Chuong 1. Duyen

Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Quá trình sản xuất điện nhà máy điện 1.1.1 Nhà máy nhiệt điện ngưng (NĐN) Sơ đồ nguyên lý trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện ngưng sau: 18 10 13 11 12 16 19 15 14 1) Kho nhiên liệu 2) Xử lý nhiên liệu 3) Lị 4) Tuabin 5) Bình ngưng tụ 6) Bơm nước tuần hoàn 7) Bơm nước ngưng tụ 8) Bơm nước cấp 9) Vịi đốt 10) Quạt gió 11) Quạt khói 12) Bộ sấy khơng khí 13) Bộ hâm nước 14) Bình gia nhiệt hạ áp 15) Bộ khử khí 16) Bình gia nhiệt cao áp 17) Sơng, ao, hồ 18) ống khói 19) Máy phát điện Hình 1-1 Chu trình sản suất điện nhà máy nhiệt điện ngưng Từ kho nhiên liệu (than, dầu), qua hệ thống cấp nhiên liệu, nhiên liệu đưa vào lị Nhiên liệu sấy khơ khơng khí nóng từ quạt gió 10, qua sấy khơng khí 12 Nước sử lý hóa học, qua hâm nước 13 đưa vào nồi lò Trong lị xảy phản ứng cháy: hóa biến thành nhiệt Khói, sau qua hâm nước 13 sấy khơng khí 12 để tận dụng nhiệt, ngồi qua ống khói nhờ quạt khói 11 Nước nồi nhận nhiệt năng, biến thành có thơng số cao (p=130240kG/cm2, t=540-565oc) dẫn đến tuabin Tại áp suất nhiệt độ nước giảm với trình biến đổi nhiệt thành điện Tuabin quay làm quay máy phát Hơi nước sau khỏi tuabin có thơng số thấp (áp suất p=0,03-0,04kG/cm 2, t=40 c) vào bình ngưng Trong bình ngưng, nước đọng lại thành nước nhờ hệ thống làm lạnh tuần hoàn Nước làm lạnh lấy từ sơng, hồ bơm tuần hồn Để loại trừ khơng khí lọt vào bình ngưng, bơm tuần hồn chọn loại chân khơng Từ bình ngưng 5, nước ngưng tụ đưa qua bình gia nhiệt hạ áp 14 đến khử khí 15 nhờ bơm ngưng tụ o Để bù lượng nước thiếu hụt q trình làm việc, thường xun có lượng nước bổ sung cho nước cấp đưa qua khử khí 15 Để tránh ăn mịn đường ống -1- thiết bị làm việc với nước nhiệt độ cao, trước đưa vào lò, nước cấp phải sử lý (chủ yếu khử O2, CO2) khử khí 15 Nước ngưng tụ nước bổ sung sau sử lý, nhờ bơm cấp nước đưa qua bình gia nhiệt cao áp 16, hâm nước 13 trở nồi lị Người ta trích phần nước số tầng tuabin để cung cấp cho bình gia nhiệt hạ áp 14, cao áp 16 khử khí 15 Đặc điểm nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: 1, Được xây dựng gần nguồn nhiên liệu 2, Hầu hết điện sản xuất phát lên lưới điện cao áp 3, Làm việc với đồ thị phụ tải tự 4, Tính linh hoạt vận hành Khởi động tăng phụ tải chậm 5, Hiệu suất thấp (=30-40%) 6, Khối lượng nhiên liệu lớn, khói thải làm nhiễm mơi trường 1.1.2 Nhà máy nhiệt điện rút (NĐR) Nhà máy nhiệt điện rút đồng thời sản xuất điện nhiệt Nguyên lý hoạt động giống NĐN, lượng nước rút đáng kể từ số tầng tuabin để cấp cho phụ tải nhiệt cơng nghiệp sinh hoạt Vì hiệu suất chung nhà máy tăng lên Đặc điểm nhà máy nhiệt điện rút hơi: 1, Thường xây dựng gần phụ tải nhiệt 2, Phần lớn điện sản suất cấp cho phụ tải cấp điện áp máy phát 3, Để đảm bảo hiệu suất cao, đồ thị phụ tải điện phụ thuộc vào đồ thị phụ tải nhiệt 4, Tính linh hoạt vận hành NĐN 5, Hiệu suất cao NĐN (=60-70%) 1.1.3 Nhà máy thủy điện (TĐ) Dùng lượng dịng chảy sơng, suối để sản xuất điện Công suất TĐ phụ thuộc vào lưu lượng nước Q(m 3/s) chiều cao hiệu dụng cột nước H(m) dòng nước nơi đặt nhà máy Trong nhà máy thủy điện cột nước nói chung tạo đập ngăn Phía trước đập thượng lưu cịn phía sau đập hạ lưu Chiều cao hiệu dụng cột nước độ chênh mực nước thượng lưu hạ lưu Thượng lưu có hồ chứa nước dùng để trữ nước cần thiết cho điều chỉnh sản xuất điện Đập ngăn có cấu tạo bê tông Gian máy nơi đặt tuabin máy phát bố trí phía chân đập phần hạ lưu, ống dẫn áp lực hay bề mặt đập Nước theo ống dẫn áp lực xuống tuabin, biến dòng nước thành quay tuabin, sau qua khoang hút nước hạ lưu Tuabin làm quay máy phát đặt trục với tuabin, biến thành điện Van khóa điều khiển dùng để điều chỉnh dòng chảy vào tuabin -2- Mức nước thượng lưu Mức nước hạ lưu Hình 1-2 Sơ đồ mặt cắt ngang thủy điện kiểu đập ngăn Đối với vùng núi, TĐ xây dựng cách