Nghiên cứu điều khiển máy cắt trong trạm biến áp

Mục tiêu của luận văn: - Nêu thực trạng hệ thống điện Việt Nam - Giới thiệu các loại máy cắt đang được sử dụng - Giới thiệu máy cắt cao áp SF6 GL314 - Điều khiển máy cắt GL314... Quá trì

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 5

LỜI CẢM ƠN 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 11

THỰC TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 11

1.1 Hiện trạng nguồn và lưới điện Việt Nam 11

1.1.1 Hiện trạng các nhà máy điện, cơ cấu công suất và điện năng sản xuất 11

1.1.2 Hiện trạng lưới truyền tải và lưới phân phối 12

1.1.2.1 Hiện trạng lưới truyền tải 500kV 13

1.1.2.2 Hiện trạng lưới điện 220kV, 110kV 14

1.2 Dự báo nhu cầu phụ tải điện Việt Nam 15

1.2.1 Nhu cầu điện năng toàn quốc 15

1.2.2 Dự báo nhu cầu tiêu thụ điện Việt Nam giai đoạn tới năm 2030 17

1.2.3 Chương trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2021 - 2025 và 2025 - 2030 25 1.2.4 Kế hoạch phát triển lưới điện 29

1.2.5 Nhận xét chung về thực trạng hệ thống điện Việt Nam 31

CHƯƠNG 2 32

CÁC LOẠI MÁY CẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 32

2.1 Khái niệm chung 32

2.2 Phân loại máy cắt 33

2.2.1 Phân loại theo môi trường dập hồ quang 33

2.2.2 Phân loại theo môi trường làm việc 33

2.2.3 Phân loại theo kết cấu 33

2.3 Máy cắt nhiều dầu 33

2.4 Máy cắt ít dầu 34

2.5 Máy cắt không khí nén 35

2.6 Máy cắt khí SF6 37

2.7 Máy cắt tự sinh khí 38

2.8 Máy cắt chân không 39

CHƯƠNG 3 40

GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 500KV THƯỜNG TÍN 40

VÀ MÁY CẮT KHÍ SF6 GL314 40

3.1 Giới thiệu về trạm biến áp 500kV Thường Tín 40

3.1.1 Phần điện nhất thứ 40

3.1.1.1 Công suất của trạm 40

3.1.1.2 Sơ đồ nối điện chính 41

a) Phía 500kV 41

b) Phía 220kV 41

c) Phía 35kV 42

3.1.1.3 Hệ thống điện tự dùng 42

3.1.1.4 Hệ thống nối đất chống sét 43

3.1.1.5 Chiếu sáng ngoài trời 43

3.1.1.6 Chiếu sáng trong nhà 43

3.1.2 Phần điện nhị thứ 43

3.1.2.1 Thiết bị điều khiển 43

3.1.2.2 Thiết bị bảo vệ 44

3.1.3 Phần xây dựng 45

3.2 Giới thiệu về máy cắt khí SF6 GL314 46

3.2.1 Đặc điểm chung của máy cắt điện dùng khí SF6 loại GL314 46

3.2.2 Các thông số kỹ thuật của máy cắt 46

a) Đặc tính kỹ thuật máy cắt 46

b) Đặc tính kỹ thuật bộ truyền động cơ khí kiểu FK 3-1 48

3.2.3 Cấu tạo MC điện kiểu GL314 49

3.2.4 Nguyên lý dập hồ quang 50

3.2.5 Hoạt động của máy cắt 51

3.2.6 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ truyền động loại FK 3-1 53

3.2.6.1 Cấu tạo của FK3-1 53

a) Cơ cấu dẫn hướng: 54

b) Trục đóng và cơ cấu tích năng lò xo 54

3.2.6.2 Nguyên lý làm việc 54

a) Thao tác đóng máy cắt 54

b) Tích năng cho lò xo đóng 56

c) Thao tác cắt máy cắt 56

3.2.6.3 Các cơ cấu điện phụ trợ 57

a) Tiếp điểm cảnh báo 57

b) Tiếp điểm hành trình động cơ 57

c) Cuộn đóng, cuộn cắt 58

3.2.6.4 Các cơ cấu cơ khí phụ trợ: 58

3.2.7 Thao tác vận hành đóng cắt máy cắt 60

a) Thao tác đóng máy cắt 60

b) Thao tác cắt máy cắt 61

3.2.8 Nạp khí cho máy cắt 61

a) Tính toán áp suất nạp tại hiện trường 62

b) Công đoạn nạp khí 62

c) Công đoạn kiểm tra hoàn thành 62

CHƯƠNG 4 66

ĐIỀU KHIỂN MÁY CẮT GL314 66

4.1 Giới thiệu các thiết bị mạch đóng, cắt của máy cắt 66

4.2 Mạch điều khiển đóng máy cắt 71

4.2.1 Giới thiệu sơ đồ tổng thể điều khiển đóng MC 71

4.2.2 Các điều kiện liên động khi đóng máy cắt 71

4.2.2.1 Điều kiện liên động khi đóng máy cắt tại chỗ 71

4.2.2.2 Điều kiện liên động khi đóng máy cắt từ khóa điều khiển (Control Panel) 72

4.2.2.3 Điều kiện liên động khi đóng máy cắt từ C264-M 73

4.2.2.4 Điều kiện liên động khi đóng máy cắt từ C264-B 75

4.2.2.5 Điều kiện liên động khi đóng máy cắt từ máy tính HMI (theo điều kiện của C264-M) 76

