Thiết kế trạm biến áp biến yêu cầu về mạng lưới thành một cơ sở an toàn, có thể xây dựng và vận hành được. Nó điều phối máy biến áp lực, thiết bị đóng cắt, thanh cái, bảo vệ, điều khiển, nối đất, kết cấu, móng, hệ thống thoát nước, cáp và lối đi. Hướng dẫn này tuân theo quy trình từ cơ sở thiết kế và sơ đồ một sợi cho đến bố trí thiết bị, kỹ thuật dân dụng, nghiên cứu an toàn, giao diện thi công và chạy thử.
Xác định Cơ sở Thiết kế Trạm biến áp
Bắt đầu với điện áp danh định và điện áp tối đa, tần số, công nghệ truyền tải công suất, dự báo phụ tải, dữ liệu nguồn, mức độ sự cố, phương pháp nối đất, mục tiêu độ tin cậy và các yêu cầu về quy chuẩn lưới điện. Ghi nhận độ cao của địa điểm, nhiệt độ, ô nhiễm, hoạt động địa chấn, gió, ngập lụt, điện trở suất của đất, diện tích đất có sẵn, các hạn chế về giao thông và các ràng buộc về môi trường.
Cơ sở thiết kế phải mô tả các chế độ vận hành bình thường, sự cố, bảo trì và trong tương lai. Nếu không có các kịch bản đã được thống nhất, số lượng máy biến áp, sơ đồ thanh cái, nhiệm vụ của máy cắt và triết lý bảo vệ sẽ không thể được hoàn thiện.
Tạo Sơ đồ Đơn tuyến
Sơ đồ đơn tuyến xác định cấu trúc hệ thống điện: các đường dây đến, thanh cái, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, dao nối đất, máy biến dòng/điện áp, thiết bị chống sét và các tuyến đường dây đi. Nó phải hiển thị định mức, mã định danh thiết bị, tỷ lệ CT/VT, hệ thống nối đất và các vùng bảo vệ.
Các sơ đồ thanh cái phổ biến bao gồm thanh cái đơn, thanh cái đơn phân đoạn, thanh cái kép, thanh cái vòng và sơ đồ một rơ-le rưỡi (hoặc sơ đồ một máy cắt rưỡi). Thiết bị bổ sung có thể cải thiện tính linh hoạt trong vận hành, nhưng đồng thời cũng làm tăng chi phí, diện tích chiếm dụng, độ phức tạp của hệ thống khóa liên động và bảo vệ.
Bảng so sánh và lựa chọn nhanh
Sử dụng bảng này như một phần tóm tắt nhanh về các quyết định kỹ thuật và mua sắm chính được giải thích trong bài viết.
| Khu vực quyết định | Ý nghĩa thực tiễn | Cần xác minh những gì |
|---|---|---|
| Xác định Cơ sở Thiết kế Trạm biến áp | Bắt đầu với điện áp danh định và điện áp tối đa, tần số, truyền tải công suất, dự báo phụ tải, dữ liệu nguồn, mức độ sự cố, phương pháp nối đất, mục tiêu độ tin cậy và các yêu cầu về quy chuẩn lưới điện. | Ghi lại độ cao của địa điểm, nhiệt độ, ô nhiễm, hoạt động địa chấn, gió, ngập lụt, điện trở suất của đất, diện tích đất có sẵn, hạn chế về giao thông và các ràng buộc về môi trường. |
| Tạo Sơ đồ Đơn tuyến | Sơ đồ đơn tuyến xác định cấu trúc topo điện: các đường dây đến, thanh cái, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, dao nối đất, máy biến cụ điện, thiết bị chống sét và các xuất tuyến đi. | Nó phải hiển thị định mức, mã định danh thiết bị, tỷ số biến dòng/biến áp (CT/VT), nối đất và vùng bảo vệ. |
| Chọn Thiết bị chính | Máy biến áp ngâm dầu 35 kV của LBAJI có thể hỗ trợ các trạm biến áp phân phối và năng lượng tái tạo. | Các dự án trong nhà cấp điện áp 40,5 kV có thể sử dụng thiết bị đóng cắt bọc kim loại KYN61-40,5, tùy thuộc vào dữ liệu nghiên cứu đã được phê duyệt. |
| Triển khai bố trí trạm biến áp | Bản vẽ bố trí chung xác định vị trí các gian lộ, máy biến áp, nhà điều khiển, mương cáp, đường giao thông, hàng rào và phần mở rộng trong tương lai. | Khoảng cách an toàn điện được dựa trên điện áp hệ thống tối đa, cấp cách điện, độ cao và các tiêu chuẩn. |
| Bố cục AIS và GIS | Trạm biến áp cách điện bằng không khí sử dụng khoảng hở ngoài trời và thường cần nhiều diện tích đất hơn. | Họ cung cấp thiết bị dễ nhìn thấy và dịch vụ bảo trì quen thuộc. |
Chọn Thiết bị chính
- Máy biến áp lực: kVA/MVA, điện áp, nhóm đấu dây, điện kháng, dải điều áp, làm mát và tổn thất.
