Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Bộ lao động thương binh xà hội Trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định TP BI GING VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN Mã số : TB2012-03-11 Ban biên soạn: Th.S Hà Thị Thịnh Th.S Nguyn Tin c Nam định 2012 M U Vn hnh điều khiển hợp lý thiết bị điện nói riêng hệ thống điện nói chung, khơng nâng cao khả sử dụng kéo dài tuổi thọ chúng mà cho phép nâng cao hiệu kinh tế tồn hệ thống lưới điện Vì kiến thức vận hành điều khiển hệ thống điện cần thiết kỹ sư, cán ngành điện, đặc biệt cán làm việc lĩnh vực phân phối truyền tải điện Tập giảng biên soạn với mong muốn tạo điều kiện thuận lợi cho trình giảng dạy, nghiên cứu học tập trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định tài liệu tham khảo cho đơn vị sản xuất liên quan Tập giảng kết cấu làm chương: Chương 1: Đặc điểm chung vận hành hệ thống điện Chương 2: Chế độ hệ thống điện Chương 3: Vận hành phần tử hệ thống điện Chương 4: Điều khiển công suất hệ thống điện Chương 5: Tự động điều khiển tổ hợp Tuabin- máy phát Trong trình biên soạn tập giảng nhóm tác giả tham khảo quy trình vận hành điều khiển thiết bị nhiều sở sản xuất công ty điện lực với mong muốn kịp thời thông tin lĩnh vực vận hành điều khiển hệ thống điện Tuy nhiên nhóm biên soạn cố gắng chắn tránh thiếu sót, chúng tối mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để tập giảng hồn thiện Nhóm biên soạn Hà Thị Thịnh – Nguyễn Tiến Đức CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT TT TỪ VIẾT TẮT Ý NGHĨA HTĐ VHHTĐ CCĐ ĐTCCCĐ Độ tin cậy cung cấp điện TBATG Trạm biến áp trung gian TBAFX Trạm biến áp phân xưởng TBA Trạm biến áp MBA Máy biến áp MPĐĐB Máy phát điện đồng 10 MĐĐB Máy điện đồng 11 MFĐ 12 TĐĐCKT Hệ thống điện Vận hành hệ thống điện Cung cấp điện Máy phát điện Tự động điều chỉnh kích từ MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Đại cương vận hành hệ thống điện 1.1.1 Khái quát 1.1.2 Các chế độ HTĐ tính kinh tế 1.1.3 Nhiệm vụ vận hành hệ thống 1.1.4 Điều độ sơ đồ tổ chức hoạt động vận hành hệ thống điện 11 1.1.5 Thủ tục thực công việc 15 1.2 Đặc điểm kết cấu phần tử hệ thống điện 16 1.2.1 Tuabin: có loại tuabin 16 1.2.2 Máy phát điện 21 1.2.3 Máy biến áp điện lực 32 1.2.4 Động không đồng ba pha 37 ÔN TẬP CHƯƠNG 38 Chương 2: CHẾ ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN 39 2.1 Chế độ làm việc kinh tế hệ thống 39 2.1.1 Khái quát chế độ làm việc kinh tế hệ thống điện 39 2.1.2 Đặc tính kinh tế tổ máy phát nhà máy điện 40 2.1.3 Phân bố tối ưu công suất tối ưu tổ máy phát 42 2.1.4 Phân bố công suất tối ưu nhà máy điện 49 2.1.5 Thành phần tối ưu tổ máy phát 52 2.1.6 Xác định cấu tối ưu trạm biến áp 57 2.1.7 Tính tốn phân bố tối ưu cơng suất hệ thống điện phương pháp Lagrange 55 2.1.8 Các biện pháp cải thiện chế độ làm việc kinh tế HTĐ 70 2.2 Nâng cao độ tin cậy hệ thống 71 2.2.1 Đại cương độ tin cậy cung cấp điện 71 2.2.2 Công tác vận hành đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện 73 2.2.3 Sự cố hệ thống biện pháp phòng ngừa 75 2.2.4 Xác định xác suất thiếu hụt công suất 80 2.2.5 Dự phịng cơng suất 79 ÔN TẬP CHƯƠNG 88 