4.2.2.6 Điều kiện đóng máy cắt từ máy tính Điều độ 77

4.2.3 Thuyết minh sơ đồ mạch đóng máy cắt 78

4.2.3.1 Đóng tại chỗ 78

4.2.3.2 Đóng từ khóa điều khiển : 79

4.2.3.3 Đóng từ C264-M 81

4.2.3.4 Đóng từ C264-B 81

4.2.3.5 Tự đóng lại 82

4.2.3.6 Thao tác đóng máy cắt 84

a) Thao tác đóng máy cắt tại chỗ 84

b) Thao tác đóng máy cắt từ khóa điều khiển 84

c) Thao tác đóng máy cắt từ C264 84

d) Thao tác đóng máy cắt từ máy tính HMI: 85

4.3 Mạch điều khiển cắt máy cắt 87

4.3.1 Giới thiệu sơ đồ tổng thể điều khiển cắt MC 87

4.3.2 Các điều kiện liên động khi cắt máy cắt 87

4.3.2.1 Điều kiện liên động khi cắt máy cắt tại chỗ 87

a) Điều kiện liên động khi cắt máy cắt tại chỗ theo mạch cắt 1: 87

b) Điều kiện liên động khi cắt máy cắt tại chỗ theo mạch cắt 2 88

4.3.2.2 Điều kiện liên động khi cắt máy cắt từ khóa điều khiển 88

4.3.2.3 Điều kiện liên động khi cắt máy cắt từ C264-M 88

4.3.2.4 Điều kiện liên động khi cắt máy cắt từ C264-B 89

4.3.2.5 Điều kiện liên động khi cắt máy cắt từ máy tính HMI (theo điều kiện cắt từ C264-M) 89

4.3.2.6 Điều kiện liên động khi cắt máy cắt từ máy tính Điều độ 90

4.3.3 Thuyết minh sơ đồ mạch cắt 1 91

4.3.3.1 Cắt tại chỗ 91

4.3.3.2 Cắt từ khóa điều khiển 92

4.3.3.3 Cắt từ C264-M 93

4.3.3.4 Cắt từ C264-B 94

4.3.3.5 Cắt từ bảo vệ 96

4.3.4 Thuyết minh sơ đồ mạch cắt 2 97

4.3.4.1 Cắt tại chỗ 97

4.3.4.2 Cắt từ bảo vệ 98

4.3.4.3 Thao tác cắt máy cắt 99

a) Thao tác cắt máy cắt tại chỗ 99

b) Thao tác cắt máy cắt từ khóa điều khiển 100

c) Thao tác cắt máy cắt từ C264 100

d) Thao tác cắt máy cắt từ máy tính 101

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sử dụng kết quả của người khác

Tác giả

Lương Minh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân tác giả, còn phải kể đến những sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè, gia đình Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Đào Quang Thạch, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn Xin cảm ơn các thầy cô thuộc bộ môn Hệ thống điện - Viện Điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã có những góp ý quý báu về nội dung của đề tài Đồng thời, tôi cũng xin gửi tới các bạn bè, đồng nghiệp đã cùng tôi trao đổi và giúp tôi tháo gỡ nhiều vướng mắc trong quá trình thực hiện

Cuối cùng tôi xin gửi tới gia đình và người thân, những người luôn bên cạnh tôi, là chỗ dựa tinh thần giúp tôi vượt qua những khó khăn trong thời gian qua

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

TĐ, TĐN Thủy điện, thủy điện nhỏ

NLTT Năng lượng tái tạo

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Khối lượng đường dây và trạm biến áp 13

Bảng 2: Tổng hợp khối lượng đường dây và trạm 500kV 13

Bảng 3: Tổng hợp khối lượng đường dây đến tháng 12/ 2010 14

Bảng 4: Tổng hợp khối lượng trạm biến áp 220kV, 110kV đến tháng 12/2010 14

Bảng 5: Tăng trưởng công suất cực đại giai đoạn 2001-2009 16

Bảng 6: Cơ cấu tiêu thụ điện toàn quốc giai đoạn 2001-2010 16

Bảng 7: Dự báo nhu cầu công suất và điện năng toàn quốc đến năm 2030 19

Bảng 8: Danh sách nguồn điện giai đoạn 2016-2020 21

Bảng 9: Danh sách nguồn điện giai đoạn 2021-2030 26

Bảng 10: Tổng hợp khối lượng lưới điện ở các cấp điện áp cần xây dựng giai đoạn 2011-2030 30

Bảng 11: Thông số máy biến áp 40

Bảng 12: Đặc tính kỹ thuật máy cắt GL314 46

Bảng 13: Đặc tính kỹ thuật bộ truyền động cơ khí kiểu FK 3-1 48

Bảng 14: Tương quan tỉ trọng khí SF6 theo nhiệt độ 64

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1: Phân loại nguồn điện theo chủ sở hữu 2010 11

