Tài liệu Hệ thống điện và trạm biến áp phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Khái niệm về nhà máy điện và hệ thống điện; Lực động điện trong các khí cụ điện và dây dẫn; Phát nóng của khí cụ điện và dây dẫn; Thanh dẫn, sứ và cá điện lực; Khí cụ điện cao áp;... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.
TS ĐÀO QUANG THẠCH (Chủ bién) TS PHẠM VÀN HÒA TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ■ NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT TS ĐÀO QUANG THẠCH (Chủ biên) TS PHẠM VÁN HÒA PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIÊN ÁP (In lần thứ có sửa chữa, bổ sung) NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI Lời nói đầu Cùng với tâng trưởng kinh tế quốc dân, hệ thống diện (HTĐ) Việt Nam không ngừng phát triền, di trước bước nhàm phục vụ dắc lực cho nghiệp cơng nghiệp hóa, dại hóa dát nước Nhd máy diện vd trạm biến áp khâu chủ yếu HTĐ Nếu nhà máy diện làm nhiệm vụ sàn xuất diện năng, thi trạm biến áp làm nhiệm vụ biến dổi diện áp, phục vụ cho việc truyền tải, phân phối lượng diện Trong năm g'ân đây, nhiều nhà máy diện trạm biến áp lớn dang dược xây dựng, tương lai xt nhiêu cơng trinh lớn hon vói thiết bị hệ mói dõi hỏi đ'âu tư rát lán Việc giải dũng dắn ván d'ê v'ề kinh tế - kỹ thuật quy hoạch, thiết kế, xây dụng vận hành nhà máy diện trạm biến áp mang lại hiệu dáng kề dối với kinh tế quốc dân nói chung vd dối với ngành diện nói riêng Muốn tim dược lời giải tối ưu vấn đề dã nêu, cần có hiểu biết sâu rộng lỉnh vực liên quan tới khâu HTĐ Để phân dáp ứng yêu câu học tập, nghiên cứu, tính tốn thiết kế, xây dụng, vận hành phản diện nhà máy diện trạm biến áp, xin trân trọng giói thiệu vói bạn dọc sách "Phan điện nhà máy điện trạm biên áp", dược biên soạn dựa kinh nghiệm giảng dạy, nghiên cứu nhièu năm tài liệu mói có dược Cuốn sách dược biên soạn thành 10 chương với nội dung sau : Trong chương 1, trinh bày vấn d'ẻ chung v'ê nhà máy diện trạm biến áp tác dộng cơ, nhiệt dòng diện dối với khí cụ diện dây dẫn Phân khí cụ diện cao áp dây dẫn dược giói thiệu chương Chương d'ê cập đến vấn dê khả tải máy biến áp, cách tính tốn chọn số lượng dung lượng máy biến áp HTD Nguyên tắc thành lập so dồ trạm dóng cắt tự dùng nhà máy diện trạm biến áp dược trinh bày chương Chương giới thiệu nguyên tác bố trí thiết bị khí cụ diện trạm phân phối diện thường gặp Hai chương cuối (9 10) giới thiệu loại nguồn diện thao tác, nguyên tắc thành lập sơ dị điều khiển, tín hiệu, kiềm tra nhà máy diện trạm biến áp Cuốn sách "Phần điện nhà máy diện trạm biến áp" duac biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên dại học, cao dằng, trung học thuộc chuyên ngành "Hệ thống diện" củng cán thiết kế, xây dựng, vận hành lỉnh vực nhà mảy diện trạm biến áp Cuốn sách làm tài liệu tham khảo bổ ích dối vói cán bộ, sinh viên thuộc ngành kinh tế lượng, quàn trị doanh nghiệp, tự dộng hóa diện khí hóa xí nghiệp, lường tự dộng công nghiệp, thiết bị diện, nhiệt diện, diện khí hóa nơng nghiệp Trong trình biên soạn, tác giả dã cổ gắng giói thiệu thiết bị hệ mói, song cịn nhiêu hạn chế tài liệu thịi gian nên chưa dảp ứng dược nhiều yêu câu bạn dọc Rất mong nhận dược góp ý nhận xét bạn dọc dề lăn tái sau sách dược hoan thiện han Địa liên hệ : "Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật" - 70 Tran Hưng Đạo Hà Nội môn "Hệ thống diện" trường Dại học Bách khoa Hà Nội - Số Đại Cò Việt - Hà Nội Tác giả Chương KHÁI NIỆM VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 so LƯỢC VỀ Sự PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH ĐIỆN Lực VIỆT NAM Điện lực ngành kinh tế then chốt nển kinh