Giáo trình: Hệ thống điện truyền tải và phân phối Hồ Văn Hiến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ VĂN HIẾN HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI PHÂN PHỐI (Tái lần thứ có sửa chữa, bổ sung) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2005 MỤC LỤC Lời nói đầu 13 Chương CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 15 1.1 Mở đầu 15 1.2 Cấp phân phối hệ thống điện 16 1.3 Hệ thống phân phối hình tia 17 1.4 Hệ thống mạch vòng thứ cấp 19 1.5 Mạch vòng sơ cấp 20 1.6 Hệ thống mạng điện phân phối thứ cấp 21 1.7 Hệ thống mạng điện sơ cấp 23 1.8 Cấùp truyền tải phụ hệ thống điện 24 1.9 Trạm biến áp phân phối 26 1.10 Cấp truyền tải hệ thống điện 29 1.11 Cấp liên hợp hệ thống 32 1.12 Các toán hệ thống điện 33 1.13 Giới thiệu hệ thống điện Việt Nam 34 Chương THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁP 38 2.1 Các đặc tính dây dẫn 38 A ĐIỆN CẢM CỦA DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 45 2.2 Các hệ thức điện cảm 45 2.3 Điện cảm bán kính trung bình nhân dây dẫn 48 2.4 Điện cảm đường dây pha 50 2.5 Điện cảm đường dây ba pha 51 2.6 Đường dây đơn ba pha đối xứng 52 2.7 Đường dây đơn ba pha hoán vị 53 2.8 Đường dây ba pha lộ kép 54 2.9 Duøng bảng để tra cảm kháng dây dẫn 55 B ĐIỆN DUNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 60 2.10 Điện trường cực song song, điện tích điểm dây dẫn hình trụ 60 2.11 Điện dung đường dây pha 62 2.12 Điện dung đường dây ba pha đối xứng 63 2.13 Điện dung đường dây lộ kép 65 C TỔN HAO VẦNG QUANG CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN - ĐIỆN DẪN TÁC DỤNG CỦA ĐƯỜNG DÂY 67 2.14 Hiện tượng vầng quang tổn hao vầng quang 67 D ĐIỆN TRỞ CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 70 2.15 Điện trở dây dẫn 70 2.16 Khả mang tải dây dẫn không 71 E CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY CÁP NGẦM 72 2.17 Điện trở cảm kháng cáp ngầm 73 2.18 Điện dung đường dây cáp 77 BÀI TẬP CHƯƠNG 81 Chương MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀ KHẢO SÁT VẬN HÀNH 84 3.1 Mở đầu 84 3.2 Truyền tải điện ba pha 84 3.3 Đường dây truyền tải ngắn 85 3.4 Đường dây có chiều dài trung bình 86 3.5 Đường dây tải điện dài 88 3.6 Mạch tương đương đường dây dài 94 3.7 Cách tính số mạch A, B, C, D, đường dây tải điện 96 3.8 Mô hình mạch điện đường dây dài 101 3.9 Tính toán vận hành đường dây tải điện ngắn 102 3.10 Tính toán đường dây biểu diễn theo sơ đồ hình π 110 3.11 Phương trình công suất đường dây 114 BÀI TẬP CHƯƠNG 118 Chương BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN 122 4.1 Biểu diễn máy phát điện đồng 122 4.2 Thanh caùi vô hạn 125 4.3 Biểu diễn máy biến aùp 125 4.4 Sơ đồ sợi (đơn tuyến) 136 4.5 Biểu diễn phần tử mạng điện hệ đơn vị có tên 137 4.6 Biểu diễn phần tử mạng điện hệ đơn vị tương đối 139 4.7 So sánh đơn vị có tên đơn vị tương đối 145 BÀI TẬP CHƯƠNG 146 Chương PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 151 5.1 Mở đầu 151 5.2 Ma traän tổng dẫn (YBUS hay YTC) ma trận tổng trở (ZBUS hay ZTC) 151 5.3 Các phép biến đổi ma trận mạng điện 153 5.4 Các phương pháp toán số chọn lọc 168 5.5 Định nghóa toán phân bố công suất 179 5.6 Phân biệt loại điểm nút hệ thống điện 180 5.7 Các phương trình 180 5.8 Khaûo sát phân bố công suất dùng ma trận YTC phép lặp Gauss – Seidel 185 5.9 Phaân bố công suất dùng ma trận