Bài giảng hệ thống cung cấp điện chương 1 ts nguyễn đức tuyên

Chương 1: Khái niệm chung sản xuất phân phối điện Bộ môn hệ thống điện Đại học Bách Khoa Hà nội TS.Nguyễn Đức Tuyên tuyen.nguyenduc@hust.edu.vn Các chương môn học HTCCĐ  Chương 1: Khái niệm chung sản xuất phân phối điện  Chương 2: Phụ tải điện  Chương 3: Các sơ đồ cung cấp điện  Chương 4: Tính tốn kinh tế - kỹ thuật cung cấp điện  Chương 5: Tính tốn điện cung cấp điện  Chương 6: Tính tốn ngắn mạch cung cấp điện  Chương 7: Lựa chọn thiết bị điện cung cấp điện  Chương 8: Nâng cao chất lượng điện hệ thống cung cấp điện  Chương 9: Bảo vệ hệ thống cung cấp điện  Chương 10: Phân tích an tồn điện cung cấp điện  Chương 11: Chiếu sáng công nghiệp Sách tham khảo Sách tham khảo Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch (2006), Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp, đô thị nhà cao tầng, NXB KH&KT, Hà Nội 2006 Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, Thiết kế cấp điện, NXB KH&KT, Hà Nội Turan Gonen (1986), Electric Power Distribution System Engineering, Mc Graw-Hill A.S Pabla (1997), Electric Power Distribution, 4th Edition, Tata Mc GrawHill Ismail Kasikci (2004), Analysis and Design of Low-Voltage Power Systems, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA, Weinheim Schneider Electric (2016), The Electrical Installation Guide According to IEC international standards Chương 1: Khái niệm chung sản xuất phân phối điện §1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1.1 Sơ đồ tổng quát khái niệm chung 1.1.2 Công nghệ sản xuất điện nhà máy điện 1.1.2.1 Nhà máy nhiệt điện 1.1.2.2 Nhà máy thủy điện 1.1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT) 1.1.2.4 Một số loại nhà máy điện khác §1.2 KHÁI NIỆM VỀ CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.2.1 Hệ thống cung cấp điện lưới phân phối điện 1.2.2 Điện áp lưới điện 1.2.3 Phân loại lưới điện 1.2.4 Kết cấu lưới điện 1.2.5 Phân loại hệ thống cung cấp điện 1.2.6 Các ký hiệu thông dụng thiết kết hệ thống điện Sơ đồ tổng quát hệ thống điện  Sản xuất điện Nhiều công nghệ Tại nhà máy điện  Truyền tải, phân phối điện Hệ thống truyền tải điện Hệ thống phân phối điện  Tiêu thụ điện Nhiều hình thức tiêu thụ Quy mơ khác Thủy điện Nhiệt điện 15kV 10,5 kV 110kV 110kV TPP B TPP A TTT A 22kV TPP C 110kV TTT B TPP G TTT C TPP D TPP F   220kV 110kV TPP E 35kV ~ TPP H TTT: Trạm trung tâm TPP : Trạm phân phối ~ Tuabin khí Đường dây ngành điện 15kV Cơng tơ Đường dây khách hàng Sơ đồ tổng quát hệ thống điện Smart Grid Các khái niệm  Hệ thống điện Thiết bị điện (nhà máy, trạm biến áp, đường dây) Thiết bị khác (điều khiển, bảo vệ, đo lường) Làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải phân phối  Nguồn điện Biến đổi lượng sơ cấp (nhiệt, thủy, hạt nhân) thành điện  Lưới