Bài giảng Lưới điện

1 Tổng quan về hệ thống điện1 Tổng quan về dãy công nghệ từ sản xuất đến các hộ tiêu thụ điện Trang 3 …NMĐ→TBA tăng áp→Lưới Truyền tải→TBA khu vực→Lưới cao thế220,500 kV 110,220 kV→TBA

LƯỚI ĐIỆN Giảng viên: PGS-TS Phạm Văn Hòa ĐT 0916563848, mail: phamvanhoa@tlu.edu.vn Chg 1: Những vấn đề chung lưới điện HTĐ (3,5 tiết) Chg 2: Tính tốn CĐXL lưới cao áp (12 tiết) Chg 3: Chất lượng điện (4,5 tiết) Chg 4: Tính tốn CĐXL HTĐ phức tạp (12 tiết) Chg 5: Đường dây siêu cao áp (11 tiết) Kiểm tra kỳ: lần ( 2x1= tiết) TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Nguyễn Văn Đạm “Mạng lưới điện”, NXB KH&KT-Hà Nội 2004 [2] Phân tích chế độ xác lập HTĐ , Phạm Văn Hòa (NX Bách khoa HN-2011) Chương 1: Những vấn đề chung lưới điện &HTĐ 1 Tổng quan hệ thống điện 1) Tổng quan dãy công nghệ từ sản xuất đến hộ tiêu thụ điện HTĐ bao gồm NMĐ, lưới điện hộ tiêu thụ điện, liên kết với thành hệ thống để thực trình sản xuất, truyền tải, phân phối tiêu thụ điện ~ Nguồn điệnnhà máy điện TBA tăng áp NMĐ ~ ~ Lưới hệ thống:220500 kV TBA trung gian khu vực:giảm áp Lưới cao :110-220 kV Lưới phân phối trung áp:6-35 kV Hộ tiêu thụ điện lớn: xí nghiệp,doanh nghiệp,siêu thị TBA trung gian địa phương: giảm áp giảm áp TBA phụ tải :giảm áp(trạm phân phối)ĐD Lưới phân phối hạ áp:380/220V ĐD ~ Nguồn điện phân tán Htiêu thụ điện nhỏ: nhà ở, cửa hiệu, trường học NMĐ→TBA tăng áp→Lưới Truyền tải→TBA khu vực→Lưới cao (220,500 kV) (110,220 kV) →TBA địa phương→Lưới trung áp→TBA phụ tải→Lưới HA→Lưới điệnnội thất (35,22, 10 kV) (0,4 kV) ( SX,Truyền tải, Phân phối,Cung cấp Tiêu thụ điện) 2) Chức đặc điểm sơ đồ điện loại lưới điện a)Lưới truyền tải (220, 500 kV) - Tải lượng công suất lớn: từ vài trăm đến hàng nghìn MW, đưa điện từ NMĐ đến TBA khu vực - ĐZ dài, 250 km thành đz siêu cao áp (DSCA), tạo thành lưới bao phủ toàn quốc vươn tới láng giềng; đz không b)Lưới cao (110, 220 kV) - Lưới hình thành miền (Bắc, Trung, Nam), tải công suất tới hàng trăm MW với độ dài tới 200 km, đưa điện từ TBA khu vực đến trạm địa phương; - Thường có cấu trúc lưới mạch vòng, sau tia đạt hết lãnh thổ miền c)Lưới trung áp (10, 22, 35 kV) - Tải điện đến vài chục MW từ trạm địa phương đến trạm hạ áp phụ tải đến thiết bị dùng điện trung áp; - Lưới thường có cấu trúc mạch hở hình tia hay hình thành xuất tuyến trung áp ; đz không /cáp ngầm … d)Lưới phân phối hạ áp 380/220 V: - Lưới pha, bốn dây (a,b,c,0) hay pha (dây pha, 0); đz không/ cáp ngầm - Lưới tải công suất tới 1000 kVA, đưa điện từ trạm phụ tải đến hộ tiêu thụ - Lưới thường có cấu trúc mạch hở hình tia hay hình thành xuất tuyến hạ áp - Nội nhà hình thành lưới điện nội thất (trong ông ghen/ngầm tường) 1.2 Cấu trúc đường dây điện không 1)Dây dẫn AC: A- nhơm bên ngồi , tải dịng, C – thép bên ngoà i, chịu lực căng 2) Cột điện:  Vật liệu: gỗ, bê tông cốt thép, thép,  Phân loại theo chức năng: + Cột néo: vị trí cố định (buộc chặt) dây vào cách điện + Cột néo góc: vị trí cố định dây đường dây đổi hướng (góc lớn 20o ) + Cột đỡ (cột trung gian): cột liên tiếp hai cột néo, dây gá vào cách điện (không buộc chặt) Khoảng cách hai cột néo gọi khoảng néo + Cột đỡ góc: dùng đường dây đổi hướng góc từ 10o – 20o , treo thêm tạ cân để chuỗi sứ không lệch + Cột cuối: đầu cuối đường dây + Cột vượt: dùng đường dây qua chướng ngại cao rộng Cột vượt cột néo hay cột đỡ + Cột đảo pha (chuyển vị dây pha), cột rẽ (nối nhánh rẽ), cột đặc biệt ( đặt dao cách ly, tụ bù, ) Bố trí dây cột (Đ : đơn, K : kép) Đ1 Đ6 Đ2 Đ4 Đ3 Đ5 Đ7 K1 Đ8 Đ9 … Đ10 K2 K3 K5 K6 K4 K7 K8 … Cột bê tông cốt thép … cột thép Cột đỡ mạch Cột đỡ mạch 110kV 110kV Cột đỡ 500kV Cột néo góc 110kV Cột néo góc 500kV Cột đỡ 220kV 3) Sứ cách điện: cách điện dây điện – cột điện (xà) … … 4)Thiết bị chống sét: Thu sét từ đường dây truyền vào trạm 5) Thiết bị chống rung (Tạ chống rung) Mắc đầu đoạn dây, chống cộng hưởng dao động riêng đường dây tần số công nghiệp 6) Các thiết bị phụ trợ khác … 2.1.Khái niệm chung CĐXL&Sơ đồ thay 1) Khái qt chung CĐXL - Có hai mảng thơng số:Thông số lưới thông số chế độ Thông số lưới thông số đường dây, MBA; Thông số chế độ: điện áp nút, tổn thất điện áp; dịng điện/cơng suất nhánh, tổn thất cơng suất tổn thất điện - Bài tốn tính tốn CĐXL: Với thông số lưới xác định, biết số thông số chế độ, cần xác định thông số chế độ cịn lại, từ khẳng định chúng có nằm phạm vi cho phép hay không, đưa pháp nâng cao chất lượng điện 2) Sơ đồ thay đường dây tính tốn CĐXL a)Tổng quát chung - Nhánh :thay sơ đồ sợi, đặc trưng cho pha (vì pha đối xứng) - Nút: * Có nút cân cơng suất, cho điện áp U * Các nút thường, cho công suất P,Q : (nguồn: +, tải: -) - Quy định: CS pha; R,X,G,B dòng pha; Điện áp điện ap dây ( U  U d  3U pha ), Áp dụng công thức mạch pha đối xứng Lưu ý sử dụng đơn vị Giải BT31) a)Tính A,B,C,D cho ½ đường dây   X B0  1,10763.103 rad / km; Z S X0  261,00673[] B0  R  0,0277   Z S  Z S 1  j   261,00673.1  j   (261,00673  j12,50413) 2X0  2.0,2891    R 0,0277     j    j  1,10763.103  j1,10763.103  (0,05306  j1,10763).10 3 2X0 2.0,2891 3    1,10763.10 250  0,27691; R0 0,0277  0 sin  0  cos 0,27691  j 0,27691 sin 0,27691  2X0 2.0,2891  0,96190  j 0,00363 R0 0,0277  sh    cos   j sin    0,27691cos 0,27691  j sin 0,27691  2X0 2.0,2891  0,01276  j 0,27338 ch  cos   j A  D  0,96190  j 0,00363 B  Z S sh  (261,00673  j12,50413).