ZBUS phép lặp Gauss–Zeidel 189 5.10 Phân bố công suất phương pháp Newton– Raphson 190 5.11 Phương pháp phân lập Jacobi 199 BÀI TẬP CHƯƠNG 204 Chương ÁP DỤNG MATLAB VÀO HỘP CÔNG CỤ HỆ THỐNG ĐIỆN (POWER SYSTEM TOOLBOX) 210 6.1 Giới thiệu 210 6.2 Tính toán thông số đường dây 212 6.3 Mô hình đường dây 215 6.4 Tóm tắt đặc trưng đường dây tải điện 218 6.5 Bù đường dây 224 6.6 Caùc chương trình vận hành đường dây 228 6.7 Các chương trình phân bố công suất 237 6.8 Chương trình thành lập ma trận tổng trở 250 6.9 Chương trình tính toán ngắn mạch không đối xứng 256 BÀI TẬP CHƯƠNG 266 Chương TÍNH TOÁN MẠNG PHÂN PHỐI 275 7.1 Mở đầu 275 7.2 Tính toán mạng điện hở mạng điện kín đơn giản 275 7.3 Đường dây có phụ tải phân bố 294 7.4 Đường dây có phụ tải phân bố tăng dần 301 7.5 Các đặc trưng đồ thị phụ tải 302 7.6 Tổn thất công suất máy biến áp 308 7.7 Tổn thất điện trạm biến áp 310 7.8 Chọn tiết diện dây mạng phân phối 314 BÀI TẬP CHƯƠNG 321 Chương TÍNH TOÁN KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 327 8.1 Sự phát triển kinh tế Hệ thống điện 327 8.2 Suất chi phí cố định hàng năm 331 8.3 Chi phí đầu tư 332 8.4 Chi phí vận hành hàng năm 332 8.5 Hàm mục tiêu so sánh phương án 337 8.6 Áp dụng tính tiết diện kinh tế đường dây không dây cáp 338 8.7 Lựa chọn tiết diện dây dẫn đường dây truyền tải không theo phạm vi kinh teá 340 BÀI TẬP CHƯƠNG 343 Chương GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 345 9.1 Mở đầu 345 9.2 Tổn thất hệ thống tiêu biểu 346 9.3 Nguyên tắc phân tích tổn thất 347 9.4 Sự phân tán, công suất dự trữ tổn thất tổn thất 348 9.5 Tính kinh tế việc giảm tổn thất, lợi ích cho công ty 349 9.6 Các biện pháp giảm tổn thất điện 350 9.7 Nâng cao cosϕ đường dây 352 9.8 Hệ số công suất kinh tế 359 9.9 Vận hành kinh tế trạm biến áp 361 9.10 Buø kinh tế mạng điện 362 9.11 Tính toán bù kinh tế phương pháp ma trận 366 9.12 Bù công suất kháng đường dây phân phoái 372 9.13 Phân bố dung lượng bù mạng điện xí nghiệp 379 9.14 Phân bố kinh tế công suất mạng điện kín 383 BÀI TẬP CHƯƠNG 388 Chương 10 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 391 10.1 Khái niệm chung điều chỉnh điện aùp 391 10.2 Điện áp sử dụng 391 10.3 Độ trải điện áp 392 10.4 Những phương tiện để điều chỉnh điện áp hệ thống 393 10.5 Bù ngang mạng điện hình tia 394 10.6 Ảnh hưởng tụ điện tónh bù ngang 497 10.7 Giảm điện kháng đường dây - Bù dọc tụ điện tónh 403 10.8 Điều chỉnh điện áp hệ thống phức tạp cách đưa công suất kháng vào 409 10.9 Đầu phân áp máy biến áp 414 10.10 Chọn đầu phân áp máy biến áp 416 10.11 Máy biến áp điều khiển điện áp góc pha 421 10.12 Các loại điều chỉnh điện áp 423 10.13 Bảo vệ kích thích máy phát - máy biến áp 435 BÀI TẬP CHƯƠNG 10 436 Chương 11 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 438 11.1 Sự phụ thuộc tần số điện áp vào cân công suất 438 11.2 Sự cân dự trữ công suất tác dụng hệ thống điện 442 11.3 Sự cân dự trữ công suất phản kháng hệ thống 443 11.4 Phân bố thiết bị bù cưỡng mạng điện 443 11.5 Tính toán thực dụng bù cưỡng phương pháp ma trận 445 Chương 12 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT 453 12.1 Mở đầu 453 12.2 Caùc ràng buộc vận hành 453 12.3 Dự báo tải ngắn haïn 454 12.4 Sự phân bố kinh tế tải máy phát bên nhà máy 455 12.5 Kỹ thuật thừa số phạt có xét tổn thất đường dây 459 12.6 Xác định phương trình tổn thất 