CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT về hệ THỐNG CUNG cấp điện

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hệ thống năng lượng là tập hợp các nhà máy điện, lưới điện và lưới nhiệt được nối với nhau, có liên hệ mật thiết, liên tục trong quá trình sản xuất, biến đổi và phân phối điện và nhiệt.Hệ thống điện là là hệ thống năng lượng không có lưới nhiệt. Hay nói cách khác, hệ thống điện là hệ thống bao gồm các khâu sản xuất, truyền tải, phân phối và cung cấp điện đến các hộ tiêu thụ.Chúng ta xét một hệ thống điện tổng quát, như hình vẽ dưới đây(1) Nhà máy điện: Nhà máy điện biến đổi các nguồn năng lượng sơ cấp ( nước, nhiệt, gió, … ) thành năng lượng điện để phát lên hệ thống điện. Do điện áp phát ra của các máy phát trong nhà máy điện, thông thường có giá trị thấp ( ví dụ 13.8 kV), không phù hợp cho việc truyền tải điện năng, nên phải sử dụng các máy biến áp tăng áp để nâng điện áp lên các giá trị điện áp truyền tải 110kV, 220kV.(2) Hệ thống truyền tải: Là hệ thống bao gồm các đường dây cao áp và các trạm trung gian, liên kết tất cả các nguồn điện với nhau. Điện áp truyển tải có giá trị lớn, ví dụ ở Việt Nam là 110, 220, 500kV, nhằm mục đích tăng khả năng truyển tải và giảm tổn thất điện năng trong hệ thống. Giữa hệ thống truyền tải và phân phối được liên kết với nhau thông qua các MBA giảm áp tại các trạm trung gian. (3) Hệ thống phân phối: là hệ thống bao gồm các các đường dây phân phối, có cấp điện áp 15, 22, 35kV; các trạm biến áp phân phối có tỉ số biến áp tương ứng là 15, 22, 35 0.4 kV( hoặc điện áp thứ cấp nhỏ hơn 1000V); và các đường dây hạ áp có cấp điện áp 0.4 kV. Hệ thống cung cấp điện, được giới hạn trong giáo trình, chỉ bao gồm khâu cuối cùng trong hệ thống điện, đó là khâu phân phối và cung cấp điện đến hộ tiêu thụ.

trạm

hạ áp

đường dây

Phụ tải(hộ tiêu thụ)

Hình 1.1: Hệ thống cung cấp điện

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG

CẤP ĐIỆN

1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Hệ thống năng lượng là tập hợp các nhà máy điện, lưới điện và lưới nhiệt được nối vớinhau, có liên hệ mật thiết, liên tục trong quá trình sản xuất, biến đổi và phân phối điện

và nhiệt

Hệ thống điện là là hệ thống năng lượng không có lưới nhiệt Hay nói cách khác, hệthống điện là hệ thống bao gồm các khâu sản xuất, truyền tải, phân phối và cung cấpđiện đến các hộ tiêu thụ

Chúng ta xét một hệ thống điện tổng quát, như hình vẽ dưới đây

(1) Nhà máy điện: Nhà máy điện biến đổi các nguồn năng lượng sơ cấp ( nước, nhiệt,

gió, … ) thành năng lượng điện để phát lên hệ thống điện Do điện áp phát ra của cácmáy phát trong nhà máy điện, thông thường có giá trị thấp ( ví dụ 13.8 kV), không phùhợp cho việc truyền tải điện năng, nên phải sử dụng các máy biến áp tăng áp để nângđiện áp lên các giá trị điện áp truyền tải 110kV, 220kV

(2) Hệ thống truyền tải: Là hệ thống bao gồm các đường dây cao áp và các trạm

trung gian, liên kết tất cả các nguồn điện với nhau Điện áp truyển tải có giá trị lớn, ví

dụ ở Việt Nam là 110, 220, 500kV, nhằm mục đích tăng khả năng truyển tải và giảmtổn thất điện năng trong hệ thống Giữa hệ thống truyền tải và phân phối được liên kếtvới nhau thông qua các MBA giảm áp tại các trạm trung gian

