Tài liệu LƯỚI ĐIỆN 1 doc

HỆ THỐNG ĐỆNHệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ… được nối với nhau thành hệ thốn

Môn học:

LƯỚI ĐIỆN 1

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN

HỆ THỐNG ĐỆN

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được nối với nhau thành hệ thống, làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Tập hợp các bộ phận của hệ thống điện (HTĐ) gồm các đường dây tải điện và các trạm biến áp gọi là lưới điện

Điện năng truyền tải đến hộ tiêu thụ phải đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng phục vụ (gồm chất lượng điện và độ tin cậy cung cấp điện) và có chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối nhỏ nhất

Điện năng được sản

xuất từ thủy năng và

các nguồn năng lượng

sơ cấp như: than đá,

dầu, khí đốt, năng

lượng hạt nhân, năng

lượng tái tạo… thông

NM điện địa nhiệt

NM điện đại dương

Các loại NM điện khác

Điện năng được sử dụng ở các thiết bị dùng điện để tạo ra các dạng năng lượng khác phục vụ sản xuất và đời sống

• Phân loại HTĐ: có nhiều cách phân loại

– HTĐ địa phương: là HTĐ riêng, như HTĐ tự

dùng của các xí nghiệp, HTĐ ở các vùng xa không nối được với HTĐ quốc gia

– HTĐ tập trung: gồm nguồn điện, nút phụ tải

lớn trong phạm vi không lớn, chỉ dùng các

đường dây ngắn để tạo thành hệ thống

– HTĐ hợp nhất: gồm các HTĐ độc lập ở cách

xa được nối liền với nhau bằng các đường

dây tải điện dài siêu cao áp

• Về mặt quản lý:

– Các nhà máy điện: tự quản lý

– Lưới điện truyền tải: do Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (NPT) quản lý, chủ yếu là lưới điện từ

– Nguồn, lưới hệ thống từ 220kV trở lên được quy

hoạch trong Tổng sơ đồ (do Thủ tương phê duyệt)– Lưới phân phối từ 15kV đến 110kV được quy hoạch trong sơ đồ cấp điện cho các tỉnh, thành phố (do Bộ Công thương phê duyệt)

– Lưới phân phối trừ trung thế trở xuống do UBND các tỉnh, thành phê duyệt (thông qua Sở Công thương)

• Về mặt điều độ:

– Điều độ HTĐ quốc gia (A0)

– Điều độ HTĐ miền (A1, A2, A3)

– Điều độ HTĐ phân phối (các tỉnh, thành)

• Về mặt nghiên cứu, tính toán:

– Lưới hệ thống (nguồn, 220kV, 500kV…)

– Lưới truyền tải (35kV, 66kV, 110kV…)

– Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35kV) – Lưới phân phối hạ áp (0,4/0,22kV)

LƯỚI ĐIỆN

1 Lưới hệ thống: bao gồm các đường dây tải điện và

trạm biến áp khu vực, nối liền các nhà máy điện tạo thành hệ thống

35, 110, 220 kV

Sơ đồ lưới hệ thống

2 Lưới truyền tải: làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu

vực đến các trạm trung gian

Đặc điểm:

• Mạch vòng có dự phòng (dự phòng 2 lộ hoặc 1 1 +

vòng phía phân phối)

• Vận hành hở, có thiết bị đóng nguồn dự phòng khi sự

Sơ đồ lưới truyền tải

2 Lưới phân phối: làm nhiệm vụ phân phối điện

năng từ các trạm trung gian đến các phụ tải.

Phương pháp phân phối điện trung áp: trên thế giới sử

dụng 2 phương pháp chính là lưới 3 pha 3 dây (3P) và 3 pha 4 dây (3P + 1TT)

a Phương pháp lưới điện 3 dây pha:

– Dùng ở Châu Âu, Nga, Nhật…với phương pháp này, các

MBA có cuộn thứ cấp của MBA đấu Y, trung tính nối qua tổng trở Z, không có dây trung tính đi theo lưới

– Phụ tải được cấp qua MBT 3 pha hoặc 1 pha đấu vào 2

pha trung áp

b Phương pháp lưới điện 4 dây:

– Dùng ở Mỹ, Canada, Úc… với phương pháp này, trung

tính của MBT nối đất trực tiếp và có dây trung tính đi theo lưới điện tạo thành lưới 4 dây, dây trung tính được nối đất lặp lại trong khoảng 250 – 300m.

– Phụ tải hạ áp được cấp điện qua MBT 3 pha hoặc 1 pha

đấu vào 1 dây pha và dây trung tính.

c Phương pháp nối đất trung tính qua cuộn trung áp của MBA nguồn: Trong phương pháp lưới 3P, trung tính

của cuộn trung áp nối đất qua tổng trở Các nối đất hoặc giá trị Z có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc vận hành lưới điện

Có thể có các loại nối đất trung tính sau:

• Trung tính cách ly (Z = ∞):

– Khi 1 pha chạm đất vẫn có thể vận hành được  lưới này có độ

tin cậy cao – Hạn chế:

• Cách điện của lưới phải chịu điện áp dây  tăng giá thành đầu tư

lưới điện

• Khi 1 pha chạm đất  áp các pha còn lại có thể tăng cao gây quá

áp và cộng hưởng gây nguy hiểm cho cách điện

• Chỉ có thể áp dụng cho lưới có dòng chạm đất do điện dung gây ra

nhỏ hơn giá trị giới hạn.