460 12.7 Quaù trình giải toán vận hành kinh tế 465 12.8 Biến đổi hệ thống có m phụ tải thành hệ thống có phụ tải tổng hợp 473 12.9 Định thời biểu huy động tổ máy phát 475 BÀI TẬP CHƯƠNG 12 478 Chương 13 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN 479 13.1 Mở đầu 479 13.2 Đồ thị phụ tải điện 480 13.3 Các định nghóa ký hiệu đại lượng 480 13.4 Các hệ số đặc trưng cho thiết bị tiêu thụ điện đồ thị phụ tải 483 13.5 Số thiết bị hiệu cách xác định 497 13.6 Caùc phương pháp xác định phụ tải tính toán 501 13.7 Xác định phụ tải đỉnh nhọn 505 13.8 Trình tự tính toán phụ tải điện cấp hệ thống 507 13.9 Sự phát triển phụ tải điện 509 BÀI TẬP CHƯƠNG 13 509 Chương 14 TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP (HVDC) 510 14.1 Giới thiệu 510 14.2 Cấu hình hệ thống HVDC phần tử 511 14.3 Các phần tử hệ thống truyền tải HVDC 512 14.4 Thuận lợi không thuận lợi hệ thống HVDC 514 14.5 Bộ biến đổi phương trình 515 14.5 Bộ biến đổi nhiều cầu 525 14.7 Điều khiển hệ thống HVDC 528 14.8 Ngắn mạch đường dây DC 533 14.9 Mô hình hệ thống HVDC 534 14.10 So sánh kinh tế hai đường AC DC 543 14.11 Các dự kiến tương lai 545 PHẦN PHỤ LỤC PHỤ LỤC Bảng PL1.1 Đặc tính lý dây dẫn 546 Bảng PL1.2 Các số liệu tính toán dây đồng dây nhôm 547 Bảng PL1.3 Số liệu tính toán dây nhôm lõi thép 548 Bảng PL1.4 Cảm kháng đường dây không Bảng PL1.5 Dung dẫn đường dây không Ω.10−3 549 km 10−6 550 Ωkm Bảng PL1.6 Điện trở điện kháng phẳng 550 Bảng PL1.7 Thông số kỹ thuật dây nhôm hãng LENS (Pháp) chế tạo 551 Bảng PL1.8 Thông số kỹ thuật dây nhôm lõi thép hãng LENS (Pháp) chế tạo 552 Bảng PL1.9 Dây cáp nhôm lõi thép 553 Bảng PL1.10 Cáp hợp kim nhôm lõi thép 554 Bảng PL1.11 Cáp đồng chất nhôm hợp kim 555 Baûng PL1.12 Caûm kháng đường dây không 556 Bảng PL1.13 Dung dẫn đường dây không 558 PHUÏ LUÏC Bảng PL 2.1 Cáp – 10 kV cách điện XLPE có đai thép vỏ PVC hãng ALCATEL (Pháp) chế tạo 560 Bảng PL2.2 Cáp 12 – 24 kV cách điện XLPE có đai thép, vỏ PVC hãng Alcatel chế tạo 561 Bảng PL2.3 Cáp nhôm hạ áp cách điện PVC hãng LENS chế tạo 562 Bảng PL 2.4 Cáp đồng hạ áp 1, 2, lõi cách điện PVC LENS chế tạo 563 Bảng PL 2.5 Cáp đồng hạ áp 3, lõi cách điện PVC LENS chế tạo 564 Bảng PL 2.6 Cáp đồng lõi 1,8 – kV cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo 565 Baûng PL 2.7 Cáp đồng lõi 3,6 – kV cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC hãng FURUKAWA chế taïo 566 Bảng PL 2.8 Cáp đồng – 10 kV, lõi cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC hãng FURUKAWA chế tạo 567 Bảng PL 2.9 Cáp đồng 8,7 – 1,5 kV, lõi, cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC hãng FURUKAWA chế tạo 568 10 Bảng PL 2.10 Cáp đồng lõi 12 – 24 kV cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC hãng FURUKAWA chế tạo 569 Bảng PL 2.11 Cáp đồng lõi, 18 – 36 kV, cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC hãng FURUKAWA chế tạo 570 PHUÏ LỤC Bảng PL 3.1 Dòng điện cho phép dây không bọc (dây trần), A 571 Bảng PL 3.2 Dòng điện phụ tải cho phép dây dẫn dây chùm ruột đồng có cách điện cao su policlovinin, A 571 Bảng PL 3.3 Dòng điện phụ tải cho phép dây dẫn ruột nhôm có cách điện cao su policlovinin, A 572 Baûng PL 3.4 Dòng điện phụ tải cho phép cáp ruột đồng có cách điện giấy tẩm nhựa thông nhựa không chảy có vỏ chì hay nhôm đặt đất, A 572 Baûng PL 3.5 Dòng điện phụ tải cho phép cáp ruột