Bài giảng cung cấp điện phần 1 trường đại học thái bình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BIÊN SOẠN: TỔ BỘ MÔN ĐIỆN LƯU HÀNH NỘI BỘ, 2021 LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng “Cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước” cơng nghiệp điện lực giữ vai trò quan trọng Yêu cầu việc sử dụng điện thiết bị điện ngày cáng tăng Việc trang bị kiến thức hệ thống cung cấp điện nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt người, cung cấp điện cho thiết bị khu vực kinh tế, khu chế xuất, xí nghiệp cần thiết Bài giảng cung cấp điện cung cấp cho người học kiến thức công tác thiết kế vận hành hệ thống cung cấp điện Hệ thống cung cấp điện hệ thống gồm khâu sản xuất, truyền tải phân phối điện Trong giảng cung cấp điện này, trình bày hệ thống truyền tải phân phối điện cung cấp điện cho khu vực định từ hệ thống điện quốc gia sử dụng điện áp từ trung áp trở xuống Toàn giảng cung cấp điện gồm 10 chương: Chương 1: Khái quát hệ thống cung cấp điện; Chương 2: Tính tốn phụ tải điện; Chương 3: Sơ đồ điện; Chương 4: Trạm biến áp phân phối; Chương 5: Tính tốn tổn thất; Chương 6: Tính tốn ngắn mạch; Chương 7: Lựa chọn thiết bị cung cấp điện; Chương 8: Chất lượng điện năng; Chương 9: Chiếu sáng công nghiệp; Chương 10: Độ tin cậy cung cấp điện Trong phạm vi giảng này, với khả tài liệu thơng tin có hạn, thời gian biên soạn khơng nhiều nên khơng tránh khỏi thiếu sót, chân thành mong đồng nghiệp độc giả góp ý để chỉnh sửa Xin trân trọng cảm ơn! CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hệ thống lượng tập hợp nhà máy điện, lưới điện lưới nhiệt nối với nhau, có liên hệ mật thiết, liên tục trình sản xuất, biến đổi phân phối điện nhiệt Hệ thống điện hệ thống lượng khơng có lưới nhiệt Hay nói cách khác, hệ thống điện hệ thống bao gồm khâu sản xuất, truyền tải, phân phối cung cấp điện đến hộ tiêu thụ Chúng ta xét hệ thống điện tổng quát, hình vẽ  trạm tăng áp Nguồn điện đường dây trạm hạ áp Hệ thống truyền tải Phụ tải (hộ tiêu thụ) Hình 1.1: Hệ thống cung cấp điện (1) Nhà máy điện: Nhà máy điện biến đổi nguồn lượng sơ cấp ( nước, nhiệt, gió, … ) thành lượng điện để phát lên hệ thống điện Do điện áp phát máy phát nhà máy điện, thơng thường có giá trị thấp ( ví dụ 13.8 kV), khơng phù hợp cho việc truyền tải điện năng, nên phải sử dụng máy biến áp tăng áp để nâng điện áp lên giá trị điện áp truyền tải 110kV, 220kV (2) Hệ thống truyền tải: Là hệ thống bao gồm đường dây cao áp trạm trung gian, liên kết tất nguồn điện với Điện áp truyển tải có giá trị lớn, ví dụ Việt Nam 110, 220, 500kV, nhằm mục đích tăng khả truyển tải giảm tổn thất điện hệ thống Giữa hệ thống truyền tải phân phối liên kết với thông qua MBA giảm áp trạm trung gian (3) Hệ thống phân phối: hệ thống bao gồm các đường dây phân phối, có cấp điện áp 15, 22, 35kV; trạm biến áp phân phối có tỉ số biến áp tương ứng 15, 22, 35 / 0.4 kV( điện áp thứ cấp nhỏ 1000V); đường dây hạ áp có cấp điện áp 0.4 kV Hệ thống cung cấp điện, giới hạn giáo trình, bao gồm khâu cuối hệ thống điện, khâu phân phối cung cấp điện đến hộ tiêu thụ -1- 1.2 NGUỒN ĐIỆN Hiện có nhiều phương pháp biến đổi dạng lượng khác như: nhiệt năng, thủy năng, lượng hạt nhân…, thành điện Vì có nhiều kiểu nguồn phát điện khác nhau: nhà máy nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử, trạm điện gió, điện mặt trời, điện điêzel… nước ta nguồn điện sản xuất chủ yếu từ nhà máy nhiệt điện nhà máy thuỷ điện Tên nhà máy Tổng cơng suất phát tồn hệ thống điện Việt Nam Công suất lắp đặt nhà máy điện thuộc EVN Nhà máy thuỷ điện Hồ Bình Thác Bà Trị An Đa Nhim - Sông Pha Thác Mơ Vĩnh Sơn Ialy Sông Hinh Hàm Thuận - Đa Mi Thuỷ điện nhỏ Công suất đặt (MW) 11340 8822 4155 1920 120 420 167 150 66 720 70 476 46 Nhà máy nhiệt điện than Phả Lại Phả Lại ng Bí Ninh Bình 1245 440 600 105 100 Nhà máy nhiệt điện dầu (FO) Thủ Đức Cần Thơ 198 165 33 Tua bin khí (khí + dầu) Bà Rịa Phú Mỹ 2-1 Phú Mỹ Phú Mỹ Thủ Đức Cần Thơ Diezen 2939 389 732 1090 450 128 150 285 2518 Công suất lắp đặt IPP Bảng 1.1: Công suất thiết kế nhà máy điện tính tới 31/12/2005 Số liệu Tập đồn Điện lực Việt Nam – 2005 Phân loại nhà máy điện sử dụng Việt Nam, có loại nhà máy sau Thủy điện: Thủy điện cột nước thấp: Hịa Bình, Thác Bà, Trị An -2- Thuỷ điên cột nước cao: Thác Mơ, Ða Nhim, Vĩnh Sơn Nhiệt điện: Nhiệt điện than: lò phun than, tuabin cao áp Riêng nhà máy Ninh Bình tuabin trung áp Nhiệt điện dầu: cơng suất nhỏ, lị trung áp Tuabin khí: Các tổ máy chủ yếu từ hệ F5-F9 Nhà máy điện Phú Mỹ xây dựng có mức độ cơng nghệ cao giới 1.2.1 Nhà máy nhiệt điện (NĐ) Hình 1.2: Nhà máy điện Bà Rịa Ảnh tập đoàn Điện Lực Việt Nam Trong nhà máy nhiệt điện, động sơ cấp máy phát tuốc-bin hơi, máy nước động diezen Trong nhà máy lớn thường dùng tuốc-bin Hơi Nước Buồng đốt Tuốc Bin nhiên liệu đốt phát lượng điện Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện Nhiên liệu dùng cho lò thường than đá xấu, than bùn, dầu mazút khí đốt tự nhiên … Các lò dùng nhiên liệu than đá lị ghi -xích lị than phun Đầu tiên, than đưa vào hệ thống ghi xích qua phễu, lị có dàn ống chứa đầy nước lọc xử lý hóa học để ống khơng bị ăn mòn Nhờ nhiệt độ cao lò, nước giàn ống bốc bay lên bình chứa (balon ) Hơi bão hòa balon qua dàn ống nhiệt sấy khô thành nhiệt theo đường ống dẫn vào tuốc -bin Hơi nhiệt đập vào cánh tuốc -bin kéo rôto máy phát -3- điện quay Máy phát biến thành điện Sau qua tuốc -bin, nhiệt xuống bình ngưng dược làm lạnh ngưng tụ lại Sau đó, nhờ bơm đưa qua bể lắng lọc xử lý lại Qua bơm 2, nước đưa qua dàn ống sấy để gia nhiệt thành nước nóng đưa vào lị, hình thành chu trình khép kín Tóm lại: nhà máy nhiệt điện có gian chính:  Gian lò: biến đổi lượng chất đốt thành lượng nhiệt  Gian máy: biến đổi lượng nhiệt vào tuốc -bin thành truyền qua máy phát để biến thành điện Vì đưa vào tuốc-bin ngưng tụ bình ngưng nên gọi nhà máy điện kiểu ngưng Hiệu suất khoảng từ 30% đến 40% Nhà máy nhiệt điện có cơng suất lớn hiệu suất cao Hiện có tổ tuốc-bin máy phát cơng suất đến 600 000KW Ngồi cịn có nhà máy nhiệt điện, động sơ cấp máy nước, gọi nhà máy điện locơ gồm lị máy nước Nhiên liệu dùng than đá xấu, củi … hiệu suất khoảng 11% 22%,phạm vi truyền tải điện bán kính vài số Điện áp thường 220V/ 380V Nhà máy điện diezen có động sơ cấp động diezen Hiệu suất khoảng 38% thời gian khởi động nhanh Công suất từ vài trăm đến 1000KW Dùng chất đốt quý dầu hỏa, mazút … nên không sử dụng rộng rãi, chủ yếu dùng làm nguồn dự phòng Nhà máy nhiệt điện có đặc điểm sau: - Thường xây dựng gần nguồn nhiên liệu - Tính linh hoạt vận hành kém, khởi động tăng phụ tải chậm - Thường xảy cố - Điều chỉnh tự động hố khó thực - Hiệu suất khoảng từ 30% đến 40% - Khối lượng nhiên liệu tiêu thụ lớn, khói thải làm nhiễm mơi trường 1.2.2 Nhà Máy Thủy Điện (TĐ) Đây loại cơng trình thuỷ lợi nhằm sử dụng lượng nguồn nước làm quay trục tuốc bin để phát điện Như nhà máy thuỷ điện trình biến đổi lượng là: Thuỷ  Cơ  Điện Hồ chứa nước H Tuốc-bin Cơ khí Máy phát Điện Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý nhà máy thuỷ điện -4- Nguồn xoay chiều ba pha Công suất nhà máy thuỷ điện xác định công thức: P = 9,81..Q.H (MW) Trong Q: lưu lượng nước (m3/s) , H: độ cao cột nước (m) : hiệu suất tuốc bin Động sơ cấp tuốc-bin nước, nối dọc trục với máy phát Tuốc -bin nước loại động biến động Nhà máy thủy điện