tận dụng độ dốc tự nhiên sông Ở cơng trình dẫn nước khơng theo sơng mà tắt ngang, thủy điện kiểu ống dẫn Hình 1-3 Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu ống dẫn sông A 56 B a, H Hp 1, Cơng trình lấy nước 2, Ống dẫn 3, Bể áp lực 4, Ống dẫn nước áp lực 5, Tuabin gian máy 6, Kênh tháo nước 7, Đập dâng nước AB Đoạn sông b, a, Mặt bằng; b, Mặt cắt Ở đoạn đầu sơng đặt cơng trình lấy nước 1, từ qua ống dẫn vào bể áp lực Đập làm dâng nước, tạo dòng nước mạnh vào ống dẫn nước Ống dẫn áp lực chịu độ nghiêng H độ lệch mực nước H p đoạn sông Nước từ bể áp lực vào tuabin gian máy 5, trở dịng sơng B qua kênh tháo nước -3- Trong hệ thống điện cịn có thủy điện kiểu đặc biệt Đó thủy điện tích Nhà máy thường có hồ chứa nước (một thượng lưu, hạ lưu) nằm hai độ cao khác Nhà máy làm việc hai chế độ: Chế độ sản xuất điện chế độ tiêu thụ điện Khi hệ thống điện (HTĐ) có phụ tải cực đại, máy phát điện làm việc chế độ động điện, tuabin chế độ bơm, nghĩa máy phát điện tiêu thụ điện từ HTĐ để bơm nước từ hồ chứa nước hạ lưu lên hồ chứa nước thượng lưu Chế độ làm việc gọi chế độ tích Ngược lại, phụ tải HTĐ cực đại, HTĐ có nhu cầu điện năng, máy phát điện làm việc chế độ sản xuất điện Nước cháy từ hồ chứa nước thượng lưu xuống hồ chứa nước hạ lưu làm quay tuabin, quay máy phát điện, sản xuất điện cung cấp cho HTĐ Như thủy điện tích góp phần làm phẳng đồ thị phụ tải HTĐ, nâng cao hiệu kinh tế vận hành nhà máy nhiệt điện Đặc điểm nhà máy thủy điện: 1, Xây dựng gần nguồn nước; 2, Phần lớn điện sản xuất phát lên góp phía cao áp; 3, Làm việc với đồ thị phụ tải tự do; 4, Vận hành linh hoạt: Thời gian khởi động mang tải từ 3-5 phút nhiệt điện, để khởi động tổ máy phải 6-8h; 5, Hiệu suất cao (=85-90%); 6, Vốn đầu tư xây dựng lớn, thời gian xây dựng kéo dài; 7, Giá thành điện thấp 1.1.4 Nhà máy điện dùng sức gió Người ta lợi dụng sức gió để quay hệ thống cánh quạt đối diện với chiều gió Hệ thống cánh quạt trực tiếp gián tiếp qua biến tốc làm quay máy phát điện, sản xuất điện Điện sản xuất thường tích trữ ắcquy Cơng suất động gió xác định theo cơng thức: P=Cp1.2 3.0.5..S.V3 đó: P- cơng suất; kW S- bề mặt qt gió cánh; m2 V- vận tốc gió; m/s - khối lượng riêng khơng khí; kg/m3 Cp- hệ số cơng suất 1, 2, 3- hiệu suất biến tốc, máy phát ăcquy Nhược điểm động gió phát điện: - Khó điều chỉnh tần số, sức gió ln thay đổi - Hiệu suất thấp - Cơng suất đặt nhỏ - Giá thành cao Vì dùng vùng hải đảo xa xôi nơi thất cần thiết đèn hải đăng -4- 1.1.5 Nhà máy điện nguyên tử (NT) NT sản xuất điện từ nhiệt phản ứng hạt nhân tạo Nhiên liệu hạt nhân có khả tạo nhiệt cao: chẳng hạn phân hủy 1kg U 235 tạo nhiệt tương đương với đốt 2900 than đá Vì NT có ý nghĩa lớn với vùng khan nhiên liệu vùng khó vận chuyển nhiên liệu tới Sơ đồ nguyên lý trình sản xuất nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, khác điểm sau: - Lò NĐN thay lò phản ứng hạt nhân; - Để tránh nguy hiểm cho người thiết bị phóng xạ, người ta dùng hai hay ba vịng chu trình nhiệt khơng phải có vịng chu trình nhiệt NĐN Sơ đồ nguyên lý lò phản ứng hạt nhân sau: Hình 1-4 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử với lò phản ứng Uranium tự nhiên (loại lò nước-nước) 1, Lò phản ứng 2, Lò Tuabin 4, Máy phát điện 5, Máy biến áp 6, Bình ngưng tụ 7, Bơm tuần hoàn Nhiên liệu hạt nhân sử dụng uran, plutoni, thori hợp chất chúng Nhiên liệu dùng dạng thanh, tấm, viên hay hình cầu đặt vỏ để cách ly với chất tải nhiệt Để trì phản ứng dây truyền hạt nhân phải dùng đồng vị U 235 tồn tự nhiên Điều chế U 235 phức tạp, giá thành cao người ta dùng trực tiếp Uran tự nhiên hay tuyển khống có trị số vài phần trăm U 235 để làm nhiên liệu hạt nhân lò phản ứng hạt nhân Khi phân hủy hạt nhân Uran tạo nơtron nhanh có lượng lớn Uran tự nhiên hay Uran tuyển khoáng yếu, phản ứng dây truyền hạt nhân với nơtron nhanh không tiến triển Vì