• Trung tính nối đất trực tiếp (Z = 0):

– Khi 1 pha chạm đất  dòng sự cố cao  máy cắt tác động với

độ nhạy cao – Cách điện của lưới chỉ chịu điện áp pha  kinh tế hơn trường

hợp trung tính cách ly – Hạn chế:

• Dòng ngắn mạch lớn  tăng độ già hóa của thiết bị như MBA, máy

cát, nguồn, cáp

• Khi có sự cố  cô lập điện  độ tin cậy thấp.

– Thực tế: dùng cho lưới 15 – 22kV

• Trung tính nối đất điện trở hoặc điện kháng: còn gọi là nối đất

hiệu quả, biện pháp này cho phép điều khiển được dòng ngắn mạch, được áp dụng nhiều trong lưới 22kV ở các nước.

• Trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang: còn gọi là nối đất cộng hưởng, cho phép dùng trên lưới có độ dài lớn, dập hồ quang khi chạm đất 1 pha, độ sụt áp khi sự cố nhỏ.

Sơ đồ tia

Sơ đồ tia có dự phòng

ĐIỆN ÁP VÀ KHẢ NĂNG TẢI CỦA

LƯỚI ĐIỆN

1 Điện áp của lưới điện: Có 2 khái niệm

– Điện áp định mức: là điện áp chuẩn mực để thiết kế lưới

điện, thiết kế các thiết bị phân phối cũng như các thiết bị

sử dụng điện – Điện áp vận hành: là điện áp thực tế trên các điểm của

lưới điện khi làm việc

Các cấp điện áp được dùng ở Việt Nam:

– Hạ áp: 220/380V, 110/220V

– Trung áp: 6, 10, 15, 22, 35kV

– Cao áp: 66, 110, 220kV

– Siêu cao áp: 330, 400, 500, 750, 800, 1100kV

Việc có nhiều cấp điện áp là vì ứng với mỗi phụ tải, khoảng cách từ nguồn đến phụ tải cần có cấp điện áp truyền tải

tương ứng, cho hiệu quả kinh tế cao nhất

Theo thực nghiệm, các kỹ sư sử dụng công thức Still (Mỹ) lựa chọn điện áp tối ưu cấp điện cho phụ tải như sau :

U (kV); L (km); Pt (kW)

Ví dụ:

2 Khả năng tải của lưới điện: là công suất lớn nhất mà

đường dây của lưới điện có thể tải được mà không gây ra các nguy hại cho bản thân đường dây điện, hệ thống điện và phụ tải điện, gọi chung là khả năng tải

kỹ thuật

– Nguy hại cho bản thân lưới điện là: phát nóng dây dẫn,

MBA có dòng điện vận hành vượt quá sức cho phép.

– Nguy hại cho hệ thống là: gây ra mất ổn định tĩnh của hệ

thống và mất ổn định của phịu tải – Nguy hại cho phụ tải là chất lượng điện áp không đảm bảo.

TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ LƯỚI

ĐIỆN

Lưới điện được đánh giá theo 4 tiêu chuẩn chính:

– An toàn điện

– Chất lượng điện năng

– Độ tin cậy cung cấp điện

– Hiệu quả kinh tế

Phục vụ khách hàng Ngành điện

PHỤ TẢI ĐIỆN

Phụ tải điện: là công suất tác dụng và công suất phản

kháng yêu cầu tại một điểm nào đó của lưới điện ở điện áp định mức gọi là điểm đặt hay điểm đấu nối phụ tải Phụ tải cũng có thể cho theo dòng điện

Ví dụ các sơ đồ

Phụ tải điện bao gồm P và Q

- P là công suất sinh ra công, tiêu hao năng lượng

- Q là công suất sinh ra từ trường, không tiêu thu năng

lượng của nguồn, nhưng dòng điện do nó sinh ra chạy

trong dây dẫn  gây tổn thất công suất tác dụng và tổn

thất điện năng

Phụ tải có đặc điểm:

– Biến thiên theo qui luật ngày và đêm, theo qui luật sinh

hoạt và sản xuất, tạo ra đồ thị phụ tải ngày đêm – Tại một thời điểm, phụ tải trong các ngày đêm khác nhau

biến thiên ngẫu nhiên quanh giá trị trung bình, theo phân phối chuẩn

– Phụ tải có tính chất mùa

– Biến thiên mạnh theo thời tiết, đặc biệt là nhiệt độ, mưa

hoặc khô – Biến đổi theo tần số và điện áp tại điểm nối vào lưới điện.