tế Do xác định vị trí tầm quan trọng ngành công nghiệp điện lực nến kinh tế quốc dân, từ nhiều năm nay, có khó khăn vể nhiều mặt, Đảng Nhà nước ta dành quan tâm lớn cho việc đẩu tư, phát triển nguồn điện từ trung ương đến địa phương Đặc biệt, thập kỷ qua, ngành điện lực coi hướng ưu tiên phát triển hàng đầu Bởi lẽ động lực vận hành toàn nển kinh tế đáp ứng nhu cầu vể dân sinh ngày cao tầng lớp nhân dân Trong nghiệp "cơng nghiệp hóa, đại hóa" đất nước, vai trị ngành điện lực lại nhân lên gấp bội Điểu đáng mừng sau thập niên thiếu điện triển miên năm gần đây, nỗ lực mình, khơng cung cấp đủ điện để đáp ứng nhu cẩu nước, mà cịn có điện xuất sang nước láng giềng Nhiều cơng trình kỷ thuộc ngành điện thực Đê’ thấy bước tiến quan trọng ngành điện lực, xin điểm qua giai đoạn ngành thập kỷ qua tương lai thập niên tới kỷ 21 Ngành điện lực Việt Nam thành lập từ 15/8/1954 với sở ban đấu cơng trình điện nhỏ Pháp để lại Co' nhà máy điện công suất nhỏ Yên Phụ, Cửa Cấm, Thượng Lý, Cọc Năm truyền tải điện đường dây điện áp không 35 kV ; đáp ứng nhu cầu hạn chế cho khu vực xung quanh, chủ yếu cơng sở, xí nghiệp nhỏ sinh hoạt Tổng công suất nguồn khoảng 100 MW với sản lượng điện hàng năm 180 triệu kWh Đầu năm 1954, sau đất nước thống nhất, vối tiểm lớn vể nguồn nâng lượng tự nhiên : nhiễu sơng dài địa hình dốc, có thê’ xây dựng nhiểu nhà máy thủy điện lớn ; mỏ than, dầu, khí với trữ lượng lớn thuận tiện cho việc phát triển nhà máy nhiệt điện Ngành điện lực Việt Nam tiến bước vững với lên kinh tế đất nước Cố thê’ chia trình phát triển qua ngành điện lực Việt Nam thành giai đoạn sau : Giai doạn 1954 -1975 : Đất nước bị chia cát thành hai miền Nam, Bắc ỏ miển Bắc, Cục Điện lực thành lập, tiền thân Tổng Công ty Điện lực Việt Nam ngày (EVN) Nhiệm vụ ban đầu huy động nhanh chóng nguồn điện để phát triển kinh tế Các nhà máy điện cũ đại tu, cải tiến, thời xây dựng thêm nhiều nhà máy điện với công suất nhỏ trung bình Việt Trì, Thái Nguyên, Hà Bắc, ng Bí, Thác Bà, Ninh Bình Song song với việc xây dựng nhà máy điện mới, lưới điện không ngừng mở rộng, nhiều đường dây 110 kV xuất với chiểu dài hàng trăm kilơmet Tính đến cuối năm 1975, cơng suất nhà máy điện miền Bắc đạt đến 450 MW, tổng sản lượng hàng năm đạt khoảng 1.264 triệu kWh (1975) Giai doạn 1975 - 1995 : Năm 1975 đất nước hoàn toàn thống Cả nước tập trung tái thiết đất nước phát triển kinh tế Chính phủ đầu tư lớn vào việc xây dựng, phát triển hệ thống điện nước Nhiểu nhà máy điện công suất lớn, đại xây dựng đưa vào hoạt động Phả Lại, Hịa Bình, Trị An, Phú Mỹ, Thác Mơ , mạng lưới điện 110 ; 220 kV phát triển rộng khắp đất nước Ngày 29/5/1994, đường dây 500 kV Bắc - Nam hoàn thành, hợp hệ thống điện ba miển, vận hành điểu khiển thóng Trung tâm điều độ hệ thống Điện quốc gia Đường dây 500 kV có ý nghĩa quan trọng việc cân bằngnăng lượng nước, tận dụng nguổn lượng dổi dào, rẻ tiền ba miền Giai doạn 1995 đến : Ngày 27/01/1995, Tổng công thức thành lập, thống quản lý huy động hệ thống điện quốc gia, phát triển ngành điện lực, phục vụ cho hóa, đại hóa đất nước Nếu năm 1995 sản lượng điện ty Điện lực Việt Nam nguồn lượng nghiệp cơng nghiệp nước ta đạt 14 tỷ kWh đến năm 2000 sản lượng điện đạt tới 24 tỷ kWh, trung bình sản lượng điện hàng năm tăng 13 đến 14% ; lưới điện quốc gia vươn tới 61 tỉnh thành Năm 2001, nhiễu tổ máy nhà máy xây dựng đưa vào hoạt động hai tổ máy lại nhà máy thủy điện laly, hai tổ máy nhà máy điện Phả Lại Cùng với việc xây dựng thêm nhà máy điện, lưới điện truyền tải 500 kV ; 220 kV ; 110 kV lưới phân phối 22 kV, 35 kV không ngừng mở rộng Ngoài đường dây 500 kV dài 1.487 km với trạm