(3) Hệ thống phân phối: là hệ thống bao gồm các các đường dây phân phối, có cấp

điện áp 15, 22, 35kV; các trạm biến áp phân phối có tỉ số biến áp tương ứng là 15, 22,

35 / 0.4 kV( hoặc điện áp thứ cấp nhỏ hơn 1000V); và các đường dây hạ áp có cấpđiện áp 0.4 kV

Hệ thống cung cấp điện, được giới hạn trong giáo trình, chỉ bao gồm khâu cuối cùngtrong hệ thống điện, đó là khâu phân phối và cung cấp điện đến hộ tiêu thụ

-1-1.2 NGUỒN ĐIỆN

Hiện nay có nhiều phương pháp biến đổi các dạng năng lượng khác như nhiệt năng,thủy năng, năng lượng hạt nhân…, thành điện năng Vì vậy có nhiều kiểu nguồn phátđiện khác nhau: nhà máy nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử, trạm điện gió, điện mặttrời, điện điêzel… nhưng ở nước ta nguồn điện được sản xuất chủ yếu từ nhà máynhiệt điện và nhà máy thuỷ điện

Tổng công suất phát của toàn bộ hệ thống điện Việt Nam 11340

Công suất lắp đặt của các nhà máy điện thuộc EVN 8822

Bảng 1.1 Công suất thiết kế các nhà máy điện tính tới 31/12/2005

– Số liệu của Tập đoàn Điện lực Việt Nam – 2005

Phân loại các nhà máy điện đang sử dụng ở Việt Nam, chúng ta có các loại nhà máysau

Thủy điện:

Thuỷ điên cột nước cao: Thác Mơ, Ða Nhim, Vĩnh Sơn.

Hình 1.2 Nhà máy điện Bà Rịa Ảnh của tập đồn Điện Lực Việt Nam

Trong nhà máy nhiệt điện, động cơ sơ cấp của máy phát cĩ thể là tuốc -bin hơi, máyhơi nước hoặc động cơ diezen Trong các nhà máy lớn thường dùng tuốc -bin hơi

Nhiên liệu dùng cho các lị hơi thường là than đá xấu, than bùn, dầu mazút hoặc cáckhí đốt tự nhiên … Các lị hơi dùng nhiên liệu than đá là lị ghi -xích hoặc lị thanphun

Đầu tiên, than được đưa vào hệ thống ghi xích qua phễu, trong lị cĩ các dàn ống chứađầy nước đã được lọc và xử lý hĩa học để ống khơng bị ăn mịn Nhờ nhiệt độ caotrong lị, nước trong giàn ống bốc hơi bay lên bình chứa (balon ) Hơi bão hịa trongbalon đi qua dàn ống quá nhiệt và được sấy khơ thành hơi quá nhiệt theo đường ốngdẫn vào tuốc -bin Hơi quá nhiệt đập vào các cánh tuốc -bin kéo rơto máy phát điệnquay Máy phát biến cơ năng thành điện năng Sau khi qua tuốc -bin, hơi quá nhiệt sẽ

đốt

Tuốc Bin

nhiên liệu đốt lượng điện năngphát ra năng

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện

xuống bình ngưng dược làm lạnh và ngưng tụ lại Sau đĩ, nhờ bơm 1 đưa qua bể lắnglọc và được xử lý lại.

Qua bơm 2, nước được đưa qua dàn ống sấy để gia hiệt thành nước nĩng đưa vào lị,hình thành chu trình khép kín

Tĩm lại: nhà máy nhiệt điện cĩ 2 gian chính:

 Gian lị: biến đổi năng lượng chất đốt thành năng lượng hơi quá nhiệt

 Gian máy: biến đổi năng lượng hơi quá nhiệt vào tuốc -bin thành cơ năngtruyền qua máy phát để biến thành điện năng

Vì hơi đưa vào tuốc -bin đều ngưng tụ ở bình ngưng nên gọi là nhà máy điện kiểungưng hơi Hiệu suất khoảng từ 30% đến 40%

