BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP
220/110/22 kV

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
Đào Minh Trung Nguyễn Đăng Khởi (MSSV:1010867)
Ngành Kỹ thuật Điện - Khoá 27
2.2.3.2 Phương án 4: trạm sử dụng 4 MBA 2 cuộn dây (C – T, C – H) 9
Chương 3
CHỌN MÁY BIẾN ÁP
3.1. Tổng quan 11
3.1.1. Khái niệm về máy biến áp 11
3.1.2. Quá tải của MBA 12
3.2. Chọn MBA cho các phương án 14
3.2.1 Số liệu ban đầu 14
3.2.2. Tính toán cụ thể 18
Chương 4
TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
4.1. Giới thiệu sơ lược về tổn thất điện năng 28
4.1.1. Khái quát 28
4.1.2. Tổn thất điện năng trong máy biến áp 28
4.2. Tính toán tổn thất cụ thể cho từng phương án 31
4.2.1. Phương án 1: trạm sử dụng hai MBA tự ngẫu 31
4.2.2. Phương án 2: trạm sử dụng hai MBA ba cuộn dây 32
Mục lục
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi ii
4.2.3. Phương án 3: trạm sử dụng bốn MBA hai cuộn dây (C – T, T – H) 33
4.2.4. Phương án 4: trạm sử dụng bốn MBA hai cuộn dây (C – T, C – H) 33
Chương 5
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
5.1. Giới thiệu 35
5.1.1. Khái niệm chung về tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện 35
5.1.2. Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch 35
5.1.3. Các giả thiết để tính toán ngắn mạch 36
5.1.4. Trình tự tính toán dòng điện ngắn mạch 3 pha 36
5.2. Tính toán cụ thể cho các phương án đã chọn 38
5.2.1. Phương án 1: trạm sử dụng hai MBA tự ngẫu 38

Mục lục
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi
iii
8.3. Chọn thanh góp 75
8.3.1. Cơ sơ lựa chọn 75
8.3.2. Lựa chọn cụ thể 77
8.4. Máy biến dòng điện (BI) 83
8.4.1. Cơ sở lựa chọn 83
8.4.2. Lựa chọn cụ thể 85
8.5. Máy biến điện áp (BU) 88
8.5.1. cơ sở lựa chọn 88
8.5.2. Lựa chọn cụ thể 88
8.6. Sứ cách điện 91
8.6.1. Cơ sở lựa chọn 91
8.6.2. Lựa chọn cụ thể 92
8.7. Cáp điện lực 94
8.7.1. Cơ sở lựa chọn 94
8.7.2. Lựa chọn cụ thể 95
8.8. Chống sét van 101
8.8.1. Cơ sở lựa chọn 101
8.8.2. Các cách đặt chống sét van 102
8.8.3. Lựa chọn cụ thể 103
Chương 9
SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN
VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

9.1. Giới thiệu chung 104
9.2. Về kinh tế
9.1.1. Tính toán vốn đầu tư của thiết bị (V) 106
9.1.2. Tính phí tổn vận hành hằng năm (P) 106

NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP
12.1. Khái niệm 131
12.2. Cách thực hiện nối đất 132
12.2.1. Nối đất tự nhiên (R
tn
) 132
12.2.2. Nối đất nhân tạo (R
nt
) 132
12.3. Các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật khi thiết kế hệ thống nối đất cho trạm và
đường dây tải điện 133
12.4. Tính toán thiết kế nối đất cho trạm biến áp 133
12.4.1. Tính toán nối đất tự nhiên 134
12.4.2. Tính toán nối đất nhân tạo 135
Phụ lục 136
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện và trạm biến áp
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 1.1. Giới thiệu chung về hệ thống điện nước ta

Hệ thống điện là một bộ phận quan trọng của hệ thống năng lượng bao gồm các
nhà máy điện, mạng truyền tải điện và hộ sử dụng điện.
+ Nhà máy điện: có nhiệm vụ biến đổi các năng lượng khác nhau (nhiệt