biến áp Hịa Bình, Phú Lâm, trạm bù Hà Tĩnh, trạm bù trung chuyển Đà Nẵng, có 25 trạm biến áp 220 kV với đường dây 220 kv có tổng chiểu dài 2.000 km; 132 trạm 110 -66 kV với đường dây 110-66 kV có tổng chiều dài 5.200 km Điểu đặc biệt đáng ý hệ thống điện nước ta nguồn thủy điện lớn Nếu tổng công suất đặt máy phát 6.000 MW tổng sản lượng 28 tỷ kWh thủy điện chiếm 62%, nhiệt điện than 17%, nhiệt điện dấu 15%, nhiệt điện khí 5% diezel 1% Trong với đa số nước giới, nguồn lượng phát nhà máy nhiệt điện chiếm khoảng 80%, nhà máy thủy điện chiếm 18 đến 20% Dưới vài số thống kê phát triển hệ thống điện lực Việt Nam (bảng 1.1) Bứng 1.1 Công Nỉm suất tống NMD (MW) Tổng sán luạng 100 180 451 1264 849 1495 1984 1500 3870 1994 4000 9590 1997 4982 19150 1998 5335 21294 (miền 1954 (miền 1975 (miền (ước 1999 Bắc) Bắc) Nam) tinh) 6000 > (108 kWh) 23000 Mặc dù có đẩu tư mạnh cho ngành Điện, Việt Nam nước có mức tiêu thụ điện thấp giới, thấp khu vực Đơng Nam Á Mức tiêu thụ điện bình qn đầu người nước ta 250 kWh/người/năm, Mỹ, Nhật Bản, Thái Lan Philippin, mức tiêu thụ 6500 ; 7000 ; 720 ; 500 kWh/người/năm Mức tiêu thụ điện nhiều tăng nhanh thành phố lớn khu công nghiệp, ỏ Hà Nội 320, thành phố Hổ Chí Minh 300, miển Trung 162 kWh/người/năm Giai đoạn từ đến 2010 Theo số liệu Viện Năng lượng, nhu cầu vể điện nước ta năm qua tăng mức 11 đến 15% giai đoạn 2000 - 2010 tăng bình quân 11 đến 13% Người ta dự đoán tổng sản lượng điện năm sau (bảng 1.2) Bảng 1.2 Năm Tổng sản lượng (1ũ9 kWh) 2000 2005 2010 27,5 - 30 47,7 - 53,6 78,4 - 87,3 Để đáp ứng nhu cấu điện tới, ngành điện lực Việt Nam xây dựng kế hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam tương lai Khi đó, năm tới (2001 - 2005) Nhà nước đẩu tư để xây dựng mở rộng cơng trình điện nhà máy điện Phú Mỹ, Ơ Mơn, Quảng Ninh, Ương Bí, Hải Phòng, Sê San Nổi bật công trinh xây dựng nhà máy thủy điện Sơn La, cơng trình mang vóc dáng thê' kỷ Từ đấu năm 2001, hàng loạt công việc chuẩn bị triển khai mở đường, chuẩn bị vốn, giải phóng mặt Cũng theo kế hoạch này, sau năm xây dựng tổ máy số cơng trình đồ sộ đưa vào hoạt động, cơng suất nhà máy hồn thành lớn gấp đơi nhà máy thủy điện Hịa Bình (3.600 MW) Khi cơng trình hồn thành, tồn khu vực trở thành quần thể du lịch hấp dẫn, hệ thống giao thông thuận tiện Một hổ chứa 11 tỷ mét khối nước đủ sức trị thủy sông Hổng, sông Đà, giải vấn để lũ lụt cho vùng đồng bàng Bắc Bộ Theo số liệu Viện Vật lý Kỹ thuật hạt nhân, dự báo đến năm 2010, tổng công suất hệ thống điện nước ta đạt đến 14.000 MW, gần 8.000 MW thủy điện, nhiệt điện khoảng 6.000 MW với sản lượng hàng năm khoảng 68 đến 75 tỷ kWh Với tỷ trọng thủy điện lớn vậy, giá thành điện rẻ có nhiều lợi ích khác Song gây nhiêu khó khăn vận hành hệ thống cơng suất thủy điện biến thiên mạnh mùa nước mùa khơ, năm nhiều nước năm nước Vào mùa khô, thủy điện phát khoảng 30 đến 40% sản lượng, cần có nguồn dự phòng lớn từ nguồn nhiệt điện nguồn lượng khác Song việc phát triển nhiệt điện than bị hạn chế khả ngành than vấn để môi trường Muốn phát triển tiếp tục nhiệt điện than cần tính đến việc nhập nhiên liệu Tuabin khí hỗn hợp phương án hấp dẫn ta có trữ lượng khí khoảng 100 đến 150 tỷ mét khối Mặt khác tính đến khả trao đổi lượng với nước khu vực có tận dụng khai thác vể thủy điện sông Mê Kông Song vào năm nhu cẩu vể lượng cao nhiễu, cần nghĩ đến nguồn phát lượng khác điện nguyên tử chẳng hạn 1.2 SO LƯỢC VẾ Sự PHÁT TRIEN ngành nàng lượng giói Để đáp ứng nhu cấu phát triển sản xuất, giao thông vận tải đời sống, ngành điện lực tồn giới khơng ngừng phát triển, đạt bước tiến đáng kể Nhiều nhà máy điện đại, công suất lớn