Nhà máy nhiệt điện cĩ cơng suất lớn thì hiệu suất càng cao Hiện nay cĩ tổ tuốc -binmáy phát cơng suất đến 600 000KW

Ngồi ra cịn cĩ nhà máy nhiệt điện, động cơ sơ cấp là máy hơi nước, gọi là nhà máyđiện locơ gồm lị hơi và máy hơi nước Nhiên liệu dùng là than đá xấu, củi … hiệu suấtkhoảng 11% và 22%,phạm vi truyền tải điện năng trong bán kính vài cây số Điện ápthường là 220V/ 380V

Nhà máy điện diezen cĩ động cơ sơ cấp là động cơ diezen Hiệu suất khoảng 38% vàthời gian khởi động rất nhanh Cơng suất từ vài trăm đến 1000KW Dùng các chất đốtquý như dầu hỏa, mazút … nên khơng được sử dụng rộng rãi, chủ yếu dùng làm nguồn

dự phịng

Nhà máy nhiệt điện cĩ những đặc điểm sau:

- Thường được xây dựng gần nguồn nhiên liệu

- Tính linh hoạt trong vận hành kém, khởi động và tăng phụ tải chậm

- Thường xãy ra sự cố

- Điều chỉnh tự động hố khĩ thực hiện

- Hiệu suất kém khoảng từ 30% đến 40%

- Khối lượng nhiên liệu tiêu thụ lớn, khĩi thải làm ơ nhiễm mơi trường

1.2.2 Nhà Máy Thủy Điện (TĐ)

Đây là một loại cơng trình thuỷ lợi nhằm sử dụng năng lượng nguồn nước làm quaytrục tuốc bin để phát ra điện Như vậy nhà máy thuỷ điện quá trình biến đổi nănglượng là:

Thuỷ năng  Cơ năng  Điện năng

Máy phát

Nguồn xoay chiều ba pha

P = 9,81..Q.H (Mw).

Trong đó

Q : lưu lượng nước (m3/s) ,

H : là độ cao cột nước (m)

 : hiệu suất tuốc bin

Động cơ sơ cấp là tuốc -bin nước, nối dọc trục với máy phát Tuốc -bin nước là loạiđộng cơ biến động

Nhà máy thủy điện có hai loại là lọai có đập ngăn nước và loại dùng máng dẫn nước:

Loại đập ngăn: thường xây dựng ở những con sông có lưu lượng nước lớn nhưng độ dốc ít Đậpxây chắn ngang sông để tạo độ chênh lệch mực nước hai bên đập Gian máy và trạm phân phốixây ngay bên cạnh, trên đập Để bảo đảm nước dùng cho cả năm, các bể chứa được xây dựng rấtlớn Ví dụ như: nhà máy thủy điện Sông Đà, Trị An…

Loại có máng dẫn: thường xây dựng ở những con sông có lưu lượng nước ít nhưng độdốc lớn Nước từ mực nước cao, qua máng dẫn làm quay tuốc -bin của máy phát.Người ta cũng ngăn đập để dự trữ nước cho cả năm

So với nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện rẻ từ (3  5 ) lần Thời gian khởi độngrất nhanh ( 5  15 ) phút, việc điều chỉnh phụ tải điện nhanh chóng và rộng

Tuy nhiên vốn đầu tư rất lớn, thời gian xây dựng lâu Vì vậy song song với việc xâydựng các nhà máy thủy điện, ta phải xây dựng các nhà máy nhiệt điện có công suất lớnnhằm thúc đẩy tốc độ điện khí hóa trong cả nước

Nhà máy thủy điện có đặc điểm sau:

 Phải có địa hình phù hợp và lượng mưa dồi dào

 Vốn đầu tư xây dựng lớn, thời gian xây dựng kéo dài

 Vận hành linh hoạt: thời gian khởi động và mang tải chỉ mất từ 3 đến 5 phút Trongkhi đó đối với nhiệt điện, để khởi động một tổ máy phải mất 6  8 giờ