BÀI TẬP CHƯƠNG 88 Chương 3: VẬN HÀNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .92 3.1 Vận hành nhà máy điện 92 3.1.1 Thử nghiệm kiểm tra máy phát điện 92 3.1.2 Khởi động tổ máy phát khối kích từ 95 3.1.3 Hòa máy phát vào mạng 99 3.1.4 Chuyển đổi chế độ làm việc máy phát 101 3.1.5 Các thao tác loại trừ cố nhà máy điện 103 3.1.6 Sấy máy phát điện 106 3.2 Vận hành trạm biến áp 113 3.2.1 Những vấn đề chung vận hành trạm biến áp 113 3.2.2 Thao tác vận hành máy biến áp 114 3.2.3 Quản lý dầu biến 125 3.2.4 Sấy máy biến áp 128 3.2.5 Vận hành thiết bị phân phối 134 3.2.6 Thao tác chuyển đổi sơ đồ trạm biến áp 140 3.3 Vận hành đường dây tải điện 146 3.3.1 Thủ tục vận hành đường dây 146 3.3.2 Quản lý vận hành đường dây không 147 3.3.3 Quản lý đường dây cáp 151 3.3.4 Các phương pháp định vị cố mạng điện 154 ÔN TẬP CHƯƠNG 157 BÀI TẬP CHƯƠNG 158 Chương 4: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 159 4.1 Các khái niệm định nghĩa 159 4.2 Điều khiển công suất tác dụng tần số 159 4.3 Điều khiển công suất phản kháng điện áp 160 4.4 Quan ̣ giữa tầ n số và điê ̣n áp đố i với cân bằ ng công suấ t 161 4.4.1 Xét nút Error! Bookmark not defined 4.4.2 Xét phạm vi toàn hệ thống Error! Bookmark not defined ÔN TẬP CHƯƠNG 164 Chương 5: TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỔ HỢP TUABIN - MÁY PHÁT 165 5.1 Các khái niệm 165 5.2 Phương pháp điều chỉnh điện áp tần số 165 5.2.1 Điều chỉnh điện áp hệ thống điện 165 5.2.2 Điều chỉnh tần số 175 5.3 Hệ thống kích từ 193 5.3.1 Điều chỉnh điện áp máy phát điện 193 5.3.2 Giới hạn tỷ số điện áp - tần số 194 5.3.3 Điều khiển công suất vô công máy phát điện 194 5.3.4 Bù trừ điện áp suy giảm đường dây 195 5.3.5 Tính hệ thống kích từ 196 5.3.6 Thành phần hệ thống kích từ .197 5.3.7 Bộ tự động điều chỉnh điện áp 197 5.3.8 Bộ điều khiển tự động bán dẫn kỹ thuật số 199 5.3.9 Bộ điều chỉnh điện áp tay 199 ÔN TẬP CHƯƠNG 201 BÀI TẬP CHƯƠNG 202 TÀI LIỆU THAM KHẢO 203 PHỤ LỤC 204 Chương 1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Đại cương vận hành hệ thống điện 1.1.1 Khái quát Vận hành hệ thống điện (VHHTĐ) tập hợp thao tác nhằm trì chế độ làm việc bình thường hệ thống điện, đáp ứng yêu cầu chất lượng, tin cậy kinh tế Như biết, hệ thống điện bao gồm phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với Sự làm việc tin cậy hệ thống xuất phát từ tin cậy chế độ làm việc kinh tế phần tử Cùng với đời thiết bị công nghệ mới, yêu cầu vận hành thiết bị điện nói riêng hệ thống điện (HTĐ) nói chung ngày trở nên nghiêm ngặt Cũng tất thiết bị, vấn đề VHHTĐ trước hết cần phải thực theo qui trình quy phạm Các qui trình sử dụng thiết bị nhà chế tạo cung cấp hướng dẫn Qui trình vận hành phần tử hệ thống xây dựng sở quy trình sử dụng thiết bị có xét đến đặc điểm công nghệ hệ thống 1) Các đặc điểm cơng nghệ hệ thống Hệ thống điện (HTĐ) có hàng loạt đặc điểm khác biệt, mà số đặc điểm bật có liên quan trực tiếp đến trình vận hành hệ thống a Quá trình sản xuất tiêu thụ điện diễn đồng thời Đặc điểm cho thấy điện khơng thể cất giữ dạng dự trữ Điều dẫn đến cần thiết phải trì cho tổng công suất phát tất nhà máy điện phải luôn phù hợp với nhu cầu