xây dựng với đường dây siêu cao áp đời Như biết, có nhiều loại nhà máy điện hoạt động nước, song chủ yếu nhà máy nhiệt điện, thủy điện điện nguyên tử Vào đầu thập kỷ 90 kỷ trước, công suất đặt nhà máy điện lượng sản xuất giới bảng 1.3 Bảng 1.3 Công suất đặt Năng lượng sán xuất Loại nhà máy 10 MW % 10 MWh % Nhiệt điện 1403 70,0 5877 69,2 Thủy điện 463 23,0 1780 20,9 141 7,0 843 9,9 Nguyên điện từ Việc sản xuất tiêu thụ lượng phân bố không đểu, khoảng 85% công suất nhà máy điện lượng sản xuất tập trung vào 20 nước có cơng nghiệp phát triển Ví dụ Mỹ với dân số 219,9 triệu người, công suất đặt cùa nhà máy điện 634 triệu MW với sản lượng hàng năm 2500 triệu MWh ; Nhật Bản với dân số 115,3 triệu dân có cơng suất đặt 143 triệu MW sản lượng 620 triệu MWh ; số tương ứng Canada 25,3 triệu dân, 82 triệu MW 370 triệu MWh Pháp 53,4 triệu dân, 65,8 triệu MW 277 triệu MWh Một số hệ thống điện lớn quốc gia hình thành, hệ thống điện Bắc Mỹ, Đông Âu, Tây Âu, vùng Ban Căng Cùng với việc đời hệ thống điện lớn việc tăng số lượng, khả tải đường dây liên lạc hệ thống nút hệ thống cách sử dụng cấp điện áp siêu cao đường dây tải điện chiều Với dòng điện xoay chiểu, phổ biến điện áp 330 - 500 kV, nhiểu nước sử dụng điện áp 750 kV (Canada, Mỹ, Nhật Bản, Nga, Brasil), số nước xây dựng đường dây 1000 - 1200 kV (Nga, Mỹ, Nhật Bản, Italia) Với dòng điện chiểu, phổ biến điện áp ± 125 đến ± 500 kV, cá biệt có đường dây ± 750 kV Việc đời hệ thống điện lớn cho phép xây dựng nhà máy điện có cơng suất cực lớn, thủy điện Grende - Kyli Mỹ có cơng suất 6.200 MW ; nhà máy điện nguyên tử Funkusima Nhật Bản - 4.700 MW nhà máy nhiệt điện Casima Nhật Bản - 4.400 MW; nhà máy điện nguyên tử Leningrade (Nga) - 4.000 MW ; thủy điện Krasnoiarsk - 6.000 MW 1.3 QUÁ TRÌNH SẨN XUAT điện NHÀ MÁY ĐIỆN Nhà máy điện (NMĐ) sở công nghiệp đặc biệt, làm nhiệm vụ sản xuất điện nhiệt từ dạng lượng tự nhiên khác nhau, hóa nhiên liệu, thủy nước, lượng nguyên tử, quang mặt trời động gió Năng lượng phát từ nhà máy điện truyền tải loạt thiết bị lượng khác máy biến áp tăng hạ áp, đường dây không cáp, đến hộ tiêu thụ xí nghiệp, thành phố, vùng nông thôn Tùy thuộc vào dạng lượng tự nhiên sử dụng, người ta chia NMĐ thành nhà máy nhiệt điện (NĐ), thủy điện (TĐ), điện nguyên tử (NT), phong điện (PĐ), điện mặt trời (MT), điện địa nhiệt (ĐN) Hiện lượng điện nhiệt chủ yếu sản xuất nhà máy NĐ, TĐ NT Trong nhà máy NĐ, thường sử dụng ba loại nhiên liệu : rắn, lỏng khí Theo động sơ cấp dùng đê’ quay máy phát điện, nhà máy nhiệt điện lại chia thành nhà máy NĐ tuabin hơi, máy nước, động đốt tuabin khí Các nhà máy NĐ tuabĩn chia thành nhà máy nhiệt điện ngưng (NĐN) nhà máy nhiệt điện rút (NĐR) Như nêu trên, hệ thống điện nước ta có nhà máy NĐ TĐ Nguồn công suất chủ yếu nhà máy thủy điện, rổi đến NĐ chạy than, NĐ chạy đầu, NĐ chạy khí Tình hình cịn kéo dài nhiều thập kỷ tới nguổn thủy nước ta tương đói lớn Để thấy rõ đặc điểm trình sản xuất điện NMĐ, ta nghiên cứu chi tiết loại NMĐ hoạt động nước giới 1.3.1 NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Trong nhà máy NĐ, hóa nhiên liệu (than, dầu, khí đổt) biến đổi thành lượng điện nhiệt Quá trình biến đổi lượng nhà máy NĐ mô tả hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đổ biến đổi lượng nhà máy nhiệt điện Như trình bày trên, có hai loại nhà máy NĐ nhiệt điện ngưng (NĐN) nhiệt điện rút (NĐR) Mỗi loại có trang bị riêng chế độ làm việc đặc biệt 1.3.1.1 Nhà máy nhiệt điện ngưng Nhà máy nhiệt điện ngưng nhà máy NĐ làm nhiệm vụ sản xuất điện năng, nghĩa toàn lượng nhiệt nước lò sản xuất đểu dùng để sản xuất điện NĐN loại hình phổ biến NĐ Nhiên