Phân loại phụ tải:

– Trong qui hoạch: phân biệt phụ tải đô thị (lưới điện gồm

đường dây trên không và cáp), nông thôn (chủ yếu dây nổi) và công nghiệp (hỗn hợp dây nổi và cáp)

– Trong tính toán, vận hành cung cấp điện: phân loại phụ tải

theo các nhóm có qui luật hoạt động giống nhau như:

• Sinh hoạt

• Thương mại, Dịch vụ

• Công nghiệp

• Nông nghiệp

Phân loại phụ tải theo yêu cầu cung cấp điện: chia làm 3 loại:

– Phụ tải loại 1 là phụ tải khi mất điện gây ra hậu quả như:

• Nguy hiểm cho tính mạng và sức khỏe con người

• Thiệt hại nặng nề cho nên kinh tế, rối loạn các dây chuyền

công nghệ phức tạp, phá hoại các khâu kinh tế đặc biệt quan trọng,

Hộ loại 1 luôn được cấp điện từ 2 nguồn hoặc từ mạng vòng kín Chỉ cho phép thời gian mất điện của hộ loại 1 bằng thời gian tự động đóng nguồn dự phòng.

– Phụ tải loại 2 là phụ tải khi mất điện gây ra hậu quả như:

• Thiệt hại hàng loạt sản phẩm, công nhân nghỉ việc

• Cản trở sinh hoạt bình thường của một số lượng lớn khách

hàng Thời gian mất điện tối đa cho phép là 2 giờ.

– Phụ tải loại 3: không thuộc 2 loại trên, được cấp điện từ 1

YÊU CẦU CỦA PHỤ TẢI

ĐỐI VỚI HTĐ

Khách hàng sử dụng điện đòi hỏi ở HTĐ là chất lượng

phục vụ tốt, bao gồm: chất lượng điện năng và độ tin cậy

•Chất lượng điện năng: gồm có chất lượng điện áp và tần

số

a Chất lượng tần số: được đánh gia bằng độ lệch tần số và độ giao động tần số

– Độ lệch tần số: ∆ f = (f-fđm)100/fđm

– Độ dao động tần số: đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn

nhất và giá trị nhỏ nhất của tần số khi biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 1%/s

Ví dụ:

- Tiêu chuẩn Nga: độ lệch tần số trung bình trong 10’ trong

khoảng ± 0,1Hz, ngắn hạn cho phép đến 0,2Hz, độ dao động <0,2Hz

- Tiêu chuẩn Sigapore: độ lệch tần số cho phép là 1%, nghĩa

là ± 0,5Hz

- Việt Nam (thông tư 32/2010/TT-BCT): fđm = 50Hz Bình

thường, được phép dao động trong phạm vi ± 0,2Hz so với

fđm Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, được dao động trong phạm vi ± 0,5Hz so với fđm

b Chất lượng điện áp: gồm 4 chỉ tiêu

• Độ lệch điện áp: ∆U = (U-Uđm)100/Uđm

• Độ dao động điện áp : là sự biến thiên nhanh của điện

áp ∆V = (Umax – Umin).100/Uđm

Tốc độ biến thiên từ Umax đến Umin khôn nhỏ hơn 1%/s

Dao động điện ápgây dao động ánh sáng gây hại mặt cho người lao động, nhiễu radio, TV và các thiết bị điện tử…

• Độ không đối xứng (độ cân bằng pha):

Phụ tải không đối xứng dẫn đến điện áp các pha không đối xứng, sự không đối xứng được đặc trưng bởi thành phần thứ tực nghịch (U2)

Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu quả công tác và tuổi thọ của thiết bị, giảm khả năng tải, tăng tổn thất

Ví dụ: Nga: U2 ≤ 3%; Việt Nam: U2≤3% đối với lưới 110kV

và ≤ 5% đối với lưới trung, hạ áp

• Độ không sin (sóng hài):

Tổng độ biến dạng sóng hài (THD) là tỷ lệ của giá trị điện áp hiệu dụng của sóng hài với giá trị hiệu dụng của điện áp cơ bản, biểu diễn bằng đơn vị phần trăm (%), theo công thức sau:

Trong đó:

– THD:Tổng độ biến dạng sóng hài của điện áp;

– Vi:Thành phần điện áp tại sóng hài bậc i;

– V1:Thành phần điện áp tại tần số cơ bản (50Hz).

%

100

2 1

2 Độ tin cậy cung cấp điện: đánh giá thông qua các

thông số SAIFI, SAIDI

– Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối

(System Average Interruption Duration Index - SAIDI);

– Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối

(System Average Interruption Frequency Index - SAIFI);

số khách hàng mất đienäsố khách hàng hiện hữu Ni

a Số lần gián đoạn cung cấp điện trung bình của lưới điện SAIFI

(System Average Interruption Frequency Index)

N: tổng số điện kế khách hàng hiện hữu

Ni: số điện kế khách hàng mất điện trong lần mất điện thứ i

(lần)

(phút)

b Thời gian gián đoạn cung cấp điện trung bình của lưới điện SAIDI

(System Average Interruption Duration Index)

i i

U N SAIDI

CBGD: ThS Nguyễn Hữu Vinh Email: huuvinhdct@gmail.com