Bài giảng Hệ thống điện

LỜI NÓI ĐẦU Trong năm vừa qua kinh tế nước ta đạt nhiều thành tựu to lớn, tạo tiền đề để bước vào thời phát triển thời kỳ cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, mà nghành điện đóng vai trị then chốt Cùng với phát triển kinh tế, nhu cầu điện khơng ngừng gia tăng thêm vào việc áp dụng quy trình cơng nghệ tiên tiến nhiều lĩnh vực sản xuất khác dẫn đến đời hàng loạt thiết bị máy móc đại địi hỏi yêu cầu chất lượng độ tin cậy an toàn hệ thống điện nghiêm ngặt điều địi hỏi hệ thống điện phải thiết kế hoàn hảo đảm bảo cung cấp điện đầy đủ chất lượng tin cậy cho hộ tiêu thụ điện mức cao nhất, để hệ thống điện đáp ứng đầy đủ yêu câu dĩ nhiên cần phải có lượng vốn đầu tư hợp lý Vấn đề đặt làm để có mạng điện tin cậy chất lượng phải bỏ số vốn đầu tư nhỏ nghĩa chất lượng cao giá thành lại vừa phải, câu trả lời phần tìm thấy Tập giảng môn học Hệ thống điện Để thống nội dung giảng dạy, có tài liệu nghiên cứu cho sinh viên chuyên nghành Công nghệ Kỹ thuật điện biên soạn Tập giảng môn học Hệ thống điện Môn học chia thành chương: Chương 1: Khái quát hệ thống điện Chương 2: Sơ đồ kết cấu mạng truyền tải phân phối Chương 3: Tính tốn thông số tổn thất mạng điện Chương 4: Tính tốn ngắn mạch mạng cao áp Chương 5: Lựa chọn phần tử cung cấp điện mạng cao áp Chương 6: Điều chỉnh chất lượng điện Trong trình biên soạn, nhóm tác giả cố gắng tham khảo nhiều nguồn tài liệu, cập nhật kịp thời tiến khoa học kỹ thuật lĩnh vực hệ thống điện Tuy nhiên với hạn chế thông tin nên Tập giảng khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để Tập giảng ngày hồn thiện Nội dung đóng góp xin gửi môn Kỹ thuật điều khiển -Khoa Điện điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam định Nhóm tác giả i Mục lục LỜI NÓI ĐẦU i CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khái quát hệ thống điện lưới điện 1.2 Đặc điểm trình sản xuất phân phối điện 1.3 Các thành phần hệ thống điện đại 1.4 Hệ thống bảo vệ 10 1.4.1 Các dạng bảo vệ rơ le hệ thống điện 10 1.4.2 Bảo vệ phần tử hệ thống điện 10 1.5.Trung tâm điều độ hệ thống điện 12 1.5.1.Giới thiệu chung 12 1.5.2 Phân cấp quản lý vận hành hệ thống điện Việt Nam 19 1.Phân cấp, tính tốn chế độ vận hành, bảo vệ rơle tự động: 19 1.5.3.Quy định chung công tác điều độ hệ thống điện 21 1.6 Phương pháp nghiên cứu hệ thống điện 23 1.6.1 Khái niệm tương tác người máy (TNM): 23 1.6.2 Một số nguyên tắc hệ thống SCADA ( supervisory Control And Data Acquisition ) 25 1.6.3 Cấu trúc chức hệ thống SCADA 29 1.6.4 Cấu hình phần cứng hệ thống SCADA: 30 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 30 CHƯƠNG SƠ ĐỒ VÀ KẾT CẤU MẠNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI 31 2.1 Khái niệm chung 31 2.1.1 Lưới truyền tải 31 2.1.2 Lưới phân phối 32 2.2 Sơ đồ đường dây 32 2.2.1 Sơ đồ hình tia 32 2.2.2 Sơ đồ phân nhánh 33 2.2.3 Sơ đồ mạch vòng 34 2.3 Sơ đồ hệ thống góp 35 2.3.1 Sơ đồ góp đơn 35 2.3.2 Sơ đồ góp có phân đoạn: 36 2.3.3 Sơ đồ hệ thống hai góp 38 2.4 Kết cấu mạng cao áp 39 2.4.1 Kết cấu đường dây 39 2.4.2 Kết cấu trạm trung gian 45 2.4.3 Kết cấu trạm phân phối 47 ii 2.5 Vận hành trạm biến áp 48 2.5.1 Trình tự thao tác 48 2.5.2 Kiểm tra, đo lường 50 2.5.3 Vận hành kinh tế máy biến áp 50 2.6 Phần mềm mô hệ thống điện PowerWorld Corporation .53 2.6.1 Tạo hệ thống 53 2.6.2 Thêm thông tin cho Bus .59 2.6.3 Chạy chương trình 60 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 61 CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ VÀ TỔN THẤT TRONG MẠNG ĐIỆN 62 3.1 Khái quát chung 62 3.2 Sơ đồ thay thông số đường dây 63 3.2.1 Sơ đồ thay đường dây 63 3.2.2 Tổng trở đường dây .65 3.2.3.Tổng dẫn đường dây .65 3.2.4 Dung dẫn đường dây 68 3.2.5 Tính tốn điện dẫn tác dụng G dây dẫn 68 3.2.6 Thông số máy biến áp 70 3.3 Sơ đồ thay thông số máy biến áp hai dây quấn 71 3.4 Sơ đồ thay thông số máy biến áp ba dây quấn .73 3.5 Sơ đồ thay thông số máy biến áp tự ngẫu 75 3.7 Tính tốn tổn thất điện áp đường dây 78 3.7.1 Tổn thất điện áp tính theo dịng điện, véctơ điện áp 79 3.7.2 Độ sụt áp 80 3.7.3.Tính tốn tổn thất điện áp điện áp theo công suất 81 3.8 Tính tổn thất cơng suất 83 3.8.1.Tính tổn thất cơng suất đường dây 83 3.8.2 Tổn thất công suất máy biến áp 84 3.9 Tổn thất điện 87 3.9.1 Tổn thất điện đường dây 87 3.9.2 Tổn thất điện máy biến áp 91 3.10 BÀI TẬP CHƯƠNG 94 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 105 CHƯƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH MẠNG CAO ÁP 106 4.1 Khái quát chung 106 4.2 Các giả thiết hệ đơn vị tương đối 106 iii 4.2.1 Các giả thiết 106 4.2.2 Hệ đơn vị tương đối 107 4.3 Thành lập sơ đồ thay 109 4.3.1 Máy phát điện 109 4.3.2 Máy biến áp 109 4.3.3 Cuộn kháng điện 112 4.4 Tính tốn ngắn mạch đối xứng 117 4.4.1 Ng¾n mạch ba pha mạng điện: 117 4.4.2 Các giá trị thực dịng ngắn mạch tồn phần thành phần: 122 4.5 Tính tốn ngắn mạch khơng đối xứng 123 4.5.1 Các thành phần dong ngắn mạch không đối xứng 123 4.5.2 Điện trở phần tử chế độ ngắn mạch không đối xứng 124 4.5.3 Xác định dòng điện ngắn mạch không đối xứng 124 4.6 Các phương pháp thực tế tính tốn dịng ngắn mạch 125 4.6.1 Sơ đồ thay tính tốn: 125 4.6.2 Phương pháp đường cong tính tốn: 127 4.6.3 Tính dịng ngắn mạch số trường hợp đơn giản: 133 4.7 Bài tập ví dụ 134 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 139 CHƯƠNG LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ CUNG CẤP ĐIỆN MẠNG CAO ÁP 140 5.1.Khái niệm 140 5.2 Điều kiện chung để chọn thiết bị điện phần tử có dịng chay qua 140 5.2.1 Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài 140 5.3 Tác dụng điện động dòng điện 145 5.3.1 Định luật Biôxava lực điện động 145 5.3.2 Lực điện động số trường hợp riêng 146 5.3.3 Hệ thống dẫn vuông góc 147 5.4 Chọn kiểm tra khí cụ điện cao áp 148 5.4.1 Máy cắt điện 148 5.4.2.Máy căt phụ tải 166 5.4.3 Các điều kiện chọn dao cách ly 175 5.5 Máy biến điện áp 176 5.5.1 Các tham số máy biến điện áp 177 5.5.2 Máy biến dòng điện 181 5.6 Chọn kiểm tra tiết diện dây dẫn dây cáp 183 5.6.1.Khái niệm chung 183 5.6.2.a Nhiệt độ phát nóng cho phép khí cụ điện dây dẫn 184 iv 5.6.2.b Phương trình phát nóng tổng quát dây dẫn trần đồng 187 5.7 Thanh dẫn 189 5.7.1.a Vật liệu làm dẫn .189 5.7.1.b Hình dáng kích thước dẫn 191 5.7.2 Chọn dẫn cứng 195 5.7.2.a Tiết diện dẫn 195 5.7.2.b Kiểm tra ổn định nhiệt dẫn .199 5.8 Chọn cuộn kháng điện 200 5.8.1 Các tham số kháng điện .200 5.9 Sét thiết bị chống sét 210 5.9.1 Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện 210 5.9.2 Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 210 5.9.3 Bảo vệ chông sét cho mạng hạ áp phân xưởng mạng dân dụng 217 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 220 CHƯƠNG ĐIỀU CHỈNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG .221 6.1.Khái quát chung chất lượng điện 221 6.1.1.Chất lượng tần số 221 6.1.2 Chất lượng điện áp 221 6.2 Điều chỉnh tần số hệ thống điện .224 6.2.1 Đặc tính