liệu dùng nhà máy NĐ nhiên liệu rắn : than đá, than bùn ; nhiên liệu lỏng loại dầu đốt ; nhiên liệu khí dùng nhiểu khí tự nhiên, khí lị cao từ nhà máy luyện kim, lò luyện than cốc Trong số trường hợp, khí cịn dùng làm nhiên liệu phụ nhà máy dùng nhiên liệu rắn lỏng Việc sử dụng khí tự nhiên nhà máy NĐ mang lại hiệu kinh tế đáng kể giảm khoảng 20% chi phí cho xây dựng nhà máy hệ thống cung cấp xử lý nhiên liệu đơn giản rẻ tiễn ; giá thành điện giảm giảm chi phí cho nhiên liệu, giảm chi phí vận hành khấu hao thiết bị Hiệu suất cao so với NĐ chạy than đến 5% giảm tổn thất nhiệt ; gây nhiễm mơi trường Khi có ống dẫn khí việc vận chuyển khí đến nhà máy điện rẻ nhiều so với việc vận chuyển than đường thủy đường sắt Lượng điện tự dùng nhà máy nhiệt điện chạy khí dầu nhỏ nhiêu so với NĐ chạy than Trên hình 1.2 giới thiệu sơ đổ nguyên lý nhà máy NĐN Than từ kho chứa nhiên liệu qua hệ thống vận chuyển nhiên liệu để vào sấy rổi sau đưa vào lị Trong lị x;ảy phản ứng cháy, chuyển hóa nhiên liệu thành nhiệt nước Kho'i từ lò qua hâm nước 14, sấy khơng khí 15, quạt 10 hai đại lượng có liên quan mật thiết với Từ hai đại lượng này, người ta định nghĩa xung lượng nhiệt định mức KĐ (Bnhđm) biểu thức : Q = T t •Dnh.dm Tih.đmmh.đni -Dịng diện ổn dịnh dộng định mức iđđm (Iđđn? đại lượng đặc trưng cho khả chịu đựng tác dụng vé KĐ, xác định sở tính tốn độ học phẩn tử kháng -Diện kháng tương dối dinh mức tính theo ptíân trăm kháng diện XK% Đây đại lượng đặc trưng KĐ, phụ thuộc vào cấu tạo thân KĐ, mà phụ thuộc vào chế độ làm việc kháng Nghĩa vào trị số chiểu dòng điện kháng, vào cách đặt khoảng cách KĐ Dưới ta xét chi tiết vế cách xác định điện kháng loại KĐ 5.6.1.1 Điện kháng cùa kháng điện đơn Như trình bày trên, kháng điện đơn cuộn dây, điện cảm LK phụ thuộc vào số vịng dây, vào kích thước kháng Trong hệ thống điện ba pha, pha đặt KĐ đơn, cuộn dây ba pha có độ hỗ cảm Thường để đảm bảo ổn định động pha, chúng đặt xa nên hỗ cảm chúng nhỏ, bỏ qua tính tốn Như vậy, coi pha có điện kháng tự cảm XK, phụ thuộc vào điện cảm LK cuộn dây pha sau : (5.44) XK — oLp2 Ị với : tư 2?rf ; ĩ - tần số dòng điện (Hz) ; Lk - điện cảm KĐ (H) Trong sổ tay kỹ thuật, người ta thường cho điện kháng tương đối định mức tính theo phẩn trăm XK% Theo định nghĩa ta có : x„% IN —• 100 ; X,, Kđm (5.45) với xKđm điện kháng định mức KĐ : Kdm xKđm 1-Kđm (5.46) Từ (5.45) (5.46) nhận : với AUKđm = ■y3xKIKđm tổn thất điện áp kháng có dịng điện IKđm chạy qua (gọi tắt tổn thất điện áp định mức) Do viết : XK% XK • 100 = xKđm hay 238 XK% AUK.dm% ; (5.48) với AUKđm% = —— 100 tổn thất điện áp định mức tính theo phần trăm UKđm Từ (5.48) thấy rằng, điện kháng tương đối định mức tính theo phẩn trăm kháng điện XK% tổn thất điện áp định mức KĐ tính theo phần trăm AUKđm% Khi tính tốn ngắn mạch HTĐ phức tạp, người ta thường dùng hệ đơn vị tương đối Trên sỏ điện kháng XK% cho, ta tìm điện kháng tương đối kháng điện xK#cb Theo định nghĩa ta có : XK xK*cb Ucb mà xcb= I— V xK*cb - xcb XK% UKđm — —- ■ nên : 100 1 XK : (5.60) k = l=>x1 = 0;k = 0=ỉ>x1 = — XK Thường người ta lấy k — 0,5 nên : X1 = 4xk Thấy trường hợp điện kháng tổng KĐ kép nhỏ so với KĐ đơn có điện kháng tự cảm XK Do vậy, ta dùng KĐ kép cho phép chọn điện kháng XK% lớn so với KĐ đơn Đây trường hợp thường gặp chế độ làm việc bình thường KĐ kép Ưu điểm tổn thất điện áp tổn thất công suất kháng nhỏ Để giảm dịng điện ngắn mạch nhiểu có thê’ chọn KĐ kép có điện kháng XK% lớn 242 - Trường hợp dòng diện chạy hai nhánh bàng chiều Đây trường hợp hay gặp tình trạng làm việc cưỡng cố mạng điện, ví dụ trường hợp hai máy phát điện nối với hai nhánh để