- Cầu dao điện: điện áp, dòng điện liên tục, dòng điện cắt/đóng và chế độ làm việc.
- Dao cách ly và dao tiếp địa: cách ly, chế độ làm việc do dòng điện cảm ứng và liên động.
- Biến dòng và biến áp: tỷ số, cấp chính xác, gánh nặng và mức cách điện.
- Thiết bị chống sét: nối đất hệ thống, điện áp liên tục, chế độ làm việc năng lượng và cấp bảo vệ.
- Thanh cái và dây dẫn: hiệu suất sự cố dòng điện, corona, nhiệt và điện động.
Của LBAJI Máy biến áp ngâm dầu 35 kV có thể hỗ trợ các trạm phân phối và trạm năng lượng tái tạo. Các dự án trong nhà cấp điện áp 40,5 kV có thể sử dụng Tủ điện bọc kim loại KYN61-40.5, tùy thuộc vào dữ liệu nghiên cứu đã được phê duyệt.
Triển khai bố trí trạm biến áp
Bố trí chung xác định vị trí của các gian máy, máy biến áp, nhà điều khiển, mương cáp, đường giao hữu, hàng rào và các phần mở rộng trong tương lai. Khoảng cách cách điện dựa trên điện áp hệ thống tối đa, cấp cách điện, độ cao và các tiêu chuẩn. Khoảng cách an toàn và bảo trì phải cho phép tháo dỡ các máy cắt, sứ cách điện, dàn tản nhiệt và máy biến áp.
Bố trí giao thông sao cho phương tiện vận tải nặng có thể tiếp cận móng máy biến áp mà không đi qua các tuyến đường không an toàn. Cung cấp lối tiếp cận cho cẩu hoặc thiết bị nâng, khoảng cách ngăn cháy, hệ thống thu gom dầu, lối thoát hiểm và không gian di chuyển thông thoáng cho người vận hành. Các đường dây trên không, cáp ngầm, hệ thống thoát nước và các kết cấu không được xung đột với nhau.
Bố cục AIS và GIS
Trạm biến áp cách điện bằng không khí sử dụng khoảng cách hở ngoài trời và thường cần nhiều diện tích đất hơn. Chúng cung cấp thiết bị trực quan và công tác bảo trì quen thuộc. Trạm biến áp cách điện bằng khí đóng kín các bộ phận mang điện trong các mô-đun kín, giúp giảm diện tích chiếm dụng và sự tiếp xúc với ô nhiễm. GIS yêu cầu xây dựng, xử lý khí, phối hợp cáp và khớp giãn nở cũng như các quy trình vòng đời chuyên specialized.
Thiết kế Xây dựng và Kết cấu Trạm biến áp
Kỹ thuật xây dựng bao gồm công tác san lấp, móng, bể chứa máy biến áp, đường xá, hệ thống thoát nước, hào cáp, nhà điều khiển, hàng rào và tường chống cháy. Dữ liệu địa kỹ thuật quyết định sức chịu tải, độ lún và phương pháp móng. Tải trọng động, lực ngắn mạch, gió, tải trọng địa chấn và trọng tâm thiết bị ảnh hưởng đến thiết kế kết cấu.