tiêu thụ tất hộ dùng điện Sự cân đối làm giảm chất lượng điện mà số trường hợp dẫn đến cố ổn định hệ thống Do phụ tải luôn thay đổi từ giá trị cực tiểu đến giá trị cực đại, cần phải có biện pháp điều chỉnh chế độ làm việc hợp lý nhà máy điện b HTĐ hệ thống thống Giữa phần tử hệ thống điện luôn có mối liên hệ mật thiết với Sự thay đổi phụ tải nhà máy điện bất kỳ, đóng cắt phần tử mạng điện TBA, đường dây truyền tải v.v dẫn đến thay đổi chế độ làm việc nhà máy điện khác, đoạn dây khác, mà cách xa đến hàng trăm km Nhân viên vận hành nhà máy điện mạng điện độc lập biết đánh giá tất diễn HTĐ, cần phải thống hành động họ có thay đổi chế độ làm việc HTĐ Sự thống cần thiết để trì chất lượng điện cho hợp lý c Các trình diễn hệ thống điện Điều địi hỏi HTĐ phải trang bị phương tiện tự động để trì chất lượng điện độ tin cậy CCĐ d HTĐ có quan hệ mật thiết đến tất ngành lĩnh vực sản xuất sinh hoạt nhân dân Đặc điểm đòi hỏi phải nâng cao yêu cầu HTĐ nhằm giảm đến mức tối thiểu thiệt hại kinh tế chất lượng điện độ tin cậy giảm, thêm vào việc phát triển HTĐ phải ln ln trước để đảm bảo cho phát triển chắn ngành kinh tế khác e HTĐ phát triển liên tục không gian thời gian Để đáp ứng yêu cầu không ngừng gia tăng ngành kinh tế, HTĐ không ngừng mở rộng phát triển Sự mở rộng HTĐ thực sở qui hoạch phát triển kinh tế quốc dân Việc mở rộng phát triển HTĐ phải thực hiên dựa sở phát triển ngành sản xuất để mang lại hiệu kinh tế cao Quá trình vận hành HTĐ thực với quán triệt chặt chẽ đặc điểm nhằm đáp ứng yêu cầu HTĐ 2) Yêu cầu HTĐ + Đảm bảo hiệu kinh tế cao + Đảm bảo chất lượng điện + Độ tin cậy CCĐ liên tục + Tính linh hoạt đáp ứng đồ thị phụ tải Thứ tự ưu tiên yêu cầu phụ thuộc điều kiện cụ thể Giữa yêu cầu cụ thể ln có mối liên hệ mà mâu thuẫn nhau, ưu tiên yêu cầu đòi hỏi nhượng định yêu cầu Việc thiết lập hài hòa mối quan hệ lời giải tốn tối ưu đa mục tiêu Để đảm bảo u cầu chặt chẽ đó, HTĐ phải ln giám sát, vận hành hợp lý Độ tin cậy liên tục CCĐ đảm bảo trước hết dự phịng cơng suất, phân phối hợp lý nhà máy điện, để sử dụng kịp thời cách nhanh có yêu cầu Các biện pháp bảo dưỡng, sửa chữa tiên tiến cần áp dụng triệt để Việc lựa chọn sơ đồ hợp lý, thao tác chuyển đổi sơ đồ biện pháp hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy hệ thống Yêu cầu chất lượng điện đảm bảo trước hết cân công suất tác dụng công suất phản kháng hệ thống Đó điều kiện tốt cần thiết để điều chỉnh tần số điện áp giới hạn cho phép Để điều chỉnh điện áp hợp lý, điều hệ thống cần phải có biện pháp phân bố sử dụng tối ưu nguồn công suất phản kháng, đảm bảo cho dịng cơng suất phản kháng đoạn dây có giá trị thấp đến mức Tính kinh tế HTĐ đảm bảo phân bố tối ưu công suất nhà máy điện với điều kiện thỏa mãn đầy đủ nhu cầu phụ tải hệ thống Một giải pháp quan trọng để nâng cao hiệu kinh tế HTĐ áp dụng biện pháp giảm tổn thất phần tử HTĐ tận dụng tối đa nguồn lượng rẻ, hiệu cao 1.1.2 Các chế độ HTĐ tính kinh tế 1) Các chế độ hệ thống điện Chế độ HTĐ trạng thái định mà thiết lập tham số điện áp, tần số, dịng điện, cơng suất tham số gọi tham số chế độ Khi tham số chế độ không thay đổi với tốc độ chậm chế độ gọi xác lập, cịn tham