt ở lộ tổng thì IđmMC =1250A còn máy cắt ở lộ ra IđmMC = 630A Kiểm tra tương tự như trên thì lựa chọn này là phù hợp * Chọn máy cắt hạ áp 22kV Chọn loại máy cắt ba pha chân không do ABB chế tạo Loại máy cắt UđmMC (kV) IđmMC (A) INmax (kA) IN3s (kA) Uxungsét (kV) 3AF 154-4 12 2000-630 63 25 75 Tất cả các máy cắt được lựa chọn đều tính đến sự mở rộng của trạm, khi trạm đi vào vận hành hai máy biến áp thì các máy cắt đều đáp ứng được các thông số khi vận hành 2 trạm. 6.4.3. Chọn dao cách ly Nhiệm vụ chủ yếu của dao cách ly là tạo ra một khoảng hở cách điện được trông thấy giữa bộ phận đang mang dòng điện và bộ phận cắt điện nhằm mục đích đảm bảo an toàn và khiến cho nhân viên sửa chữa thiết bị an tâm khi làm việc. Do vậy ở những nơi cần sửa chữa luôn ta nên đặt thêm dao cách ly ngoài các thiết bị đóng cắt khác. Dao cách ly không có bộ phận dập tắt hồ quang nên không thể cắt được dòng điện lớn. Nếu nhầm lẫn dùng dao cách ly để cắt dòng điện lớn thì có thể phát sinh hồ quang gây nguy hiểm. Do vậy, dao cách ly chỉ dùng để đóng cắt khi không có dòng điện. Dao cách ly được chế tạo với các cấp điện áp khác nhau, có loại một pha và loại ba pha, có loại đặt trong nhà và loại dặt ngoài trời. Sau đây là các điều kiện để chọn và kiểm tra dao cách ly. Loại dao cách ly Điện áp định mức UđmCL ³ Umg Dòng điện định mức IđmCL ³ Ilvcb Dòng điện ổn định nhiệt I2nh.tnh ³ BN Dòng điện ổn định động Iđđm ³ Ixk * Dao cách ly 110kV Chọn dao cách ly loại + 3 pha ngoài trời, mở ngang lưỡi tiếp đất hai phía liên động + 3 pha ngoài trời, mở ngang lưỡi tiép đất một phía liên động Điện áp cao nhất UđmCL = 123kV ³ Umg = 110kV Dòng điện định mức IđmCL = 1250A ³ Ilvcb = 131,39A Dòng điện ngắn mạch cực đại Iđđm = 25kA ³ Ixk = 8,67kA * Dao cách ly phía 35kV và phía 22kV được chọn hợp bộ theo tủ phân phối 6.4.4. Chọn máy biến điện áp BU Máy biến điện áp có nhiệm vụ biến đổi điện áp từ trị số cao xuống trị số thấp phục vụ cho đo lường, bảo vệ rơle và tự động hoá. Điện áp thứ cấp của máy biến điện áp 100V hay 100/V không kể điện áp sơ cấp định mức là bao nhiêu. Nguyên lý làm việc của máy biến điện áp cũng tương tự như máy biến áp điện lực thông thường, chỉ khác là công suất của nó rất nhỏ chỉ hàng chục đến hàng trăm VA. Đồng thời tổng trở mạch ngoài của thứ cấp máy biến điện áp rất lớn, do đó có thể xem như máy biến điện áp thường xuyên làm việc không tải. Máy biến điện áp thường được chế tạo thành loại một pha, ba pha hoặc ba pha năm trụ, cấp điện áp 6, 10, 35, 110, 220kVcó loại có dầu và loại khô. Để kiểm tra cách điện của mạng 6-22kV (trung tính không nối đất) người ta thường dùng loại máy biến điện áp đo lường ba pha năm trụ với cách nối dây Y/Yo/D hở. Phía thứ cấp của máy có hai dây quấn đấu sao và tam giác hở. Khi sẩy ra ngắn mạch không đối xứng (một pha, hai pha) ở hai đầu dây quấn tam giác hở xuất hiện điện áp, nhờ đó ta có thể kiểm tra được tình trạng cách điện của mạng. Các điều kiện để chọn máy biến điện áp Điện áp định mức UđmBU ³ Umg Sơ đồ nối dây, kiểu máy Cấp chính xác: phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo Công suất định mức S2đmBU ³ S2 Chọn dây dẫn nối BU với các dụng cụ đo lường * Biến điện áp 110kV Chọn loại 1pha ngoài trời Điện áp cao nhất của BU: UđmBU = 123kV ³ Umg Tỷ số biến áp : Cấp chính xác: + Cuộn đo lường: 0,5 30VA + Cuộn bảo vệ: 3P20 Loại BU dùng cho đo lường và thông tin tải ba đặt ngoài trời Tỷ số biến áp: Điện áp thử ở tần số công nghiệp trong vòng một phút: 230kV Điện áp thử xung trong 10s: 255kV Tần số: 50HZ Tổng công suất tiêu tán đồng trời: 200VA Độ tăng nhiệt không quá 60oC Có đầu ra dành riêng cho thông tin tải ba được nối trực tiếp với bộ lọc cao tần Có cơ cấu phối hợp bằng thép để lắp cuộn cản trên đỉnh * Biến điện áp phía 35kV và 22kV được chọn theo tủ phân phối hợp bộ 6.4.5. Chọn máy biến dòng điện BI Máy biến dòng có nhiệm vụ biến đổi dòng điện từ một trị số lớn xuống trị số nhỏ để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, bảo vệ rơle và tự động hoá. Thường dòng điện định mức thứ cấp của máy biến dòng điện là 5A (trường hợp đặc biệt có thể là 1A hay 10A) dù rằng dòng điện định mức sơ cấp có thể bằng bao nhiêu. Về nguyên lý, máy biến dòng điện cũng giống như máy biến áp điện lực. Cuộn dây sơ cấp của BI được mắc nối tiếp với mạng điện và có số vòng dây rất nhỏ (đối với dòng điện sơ cấp £ 600A thì sơ cấp chỉ có một vòng dây, cuộn dây thứ cấp sẽ có số vòng dây nhiều hơn). Phụ tải thứ cấp của BI rất nhỏ, có thể xem như máy biến dòng BI luôn làm việc trong tình trạng ngắn mạch. Để đảm bảo an toàn cho người vận hành, cuộn thứ cấp của máy biến dòng phải được nối đất. Các phương án nối dây của máy biến dòng với các dụng cụ đo như sau: Các điều kiện để chọn và kiểm tra máy biến dòng như sau Điện áp định mức UđmBI ³ Umg Dòng điện IđmBI ³ Ilvcb Phụ tải Z2đmBI ³ Z2 = r2 Ổn định động Ổn định nhiệt (knh.I1đm)2tnh ³ BN Đối với máy biến dòng ngoài các điều kiện này còn phải chú ý đến cấp chính xác. * Biến dòng điện phía 110kV Chọn loại 1 pha ngoài trời Điện áp định mức UđmBI = 123kv ³ Umg =110kV Dòng điện IđmBI = 1250kA ³ Ilvcb Ổn định động Có tỷ số biến dòng : 200-400-600-800/1/1/1/1A Cấp chính xác của lõi 1: 0,5; 30VA Cấp chính xác lõi 2, 3, 4: 5P20; 30VA Không cần kiểm tra độ bền nhiệt * Biến dòng điện phía 35kV và 22kV được chọn theo tủ phân phối hợp bộ 6.4.6. Lựa chọn chống sét van Nhiệm vụ của chống sét van là chống sét đánh từ ngoài đường dây trên không truyền vào trạm biến áp và trạm phân phối. Chống sét van được làm bằng điện trở phi tuyến. Với điện áp định mức của lưới điện, điện trở của chống