điện Tập hợp liên kết (trạm biến áp, trạm phân phối, đường dây) Nhiệm vụ: kết nối, truyền tải điện từ nguồn đến phụ tải  Phụ tải Tiêu thụ điện năng, biến điện thành dạng lượng khác Đặc điểm công nghệ hệ thống điện  Điện có ưu điểm Dễ chuyển thành lượng khác (nhiệt, cơ, hóa…) Dễ truyền tải, dễ phân phối  Điện khơng tích trữ Trừ dùng pin hay ắc qui phụ tải công suất nhỏ Mọi lúc phải đảm bảo cân điện phát - tiêu thụ  Điện tạo từ nguồn lượng khác Thủy năng, nhiệt từ việc đốt cháy nhiên liệu Quang năng, phong năng…  Sản xuất điện trình điện từ xảy nhanh Sóng điện từ truyền với tốc độ ánh sáng Quá trình lan truyền sóng sét, cố ngắn mạch 10 Đặc điểm công nghệ hệ thống điện Để đảm bảo q trình sản xuất, cung cấp điện an tồn: Sử dụng nhiều biện pháp đồng thiết bị tự động điều khiển, đo lường, vận hành bảo vệ hệ thống điện  Chế độ hệ thống điện trình động Liên tục thay đổi theo thời gian Các thông số vận hành Nhu cầu phụ tải  Quan hệ chặt chẽ với tất ngành kinh tế Chế độ, chất lượng độ tin cậy hệ thống điện ảnh hưởng trực tiếp đến tiêu kinh tế kỹ thuật ngành 11 Công nghệ sản xuất điện-Nhà máy điện nguyên tử  Nguyên lý trình sản xuất Lò NMNĐ lò phản ứng hạt nhân (khác than) Dùng đến vịng chu trình nhiệt để tránh nguy hiểm phóng xạ người thiết bị Lò phản ứng hạt nhân Bộ trao đổi nhiệt Bơm nước tuần hoàn Turbine Máy phát Bình ngưng Bơm nước cấp Nước vừa làm chất tải nhiệt, vừa làm chất làm chậm 20 Công nghệ sản xuất điện-Nhà máy điện nguyên tử 21 Phân loại nhà máy điện nguyên tử  Tùy theo cơng nghệ lị phản ứng có loại nhà máy NMĐNT dùng lị khí khí làm mơi chất tải nhiệt, chất làm chậm than chì NMĐNT dùng lị nước nặng khí làm mơi chất tải nhiệt chất làm chậm nước nặng (D2O) D: Đơ-tơ-ri: Đồng vị hydro NMĐNT dùng lò nước nhẹ khí làm mơi chất tải nhiệt chất làm chậm nước nhẹ (H2O) 22 Đặc điểm nhà máy điện nguyên tử  Khả làm việc độc lập Không phụ thuộc hồ chứa, than cấp, lượng nhiên liệu nhỏ  Vận hành linh hoạt: Khởi động nhanh, ĐTPT tự do, toàn điện sản xuất phát lên hệ thống điện  Hiệu suất cao NMNĐ  Không ô nhiễm môi trường khói thải Tuy nhiên, nguy hiểm cho người vận hành dân cư xung quanh khu vực nhà máy rị rỉ phóng xạ (Fukushima 3/2011)  Xử lý nhiên liệu sử dụng cần nhiều công nghệ hỗ trợ  Vốn đầu tư lớn Do yêu cầu công nghệ cao để đảm bảo an toàn Để tăng độ an tồn Tăng số chu trình trao đổi nhiệt Hiệu suất giảm + vốn đầu tư tăng 23 Một số nhà máy điện khác  Nhà máy điện tuabin khí  Nhà máy điện từ thủy động (Magnetohydrodynamic generator)  Nhà máy điện địa nhiệt  Nhà máy điện sử dụng lượng mặt trời  Nhà máy điện dùng sức gió  Nhà máy điện thủy triều 24 Hệ thống cung cấp điện lưới điện phân phối  HTCCĐ (tính thiết kế): HTĐ cung cấp điện cho phụ tải điện  Phụ tải (tính tương đối): động điện, thành phố  HTĐ: gồm nguồn điện lưới điện nối