cung cấp cho phụ tải chung xảy ngắn mạch cực máy phát điện b) Hình 5.76 Dịng điện chạy hai ngược chiều a) Sơ đổ nối điện ; nhánh Sơ đồ tính tốn Do dòng điện hai nhánh chiểu nên sức điện động tự cảm hỗ cảm chiểu nhau, làm tăng điện áp rơi nhánh, ta có : AU2 = (xK + XM) I = (1 + k) XK.I Vậy điện kháng tổng nhánh trường hợp : x’2 = (1 + k)xK Vì hai nhánh làm việc nối tiếp với nên điện kháng tổng KĐ : x2 = 2x’2 x2 = 2(1 + k)xK (5.61) Nếu k = 0,5 ta có : x2 = 3xk Như vậy, trường hợp ngắn mạch này, điện kháng KĐ kép x2 lớn nhiêu so với KĐ đơn nên tác dụng hạn chế dòng điện ngắn mạch lớn - Trường hợp dịng diện di nhánh Đây trường hợp thường gặp tiến hành sửa chữa cố phần tử mạng điện Ví dụ trường hợp'hai máy phát nói với kháng điện để cung cấp cho phụ tải chung máy phát khơng làm việc (hình 5.77a) hay trường hợp kháng điện kép cung cấp cho hai phụ tải nhánh nghỉ sửa chữa đường dây xảy ngắn mạch đầu đường dây (hình 5.77b) Trong trường hợp dòng nhánh coi 0, nên điện kháng nhánh có dịng chạy qua điện kháng tự cảm nhánh đó, điện áp rơi nhánh làm việc : 243 AU3 — XKI điện kháng kháng điện chế độ làm việc nhánh X3 = XK (5.62) Song nhánh khơng làm việc (có I = 0) có điện áp lớn co' sức điện động hỗ cảm : Em = XMZ = kxKL Nếu gọi uo điện áp đầu nhánh điện áp đầu mút nhánh không làm việc : u = uo + TT Em Hình 5.77 T = uo + kxKl (5.63) nhánh Dòng điện kháng điện kép Khi ngán mạch I = IN nên u lớn, có thê’ đạt đến giá trị (1,2 -T- l,5)UKđm, gây điện áp kháng Từ kết nhận ba trường hợp xét, ta viết biểu thức điện kháng KĐ sau : Trường hợp : 1 X1 = I (1 - k)xK = |(1 + k)xK - k.xK ; Trường họp : x2 = (1 + k)xK ; (5.64) Trường hạp : x3 = XK = (1 + k)xK - k.xK Từ biểu thức xác định điện kháng KĐ kép chế độ làm việc (5.64), ta thiết lập sơ đổ thay hình 5.78 Trong phần trên, ta xét với trường hợp dịng điện nhánh có trị số có hệ số cơng suất Khi dòng diện nhánh Ij I2 khác nhau, có hệ số cơng suất tương ứng cos^p cos/>2, tương tự kháng điện đơn, ta xác định tổn thất điện áp gây điện kháng tự cảm hỗ cảm, tổn thất điện áp trẽn nhánh KĐ : * Nhánh (có dịng điện lị chạy qua) : 11 -k*k ^2 AU]% = XK% - siny>1 - k.xK% siny>2 J-Kdm ^Kđm = XK% Y (IjSin^q -k.I2siny>2) 1Kđm —IZZHHZZ}—’ (5.65) Hình 5.78 244 (l+k)*k (J+k)*k Sơ đổ thay kháng điện kép thê' * Nhánh (có dòng điện I2 chạy qua) : AU2% = XK% Y (I2siny>2 - k.Ijsinyq) (5.66) ^Kdm Nếu nhánh hở mạch (I1 = 0), điện áp Uj nhánh U1 Uj% = UKđm : Z2 TT ■ 100 — UTG% + k.xK% ^Kđm sin2 (5.67) với UTG% điện áp góp 5.6.2 CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI KHÁNG ĐIỆN Vể phương diện cách điện làm mát, người ta chia KĐ thành hai loại : kháng điện khô kháng điện dầu 5.6.2.1 Kháng điện khô Kháng điện khô chế tạo với điện áp định mức thấp 35 kV, dùng cho thiết bị nhà Theo vật liệu làm trụ đỡ, KĐ khô chia thành hai loại KĐ bê tông KĐ lắp ghép Kháng diện bê tông Dây quấn KĐ bê tông làm nhôm, dạng nhiễu sợi, vặn xoắn để tận dụng tiết diện dây dẫn, giảm hiệu ứng mặt ngồi hiệu ứng gẩn Phía ngồi dây dẫn bọc cách điện Đói với KĐ có dịng điện định mức nhỏ (IKđm < 400 A), pha có dây quấn Các kháng điện có dịng điện định mức lớn hơn, pha có hai ba dây quấn song song (hình 5.79) Hình 5.79 cùa Sổ kháng đồ điện dây a) Kháng điện có dây quấn ; b) Kháng điện có dây quấn ; hai c) Kháng điện dây quấn ba có quấn dơn 245 Để tăng độ học, người ta phun lên lớp cuộn dây lớp xi măng đặc biệt có độ cơ, nhiệt cao cách điện tốt Các dây quấn giữ chặt trụ bàng bê tơng (hình 5.80) nên gọi KĐ bê tơng Cách điện vịng dây khơng khí bê tơng Cách điện pha với pha với đất đảm bảo khơng khí (khoảng cách) sứ cách điện (hình 5.80) Kháng điện