Bài giảng VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

NỘI DUNG TRÌNH BÀYChương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN Chương 2: CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA THIẾT BỊ Chương 3: KẾT CẤU CỦA CÁC PHẦN TỬ HỆ THỐNG ĐiỆN Chương 4: CHẾ ĐỘ LÀM ViỆC KINH TẾ CỦA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Giảng viên: ThS Võ Phúc Lập

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Chương 2: CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA THIẾT BỊ

Chương 3: KẾT CẤU CỦA CÁC PHẦN TỬ HỆ THỐNG ĐiỆN

Chương 4: CHẾ ĐỘ LÀM ViỆC KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

Chương 5: CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

Chương 6: NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

Chương 7: VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐIỆN

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Khái niệm chung:

- Vận hành hệ thống điện là tập hợp các thao tác nhằm duy trì chế độ làm việc bình thường của HTĐ, đáp ứng yêu cầu chất lượng, tin cậy và kinh tế.

- Hệ thống điện bao gồm các phân tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.

- Sự làm việc tin cậy và kinh tế của hệ thống xuất phát tù sự tin cậy và chế độ làm việc kinh tế của từng phần tử.

- Sự ra đời của các thiết bị công nghệ mới, những yêu cầu

về vận hành các thiết bị điện nói riêng và hệ thống điện nói chung ngày càng trở nên nghiêm ngặt, khắc khe hơn nhiều.

- Đối với tất cả các thiết bị điện, vấn đề vận hành hệ thống điện cần phải thực hiện theo đúng các qui trình, qui phạm của ngành, của quốc gia và của các nhà cung cấp.

- Qui trình vận hành các phân tử hệ thống điện được xây dựng dựa trên cơ sở các qui trình, qui phạm, các hướng dẫn vận hành, bảo trì bảo dưỡng của thiết bị, có xét đến những đặc điểm công nghệ của hệ thống Một số đặt điểm nổi bật như:

+ Qui trình sản xuất và tiêu thụ điện năng diễn ra hầu như đồng thời: Điện năng không thể lưu trữ, do đó, cần phải duy trì sao cho tổng công suất phát của tất cả các nhà máy điện phải luôn luôn phù hợp với nhu cầu tiêu thụ của tất cả các phụ tải sử dụng điện.

+ Hệ thống điện là một hệ thống nhất: giữa các phần tử của hệ thống điện luôn luôn có những mối liên hệ hết sức mật thiết với nhau, sự thay đổi bất kỳ của một thành phần nào trong hệ thống điện đều làm thay đổi chế độ làm việc của các phần tử khác trong hệ thống, có thể chúng cách xa nhau hàng trăm km Do đó, cần phải có sự thống nhất trong quá trình điều khiển, vận hành hệ thống để đảm bảo duy trì chất lượng lưới điện ở mức độ hợp lý.

+ Các quá trình diễn ra trong hệ thống điện rất nhanh: do

đó yêu cầu hệ thống điện cần phải được trang bị hệ thống điều khiển, bảo vệ có tính tự động hoá cao nhằm duy trì chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng.

+ Hệ thống điện liên quan mật thiết đến đời sống, an sinh

xã hội: Để đáp ứng nhu cầu không ngừng gia tăng của xã hội thì hệ thống điện cũng không ngừng mở rộng và phát

- Các yêu cầu cơ bản của hệ thống:

+ Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao

+ Đảm bảo chất lượng điện năng

+ Độ tin cậy, ổn định cung cấp điện

+ Tính linh hoạt và khả năng đáp ứng đồ thị phụ tải

1.2 Các chế độ vận hành hệ thống điện và tính kinh tế của chế độ vận hành:

- Các chế độ vận hành của hệ thống điện:

+ Chế độ xác lập: là chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, các tham số biến thiên rất nhỏ xung quanh giá trị trung bình (cho phép).

+ Chế độ quá độ bình thường: hiện tượng này xảy ra thường xuyên khi hệ thống điện chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác và nằm trong phạm vi cho phép của hệ thống.