đồng có cách điện giấy tẩm nhựa thông nhựa không chảy, vỏ chì hay nhôm đặt không khí, A 573 Bảng Pl 3.6 Dòng điện phụ tải cho phép cáp ruột nhôm có cách điện giấy tẩm nhựa thông nhựa không chảy, vỏ chì hay nhôm đặt đất, A 573 Bảng PL 3.7 Dòng điện phụ tải cho phép cáp ruột nhôm có cách điện giấy tẩm nhựa thông nhựa không chảy, vỏ chì hay nhôm đặt không khí, A 574 Bảng PL 3.8 Dòng điện phụ tải cho phép cáp có cách điện giấy tẩm nhựa cách điện, vỏ chất policlovinin (mã hiệu BM, BM, ABM, ABM) đặt đất, A 574 Baûng PL 3.9 Dòng điện phụ tải lâu dài cho phép đồng nhôm (nhiệt độ tiêu chuẩn môi trường xung quanh +25o C ) 575 Bảng PL 3.10 Hệ số hiệu chỉnh k1 nhiệt độ môi trường xung quanh phụ tải cáp, dây dẫn cách điện không cách điện 576 Bảng PL 3.11 Hệ số hiệu chỉnh k số dây cáp đặt hầm cáp rãnh ñaát 576 PHỤ LỤC Bảng PL 4.1 Dây đồng cứng - AWG theo đơn vị MKS - Độ dẫn điện 100% 577 Bảng PL 4.2 Cáp đồng quấn đồng tâm - CM AWG theo đơn vị MKS - Độ dẫn điện 100% 578 Bảng PL 4.3 Dây nhôm cứng - AWG theo đơn vị MKS - Độ dẫn điện 61% 579 Bảng PL 4.4 Đặc tính dây đồng kéo cứng, độ dẫn điện 97,3% 580 Bảng PL 4.5 Dây nhôm lõi thép (ACSR) 582 Bảng PL 4.6 Đặc tính dây cáp nhôm lõi thép (ASCR) 584 11 Bảng PL4.7 Thành phần cảm kháng phân cách ( x ik = 0,00466f log Dik Ω/mile với Dik , feet, 60 Hz) 587 Baûng PL4.8 Thành phần dung kháng phân cách ( x′ik = 4, log Dik MΩ mile với f Dik , feet, ôû 60 Hz) 589 Bảng PL 4.9 Đặc tính cáp ba lõi, có đai cách điện, cách điện giấy, 60 Hz 591 Baûng PL 4.10 Đặc tính cáp lõi, có chắn, cách điện giấy, 60 Hz 593 Bảng PL 4.11 Đặc tính cáp lõi, sợi quấn đồng tâm, cách điện giấy, 60 Hz 594 Bảng PL 4.12 Dòng điện cho phép cáp ba lõi, đai cách điện, cách điện giấy 597 Bảng PL 4.13 Dòng điện cho phép cáp ba lõi, có chắn, cách điện giấy 600 Bảng PL 4.14 Dòng điện cho phép cáp lõi, cách điện giấy 603 PHỤ LỤC Bảng PL 5.1 Máy biến áp ba pha hai cuộn dây Nga chế tạo 610 Bảng PL 5.2 Thông số kỹ thuật máy biến áp phân phối ABB chế tạo 611 Bảng PL 5.3 Trạm biến áp trọn SIEMENS chế tạo 612 Bảng PL 5.4 Máy biến áp ba pha hai cuộn dây Việt Nam chế tạo 612 Bảng PL 5.5 Máy biến áp ba pha hai cuộn dây đặt trời 613 Bảng PL 5.6 Máy biến áp ba pha ba cuộn dây có ĐDT đặt trời 614 Bảng PL 5.7 Máy biến áp ba pha loại hai cuộn dây đặt nhà 615 Bảng PL 5.8 Máy biến áp hai cuộn dây Thông số kỹ thuật máy biến áp dầu hai cuộn dây 617 Bảng PL 5.9 Máy biến áp ba cuộn dây Thông số kỹ thuật máy biến áp ba cuộn dây 624 Baûng PL 5.10 Thông số kỹ thuật máy biến áp pha 629 Baûng PL 5.11 Máy biến áp tự ngẫu Thông số kỹ thuật máy biến áp tự ngẫu 630 Bảng PL 5.12 Điện kháng máy biến áp tổng trở (phần trăm công suất định mức) 635 PHỤ LỤC BẢNG PL 6.1 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 636 ... - AWG theo đơn vị MKS - Độ dẫn điện 100% 577 Bảng PL 4.2 Cáp đồng quấn đồng tâm - CM AWG theo đơn vị MKS - Độ dẫn điện 100% 578 Bảng PL 4.3 Dây nhôm cứng - AWG theo đơn vị MKS -. .. 1- Thông số đường dây, mô hình tính toán vận hành đường dây 2- Khảo sát phân bố công suất 3- Tính toán mạng phân phối 4- Tổn thất điện giảm tổn thất điện 5- Điều chỉnh điện áp hệ thống điện 6-. .. TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI biên soạn theo đề cương môn học “Hệ thống điện” - Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM, sinh viên ngành kỹ thuật điện, chuyên ngành hệ