Bài giảng Nhà máy điện và trạm - ĐH Phạm Văn Đồng

Hệ thống năng lƣợng là tập hợp những nhà máy điện, trạm biến áp, các hộ tiêu thụ điện và nhiệt năng, chúng đƣợc nối lại với nhau bằng các mạng điện và mạng nhiệt.. Hệ thống điện là một[r]

TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT-CÔNG NGHỆ

-

-BÀI GIẢNG

NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM

(BẬC: CAO ĐẲNG)

Quảng Ngãi, 2015

GV: Trƣơng Quang Sanh

BỘ MÔN: Điện-Điện tử

TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT-CÔNG NGHỆ

-

-BÀI GIẢNG

NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM

(BẬC: CAO ĐẲNG - 45 TIẾT)

Quảng Ngãi, 2015

GV: Trƣơng Quang Sanh

BỘ MÔN: Điện-Điện tử

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 7

CHƢƠNG 1 8

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 8

1.1 Năng lƣợng vấn đề sản xuất điện

1.2 Quá trình sản xuất điện nhà máy điện 11

1.3 Trạm biến áp 18

CHƢƠNG MÁY BIẾN ÁP 20

2.1 Khái niệm phân loại 21

2.2 Các thông số máy biến áp (MBA) 22

2.3 Tổ đấu dây MBA 24

2.4 Các hệ thống làm mát MBA 25

CHƢƠNG LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN 27

3.1 Chọn máy cắt điện 33

3.2 Chọn dao cách ly 36

3.3 Chọn máy biến điện áp (BU, TU) 37

3.4 Chọn máy biến dòng (BI, TI) 38

CHƢƠNG 4 41

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 41

4.1 Khái niệm chung 41

4.2 Các dạng sơ đồ nối điện 43

4.2.1 Sơ đồ hệ thống góp 43

4.2.2 Sơ đồ hệ thống góp phân đoạn nối mạch vịng 49

4.2.3 Sơ đồ hệ thống hai góp 50

4.2.4 Sơ đồ hai hệ thống góp có góp vịng 56

LỜI NÓI ĐẦU

Điện đƣợc sản xuất từ nhà máy điện, qua trạm tăng áp để truyền tải xa, sau đƣợc hạ áp thông qua trạm hạ áp để cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Vì vậy, Nhà máy điện Trạm biến áp hai khâu quan trọng hệ thống điện

Cuốn Bài giảng “Nhà máy điện Trạm” giúp trang bị cho sinh viên ngành Điện kiến thức Nhà máy điện, trạm biến áp nhƣ trình vận hành, thao tác, sửa chữa thiết bị gặp cố Đồng thời, giúp sinh viên tính chọn thiết bị thiết kế Nhà máy điện Trạm biến áp

Nội dung giảng gồm chƣơng:

Chƣơng 1: Khái niệm chung nhà máy điện trạm biến áp Chƣơng 2: Máy biến áp

Chƣơng 3: Lựa chọn khí cụ điện

Chƣơng 4: Sơ đồ nối điện nhà máy điện trạm biến áp

Do thời gian biên soạn có hạn nên khơng tránh đƣợc sai sót, mong góp ý xin gửi Bộ môn Điện - Điện tử, khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trƣờng Đại học Phạm Văn Đồng Trân trọng cảm ơn!

CHƢƠNG

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Năng lƣợng vấn đề sản xuất điện

Tăng trƣởng kinh tế gắn liền với gia tăng nhu cầu tiêu thụ lƣợng, đặc biệt điện Tăng trƣởng kinh tế nhanh đòi hỏi nguồn lƣợng sử dụng lớn Với tốc độ phát triển kinh tế giới nhu cầu tiêu thụ lƣợng, nguồn lƣợng truyền thống cạn kiệt dần Sự phụ thuộc ngày nhiều vào việc nhập nguyên nhiên liệu làm kìm hãm tốc độ tăng trƣởng kinh tế dẫn đến tình trạng bất ổn xã hội Vì lẽ đó, lƣợng đƣợc xem có quan hệ mật thiết tới tăng trƣởng kinh tế ổn định trị - xã hội

Hệ thống điện hệ thống lƣợng

Hệ thống lƣợng tập hợp nhà máy điện, trạm biến áp, hộ tiêu thụ điện nhiệt năng, chúng đƣợc nối lại với mạng điện mạng nhiệt

Hệ thống điện phận hệ thống lƣợng gồm có máy phát điện, thiết bị phân phối điện, mạng điện hộ tiêu thụ điện

Ngƣời ta chia hệ thống lƣợng thành phận chính:

 Nguồn phát lƣợng : Nhà máy điện sản xuất nhiệt điện  Bộ phận truyền tải : Mạng điện mạng nhiệt