nơtron nhanh cần hãm lại thành nơtron nhiệt (còn gọi nơtron chậm) để làm cho phản ứng dây truyền tiến triển Chất hãm thường dùng nước, nước nặng hay than chì Để ngăn tia phóng xạ ngồi, bảo vệ cho người, lị phản ứng bao bọc lớp nước hay bêtơng dầy Phân loại lị phản ứng hạt nhân theo nguyên tắc khác nhau: - Theo mức lượng nơtron, có lị phản ứng nhiệt (với nơtron nhiệt) lò phản ứng nhanh (với nơtron nhanh); -5- - Theo khả tái sinh nhiên liệu, có loại lò tăng lượng (với nơtron nhanh, hệ số tái sinh từ 1,5 trở lên?) loại lò thổi (hệ số tái sinh 11,1); - Theo nguyên lý phân phối nhiên liệu chất hãm có loại đồng khơng đồng nhất; - Theo loại chất hãm có lị hạt nhân loại nước nặng, loại than chì… Người ta cịn phân loại lò phản ứng hạt nhân sở loại chất tải nhiệt hay loại chất hãm chất tải nhiệt kết hợp chúng có tên gọi tương ứng với loại chất sử dụng Ví dụ dùng chất tải nhiệt chất hãm nước có phản ứng hạt nhân loại nước- nước… Lị phản ứng hạt nhân nơtron nhiệt thường dùng loại lò nước - nước, mà sơ đồ nguyên lý biểu diễn hình 1-4 Quá trình sản xuất điện sau: nước thuộc chu trình thứ lưu chuyển nhờ bơm tuần hoàn Tại trao đổi nhiệt xảy truyền nhiệt nước chu trình thứ cho nước chu trình thứ hai Đối với chu trình nhiệt thứ hai tương tự chu trình nhiệt NĐN Lị phản ứng hạt nhân loại nước - nước có nhược điểm khơng có khả tạo với thơng số cao, nên hiệu suất nhà máy khơng cao Ngồi loại lị nước- nước cịn có loại lị phản ứng hạt nhân loại nước- than chì: nước đóng vai trị chất tải nhiệt lươngnj, cịn than chì đóng vai trị chất hãm Chu trình nhiệt thứ hai phần nước tiếp xúc trực tiếp với lò phản ứng, nên nâng cao hiệu làm việc nhà máy, nhiên có tính phóng xạ yếu Ngồi U235 cịn dùng nhiên liệu hạt nhân khác nhà máy điện nguyên tử Hiệu dùng nhiên liệu hạt nhân Plutoni Pu tạo từ U238 Nhà máy điện nguyên tử có số đặc điểm có khả làm việc độc lập; khối lượng nhiên liệu nhỏ; vận hành linh hoạt; đồ thị phụ tải tự do; không tải khói ngồi khí quyển; vốn xây dựng lớn; hiệu suất cao nhiệt điện Nhà máy điện nguyên tử ý phát triển lượng tích trữ nguyên tử lớn Người ta thống kê lượng Uran Thôri giới gấp khoảng 23 lần lượng tất nguồn cộng lại 1.1.6 Nhà máy điện dùng lượng xạ mặt trời a Pin mặt trời Pin mặt trời gọi pin quang điện Nó có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p bán dẫn n tiếp xúc Lớp tiếp xúc gọi lớp chuyển tiếp p-n Dưới tác dụng ánh sáng mặt trời vào lớp chuyển tiếp p-n có khuếch tán hạt dẫn qua lớp tiếp xúc tạo nên điện trường, có hiệu điện khơng tải hay sức điện động quang điện Sức điện động quang điện tăng theo tăng cường độ chiếu sáng Khi mắc tải vào pin tạo thành mạch điện kín, khơng qua bước trung gian nhiệt Hiện giới người ta chế tạo tế bào pin mặt trời có kích thước 1dm x 1dm hay trịn có đường kính 1dm Tế bào pin cho cơng suất 1W điều kiện xạ mặt trời 1kW/m2 Công suất pin tỷ lệ thuận với cường độ xạ mặt trời Tùy theo hộ tiêu thụ mà người ta ghép tế bào pin mặt trời thành tổ hợp tấm, mảng Năng lượng điện pin mặt trời sản xuất tích trữ ắcquy -6- thực cỡ công suất nhỏ, hiệu suất thấp, giá thành cao, dùng vùng hải đảo xa dùng thơng tin b Nhà máy điện dùng xạ mặt trời Có dạng nhà máy nhiệt điện, mà lị thay hệ thống thấu kính hội tụ để thu nhận nhiệt lượng xạ mặt trời để tạo nước quay tuabin 1.2 Trạm biến áp Là cơng trình để chuyển đổi điện áp từ cấp sang cấp khác Trạm biến áp phân loại theo địa dư, theo điện áp - Theo điện áp: trạm tăng áp, hạ áp, trung gian - Theo địa dư: trạm biến áp khu vực, trạm biến áp địa phương + Trạm khu vực cung cấp điện từ mạng điện khu vực (mạng điện chính) hệ thống điện để cung cấp cho khu vực rộng lớn thành phố, khu công nghiệp với cấp điện áp 110, 220kV xuống 110, 35, 10, 6kV + Trạm biến áp địa phương trạm cung cấp từ mạng phân phối, mạng địa phương HTĐ cấp cho xí nghiệp hay trực tiếp cho hộ tiêu thụ với điện áp thấp