(0,01276  j 0,27338)  6,74882  j 71,19447 0,01276  j 0,27338 C  sh   (0,00129  j1,04734).10 3 Z S (261,00673  j12,50413) A,B,C,D tụ: A = D = 1; B = -j100; C= … b)Tính điện áp điểm biết điện áp công suất đầu đường dây ˆ *Trước tụ: I1  S1  600  j 200  0,69716  j 0,217kA 3Uˆ1 3.500  j10  D U1  3B I1  0,9619  j 0,00363500  j10  U TT  6,74882  j 71,194470,69716  j 0,217  (446,00559  j 71,99792)[kV ]     ITT   CU1  A I1    0,00129  j1,04734).103.(500  j10)  3  0,9619  j 0,00363 0,69716  j 0,217  (0,68489  j 0,48576)[kA] *Sau tụ: U ST  D T U TT  3BT ITT   446,00559  j 71,99792   j1000,68489  j 0,48576  (530,14169  j 46,62851)[kV ]   IST   CT U TT  AT ITT   0,68489  j 0,48576  0,68489  j 0,48576[kA] * Cuối đz: U  D U ST  3B IST  0,9619  j 0,00363530,14169  j 46,62851   6,74882  j 71,194470,68489  j 0,48576  (441,868  j32,002)[kV ] … c)Tính điện áp điểm biết điện áp công suất cuối đường dây Sˆ2 600  j 200    0,69716  j 0,217kA * Sau tụ: I  ˆ 3U 3.500  j10 U ST  A U  3B I2   0,9619  j 0,00363500  j10  6,74822  j 71,194470,69716  j 0,217    515,821  j 94,866 kV   IST  CU  D I2   0,00129  j1,04734.103 500  j10  0,9619  j 0,00363 0,69716  j 0,217    0,67206  j 0,11891kA *Trước tụ: U TT  AT U ST  3BT IST  515,821  j 94,866   j1000,67206  j 0,11891   536,417  j 21,538kV   ITT  CTU ST  D T IST   0,67206  j 0,11891  0,67206  j 0,11891kA * Đầu đz: U  A U TT  3B ITT   0,9619  j 0,00363 536 ,417  j 21,538   6,74882  j 71,19447 0,67206  j 0,11891   500 ,595  j 66,313 kV … c)Tính phân bố U hệ thống tải điện có phụ tải rẽ nhánh U1,S1 TG2 U4,S4 TG3 K U1,S1 SPT2 A1,B1,C1,D1 SPT3 A2,B2,C2,D2 IPT2, SPT2 A3,B3,C3,D3 IPT1, SPT1 Tính tốn giống trên, khác dòng điện đoạn khơng phải dịng điện vào đoạn Dịng điện vào đoạn phải tính từ dịng điện ' đoạn dòng điện phụ tải gây Ví dụ dũng điện vào đoạn : I2  I1  IPT Q trình tính tốn thực từ đầu từ cuối tuỳ theo liệu cho 5.5 Bù DSCA 1)Khái niệm chung a) Khái niệm bù - Đặt tụ hay kháng phụ tải gọi bù ngang Tụ sản công suất phản kháng (CSPK), kháng tiêu thụCSPK -Tụ điện đặt nối tiếp đường dây gọi bù dọc bù thông số đường dây (làm giảm điện kháng tổng đường dây) Không bù dọc kháng điện DSCA -Thiết bị bù hai chiều: máy bù tĩnh SVC hay máy bù đồng cấp tiêu thụ CSPK b)Mục đích việc đặt bù - Giữ thông số chế độ phạm vi cho phép kỹ thuật chế độ làm việc (non tảikhông tải; chế độ max; chế độ cố) - Nâng cao khả tải theo điều kiện ổn định tĩnh chế độ max - Bù để đạt hiệu kinh tế: giảm giá thành tải điện (giảm tổn thất điện phải bù lại chi phí đặt bù ) c)Phương thức đặt bù - Đặt bù chung cho chế độ bù đơn giản, hiệu thấp; - Đặt bù cho chế độ (thiết bị bù điều khiển được)  Hiệu suất cao cho chế độ , giá thành cao; - Sử dụng đồng thời hai cách hiệu suất cao chi phí cao phải điều khiển liên tục 2)Bù dọc tụ điện a) Mục đích đặt bù dọc Pgh phụ thuộc mạnh vào độ dài đường dây (công thức 3.38 & hình 3.9- đz khơng tổn thất): X0 U1U Pgh  ; ZS0  ;  X 0B0 Z S sin  0 B0 Khi dây dài 1000 km Pgh