có hai loại lọai có đập ngăn nước loại dùng máng dẫn nước: Loại đập ngăn: thường xây dựng sơng có lưu lượng nước lớn độ dốc Đập xây chắn ngang sơng để tạo độ chênh lệch mực nước hai bên đập Gian máy trạm phân phối xây bên cạnh, đập Để bảo đảm nước dùng cho năm, bể chứa xây dựng lớn Ví dụ như: nhà máy thủy điện Sơng Đà, Trị An… Loại có máng dẫn: thường xây dựng sơng có lưu lượng nước độ dốc lớn Nước từ mực nước cao, qua máng dẫn làm quay tuốc -bin máy phát Người ta ngăn đập để dự trữ nước cho năm So với nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện rẻ từ (3  5) lần Thời gian khởi động nhanh (5  15) phút, việc điều chỉnh phụ tải điện nhanh chóng rộng Tuy nhiên vốn đầu tư lớn, thời gian xây dựng lâu Vì song song với việc xây dựng nhà máy thủy điện, ta phải xây dựng nhà máy nhiệt điện có cơng suất lớn nhằm thúc đẩy tốc độ điện khí hóa nước Nhà máy thủy điện có đặc điểm sau:  Phải có địa hình phù hợp lượng mưa dồi  Vốn đầu tư xây dựng lớn, thời gian xây dựng kéo dài  Vận hành linh hoạt: thời gian khởi động mang tải từ đến phút Trong nhiệt điện, để khởi động tổ máy phải   Ít xảy cố  Tự động hố dễ thực  Khơng cần tác nhân bảo quản nhiên liệu  Hiệu suất cao 85  90%  Giá thành điện thấp Nhà máy thủy điện Trị An (theo Tập Đồn Điện Lực Việt Nam) Cơng trình Thủy điện Trị An có ý nghĩa kinh tế tổng hợp với hai nhiệm vụ : -5- Hình 1.5: Toàn cảnh nhà máyThủy điện Trị An 1/ Sản xuất điện với sản lượng trung bình : 1,7 tỉ kWh/năm 2/ Phục vụ công tác thủy nông cho TP.Hồ Chí Minh tỉnh miền Đơng Nam : Duy trì lượng nước xả tối thiểu ( trung bình 200 m3/giây) phục vụ công tác đẩy mặn tưới tiêu mùa khô vùng hạ lưu   Cắt đỉnh lũ để đảm bảo an toàn cho hạ lưu mùa lũ Thông số kỹ thuật Mực nước dâng bình thường: 62m Mực nước gia cường: 63,9m Mực nước chết: 50m Lưu lượng xả tràn mực nước gia cường: 18.450,00m3/s Dung tích hồ chứa, km3 Tồn phần 2.765,00 Đập tràn nhìn từ phía thượng lưu Hữu ích 2.547,00 Diện tích mặt thống hồ chứa, km3 Ở độ cao mực nước dâng bình thường 323 Ở độ cao mực nước gia cường 350 Đập tràn nhìn từ phía hạ lưu Hình 1.6: Đập tràn nhà máy thủy điện Trị An Sơ đồ điện Đấu nối điện thực sơ đồ khối: Máy phát - Máy biến -6- Trạm phân phối trời 220kV bố trí bờ phải kênh dẫn ra, thực theo sơ đồ: hai làm việc vịng, có phát tuyến: tuyến Trị An - Hóc Mơn tuyến Trị An - Long Bình Hệ thống tự dùng nhà máy gồm biến kiểu TMH-4000/35-TI, công suất máy 4000kVA, điện áp 13,8/6,3 kV Từ KPY-6kV, trạm biến 6,3/0,4kV cấp nguồn cho phụ tải toàn nhà máy Hệ thống điện chiều 220 kV gồm trạm ắc quy, dung lượng trạm 630Ah, dùng cho mạch điều khiển, bảo vệ, tín hiệu ánh sáng cố Ngồi cịn có trạm phân phối trời 110kV liên kết với trạm 220kV qua máy biến áp tự ngẫu 63MVA - 220/110/6kV, cung cấp điện cho địa phương nối kết với Thuỷ điện Thác Mơ đường dây 110kV Trị An - Đồng Xồi Ngồi cịn đường dây 110kV Trị An - Định Qn Trị An - Tân Hồ Hình 1.7: Trạm phân phối trời 220kV Các thiết bị tự động đảm bảo khởi động tổ máy hoà điện vào lưới khoảng 40-60 giây Các tổ máy làm việc chế độ tự động điều chỉnh công suất hữu cơng vơ cơng Ngồi chế độ máy phát, Thuỷ điện Trị An thiết kế để chạy chế độ bù đồng Máy phát cung cấp dịng kích từ chỉnh lưu Thyristor, theo ngun lý tự kích song song Dịng kích từ định mức máy phát 1200 A 1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử (ĐNT) 14 11 10 12 13 Hình 1.8: Sơ đồ sản xuất điện nhà máy điện nguyên tử -7- Năng lượng nguyên tử sử dụng qua nhiệt ta thu phá vỡ liên kết hạt nhân nguyên tử số chất lò phản ứng hạt nhân Nhà máy điện nguyên tử biến nhiệt lò phản ứng hạt nhân thành điện Thực chất nhà máy điện nguyên tử nhà máy nhiệt điện, lò thay lò thay lò phản