Ngồi cịn có trạm biến đổi điện xoay chiều thành chiều ngược lại Trạm phân phối (gồm số đường dây cung cấp số đường dây phân phối đến hộ tiêu thụ Các đường dây có cúng điện áp nên trạm phân phố không cần máy biến áp, đặt góp, khí cụ điện đóng cắt, điều khiển) 1.3 Hệ thống lượng Hệ thống lượng bao gồm nguồn lượng, khâu chế biến, truyền tải, phân phối tiêu thụ lượng, hệ thống lượng thường xây dựng theo địa dư, quốc gia hay khu vực quốc gia Hệ thống điện phận hệ thống lượng, bao gồm nhà máy điện, mạng điện hộ tiêu thụ điện Nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi lượng sơ cấp than, dầu, khí đốt, thủy nhiệt Các nhà máy điện nối với thành hệ thống nhờ trạm biến áp đường dây điện Mạng điện bao gồm: trạm biến áp đường dây tải điện Tùy theo phạm vi nhiệm vụ mà người ta phân thành mạng khu vực, mạng địa phương mang chuyên tải, mạng phân phối mạng cung cấp Các trạm biến áp có nhiệm vụ nối đường dây với cấp điện áp khác hệ thống chung trực tiếp cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Các nhà máy điện nối chung hệ thống nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ chúng hỗ trợ có cố nhà máy Hệ thống điện làm việc đảm bảo kinh tế có điều khiển thống trung tâm điều độ hệ thống -7- Biến đổi, sản xuất, phân phối Nguồn Dầu Lọc dầu Khí tự nhiên CN khí đốt Than Uran Than bùn Thủy Năng lượng gió Địa nhiệt chất thải Năng lượng mặt trời Chế biến than Nhà máy điện Nhiên liệu Khí đốt Than đá, than gầy Điện Sức kéo Hình 1-5 Hệ thống lượng quốc gia Giao thông Sử dụng hệ thống Công nghiệp độ thành ba phận chính: Người taSửchia năngnhiệt lượng dụng -ơtơ vật liệu cao thấp -máy bay Truyền động - Nguồnsơphát suất điện nhiệt cấp lượng: Nhà máy điện sản -tàu thủy Giao thông điện Nội trợ, dịch vụ - Bộ phận truyền tải: mạng điện mạng nhiệt; đường sắt công nghiệp Điện phân năng; ánh sáng đồ điện khác - Các hộ tiêu thụ: Biến đổi điện nhiệt thành dạng lượng khác Đặc điểm hệ thống lượng: - Sản xuất tiêu thụ phải đồng thời, cố củ phận làm cân sản xuất tiêu thụ dẫn đến ngừng làm việc phần hay tồn hệ thống; - Các q trình q độ hệ thống lượng xảy nhanh nên người ta phải sử dụng thiết bị rơle tự động để loại trừ cố nhanh chóng; - Sự phát triển hệ thống lượng phụ thuộc vào phát triển kinh tế quốc dân phải phát triển bước Ưu điểm hệ thống lượng: - Đảm bảo phân phối công suất cách hợp lý kinh tế nhất, tận dụng thiết bị nguyên liệu địa phương cách hợp lý giảm giá thành sản xuất điện năng; - Nâng cao tính đảm bảo liên tục cung cấp điện cho hộ tiêu thụ; - Giảm phần trăm công suất dự trữ tăng công suất đơn vị tổ máy -8- Nhược điểm hệ thống lượng: Xây dựng hệ thống lượng đòi hỏi phải thêm vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp đường dây liên lạc Tuy nhiên bù lại nhanh chóng việc hạ giá thành điện tăng độ tin cậy cung cấp điện nhiệt 1.4 Đồ thị phụ tải 1.4.1 Định nghĩa Mức tiêu thụ điện luôn thay đổi theo thời gian Quy luật biến thiên phụ tải theo thời gian biểu diễn hình vẽ gọi đồ thị phụ tải Trục tung đồ thị biểu diễn: cơng suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến dạng đơn vị có tên hay tương đối, cịn trục hồnh biểu diễn thời gian Đồ thị phụ tải phân loại theo công suất, theo thời gian, theo địa dư Khi phân loại theo cơng suất có đồ thị phụ tải công suất tác dụng, đồ thị phụ tải công suất phản kháng đồ thị phụ tải công suất biểu kiến Theo thời gian ta có đồ thị phụ tải năm, đồ thị phụ tải ngày Theo địa dư ta có đồ thị phụ tải tồn hệ thống, đồ thị phụ tải nhà máy điện hay trạm biến áp, đồ thị phụ tải hộ tiêu thụ Đồ thị phụ tải cần thiết cho thiết kế vận hành HTĐ Khi biết đồ thị phụ tải tồn hệ thống điện phân bố tối ưu công suất cho nhà máy điện hệ thống, xác định mức tiêu hao nhiên liệu Đồ thị phụ tải ngày nhà máy hay trạm biến áp dùng để chọn dung lượng máy biến áp, tính toán tổn thất điện máy biến áp, chọn sơ đồ nối điện