bê tơng có ưu điểm làm việc chắn, có độ ổn định động cao, giá thành hạ nặng nể, dễ bị ẩm Kháng điện bê tông dùng nhiều TBPP nhà đến 10 kV Thường người ta chế tạo loại KĐ đơn có dây quấn đồng PB, nhơm PBA PBAM (loại có tổn thất bé) với dòng điện định mức từ 400 đến 4000 A điện kháng XK% từ đến 12 Các KĐ kép có dây quấn PBC, nhơm PBAC PBACM, có dịng điện định mức từ X 600 đến Hình 5.80 kháng X 3000 A XK% từ đến 15 cấu điện trúc bê cùa tông Kháng diện lắp ghép Để giảm trọng lượng KĐ, người ta thay trụ bê tông trụ làm vật liệu cách điện rắn khác gỗ, thủy tinh hữu cơ, sứ, nhựa Kháng điện lắp ghép nhẹ KĐ bê tông đắt tiền, có độ ổn định động Cũng KĐ bê tông, KĐ lắp ghép thường dùng cho TBPP nhà, đặt nơi khơ ráo, bụi bẩn 5.6.2.2 Kháng điện dầu Hình 5.81 Cấu tạo cùa kháng điện lắp ghép có cách điện Kháng điện dẩu chế tạo với điện thủy tinh hữu áp 35 kV cao Dây quấn KĐ dầu làm nhôm giống KĐ khô, trụ đỡ làm gỗ vật liệu cách điện rắn khác có độ cơ, nhiệt điện cao Dây quấn pha ba pha đặt thùng thép chứa đầy dầu biến áp, đầu dây đưa sứ xuyên giống máy biến áp (hình 5.82) Kháng điện dầu co' vỏ thép nên đặt gần cấu trúc kim loại Khi làm việc tồn từ thơng cuộn dây sinh khép mạch qua vỏ thép, làm vỏ thép nóng lên có tổn thất từ trễ dịng điện xoáy, nhất, KĐ loại pha Để vỏ thùng khơng phát nóng q mức, người ta đặt chắn từ (hình 5.83) hay điện sát với lớp vỏ thùng Màn chắn từ làm thép 246 kỹ thuật điện tốt, lồng vào đặt phía vỏ thùng Do dẫn từ tốt nên hầu hết từ thông đểu khép mạch qua nó, có tổn thất nhỏ Màn chắn điện làm vật liệu dẫn điện tốt, dòng cảm ứng no' lớn, sinh từ thông ngược với từ thông vỏ thùng, từ thông tổng giảm tổn thất vỏ giảm Kháng điện dầu chống ẩm bụi nên dùng cho TBPP trời tất cấp điện áp Người ta chế tạo loại KĐ pha POjm, TOPMT loại ba pha PTMT có điện áp từ 35 đến 110 kV điện kháng từ đến 15% Hình 5.83 Kháng diện dầu có chắn từ - vỏ thùng; 2- dầu 3- chắn ; 4— sứ Hình 5.82 Kháng điện dầu pha a) Hình dáng bên ngồi ; b) Cuộn dây 132 kV xuyên ; - phần từ thông khép vỏ 5.6.3 CÁCH ĐẶT KHÁNG mạch qua thùng ĐIỆN Dựa sở vể cấu tạo, trọng lượng kích thước KĐ, nhà chế tạo qui định cách đặt chúng Có ba cách đặt KĐ chủ yếu sau : đặt thẳng đứng - ba pha chổng ; đặt nằm ngang - ba pha riêng ; đặt bậc thêm - hai pha chồng nhau, pha riêng Việc lựa chọn cách đặt KĐ phụ thuộc vào cấu trúc vấn để sử dụng hợp lý ngăn thiết bị phân phối Phương án dặt kháng diện theo chiều thằng dứng (hình 5.84) Ưu điểm phương án tiết kiệm diện tích mặt TBPP Khi bình thường sứ chịu nén tác dụng trọng lượng KĐ Song xảy ngắn mạch hai pha cùng, lực tác dụng chúng có xu hướng đẩy pha xa nhau, sứ pha chịu kéo, ta biết sứ chịu kéo chịu nén Do đó, để bảo đảm làm việc chắn sứ, người ta đổi đẩu cuộn dây pha đổi chiểu quấn dây Cũng thực cách chèn thêm sứ đỡ phía KĐ Cách đặt KĐ theo kiểu thẳng đứng thường dùng cho kháng điện nhỏ, loại nhẹ 247 Khi kháng điện lớn hơn, người ta đặt kháng điện theo kiểu bậc thềm : đặt hai pha chồng nhau, pha riêng Trong trường hợp này, để tránh sứ đỡ pha chịu kéo, người ta thực biện pháp nói Để đảm bảo ổn định động độ cách điện cấn thiết hai pha chổng với pha riêng, người ta tăng cường khoảng cách chúng Đặt kháng điện theo phương án giảm lực tác dụng lên sứ lại làm tăng diện tích đặt kháng điện Hình 5.84 bê tơng ba Kháng pha điện đặt Hình 5.85 dứng 1- cuộn dây ; 2- trụ bê tông ; 3- sứ đỡ Kháng điện đặt ba pha riêng a) Ba pha riêng, đặt thẳng hàng, trục thẳng đứng ; b) Một pha cùa kháng điện ba pha đặt riêng, trục nằm ngang Đối với KĐ lớn, người ta thường đặt ba pha riêng, khoảng cách chúng xác định độ điện ổn định động kháng Có thể đặt ba pha