ứng hạt nhân Để tránh tác hại tia phóng xạ đến cơng nhân làm việc gian máy, nhà máy điện ngun tử có hai đường vịng khép kín: Đường vịng 1: gồm lị phản ứng hạt nhân ống dẫn đặt trao nhiệt Nhờ bơm nên có áp suất 100at tuần hồn chạy qua ống lị phản ứng đốt nóng đến 270 o C Bộ lọc dùng để lọc hạt rắn có nước trước vào lò Đường vòng 2: gồm trao nhiệt 4, tuốc-bin 8, bình ngưng Nước lạnh qua trao đổi nhiệt hấp thụ nhiệt biến thành có áp suất 12,5at; nhiệt độ 260o C Hơi nước làm quay tuốc-bin máy phát 14, sau ngưng đọng lại thành nước bình ngưng 9, bơm 11 đưa trở trao đổi nhiệt Hiệu suất nhà máy điện nguyên tử khoảng (20  30)%, công suất đạt đến 600 000KW Nhà máy điện nguyên tử có đặc điểm: - Khả làm việc độc lập - Khối lượng nhiên liệu nhỏ - Vận hành linh hoạt, sử dụng đồ thị phụ tải tự - Khơng thải khói ngồi khí - Vốn xây dựng lớn, hiệu suất cao nhà máy nhiệt điện 1.3 HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI Như trình bày phân trên, hệ thống truyền tải hệ thống gồm đường dây cao áp trạm trung gian có nhiệm vụ nhận lượng điện từ nhà máy điện truyền tải đến hệ thống phân phối Để tìm hiểu chi tiết hệ thống truyền tải, sinh viên tham khảo tài liệu hệ thống điện Ở đây, ta đề cập đến số khía cạnh sau Hình 1.9: Trạm 500kV Phú Lâm Nguồn: Tập đoàn Điện Lực Việt Nam -8- Khoảng cách trung bình D phụ thuộc cấp điện áp bảng 5.1: Uđm [kV] 0,38 6-10 20 35 110 220 500 D[mm] 500 1000-1500 2500 3500 5000 8000 14000 Bảng 5.1: Khoảng cách hình học số cấp điện áp Độ tự cảm tổng L hiệu tự cảm L’ hỗ cảm M: L = 0,46log(21/r) –0,15 – (0,46log(2L/D)-0,2) (5.11) = 0,46log(D/r) – 0,05 [mH/km] Ta thấy, tương tác tự cảm hỗ cảm mà độ tự cảm tổng L phụ thuộc vào khoảng cách trung bình dây dẫn D bán kính r Điện kháng x0 tính theo: x0 = 2fL = 2.3,14.50{0,46log(D/r) + 0,05} 10-3 = 0,144log (D/r) + 0,0157 [/km] (5.12) 5.1.2 Thông số máy biến áp Các máy biến áp thường sử dụng trạm biến áp Máy biến áp có loại: máy biến áp pha hai cuộn dây, ba cuộn dây máy biến áp tự ngẫu Đôi mạng điện cịn có máy biến áp điều chỉnh phụ máy biến áp 1:1 Máy biến áp phần tử trung gian lưới điện áp khác nhau, thơng số chúng tính quy đổi phía nào, yêu cầu tính tốn địi hỏi Muốn tính thơng số máy biến áp phía cần sử dụng Uđm pha lưới điện để tính tốn, công thức dẫn dùng kí hiệu Uđm áp dụng cụ thể thay giá trị điện áp định mức phía cần tính Trong phạm vi mơn học đề cập đến máy biến áp pha hai cuộn dây Ngồi cơng suất định mức Sđm điện áp định mức cuộn dây U1đm U2đm, nhà chế tạo cịn cho tham số sau: Tổn thất cơng suất tác dụng không tải P0, tổn thất công suất tác dụng ngắn mạch PN, dịng điện khơng tải phần trăm so với dòng điện định mức i0%, điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức UN% RBA GBA JxBA BBA Hình 5.6: Sơ đồ thay máy biến áp hai cuộn dây Máy biến áp thay sơ đồ hình T với tham số RBA, XBA, GBA, BBA.Trong lưới điện trung hạ thế, tương tự dây dẫn, ta bỏ qua thành phần GBA BBA, sơ đồ thay MBA giống dây dẫn - 71- RBA jXBA Hình 5.7: Máy biến áp sơ đồ thay a Điện trở máy biến áp RBA Tổn thất công suất tác dụng cuộn dây MBA xác định từ thí nghiệm ngắn mạch PN = 3I1đm2 RBA (5.13) Từ đó, có: RBA  Pn 3I12dm (5.14) Trong RBA tổng điện trở tác dụng cuộn dây sơ cấp cuộn thứ cấp quy đổi phía sơ cấp máy biến áp (RBA=r1+r2’) Cũng sử dụng cơng thức khác để tính RBA sau: Công suất định mức máy biến áp: Sđm = UđmIđm (5.15) Do đó: Iđm = S ñm 3U ñm (5.16) Sau thay (5.16) vào (5.15) tìm được: PN U đm 103 [] RBA = S ñm (5.17) ý đơn vị thứ nguyên công thức 5.17 b Điện kháng máy biến áp XBA Điện kháng máy biến áp XBA tổng điện kháng bên sơ cấp bên thứ cấp quy đổi phía điện áp cao (XBA = x1 + x2’) Theo thí nghiệm ngắn