với đồ thị phụ tải cực đại hàng tháng đưa kế hoạch tu sửa thiết bị 1.4.2 Cách xây dựng đồ thị phụ tải a Đồ thị phụ tải ngày Đồ thị phụ tải ngày vẽ oátkế tự ghi xác nhất, vẽ theo phương pháp điểm, nghĩa sau khoảng thời gian ghi lại trị số phụ tải nối lại thành dạng đường gấp khúc Phương pháp vẽ theo điểm khơng xác, thực tế dùng phổ biến Để tính tốn thuận lợi, thường biến đường gấp khúc thành đường bậc thang phải đảm bảo điều kiện: diện tích giới hạn bời đường gấp khúc với trục tọa độ phải diện tích giới hạn đường biểu diễn hình bậc thang với trục tọa độ, điểm cực đại cực tiểu đường biểu diễn không thay đổi Hình 1-6 Đồ thị phụ tải ngày đêm vẽ theo phương pháp điểm Dự báo đồ thị phụ tải ngày hộ tiêu thụ xây dựng theo đồ thị phụ tải ngày mẫu Đồ thị mẫu xây dựng cho phụ tải đặc trưng dạng % lưu sổ tra cứu Đối với hộ tiêu thụ tương lai, chọn đồ thị phụ tải ngày mẫu tương ứng, theo giá trị công suất cực đại hộ tiêu thụ P max mà chuyển thành dạng có tên P(t) Ở cơng suất cực đại hộ tiêu thụ tương lai P max xác định theo cơng thức: Pmax=k.Pđm -9- đó: Pđm- công suất định mức phụ tải điện hộ tiêu thụ; k- hệ số nhu cầu hộ xét, hệ số cho bảng 1-1 Bảng 1-1: Hệ số nhu cầu hộ tiêu thụ công nghiệp Hộ tiêu thụ Hệ số Luyện kim đen Phân xưởng lò luyện 0,6 Phân xưởng lò Mactin 0,3 Thiết bị rót khn ép 0,7 Máy cán 0,4-0,6 Chế tạo máy 0,14-0,6 Cơng nghiệp hóa học 0,7-0,9 Xí nghiệp dệt 0,7-0,85 Thơng gió điều hịa khí hậu cơng nghiệp 0,9 Khi xây dựng đồ thị phụ tải ngày công suất phản kháng cho hộ tiêu thụ tương lai công suất phản kháng cực đại là: Qmax=Pmax.tgmax tgmax xác định theo giá trị cosmax phụ tải Khi biết đồ thị phụ tải ngày công suất phản kháng, công suất tác dụng, dễ dàng xác định đồ thị phụ tải ngày công suất biểu kiến S(t) Đồ thị phụ tải ngày toàn nhà máy tổng đồ thị ngày cấp điện áp, cộng với tổn thất qua máy biến áp điện lực tự dùng nhà máy Ở phụ tải tự dùng nhà máy xác định theo công thức gần sau: S td (t ) S td max [0,4  0,6 S (t ) ] S đm đó: Stdmax- cơng suất tự dùng cực đại nhà máy; S(t)- phụ tải tổng thời điểm t; Sđm- công suất định mức nhà máy b Đồ thị phụ tải năm Tùy theo công dụng, xây dựng đồ thị phụ tải năm theo khoảng thời gian hay theo phụ tải cực đại tháng Đồ thị phụ tải năm theo khoảng thời gian xây dựng sở đồ thị phụ tải bậc thang ngày mùa hè mùa đơng điển hình Các cơng suất giá trị khoảng nhỏ thời gian khác xếp -10- bậc tung độ, khoảng thời gian hoành độ tổng khoảng thời gian nhỏ chúng Đây phương pháp chiều ngang tung độ cộng hồnh độ Hình 1-7 Xây dựng đồ thị phụ tải năm a, Đồ thị phụ tải ngày mùa hè điển hình b, Đồ thị phụ tải ngày mùa hè điển hình c, Đồ thị phụ tải năm Ở đây, đồ thị phụ tải năm, giá trị tung độ (công suất) chiếu ngang từ đồ thị phụ tải ngày điển hình, cịn trục hồnh tổng khoảng thời gian tương ứng Giả thiết ngày mùa hè kéo dài 180 ngày, mùa đông 185 ngày ta có: T1= 180t1+185t’1 T2= 180t2+185t’2 T3= 180t3+185t’3=180x24+185x24=8760h Đồ thị phụ tải năm cho phép xác định chi phí nhiên liệu hàng năm, hiệu suất nhà máy, hệ số sử dụng công suất đặt… Đồ thị phụ tải năm theo phụ tải cực đại tháng xây dựng sau: trục hoành tháng từ I đến XII, trục tung giá trị phụ tải cực đại hàng tháng Hình 1-8 Đồ thị phụ tải cực đại hàng tháng Căn vào đồ thị phụ tải năm (hình 1-8) cho phép lập kế hoạch tu sửa thiết bị Pma có phụ tải cực đại nhỏ cho thích hợp vào tháng 1.4.3 Các đại lượng đặc trưng đồ thị phụ tải x a, Công suất trung bình Ptb  A t A- điện sản xuất thời gian t b, Hệ số điền kín đồ thị phụ tảiI II III IV V VI VII VIII -11- IX X XI XII Tháng  Ptb Pmax Pmax - công suất cực đại thời gian t Khi Ptb=Pmax =1, nghĩa  nói lên mức độ sử dụng cơng suất,  lớn tốt đồ thị phụ tải phẳng c, Hệ số sử dụng công suất đặt n Ptb Pđăt Pđặt- cơng suất đặt, tổng công suất định mức thiết bị Hệ số n nói nên mức độ sử dụng cơng suất đặt Dễ dàng nhận thấy