sét van có trị số lớn vô cùng không cho dòng điện đi qua, khi có điện áp sét điện trở giảm tới không, chống sét van tháo dòng sét xuống đất. Người ta chế tạo chống sét van ở mọi cấp điện áp, để hỗ trợ làm giảm nhẹ mức độ làm việc của chống sét van, thường người ta đặt thêm chống sét ống trên đường dây cách trạm khoảng 150 đến 200m. Chống sét ống có nhiệm vụ tháo bớt sét xuống đất, làm giảm bớt biên độ sét trước khi đến chống sét van. Các vị trí đặt chống sét van, đặt chống sét van trước dao cách ly. Ưu điểm của cách đặt này là dòng sét không qua dao cách ly. Nhược điểm là muốn kiểm tra, sửa chữa, thay thế chống sét van cần phải cắt máy cắt đặt ở nguồn tới trạm đó. Chống sét van đặt sau dao cách ly, đặt ở vị trí này thuận tiện cho việc kiểm tra, thay thế chống sét van nhưng dòng sét có trị số rất lớn lại đi qua dao cách ly có thể làm giảm tuổi thọ của dao cách ly. Cách đấu nối ở hình c) là cách đấu nối tốt nhất, vừa đảm bảo an toàn cho dao cách ly vừa thuận tiện cho việc sửa chữa thay thế chống sét van. Tuy nhiên cách đấu nối này phải tốn thêm một dao cách ly và phải có không gian để lắp đặt. Điều kiện để chọn chống sét van UđmCSV ³ ULĐ * Chống sét van phía 110kV Chọn loại chống sét van ZnO kẽm máy đếm sét lắp đặt ngoài trời Điện áp cao nhất: 110kV Điện áp làm việc: 96kV rsm Điện áp làm việc duy trì: 77kV rsm Tần số: 50Hz Dòng điện phóng danh định: 10kA * Chống sét van phía 35kV 6.4.7. Lựa chọn sứ cách điện Sứ có tác dụng vừa làm giá đỡ các bộ phận mang điện, vừa làm vật cách điện giữa các bộ phận đó với đất. Do đó, sứ phải có đủ độ bền, chịu được lực điện động do dòng điện ngắn mạch gây ra, đồng thời phải chịu được điện áp của mạng kể cả lúc quá điện áp. Sứ thường được chia làm 2 loại chính, sứ đỡ hay sứ treo các thanh cái, dây dẫn và các bộ phận mang điện trong các thiết bị điện. Sứ xuyên dùng để dẫn thanh cái hoặc dây dẫn xuyên qua tường hoặc nhà. Tuỳ theo chất lượng của vật liệu làm sứ, mỗi loại sứ chịu được một lực phá hỏng Fph khác nhau. Lực cho phép Fcp tác dụng lên sứ được quy định như sau: Fcp = 0,6Fph Trong đó 0,6 hệ số sét đến độ dự trữ Các điều kiện chọn và kiểm tra sứ Điện áp định mức UđmSứ ³ Uđm.mạng Dòng điện định mức đối với sứ xuyên và sứ đầu IđmSứ ³ Ilvmax Lực cho phép tác dụng lên đầu sứ ra Fcp ³ F’tt = kFtt Dòng điện ổn định nhiệt cho phép đối với sứ xuyên và sứ đầu ra Iôđn ³ I¥ Tuỳ từng cấp điện áp tuỳ từng vị trí mà ta lựa chọn các loại sứ thích hợp với các điều kiện phù hợp với các điều kiện khi lựa chọn sứ cách điện. 6.4.8. Lựa chọn thanh dẫn, thanh góp Người ta thường sử dụng thanh dẫn đồng, nhôm, thép trong các thiết bị phân phối điện năng. Thường chỉ dùng thanh dẫn thép trong thiết bị xoay chiều công suất nhỏ với dòng điện làm việc không quá 300A. Với dòng điện một chiều có thể dùng thanh dẫn thép có dòng điện lớn hơn. Đồng có độ dẫn điện tốt nhất, độ bền cơ học cao, có khả năng chống ăn mòn hoá học, do vậy nó được sử dụng trong các thiết bị phân phối lắp ở vùng ven biển hay khu vực có bụi công nghiệp. Nhôm có điện trở suất lớn hơn đồng 1,6 đến 2 lần, trọng lượng riêng bé hơn đồng, không có khả năng chống ăn mòn hoá học, do đó nhôm được dùng trong thiết bị phân phối cách xa khu vực có bụi muối hay bụi công nghiệp. Tiết diện thanh dẫn được lựa chọn theo mật độ dòng điện kinh tế F = [mm2] Itb- dòng điện làm việc bình thường của thanh dẫn, [A] Jkt- mật độ dòng điện kinh tế của thanh dẫn, [a/mm2] Tiết diện chọn được phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng lúc bình thường. Icp ³ Ilvmax Icp- dòng điện cho phép của thanh dẫn Ilvmax- dòng điện làm việc cực đại của mạng điện Tiết diện thanh dẫn chọn theo điều kiện phát nóng Icp = k1.k2.k3.Icpth Icp- dòng điện cho phép của thanh dẫn Icpth- dòng điện cho phép của một thanh dẫn khi nhiệt độ thanh dẫn là 70oC, nhiệt độ môi trường xung quanh là 25oC và thanh dẫn đặt đứng. k1- hệ số hiệu chỉnh khi đặt thanh dẫn nằm ngang, = 0,95 k2- hệ số hiệu chỉnh khi xét trường hợp thanh dẫn gồm nhiều thanh ghép lại k3- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh khác nhiệt độ tiêu chuẩn Sau khi tìm được tiết diện thanh dẫn phải kiểm tra thanh dẫn theo các điều kiện ổn định nhiệt và điều kiện ổn định động. Với thanh góp mềm, tiết diện thanh góp được lựa chọn theo các điều kiện dòng điện cho phép lúc làm việc cưỡng bức và được kiểm tra lại theo điều kiện ổn định nhiệt khi sẩy ra ngắn mạch, theo diều kiện vầng quang. Dòng điện cho phép lúc làm việc cưỡng bức I’cp ³ Ilvcb Điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch qN £ qNcp Điều kiện vầng quang Uvq ³ UđmHT Uvq: điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang UđmHT: điện áp định mức của hệ thống Đối với trạm biến áp 110kV, ta không dùng thanh dẫn cứng vì chúng không đảm bảo độ ổn định động, vì vậy ta chỉ sử dụng thanh dẫn mềm cho trạm. Với trạm thiết kế ta chỉ tính chọn thanh dẫn mềm cho phía cao áp, phía trung áp và phía hạ áp ta sử dụng cáp điện lực để dẫn điện đến các tủ phân phối tương ứng. Dòng điện làm việc cưỡng bức sẩy ra khi máy biến áp làm việc quá tải khi đó dòng điện cưỡng bức có trị số được tính theo công thức. Ilvcb = = 183,7A Tiết diện thanh dẫn mềm được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế, như trên đã tính toán thì thời gian sử dụng công suất cực đại của mạng điện là Tmax = 4730h do đó mật độ dòng điên kinh tế với thanh dẫn mềm bằng đồng Jkt = 2,5. Skt = = 73,48mm2 Ta chọn tiết diện của thanh dẫn mềm theo tiết diện quy chuẩn là loại dây M95. Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch qN £ qNcp hay S ³ BN – xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch, theo trên đã tính toán thì BN = 1,35.106A2s c – hằng số, với dây đồng trần c = 195 Ta có S = 5,96mm2 nhỏ hơn tiết diện đã chọn Kiểm tra theo điều kiện vầng quang Uvq ³ UđmHT Điện áp vầng quang được tính như sau: Uvq = Trong đó m- hệ số sét đến độ xù xì bề mặt dây dẫn, ta lấy m = 0,85 r- bán kính ngoài của dây dẫn, r = 0,63cm khoảng cách giữa các trục dây dẫn Ta đặt 3 thanh dẫn mềm của ba pha trên cùng một mặt phẳng, khoảng cách giữa các thanh dẫn là a = 3m Uvq = = 120,04kV Như vậy Uvq = 120,04kV ³ UđmHT = 110kV, các điều kiện kiểm tra đều thoả mãn, vậy thanh dẫn mềm được chọn là thanh bằng đồng M95. 6.4.9. Chọn các tủ phân phối hợp bộ 35kV và 22kV * Tủ 35kV ngăn lộ tổng Các thiết bị chính trong tủ phân phối gồm có: - Máy cắt : SF6 - Kiểu lắp đặt : hợp bộ trong nhà - Điện áp cao nhất của thiết bị : 40,5kV - Dòng điện danh định : 1250A - Dòng điện cắt cực hạn (1 sec) : 16kA - Biến dòng 3 cuộn dây, có tỷ số : 800-1200/1/1/1A - Cấp chính xác + CL-0,5-20VA cho đo lường + CL-5P20-20VA cho bảo vệ (Các rơle dùng loại kỹ thuật số) - Thiết bị bảo vệ + Quá dòng 2 cấp cắt nhanh và có thời gian (50/51) + Bảo vệ quá dòng trạm đất cắt nhanh và có thời gian (50/51N) - Đo lường + Ampemet, Wattmet + Varmet + Điện năng hữu công + Điện năng vô công - Cơ cấu thao tác + Đóng : bằng động cơ truyền động là xo nén + Cắt : tự do + Nguồn cung cấp cho động cơ : 220V AC + Điện áp danh định cuộn đóng/cắt : 220V DC * Tủ 35kV ngăn đường dây Các thiết bị chính trong tủ phân phối gồm có: - Máy cắt : SF6 - Kiểu lắp đặt : hợp bộ trong nhà - Điện áp cao nhất của thiết bị : 40,5kV - Dòng điện danh định : 630A - Dòng điện cắt cực hạn (1 sec) : 16kA - Biến dòng 2 cuộn dây, có tỷ số : 300-600/1/1A - Cấp chính xác + CL-0,5-20VA cho đo lường + CL-5P20-20VA cho bảo vệ - Thiết bị bảo vệ + Quá dòng 2 cấp cắt nhanh và có thời gian (50/51) + Bảo vệ quá dòng trạm đất cắt nhanh và có thời gian (50/51N) + Tự động đóng lại máy cắt (79) - Đo lường + Ampemet, Wattmet + Varmet + Điện năng hữu công + Điện năng vô công - Cơ cấu thao tác : tại chỗ bằng nút bấm, có thiết bị chỉ thị vị trí + Đóng : động cơ lò xo căng + Cắt : tự do + Nguồn cung cấp cho động cơ : 220V AC + Điện áp danh định cuộn đóng/cắt : 220V DC Ngoài ra còn có các tủ như tủ biến áp tự dùng, tủ biến điện áp. Chống sét cho phía trung áp được dùng loại chống sét ZnO kèm máy đếm sét, lắp đặt ngoài trời . - Điện áp danh định : 51kV - Điện áp làm việc duy trì : 41kV rms - Điện áp cao nhất của thiết bị : 40,5kV - Tần số : 50Hz - Dòng điện phóng danh định (8/28ms): 10kA - Điện áp dư lớn nhất với dòng 10kA (đỉnh) : 94,4kV * Tủ 10kV ngăn lộ tổng Các thiết bị chính trong tủ phân phối gồm có: - Máy cắt : SF6 - Kiểu lắp đặt : hợp bộ trong nhà - Điện áp cao nhất của thiết bị : 11kV - Dòng điện danh định : 2000A - Dòng điện cắt cực hạn (1 sec) : 20kA - Biến dòng 3 cuộn dây, có tỷ số : 1600-2000/1/1/1A - Cấp chính xác + CL-0,5-20VA cho đo lường + CL-5P20-20VA cho bảo vệ (Các rơle dùng loại kỹ thuật số) - Thiết bị bảo vệ + Quá dòng 2 cấp cắt nhanh và có thời gian (50/51) + Bảo vệ quá dòng trạm đất cắt nhanh và có thời gian (50/51N) - Đo lường + Ampemet, Wattmet + Varmet + Điện năng hữu công + Điện năng vô công - Cơ cấu thao tác + Đóng : bằng động cơ truyền động lò xo nén + Cắt : tự do + Nguồn cung cấp cho động cơ : 220V AC + Điện áp danh định cuộn đóng/cắt : 220V DC * Tủ 10kV ngăn đường dây Các thiết bị chính trong tủ phân phối gồm có: - Máy cắt : SF6 - Kiểu lắp đặt : hợp bộ trong nhà - Điện áp cao nhất của thiết bị : 11kV - Dòng điện danh định : 630A - Dòng điện cắt cực hạn (1 sec) : 20kA - Biến dòng 3 cuộn dây, có tỷ số : 300-600/1/1A - Cấp chính xác : 0,5; 5P20; 20VA - Thiết bị bảo vệ + Quá dòng 2 cấp cắt nhanh và có thời gian (50/51) + Bảo vệ quá dòng trạm đất cắt nhanh và có thời gian (50/51N) + Tự động đóng lập lại máy cắt (79) - Đo lường + Ampemet, Wattmet + Varmet + Điện năng hữu công + Điện năng vô công - Cơ cấu thao tác : tại chỗ có thiết bị chỉ thị vị trí + Đóng : động cơ lò xo căng + Cắt : tự do + Nguồn cung cấp cho động cơ : 220V AC + Điện áp danh định cuộn đóng/cắt : 220V DC Ngoài ra còn tủ biến áp tự dùng. 6.5. Tính toán bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 6.5.1. Tính toán bảo vệ rơle Trong quá trình vận hành hệ thống điện, có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử. Trong phần lớn trường hợp, các sự cố thường kéo theo hiện tượng dòng điện tăng khá cao và điện áp giảm khá thấp. Các thiết bị có dòng điện tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị hư hỏng. Khi điện áp bị giảm thấp, các hộ tiêu thụ không thể làm việc bình thường và tính ổn định của các máy phátnlàm việc song song và của toàn thể hệ thống bị giảm. Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp, dòng điện và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép và nếu để kéo dài tình trạng này có thể xuất hiện sự cố. Như vậy, sự cố làm rối loạn sự hoạt động bình thường của hệ thống điện nói chung và của các hộ tiêu thụ điện nói riêng, còn các chế độ làm việc không bình thường có thể tạo nguy cơ xuất hiện sự cố. Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và của các hộ tiêu thụ khi xuất hiện sự cố, cần phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách lý nó khỏi phần không bị hư hỏng, do đó phần còn lại duy trì được sự hoạt động bình thường, đồng thời giảm được mức độ hư hại của phần bị sự cố. Thiết bị bảo vệ rơle là loại thiết bị tự động bảo vệ có chức năng thực hiện tốt yêu cầu nêu trên. Tất cả các rơle bảo vệ cho trạm đều dùng rơle số, sơ đồ nguyên lý bảo vệ cho các phần tử của trạm được cho trong hình 17. * Bảo vệ rơle cho máy biến áp lực Những hư hỏng thường xẩy ra đối với máy biến áp có thể phân thành hai nhóm. Hư hỏng bên trong máy biến áp bao gồm chạm chập giữa các vong dây, ngắn mạch giữa các cuộn dây, chạm đất chạm vỏ và ngắn mạch chạm đất, hỏng bộ chuyển đổi bộ phân áp, thùng dầu bị thủng hoặc rò dâu. Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp bao gồm ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống, ngắn mạch một pha trong hệ thống, quá tải và quá bão hoà mạch từ. Để bảo vệ cho máy biến áp ta sử dụng những phương thức bảo vệ sau đây, trong đó các bảo vệ so lệch có hãm, bảo vệ so lệch dòng thứ tự không, rơle khí làm bảo vệ chính còn các bảo vệ khác làm bảo vệ dự phòng. - Bảo vệ so lệch máy biến áp (87T) dùng rơle SEL 387 Bảo vệ so lệch là bảo vệ cắt nhanh không có thời gian duy trì, nó được dùng để bảo vệ các sự cố bên trong máy biến áp như ngắn mạch giữa các pha, ngắn mạch một pha, ngắn mạch một số vòng dây của máy biến áp. Máy biến áp điện lực cuộn sơ cấp được đấu YN có trung tính trực tiếp nối đất, cuộn trung áp được đấu Y trung tính cách ly và cuộn hạ áp được đấu D. Như vậy để thực hiện được bảo vệ so lệch cho máy biến áp ta cần phải sử dụng đến rơle trung gian nhằm mục đích bù góc lệch pha, sơ đồ thực hiện được thể hiện trong hình 18 và sơ đồ nguyên lý được thể hiện ở hình 19. Các biến dòng trung gian ta giả sử trong trường hợp này chỉ làm nhiệm vụ bù góc lệch pha của các dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng chính đi vào rơle, tức là coi tỷ số biến đổi dòng của nó là 1. Các máy biến dòng điện được đặt ở cả ba phía của máy biến áp lực có các tỷ số biến đổi dòng được lựa chọn trong phần tính chọn khí cụ điện. Xác định dòng sơ cấp ở tất cả các phía của máy biến áp được bảo vệ tương ứng với công suất định mức của nó, chọn các máy biến dòng dùng cho bảo vệ và tính các dòng thứ cấp ở các phía. Kết quả tính toán được ghi trong bảng sau: TT Tên gọi các đại lượng Giá trị bằng số cho các phía 110kV 35kV 22kV 1 Dòng sơ cấp ở các phía của máy biến áp tương ứng với công suất danh định = 131,22(A) = 412,39(A) = 1443,38(A) 2 Hệ số biến dòng của máy biến dòng 600/5 800/5 2000/5 3 Tổ nối dây của máy biến dòng Yo Y D 4 Dòng thứ cấp trong các nhánh của bảo vệ tương ứng với công suất định mức (It) = 1,89 (A) = 4,46 (A) = 6,25 (A) 5 Dòng điện ngắn mạch 3 pha trên các thanh cái 3400 (A) 1480 (A) 3399 (A) Các máy biến dòng có tổ nối dây tam giác có dòng sơ cấp chọn theo 3Iđm, để cho dòng thứ cấp trong các nhánh bảo vệ không lớn hơn 5A quá nhiều. + Xác định dòng không cần bằng tính toán phía sơ cấp chưa kể đến thành phần I"KCbtt ở các dạng ngắn mạch nói trên đối với điểm ngắn mạch N13 trên thanh cái 10kV. IKcbtt = I'Kcbtt + I”Kcbtt= kKCK . kđn . fi . INng max + DUa . Ia N ng.max. Trong đó: kKCK : Hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ, trong quá trình quá độ lấy kKCK = 1. Kđn : Hệ số đồng nhất của máy biến dòng Kđn = 1. I Nng.max: Thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch (khi t=0) chạy qua máy biến áp khi ngắn mạch 3 pha trực tiếp ngoài vùng bảo vệ. DUa : Sai số tương đối do việc điều chỉnh điện áp ở các phía của máy biến áp được bảo vệ, lấy bằng nửa khoảng điều chỉnh của từng phía tương ứng. Ia Nng.max: Thành phần chu kỳ (khi t = 0) của dòng chạy qua các phía có điều chỉnh điện áp của máy biến áp khi ngắn mạch ngoài tính toán: Ikcbtt = (1.1. 0,1 + 0,1). 3399 = 679,8A + Đối với điểm N2 khi ngắn mạch trên thanh cái 35kV: Ikcbtt = kKCK . kđn . fi . I Nng.max + DUa. IaNng.max +DUb.Ib Nng.max Ikcbtt = (1.1.0,1 + 0,1 + 0,05). 1480 = 370A (1) - Theo điều kiện chỉnh định khởi động dòng không cân bằng cực đại: IKcbtt = 679,8A (2) - Theo điều kiện chỉnh định khởi dòng từ hoà nhảy vọt: Iđmt = 370A Như vậy, chọn điều kiện (1) làm điều kiện tính toán: IKcbtt = 679,8A Dòng khởi động của rơle được xác định như sau: IlvR = Trong đó: Kat: hệ số an toàn với rơle số lấy bằng 1,1 Ksd: hệ số sơ đồ trong trường hợp này bằng Kbd: tỷ số biến đổi của máy biến dòng điện Ta có IlvR = = 10,79A Ta chọn giá trị đặt cho rơle bằng 11A Khi làm việc bình thường dòng điện đi qua rơle có trị số bằng hiệu của các dòng thứ cấp của các máy biến dòng điện đặt ở ba phía của máy biến áp. Ilv = êI1 – (I2 + I3) ê = ê1,89 – (4,46 + 6,25) ê= 8,82A Để ngăn chặn việc rơle tác động sai do ảnh hưởng của dòng điện từ hoá khi đóng máy biến áp không tải và khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ ta xác định dòng điện hãm cho rơle. IH =( êI1 ê+ ê I2 + I3 ê)KH = (1,89 + 4,46 + 6,25).0,1 = 1,26A Trong đó: KH là hệ số hãm của bảo vệ KH £ 0,5, trong trường hợp này ta lấy hệ số hãm KH = 0,1 * Rơle SEL-387 gồm các chức năng sau: Rơle SEL-387 bao gồm các cơ cấu phần tử so lệch dòng điện giới hạn và không giới hạn phụ thuộc. Cơ cấu giới hạn có đặc tính giới hạn tỷ lệ thay đổi với độ dócc gấp đôi. Phần tử so lệch không giới hạn riêng biệt trang bị đối với các sự cố bên trong nhanh hơn rõ ràng hơn. SEL-387-0 rơle cung cấp bảo vệ tránh các tình trạng có thể làm cho rơle tác động nhầm đến từ cả hai tình trạng của hệ thống và máy biến áp. Sử dụng sóng hài bậc 5 để tránh cho rơle tác động nhầm trong các điều kiện quá mức cho phép. Các phần tử sóng hài khác la thông tin cung cấp cho bảo vệ tránh sự tràn vào của dòng điện khi từ hoá máy biến áp. SEL-387-5 và SEL-387-6 các rơle này cũng cung cấp cho bảo vệ tránh các điều kiệncó thể gây ra tác động nhầm của rơle gây ra bởi cả hai phía hệ thống và máy biến áp. Phần tử sóng hài bậc 5 tránh cho rơle