 Ít xảy ra sự cố

 Tự động hoá dễ thực hiện

 Không cần tác nhân bảo quản nhiên liệu

 Hiệu suất cao 85  90%

 Giá thành điện năng thấp

Nhà máy thủy điện Trị An ( theo Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam)

Công trình Thủy điện Trị An có ý nghĩa kinh tế tổng hợp với hai nhiệm vụ chính :

-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 và các tỉnh miền Đông Nam bộ :

 Duy trì lượng nước xả tối thiểu ( trung bình 200 m3/giây) phục vụ công tác đẩy mặn và tưới tiêu trong mùa khô ở vùng hạ lưu

 Cắt được đỉnh lũ để đảm bảo an toàn cho hạ lưu trong mùa lũ

Thông s k thu tố kỹ thuật ỹ thuật ật

Mực nước dâng bình thường: 62m

Mực nước gia cường: 63,9m

Diện tích mặt thoáng hồ chứa, km 3

Ở độ cao mực nước dâng bình

thường 323

Ở độ cao mực nước gia cường 350

Đập tràn nhìn từ phía thượng lưu

2

5 7

13 11

9 8

10

14

Hình 1.8: Sơ đồ sản xuất điện năng của nhà máy điện nguyên tử

Hình 1.7 Trạm phân phối ngồi trời 220kV

Trạm phân phối ngồi trời 220kV được bố trí ở bờ phải kênh dẫn ra, được thực hiện theo sơ đồ : hai thanh cái làm việc và một thanh cái vịng, cĩ 3 phát tuyến: 2 tuyến Trị An - Hĩc Mơn và 1 tuyến Trị An - Long Bình.

Hệ thống tự dùng của nhà máy gồm 3 biến thế kiểu TMH-4000/35-TI, cơng suất mỗi máy 4000kVA, điện áp 13,8/6,3 kV từ KPY-6kV, các trạm biến thế 6,3/0,4kV cấp nguồn cho phụ tải tồn nhà máy.

Hệ thống điện một chiều 220 kV gồm 2 trạm ắc quy, dung lượng mỗi trạm 630Ah, dùng cho các mạch điều khiển, bảo vệ, tín hiệu và ánh sáng sự cố.

Ngồi ra cịn cĩ trạm phân phối ngồi trời 110kV liên kết với trạm 220kV qua máy biến áp tự ngẫu 63MVA - 220/110/6kV, cung cấp điện cho địa phương và nối kết với Thuỷ điện Thác Mơ bằng đường dây 110kV Trị An - Đồng Xồi Ngồi ra cịn 2 đường dây 110kV Trị An - Định Quán và Trị

An - Tân Hồ.

Các thiết bị tự động đảm bảo khởi động tổ máy và hồ điện vào lưới trong khoảng 40-60 giây.

Các tổ máy làm việc ở chế độ tự động điều chỉnh cơng suất hữu cơng và vơ cơng.

Ngồi chế độ máy phát, Thuỷ điện Trị An được thiết kế để cĩ thể chạy chế độ bù đồng bộ.

Máy phát được cung cấp dịng kích từ bằng các bộ chỉnh lưu Thyristor, theo nguyên lý tự kích song song Dịng kích từ định mức của máy phát là 1200 A.

1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử (ĐNT)

-7-Năng lượng nguyên tử được sử dụng qua nhiệt năng ta thu được khi phá vỡ liên kết hạtnhân nguyên tử của một số chất ở trong lò phản ứng hạt nhân.

