Thiết kế trạm biến áp: Kiến thức, quy trình và ví dụ thực tiễn

Thiết kế trạm biến áp là lĩnh vực kỹ thuật quan trọng nhằm đảm bảo cung cấp điện năng ổn định, an toàn và hiệu quả cho các cơ sở hạ tầng.

Các loại trạm biến áp phổ biến và đặc điểm thiết kế

Thiết kế trạm biến áp đòi hỏi sự hiểu biết về các loại trạm phổ biến như trạm treo, trạm giàn, trạm nền, trạm KIOS và trạm biến áp trụ thép. Mỗi loại trạm có đặc điểm và ứng dụng riêng biệt. Trạm biến áp treo tiết kiệm đất và chi phí, phù hợp cho vùng dân cư nhờ vào xây dựng trên cùng một cột điện. Trạm giàn thường dùng trong khu dân cư hoặc phân xưởng với công suất từ nhỏ đến trung bình, linh hoạt cho cả dây trên không và cáp ngầm. Trạm nền lắp đặt dễ dàng, an toàn, thích hợp cho công suất lớn từ 250 đến 2000 KVA. Trạm KIOS kín, dễ dàng lắp đặt, vận chuyển, công suất đến 2500 KVA, kết cấu vỏ thép mạ kẽm chống ăn mòn. Cuối cùng, trạm trụ thép với kết cấu kiên cố, máy biến áp làm mát tự nhiên, thích hợp cho cả khu vực công nghiệp và dân sinh.

Việc thiết kế và lựa chọn trạm biến áp là yếu tố quyết định hiệu quả trong quản lý và vận hành hệ thống điện. Trong số các loại trạm biến áp phổ biến, việc phân loại theo điện áp và chức năng giúp xác định đúng loại trạm cho mục tiêu sử dụng cụ thể.

Phân loại các trạm biến áp theo điện áp có các kiểu như siêu cao áp, cao áp, trung áp và hạ áp. Trạm siêu cao áp thường có điện áp lớn hơn 500 kV, là xương sống cho hệ thống truyền tải quốc gia. Trạm cao áp, với mức điện từ 66 kV đến 500 kV, chủ yếu phục vụ truyền tải và phân phối điện trung gian. Trong phân khúc trạm trung áp, các điện áp phổ biến là 6 kV đến 35 kV, rất thường gặp trong phân phối điện công nghiệp và dân dụng. Hạ áp, thường dưới 1 kV như 0,4 kV, thích hợp cho tiêu dùng cuối, đặc biệt tại các khu dân cư.

Về chức năng và điện lực, trạm biến áp trung gian và trạm biến áp phân phối có sự khác biệt rõ rệt. Trạm trung gian nhận điện áp cao (110 kV đến 220 kV) và biến đổi về trung bình, phù hợp cho các hệ thống lớn với thiết bị ngoài trời. Ngược lại, trạm phân phối biến đổi từ trung áp xuống hạ áp, ứng dụng rộng rãi tại các khu dân cư và khu công nghiệp nhỏ.

Dưới khía cạnh thiết kế lắp đặt, các cấu trúc trạm biến áp treo, trạm biến áp giàn, trạm biến áp nền, trạm biến áp KIOS và trạm biến áp kín là những lựa chọn phổ biến:

• Trạm biến áp treo: Tối ưu không gian nhưng hạn chế mỹ quan, thích hợp cho vùng dân cư nhỏ.
• Trạm biến áp giàn: Linh hoạt cho cả dây trên không và cáp ngầm, phục vụ tốt khu dân cư.
• Trạm biến áp nền: Được bảo vệ trong nhà với khả năng an toàn cao hơn, phù hợp cho nông thôn hoặc khu công nghiệp nhỏ.
• Trạm biến áp KIOS: Sáng tạo trong đóng kín vỏ tôn, dễ lắp đặt, phục vụ hiệu quả tại khu đô thị và tòa nhà cao tầng.
• Trạm biến áp trụ thép: Kiên cố và làm mát tự nhiên, lý tưởng cho cả nhu cầu công nghiệp lẫn dân sinh.