+ Lưới hệ thống (220 kV đến 500 kV).
+ Lưới truyền tải (35, 110, 220 kV).
+ Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV).
+ Lưới phân phối hạ áp (220, 380 V).
Trong đó điện áp 35 kV có thể dùng cho lưới truyền tải và lưới phân phối.
Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện và trạm biến áp
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi 2
1.2. Giới thiệu sơ lược về trạm biến áp

1.2.1. Khái niệm

Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng trong hệ thống điện. Trạm
biến áp là nơi biến đổi năng lượng điện từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác.
Thông thường khi truyền tải điện năng từ nhà máy điện đi xa để giảm tổn thất điện
năng người ta nâng cấp điện áp lên cao và khi đến gần tải tiêu thụ thì giảm cấp điện
áp xuống. Các trạm có nhiệm vụ nối các đường dây với các cấp điện áp khác nhau
trong cùng hệ thống và trực tiếp cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ.

1.2.2. Phân loại trạm biến áp

Phụ thuộc vào mục đích có thể phân loại trạm biến áp theo các cách khác nhau:
- Theo điện áp chia thành trạm biến áp tăng, trạm biến áp giảm:
+ Trạm biến áp tăng là trạm biến áp có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ
cấp. Đây thường là các trạm biến áp của các nhà máy điện tập trung điện năng của
các máy phát điện để phát về hệ thống và phụ tải ở xa.
+ Trạm biến áp hạ là các trạm biến áp có điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp
sơ cấp. Đây thường là các trạm biến áp có nhiệm vụ nhận điện năng từ hệ thống để
phân phối cho phụ tải.
- Theo chức năng chia thành trạm biến áp trung gian và trạm biến áp phân
phối:

nguồn cung cấp và phân phối điện đi nơi khác qua các đường dây điện. Trong TBPP
có các khí cụ điện đóng cắt, điều khiển, bảo vệ và đo lường
- Máy cắt điện: là khí cụ điện dùng để đóng cắt một phần tử của hệ thống
điện như MBA, đường dây… trong lúc làm việc bình thường cũng như khi có sự cố
(ngắn mạch).
- Dao cách ly: là khí cụ điện có nhiệm vụ tạo một khoảng cách trông thấy để
đảm bảo an toàn khi sửa chữa MBA, máy cắt, đường dây…
- Máy cắt phụ tải: là khí cụ điện chỉ đóng cắt được dòng điện trong chế độ
làm việc bình thường, không có khả năng đóng cắt dòng ngắn mạch.
- Cầu chì: là khí cụ dùng để cắt mạch điện khi ngắn mạch và khi quá tải
trong mạch hình tia.
- Cầu chì tự rơi: thực chất là cầu chì nhưng có cấu tạo đặc biệt, khi cắt sẽ cắt
luôn dao cách ly.
- Máy biến dòng điện: biến đổi dòng điện trong mạch điện có điện áp cao về
dòng điện tương ứng với thiết bị đo lường, tự động bảo vệ rơle và cách ly với mạng
cao áp để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, tiêu chuẩn hoá các thiết bị đo lường
tự động…
- Máy biến điện áp: biến đổi điện áp cao về điện áp thấp, cũng phục vụ cho
đo lường tự động…
- Dây dẫn là dây mềm, tiết diện tròn có thể dùng một hay nhiều sợi phụ thuộc
vào dòng điện.
- Thanh dẫn là thanh cứng, tiết diện hình chữ nhật, hình tròn rỗng… có thể
dùng một hoặc hai thanh ghép chặt nhau phụ thuộc vào dòng điện.
- Cáp điện lực: là dây dẫn mềm được bọc cách điện theo điện áp định mức. 1.3. Đồ thị phụ tải

- Đồ thị phụ tải là hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa công suất phụ tải (P, Q, S)
theo thời gian t:


Các số liệu đề bài:
- Thông số của hệ thống:
+ Công suất của hệ thống: S
HT
= 6000 MVA
+ Hệ thống đến trạm bằng hai đường dây với chiều dài 60 km/dây
+ Trở kháng của hệ thống: 0,32 Ω/km.
+ Toàn bộ đường dây vào trạm được bảo bằng dây chống sét TK70
- Số liệu phụ tải:
+ Cấp 110 kV:
• Công suất cực đại: P
max
= 60 MVA
• Hệ số cosφ = 0,76
• Số phát tuyến: 4
• Đồ thị phụ tải:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện và trạm biến áp
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi 5
0

20

8

11

60

40

80

100
P (%)
16
18
t (h)
22

24

4
6
13

8
11

14

16
19

22

24

60

85

95

80

100
90

70

60
P (%)
t (h)
Chương 2: Chọn sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi 6


2.2 Các phương án lựa chọn sơ đồ cấu trúc trạm biến áp

2.2.1. Trường hợp 1: cấu trúc trạm sử dụng một MBA (ba cuộn dây hoặc tự
ngẫu) hoặc hai MBA hai cuộn dây
Chương 2: Chọn sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi 7
220 kV

110 kV

HT

22 kV

220 kV

22 kV
110 kV
HT

Chương 2: Chọn sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi 8
- Sử dụng 2 MBA 3 cuộn dây khi điện áp cao U
C
= 110 kV, U
T
= 35 kV,
U
H

≥
6 kV; hoặc sử dụng MBA tự ngẫu khi U
C

≥
220 kV, U


2.2.2.2. Phương án 2: trạm sử dụng hai MBA 3 cuộn dây

220 kV
22 kV
110 kV
HT
220 kV

22 kV

110 kV

HT



- Phương án này được sử dụng khi:
+ Phụ tải ở cấp điện áp thấp nhỏ hơn phụ tải ở cấp điện áp cao
+ Khi không có MBA 3 cuộn dây hay tự ngẫu thích hợp
- Nhược điểm: MBA cấp 1 (điện áp lớn nhất) phải tải cả công suất ở các cấp
điện áp nối tiếp do đó phải chọn công suất lớn, điều đó sẽ dẫn đến tổn hao lớn. Vì
vậy không nên sử dụng khi phụ tải S
H

≥
S
T
.

2.2.3.2 Phương án 4: trạm sử dụng 4 MBA 2 cuộn dây (C – T, C – H)

Nhược điểm:
+ Số lượng MBA nhiều sẽ dẫn đến chiếm nhiều diện tích
+ Tách trạm biến áp thành 2 phần riêng biệt. Tuy nhiên phương án này sử
dụng khi phụ tải ở U
T
và U
H
chênh lệch nhiều mà không thể dùng các phương án
trên.

220 kV

22 kV


Để tiến hành tính toán và chọn ra phương án tối ưu.
220 kV

110 kV

HT

22 kV

Chương 3: Chọn máy biến áp
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi 11
CHƯƠNG 3 CHỌN MÁY BIẾN ÁP 3.1. Tổng quan

3.1.1 Khái niệm về máy biến áp

Máy biến áp (MBA) là thiết bị truyền tải điện năng từ cấp điện áp này sang cấp
điện áp khác. Để thi công hay thiết kế, lắp đặt một trạm biến áp thì việc chọn MBA
là một khâu rất quan trọng. Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, các
phương án đặt ra phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các khu công nghiệp hay
các hộ tiêu thụ và phải khác nhau về cách ghép nối MBA với các cấp điện áp, về số
lượng và dung lượng MBA.
Trong hệ thống điện tổng công suất MBA có thể bằng 4 đến 5 lần tổng công
suất các máy phát điện do thường phải qua nhiều lần tăng giảm mới đưa điện năng
đi từ các máy phát điện đến hộ tiêu thụ.

thành, chí phí vật liệu và tổn hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ hơn so với
MBA thường có cùng công suất

3.1.2. Quá tải của MBA

MBA có những lúc vận hành non tải, thì cũng có thể vận hành quá tải trong
một khoảng thời gian mà không làm hỏng ngay MBA. Từ quan hệ về sự hao mòn
của MBA trong thời gian vận hành có thể tính được khả năng quá tải cho phép của
nó khi biết đồ thị phụ tải, để cho sự hao mòn trong thời gian tổng không vượt quá
định mức.