mạch, ta có: Z BA  Un Un  I n I1dm - 72- (5.18) Từ đó, xác định XBA 2 X BA  Z BA  RBA (5.19) 5.2 TÍNH TỔN THẤT TRÊN ĐƯỜNG DÂY 5.2.1 Tính tổn thất điện áp Xét mơ hình đường dây cấp điện cho phụ tải Hình 5.8: Sơ đồ tính tổn thất điện áp Công suất phụ tải ký hiệu lần lược P2, Q2 S2, đầu nguồn P1, Q1 S1, U điện áp định mức đường dây (luôn hiểu điện áp dây) Chúng ta cần lưu ý biểu thức tính tốn đại lượng mối quan hệ chúng sau: P2  U I cos  Q2  3U I sin  S  P2  jQ2 (5.20) P1  3U I cos 1 Q1  3U I sin 1 S1  P1  jQ1 S  P2  Q2 Một cách gần đúng, giả thiết đường dây đồng nhất: 1 = 2 =  Từ cơng thức tính được: I cos   I sin   P2 3U Q2 3U   P1 3U Q1 (5.21) 3U Thay (5.21) vào (5.20) ta được: U  U  PR  QX 3 10 [ kV ] U (5.22) PX  QR 3 10 kV  U Trong hai công thức P[kW], Q[kVAr], U[kV] R, X[] - 73- (5.23) Thành phần U1 sử dụng độ sụp áp thành phần có ý nghĩa thực tiễn, cịn thành phần U1 thể thành phần ảo tổn thất điện áp Vì vậy, từ sau giáo trình để đơn giản cách hành văn thống lấy độ lớn tổn thất điện áp hay độ sụt áp U=U1 Mặt khác giá trị tổn thất điện áp thay đổi liên tục theo phụ tải cuối đường dây nên thực tiễn hay dùng tổn thất phần trăm so với điện áp định mức đường dây sau: U %  U PR  QX 100  % m 10U đm (5.24) 5.2.2 Tổn thất cơng suất đường dây Nguyên nhân tổn thất công suất tổng trở đường dây Tổn thất công suất đường dây gồm tổn thất công suất tác dụng P tổn thất công suất phản Q, xác định đơn giản sau (tính pha): P = 3I2R Q = 3I2X (5.25) Nếu thay I theo cơng suất theo (5.39) ta có: P  P2  Q2 S2 3 R 10  R.10 3 [kW ] 2 U U Q  P2  Q2 S2 3 X 10  X 10 3 [kVAr ] U2 U2 (5.26) Lưu ý: công thức trên, P[kW], Q[kVAr], U[kV]; P, Q công suất thực truyền qua đường dây (công suất cuối đường dây) Trong tính tốn gần lấy U=Uđm mạng 5.2.3 Tổn thất điện đường dây Nguyên nhân tổn thất điện tổn thất công suất tác dụng thành phần điện trở gây Chúng ta biết công suất tiêu thụ phụ tải thay đổi liên tục theo thời gian, nên dẫn đến tổn thất công suất đại lượng ln thay đổi Vì vậy, tổn thất điện phải hàm tích phân tổn thất công suất tác dụng T T T S t2 dt U t A   P(t ) dt  3R  I t2 dt  R  0 (5.27) Tích phân phương trình (5.27) khó tính tốn theo phụ tải thực tế (thay đổi phi tuyến phức tạp) Do đó, tốn dùng phụ tải tuyến tính hóa (cho dạng đồ thị phụ tải hình bậc thang) Và đồ thị phụ tải có có hình bậc thang với n bậc, bậc ứng với khoảng thời gian ti, có cơng suất đổi thì: n  n Pi  S i2 Qi2 A  R  ti  R  t i   t i  i l U i i l U i  i l U i  n (5.28) Với giả thiết mục ta xem Ui khơng đổi tính gần Uđm - 74- A  R  n n 2   Pi   Qi t i U dm i l  i l  (5.29) Nếu đồ thị phụ tải năm (T=8760h) khoảng chia ti =1h tổn thất điện năm sau: A  R  8760 8760  R 2  p  Qmax q   Pi   Qi   Pmax U dm  i l U i l  dm   (5.30) Trong đó: p thời gian chịu tổn thất công suất lớn công suất tác dụng gây ra, q thời gian tổn thất công suất lớn công suất phản kháng gây ra, chúng phụ thuộc vào vào đồ thị phụ tải, công suất tác dụng công suất phản kháng phụ tải 8760 7860 P p  t i 0 P dt  max Pmax 8760 7860 t i Q Q q  P i i  Qmax dt (5.31) Qmax Khi tính tốn thực tế, thường giả thiết dạng đồ thị công suất phản kháng cơng suất tác dụng gần giống nhau, có nghĩa cos phụ tải không đổi năm Với giả thiết p=q=, cơng thức (5.30) viết: A  S max R R 2 ( P  Q )    Pmax max max 2 U dm U max (5.32) với:  8760 8760 8760  S i2 t i  Pi t i I i o i o S max  Pmax  t dt I max (5.33) Ta thấy ý nghĩa  rõ ràng, dịng điện lưới It khơng đổi Imax thời gian  (giờ) gây tổn thất tổn thất điện dòng điện thực tế gây năm Trong cung cấp điện xét đường dây cấp điện cho phụ tải nên đồ thị phụ tải đường dây trùng với đồ thị phụ tải phụ tải, mà  đánh giá thống kê hàm số