tác động nhầm trong điều kiện vượt quá giá trị cho phép. Các thành phần sóng điều hoà khác (bậc 2 và bậc 4) cung cấp bảo vệ đối với sự tràn vào của dòng điện trong quá trình từ hoá máy biến áp, được bổ xung bằng phần tử một chiều đo lường việc bù dòng một chiều. Phần tử sóng hài khác đưa ra sự lựa chọn giữa việc khoá sóng hài và hạn chế sóng hài. - Bảo vệ quá dòng hai cấp (50/51) bố trí ở phía 110kV - Bảo vệ chống ngắn mạch trạm đất được đặt ở phía 110kV (50N/51N) - Bảo vệ quá tải máy biến áp (49T) - Rơle hơi bảo vệ hai cấp (96-1 và 96-2) - Rơle bảo vệ quá nhiệt dầu làm mát (26-1 Oil và 26-2 Oil) - Rơle bảo vệ quá nhiệt cuộn dây (26-1 và 26-2W) - Rơle áp suất (63) - Tự động điều chỉnh điện áp dưới tải (90) - Rơle giám sát mạch cắt (74) - Rơle giới hạn sự cố chạm đất (50REF) - Rơle chỉ thị mức dầu (71) * Bảo vệ đường dây 110kV Đường dây 110kV đến trạm Đồng Văn được nối từ trạm Lý Nhân trong tương lai sẽ xây dựng thêm đường dây thứ hai nối từ Phủ Lý đến Đồng Văn do vậy sẽ kết thành mạch vòng. Do đó, ta chọn các bảo vệ sau: - Bảo vệ khoảng cách, chống chạm đất (21/21N) - Bảo vệ quá dòng có hướng và quá dòng trạm đất có hướng (67/67N) - Rơle xác định điểm sự cố (FL) - Rơle ghi sự cố (FR) - Tự động đóng lại máy cắt (79) - Rơle dùng để hoà và kiểm tra sự đồng bộ của điện áp (25) - Rơle giám sát mạch cắt (74) - Rơle chống sự từ chối tác động của máy cắt (50BF) 6.6. Thiết kế đo lường cho trạm biến áp 6.6.1. Đo lường cho đường dây 110kV Để theo dõi tình trạng làm việc của lưới điện ta thì ta phải thiết kế hệ thống đo, đếm và theo dõi quá trình vận hành của lưới điện, để đáp ứng được yêu cầu đó ta dùng các thiết bị đo lường sau: + 3 đồng hồ am pe để đo dòng điện 1 pha. + 1 vôn kế có công tắc chuyển đổi để đo điện áp các pha. + 1 oát mét đo công suất tác dụng. + 1 var mét đo công suất phản kháng. + 1 công tơ tác dụng đếm điện năng tác dụng. + 1 công tơ phản kháng đếm điện năng phản kháng. - Chọn và kiểm tra máy biến dòng đo lường: Máy biến dòng đo lường cho ĐDK 110 kV được chọn và kiểm tra như máy biến dòng trong phần chọn và kiểm tra khí cụ điện. - Chọn máy biến áp đo lường: Phụ tải thứ cấp của máy biến áp đo lường bao gồm tất cả các cuộn áp của các đồng hồ đo, đếm. Điều kiện chọn: UđmBu ³ UđmHT = 110 KV. S1đm ³ 2.Stt Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp phải phù hợp với nhiệm vụ của nó, để cấp cho công tơ chỉ cần dùng 2 máy biến điện áp một pha nối V/V. Nếu đồng thời dùng máy biến điện áp để kiểm tra cách điện của mạng 3 pha trung tính cách điện 3- 20 kV dùng biến điện 3 pha 5 trụ Y0/Y0/ D. Đối với mạng từ 35 kV trở lên người ta dùng 3 biến điện áp 1 pha nối Y0/Y0/ D. Vì đây là mạng có điện áp 110 KV và có trung tính trực tiếp nối đất nên ta dùng biến điện áp 3 pha 5 trụ nối Y0/Y0/ D hở. Trong đó cuộn tam giác hở là để bảo vệ chống trạm đất, cuộn tam giác hở để nhận được điện áp thứ tự không, hệ số biến đổi của các cuộn phụ đối với cuộn sơ cấp được chọn sao cho điện áp thứ cấp cực đại 3U0 không vượt quá 100 V. Ta có điện áp của các pha ở phía sơ và thứ cấp của biến điện áp có quan hệ như sau: B C A c b a Sbc Sab A B C a b c Ta có sơ đồ nối biến điện áp như sau: Hình 20: Sơ đồ nối máy biến điện áp Sơ đồ đo lường cho đường dây 110kV thể hiện trong hình 21. 6.6.2. Đo lường cho máy biến áp chính - Đo lường cho cuộn cao áp Việc chọn, bố trí các thiết bị đo lường trong hệ thống nhằm mục đích theo dõi, kiểm tra, sự làm việc của các thiết bị điện, từ đó định ra các phương thức vận hành hợp lý, phân bố phụ tải và tính điện năng. Thiết kế hệ thống đo lường, phải đảm bảo tính kinh tế và yêu cầu kỹ thuật. Hệ thống đo lường trạm biến áp bao gồm: - Đồng hồ Ampemét dùng đo dòng điện 3 pha. - Đồng hồ Vônmét có khoá chuyển đổi để đo điện áp giữa các pha. - Công tơ tác dụng để đo điện năng tác dụng. - Công tơ phản kháng để đo điện năng phản kháng. Sơ đồ nguyên lý được trình bầy trong hình 21. - Chọn các thiết bị đo lường: Chọn Ampemét. Với dòng lớn nhất ở thức cấp máy biến áp: Ilvmax= Vậy ta đo gián tiếp qua máy biến dòng. Chọn Vônmét. Vônmét dùng để đo điện áp sơ cấp máy biến áp Uđm = 110KV. Chọn Oát met và Var met. Oát met và Var met dùng để đo công suất tác dụng và công suất phản kháng, nó dùng làm căn cứ để vẽ đồ thị phụ tải. Cuộn dòng của Oát mét, Var mét được nối tiếp với cuộn dòng của máy biến dòng, cuộn áp được nối vào thanh cài thông qua máy biến điện áp. Chọn công tơ tác dụng. Công tơ tác dụng dùng để đo năng lượng tác dụng và xác định Costb. Công tơ tác dụng còn làm căn cứ để tính tiền điện cho các hộ tiêu thụ, cuộn dòng của công tơ tác dụng và công tơ phản kháng nối tiếp với cuộn dòng của máy biến dòng, cuộn áp nối trực tiếp vào máy biến áp đo lường. Chọn máy biến dòng đo lường. Sử dụng máy biến dòng có sẵn trong sứ đầu ra của máy biến áp. Chọn máy biến điện áp đo lường. Máy biến điện áp đo lường được chọn theo các điều kiện sau: Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp: Do mạng điện cao áp là 110KV, do vậy ta dùng 3 máy biến điện áp 1 pha đấu theo sơ đồ Y. Điều kiện về điện áp: Điều kiện của máy biến điện áp phải phù hợp với điện áp mạng: Udnsc = Uđm mạng = 110KV. Cấp chính xác: Cấp chính xác của máy biến điện áp phải chọn phù hợp với nhiệm vụ của biến điện áp, chọn cấp chính xác là 0,5. Công suất định mức: Tổng phụ tải nối vào biến điện áp S phải bé hơn hay bằng công suất định mức của biến điện áp với cấp chính xác đã chọn. SđmBU ³ S Biến điện áp 110KV một pha. Uđm = kV. Số cuộn dây phía thứ cấp: 2. Cấp chính xác: 0,5/3P. Thiết kế đo lường cho phía 35kV và phía 10kV cũng được tính toán tương tự như cuộn cao áp, sơ đồ nguyên lý được trình bầy trong hình 22 và hình 23. 