Pmax Pđặt n d, Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax Tmax  A Pmax Như Tmax=.t Nếu phụ tải ln có giá trị P max, sau Tmax tiêu thụ điện điện tiêu thụ thực tế ứng với công suất thay đổi Về phương diện kinh tế T max đạt gần tới t tốt e, Thời gian tổn thất công suất lớn  max Nếu đường dây tải công suất P max sau thời gian max có tổn thất điện tổn thất điện thực tế với công suất thay đổi thời gian t  max  A Pmax Dễ dàng nhận thấy max  Tmax  t Dấu “=” xảy đồ thị phụ tải ln có giá trị P max suốt thời gian t Có thể nói max tiến dần đến Tmax, Tmax tiến dần đến t đồ thị phẳng, có hiệu kinh tế cao f, Thời gian sử dụng công suất đặt Tđ Tđ  A Pđăt Như Td=n.t 1.4.4 Điều chỉnh đồ thị phụ tải Mục đích điều chỉnh đồ thị phụ tải cho chúng phẳng Đồ thị phẳng nâng cao giá trị đại lượng đặc trưng P tb, , n, Tmax, max, Tđ tức nâng cao hiệu kinh tế, đồng thời làm cho vận hành hệ thống điện đơn giản linh hoạt Những biện pháp chủ yếu để điều chỉnh đồ thị phụ tải sau: 1, Xí nghiệp làm việc ca để san đồ thị phụ tải ngày đêm; 2, Bố trí ngày nghỉ tuần xí nghiệp xen kẽ để san phụ tải ngày thường với ngày chủ nhật; -12- 3, Hiệu chỉnh bắt đầu làm việc xí nghiệp để tránh mở máy lúc; góp phần điều hịa giao thơng đườn phố; 4, Phát triển hộ dùng điện theo mùa Đối với nhà máy nhà máy đường, nhà máy chế biến hoa hoạt động theo thời vụ, nên đưa sản xuất phụ nguyên liệu khác để giảm thời gian nghỉ thời vụ 5, Nối nhà máy điện thành hệ thống điện biến pháp có tính chiến lược để điều chỉnh đồ thị phụ tải 1.4.5 Phân phối phụ tải ngày cho nhà máy điện hệ thống điện Khi nhà máy điện nối thành hệ thống, việc phân tải cho chúng có ảnh hưởng lớn đến giá thành điện Với phụ tải ngày HTĐ cho, cần phân phối chúng cho nhà máy điện cho mức tiêu thu nhiên liệu nhà máy điện nhỏ Đây toán quy hoạch phi tuyến phức tạp sơ phân phối tải cho nhà máy điện phải tuân theo nguyên tắc sau: - Trước hết ưu tiên phân tải cho nhà máy điện có đồ thị phụ tải bắt buộc thủy điện không hồ chứa, nhà máy nhiệt điện rút Do tính chất kinh tế thủy điện có hồ chứa nhận phần gốc đồ thị phụ tải Nhưng lại tính linh hoạt thủy điện có hồ chứa phải đảm nhận phần đỉnh đồ thị phụ tải gọi phủ đình đồ thị phụ tải (hình 1-9) - Phần đồ thị phụ tải giao cho NĐN, trước hết ưu tiên cho nhiệt điện ngưng gần nguồn nhiên liệu có đặc tính suất tăng tiêu hao nhiên liệu nhỏ P - Nhà máy điện nguyên tử TĐ phân phụ tải phần đồ thị phụ tải Tùy theo mức kinh tế ưu tiên trước NĐN hay sau nhiệt điện - Ranh giới phân phụ tải nhà máy điện khơng thể đường thẳng hai ràng buộc sau: 1, Công suất cực đại thủy điện NĐR NT TĐ 24 2, Các nhà máy nhiệt điện phải làm việc công suất tối thiểu liên Hình 1-9 Phân phối phụ tải tục 24 Nếu nhiệt điện làm việc ngày cho nhà máy điện mức phụ tải phải phun dầu hay than, gây chi phí lớn Ngồi máy phát nhiệt điện không làm việc với phụ tải thấp công suất cực tiểu kỹ thuật Vì đặc tính vận hành linh hoạt, nhà máy nhiệt điện khơng đóng mở thường xun ngày 1.5 Chế độ làm việc điểm trung tính hệ thống điện Điểm trung tính điểm chung ba cuộn dây nối hình máy phát hay máy biến áp Điểm trung tính cách điện đất, nối đất qua cuộn dập hồ quang hay nối đất trực tiếp Sau nghiên cứu tình trạng làm việc nói điểm trung tính 1.5.1 Mạng điện pha trung tính cách điện đất a Tình trạng làm việc bình thường -13- Hình 1-10a mạng điện đơn giản gồm máy phát, đường dây phụ tải b, Phụ tải a, A C U B I o I CC o CB I o I CA o CA I UC I A o o CB CC UB Hình 1-10 Mạng điện pha trung tính cách điện với đất a, Sơ đồ mạng điện; b, Đồ thị vectơ điện áp dòng điện dung Mỗi pha mạng điện đất có điện dung phân bố rải dọc theo chiều dài đường dây Nhưng để đơn giản coi điện dung tập trung đường dây đối xứng pha Giữa pha với có điện dung, khơng xét chúng khơng ảnh hưởng đến phân tích tình trạng làm việc điểm trung tính I CA  I CB  I CC I c  I cA  I cB  I