thời gian sử dụng công suất lớn Tmax phụ tải  tính tốn thống kê theo Tmax đồ thị phụ tải cho dạng bảng, đường cong theo công thức kinh nghiệm Có thể xác định  theo cơng thức kinh nghiệm sau:  = (0.124 + Tmax.10 -4)2.8760 [giờ] Hoặc:   0,3Tmax  0,7Tmax 8760 - 75- (5.34) (5.35) Trong Tmax thời gian sử dụng cơng suất lớn  tra bảng 5.2: [h] Tmax[h] Hệ số cơng suất trung bình tải costb 0,6 0,8 2000 - - 800 2500 - - 1000 3000 2700 2000 1300 3500 3000 2150 1600 4000 3400 2750 2000 4500 3750 3300 2500 5000 4150 3650 2900 5500 4600 4150 3500 6000 5000 4600 4200 6500 5500 5300 5000 7000 6100 5900 5700 7500 6700 6050 6600 8000 7400 7400 7900 8760 8760 8760 8760 Bảng 5.2: Mối quan hệ  theo Tmax hệ số công suất Một điều cần lưu ý công thức sử dụng tốt q trình quy hoạch, Tmax chọn theo loại phụ tải Trong vận hành phải xác định xác đồ thị phụ tải lưới điện vận hành, vận hành dùng Tmax sai số lớn Tmax biến thiên miền rộng, tiến hành đo lưới khó khăn tốn đo đạt tất đoạn đường dây suốt năm Vì vậy, vận hành, để đánh giá tổn thất điện người ta làm theo cách sau: Đo đạc số trục lộ đặc trưng khoảng thời gian định, phân tích A nhân rộng cho trục lộ loại Lập công thức kinh nghiệm thể phụ thuộc P A vào điện áp thông số cấu trúc khác, đo điện áp để đánh giá tổn thất Lập bảng quan hệ  = f(Tmax, cos) cho miền cụ thể mạng điện để tính tốn Tuy nhiên công việc vận hành thường áp dụng lưới điện công suất lớn điện áp cao, lưới phân phối Việt Nam việc vận hành đơn giản Ngồi ra, tính tổn thất điện thông qua tổn thất công suất trung bình Ptb sau: - 76- =T.Ptb (5.36) Với: Ptb   Pi ti T (5.37) Hình 5.9: Tính tổn thất điện theo đồ thị 5.2.4 Tính tổn thất đường dây có phụ tải phân bố Tất cơng thức vừa trình bày mục sử dụng trường hợp phụ tải tập trung Khi xét chiều dài đường dây đủ lớn xem phụ tải phân bố toàn chiều dài đường dây Xét đường dây chiều dài l có phụ tải phân bố hình 5.10 Gọi p o[kW/km], qo[kVAr/km], s0 = p0 + jq0 [kVA/km] mật độ phụ tải, điện trở đơn vị r0 [/km], điện kháng đơn vị xo[/km] l, ro, xo dx x Hình 5.10: Mơ hình đường dây có tải phân bố 5.2.5 Tổn thất điện áp Trên chiều dài đường dây lấy phần tử dx bé nằm cách đầu cuối đường dây đoạn x có tổn thất điện áp dU sau: dU  ( p x.r0  q o x.x o )dx U đm (5.38) Trong p0x, qox công suất yêu cầu đoạn x, công suất qua đoạn dx gây tổn thất điện áp dU, r0dx, xodx điện trở điện kháng đoạn dx Tổn thất điện áp toàn đường dây là: - 77- l ( p x.r0  q o x.xo ) p ro l qo xo l P.R  Q X U   dx    (5.39) U ñm 2U ñm 2U dm 2U đm P = p0.l, Q=qo.l công suất yêu cầu, R = r0 l, X=xo.l điện trở điện kháng đường dây Hình 5.11: Mơ hình thay đường dây có phụ tải phân bố thành phân bố tập trung Nhận thấy rằng, tổn thất điện áp đường dây có tải phân bố 1/2 trường hợp tất công suất yêu cầu đặt cuối đường dây Điều cho phép thay đường dây có phụ tải phân bố đường dây có phụ tải tập trung điểm công suất đặt đường dây 5.2.6 Tổn thất công suất Bây xét tổn thất công suất đường dây có tải phân bố Phân tích tương tự ta có: tổn thất cơng suất tác dụng đoạn dx là: dP  (( p0 x)  (qo x) ).r0 dx U đm (5.40) Tổn thất cơng suất tác dụng toàn đường dây là: l (( p0 x)  (qo x) r0 (( p0 l )  (qo l ) ).l.r0 ( P  Q ).R P   dx   2 U dm 3U ñm 3U đm (5.41) Tính tương tự cho tổn thất cơng suất phản kháng ta có: (P2  Q ) Q  X 3U dm - 78- (5.42) Hình 5.12: Mơ hình thay đường dây có phụ tải phân bố thành phân bố tập trung Như vậy, trường hợp phụ tải phân bố đường dây, tổn thất công suất 1/3 tổn thất phụ tải tập trung cuối đường dây Nói cách khác, tổn thất công suất trường hợp phụ tải phân bố đường 1/3 trường hợp đường dây phụ tải tập trung cuối đường dây tổng công suất phụ tải phân bố công suất