Hình 2: Cơ cấu nguồn phát của HTĐ Việt Nam 2010 12

Hình 3: Cơ cấu điện năng của HTĐ Việt Nam 2010 12

Hình 4: Nhu cầu điện và tốc độ tăng trưởng giai đoạn 2001-2010 15

Hình 5: Cơ cấu điện tiêu thụ năm 2010 20

Hình 6: Cơ cấu điện tiêu thụ năm 2020 20

Hình 7: Cơ cấu điện tiêu thụ năm 2030 20

Hình 8: Máy cắt nhiều dầu 33

Hình 9: Máy cắt ít dầu 35

Hình 10: Máy cắt khí nén 36

Hình 11: Một loại khác máy cắt không khí nén 36

Hình 12: Máy cắt không khí 37

Hình 13: Máy cắt tự sinh khí 38

Hình 14: Máy cắt chân không 39

Hình 15: Các bộ phận máy cắt GL314 49

Hình 16: Cực máy cắt 50

Hình 17: Buồng dập hồ quang 51

Hình 18: Vị trí đóng 51

Hình 19: Máy cắt bắt đầu cắt 52

Hình 20: Hiệu ứng nhiệt 52

Hình 21: Giai đoạn dập hồ quang 52

Hình 22: Cuối hành trình cắt 53

Hình 23: Bộ truyền động FK 3-1 53

Hình 24: Trục đóng và cơ cấu tích năng lò xo 54

Hình 25: Thao tác đóng máy cắt 55

Hình 26: Thao tác đóng máy cắt 55

Hình 27: Tích năng cho lò xo đóng 56

Hình 28: Thao tác cắt máy cắt 56

Hình 29: Tiếp điểm cảnh báo 57

Hình 30: Tiếp điểm hành trình động cơ 57

MỞ ĐẦU

Ngày nay, điện năng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống Điện năng được sản xuất từ các nhà máy điện để cung cấp cho các hộ tiêu thụ Để đáp ứng nhu cầu phụ tải, đặc biệt là công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá, đòi hỏi nguồn năng lượng điện là rất lớn

Trong hệ thống điện máy cắt được sử dụng rất rộng rãi, nó dùng để đóng cắt các hệ thống điện giúp cho việc vận hành và sửa chữa hệ thống điện được thuận lợi Máy cắt là thiết bị có chi phí khá lớn, nên đòi hỏi phải có quy trình điều khiển nghiêm ngặt tránh các thao tác nhầm Trong luận văn này chỉ rõ các điều kiện liên động, và các chế độ điều khiển khác nhau của máy cắt

Mục tiêu của luận văn:

- Nêu thực trạng hệ thống điện Việt Nam

- Giới thiệu các loại máy cắt đang được sử dụng

- Giới thiệu máy cắt cao áp SF6 GL314

- Điều khiển máy cắt GL314

CHƯƠNG 1

1 THỰC TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Hiện trạng nguồn và lưới điện Việt Nam

1.1.1 Hiện trạng các nhà máy điện, cơ cấu công suất và điện năng sản xuất

Đến cuối năm 2010, tổng công suất đặt các nguồn điện trong hệ thống điện (HTĐ) là hơn 21500MW, công suất khả dụng là 19713MW, trong đó nguồn thuộc Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (NPT) là 11177MW (chiếm 54%) và các nguồn ngoài NPT là 9600MW (chiếm 46%)

Năm 2010 sản lượng điện sản xuất ra đạt 100,007 tỷ kWh, trong đó: thủy điện chiếm 27,53%; nhiệt điện than 17,55%; nhiệt điện chạy khí 0,55%; nhiệt điện dầu 3,7%; tuabin khí (TBK) chạy khí và dầu diesel chiếm 45%; nhập khẩu 5,6%

Điện sản xuất tăng từ 31,138 tỷ kWh (năm 2001) lên đến 100,071 tỷ kWh năm 2010, tốc độ tăng bình quân là 13,8%/ năm Về cơ cấu điện năng sản xuất, tỷ trọng sản lượng thủy điện giảm dần từ 58,4% năm 2001 còn 27,5% năm 2010 Sản lượng tuabin khí, đặc biệt là TBK chạy khí ngày một tăng, sản lượng điện sản xuất

từ khí đốt tăng từ 8,029 tỷ kWh năm 2001 lên đến khoảng 45 tỷ kWh năm 2010 ứng với tỷ trọng tăng từ 25,8% lên 45% Sản lượng điện mua ngoài tăng lên đáng kể từ 2,7 tỷ kWh năm 2001 lên 35,3 tỷ kWh năm 2010

Hình 1: Phân loại nguồn điện theo chủ sở hữu 2010

Hình 2: Cơ cấu nguồn phát của HTĐ Việt Nam 2010

Hình 3: Cơ cấu điện năng của HTĐ Việt Nam 2010 Biểu đồ cơ cấu công suất đặt năm 2010 toàn quốc như các hình trên, qua biểu đồ ta nhận thấy, trong cơ cấu nguồn điện của nước ta thủy điện và tuabin khí vẫn chiếm tỉ trọng cao nhất (tương ứng là 32% và 38%) Tiếp theo đó là nhiệt điện than với tỉ lệ 18% Tổng tỉ trọng nguồn điện mua từ Trung Quốc và nguồn Diesel khác chiếm 7% (mua Trung Quốc chiếm 5%, Diesel và nguồn khác chiếm 2%)

1.1.2 Hiện trạng lưới truyền tải và lưới phân phối

Hệ thống điện của Việt Nam hiện đang vận hành với các cấp điện áp cao áp 110kV, 220kV, 500kV và các cấp điện áp trung áp từ 6kV tới 35kV Phần lưới điện truyền tải 500kV và 220kV do tổng công ty Truyền tải điện Quốc Gia quản lý, phần lưới điện phân phối ở cấp điện áp 110kV và lưới điện trung áp ở các cấp điện áp từ

6kV tới 35kV do các công ty điện lực miền quản lý Quá trình phát triển lưới điện truyền tải ở Việt Nam trong 15 năm qua có thể tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 1: Khối lượng đường dây và trạm biến áp