+ Chế độ quá độ sự cố: xảy ra khi xuất hiện hiện tượng sự

cố trên hệ thống điện, các tham số hệ thống thay đổi lớn so với trạng thái bình thường, hậu quả của chế độ quá độ sự

cố còn phụ thuộc vào qui mô, tính chất của sự cố.

+ Chế độ xác lập sau sự cố: là trạng thái hệ thống sau khi các phần tử bị sự cố được loại ra khỏi hệ thống Nếu quá trình xảy ra sự cố trong thời gian ngắn và các tham số hệ thống biến đổi trong giới hạn cho phép thì chế độ sau sự

cố đã được xử lý tốt.

- Tính kinh tế và sự điều chỉnh chế độ của hệ thống điện:

+ Tính kinh tế của hệ thống điện được đặc trưng bởi cực tiểu chi phí để sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng Chi phí này phụ thuộc vào mức độ yêu cầu điện năng nên chỉ tiêu kinh tế của chế độ hệ thống điện đặc trưng cho suất chi phí, tức là chi phí tính 1kWh.

+ Tính kinh tế của hệ thống điện cũng có thể được thể hiện

ở mức thu lợi nhuận cao nhất và đáp ứng được đầy đủ nhu cầu của các hộ sử dụng điện Chỉ tiêu kinh tế có thể được xem xét dưới góc độ giá thành 1kWh điện năng tiêu thụ Chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: giá nhiên liệu, giá thành thiết bị, yêu cầu và đặc điểm sử dụng điện, các điều kiện thời tiết,… và đặc biệt là phương thức vận hành hệ thống điện

+ Tính kinh tế của hệ thống điện trước hết phải đảm bảo được sự tăng trưởng kinh tế của từng khâu trong hệ thống như tăng hiệu suất các nhà máy điện, hiệu suất truyền tải,

…

Để đảm bảo tính kinh tế của hệ thống điện cần phải:

+ Xác định được sự phân bố công suất tối ưu giữa các phần tử trong hệ thống.

+ Lựa chọn tốt nhất tổ hợp các phần tử trong hệ thống, nhằm giảm tối đa thành phần tổn hao của các phần tử hệ thống (tổn hao cố định - tổn hao không tải và tổn hao thay đổi - tổn hao phụ thuộc hệ số mang tải).

+ Xác định qui luật vận hành tối ưu của từng phần tử, của

hệ thống như: qui luật điều chỉnh điện; qui luật điều chỉnh

+ Đáp ứng được đồ thị phụ tải một cách linh hoạt, cung cấp đầy đủ điện năng đảm bảo chất lượng cho khách hàng.

+ Đảm bảo được tính kinh tế cao của các phần tử hệ thống, đồ thị phụ tải phải được san bằng tốt nhất đến mức

+ Đảm bảo giá thành sản xuất, truyền tải và phân phối thấp nhất đến mức có thể.

- Thử nghiệm: Việc thử nghiệm các phần tử hệ thống được tiến hành để kiểm tra và đánh giá tình trạng của các thiết

bị, khối lượng công việc thử nghiệm tuỳ thuộc vào từng loại thiết bị và mục đích thử nghiệm Việc thử nghiện có thể tiến hành tại hiện trường hoặc tại phòng thí nghiệm, các công việc được tiến hành khi:

+ Sau mỗi lần đại tu, thay đổi cấu trúc, kết cấu thiết bị hoặc chuyển sang sử dụng loại nguyên liệu khác.

+ Khi có sự sai lệch thông số so với giá trị chuẩn một cách

có hệ thống mà cần phải xác định rõ nguyên nhân của sự sai lệch này.

+ Định kỳ sau một thời gian nhất định, tính từ khi thiết bị bắt đầu được đưa vào vận hành nhằm kiểm tra tình trạng

và khả năng làm việc của thiết bị.

- Phân tích đánh giá kết quả thử nghiệm: Sau khi đã tiến hành thử nghiệm, các kết quả sẽ được phân tích cụ thể như sau:

+ Xác định hiệu quả của việc thay đổi cấu trúc thiết bị.