phụ tải tập trung Trong trường hợp vừa có phụ tải phân bố phụ tải tập trung cuối đường dây xác định theo nguyên lý xếp chồng 5.3 TÍNH TỔN THẤT MÁY BIẾN ÁP 5.3.1 Tổn thất công suất Thành phần khơng phụ thuộc vào phụ tải tổn thất lỏi thép máy biến áp hay cịn gọi tổn thất khơng tải ( ∆SFE hay ∆S0) Tổn thất không tải không phụ thuộc vào công suất tải truyền qua máy biến áp, phụ thuộc vào cấu tạo máy biến áp Tổn thất không tải xác định theo số liệu kỹ thuật biến áp S0 = P0 + jQ0 (5.43) với:  Q0  I S dm 100 (5.44) Trong I0 dịng điện khơng tải tính theo phần trăm P0 tổn thất công suất tác dụng không tải (cho bảng lý lịch máy biến áp) - 79- Hình 5.13: Tổn hao cơng suất MBA Thành phần tổn thất thứ hai phụ thuộc vào công suất truyền qua máy biến áp, gọi tổn hao đồng ∆SCu xác định sau: Pcu  3I R BA  S P2  Q2  R BA  PN  t U  S dm    2 Qcu  3I X BA  U S P2  Q2 X BA  N t U 100 S dm (5.45) St tổng cơng suất tải máy biến áp, Sdm công suất định mức máy biến áp, PN tổn thất ngắn mạch Trong công thức (5.45) RBA XBA phải tương thích với U; nghĩa tính RBA XBA theo điện áp phải sử dụng điện áp Trong giáo trình thống tính theo điện áp qui phía cao áp Như vậy, tổng tổn thất công suất máy biến áp cho bởi: PBA  S  P0  Pcu  P0  PN  t  S dm    2 QBA  Q0  Qcu  Q0  U N St 100S dm (5.46) Trong trường hợp có n biến áp giống làm việc song song, tổn thất công suất n máy bằng:  S  PBA  n.Po  PN  t  n  S dm  QBA  U N S 2t  n.Qo   n  100S dm 5.3.2 Tổn thất điện máy biến áp - 80-    (5.47) Tổn thất điện máy biến áp bao gồm hai phần: Phần thứ không phụ thuộc vào phụ tải qua máy biến áp xác định theo thời gian làm việc máy biến áp (kể làm việc không tải) Phần thứ hai phụ thuộc vào công suất tải qua máy biến áp xác định theo đồ thị phụ tải Trong cung cấp điện xem đồ thị phụ tải máy biến áp đồ thị phụ tải tải lúc dùng Tmax để tính  Tổn thất điện máy biến áp năm xác định sau: S max ABA = P0.Tvh + Pmax  = P0.Tvh + PN  S dm (5.48) Trong đó: Tvh thời gian vận hành năm máy biến áp, thực tế nằm khoảng 8500-8760 h Smax công suất phụ tải cực đại năm máy biến áp  thời gian chịu tổn thất cơng suất lớn Được tính theo công thức kinh   0,124  Tmax x 10   8760 nghiệm: Trong trường hợp có n máy biến áp làm việc song song tổn thất điện n máy: ABA S max = n P0.Tvh +PN n S dm (5.49) Muốn tính tổn thất điện cho khoảng thời gian T giá trị biểu thức (5.48) (5.49) phải tính theo khoảng thời gian này, dùng công thức cho năm để tính Nếu biết đồ thị phụ tải cụ thể phải tính theo đồ thị phụ tải đường dây Một số ví dụ Ví dụ 5.1: Đường dây khơng điện áp 15kV, dài km, dây dẫn AC-70 (tra bảng có ro=0,46[/km], xo=0,34[/km]), cung cấp điện cho phụ tải công suất ( 500 + j400) kVA đặt cuối với Tmax = 3000 h a) Xác định tổn thất điện áp đường dây? b) Tìm tổng thất công suất tác dụng, phản kháng tổn thất công suất tồn phần đường dây? c) Tìm tổn thất điện đường dây năm? Giải Ta có: R =r0.l =0,46.5 = 2,3 X = x0.l =0,34.5 =1,7 - 81- a) Tổn thất điện áp đường dây: U  P.R  Q X 500.2,3  400.1,7   120V  0,12kV U ñm 15 b) Tổn thất công suất tác dụng: P  P2  Q2 500  400 R  2,3.10 3  5,02kW U đm 15 Tổn thất cơng suất phản kháng : Q  P2  Q2 500  400 X  1,7.10 3  3,69kVAr 2 U đm 15 Tổn thất cơng suất tồn phần :   S =P + jQ = 5,02+j3,69 (kVA) c) Tổn thất điện năm: Dùng công thức thực nghiệm ta có:   0,124  Tmax x 10   8760  = (0,124 +3000.10-4)8760 =1574 (h) Suy ra: A1 năm = P. =5,02.1574=7901,5kWh Ví dụ 5.2: Một máy biến áp pha hai cuộn dây có Sđm = 10MVA, Uđm = 110/15kV, UN = 10,5%, PN = 60kW, P0 = 14kW, I0 = 0,9% Cung cấp cho phụ tải có cơng suất MVA, hệ số cos = 0,8; Tmax = 5000 h a) Xác định tổn thất công suất máy biến áp? b) Tìm tổn thất điện