1.1.2.1 Hiện trạng lưới truyền tải 500kV

Lưới truyền tải 500kV là xương sống của hệ thống điện Việt Nam Chạy suốt

từ Bắc vào Nam với tổng chiều dài trên 3000km, lưới điện 500kV đóng một vai trò

vô cùng quan trọng trong cân bằng năng lượng của toàn quốc và có ảnh hưởng lớn tới độ tin cậy cung cấp điện của từng miền Tổng hợp khối lượng đường dây và trạm biến áp tới tháng 12/2010 được trình bày trong bảng sau:

Bảng 2: Tổng hợp khối lượng đường dây và trạm 500kV

Miền

Khối lượng đường dây (km)

(Dung lượng các trạm biến áp chưa tính tới các máy biến áp tăng áp của máy phát)

Tổn thất trên HTĐ 500kV năm 2010 đạt 4,47%, giảm 0,5% so với năm 2009 (4,97 %) Sản lượng điện nhận từ HTĐ 500kV của các HTĐ miền: HTĐ miền Bắc 500kV là 8,2 tỷ kWh chiếm 23,1% tổng sản lượng miền (tăng 0,3 tỷ kWh so với năm 2009), điện nhận của HTĐ miền Trung là 2,94 tỷ kWh chiếm 30,8 % tổng sản

lượng miền, điện nhận của HTĐ miền Nam là 6,94 tỷ kWh chiếm 13,8 % tổng sản lượng miền

Nhìn chung, lưới điện 500kV vận hành tương đối ổn định và đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cung cấp điện Tuy nhiên do truyền tải cao

từ Nam ra Bắc trong năm 2010 nên xuất hiện điện áp thấp và quá tải một số MBA 500/220kV tại Nho Quan, Hà Tĩnh trong giờ cao điểm

1.1.2.2 Hiện trạng lưới điện 220kV, 110kV

Tổng hợp khối lượng đường dây 220kV, 110kV ba miền Bắc, Trung, Nam đến cuối năm 2010 được trình bày trong bảng sau:

Bảng 3: Tổng hợp khối lượng đường dây đến tháng 12/ 2010

Cấp điện áp Tổng chiều dài đường dây, [km]

Miền Bắc Miền Trung Miền Nam Tổng cộng

Tổng chiều dài đường dây 220kV đến hết năm 2010 là 8498km (suất chiều dài theo công suất 0,61 km/MW), và công suất trạm biến áp: 19094MVA (suất công suất trạm theo công suất phụ tải là 1,38 MVA/MW)

Đối với lưới điện 110kV: chiều dài đường dây là 12145km (suất chiều dài theo công suất 0,88km/MW) và công suất trạm biến áp là 25862MVA (suất công suất trạm theo công suất phụ tải là 1,87MVA/MW)

Tổng hợp khối lượng trạm biến áp 220kV, 110 kV ba miền Bắc, Trung, Nam đến cuối năm 2010 được trình bày trong bảng sau:

Bảng 4: Tổng hợp khối lượng trạm biến áp 220kV, 110kV đến tháng 12/2010

Bắc

Miền Trung Miền Nam Tổng cộng

1.2 Dự báo nhu cầu phụ tải điện Việt Nam

1.2.1 Nhu cầu điện năng toàn quốc

Trong những năm qua sản lượng điện thương phẩm cung cấp cho các ngành kinh tế và sinh hoạt của nhân dân không ngừng tăng lên, tốc độ tăng trưởng bình quân trong giai đoạn 2001-2010 là 14,5%/năm Trong 5 năm đầu của giai đoạn, điện thương phẩm có tốc độ tăng trưởng cao hơn (15,3%/năm) Giai đoạn 2006-2010, do ảnh hưởng của khủng hoảng kinh tế, nhu cầu tiêu thụ điện tăng thấp hơn (14,07%/năm) Điện thương phẩm tăng từ 25,8 tỷ kWh năm 2001 lên tới 86,8 tỷ kWh năm 2010, trong 9 năm tăng gấp khoảng 3,5 lần, đảm bảo cơ bản cung cấp điện cho nền kinh tế và đời sống nhân dân Điện thương phẩm năm 2010 đạt khoảng 86,8 tỷ kWh, tăng trưởng khoảng 14,1% so năm với năm 2009 (tăng gấp 2,1 lần so với tăng trưởng GDP) Trong 3 năm từ 2008-2010 do tình hình khủng hoảng kinh

tế, sự sụt giảm sản xuất công nghiệp và xây dựng đã ảnh hưởng lớn đến sản lượng điện tiêu thụ Năm 2010 nhờ các biện pháp kích thích kinh tế của Chính phủ, sản xuất được khôi phục lại, điện thương phẩm nửa cuối 2010 tăng trưởng ở mức trên 17% so với cùng kỳ năm 2009

Nhu cầu điện 2001-2010

Hình 4: Nhu cầu điện và tốc độ tăng trưởng giai đoạn 2001-2010

Trong cơ cấu tiêu thụ điện, tỷ lệ điện dùng cho quản lý và tiêu dùng dân cư

có xu hướng giảm dần, tỷ lệ điện dùng cho công nghiệp, thương mại và hoạt động khác lại tăng Tỷ trọng điện cung cấp cho sinh hoạt gia dụng giảm dần từ 48,9% năm 2001 xuống còn 38,2% năm 2010, trong khi đó tỷ trọng điện công nghiệp tăng

từ 40,6% năm 2001 lên 52,5% năm 2010 Tuy cơ cấu điện sinh hoạt có giảm, tỷ trọng điện cho sản xuất tăng cao, công tác quản lý phụ tải được chú trọng phần nào cải thiện được biểu đồ phụ tải ngày, nhưng chênh lệch công suất cao thấp điểm của

hệ thống vẫn trên 2,0 lần, nên gây khó khăn trong vận hành an toàn và kinh tế HTĐ