6.7. Hệ thống nối đất và bảo vệ quá điện áp cho trạm 6.7.1. Hệ thống nối đất Hệ thống cung cấp điện làm nhiệm vụ cung cấp điện và phân phối điện năng đến các hộ dùng điện. Do vậy nên đặc điểm quan trọng của nó là phân bố trên diện tích rộng và thường xuyên có người làm việc với các thiết bị điện. Cách điên của các thiết bị điện bị chọc thủng, người vận hành không tuân theo các quy tắc an toànlà những nguyên nhân chính dẫn đến tai nạn điện giật. Sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào thiết bị không những làm hư hỏng các thiết bị điện mà còn gây nguy hiểm cho người vận hành. Do đó nên trong hệ thống cung cấp điện nhất thiết phải có biện pháp an toàn chống điện giật và chống sét. Một trong ngững biện pháp an toàn có hiệu quả và tương đối đơn giản là việc thực hiện việc nối đất cho thiết bị điện và đặt các thiết bị chống sét. Trang bị nối đất bao gồm các điện cực và dây dẫn nối đất. Các điện cực nối đất bao gồm điện cực thẳng đứng được đóng sâu vào trong đất và điện cực ngang được chôn ngầm ở độ sâu nhất định. Các dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối đất với các điện cực nối đất. Khi có trang bị nối đất, dòng điện ngắn mạch xuất hiện do cách điện của thiết bị với vỏ bị hư hỏng sẽ chạy qua vỏ thiết bị theo dây dẫn nối đất xuống các điện cực và chạy tản vào trong đất. Nếu tay người hoặc một bộ phận nào đó của cơ thể chạm vào vỏ thiết bị thì điện áp tiếp xúc Utx là điện áp giữa chỗ chạm ở cơ thể người với chân người được xác định: Utx = jd - j Trong đó jd - điện thế lớn nhất j - thế tại điểm trên mặt đất, chỗ chân người đứng Khi người đi đến gần thiết bị bị hỏng thì xuất hiện điện áp bước giữa hai chân Ub Ub = j1 - j2 Để tăng an toàn, tránh Utx và Ub còn khá lớn có thể gây nguy hiểm đến tính mạng, ta dùng hình thức nối đất phức tạp hơn bằng cách bố trí thích hợp các điện cực trên diện tích đặt thiết bị điện và nối đất hình vòng xung quanh thiết bị điện. Để nối đất cho trạm ta dùng cọc nối đất bằng thép F16 mạ đồng chiều dài mỗi cọc nối đất l = 3m, dây nối đất được dùng là thép tròn F12 mạ kẽm. Dây nối được liên kết với cọc nối đất bằng hàn hoặc bằng kẹp tiếp địa bằng bulông chẻ có hai đai liên kết. Độ chôn sâu của cọc là h’ = 0,8m tính từ đầu trên của cọc so với mặt đất, dây nối đất được hàn ở đầu cọc phía trên, các cọc đóng cách nhau 6m. Ta chọn phương án nối đất là hình vòng xung quanh trạm, theo các quy tắc hiện hành thì trị số điện trở nối đất cho phép của trạm 110kV là: R £ [R]cp = 0,5W Điện trở xuất của đất ở khu vực đặt trạm rđ = 0,05.104W.cm, khu vực đặt trạm không có điện trở nối đất tự nhiên. Điện trở tản của một điện cực được xác định theo công thức Rđ = Trong đó l- chiều dài của cọc nối đấts rtt- điện trở xuất của đất, rtt = 50W.m d- đường kính của cọc nối đất t- chiều sâu chôn cọc được tính từ mặt đất đến giữa cọc tiếp đất, t = K- hệ số hiệu chỉnh của đất, với đất khu vực đặt trạm là đất ướt trung bình K = 1,3 Như vậy Rđ = = 25,31W Số lượng cọc cần thiết là n = = 50,62 cọc Với a= 6m, l = 3m nên a/l = 2, lấy sơ bộ số lượng cọc là n = 50 cọc tra bảng hệ số sử dụng cọc ta có hđ = 0,56 Số lượng cọc kể đến hệ số sử dụng cọc là: n’ = 90,39 cọc lấy n’ = 90 cọc tra bảng ta có hệ số sử dụng thanh dẫn ngang là hng = 0,246 Điện trở của thanh nối có chu vi vòng L = 42a = 42.2.3 = 256m Rng = Trong đó d- đường kính dây nối, d = 0,012m Rng = = 0,66W 0,162W Điện trở nối đất của 90 cọc là: R = Điện trở nối đất bao gồm hệ thống cọc đóng thẳng đứng và thanh đặt nằm ngang R’ = 0,1W Như vậy hệ thống nối đất có R’ = 0,1W < [R]CP = 0,5W, hệ thống nối đất thiết kế là đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, gồm có 90 cọc được chôn theo hình vòng xung quanh. Khoảng cách giữa các cọc là 6m. Kiểm tra độ bền nhiệt của dây nối đất, độ bền nhiệt của dây nối đất được kiểm tra theo công thức sau: F = I¥ Trong đó F – tiết diện của dây I¥ - Dòng điện ngắn mạch lớn nhất, I¥ = 3,4kV tqđ – thời gian giả thuyết của dòng điện đi vào đất, tqđ = 1,1s c – hằng số, với thép c = 74 Ta có F = 48,19mm2 Dây nối đất F12 có tiết diện Ftt = p.= 3,14.62 = 113,04mm2 Như vậy thoả mãn điều kiện bền nhiệt Sơ đồ mặt bằng thể hiện hệ thống nối đất được cho trong hình 24. Hệ thống nối đất cho trạm dùng loại hỗn hợp cọc thanh tạo mạch vòng nối đất theo dạng lưới ô vuông. - Lưới nối đất sử dụng sắt tròn mạ kẽm F12 chôn ở độ sâu 0,8m so với mặt nền đất tự nhiện. - Cọc nối đất dùng cọc thép tròn mạ kẽm có đường kính F16, chôn ở độ sâu cách mặt đất tự nhiện 0,8m - Trung tính phía 110kV của máy biến áp lực được nối đến hệ thống nối đất bằng dây đồng bọc cách điện có tiết diện 240mm2. - Nối đất làm việc của các chống sét van, biến điện áp, kim thu sét và dao nối đất sử dụng dây đồng trần tiết diện 120mm2. - Các cột cổng, xà và trụ đỡ thiết bị của hệ thống phân phối 110kV, kim chống sét được nối vào hệ thống nối đất bằng dây đồng trần tiết diện 120mm2. - Các tủ điều khiển, tủ bảo vệ, tủ đấu dây ngoài trời, tủ điện hạ thế, các tủ điện 35kV, 22kV được nối vào lưới tiếp đất bằng dây đồng trần 95mm2. 6.7.2. Bảo vệ quá điện áp cho trạm Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất, hay giữa các đám mây mang điện tích khác dấu. Trước khi có sự phóng điện của sét đã có sự phân chia và tích luỹ rất mạnh điện tích trong các đám mây. Các đám mây mang điện là do kết quả của sự phân tích các điện tích trái dấu và tập trung chúng trong các phần khác nhau của đám mây. Khi bị sét đánh nó sẽ gây ra hiện tượng quá điện áp khí quyển, quá điện áp khí quyển phát sinh khi sét đánh trực tiếp vào các vật đặt ngoài trời cũng như khi sét đánh gần các công trình điện. Quá điện áp do sét đánh trực tiếp là nguy hiểm nhất. Các thiết bị điện được bảo vệ chống quá điện áp khí quyển bằng hệ thống cột và dây chống sét, giữa cho đối tượng được bảo vệ không bị sét đánh trực tiếp, còn các thiết bị chống sét khác có tác dụng hạ thấp quá điện áp phát sinh trong thiết bị đến trị số thấp hơn điện áp thí nghiệm. 