+ Xác định các chỉ tiêu vận hành liên quan đến công tác hiệu chỉnh.

+ Thiết lập các đặc tính, chế độ công nghệ khác nhau.

+ Giải thích nguyên nhân của sự sai lệch thông số của thiết

bị, xác định được các đặc tính của các phần tử cần thiết, đưa ra các giải pháp khắc phục hậu quả.

- Sửa chữa định kỳ: Sự làm việc lâu dài, liên tục và ổn định của các thiết bị trong hệ thống điện được đảm bảo bởi chế

độ sửa chữa, bảo dưỡng phòng ngừa theo kế hoạch trước khi thiết bị có thể bị dừng lam việc do hao mon, hư hỏng Quá trình sửa chữa định kỳ được chia ra các loại gồm:

+ Đại tu: khi sửa chữa người ta tiến hành xem xét thật kỹ, thật chi tiết các thiết bị và phân tích tình trạng của thiết bị, khắc phục những hư hỏng của các bộ phận, các chi tiết bằng cách sửa chữa phục hồi hoặc thay thế.

+ Bảo dưỡng định kỳ: trong quá trình bảo dưỡng định kỳ người ta thường xuyên kiểm tra, tu bổ các thiết bị để đảm bảo thiết bị luôn vận hành liên tục, hiệu suất cao và mang lại hiệu quả kinh tế.

1.4 Điều độ và tổ chức vận hành hệ thống điện:

- Tuỳ thuộc vào qui mô của hệ thống điện mà người ta có những sơ đồ tổ chức đơn giản hay phức tạp khác nhau, trong đó đảm bảo điều hành các hoạt động trong hệ thống điện một cách mạch lạc, cơ động và hiệu quả.

- Đối với các hệ thống điện lớn, với lượng thông tin đến vô cùng lớn, dễ dẫn đến tình trạng quá tải bởi lượng thông tin

sẽ đi qua nhiều cấp Do đó, ở những hệ thống phức tạp sơ

đồ phân tán từng phần sẽ có hiệu quả hơn rất nhiều.

- Hệ thống điều độ được phân chia thành nhiều cấp: điều

độ Quốc gia (A0); điều độ khu vực (A1; A2;…) và điều độ địa phương (điều độ Điện lực)

- Mỗi cấp thực hiện những nhiệm vụ riêng của minh, tuy nhiên, việc phân cấp chỉ mang tính chất tương đối do giữa các cấp luôn luôn có sự liên kết chật chẻ, gắn bó hỗ trợ cho nhau trong quá trinh vận hành hệ thống điện chung.

1.4.1 Điều độ Quốc gia:

- Điều độ Quốc gia được chia lam hai bộ phận: chỉ huy

•Cân bằng năng lượng hằng năm, quí, tháng.

•Xác định đồ thị phụ tải ngày đêm.

•Lập sơ đồ vận hành lưới điện chính.

•Tính toán phân bố tối ưu công suất tác dụng, công suất phản kháng, tính mức điện áp tại các nút chính.

•Tính toán độ ổn định, lựa chọn và chỉnh định cấu trúc hệ thống bảo vệ relay đảm bảo loại trừ các sự cố trên hệ thống.

•Chỉ định biểu đồ phụ tải cho các nhà máy điện và điều chỉnh nó trong suốt quá trình vận hành hệ thống.

•Đưa ra các yêu câu tối cần thiết đối với việc lập qui hoạch phát triển và thiết kế hệ thống điện Quốc gia

- Sơ đồ tổ chức:

1.4.2 Điều độ địa phương:

- Có nhiệm vụ điều khiển việc tiếp nhận và phân phối nguồn điện năng từ các trạm biến áp trung gian cho mạng điện phân phối trung - hạ áp Điều độ địa phương phải đảm bảo cung cấp điện tin cậy và chất lượng cho khách hàng với tổn thất ở mức thấp nhất.