Bảng 5: Tăng trưởng công suất cực đại giai đoạn 2001-2009

Pmax

(MW) 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Toàn quốc 5655 6552 7408 8283 9255 10187 11286 12636 13867 Bắc 2461 2880 3221 3494 3886 4233 4480 5066 6207 Trung 613 684 773 853 979 1056 1167 1259 1482 Nam 2656 3112 3529 4073 4539 5007 5794 6258 7001

Tăng trưởng (%)

Toàn quốc 15,57 15,86 13,06 11,81 11,73 10,07 10,79 11,96 9,74 Bắc 12,17 17,03 11,84 8,48 11,22 8,93 5,84 13,08 22,52 Trung 12,68 11,58 13,01 40,35 14,77 7,87 10,51 7,88 17,71 Nam 18,25 17,17 13,4 15,42 11,44 10,31 15,72 8301 11,87

Từ năm 2001 đến 2009, công suất cực đại qua các năm tăng với tốc độ thấp hơn nhu cầu điện thương phẩm Công suất cực đại toàn hệ thống năm 2001 là 5655MW, năm 2009 đạt 13867 MW, tăng bình quân 11,9%/năm Tuy từng năm mỗi miền có tốc độ tăng trưởng cao thấp khác nhau, nhưng xét tốc độ tăng trung bình cho cả giai đoạn 2001-2009 thì miền Nam là cao nhất, đạt 12,9%, miền Bắc và miền Trung đạt 12,3% và 11,7%/năm Năm 2010 Pmax đạt 16000MW

Bảng 6: Cơ cấu tiêu thụ điện toàn quốc giai đoạn 2001-2010

4 Quản lý & TD dân cư 12651,1 14333,2 15953,3 17654,6 19675,0

1.2.2 Dự báo nhu cầu tiêu thụ điện Việt Nam giai đoạn tới năm 2030

Trong giai đoạn 2011 - 2015 nền kinh tế được phục hồi trở lại, một số dự án lớn đã được dự kiến trong giai đoạn 2006 - 2010 nhưng chưa được khởi công sẽ

chuyển tiếp đưa vào trong giai đoạn này nên nhu cầu tiêu thụ điện năng ở giai đoạn này vẫn duy trì ở mức cao

Trong giai đoạn sau 2015: do thay đổi trong cơ cấu nền kinh tế, tỉ trọng các ngành công nghiệp tiêu hao nhiều năng lượng như xi măng, sản xuất thép sẽ giảm dần Ngoài ra ở giai đoạn này khi giá điện sẽ tăng cao theo giá thị trường thì yếu tố giá điện sẽ tác động nhiều hơn đến tiêu thụ điện

Mặc dù giữa các giai đoạn có sự thay đổi về tỷ trọng tiêu dùng điện giữa các ngành, tuy nhiên ngành tiêu thụ điện nhiều nhất vẫn là ngành Công nghiệp và Xây dựng với tỉ lệ lên đến 52,5% năm 2010; 54% năm 2020; và 50,6% năm 2030 Tiếp theo đó thì Quản lý và tiêu dùng dân cư cũng chiếm tỷ lệ tiêu thụ điện khá lớn với 38,2% năm 2010; 35,2% năm 2020; và 38,3% năm 2030

Do nước ta đang trong quá trình Công nghiệp hóa- hiện đại hóa, nên tỷ lệ tiêu thụ điện dành cho Nông lâm nghiệp – Thủy sản luôn chiếm tỷ lệ rất nhỏ và có chiều hướng giảm dần Năm 2010 nhu cầu tiêu thụ điện của ngành Nông lâm nghiệp

- Thủy Sản chỉ chiếm 1,1%, đến năm 2020 giảm xuông còn 0,7% và tiếp tục giảm xuống còn 0,3% vào năm 2030

Chi tiết về nhau cầu tiêu thụ điện của cả nước được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 7: Dự báo nhu cầu công suất và điện năng toàn quốc đến năm 2030

Hình 5: Cơ cấu điện tiêu thụ năm 2010

Hình 6: Cơ cấu điện tiêu thụ năm 2020

Hình 7: Cơ cấu điện tiêu thụ năm 2030

Chương trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2016 -2020 đối với phương án phụ tải cơ sở được xác định như sau:

Đến năm 2020 tổng công suất các nhà máy điện là 66.979 MW, trong đó:

- Thủy điện: 17.701 MW (26,4%), trong đó 900 MW TĐTN miền Nam

- Nhiệt điện khí - dầu 12.545 MW (18,7%)

- Nhiệt điện than 30.765 MW (45,9%)

- TĐN và NLTT 3.129 MW (4,7%), trong đó khoảng 2.100 MW thuỷ điện nhỏ và 1.000 MW NLTT

- Điện hạt nhân 1.000 MW (1,5%)

- Điện nhập khẩu 1839 MW (2,7%)

Nguồn điện đảm bảo đáp ứng nhu cầu phụ tải ở mức 52.040 MW với tỷ lệ dự phòng thô là 28,7% vào mùa tích nước và khoảng 25,1% vào cuối mùa kiệt

Điện sản xuất năm 2020 là 329 TWh, trong đó thủy điện 62,6 TWh (19%),

NĐ khí – dầu 67,1 TWh (20,4%), NĐ than 178 TWh (54,1%), điện từ thủy điện nhỏ

và NLTT 8,9 TWh (2,7%), điện hạt nhân 4,9 TWh (1,5%) và điện nhập khẩu 7,8 TWh (2,4%)