6.7.2.1. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta dùng các cột thu lôi, chiều cao và hệ thống nối đất là hai yếu tố cơ bản của cột chống sét. Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi là hình nón cong tròn xoay có tiết diện ngang là những hình tròn, ở độ cao hX có bán kính RX. Trị số của bán kính bảo vệ RX được xác định theo các công thức sau: RX = Trong đó h- độ cao cột thu sét RX – bán kính của phạm vi bảo vệ ở mức cao hX hX - độ cao của vật cần được bảo vệ (h – hX) - độ cao hiệu dụng của cột thu sét Để dễ dàng tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu sét người ta có thể tính theo công thức sau: - Khi hX £ : RX = - Khi hX ³ : RX = Với phạm vi của trạm ta sẽ đặt hai cột thu sét cao h = 25m, chiều cao cần được bảo vệ của các thiết bị là hX = 6,1m. Qua tính toán phạm vi đặt các thiết bị thì chu vi cần được bảo vệ ở độ cao hX = 6,1m là hình chữ nhật có chiều dài các cạnh là: 67m x 38m. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét được xác định như sau: Ta có hX = 6,1m £ = nên RX = = 26,06m Ta đặt hai cọc cách nhau một khoảng a = 30m, do vậy mà độ cao mà hai cột này có thể bảo vệ được là: h – ho = hay ho = h - > hX = 6,1m Như vậy phạm vi bảo vệ của hai cột này là: Chiều dọc 2R + a = 2.26,06 + 30 = 82,12m > 67m Chiều rộng 2R = 2.26,06 = 52,12m > 38m Phạm vi bảo vệ được thể hiện trong hình 25. 6.7.2.2. Bảo vệ chống sét truyền vào trạm Để bảo vệ chống sét truyền vào trạm người ta dùng kết hợp giữa ba loại chống sét đó là chống sét van kết hợp với chống sét ống và khe hở phóng điện. Khe hở phóng điện là thiết bị chống sét đơn giản nhất gồm hai điện cực, trong đó một điện cực nối với mạnh điện còn điện cực kia nối với đất. Khi làm việc bình thường, khe hở cách ly những phần tử mang điện với đât. Khi có sóng quá điện áp chạy trên đường dây, khe hở phóng điện sẽ phóng điện và truyền xuống đất. Chống sét ống gồm có hai khe hở phóng điện l1 và l2. Khe hở l1 được đặt trong ống làm bằng vật liệu sinh khí như fibrô, bakêlít hay phi-nipơlát. Khi sóng điện áp quá cao thì l1 và l2 đều phóng điện. Dưới tác dụng của hồ quang, chất sinh khí phát nóng và sản sinh ra nhiều khí làm cho áp suất trong ống tăng tới hàng trục atm và thổi tắt hồ quang. Chống sét van gồm hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở làm việc. Khe hở phóng điện của chống sét van là một chuỗi các khe hở nhỏ, điện trở làm việc là điện trở phi tuyến có tác dụng hạn chế trị số dòng điện ngắn mạch chạm đất qua chống sét van khi sóng qúa điện áp chọc thủng các khe hở phóng điện. Dòng điện này cần phải hạn chế để việc dập tắt hồ quang trong khe hở phóng điện được dễ dàng sau khi chống sét van làm vệc. Người ta dùng kết hợp các loại bảo vệ này như sau: Các chống sét van đã được lựa chọn ở phần trên, ở các cấp điện áp khác nhau ta dùng các chống sét van có điện áp tương ứng. Các chống sét van gồm có 96kV, 51kV và 15kV lắp đặt tại các phía đầu vào của máy biến áp. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm bằng kim thu sét được lắp trên các cột cổng của hệ thống phân phối 110kV, kết hợp đặt các kim thu sét trên cột ăngten thông tin vô tuyến của trạm. 6.8. Các bản vẽ thiết kế CHƯƠNG 7: HỆ THỐNG ĐIỆN TỰ DÙNG, HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG, HỆ THỐNG THÔNG TIN LIÊN LẠC 7.1. Hệ thống điện tự dùng Điện tự dùng của trạm gồm điện tự dùng xoay chiều 380/220V và điện tự dùng một chiều 220V. Nguồn điện tự dùng xoay chiều của trạm được cung cấp từ 2 máy biến áp tự dùng 38,5/0,4kV-100kVA và 11/0,4kV-100kVA, lấy điện từ thanh cái 35kV và 22kV. Đầu ra 0,4kV được dẫn tới hệ thống thanh cái có phân đoạn bằng các bảng điện tự dùng 380/220V để cung cấp cho các phụ tải tự dùng xoay chiều của trạm bao gồm các động cơ quát mát máy biến áp, thiết bị điều chỉnh dưới tải của máy biến áp, động cơ căng lò xo của các máy cắt, chiếu sáng ngoài trời, trong nhà và nối tới hệ thống tự dùng của trạm. Điện tự dùng một chiều 220V được cung cấp từ hệ thống ác quy của trạm với dung lượng 120Ah. Hệ thống ác quy làm việc theo chế độ nạp và phụ nạp thường xuyên nhờ hai bộ chỉnh lưu có điện áp làm việc 380/220V và dòng điện làm việc lớn nhất 40A. Phụ tải một chiều của trạm gồm có hệ điều khiển, tự động, bảo vệ và báo tín hiệu, chiếu sáng sự cố và hệ thông tin cao tần. 7.2. Hệ thống chiếu sáng Hệ chiếu sáng của trạm gồm chiếu sáng trong nhà phân phối và điều khiển, nhà điều hành sản xuất và chiếu sáng ngoài trời. Chiếu sáng ngoài trời cho phần phân phối 110kV, đèn pha và đèn cao áp thủy ngân, bố chí kết hợp trên các cột cổng 110kV và xung quanh hàng rào trạm. Chiếu sáng trong nhà điều khiển, nhà phân phối 35/22kV dùng các đèn huỳnh quang và đèn sợi đốt, phòng ác quy dùng đèn phòng nổ. Dự phòng cho trường hợp mất điện xoay chiều, trong phòng điều khiển và phòng phân phối 35/22kV, phòng ác quy có bố trí hệ thống chiếu sáng sự cố ở các vị trí cần thiết. Hệ thống đèn sự cố được cấp điện từ nguồn một chiều 220VDC. Khi xảy ra sự cố mất nguồn xoay chiều, hệ thống đèn sự cố sẽ tự động đóng điện một chiều nhờ thiết bị chuyển đổi điện áp tự động. Để phục vụ công tác sửa chữa có trang bị các đèn xách tay