3.1.2.1. Quá tải bình thường của MBA

Quá tải bình thường của MBA hay còn gọi là quá tải một cách hệ thống là
chế độ làm việc xét trong khoảng thời gian nào đó (ngày, tháng, năm) trong đó có
một khoảng thời gian MBA vận hành non tải và có những lúc vận hành quá tải

v Trình tự tính toán như sau:
- Căn cứ vào đồ thị phụ tải qua MBA chọn MBA có công suất bé hơn công
suất phụ tải lớn nhất nhưng phải lớn hơn công suất phụ tải cực tiểu:
S
min
< S
B
< S
max

- Đẳng trị đồ thị phụ tải qua MBA thành đồ thị phụ tải chỉ có 2 bậc K
1
và K

tức là MBA đã chọn không có khả năng đảm bảo 2 điều
kiện trên. Do đó phải chọn MBA có công suất lớn hơn.
Khi đã chọn công suất MBA lớn hơn S
max
của đồ thị phụ tải không cần phải
kiểm tra khả năng này.

v Cách đẳng trị đồ thị phụ tải nhiều bậc về đồ thị phụ tải có 2 bậc:
Căn cứ vào S
đmB
đã chọn tính hệ số tải K
i
của các bậc đồ thị phụ tải:
K
i
=
ñmB
S
S
i

Trong đó:
K
i
> 1: quá tải
K
i
< 1: non tải

Chương 3: Chọn máy biến áp

đt
và T
2
=
∑
i
T
K
đt

≤
0,9 K
max
thì K
2
= 0,9K
maxvà xác định lại T
2
theo biểu thức:
T
2
=
2
max
i
2
i

(kể cả phần có K >1 không được xét trong trường hợp trên
nếu có xảy ra trong khoảng 10 giờ) cũng theo biểu thức:
10
)TK(
K
i
2
i
∑
=
ñt1

Ở đây ΣT
i
=10 giờ. Nếu vùng trước K
2
không đủ 10 giờ thì có thể lấy 10 giờ
vùng sau K
2
.
Nếu cả hai phần trước và sau vùng K
2
<10 giờ thì gộp phần phía sau ra phần
phía trước cho đủ 10 giờ vì đây là đồ thị phụ tải hằng ngày phần này sẽ là phần đầu
của ngày trước.
Nếu cả hai phần trước và sau không đủ 10 giờ nghĩa là phần quá tải đã có T
2

>14 giờ, nên MBA không có khả năng tải với đồ thị phụ tải đã cho, không cần tiếp
tục tính mà phải nâng công suất MBA lên và tính lại từ đầu.

C và tốt nhất
là tăng cường tối đa các biện pháp làm mát MBA.
Lúc này công suất của MBA chọn phải thoả điều kiện sau:
S
đmB

≥
qtsc
maxpt
K
S
với K
qtsc
= K
2

Phụ tải của trạm cần thiết kế trong đề tài này là phụ tải dùng 2 MBA để cung
cấp. Nếu chọn theo chế độ làm việc bình thường thì khi có một MBA bị sự cố, máy
còn lại sẽ không đủ khả năng cung cấp cho phụ tải. Nếu chọn theo chế độ làm việc
quá tải sự cố, máy còn lại vẫn đảm cung cấp điện cho phụ tải. 3.2. Chọn máy biến áp cho các phương án

3.2.1 Số liệu ban đầu

3.2.1.1 Thông số của hệ thống

- Công suất của hệ thống: S
HT

20

40

60

80

100

0

5

8

11

14

16

19



Bảng 3.1: Tóm tắt kết quả tính toán P

Thời gian
(giờ)
0 - 5 5 - 8 8 - 11 11 - 14

14 - 16

16 - 19

19 - 22

22 - 24

P% 60 85 95 80 100 90 70 60
P (MW
)