Bảng 8: Danh sách nguồn điện giai đoạn 2016-2020

Công suất đặt (MW)

8 TĐ Sê Kaman 4 (Lào) 64 BOT

9 TĐ Hạ Sê San 2 (Campuchia 50%) 200 NPT-BOT

Điện gió+Năng lượng tái tạo 200

Công trình vào vận hành năm 2017 6775

12 NĐ Sông Hậu I #1 600 PVN

Điện gió+Năng lượng tái tạo 200

Công trình vào vận hành năm 2018 7842

Vĩnh Tân 3/BOT

Điện gió+Năng lượng tái tạo 200 IPP

Công trình vào vận hành năm 2019 7011

2 TĐ tích năng Đông Phù Yên #1 300 Công ty Xuân Thiện

(IP-Sojizt-Pacific)/BOT

Điện gió+Năng lượng tái tạo 230 IPP

Công trình vào vận hành năm 2020 5610

1 TĐ tích năng Đông Phù Yên #2,3 600 Công ty Xuân Thiện

1.2.3 Chương trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2021 - 2025 và 2025 - 2030

Đến năm 2025 tổng công suất các NMĐ là 96814MW, trong đó:

- Thủy điện: 20401MW (21,1%), trong đó 1200 MW TĐTN miền Bắc và 2400MW TĐTN miền Nam

- Nhiệt điện khí - dầu 17.285 MW (17,8%)

- Nhiệt điện than 44.790 MW (46,3%)

Đến năm 2030 : tổng công suất các nhà máy điện là 137.000 MW trong đó:

- Thủy điện 22.500MW (16,4%), trong đó 4.800 MW TĐTN

- Nhiệt điện khí - dầu 17.300MW (12,6%)

- Nhiệt điện than 76.300 MW (55,7%)

- Điện nhập khẩu 5.300 MW (3,8%)

- Điện hạt nhân 10.700MW (7,8%)

- Điện NL tái tạo 4.900MW (3,8%)

Nguồn điện đảm bảo đáp ứng nhu cầu phụ tải ở mức 110.215 MW với tỷ lệ

dự phòng thô là 24,3% vào mùa tích nước và khoảng 22% vào cuối mùa kiệt

Điện sản xuất năm 2030 là 695 TWh, trong đó thủy điện (đã trừ điện cho bơm TĐ tích năng) là 60,3 TWh (8,7%), nhiệt điện khí dầu 90,9 TWh (13,1%), nhiệt điện than 431 TWh (62%), điện nhập khẩu 24,9 TWh (3,6%), điện hạt nhân 74,4 TWh (10,7%) và điện từ NL tái tạo 13,7 TWh (2,0%)

Bảng 9: Danh sách nguồn điện giai đoạn 2021-2030

Công suất đặt (MW)

Chủ đầu tƣ

Công trình vào vận hành năm 2021 5925

1 TĐ tích năng Đông Phù Yên #4 300 Công ty Xuân

Thiện

Điện gió+Năng lượng tái tạo 400

Công trình vào vận hành năm 2022 5750

8 NMĐHN số III #1 1000 NPT

Điện gió+ Năng lượng tái tạo 450

Công trình vào vận hành năm 2023 4530

Điện gió+ Năng lượng tái tạo 500

Công trình vào vận hành năm 2024 4600

Điện gió+ Năng lượng tái tạo 550

Công trình vào vận hành năm 2025 6100

6 NĐ Long Phú III #1 1000 PVN

Điện gió+ Năng lượng tái tạo 600

Công trình vào vận hành năm 2026 5550

Điện gió+ Năng lượng tái tạo 600

Công trình vào vận hành năm 2027 6350

Điện gió+ Năng lượng tái tạo 700

Công trình vào vận hành năm 2028 8050

6 NĐ Kiên Lương III #2 1000

Điện gió+ Năng lượng tái tạo 800

Công trình vào vận hành năm 2029 9950

Điện gió+ Năng lượng tái tạo 950

Công trình vào vận hành năm 2030 10000

1 TĐ tích năng miền Nam III #4 300

3 NĐ than miền Nam 1000 #1,2,3,4,5 5000

Điện gió + Năng lượng tái tạo 1150

1.2.4 Kế hoạch phát triển lưới điện

Chương trình phát triển hệ thống lưới điện chuyên tải trong QHĐVII bao gồm dự kiến phát triển lưới điện (đường dây tải điện và trạm biến áp) ở các cấp điện

áp 500kV và 220kV trong giai đoạn đến năm 2020, định hướng phát triển lưới điện truyền tải 500kV và 220kV trong giai đoạn đến năm 2025 và 2030

Giai đoạn từ 2011 - 2015 do tình hình xây dựng nguồn điện chậm tại miền Nam nên xảy ra truyền tải cao từ miền Bắc vào miền Trung và miền Trung vào miền Nam (đặc biệt trong các năm 2013, 2014) Vì vậy trước mắt cần thực hiện ngay các giải pháp nâng cấp và tăng cường hệ thống truyền tải điện Bắc – Trung – Nam như: nâng dòng điện định mức các tụ bù dọc trên đường dây 500kV toàn

tuyến, xây dựng nhanh đường dây 500kV nhập khẩu điện Lào từ khu vực Tây Nguyên về miền Nam (đường dây này trước mắt đóng vai trò tăng cường truyền tải Trung – Nam để hạn chế thiếu điện cho miền Nam), đẩy nhanh tiến độ của các đường dây 500kV Hà Tĩnh – Vũng áng - Đồng Hới - Huế, ĐZ 500kV Đak Nông – Bình Long - Phước Long