cC 0 U A U B U C U pha U U A  U B  U C 0 Như ta thấy tổng dòng điện dung chạy đất điện áp điểm trung tính khơng b Khi pha chạm đất Hình 1.11 giới thiệu sơ đồ mạng điện ba pha trung tính cách điện với đất có pha C chạm đất trực tiếp đồ thị vectơ biểu diễn điện áp, dịng điện dung Giả sử có pha C chạm đất trực tiếp, U C =0, điện áp pha lại dịch chuyển véctơ  U C , tức coi chỗ chạm đất có đặt thêm điện áp  U C U ' A U A  U C U AC U ' B U B  U C U BC U 'C U C  U C 0 U ' AB U ' A  U ' B U AB -14- A U 'A B C Ic U I' CB I 'CA A I 'C I 'CB  U 'C I 'CA UC U 'B UB I ' C a, b, Hình 1-11 Mạng điện pha trung tính cách điện đất pha C chạm đất trực tiếp a, Sơ đồ mạng, b, Đồ thị véctơ Dấu “’” biểu thị cho chế độ chạm đất Về dịng điện dung sau: điện áp hai pha cố tăng lên lần, nên giá trị dòng điện dung chúng tăng so với chư chạm đất, tức 0 I 'CB  3.I CB ; I 'CA  3.I CA ; dòng điện dung pha chạm đất khơng I’ CC=0 Dịng điện dung chỗ chạm đất là:  I 'C  I 'CA  I 'CB 0 I 'C  3.I CB 3I CB Giá trị dòng điện dung chỗ chạm đất pha xác định theo công thức: U d L ,A 350 Đường dây không: I 'C  U d L ,A 10 Đường dây cáp: I 'C  đó: Ud - điện áp dây thiết bị, kV; L- chiều dài tổng đường dây có nối điện với nhau, km Từ phân tích ta rút kết luận: 1, Điện áp pha chạm đất không, điện áp pha lại tăng lên lần, 2, Điện áp dây mạng không thay đổi, 3, Điện áp điểm trung tính tăng từ khơng đến điện áp pha, 4, Dòng điện dung pha chạm đất tăng lần, dòng điện dung chỗ chạm đất tăng lên lần so với dịng điện dung pha trước chạm đất Vì dòng điện dung chạm đất nhỏ so với dòng điện phụ tải nên mạng điện làm việc bình thường chạm đất pha Tuy không cho phép -15- mạng làm việc lâu dài vì: 1, Điện áp pha lại tăng lần, chỗ cách điện yếu bị chọc thủng dẫn đến ngắn mạch pha, 2, Dịng điện dung sinh hồ quang, đốt cháy cách điện chỗ chạm đất dẫn đến ngắn mạch pha, 3, Với trị số dịng điện dung định, hồ quang cháy lập lòe, mạng điện mạch vòng dao động R-L-C cháy lập lịe dẫn đến q điện áp tới (2,5-3) lần điện áp định mức Do đó, cách điện pha khơng chạm đất dễ dàng bị chọc thủng, dẫn đến ngắn mạch pha Hiện tượng chọc thủng cách điện xảy với xác suất lớn dòng điện dung lớn khoảng 5-10A Vì mạng điện khơng có bảo vệ rơle cắt chạm đất pha phải có thiết bị kiểm tra cách điện để phát chạm đất pha kịp thời sửa chữa Với mạng điện trực tiếp nối với máy phát điện không cho phép làm việc pha chạm đất kéo dài Trong mạng điện 6- 20kV, dự trữ cách điện lớn, điện áp hồ quang cháy lập lịe khơng nguy hiểm Tuy khơng để trung tính cách điện với đất dịng điện dung lớn 30A Trong mạng 20-35kV có dự trữ cách điện nên khơng để trung tính cách điện với đất dòng điện dung lớn 10A, dịng điện dung vượt q trị số phải đặt cuộn dây dập hồ quang điểm trung tính để giảm dòng điện dung chỗ chạm đất 1.5.2 Mạng điện pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang Cuộn dập hồ quang cuộn cảm có lõi thép đặt thùng chứa dầu máy biến áp (trông giống máy biến áp điện lực pha) Điện kháng cuộn dập hồ quang điều chỉnh cách thay đổi số vòng dây hay khe hở lõi thép Trong trường hợp bình thường giống trường hợp trung tính cách điện đất, tổng dòng điện dung chạy đất điện áp điểm trung tính khơng Do điện áp đặt cuộn dập tắt hồ quang khơng dịng điện qua khơng Khi chạm đất pha, điện áp điểm trung tính điện áp cuộn dập hồ quang tăng lên điện áp pha, cuộn dập hồ quang xuất dòng điện cảm IL chậm sau điện áp trung tính 90 Kết chỗ chạm đất có dịng điện dung dịng điện cảm ngược pha Nếu điều chỉnh điện kháng cuộn dập hồ quang thích hợp, dịng điện chỗ chạm đất khơng Thực tế vận hành phải đóng cắt đường dây, dịng điện dung I C thay đổi, nên khó thực IL= IC Mặt khác, phải điều chỉnh để cịn lại trị số I=IL- IC để cung cấp cho rơle tác động báo tín hiệu cho nhân viên trực nhật biết kịp thời sửa chữa -16- A U B C IL I’CB I’CA I C IC IL a, b, Hình 1-12 Mạng