giảm mạnh đạt tối thiểu độ dài 1500 km Do dây dài 1000 km rút ngắn đz đặt bù dọc Mức độ bù : K C  X C XL Thực tế bù KC = 0,4 – 0,5, cần thiết bù tới 0,6 – 0,7 VD: đz dài 1500 km, bù tới 60% độ dài cịn 600km (đz HB – PL VN) Vậy mục đích đặt bù dọc rút ngắn độ dài đz, nâng cao khả tải ( KC = 0,25: khả tải tăng từ 1,3 – 1,5 lần; KC = 0,5: tăng 1,7 – lần) b) Vị trí đặt bù dọc Vị trí đặt bù dọc ảnh hưởng đến chất lượng điện áp Hình trang sau thể vị trí đặt tụ bù dọc: đầu, cuối, giữa, phân bố đz phân bố điện áp Vậy: Với dung lượng bù định , nên phân bố đặt vài vị trí (ba, bốn,…) … Vị trí đặt bù dọc: 3)Bù ngang kháng điện chế độ không tải Xét chế độ xác lập hở mạch phía nhận điện Hở mạch phía nhận điện, chưa có bù ngang kháng có tượng khơng bình thường xảy ra: - Điện áp phía hở tăng cao; - MF bị tải dòng điện dung; - MF bị tự kích thích a) Sự tăng cao điện áp cuối đz Nếu khơng tính R đz, đ/a hai đầu trùng pha, giá trị hiệu dụng: U2 U1  U cos 0;  (3.64) U1 cos 0 Xuất phát từ cuối đz: U x  U cos  x (3.65) Hai hình thể tỷ số U2/U1 theo độ dài đz phân bố Ux đz dài 1: 500, 2: 750, 3: 1000 km Vậy đ/a phân bố tăng dần, đến cuối đz đạt giá trị cao (đz 1000 km, đ/a cuối tăng tới 2,2 lần ) Vậy phải đặt kháng bù ngang cuối đường dây để tiêu thụ cơng suất QC, ghìm điện áp xuống *Hở mạch phía nhận điện, chưa có bù ngang kháng Ux/U1 2,2 U2/U1 1,8 - 1,8 1,4 - 1,4 1,0 - 1,0 - ! ! ! ! ! ! ! ! 200 400 600 800 200 400 600 800 Tỷ số điện áp đầu cuối đường dây * Đường với kháng cuối  A HT Phân bố điện dọc theo đường dây B HT   A B     D HT  C D   jYK  CHT 0  A  jYK B B    1 C  jYK D D   U  3B I ; mà khơng tải I =0 nên: Ta có: U  A HT HT U        U1  AHTU  A  jYK B U  U   A  jYK B Từ công thức trên: - Biết Yk, xác định U2 BT30) - Yêu cầu U2 so với U1, xác định YK BT28)     … b)Công suất phản kháng điện dung phía đầu U    Giả Sử R=0, U1  U cos 0; I1  j sin  0  Q1Kt   3U1 I1 3.Z S Q1Kt  U1  U 22 U12   cos 0 sin 0   cos 0 sin 0   tg  ZS0 ZS0  cos 0  Z S Công suất phản kháng vào MF, gây tải MF Vậy phải đặt kháng bù ngang dau đường dây để tiêu thụ công suất Q1kt, không tải MF Kết luận kháng bù ngang: - Dung lượng bù: Hệ số bù ngang: KL %= (Qk / Qc ).100 = (60-70)%QC (QC- công suất phản kháng điện dung đường dây sinh ra) - Đặt theo đường dây, cách (250-300)km; Cùng chỗ tụ bù dọc Giải BT28)  Yêu cầu bù kháng để U  U1  500 kV, ta có : A  jYK B     jYK   A B Ta cần tính A , B phần đường dây r0=0,093Ω/km ; x0=2.π.f.L0=2.3,14.50.1,33.10-3 =0,41762 [Ω/km] ; b0=2.