Hệ thống chứa dầu máy biến áp phải đảm bảo thể tích cần thiết và dẫn nước tuân thủ các quy định về môi trường. Hệ thống thoát nước cần phải ngăn ngừa ngập lụt đồng thời kiểm soát dòng chảy ô nhiễm. Các rãnh cáp cần có độ dốc, hố thu nước, biện pháp ngăn cháy, phân tách và nắp đậy được thiết kế chịu được tải trọng giao thông.
Thiết kế hệ thống nối đất trạm biến áp
Lưới tiếp địa chịu dòng sự cố và dòng sét đồng thời giới hạn điện áp bước và điện áp chạm. Thiết kế sử dụng các phép đo điện trở suất của đất, tỷ lệ phân chia dòng sự cố, thời gian cắt, định mức nhiệt của dây dẫn, hình học lưới, lớp bề mặt và liên kết đẳng thế. Tất cả các kết cấu, vỏ thiết bị, hàng rào, vỏ cáp và các hệ thống dịch vụ kim loại đều đòi hỏi phải liên kết đẳng thế đồng bộ.
Điện trở lưới đo được thấp một mình không chứng minh được sự an toàn. Điện áp tiếp xúc, điện áp bước và điện áp truyền tải phải được tính toán sau đó được xác minh bằng cách kiểm tra sau khi lắp đặt.
Bảo vệ, Điều khiển và SCADA
Các vùng bảo vệ nên chồng chéo lên nhau xung quanh các đường dây, thanh cái, máy biến áp và thiết bị cấp nguồn. Các sơ đồ tiêu biểu bao gồm khoảng cách đường dây hoặc so lệch, so lệch thanh cái, so lệch máy biến áp, chạm đất hạn chế, quá dòng dự phòng và chống hỏng máy cắt. Các hệ thống ắc quy DC hỗ trợ việc cắt, đóng, bảo vệ và truyền thông trong trường hợp mất nguồn phụ trợ AC.
Kiến trúc điều khiển xác định các bộ điều khiển ngăn lộ, khóa liên động, ghi sự kiện, đồng bộ hóa thời gian, truyền thông, lệnh từ xa và an ninh mạng. Các khóa liên động an toàn đi dây cứng không nên bị thay thế một cách tùy tiện bằng logic truyền thông.
Hệ thống cáp và phụ trợ
Tách riêng các cáp nguồn, điều khiển, truyền thông và đo lường nhạy cảm khi cần thiết. Kiểm tra khả năng mang tải của cáp, sụt áp, khả năng chịu ngắn mạch, hướng tuyến, bán kính uốn cong, hiệu suất chống cháy và tương thích điện từ (EMC). Các hệ thống điện xoay chiều và một chiều tự dùng trạm, chiếu sáng, HVAC, phát hiện cháy và an ninh phải duy trì khả năng hoạt động trong các trường hợp sự cố được định nghĩa.
Thiết kế và Phối hợp Trạm biến áp 3D
Mô hình 3D có tọa độ có thể phát hiện các xung đột giữa các kết cấu, dây dẫn, thang máng cáp, móng và lối đi tiếp cận. Nó cũng hỗ trợ kiểm tra khoảng sáng, khối lượng vật liệu, trình tự thi công và trực quan hóa công tác bảo trì. Mô hình phải đảm bảo tính nhất quán với sơ đồ sợi đơn, bảng biểu thiết bị và các bản vẽ đã được nhà cung cấp phê duyệt.