nguồn tới phụ tải  HTCCĐ: HTĐ lớn lưới điện định để cung cấp cho phụ tải định  Nguồn điện: Nhà máy điện HTCCĐ cấp cho phụ tải lớn miền Bắc Trạm khu vực 220/110kV cấp điện vài tỉnh Trạm trung gian 110/35kV cấp cho khu công nghiệp Tủ phân phối hạ áp cấp điện biệt thự nhỏ  HTCCĐ gắn với phụ tải nên thường dùng thuật ngữ HTCCĐ cho lưới phân phối điện phần lưới gắn với phụ tải 25 Điện áp định mức lưới điện  Điện áp định mức: Điện áp chuẩn mực để thiết kế lưới điện, chọn thiết bị phân phối điện thiết bị dùng điện Là thông số thiết kế, vừa dùng làm tên gọi lưới điện thiết bị điện  Các cấp điện áp định mức theo tiêu chuẩn IEC-38: Hạ áp: 380/220V Trung áp: 3, 6, 10, 15, 22, 33, 35 kV Cao áp: 66,110, 220 kV Siêu cao áp: 330, 400, 500, 750 kV  Có nhiều cấp điện áp? Ứng với công suất phụ tải độ dài truyền tảitối ưu kinh tế Điện áp cao giảm tổn thất phí vận hành cao Chọn điện áp tối ưu toán kinh tế kỹ thuật quan trọng 26 Chọn điện áp lưới điện  Tiện cho kỹ sư thiết kế, thường lập sẵn bảng tra, đường cong công thức kinh nghiệm Still (US) với đường dây L ≤ 250 km, công suất P ≤ 60MW 𝑈đ𝑚 = 4,34 𝐿 + 16 𝑃, kV ; L(km), P(kW) Zalesski (Liên Xô cũ) công suất khoảng cách lớn 𝑈đ𝑚 = 𝑃(100 + 15 𝐿), kV; L(km), P(kW) Tác giả….(Liên Xô cũ) 𝑈đ𝑚 = 1000 500 2500 + 𝑃 𝐿 , kV L: Chiều dài (km) P: Công suất hữu công truyền tải (MW) S: Công suất biểu kiến truyền tải (MVA) Vaykert (Đức) 𝑈đ𝑚 = 𝑆 + 0,5 𝐿 , kV ; L(km), S(MVA) 27 Điện áp vận hành lưới điện  Định nghĩa Điện áp thực tế: thời điểm, vị trí lưới điện  Đặc điểm Là thống số động, phụ thuộc vào nhiều yếu tố: dòng điện tải, khoảng cách truyền tải kết cấu lưới điện  Yêu cầu Giữ cho điện áp vận hành trung bình điện áp định mức Độ lệch điện áp lớn nằm giới hạn cho phép Đảm bảo vận hành ổn định an toàn cho thiết bị 28 Hệ thống có điện áp vận hành cao  Ưu điểm  Nhược điểm Điện áp rơi —Cùng lượng công Độ tin cậy — Lưới rộng hơn, tải suất truyền tải: điện áp cao  tổn nhiều lên  độ tin cậy thấp thất điện áp thấp Sự an tồn cho đội thi cơng vận Dung lượng—Cùng dịng điện cho hành—Khơng thích phải làm việc phép định mức: điện áp cao  với lưới điện áp cao công suất truyền tải nhiều Giá thiết bị điện — Các thiết bị điện Tổn thất —Cùng dịng cơng suất: (MBA, dây cáp, cách điện) vận hành điện áp cao  giảm tổn thất công điện áp cao giá thành cao suất đường dây Phạm vi—Do độ sụt áp nhỏ, dung lượng lớn, lưới điện áp cao  lưới trải rộng Ít trạm biến áp —Do phạm vi rộng, trạm biến áp giảm 29 Phân loại lưới điện Tiêu chí Theo dịng điện Theo điện áp Theo lãnh thổ Theo tính chất hộ tiêu thụ Các loại lưới điện Lưới điện xoay chiều Lưới điện chiều Lưới hạ áp Lưới trung áp Lưới cao áp Lưới siêu cao áp Lưới điện khu vực Lưới điện địa phương Lưới điện công nghiệp Lưới điện nông nghiệp Lưới điện đô thị Lưới hệ thống điện Theo chức Lưới