Nhà máy điện nguyên tử biến nhiệt năng trong lò phản ứng hạt nhân thành điện năng Thựcchất nhà máy điện nguyên tử là một nhà máy nhiệt điện, nhưng lò hơi được thay bằng lò hơiđược thay bằng lò phản ứng hạt nhân

Để tránh tác hại của các tia phóng xạ đến công nhân làm việc ở gian máy, nhà máyđiện nguyên tử có hai đường vòng khép kín:

Đường vòng 1: gồm lò phản ứng hạt nhân 1 và các ống dẫn 5 đặt trong ộ trao nhiệt 4.Nhờ bơm 6 nên có áp suất 100at sẽ tuần hoàn chạy qua các ống của lò phản ứng vàđược đốt nóng đến 270o C Bộ lọc 7 dùng để lọc các hạt rắn có trong nước trước khi đivào lò

Đường vòng 2: gồm bộ trao nhiệt 4, tuốc-bin 8, bình ngưng 9 Nước lạnh qua bộ traođổi nhiệt 4 sẽ hấp thụ nhiệt và biến thành hơi có áp suất 12,5at, nhiệt độ 260o C Hơinước này làm quay tuốc -bin 8 và máy phát 14, sau đó ngưng đọng lại thành nước ởbình ngưng 9, được bơm 11 đưa trở về bộ trao đổi nhiệt

Hiệu suất của các nhà máy điện nguyên tử hiện nay khoảng ( 20  30 )% , công suấtđạt đến 600 000KW

Nhà máy điện nguyên tử có đặc điểm:

- Khả năng làm việc độc lập

- Khối lượng nhiên liệu nhỏ

- Vận hành linh hoạt, sử dụng đồ thị phụ tải tự do

- Không thải khói ra ngoài khí quyển

- Vốn xây dựng lớn, hiệu suất cao hơn nhà máy nhiệt điện

1.3 HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI

Như đã trình bày ở phân trên, hệ

thống truyền tải là hệ thống gồm

các đường dây cao áp và các

trạm trung gian có nhiệm vụ

nhận năng lượng điện từ các nhà

máy điện và truyền tải đến hệ

thống phân phối Để tìm hiểu

chi tiết về hệ thống truyền tải,

sinh viên có thể tham khảo các

tài liệu về hệ thống điện Ở đây,

ta chỉ đề cập đến một số khía

cạnh sau

Hình 1.9 Trạm 500kV Phú Lâm Nguồn : Tập đoàn Điện Lực Việt Nam

Đường dây 500kV Bắc – Nam: Một sự kiện có ý nghĩa cực

kỳ quan trọng đánh đấu một bước phát triển của hệ thống

truyền tải Việt Nam, đó là vào tháng 4/1992 Đảng và Nhà

Nước quyết định xây dựng hệ thống tải điện 500kV Bắc –

Nam đi qua 15 tỉnh - thành phố, hình thành lưới điện quốc

gia liên kết hệ thống điện ba miền Bắc-Trung-Nam và Tây

Nguyên, thống nhất lưới điện quốc gia, tạo ra bước đột phá

trong việc cung cấp điện phục vụ sự nghiệp công nghiệp

hóa - hiện đại hóa, tạo ra ý nghĩa kinh tế - chính trị lớn cho

việc phát triển kinh tế của cả nước.

3.1 Đặc điểm hệ thống truyền tải hệ thống điện Việt nam

Sơ đồ phân cấp điều độ hệ thống điện

PHÂN CẤP

QUYỀN ĐIỀU KHIỂN

QUYỀN KIỂM TRA ĐIỀU ĐỘ

QUỐC GIA

- Các NMĐ lớn

- Hệ thống điện 500kV

- Tần số hệ thống Điện áp các nút chính

- Các NMĐ không thuộc quyền điều khiển

- Lưới điện 220kV

- Trạm phân phối NMĐ lớn -Ðường dây nối NMĐ với HTĐ

ĐIỀU ĐỘ

MIỀN

- Các NMĐ đã ðược phân cấp theo quy định riêng

- Lưới điện truyền tải 110-66kV

220 Công suất vô công NMĐ

- Các nhà máy điện nhỏ, các trạm Diezel, bù trong miền

- Các trạm, ĐD phân phối 110-66kV phân cấp cho điều độ lưới điện phân phối điều khiển

- Các hộ sử dụng điện quan trọng trong lưới điện phân phối

ĐIỀU ĐỘ

LƯỚI ĐIỆN

PHÂN PHỐI

- Các trạm, ĐD phân phối 110-66kV phân cấp cho điều độ lưới điện phân phối điều khiển

- Lưới điện phân phối

- Các trạm thuỷ điện nhỏ, các trạm điezel, trạm bù trong lưới điện phân phối.