- Ở chế độ vận hành bình thường:

•Thực hiện các thao tác đóng cắt và điều chỉnh trên lưới điện nhằm tối ưu hoá chế độ của mạng điện.

•Thao tác bảo dưỡng định kỳ.

•Đưa các thiết bị mới vào vận hành trên lưới.

•Điều chỉnh đóng cắt các trạm biến áp phân phối sao cho phù hợp với công suất nguồn cấp.-

•Kiểm tra hoạt động của các phụ tải.

•Duy trì hành lang an toàn điện của lưới điện.

- Ở chế độ sự cố:

•Đánh giá nhận định tính chất, mức độ của tinh trạng sự cố.

•Loại trừ hậu quả của các sự cố.

•Cô lập các phân tử bị sự cố ra khỏi lưới điện, đóng chuyển các nguồn dự phòng để đảm bảo duy trì sự hoạt động bình thường của các thiết bị còn lại.

•Khắc phục hậu quả sự cố.

- Nhiệm vụ của các ban phương thức vận hành địa phương:

•Lập kế hoạch cấu trúc vận hành lưới điện.

•Lập kế hoạch bảo dưỡng định kỳ, nâng cấp, sửa chữa các phần tử trong hệ thống điện.

•Sa thải phụ tải khi thiếu hụt công suất nguồn.

•Đo đếm và điều chỉnh thông số của các chế độ lưới điện.

•Lập kế hoạch cho các đội công tác.

•Truyền thông tin nhanh và chính xác đến các vị trí, tổ công tác thưa hành.

•Tiếp nhận đúng các thông tin phản hồi để kiểm tra và hiệu chỉnh kịp thời.

•Lưu giữ và phân tích các trạng thái của các phần tử trong hệ thống điện để đúc kết các kinh nghiệm và nghiên cứu các giải pháp phù hợp.

•Dự báo và qui hoạch quá trình vận hành trong tương lai.

•Các hoạt động được thực hiện trong một hệ thống thống nhất và đồng bộ.

•Sơ đồ tổ chức:

1.4.3 Sơ đồ tổ chức của nhà máy điện:

- Các phòng ban nghiệp vụ và các phân xưởng chịu sự lãnh đạo của Giám đốc nhà máy và người điều việc sản xuất trong các ca trực đó là các trưởng ca, dưới các trưởng ca là trưởng kíp các bộ phận, dưới trưởng kíp là các trực ban kỹ thuật.

- Các phân xưởng kỹ thuật, vận hành, kiểm nhiệt, ló máy,

… chịu sự điều hành của Phó Giám đốc Kỹ thuật và các xưỡng sửa chữa, bảo dưỡng chịu sự điều hành của Phó Giám đốc sữa chữa.

- Sơ đồ tổ chức:

1.5 Các thủ tục trong công tác vận hành hệ thống điện: 1.5.1 Phiếu công tác:

- Phiếu công tác hay phiếu thao tác là giấy phép tiến hành công việc trong đó ghi rõ địa điểm làm việc, nội dung công tác, thời gian bắt đầu, điều kiện tiến hành làm việc.

- Phiếu công tác được viết làm 02 bản rõ ràng, không tẩy xoá, có đầy đủ các chữ ký của các thành viên tham gia trong phiếu công tác, một bản lưu và một bản giao cho người trưởng nhóm công tác phụ trách công việc Riêng đối với các công việc của lưới điện hạ áp chỉ cân viết 01 bản và lưu lại cuống phiếu.

- Các nội dung bắt buộc phải được giao theo phiếu công tác:

•Làm việc trên tất cả các thiết bị cao áp.

•Làm việc ở các thiết bị đã cắt điện.

•Làm việc ở độ cao trên 3m đối với các thiết bị không cắt điện nhưng vẫn đảm bảo khoảng cách an toàn trong giới hạn cho phép.

•Làm việc trên đường dây đã cắt điện nhưng các đường dây đi chung cột vẫn còn mang điện.

•Làm việc trên các thiết bị mang điện hạ áp.