 Các hộ tiêu thụ : Biến đổi điện nhiệt thành dạng lƣợng khác

* Đặc điểm hệ thống điện

 Sản xuất tiêu thụ phải đồng thời , cố phận làm

mất cân sản xuất tiêu thụ dẫn đến ngừng làm việc phần hay toàn hệ thống

 Các trình độ hệ thống lƣợng xảy nhanh, nên ngƣời

ta phải sử dụng thiết bị rơle tự động để loại trừ cố nhanh chóng

 Sự phát triển hệ thống lƣợng phụ thuộc vào phát triển

* Ƣu điểm hệ thống điện

 Đảm bảo phân phối công suất hợp lý kinh tế nhất, tận dụng thiết bị

nguyên liệu địa phƣơng cách hợp lý, giảm giá thành điện

 Nâng cao tính chất đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ

 Giảm đƣợc phần trăm công suất dự trữ tăng đƣợc công suất đơn vị tổ

máy

Hình 1.1 Sơ đồ kết nối nhà máy điện

* Nhƣợc điểm hệ thống điện

Xây dựng hệ thống lƣợng đòi hỏi phải tốn thêm vốn đầu tƣ xây dựng trạm biến áp đƣờng dây liên lạc Tuy nhiên đƣợc bù lại nhanh chóng việc hạ giá thành điện tăng độ tin cậy cung cấp điện nhiệt

* Vấn đề sản xuất điện

Để có đƣợc lƣợng dùng hộ tiêu thụ, lƣợng sơ cấp phải trải qua nhiều công đoạn nhƣ khai thác, chế biến, vận chuyển phân phối Các cơng đoạn địi hỏi nhiều chi phí tài chính, kỹ thuật ràng buộc xã hội

Năng lƣợng sơ cấp tồn tài dạng sau:

- Thế năng: nƣớc dịng thác, dịng sơng độ dốc định, nƣớc thủy triều,

- Động năng: lƣợng gió, lƣợng sóng biển

- Nhiệt năng: lƣợng mặt trời, địa nhiệt, nhiệt đại dƣơng - Năng lƣợng hạt nhân: lƣợng lò phản ứng hạt nhân - Cơ năng: sức kéo động vật, sức kéo ngƣời

Sau khai thác qua công đoạn biến đổi lƣợng sơ cấp chuyển thành lƣợng thứ cấp nhƣ điện năng, nhiệt năng, dầu đốt, khí đốt, Năng lƣợng thứ cấp đƣợc phân phối cho hộ tiêu thụ Các thiết bị tiêu thụ lƣợng biến đổi lƣợng thành lƣợng hữu ích

Việt Nam quốc gia sở hữu nguồn tài nguyên nƣớc phong phú, tiêu biểu dịng chảy sơng MeKong Tiềm phát triển thủy điện lớn Đặc biệt, địa hình đồi núi dốc miền bắc tạo lợi cho vùng phát triển thủy điện Tuy nhiên, lƣợng điện sản xuất thuỷ điện lại chịu ảnh hƣởng lớn từ lƣợng mƣa hàng năm nên việc sản xuất thuỷ điện Việt Nam khó chủ động Để đáp ứng nhu cầu sản xuất nƣớc, việc xây nhà máy nhiệt điện hay điện hạt nhân yêu cầu cấp bách Chính phủ Việt Nam nắm bắt đƣợc nguy tích cực đầu tƣ xây dựng sở hạ tầng sản xuất điện

Ngành kinh doanh điện Việt Nam ngành độc quyền dƣới quản lý tập trung Tập đoàn điện lực quốc gia (EVN) Điện đƣợc cung cấp dựa vào việc công ty điện tƣ nhân bán điện cho EVN Cơ cấu điện lực Việt Nam nhiệt điện chiếm khoảng 60%, thủy điện chiếm khoảng 40%

1.2 Quá trình sản xuất điện nhà máy điện

1.2.1 Khái niệm, phân loại nhà máy điện

Hình 1.2 Nhà máy Nhiệt điện Nghi Sơn 1

Nhà máy điện xí nghiệp đặc biệt có nhiệm vụ biến đổi dạng lƣợng khác nhƣ lƣợng nhiên liệu ( than, dầu, khí đốt, ) lƣợng nƣớc, gió, mặt trời, thành điện để cung cấp cho hộ tiêu thụ

Phân loại

Căn vào loại nhiên liệu sử dụng cho nhà máy điện ngƣời ta chia loại sau:

a Nhà máy nhiệt điện (NĐ):

Trong NĐ ngƣời ta dùng nhiên liệu than đá, dầu khí đốt Nhà máy nhiệt điện đƣợc chia làm hai loại:

- Nhà máy nhiệt điện ngƣng - Nhà máy nhiệt điện trích b Nhà máy thủy điện (TĐ):

Hình 1.3 Nhà máy thủy điện

c Nhà máy điện nguyên tử (NT):

Hình 1.4 Nhà máy điện nguyên tử

Thực chất nhà máy điện nguyên tử nhà máy nhiệt điện, lị đốt than đƣợc thay lò phản ứng nguyên tử

d Nhà máy điện dùng sức gió:

Hình 1.5 Nhà máy điện gió

e Nhà máy điện dùng lƣợng mặt trời:

Thực chất nhà máy nhiệt điện, lị than đƣợc thay hệ thống kính thu nhận nhiệt mặt trời

Hình 1.6 Nhà máy lƣợng mặt trời

Hình 1.7 Nhà máy điện thủy triều 1.2.2 Quá trình sản xuất điện nhà máy điện

a Nhà máy nhiệt điện ngƣng

- Ở nhà máy nhiệt điện, biến đổi lƣợng đƣợc thực theo nguyên lý sau: Nhiệt ==> Cơ ==> Điện

- Nhiên liệu dùng để đốt lò than đá, than bùn, khí đốt, loại dầu nặng, tre, … - Hơi nƣớc có nhiệt độ áp suất cao (khoảng 5500C, 250 at/cm2)

1 kho nhiên liệu; hệ thống cấp nhiên liệu; lị hơi; tuabin; bình ngƣng; bơm tuần hoàn; bơm ngƣng tụ; bơm cấp nƣớc; vịi đốt; 10 quạt gió; 11 quạt

khói; 12 sấy khơng khí; 13 hâm nƣớc; 14 bình gia nhiệt hạ áp; 15 khử khí; 16 bình gia nhiệt cao áp

Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện ngƣng

Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện đƣợc trình bày nhƣ hình 1.2 Từ kho nhiên liệu qua hệ thống cấp nhiên liệu 2, nhiên liệu đƣợc đƣa vào lị Nhiên liệu đƣợc sấy khơ khơng khí nóng từ quạt 10, qua sấy khơng khí 12 Nƣớc đƣợc sử lý hóa học, qua hâm nƣớc 13 đƣa vào nồi lị Trong lị xảy phản ứng cháy: hóa biến thành nhiệt Khói sau qua hâm nƣớc 13 sấy khí 12 để tận dụng nhiệt, ngồi qua ống khói nhờ quạt 11

Hơi nƣớc sau khỏi tuabin có thơng số thấp vào bình ngƣng 5, nƣớc đọng thành nƣớc nhờ hệ thống làm lạnh tuần hồn Nƣớc làm lạnh đƣợc lấy từ sơng hồ bơm tuần hồn Từ bình ngƣng 5, nƣớc ngƣng tụ đƣợc đƣa qua bình gia nhiệt hạ áp 14 đến khử khí 15 nhờ bơm ngƣng tụ Để bù lƣợng nƣớc thiếu hụt q trình làm việc, thƣờng xun có lƣợng nƣớc bổ sung cho nƣớc cấp đƣợc đƣa qua khử 15

Nƣớc ngƣng tụ nƣớc bổ sung sau đƣợc sử lý, nhờ bơm cấp nƣớc đƣợc đƣa qua bình gia nhiệt cao áp 16, hâm nƣớc 13 trở nồi lò

Ngƣời ta trích phần nƣớc số tầng tuabin để cung cấp cho bình gia nhiệt hạ áp 14, cao áp 16 khử khí 15

b Nhà máy điện nguyên tử

- Dùng lò phản ứng hạt nhân để cung cấp nhiệt cho nhà máy

- Phân hủy 1kg U235 tạo nhiệt tƣơng đƣơng với đốt 2900 than đá - Nhà máy điện nguyên tử có đặc điểm sau:

+ Khối lƣợng nhiên liệu nhỏ

+ Khơng thải khói ngồi khí + Vốn đầu tƣ xây dựng lớn

+ Hiệu suất cao nhà máy nhiệt điện

Sơ đồ nguyên lý trình sản xuất nhƣ nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi, khác điểm sau:

- Lò đƣợc thay lò phản ứng hạt nhân;

- Để tránh nguy hiểm cho ngƣời thiết bị phóng xạ, ngƣời ta dùng hai hay ba vịng chu trình nhiệt khơng phải có vịng chu trình nhiệt nhƣ nhà máy nhiệt điện ngƣng

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện hạt nhân

Nguyên lý hoạt động:

* Chu trình thứ I:

- Nhiệt lƣợng tạo tâm lị phản ứng làm nóng chất dẫn nhiệt tâm lò

- Chất dẫn nhiệt chuyển nhiệt lƣợng đến lò trao đổi nhiệt với chu trình thứ II

- Sau trao đổi nhiệt với chu trình thứ II Chất dẫn nhiệt giảm nhiệt độ đƣợc bơm trở lại lõi lò

- Tùy theo cấu trúc lị mà chất tải nhiệt chất khí, nƣớc bốc hay nƣớc áp lực

- Do tiếp xúc trực tiếp với chất phóng xạ nên chất tải nhiệt phải đƣợc bảo vệ tốt khơng đƣợc mơi trƣờng ngồi rị rỉ chu trình thứ II

* Chu trình thứ II:

- Tại lò hơi, Nƣớc chu trình thứ II sau trao đổi nhiệt với chu trình thứ đƣợc bốc chuyển thành nhiệt

- Hơi nhiệt đƣợc đƣa đến làm quay Turbine

- Turbine nối với trục máy phát phát điện qua máy biến áp lên hệ thống điện

- Nƣớc đƣợc bơm trở lại lò để trao đổi nhiệt với chu trình I * Chu trình thứ III:

- Tại bình ngƣng, Nƣớc lạnh đƣợc bơm từ sông lên để trao đổi nhiệt với nƣớc từ chu trình thứ II sau qua Turbine

- Sau trao đổi nhiệt, nƣớc nóng đƣợc đƣa tháp tản nhiệt

- Tại tháp tản nhiệt, nƣớc nóng đƣợc phun qua vịi nhỏ biến thành bốc đƣa

c Nhà máy thủy điện

- Ở nhà máy thủy điện, thủy đƣợc biến thành điện - Đặc điểm nhà máy thủy điện:

+ Không gây ô nhiễm môi trƣờng

+ Thiết bị tƣơng đối đơn giản, gần nhƣ hoàn toàn tự động + Số ngƣời vận hành

+ Giá thành sản xuất 1kWh điện rẻ

+ Thời gian nhận tải nhà máy thủy điện nhanh

- Ngồi kiểu nhà máy thủy điện thơng thƣờng cịn có nhà máy thủy điện tích

1.3 Trạm biến áp 1.3.1 Khái niệm

Hình 1.10 Trạm biến áp 1.3.2 Phân loại trạm biến áp

a Trạm tăng áp

Trạm tăng áp thƣờng đặt nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi điện áp từ điện áp máy phát lên cấp điện áp cao để truyền tải đến hộ tiêu thụ xa b Trạm hạ áp

Trạm hạ áp đặt hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp từ cấp điện áp xuống cấp điện áp thích hợp cho hộ tiêu thụ điện

c.Trạm biến đổi điện xoay chiều thành chiều ngƣợc lại d Trạm phân phối điện

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG Câu 1: Hãy trình bày dạng lƣợng sơ cấp?

Câu 2: Phân loại nhà máy điện?

CHƢƠNG MÁY BIẾN ÁP 2.1 Khái niệm phân loại

2.1.1 Khái niệm

Hình 2.1 Máy biến áp

Máy biến áp (MBA) thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ, thực nhiệm vụ biến đổi điện từ cấp điện áp sang cấp

điện áp khác cho phù hợp với yêu cầu truyền tải phân phối lƣợng điện

Điện đƣợc truyền tải từ nhà máy điện (NMĐ) đến hộ tiêu thụ thƣờng qua nhiều lần biến đổi điện áp máy biến áp tăng giảm áp Do đó, tổng công suất máy biến áp hệ thống điện thƣờng gấp 5-6 lần tổng công suất máy phát có hệ thống

2.1.2 Phân loại máy biến áp

- Phân loại theo nhiệm vụ: + MBA tăng áp + MBA giảm áp - Phân loại theo số pha:

+ Máy biến áp pha + Máy biến áp pha - Phân loại theo số cuộn dây:

+ MBA ba cuộn

+ MBA hai cuộn dây

+ MBA có cuộn dây phân chia + MBA tự ngẫu

- Phân loại theo phƣơng pháp làm mát:

+ Máy biến áp kiểu khô: Cách điện điện môi rắn, làm mát không khí

+ Máy biến áp kiểu dầu: Cách điện môi trƣờng làm mát chủ yếu dầu

 Làm mát tự nhiên dầu

 Làm mát dầu tuần hồn tự nhiên có quạt gió

 Tuần hồn cƣỡng dầu khơng khí

 Làm mát dầu nƣớc

- Theo phƣơng pháp điều chỉnh điện áp: + Máy biến áp thƣờng

+ Máy biến áp điều áp dƣới tải

2.2 Các thông số máy biến áp (MBA) 2.2.1 Công suất định mức máy biến áp