Giai đoạn 2016 – 2020 tại khu vực Bắc Trung Bộ sẽ đi vào vận hành các tổ máy đầu tiên của các trung tâm điện lực lớn như Vũng áng, Quảng Trạch, Quỳnh Lưu, dòng công suất tại khu vực này truyền tải ra các khu vực khác dần tăng cao Trong trường hợp này cần xem xét các phương án sau:

- Tăng cường truyền tải từ khu vực Bắc Trung Bộ ra phía Bắc

- Tăng cường đường dây truyền tải giữa Hà Tĩnh và Đà Nẵng (tăng cường truyền tải Bắc – Trung)

- Mở rộng lưới 500kV liên kết khu vực

- Xem xét lại tiến độ vận hành của các nhà máy điện dự kiến

Giai đoạn 2021 – 2030 các trung tâm điện lực lớn tại khu vực Bắc Trung Bộ

sẽ vào vận hành với cấu hình hoàn chỉnh nên trong giai đoạn này cần xây dựng các đường dây siêu cao áp

Chi tiết về khối lượng xây dựng TBA và Đường dây theo Tổng sơ đồ 7 như sau:

Bảng 10: Tổng hợp khối lượng lưới điện ở các cấp điện áp cần

xây dựng giai đoạn 2011-2030

Hiện có

Các giai đoạn (20xx-20xx) Tổng Hiện

có 11-15 16-20 21-25 21-30 11-20 21-30

I LƯỚI CHUYÊN TẢI

1 Đường dây tải điện, km

1.2.5 Nhận xét chung về thực trạng hệ thống điện Việt Nam

Từ những số liệu, phân tích về hiện trạng hệ thống điện và nhu cầu sử dụng điện của nước ta ở phần trên ta thấy trong giai đoạn 2001-2009, nhu cầu sử dụng điện tăng lên 2,6 lần trong khi nguồn điện tăng trưởng điện chỉ đạt 2,45 lần Đặc biệt, trong thời gian nắng nóng từ tháng 5 đến tháng 8, nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt của người dân tăng đột biến, kết hợp với tình trạng khô hạn do hiện tượng nóng lên của trái đất, dẫn đến nguồn cung cấp điện không đáp ứng được nhu cầu điện Giải pháp cắt điện luân phiên các khu vực gây ra thiệt hại lớn cho các doanh nghiệp, cho nền kinh tế của đất nước và tạo ra sự bức xúc của người dân

* Các thông số của máy cắt

1 Điện áp định mức: là điện áp dây đặt lên thiết bị với thời gian làm việc dài

hạn mà cách điện MC không bị hỏng hóc, tính theo trị hiệu dụng

2 Dòng điện định mức (I cđm): là trị số hiệu dụng của dòng điện chạy qua MC

trong thời gian dài hạn mà MC không bị hỏng hóc

3 Dòng điện ổn định nhiệt với thời gian tương ứng: là trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch, chạy trong thiết bị với thời gian cho trước mà nhiệt độ của vòng mạch dẫn điện không vượt quá nhiệt độ cho phép ở chế độ làm việc ngắn mạch

4 Dòng điện ổn định điện động: là trị số lớn nhất của dòng điện mà lực điện động do nó sinh ra không làm hỏng thiết bị

5 Công suất cắt định mức của MC ba pha (còn gọi là dung lượng cắt): được tính theo công thức : Scđn = 3Uđm.Icđm

Trong đó : Uđm : là điện áp định mức của máy cắt

6 Thời gian đóng: là quãng thời gian từ khi có tín hiệu “đóng” đưa vào MC đến khi MC đóng hoàn toàn Thời gian này phụ thuộc vào đặc tính của cơ cấu truyền động và hành trình của tiếp điểm động

7 Thời gian cắt của MC: là quãng thời gian từ khi có tín hiệu cắt đến khi hồ quang bị dập tắt hoàn toàn.Thời gian này phụ thuộc vào đặc tính của cơ cấu cắt (thường lò xo được tích năng trong quá trình đóng) và thời gian cháy của

hồ quang

* Các yêu cầu của máy cắt

1 Độ tin cậy cao cho mọi chế độ làm việc

2 Quá điện áp khi cắt thấp

3 Thời gian đóng và thời gian cắt nhanh

4 Không gây ảnh hưởng đến môi trường

5 Dễ bảo dưỡng, kiểm tra, thay thế

6 Kích thước nhỏ, gọn, tuổi thọ cao

2.2 Phân loại máy cắt

Máy cắt phân loại dựa theo: môi trường dập hồ quang, theo môi trường làm việc, theo kết cấu

2.2.1 Phân loại theo môi trường dập hồ quang

- Máy cắt dầu ( nhiều dầu, ít dầu)

- Máy cắt lắp đặt ngoài trời

2.2.3 Phân loại theo kết cấu

- Máy cắt hợp bộ (thường được ghép tổ hợp với các thiết bị khác như DCL, các thiết bị điều khiển, đo lường, bảo vệ hay còn gọi là máy cắt trọn bộ)

- Máy cắt rời

2.3 Máy cắt nhiều dầu

Cấu tạo

1: Thùng chứa dầu 2: Dầu MBA 3: Nắp thùng 4: Hai sứ xuyên 5: Lò xo cắt 6: Bộ truyền động 7: Tiếp điểm tĩnh 8: Tiếp điểm động 9: Lớp lót cách điện Hình 8: Máy cắt nhiều dầu