Thiết kế Trạm biến áp Năng lượng Tái tạo
Các dự án năng lượng mặt trời và điện gió bổ sung các mạch thu gom, ứng xử dựa trên bộ nghịch lưu, sóng hài, các yêu cầu về công suất phản kháng và các điều khiển theo quy chuẩn lưới điện. Tải trọng chu kỳ của máy biến áp, dòng điện nạp cáp, giao diện bộ điều khiển nhà máy và hiệu suất lưới yếu có thể cần đến các nghiên cứu chuyên sâu. A Trạm biến áp kiểu hộp năng lượng mới 35 kV có thể chuyển đổi bộ sưu tập gói, trong khi một tủ gom điện AC quang điện tập hợp đầu ra của biến tần ở thượng nguồn.
Sản phẩm thiết kế bàn giao
- Cơ sở thiết kế và các báo cáo nghiên cứu.
- Sơ đồ đơn tuyến, bảo vệ và đo lường.
- Bản vẽ tổng thể, các mặt cắt và khoảng sáng.
- Hệ thống nối đất, chống sét, chiếu sáng và bố trí cáp.
- Bản vẽ phần dân dụng, kết cấu, thoát nước và phòng cháy chữa cháy.
- Thông số kỹ thuật thiết bị và bảng dữ liệu.
- Tài liệu liên động, điều khiển, SCADA và truyền thông.
- Kiểm tra tại nhà máy, kiểm tra tại hiện trường và các thủ tục chạy thử.
Danh mục kiểm tra thiết kế trạm biến áp
- Xác nhận tất cả các kịch bản vận hành và sự cố.
- Xác minh dòng công suất, ngắn mạch và phối hợp cách điện.
- Kiểm tra định mức thiết bị so với các nghiên cứu.
- Chứng minh tính chọn lọc và dự phòng của hệ thống bảo vệ.
- Xác minh khoảng cách an toàn về điện và bảo trì.
- Kiểm tra điện áp bước và điện áp chạm của lưới tiếp địa.
- Giải quyết các giao diện công trình dân dụng, kết cấu và cáp.
- Cho phép vận chuyển, nâng hạ, lối tiếp cận cho xe cứu hỏa và các vị trí đỗ xe trong tương lai.
- Đối chiếu mô hình, bản vẽ và dữ liệu nhà cung cấp.
Từ việc lựa chọn địa điểm đến bố trí mặt bằng vật lý
Việc khảo sát địa điểm cần giải quyết các vấn đề về kết nối mạng, mức độ ngập lụt, đất đai, lối đi, tiếng cháy, khả năng chống cháy, an ninh và mở rộng trong tương lai. Sau đó, bố trí mặt bằng sẽ chuyển đổi sơ đồ một sợi thành khoảng cách an toàn, ngăn thiết bị, tuyến cáp, hệ thống chứa dầu, giao diện nhà điều khiển và các đường di chuyển thiết bị.
Tại sao trạm biến áp là một nút mạng
Trạm biến áp không chỉ đơn giản là một tập hợp thiết bị. Sơ đồ thanh cái và các vùng bảo vệ của trạm quyết định cách các sự cố, công tác bảo trì và việc mở rộng trong tương lai ảnh hưởng đến lưới điện rộng lớn hơn. Các nghiên cứu độ tin cậy nên kiểm tra sự mất kết nối của một đường dây, máy biến áp, phân đoạn thanh cái, nguồn điện một chiều hoặc kênh truyền thông trước khi bố cục được chốt lại.
Tài liệu kỹ thuật và đọc thêm
Các nguồn độc lập sau đây hỗ trợ các tiêu chuẩn, thuật ngữ, phép tính và bối cảnh an toàn được thảo luận trong hướng dẫn này:
- Tiêu chuẩn IEEE C37.121 hướng dẫn về trạm biến áp khối — Hướng dẫn của IEEE về việc phối hợp các phần vào, máy biến áp, chuyển tiếp và ra trong các trạm biến áp hợp bộ.
- Tổng quan về truyền tải và phân phối điện năng của OSHA — Ngữ cảnh an toàn chính thức cho các hệ thống và thiết bị truyền tải và phân phối.
- Tổng quan về trạm biến áp — Tài liệu tham khảo chung về các chức năng, phân loại, đóng cắt, bảo vệ và biến đổi của trạm biến áp.