36

51

57

48

60

54

v Đồ thị phụ tải ở cấp 22 kV

+ Công suất cực đại: P
max
= 30 MVA
+ Hệ số công suất: cos
ϕ
= 0,79
40

20
60

Từ đồ thị theo P% ta quy đổi ra P (MW):
Ta có: P = P
max
x P% = 60 x P%

Bảng 3.3: Tóm tắt kết quả tính toán P

Thời
gian
(giờ)
0 - 4 4 - 6 6 - 8 8 - 11

11 - 13

13 - 16

16 - 18



P
(MW)
10,5 16,5 24 30 21 28,5 25,5 22,5 24 13,5
S
(MVA)

13,291

20,886

30,38

37,97

26,582

36,076

32,278

28,481

30,38 17,089

0

20

8

20

55

80

100

70

95

85

75

80

45

35

Chương 3: Chọn máy biến áp
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi 17
Đồ thị phụ tải theo S (MVA):
4: 60,659 (MVA)
4
→
5: 68,254 (MVA)
5
→
6: 87,991 (MVA)
6
→
8: 97,485 (MVA)
8
→
11: 112,975 (MVA)
11
→
13: 89,74 (MVA)
13
→
14: 99,234 (MVA)
14
→
16: 116,026 (MVA)
16
→
18: 103,331 (MVA)
18
→
19: 99,534 (MVA)
19
→


t
(h)

4

6

13

18

20

13,291

20,886

30,38

37,975

26,582

36,076

32,278

28,481



3.2.2.1 Phương án 1: trạm sử dụng hai MBA tự ngẫu 4

5

6

8


120

60,659

68,254

87,991

97,485

112,975

89,74

99,234

116,026

103,331

99,534

83,744

64,457

85,6
43

0
Theo đồ thị phụ tải ta có:
S
max
= 116,026 MVA
S
min
= 60,659 MVA
Ta có công suất MBA theo điều kiện quá tải sự cố:
K
qtsc
.S
đmB

≥
S
max

Trong đó:
K
qtsc
: hệ số quá tải sự cố (chọn K
qtsc
= 1,4 giả sử MBA đặt ngoài trời)
S
đmB
: công suất định mức MBA
S
max

Nếu vận hành cùng lúc cả 2 MBA thì không có vùng thời gian quá tải vì tổng
công suất của MBA là 180 MVA trong khi công suất lớn nhất của tải là 116,026
MVA.
4

5

6

8

1

13

14

16

18

19

20

22

24

t (h)


99,534

83,744

64,457

85,643

100
120
0

Chương 3: Chọn máy biến áp
SVTH: Nguyễn Đăng Khởi 20
Nếu một MBA bị sự cố thì MBA còn lại vận hành quá tải, lúc này ta phải
kiểm tra điều kiện quá tải của MBA.
Từ đồ thị phụ tải tổng của 2 cấp điện áp 110 kV và 22 kV ta thấy có 2 vùng
đồ thị có thời gian quá tải là từ 6
→
11 giờ và 13
→
19 giờ.
Xét vùng từ 13
→
19 giờ : đây là vùng quá tải mà MBA hoạt động với công
suất cực đại có thời gian quá tải là 6 giờ, ta kiểm tra điều kiện K
1đt
:
Phụ tải đẳng trị bậc 1 tính cho 10 giờ liền trước phụ tải cực đại:

Từ đồ thị phụ tải tổng của 2 cấp điện áp 110 kV và 22 kV ta thấy có 2 vùng
đồ thị có thời gian quá tải là từ 8
→
11 giờ và 14
→
18 giờ.
Xét vùng từ 14
→
18 giờ : đây là vùng quá tải mà MBA hoạt động với công
suất cực đại có thời gian quá tải là 6 giờ, ta kiểm tra điều kiện K
1đt
:
Phụ tải đẳng trị bậc 1 tính cho 10 giờ liền trước phụ tải cực đại:

S
1đt
=
10
1x254,681x991,872x485,972x74,891x234,993x975,112
222222
+++++

= 97,8 MVA

Hệ số phụ tải cực đại:

ñmB
ñ
S
S