Nhược điểm chính của máy cắt loại này là kích thước, khối lượng lớn, cần phải làm sạch dầu, bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp và dễ gây ra cháy nổ

Hình 9: Máy cắt ít dầu 1: Trục truyền động

2: Tiếp điểm động 3: Thanh truyền 4: Con lăn

5 Ống cách điện

6 Sứ trên

7 Sứ dưới

2.5 Máy cắt không khí nén

Không khí khô, sạch được nén với áp suất cao (từ 20 đến 40 at) dùng để thổi

hồ quang và để thao tác máy cắt, vì vậy máy cắt loại này được gọi là máy cắt không khí nén hay máy cắt không khí

Cách điện và buồng dập hồ quang ở đây là cách điện rắn hoặc sứ

Buồng dập hồ quang có 2 loại: thổi ngang và thổi dọc

Ưu điểm chính của MC không khí nén là khả năng cắt lớn, có thể đạt đến dòng cắt 100 kA, thời gian cắt bé nên tiếp điểm có tuổi thọ cao Mặt khác máy cắt loại này không sợ nổ như ở máy cắt dầu

Nhược điểm chính của loại máy cắt này là thiết bị khí nén đi kèm Vì vậy chỉ nên dùng cho những trạm có số lượng MC lớn

Đến nay thì các loại MC đã được thay thế dần bằng MC khí SF6 và MC chân

không

Hình 10: Máy cắt khí nén 1: Bình chứa KK nén

1: Tủ điều khiển 2: Sứ đỡ

3: Bình cắt 4: Sứ xuyên 5: Tụ phân áp

Hình 11: Một loại khác máy cắt không khí nén

Hình 12: Máy cắt không khí

2.6 Máy cắt khí SF 6

Để tăng hiệu ứng dập hồ quang trong môi trường khí và giảm kích thước cách điện, người ta thường sử dụng khí SF6

Ưu điểm máy cắt khí SF6:

- Ở áp suất bình thường, độ bền điện của khí SF6 gấp 2.5 lần so với không khí, còn khi áp suất 2 at độ bền điện của khí này tương đương với dầu BA

- Hệ số dẫn nhiệt của SF6 cao gấp 4 lần không khí, vì vậy có thể tăng mật độ dòng điện trong mạch vòng dẫn điện, giảm khối lượng đồng

- Khả năng dập hồ quang của buồng dập hồ quang kiểu thổi dọc khí SF6 lớn gấp 5 lần so với không khí, vì vậy giảm được thời gian cháy của hồ quang, tăng khả năng cắt, tăng tuổi thọ tiếp điểm

- SF6 là loại khí trơ, không phản ứng với oxy, hydro, ít bị phân tích thành các khí thành phần

Nhược điểm chính của loại này là nhiệt độ hóa lỏng thấp Ở áp suất 13,1 at nhiệt độ hóa lỏng của nó là 00C, còn ở áp suất 3,5 at là -400C Vì vậy máy cắt khí

SF6 chỉ dùng ở áp suất không cao để tránh phải dùng thiết bị hâm nóng Mặt khác khí này chỉ có chất lượng tốt khi không có tạp chất

2.8 Máy cắt chân không

7 Cơ cấu thao tác lò xo xoắn

Hình 14: Máy cắt chân không

Ưu điểm của máy cắt chân không là vận hành và bảo dưỡng dễ dàng, dung lượng cắt lớn, kích thước gọn nhẹ, làm việc rất chắc chắn, được chế tạo với dòng định mức đến 5000A và dòng điện cắt đến 63 và 80kA Tùy theo yêu cầu có thể dùng bộ truyền động bằng tay, lò xo, khí nén, động cơ, …

Nhược điểm của máy cắt chân không là khi một thiết bị đóng cắt đóng mạch,

có thể sẽ xảy ra phóng điện trước giữa các tiếp điểm đang khép vào, kết quả là có thể xuất hiện một sóng chạy tại thành phần cảm ứng và tại đó nó sẽ được phản xạ trở lại buồng cắt Các sóng đó có thể chạy qua chạy lại nhiều lần và có thể gây phóng điện trở lại trong buồng cắt

CHƯƠNG 3

3 GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 500KV THƯỜNG TÍN

VÀ MÁY CẮT KHÍ SF6 GL314 3.1 Giới thiệu về trạm biến áp 500kV Thường Tín

Trạm biến áp 500kV Thường Tín được xây dựng trên địa bàn thôn Văn Trai,

xã Văn Phú và thôn Văn Giáp, xã Văn Bình, huyện Thường Tín, thành phố Hà Nội Được đưa vào vận hành từ tháng 9 năm 2005, trạm biến áp 500kV Thường Tín có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải khu vực thành phố Hà Nội và khu vực Nam Sông Hồng

Sau đó Trạm biến áp 500kV Thường Tín được mở rộng theo các dự án:

“Đường dây 500kV Quảng Ninh-Thường Tín và trạm biến áp 500kV Quảng Ninh” năm 2010 và “Mở rộng trạm biến áp 500kV Thường Tín” năm 2010

Quy mô hiện trạng trạm biến áp 500kV Thường Tín như sau:

3.1.1 Phần điện nhất thứ

3.1.1.1 Công suất của trạm

Trạm được thiết kế lắp đặt 2 tổ máy biến áp 500kV - 3x150MVA với các thông số sau:

Bảng 11: Thông số máy biến áp

Tỷ số biến 500/√3:225/√3:35 500/√3:225/√3:35

Unm%

HV-MV HV-LV MV-LV