riêng, trục thẳng đứng (hình 5.85a) ba pha riêng, trục nằm ngang (hình 5.85b) Đặt pha riêng giảm lực đè lên sứ ; co' lực động điện lớn sứ chịu uốn Khoảng cách tối thiểu chúng nhà chế tạo qui định theo điều kiện đảm bảo ổn định động KĐ Nhược điểm phương án KĐ chiếm diện tích lớn Khi đặt KĐ cần ý đến biện pháp làm mát cách dùng thông gió tự nhiên, biện pháp thơng gió hợp lý khác Khi tính tốn sơ co' thể lấy khối lượng khí thơng gió từ đến m3/phút cho kW tổn thất công suất kháng Mặt khác cấn bố trí KĐ đủ xa phận thép đẽ’ trátííi phát nóng q mức chúng có dịng điện xốy Các KĐ không đặt gần cấu thép cốt thép trần, sàn tường nhà 500 mm 5.6.4 CÁC ĐIỄU KIÊN CHỌN KHÁNG ĐIÊN Chủng loại KĐ chọn phù hợp với nơi đặt sơ đổ nối dây thiết bị nhà máy điện trạm biến áp Tham số KĐ chọn cẩn thỏa mãn điểu kiện : 248 - Điện áp định mức kháng điện UKđm không nhỏ điện áp định mức mạng điện Uđm nơi đặt kháng : EKđm Uđm ; Để đảm bảo KĐ khơng bịphátno'ng q mức, dịng điện cưỡng Icbqua kháng khơng vượt q dịng điện định mức IKdm ■ I với Icdm - dòng điện cắt định mức máy cắt MC ; Inbcấp - dòng điện ổn định nhiệt cáp c Khi chọn công suất Scb điện áp Ecb = EKđm> ta có : Đặt kháng đường dây Hình 5.86 Khi ngắn mạch Nj : ^cb xNj = XHT = EHT • 1 Nj với điện $cb = Eht & Nr S”Nj = V^UcbI”Ni Khi ngắn mạch tạí N2 Icb ®cb XN? = EHT ■ 0’77 = EHT ■ z N2 n2 249 XK = XN - XN = Eht Icb ( -r- ] ' J n2 Nị ' mà (5.68) IfCdm XK% = XK ■ —— ■ 100 ^cb nên I Nj ~ N2 XK% = 100 EHT.IKđm—j77“ (5.69) —— Ni•1 n2 B”nj - s”n2 Xj£% = 100 Epj-j'.S]1- Điện kháng XK% KĐ phân đoạn go'p khó xác định giải tích theo u cẩu hạn chế dịng điện ngắn mạch Thường tính tốn, người ta lấy trị số nhỏ dòng điện định mức cho kháng điện IKđm Nếu việc hạn chế dòng ngắn mạch chưa đáp ứng yêu cấu, ta tăng dần điện kháng xK% để thỏa mãn yêu cấu cho hạn chế dòng điện ngắn mạch - Kiểm tra ổn định động KĐ theo điểu kiện dịng điện ngắn mạch lớn ixk qua kháng khơng vượt q dịng điện ổn định động định mức iđđm : 'đ.dm kck Với KĐ bê tơng có XK% > 3, bỏ qua điểu kiện - Kiểm tra ổn định nhiệt KĐ theo điểu kiện : Bn Với KĐ có I^dm 1000 A, không cần kiểm tra điều kiện này, với KĐ có dịng điện định mức lớn, khả ổn định nhiệt cao Enh.đm 35 Trong số trường hợp cấn kiểm tra kháng chọn vê tổn thất điện áp điện áp dư góp có động nối trực tiếp với KĐ Chẳng hạn : - Để đảm bảo độ lệch điện áp hộ tiêu thụ không vượt ± 5%, tổn thất điện áp kháng điện AUKmax không vượt trị số cho phép : ^EKmax AUCp AUCp = 1,5 -ỉ- 2% làm việc bình thường'; với : = 4- 4% làm việc cưỡng Tổn thất điện áp KĐ xác định theo biểu thức sau : • Đối với KĐ đơn : 1k Aưk% = xK% - sinợ? ; iKđm 250 • Đối với KĐ kép có dịng điện nhánh Ij, I2, chạy ngược chiều với co&pỊ, cosy>2 tương ứng với phụ tải nhánh : 11 h AUK % = XK% - sin^i k.xK% • r—- sin^>2 ; J'Kdm I2 J'Kdm , AUK % = XK% - siny>2 - k.xK% • fK(lm 11 J-Kdm sin/?! - Để phụ tải khác tiếp tục làm việc có ngắn mạch sau KĐ đó, điện áp dư góp cần lân trị số cho phép udcp : ud > udcp với udcp = (65 4- 70)% 251 ... Dưới vài số thống kê phát triển hệ thống điện lực Việt Nam (bảng 1. 1) Bứng 1. 1 Công Nỉm suất tống NMD (MW) Tổng sán luạng 10 0 18 0 4 51 1264 849 14 95 19 84 15 00 3870 19 94 4000 9590 19 97 4982 19 150 19 98... lượng điện nhiệt Hệ thống điện phần hệ thống lượng, bao gồm máy phát điện, thiết bị phân phối điện, lưới điện hộ tiêu thụ điện Lưới điện phần HTĐ, bao gồm trạm biến áp (TBA), đường dây tải điện. .. trữ cố, từ 1/ 1 đến 1/ 4 từ 1/ 10 đến 31/ 12 cần làm việc ba tổ máy ; từ 1/ 4 đến 1/ 6 từ 1/ 8 đến 1/ 10 cấn tổ máy làm việc; từ 1/ 6 đến 1/ 8 cấn tổ máy làm việc Đổ thị phụ tải năm biểu diễn biến thiên