số chế độ thay đổi nhanh theo thời gian chế độ coi độ a Chế độ xác lập bình thường: chế độ làm việc bình thường, tham số biến thiên nhỏ quanh giá trị trung bình Thực khó có chế độ bình thường thực tế phụ tải ln biển đổi, chế độ bình thường tương đối b Chế độ độ cố: Xảy xuất cố HTĐ, tham số thay đổi cố Hậu chế độ cố phụ thuộc vào tính chất xảy cố c Chế độ xác lập sau cố: Là trạng thái hệ thống sau phần tử bị cố loại khỏi mạng điện, chế độ tính đến trước cố tránh khỏi trình vận hành hệ thống Nếu trình xảy ngắn mà tham số chế độ nằm phạm vi cho phép chế độ sau cố coi xử lý tốt Nếu tham số nút không nằm phạm vi cho phép cố mang tính cục bộ, điều tồn đa số nút cố mang tính hệ thống 2) Tính kinh tế điều chỉnh chế độ HTĐ Được đặc trưng chi phí cực tiểu để sản xuất, truyền tải phân phối điện Bởi chi phí phụ thuộc vào mức độ yêu cầu điện nên tiêu kinh tế chế độ HTĐ đặc trưng cho suất chi phí, tức chi phí 1kWh, khơng phải lượng chi phí tuyệt đối Tính kinh tế HTĐ thể mức thu lợi nhuận cao đáp ứng đầy đủ nhu cầu hộ dùng điện Chỉ tiêu kinh tế xem xét góc độ giá thành kWh điện hữu ích Chỉ tiêu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Giá thành thiết bị, giá nhiên liệu, yêu cầu đặc điểm dùng điện, điều kiện thiên văn, thủy văn đặc biệt phương thức vận hành hệ thống điện Tính kinh tế HTĐ trước hết đảm bảo tăng cường tính kinh tế khâu hệ thống tăng hiệu suất lị hơi, tăng độ chân khơng tuabin hơi, tăng cột nước hữu ích cho tuabin nước….Tính kinh tế phần tử riêng biệt tương ứng với phụ tải định Để đảm bảo tính kinh tế hệ thống cần: + Xác định phân bố công suất tối ưu phần tử hệ thống máy phát với máy bù đồng bộ, lò hơi… + Lựa chọn tốt tổ hợp phần tử hệ thống Hao tổn phần tử gồm hai thành phần: hao tổn không tải, tức hao tổn cố định hao tổn thay đổi phụ thuộc vào hệ số mang tải Vì tăng số lượng phần tử thành phần hao tổn cố định tăng, thành phần hao tổn thay đổi giảm, tức có tổ hợp phần tử mà tổng hao tổn nhỏ Ngồi phí tổn mở máy phần tử cần xét tới việc lựa chọn tổ hợp tối ưu + Xác định qui luật vận hành tối ưu phần tử hệ thống, qui luật điều chỉnh điện, qui luật điều chỉnh dung lượng bù công suất phản kháng 1.1.3 Nhiệm vụ vận hành hệ thống 1) Nhiệm vụ chung Các phần tử HTĐ có làm việc tốt tin cậy hay không phần lớn trình vận hành định, vận hành phần tử cần phải hoàn thành nhiệm vụ để đảm bảo thực tốt + Đảm bảo cung cấp điện liên tục: tin cậy cho hộ tiêu thụ đảm bảo làm việc liên tục thiết bị + Giữ chất lượng điện cung cấp: tần số điện áp dòng điện, áp lực nhiệt độ nước nóng phải ln giữ giới hạn cho phép ... Chế độ hệ thống điện Chương 3: Vận hành phần tử hệ thống điện Chương 4: Điều khiển công suất hệ thống điện Chương 5: Tự động điều khiển tổ hợp Tuabin- máy phát Trong q trình biên soạn tập giảng. .. ĐIỂM CHUNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Đại cương vận hành hệ thống điện 1.1.1 Khái quát Vận hành hệ thống điện (VHHTĐ) tập hợp thao tác nhằm trì chế độ làm việc bình thường hệ thống điện, đáp... TĐĐCKT Hệ thống điện Vận hành hệ thống điện Cung cấp điện Máy phát điện Tự động điều chỉnh kích từ MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Đại cương vận