truyền tải điện Lưới phân phối điện Đặc điểm 1893 Liên kết mạng điện lớn Uđm≤ 1kV 1kV < Uđm≤ 35kV 35kV < Uđm≤ 220kV 220kV < Uđm Cung cấp điện cho khu vực (miền) Cung cấp điện cho địa phương (tỉnh, thành) Cung cấp điện cho phụ tải công nghiệp Cung cấp điện cho phụ tải nông nghiệp Cung cấp điện cho phụ tải đô thị Liên kết hệ thống điện, nhà máy điện, truyền tải điện Điện áp thường lớn (ví dụ đường dây 500kV) Điện áp từ cấp 35kV đến 220 kV Điện áp từ cấp 35 kV trở xuống Lưới phân phối điện chia thành lưới trung áp (điện áp từ 1kV đến 35kV) lưới điện hạ áp (dưới kV) 30 Phân loại hệ thống cung cấp điện  Theo phân loại phụ tải HTCCĐ đô thị Phân bố Mật độ lớn (từ 5÷chục VA/m2) Khơng phẳng Sơ đồ lưới điện dạng “ô bàn cờ” Mạng cao áp dạng mạch vòng lớn Trung áp chạy dọc Lưới điện hạ áp bao quanh ô bàn cờ Nguồn điện Nguồn điện Lưới điện cao áp Trạm biến áp trung gian Lưới điện Trạm biến áp phân phối 31 Phân loại hệ thống cung cấp điện  Theo phân loại phụ tải 22kV TBATG 0,4kV TBAPP TPP TĐL HTCCĐ công nghiệp Phụ tải tập trung với mật độ cao, phụ tải động lực chiếm tỷ lệ lớn so với phụ tải chiếu sáng sinh hoạt Đồ thị phụ tải tương đối phẳng có dáng điệu thay đổi, phản ánh đặc điểm làm việc theo ca, công nghệ sử dụng điện Sơ đồ cung cấp điện có dạng hình tia, khoảng cách đường dây ngắn, trạm phân phối tập trung 32 Phân loại hệ thống cung cấp điện  Theo phân loại phụ tải HTCCĐ nông nghiệp Phản ánh đặc điểm tưới tiêu Phụ tải có vị trí phân tán, độ phụ tải thấp (dưới 1VA/m2) Đồ thị phụ tải thay đổi chênh lệch Sơ đồ cung cấp điện cho nông nghiệp có dạng hình tia, chiều dài đường dây lớn, trạm biến áp phân phối phân bố rải rác Từ hệ thống đến TBATG TBAPP P PTCN TBAPP PTĐT t 33 Một số ký hiệu thông dụng thiết kế HTCCĐ Thứ tự Tên phần tử sơ đồ Hệ thống điện Máy phát điện Trạm biến áp (TBA) Trạm phân phối, trạm đóng cắt (TPP) Máy biến áp (MBA) Máy cắt điện (MC) Máy biến điện áp (BU VT) Máy biến dòng điện (BI CT) Dao cách ly (DCL) 10 Cầu chì (CC) cầu chì tự rơi (CCTD) 11 Chống sét van (CSV) 12 Tụ bù công suất phản kháng 13 Áp tô mát 14 Thanh cái, cáp, nối đất 15 Khởi động từ, động cơ, bóng đèn Ký hiệu H H F Đ 34 ... CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1. 2 .1 Hệ thống cung cấp điện lưới phân phối điện 1. 2.2 Điện áp lưới điện 1. 2.3 Phân loại lưới điện 1. 2.4 Kết cấu lưới điện 1. 2.5 Phân loại hệ thống cung cấp điện 1. 2.6... Tính tốn điện cung cấp điện  Chương 6: Tính tốn ngắn mạch cung cấp điện  Chương 7: Lựa chọn thiết bị điện cung cấp điện  Chương 8: Nâng cao chất lượng điện hệ thống cung cấp điện  Chương 9:... niệm chung 1. 1.2 Công nghệ sản xuất điện nhà máy điện 1. 1.2 .1 Nhà máy nhiệt điện 1. 1.2.2 Nhà máy thủy điện 1. 1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT) 1. 1.2.4 Một số loại nhà máy điện khác ? ?1. 2 KHÁI