máy biến áp năm (8760h)? Giải: a) Tổn thất công suất máy biến áp: Tổn thất công suất tác dụng máy biến áp: PBA = P0  PN St 82  14  60  52, 4kW S dm 10 Tổn thất công suất phản kháng máy biến áp: 2 QBA = I S dm  U N S t  0,9.10000  10,5.8000  762kVAr 100 100.S dm 100 100.10000 b) Tổn thất điện trạm năm: Thời gian tổn thất cực đại:  = (0,124 + Tmax.10 -4)2 x 8760 = (0.124 + 5000.10-4)2 x 8760 = 3410 h Như vậy, tổn thất điện máy biến áp: S t2 8000 3410  301324kWh ABA = P0 Tvh  PN   14.8760  60 S dm 100002 - 82- Ví dụ 5.3: Cho đường dây pha hai dây có phụ tải phân bố hình 5.10: Mật độ phụ tải đường dây Io=1600A/km, giả thiết phụ tải đường dây có hệ số cơng suất bỏ qua cảm kháng đường dây l=0,25km ro=0,2/km A B Hình 5.10: Đường dây pha có phụ tải phân bố a) Xác định độ sụt áp đường dây Tìm điện áp đầu đường dây để điện áp cuối đường dây 220(V)? b) Xác định tổn thất cơng suất tác dụng tồn đường dây? c) Tìm điện áp đầu đường dây để điện áp đường dây UG 220(V)? Giải: a) Với giả thiết tốn cơng thức (5.49) viết lại: U=PR/(2U) = I R với: I = Io.l = 1600.0,25 = 400(A); R = ro.l = 0,2.0,25.2 = 0,1() (vì có hai dây) Thay vào ta có: UAB = 20(V) Từ suy ra: UA = UB + UAB = 240(V) b) Ta có: P = I R Thay số vào ta được: P = (4002.0,1)/3 = 5,333(kW) c) Trong trường hợp sử dụng nguyên lý xếp chồng sau: Gọi U1, U2 độ sụt áp từ đầu đến đường dây thành phần phụ tải phân bố phụ tải tập trung (tương đương cho phụ tải phân bố nửa đường dây lại) đặt đường dây Khi đó: U1 = 1 ( R).( I) (vì đường dây) 2 2 U2 = ( R).( I) Thay số vào ta được: U1 = 5(V), U2 =10(V) Từ ta có: UA = UG + U1 + U2 = 220 + + 10 = 235(V) - 83- CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Câu 1: Trình bày sơ đồ thay đường dây máy biến áp? Câu 2: Tính tổn thất đường dây? Câu 3: Tính tổn thất máy biến áp? Bài tập 1: Đường dây không điện áp 22kV, dài km, dây dẫn có ro=0,40[/km], xo=0,36[/km], cung cấp điện cho phụ tải công suất 2MW, hệ số công suất tải 0,8 đặt cuối đường dây với Tmax = 5000(h) a) Người ta phải trì, điện áp đầu đường dây để điện áp cuối đường dây 22kV? b) Tính % sụt áp điểm cuối đường dây điện áp đầu đường dây 22kV? c) Tìm tổng thất cơng suất tác dụng, phản kháng tổn thất cơng suất tồn phần đường dây? d) Tìm tổn thất điện đường dây năm? Bài tập 2: Một máy biến áp pha hai cuộn dây có Sđm = 5MVA, Uđm = 110/15kV, UN = 9,5%, PN = 80kW, P0 = 24kW, I0 = 1% Cung cấp cho phụ tải có cơng suất MVA, hệ số cos = 0,75, Tmax = 6000 h a) Xác định tổn thất cơng suất máy biến áp? b) Tìm tổn thất điện máy biến áp năm (8760h)? Bài tập 3: Cho đường dây ba pha có phụ tải phân bố hình vẽ 5.11 Mật độ phụ tải đường dây po = 1(kW/m), qo = 0,2(kVAr/m) Chiều dài đường dây l = 10km, điện trở điện kháng km đường dây ro=0,46(/km), xo=0,42(/km) Điện áp định mức đường dây 15kV A B Hình 5.11: Đường dây pha có phụ tải phân bố a) Tìm độ sụt áp toàn đường dây ? b) Khi điện áp đầu đường dây 15kV, xác định điện áp đường dây? c) Tìm tổn thất cơng suất tác dụng phản kháng toàn đường dây? Bài tập 4: Cho hệ thống cung cấp điện hình vẽ 5.12: Hai máy biến áp làm việc song song máy có Sđm = 6MVA, Uđm=110/15(kV), tổn thất sắt PFe=60kW, tổn thất ngắn mạch PN=100kW, UN%=10%, Io%=0,8% A B l=4km ro=0,42/km xo=0,36/km 4MVA cos=0,75 Tmax=5000h l=3km ro=0,46/km xo=0,4/km 3MVA cos=0,8 Tmax=3000h C 2MW cos=0,85 Tmax=3500h Hình 5.12: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện cho tập - 84- a) Xác định phần trăm sụt áp điểm B, C điện áp A điện áp định mức phía thứ cấp máy biến áp? b) Tìm tổn thất cơng suất tác dụng, phản kháng toàn phần toàn đường dây máy biến áp Phần trăm tổn thất công suất tác dụng? c) Tính tổn thất điện năm toàn hệ thống? - 85-