- Thủ tục cấp phiếu công tác như sau: Nội dung công tác

do thủ trưởng đơn vị hoặc người được ủy quyền ra quyết định và ký phiếu, nếu công việc do đơn vị khác đến thực hiện thì đơn vị quản lý thiết bị phải có trách nhiệm viết phần biện pháp an toàn vào phiếu công tác.

1.5.2 Nội dung phiếu thao tác:

- Phiếu công tác được viết bằng tay, phải điên đầy đủ nhiệm vụ, địa điểm, thời điểm bất đầu công tác, họ va tên người ra lệnh, người giám sát và người thực hiện thao tác.

- Trong phiếu thao tác phải được ghi rõ sơ đồ, trình tự thực hiện các hạng mục công việc như: cắt điện, kiểm tra, đặt rào chắn, mắc tiếp địa, treo biển báo,…

- Phiếu thao tác phải được ghi rõ ràng, không được tẩy xoá Mỗi phiếu thao tác chỉ viết cho một nội dung công việc

và phải có đủ chữ ký của người viết và thực hiện trong phiếu.

1.5.3 Tổ chức thực hiện:

- Phiếu thao tác sau khi được trưởng ca, kíp duyệt thì được giao cho trưởng nhóm công tác một bản, cón một bản được lưu lại Trưởng nhóm công tác có nhiệm vụ phổ biến rõ nhiệm vụ thực hiện các công việc cho các thành viên trong tổ.

- Người được giao nhiệm vụ thao tác phải nắm vững sơ đồ lưới, vị trí các thiết bị cần thao tác, các hạng mục và trình

tự thao tác Quá trình thao tác được thực hiện dưới sự giám sát của người có bậc an toàn cao nhất

- Khi đến hiện trường công tác, cả người thực hiện lẫn người giám sát phải kiểm tra lại sơ đồ thực tế của thiết bị

so với phiếu thao tác, chỉ được thực hiện khi không thấy có

sự sai khác.

- Người thực hiện thao tác, sửa chữa, vận hành thiết bị cần phải có đủ trình độ chuyên môn, có bậc an toàn phù hợp với yêu cầu của ngành điện Mọi thao tác đóng cắt thiết bị cao áp đều phải do hai người thực hiện, người thực hiện

có bậc an toàn trên bậc 3 và người giám sát có bậc an toàn trên 4 và cả hai đều phải chịu trách nhiệm như nhau

về công tác đã thực hiện.

- Trước khi kết thúc công tác, người chỉ huy cần phải trực tiếp kiểm tra lại toàn bộ công việc, thiết bị và sơ đồ vừa thực hiện, sau đó ra lệnh thoá gỡ hệ thống tiếp địa đi động Người chỉ huy phải trực tiếp gỡ bỏ biển báo, thu lại phiếu công tác, ký tên và trả phiếu thao tác cho người cấp, phiếu này phải được lưu ít nhất 01 tháng.

Chương 2: CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA THIẾT BỊ

2.1 Khái niệm chung:

- Trong quá trình hoạt động, dòng điện làm việc của thiết bị gây ra một tổn thất điện năng dưới dạng tổn hao nhiệt, sự gia tăng nhiệt độ của các thiết bị càng làm tăng tổn hao điện năng do điện trở của các phần tử dẫn điện tăng, do đó làm giảm khả năng mang tải của chúng.

- Độ bền cơ học của các chi tiết trong thiết bị sẽ suy giảm khi nhiệt độ tăng, điều đó làm giảm độ tin cậy của chúng Khi nhiệt độ tăng cũng sẽ làm tăng tổn thất điện môi làm cho độ bền điện của chúng bị suy giảm Đó chính la những nguyên nhân cơ bản đẩy nhanh quá trình lão hoá cách điện và làm giảm tuổi thọ của thiết bị.