di động 220V-200W, 36V. 7.3. Hệ thống thông tin liên lạc Tính cần thiết của hệ thống thông tin liên lạc. Để phục vụ tốt cho công tác vận hành và quản lý sản xuất của trạm cần phải có hệ thống thông tin liên lạc. Hệ thống thông tin phải đảm bảo đáp ứng các nhu cầu liên lác điện thoại và phục vụ cho công tác truyền số liệu, giám sát, đo lường và điều khiển từ xa trong tương lai. Hệ thống thông tin liên lạc sau khi lắp đặt và đưa vào vận hành phải đảm bảo các mục như kết nối, hòa mạng hệ thống viễn thông ngành điện, truyền số liệuđể phục vụ công tác quản lý tập trung và tự động hóa của ngành. Hệ thống thông tin cho phép trao đổi thông tin giữa điều hành viên trạm biến áp 110/35/22kV Đồng Văn với trung tâm điều độ hệ thống điện Miền Bắc, trạm biến áp 220/110kV Nam Định, Điện lực Hà Nam và các trạm, cơ quan khác trong ngành điện trên mạng viễn thông điện lực. Phạm vi nhiệm vụ của hệ thống thông tin liên lạc trạm biến áp 110/35/22kV Đồng Văn. Đề án thiết kế xây dựng hệ thống thông tin liên lạc thoại để phục vụ công tác điều hành sản xuất khi trạm biến áp 110kV Đồng Văn được đưa vào vận hành. Ngoài ra còn phải dự trù kênh thông tin để truyền tín hiệu tự động trong tương lai. Như đã nêu trên ngoài mục tiêu phục vụ đắc lực và kịp thời cho công tác điều hành và quản lý sản xuất của trạm biến áp Đồng Văn, hệ thống thông tin liên lác còn phải đáp ứng được yêu cầu truyền tín hiệu tự động khi cần thiết. Hệ thống thông tin liên lạc cho trạm biến áp 110/35/22kV Đồng Văn phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Thiết lập kênh thông tin truyền tín hiệu thoại giữa trạm biến áp Đồng Văn với Trung tâm Điều Độ HTĐ Miền Bắc (A1), TBA 220/110kV Nam Định, Điện lực Hà Nam, các trạm biến áp khác và các đơn vị có liên quan trong ngành điện. - Dự trù kênh truyền tín hiệu tự động để kết nối với các thiết bị khác. - Xem xét vấn đề cấp nguồn, tiếp đất, vị trí lắp đặt thiết bị thông tin liên lạc và phòng chống cháy nổ cho các thiết bị. - Trang bị thuê bao Bưu điện tỉnh Hà Nam tại trạm để liên lạc với các cơ quan hữu quan bên ngoài ngành điện, đồng thời đóng vai trò dự phòng cho hệ thống thông tin liên lạc của trạm. Phương án thông tin quang, về mặt kỹ thuật trong các phương tiện truyền dẫn hiện có (cáp đồng, vi ba, tải ba, cáp quang) thì thông tin quang là phương tiện truyền dẫn đảm bảo tối đa độ tin cậy nhất là đối với cự ly ngắn và trung bình. Hơn nữa, thông tin quang còn có khả năng cung cấp đường truyền dung lượng kênh thông tin lớn tốc độ cao kênh thông tin cao, do vậy có thể sẵn sàng đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành điện trong tương lai và còn có khả năng cung cấp cho xã hội các dịch vụ viễn thông chất lượng cao. Về mặt kinh tế, tận dụng lợi thế của đường dây tải điện xây dựng mới, thiết lập tuyến thông tin quang trên cáp OPGW mang lại hiệu quả kinh tế cao. Để phát huy tối đa khả năng của hệ thống thông tin hiện hữu và đã thiết kế trong khu vực cũng như tận dụng lợi thế đường dây tải điện 110kV Lý Nhân – Đồng Văn xây dựng mới, đề án đề nghị thiết lập tuyến thông tin quang trên cáp OPGW từ trạm 220/110kV Nam Định (Lý Nhân) đi TBA 110/35/22kV Đồng Văn, Đồng thời sử dụng dây cáp quang trên tuyến này thay thế chống sét cho đường dây 110kV Lý Nhân - Đồng Văn. Phương án thông tin cho trạm Đồng Văn được kiến nghị sử dụng thông tin quang để truyền số liệu về trạm 220/110kV Nam Định và A1 và liên lạc thoại với trạm Nam Định, Điện lực Hà Nam. Ngoài ra còn sử dụng một thuê bao điện thoại để liên lạc trong ngành với các cơ quan hữu quan. CHƯƠNG 8: THỐNG KÊ VẬT LIỆU, DỰ TOÁN CÔNG TRÌNH 8.1. Thống kê vật liệu Trong thiết kế xây dựng một công trình điện gồm có hai phần, đó là thiết kế thi công phần xây dựng và phần thiết kế thi công phần điện. Phần xây dựng bao gồm giải toả mặt bằng xây dựng đường dây, xây dựng vi trí đặt trạm. San lấp nền, xây dựng nền móng nhà điều hành nhà sản xuất nhà chứa thiết bi điện Về phần điện, trong thiết kế xây dựng trạm biến áp trung gian bao gồm có thiết kế thi công xây dựng đường dây tải điện cung cấp cho trạm, tính toán lựa chọn máy biến áp, lựa chọn các thiết bị điện phân phối cao áp như máy cắt, dao cách ly, máy biến dòng điện, máy biến điện ápphía trung áp hay hạ áp gồm có tủ phân phối, cáp điện lộ tổng lộ ra Trong khuôn khổ của đề tài thực hiện chỉ đi thiết kế xây dựng phần điện cho trạm, do vậy thống kê vật liệu chỉ thống kê những trang thiết bị điện. Bảng thống kê vật liệu được cho trong bảng 9. Bảng 9: Thống kê vật liệu TT Tên thiết bị vật liệu Đơn vị Số lượng Ghi chú Máy biến áp 1 Máy biến áp lực 25000/110 Bộ 1 2 Máy biến áp tự dùng 35/0,4kV Công suất 100kVA Bộ 1 3 Máy biến áp tự dùng 22/0,4kV Bộ 1 Thiết bị phân phối 110kV 4 Máy cắt 123kV, kiểu 3 pha ngoài trời, SF6 Bộ 1 5 Dao cách ly 3 cực 2 lưới tiếp địa đặt ngoài Bộ 1 6 Dao cách ly 3 cực 1 lưới tiếp địa đặt ngoài Bộ 1 7 Dao nối đất một cực đặt ngoài trời Bộ 1 8 Biến điện áp 1 pha, ngoài trời Bộ 3 9 Biến điện áp một pha ngoài trời Bộ 3 10 Chống sét van 110kV Cái 3 11 Chống sét van 72kV Cái 3 Thiết bị phân phối 35kV 12 Tủ máy cắt lộ tổng Tủ 1 13 Tủ máy cắt lộ đi Tủ 4 14 Tủ biến điện áp Tủ 1 15 Tủ đo lường Tủ 1 16 Chống sét van 72kV Cái 3 17 Cách điện đứng Cái 6 Thiết bị phân phối 22kV 18 Tủ máy cắt lộ tổng Tủ 1 19 Tủ máy cắt lộ đi Tủ 3 20 Tủ biến điện áp Tủ 1 21 Tủ đo lường Tủ 1 22 Cách điện đứng Cái 6 8.2. Dự toán công trình Tổng dự toán công trình ước khoảng 28.378.000.000đ, trong đó chi phí cho dự phòng 2.456.000.000đ. Những chi phí này bao gồm cả chi phí cho xây lắp trạm, chi phí cho mua thiết bị và các chi phí khác. MỤC LỤC