Một điểm quan trọng khác là thiết kế trạm biến áp phải đảm bảo vị trí thích hợp, tối ưu hóa trung tâm phụ tải để giảm tổn hao điện năng, và chọn lựa công suất máy biến áp hợp lý, thường từ 50 kVA đến 2500 kVA, để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

Quy trình và yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế trạm biến áp

Quy trình thiết kế trạm biến áp cần chú ý đến lựa chọn vị trí, xác định số lượng và công suất máy biến áp. Vị trí trạm biến áp đóng vai trò quan trọng giúp tiết kiệm dây dẫn và giảm tổn hao điện năng. Quá trình này cũng cần cân nhắc độ tin cậy, tính kinh tế và khả năng mở rộng trong tương lai. Sự lựa chọn số lượng máy biến áp sẽ phụ thuộc vào yêu cầu về độ tin cậy và tính kinh tế, với các phương án sử dụng một hoặc nhiều máy biến áp để đảm bảo nguồn điện liên tục. Lựa chọn thiết bị điện trung thế như dao cách ly, van chống sét cũng rất quan trọng, đảm bảo độ an toàn và vận hành hiệu quả.

Tính Toán và Thiết Kế Trạm Biến Áp

1. Tính toán và thiết kế ban đầu:
   • Tính toán tải trọng: Việc xác định nhu cầu điện của khu vực là bước khởi đầu quan trọng trong thiết kế hệ thống điện. Phân tích tải trọng kỹ lưỡng giúp định rõ công suất máy biến áp cần thiết.
   • Lựa chọn thiết bị: Chọn lựa các thiết bị như máy biến áp của ABB, Mitsubishi, và các hệ thống bảo vệ, cầu dao, tiếp địa phù hợp với điều kiện kỹ thuật và chi phí.
   • Thiết kế tổng thể: Lựa chọn vị trí trạm biến áp phù hợp với quy hoạch điện và đảm bảo hiệu suất, từ đó thiết kế mặt bằng và kết nối với lưới điện.
2. Giấy phép và phê duyệt:
   • Hồ sơ kỹ thuật: Chuẩn bị tài liệu kỹ thuật chi tiết, gồm bản vẽ thiết kế, tính toán tải trọng và lựa chọn thiết bị.
   • Phê duyệt từ cơ quan chức năng: Đơn vị thiết kế phải tuân thủ các quy định và chuẩn mực về thiết kế điện và quy hoạch đô thị.
3. Chuẩn bị và khảo sát:
   • Khảo sát hiện trường: Đánh giá chi tiết địa hình và điều kiện môi trường để đảm bảo thiết kế phù hợp.
   • Thỏa thuận kỹ thuật: Thảo luận với các bên liên quan để giải quyết những yêu cầu kỹ thuật và thỏa thuận lắp đặt.
4. Thi công:
   • Lắp đặt móng trạm: Xây dựng nền móng vững chắc bao gồm đổ bê tông cho trạm.
   • Lắp đặt thiết bị: Triển khai lắp đặt từ cầu dao, sứ cách điện đến hệ thống tiếp địa sau khi xác định kỹ yêu cầu an toàn điện.
   • Kết nối và thử nghiệm: Đấu nối dây cáp và thực hiện các thử nghiệm an toàn kỹ lưỡng.
5. Nghiệm thu và vận hành:
   • Nghiệm thu công trình: Đảm bảo mọi thiết bị tuân thủ yêu cầu kỹ thuật và hệ thống hoạt động an toàn.
   • Vận hành và bảo trì: Theo dõi hệ thống thường xuyên và thực hiện bảo dưỡng định kỳ để duy trì hiệu suất.

Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Thiết Kế Trạm Biến Áp

• Nhu cầu điện và tải trọng: Đây là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến việc lựa chọn công suất và số lượng máy biến áp. Yêu cầu tải trọng chính xác đảm bảo trạm biến áp đủ khả năng cung cấp điện.
• Vị trí và điều kiện môi trường: Địa hình và khí hậu ảnh hưởng lớn đến vật liệu và phương án thiết kế. Các vị trí đặc biệt như đồng bằng hoặc đồi núi đòi hỏi sự cân nhắc cụ thể.
• Tiêu chuẩn và quy định kỹ thuật: Tuân thủ các quy định về an toàn điện lực và lao động là bắt buộc để đảm bảo tính hợp pháp và bảo mật.
• Chi phí và ngân sách: Lựa chọn thiết bị và quy mô thiết kế phải cân đối giữa chi phí đầu tư và hiệu quả dài hạn.
• Tác động môi trường và quy hoạch: Đánh giá tác động môi trường và điều chỉnh thiết kế theo quy hoạch đô thị là cần thiết để hạn chế nhiều ảnh hưởng tiêu cực.