- Nghiên cứu chế độ nhiệt của thiết bị là một nhiệm vụ quan trọng, và từ đó xác định được các điều kiện làm việc

an toàn của thiết bị, đặc biệt là nâng cao khả năng mang tải của chúng

- Việc nghiên cứu chế độ nhiệt của các thiết bị điện là một bài toán khá phức tạp, vì sự gia tăng của nhiệt độ phụ thuộc rất nhiêu yếu tố như dòng điện, điện áp, tần số, tổn thất, cấu trúc vật liệu, kết cấu lõi thép, cuộn dây, điện môi, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất,…

- Tùy theo mục đích cụ thể mà người ta có thể lựa chọn các phương pháp tính toán chế độ nhiệt phù hợp với sai số trong giới hạn cho phép.

2.2 Sự cân bằng nhiệt trong thiết bị điện:

- Sự truyền nhiệt trong các thiết bị điện diễn ra theo trình tự: dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt và đối lưu Theo định luật bảo toàn năng lượng, nhiệt năng sinh ra bằng tổng nhiệt năng làm nóng thiết bị và nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh

- Phương trình căn bằng nhiệt được biểu diễn dưới dạng:

ΔP.dt = cG.dθ + qFθ.dt

t – thời gian tác động của phụ tải

G - khối lượng của vật thể.

θ – tăng nhiệt độ của thiết bị so với môi trường làm mát tại thời điểm t, θ = θthiết bị - θ0;

θthiết bị - nhiệt độ của thiết bị.

q - nhiệt lượng toả ra trên một đơn vị diện tích bê mặt,

- Nếu coi các đại lượng c, q là không đổi thì phương trinh

vi phân có nghiệm:

θ = A.ekt + B trong đó: A, B là các hằng số, được xác định theo điều kiện ban đầu, k là nghiệm của phương trình đặc trưng:

Ae cGt

qF+

=

qF cG

T = −

t 0 T

t

t = θ∞( 1 − e− ) + θ e−

θ

- Hằng số thời gian đốt nóng T của thiết bị điện hoàn toàn

có thể xác định phụ thuộc vào công suất định mức và phương thức làm mát của chúng Giá trị hằng số thời gian đốt nóng của một số thiết bị có thể tra bảng:

2.3 Tuổi thọ của thiết bị điện:

- Tuổi thọ của các thiết bi phụ thuộc chủ yếu vào chế độ nhiệt của chúng, các vật liệu cách điện bị lão hoá do tác động của nhiệt độ, độ ẩm, hoá học,…

- Quá trình lão hoá thiết bị thực chất là quá trình suy giảm đặc tính cách điện do sự biến đổi hoá học bên trong vật liệu cách điện dưới tác động của các yếu tố khác nhau trong quá trình vận hành, đặc biệt là sự tác động của nhiệt độ.

- Nếu thiết bị làm việc với phụ tải định mức thì sẽ tương

thì nhiệt độ lúc đó vượt quá giá trị định mức và tuổi thọ thiết bị cũng sẽ suy giảm nhiều ít tuỳ thuộc vào việc vận hành ở chế độ quá tải nhiều hay ít.

- Khi nhiệt độ của thiết bị tăng một cách đột ngột sẽ gây ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị nhiều hơn việc tăng nhiệt

độ từ từ Tuổi thọ thiết bị có thể cho theo biểu thức:

(năm)

α - hệ số phụ thuộc vào vật liệu, thường có giá trị trong khoảng 8 ÷ 12.

điện),0C

L N 2

N

) k 1 )(

( n

2 mt tb

cp

=

− θ

− θ

- Như vậy, ta thấy rằng nếu thiết bị làm việc non tải thì tuổi thọ sẽ được kéo dài, còn nếu làm việc quá tải thì tuổi thọ

sẽ bị suy giảm, có nghĩa là tuổi thọ của thiết bị điện là một đại lượng biến thiên phụ thuộc vào chế độ làm việc và điều kiện làm mát Tuổi thọ thiết bị có thể được tính theo biểu thức:

bị điện; tdt- thời gian dự trữ do trước đó thiết bị làm việc non tải.

dt

qt n

t

t N