Hình 1.11 Sơ đồ phân cấp điều độ hệ thống điện Nguồn : Tập đoàn Điện Lực Việt Nam

-9-Hình 1.10 Cột và đường dây truyền tải Nguồn : Tập đoàn Điện Lực Việt Nam

Giáo trình cung cấp điện

Giáo trình cung cấp điện

Thông s c a HT truy n t i Vi t Nam, tính đ n n m 2005, đ c cho trongố kỹ thuật ủa HTĐ truyền tải Việt Nam, tính đến năm 2005, được cho trong Đ truyền tải Việt Nam, tính đến năm 2005, được cho trong ền tải Việt Nam, tính đến năm 2005, được cho trong ải Việt Nam, tính đến năm 2005, được cho trong ệt Nam, tính đến năm 2005, được cho trong ến năm 2005, được cho trong ăm 2005, được cho trong ược cho trong

b ng sau.ải Việt Nam, tính đến năm 2005, được cho trong

-15-Giáo trình cung cấp điện

Umax: Điện áp dây làm việc lớn nhất của đường dây, kV

D: Chiều dài đường rò của một bát cách điện, lấy theo số liệu của một nhà chế tạo

b Hành lang bảo vệ an toàn đường dây dẫn điện trên không

Nghị định 106 của chính phủ về bảo vệ an toàn lưới điện cao áp quy định như sau:

Điều 4 Hành lang bảo vệ an toàn đường dây dẫn điện trên không

1 Hành lang bảo vệ an toàn của đường dây dẫn điện trên không là khoảng khônggian dọc theo đường dây và được giới hạn như sau:

a) Chiều dài hành lang được tính từ vị trí đường dây ra khỏi ranh giới bảo vệ củatrạm này đến vị trí đường dây đi vào ranh giới bảo vệ của trạm kế tiếp

b) Chiều rộng hành lang được giới hạn bởi hai mặt thẳng đứng về hai phía củađường dây, song song với đường dây, có khoảng cách từ dây ngoài cùng về mỗiphía khi dây ở trạng thái tĩnh theo quy định trong bảng sau:

Điện áp Đến 22 kV 35 kV 66 – 110 kV 220 kV 500 kV

Dây bọc Dây trần Dây bọc Dây trần Dây trần

Khoảng

cách 1,0 m 2,0 m 1,5 m 3,0 m 4,0 m 6,0 m 7,0 m

Bảng 1.3 Chiều rộng an toàn hành lang

c) Chiều cao hành lang được tính từ đáy móng cột đến điểm cao nhất của côngtrình cộng thêm khoảng cách an toàn theo chiều thẳng đứng quy định trong bảngsau:

Điện áp Đến 35 kV 66 đến 110 kV 220 kV 500 kV

Khoảng cách 2,0 m 3,0 m 4,0 m 6,0 m

Bảng 1.4 Chiều cao an toàn hành lang

2 Hành lang bảo vệ an toàn các loại cáp điện đi trên mặt đất hoặc treo trên không

là khoảng không gian dọc theo đường cáp điện và được giới hạn về các phía là 0,5

m tính từ mặt ngoài của sợi cáp ngoài cùng

c Bảo vệ quá điện áp, nối đất

Đường dây truyền tải ( điện áp 110kV trở lên) phải được bảo vệ khỏi sét đánhtrực tiếp suốt chiều dài đường dây, trừ một số đoạn tuyến đặc biệt không bố tríđược dây chống sét Đoạn tuyến này phải có biện pháp chống sét khác bổ sung.Phải thực hiện nối đất tại tất cả các cột thép và cột bê tông cốt thép của đường dâytruyền tải

Điện trở nối đất của hệ thống nối đất đường dây truyền tải phải nhỏ hơn giá trị chotrong bảng sau:

Hình H1.13 Một chuỗi sứ gồm nhiều bát Nguồn : Tập đoàn Điện Lực Việt Nam