điện pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang có pha c chạm đất trực tiếp a, Sơ đồ mạng điện, b, Đồ thị vectơ Giả sử mạng điện làm việc với toàn đường dây mà hiệu chỉnh cuộn dập hồ quang cho IC > IL, tức bù thiếu (I1= IC -IL) Rõ ràng có số đường dây cắt I1 giảm đi, khơng đảm bảo cho rơle tác động nên khơng nhận biết tình trạng chạm đất pha mạng Ngược lại chọn x L cuộn dập hồ quang cho tất đường dây làm việc có I L>IC (tức bù thừa) (I2= IL -IC ) Khi có số đường dây bị cắt làm tăng giá trị I2, làm cho rơle tác động, dễ dàng phát có chạm đất pha Tóm lại, lưới điện ba pha có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang, cần phải bù thừa IL > IC Cần ý mạng điện trung tính nối đất qua cuộn dập tắt hồ quang, cách điện pha phải thiết kế theo điện áp dây Mạng điện ba pha trung tính cách điện hay nối đất qua cuộn dập hồ quang gọi mạng có dịng chạm đất bé cần phải có thiết bị kiểm tra tình trạng cách điện 1.5.3 Mạng điện pha trung tính nối đất trực tiếp Các mạng điện từ 110kV trở lên có trung tính nối đất trực tiếp lý sau: 1, Dòng điện dung chúng lớn điện áp cao chiều dài đường dây lớn 2, Cách điện pha phải thiết kế theo điện áp dây trung tính cách điện, Đối với mạng điện 110kV trở lên tăng cường cách điện không kinh tế Khi trung tính trực tiếp nối đất, cách điện cần thiết kế theo điện áp pha chế độ (bình thường hay chạm đất) điện áp dây dẫn không vượt điện áp pha Như đầu tư cho cách điện giảm Tuy vậy, mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp có nhược điểm: 1, Chạm đất pha ngắn mạch, dòng điện lớn, rơle tác động cắt nhanh đường dây bị cố, hộ tiêu thụ điện Để nâng cao hiệu làm việc mạng điện, nên dùng thiết bị tự động đóng lại để tự động đóng lại đường dây bị cắt cố, phần lớn cố chạm đất pha có tính chất thống qua 2, Dịng điện chạm đất pha lớn, nên thiết bị nối đất phức tạp đắt tiền -17- 3, Dòng chạm đất pha lớn dịng ngắn mạch pha Để hạn chế phải tăng điện kháng thứ tự khơng cách nối đất trung điểm vài máy biến áp hệ thống hay nối đất trung tính qua điện kháng nhỏ A A C B B C a, b, Hình 1-13 Mạng điện pha trung tính trực tiếp nối đất a, Trung tính nối đất trực tiếp b, Trung tính nối đất qua kháng điện nhỏ Mạng điện ba pha điện áp 1000V trung tính nối đất trực tiếp (hay qua kháng điện nhỏ) gọi mạng điện có dịng chạm đất lớn Cuối cần nói thêm mạng điện ba pha điện áp 500V (380/220V hay 220/127V) làm việc với trung tính trực tiếp nối đất khơng phải ngun nhân tiết kiệm cách điện mà xuất phát từ lý an toàn cho người Đây mạng điện sinh hoạt, xác suất người chạm phải điện tương đối lớn Nếu trung tính mạng cách điện với đất, pha chạm đất tình trạng kéo dài, người chạm phải dây dẫn pha kia, phải chịu điện áp dây nguy hiểm Đối với mạng điện 500V, ngồi chế độ điểm trung tính nối đất trực tiếp, cần phải có dây trung tính để sử dụng điện áp pha Sử dụng điện áp pha xuất phát từ vấn đề an toàn cho người thiết bị dùng điện Câu hỏi ôn tập chương Câu 1: Nêu trình sản xuất điện nhà máy điện? Câu 2: Nêu khái niệm trạm biến áp, hệ thống lượng? Câu 3: Trình bày phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải? Các đại lượng đặc trưng đồ thị phụ tải? Điều chỉnh đồ thị phụ tải? Câu 4: Chế độ làm việc cảu điểm trung tính hệ thống điện ba pha? -18- ... chậm 5, Hiệu suất thấp (=30-40%) 6, Khối lượng nhiên liệu lớn, khói thải làm nhiễm mơi trường 1.1 .2 Nhà máy nhiệt điện rút (NĐR) Nhà máy nhiệt điện rút đồng thời sản xuất điện nhiệt Nguyên lý... thuộc vào đồ thị phụ tải nhiệt 4, Tính linh hoạt vận hành NĐN 5, Hiệu suất cao NĐN (=60-70%) 1.1 .3 Nhà máy thủy điện (TĐ) Dùng lượng dòng chảy sông, suối để sản xuất điện Công suất TĐ phụ thuộc... cao (=85-90%); 6, Vốn đầu tư xây dựng lớn, thời gian xây dựng kéo dài; 7, Giá thành điện thấp 1.1 .4 Nhà máy điện dùng sức gió Người ta lợi dụng sức gió để quay hệ thống cánh quạt đối diện với