π.f.C0=2.3,14.50.8,786.10-9 =2,7588.10-6 [1/Ω.km];g0=0   X B0  0,41762.2,7588.10 6  1,07337.10 3 rad / km; X0 0,41762   389,073[] B0 2,7588.10 6  R  0,093   Z S  Z S 1  j   389,073.1  j   389,0733  j 43,321 X , 41762     R 0,093     j    j  1,07337.10 3  j1,07337.10 3  2X0 2.0,41762 3  (0,11951  j1,07337).10    1,07337.10 3.350  0,37568; R ch  cos    j   sin    2X0 0,093  cos 0,37568  j 0,37568 sin 0,37568  0,93026  j 0,01535 2.0,41762 R sh    cos    j sin    2X0 0,093  0,37568 cos 0,37568  j sin 0,37568  0,03891  j 0,36691 2.0,41762 ZS0  : … … A  D  0,93026  j 0,01535 B  Z S sh  (389,0733  j 43,321).(0,03891  j 0,36691)  31,0338  j141,06926  A  (0,93026  j 0,01535)   A  jYK B     jYK  B  (31,0338  j141,06926)   j 4,94379.104 10  YK  4,94379.10  X K   2022,74 4,94379 4 Giải BT30) Tính A,B,C,D r0=0,0277Ω/km ; x0=0,2891 [Ω/km] ;b0=2.π.f.C0=4,2437.10-6 [1/Ω.km];g0=0   X B0  0,2891.4,2437.10 6  1,10763.10 3 rad / km; X0 0,2891   261,00673[] B0 4,2437.10 6  R  0,0277   Z S  Z S 1  j   261,00673.1  j   (261,00673  j12,50413) 2X0  2.0,2891    R 0,0277     j    j  1,10763.10 3  j1,10763.10 3  2X0 2.0,2891 3  (0,05306  j1,10763).10    1,10763.10 3.500  0,55382; ZS0  … … R 0,0277 ch  cos   j   sin    cos 0,55382  j 0,55382 sin 0,55382  2X0 2.0,2891  0,85052  j 0,01395 R 0,0277 sh    cos   j sin    0,55382 cos 0,55382  j sin 0,55382  2X0 2.0,2891  0,02257  j 0,52594 A  D  0,85052  j 0,01395 B  Z sh  (261,00673  j12,50413).(0,02257  j 0,52594)  12,46734  j136,99166 S 0,02257  j 0,52594 C  sh   (0,01004  j 2,02779).10 3 Z S (261,00673  j12,50413) b)Xác định điện áp khơng tải cuối có bù kháng ngang U2 5002  XK  j j  j1250  YK   j 0,0008 SK 200  A,B,C,D nt điện dẫn ngang Y:  A HT Khi không tải I2 = 0, vậy:  CHT B HT   A B          DHT  C D  jYK 0  A  jYK B B     1 C  jYK D D  U        U1  AHTU  A  jYK B U  U   A  jYK B 500 U  0,85052  j 0,01395   j 0,000812,46734  j136,99166) 500   520,763  2,157[kV ] 0,96011  j 0,003976     4)Vấn đề tụ bù ngang & điều chỉnh bù - Khi không tải hay tải it (0,2-04)Pmax cspk thừa lớn, đ/a nút tăng cao , cspk MF lớn gây tải; cần kháng điện bù ngang để ghìm đ/a Khoảng cách hợp lý kháng điện 250÷300 km Khi tụ bù dọc không cần thiết để đảm bảo chất lượng đ/a chúng cần nối tắt - Công suất tải nhỏ cs tự nhiên: đz thừa cspk, cs hướng HT nhận điện Trong nhiều trường hợp cần bù kháng điện mức độ hợp lý, cần tính tốn để đảm bảo trì đ/a giới hạn hợp lý - Cơng suất tải lớn cs tự nhiên: đz cần tụ bù dọc để đảm bảo đ/a nút trung gian HT nhận điện Phần kháng điện dụng cho chế độ nối tắt chế độ max Khơng cần phải có giải pháp kích điện áp tăng lên để bù đắp lại sụt áp theo chiều dài đường dây Giải pháp hữu hiệu cho vấn đề đặt tụ bù ngang Đz 220 kV cho phép đ/a tăng đến 252 kV (15%), 500 kV tăng đến 525 kV (5%) tăng ngắn hạn đến 575 kV) Đ/a thấp nút tải phụ thuộc vào đ/k điều chỉnh phân áp MBA Đz dài tải cspk từ MF đến HT nhận, muốn đảm bảo đ/a hai đầu K=U1/U2 cần giá trị hợp lý (P=Ptn K=5% với 500kV, 500 km) Khi P=Ptn: bù tụ ngang cuối đường dây … Khi P