Tiêu chuẩn kỹ thuật và ví dụ thiết kế trạm biến áp 750 kVA

Các tiêu chuẩn kỹ thuật trong thiết kế trạm biến áp đảm bảo tính liên tục, an toàn của hệ thống điện. Mục tiêu là đáp ứng yêu cầu vận hành trong nhiều trạng thái khác nhau và khả năng mở rộng trong tương lai. Một ví dụ thực tế là thiết kế trạm biến áp 750 kVA thường được thực hiện với kiểu giàn hai cột bê tông ly tâm, máy biến áp ba pha đặt trên khung thép. Các thiết bị trung thế và đường dây được bố trí tối ưu nhằm đảm bảo tính hiệu quả, tiết kiệm không gian, đó là những điểm cần lưu ý trong thiết kế kỹ thuật hiện đại.

Tiêu chuẩn kỹ thuật chung cho trạm biến áp 750 kVA

Thiết kế trạm biến áp đảm bảo tính năng vượt trội với máy biến áp 3 pha, ngâm dầu, công suất 750 kVA. Các máy biến áp này có điện áp sơ cấp 15 kV, 22 kV hoặc 35 kV và điện áp thứ cấp 0,4 kV, phù hợp với nhu cầu sử dụng rộng rãi trong các khu vực dân cư, công nghiệp. Việc giảm tổn hao năng lượng là trọng tâm chính, cụ thể theo tiêu chuẩn TCVN 6306:2006, cả tổn hao không tải và tổn hao có tải đều được kiểm soát chặt chẽ.

Thiết kế và lựa chọn vật liệu

Cấu trúc của trạm biến áp kiểu giàn hai cột bê tông ly tâm cho phép lắp đặt các thiết bị trung thế và hạ thế một cách hợp lý. Cột bê tông được chôn sâu 2 mét với móng bê tông trụ sâu 0,5 mét, giữ cho toàn bộ hệ thống ổn định và an toàn. Máy biến áp được cố định trên giàn thép U200x2400 hoặc U200x3200, đảm bảo chịu tải tốt. Đường dây trung thế cấp nguồn, sử dụng cáp ngầm hoặc dây trên không, đảm bảo cung cấp điện ổn định.

Hiệu suất năng lượng và các thiết bị đi kèm

Việc lắp đặt các thiết bị trung thế như LA (chống sét van) 18 kV 10kA, FCO (cầu chì), và MCCB (cầu dao tự động) 1200 A 1000 V là bắt buộc để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của trạm. Đặc biệt, tủ tụ bù hạ thế tự động từ 375 kVAR trở lên rất cần thiết để bù công suất phản kháng, duy trì hiệu suất năng lượng tối ưu.

Ứng dụng và hạn chế

Trạm biến áp 750 kVA kiểu giàn phù hợp với nhiều ứng dụng như cung cấp điện cho các khu công nghiệp, nhà máy hoặc trường học, thường được lắp đặt ngoài trời để tiết kiệm không gian đất đai. Tuy nhiên, do tính thẩm mỹ hạn chế, trạm thường ít được sử dụng trong các khu đô thị.

Quy trình thiết kế và lắp đặt

Thiết kế trạm biến áp không chỉ dừng lại ở việc lựa chọn vị trí mà còn yêu cầu đảm bảo đầy đủ các thủ tục pháp lý như khảo sát kỹ thuật, thỏa thuận với các đơn vị quản lý quy hoạch và xin giấy phép cần thiết. Việc lắp đặt thiết bị được tiến hành theo bản vẽ chi tiết, bảo đảm an toàn và tạo điều kiện thuận lợi cho công tác bảo trì.

Thiết kế trạm biến áp mang lại nhiều lợi ích kỹ thuật và đầu tư như tính an toàn, hiệu quả, và khả năng mở rộng. Đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng và đa dạng, đảm bảo cung cấp ổn định và tin cậy.

Để tối ưu hóa thiết kế trạm biến áp của bạn, liên hệ QuangAnhcons qua Hotline: +84 9 1975 8191 để được tư vấn chuyên sâu.

QuangAnhcons chuyên cung cấp dịch vụ thiết kế, lắp đặt, và tư vấn giải pháp tối ưu cho trạm biến áp, đảm bảo hoạt động hiệu quả với chi phí cạnh tranh trong ngành.