điều chỉnh tốc độ tuabin đặc tính cơng suất tĩnh phụ tải 224 6.2.2 Quá trình điều chỉnh tần số .229 6.3 Điều chỉnh điện áp lưới hệ thống 234 6.3.1 Khái niệm chung 234 6.3.2 Điều chỉnh điện áp lưới hệ thống 236 6.4 Điều chỉnh điện áp lưới phân phối 241 6.4.1 Đánh giá chất lượng điện áp lưới hạ áp 241 6.4.2 Phương thức điều chỉnh điện áp lưới phân phối .244 6.4.3.Các biện pháp giảm dao động điện áp, không đối xứng không sin .245 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 249 TÀI LIỆU THAM KHẢO 250 v CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khái quát hệ thống điện lưới điện Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây tải điện thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ …) nối liền với thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất ,truyền tải phân phối điện Tập hợp phận hệ thống điện gồm đường dây tải điện trạm biến áp gọi lưới điện Điện truyền tải đến hộ tiêu thụ phải thoả mãn tiêu chuẩn chất lượng phục vụ (bao gồm chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện) có chi phí sản xuất, truyền tải phân phối nhỏ Điện sản xuất từ thuỷ loại nhiên liệu sơ cấp : than đá, dầu, khí đốt, nguyên liệu hạt nhân … nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện, điện nguyên tử… Điện sử dụng thiết bị dung điện dể tạo dạng lượng khác để phục vụ sản xuất đời sống người : năng, nhiệt năng, quang năng… Các thiết bị dung điện gọi chung phụ tải điện Hình 1.1 Vị trí hệ thống điện kinh tế quốc dân Có nhiều cánh phân biệt hệ thống điện : - Hệ thống điện tập trung nguồn điện nút phụ tải lớn tập trung phạm vi không lớn cần dùng đường dây ngắn để tạo thành hệ thống - Hệ thống điện hợp hệ thống điện độc lập cách xa nối liền thành hệ thống đường dây tải điện dài siêu cao cấp - Hệ thống điện địa phương hay cô lập hệ thống điện riêng, hệ thống điện tự dùng xí nghiệp công nghiệp lớn, hay hệ thống điện vùng xa nối vào hệ thống điện quốc gia Trên (hình 1.1) mơ hình miêu tả vị trí hệ thống điện kinh tế quốc dân (hình 1.2) sơ đồ cấu trúc hệ thống điện Hệ thống điện có cấu trúc phức tạp gồm nhiều loại nhà máy điện, nhiều loại lưới điện có điện áp khác trải rộng khơng gian Hệ thống điện phát triển không ngừng không gian thời gian để đáp ứng nhu cầu ngày tăng cao phụ tải Để nghiên cứu ,quy hoạch phát triển hệ thống điện để quản lí, vận hành, hệ thống điện phân chia thành hệ thống tương đối độc lập với  Về mặt quản lý, vận hành hệ thống điện phân thành : - Các nhà máy điện nhà máy điện tự quản lý - Lưới hệ thống siêu cao áp (≥ 220 kV ) trạm khu vực cơng ty truyền tải quản lý Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống trạm khu vực - Nguồn điện, lưới hệ thống, trạm khu vực quy hoạch tổng sơ đồ Lưới truyền tải phân phối quy hoạch riêng  Về mặt điều độ hệ thống điện chia làm cấp : - Điều độ trung ương (Ao ) - Điều độ địa phương: điều độ nhà máy điện, điều độ trạm khu vực, điều độ công ty điện - Điều độ sở điện  Về mặt nghiên cứu, tính tốn, hệ thống điện chia thành : - Lưới hệ thống Lưới truyền tải ( 35 kV, 110 kV, 220 kV ) Lưới phân phối trung áp ( 6, 10, 15, 22, 35 kV ) Lưới phân phối hạ áp ( 0,4/0,22 kV ) Điện áp 35 kV dung cho lưới truyền tải lưới phân phối Mỗi loại lưới có tính chất vật lý quy luật hoạt động khác nhau, phương pháp tính sử dụng khác nhau, tốn đặt để nghiên cứu khác 1.2 Đặc điểm trình sản xuất phân phối điện Điện loại lượng có nhiều ưu điểm như:dễ dàng chuyển thành dạng lượng khác (nhiệt, cơ, hóa ), dễ truyền tải phân phối điện dùng rộng rãi lĩnh vực hoạt động người Điện nói chung khơng tích trữ được, trừ vài trường hợp cá biệt công suất nhỏ pin, ắc quy, sản xuất tiêu thụ điện phải luôn đảm bảo cân Quá trình sản xuất điện trình điện từ Đặc điểm trình xảy nhanh Vì để đảm bảo trình sản xuất cung cấp điện an toàn, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện phải áp dụng nhiều biện pháp đồng điều độ, thông tin phải đo lường, bảo vệ tự động hoá v.v Điện nguồn lượng ngành cơng nghiệp, điều kiện quan trọng để phát triển đô thị khu dân cư v.v Vì lý lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển trước bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện giai đoạn trước mắt mà dự kiến cho phát triển tương lai 5, 10 năm có cịn lâu Những đặc điểm nêu cần phải xem xét thận trọng tồn diện suốt q trình từ nghiên cứu thiết kế, xây dựng đến vận hành khai thác hệ thống sản xuất, phân phối tiêu thụ điện 1.3 Các thành phần hệ thống điện đại Hệ thống điện thông minh (Smart Grid) hệ thống điện có sử dụng cơng nghệ thơng tin truyền thông để tối ưu việc truyền dẫn, phân phối điện nhà sản xuất hộ tiêu thụ, hợp sở hạ tầng điện với sở hạ tầng thơng tin liên lạc Có thể coi hệ thống điện thơng minh gồm có hai lớp: lớp hệ thống điện thông thường bên lớp 2, hệ thống thơng tin, truyền thông, đo lường Smart Grid phát triển khâu: Phát điện: Smart Generation Truyền tải: Smart Transmission Phân phối: Smart Distribution Tiêu thụ: Smart Power Consumers Chức hệ thống điện thông minh là:  Chống công cố ý hệ thống mặt vật lý mạng máy tính  Giảm lượng tiêu hao lượng dây dẫn, tăng cường chất lượng điện  Giảm chi phí sản xuất, truyền tải, chi phí nâng cấp nhờ phân hóa lượng điện tiêu thụ Các nhà máy điện sử dụng nguồn lượng lấy từ Trái Đất, số nguồn lượng dần cạn kiệt Hơn nữa, với bùng nổ phát triển xã hội ngày nay, nhu cầu điện tăng tốc chóng mặt ngành nghề Điều này, địi hỏi phải nhanh chóng có giải pháp cải thiện hệ thống điện truyền thống ngày nhằm tiết kiệm điện sử dụng dòng điện cách chất lượng Vì vậy, việc tạo hệ thống điện thông minh đảm nhận chức cần thiết Điều có lợi cho hộ tiêu thụ lẫn nhà sản xuất phân phối điện chi phí để tiết kiệm 1kWh rẻ chi phí để sản xuất 1kWh Để đáp ứng địi hỏi, hệ thống điện thơng minh cần có đặc tính sau: - Khả tự động khơi phục cung cấp điện có cố xảy điện khách hàng - Chống công cố ý hệ thống mặt vật lý mạng máy tính - Trợ giúp phát triển nguồn điện phân tán (phát điện, dự trữ lượng, cắt giảm nhu cầu…) - Trợ giúp phát triển nguồn lượng tái tạo - Cung cấp khả nâng cao chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện - Tối ưu hóa vận hành hệ thống điện để giảm chi phí sản xuất, truyền tải phân phối kể giảm chi phí đầu tư nâng cấp hệ thống điện - Công cụ vận hành thị trường điện rộng rãi  Điều chỉnh điện áp lưới phân phối Điều chỉnh điện áp lưới hệ thống lưới truyền tải nhằm mục đích giữ điện áp đầu trạm khu vực trạm trung gian cấp điện cho lưới phân phối trung áp phạm vi cho phép đồng thời phân bố tối ưu công suất phản kháng cho tổn thất công suất tác dung nhỏ Điều chỉnh điện áp cách điều chỉnh điện áp máy phát, nguồn công suất phản kháng điều chỉnh được, máy biến áp tăng áp, máy biến áp khu vực có điều áp tải Điều chỉnh điện áp lưới phân phối nhằm mục đích đảm bảo chất lượng điện áp hộ tiêu thụ điện Điều chỉnh điện áp thực cách điều chỉnh điện áp tải trạm trung gian, máy biến áp bổ trợ, phối hợp với đặt đầu phân áp cố định máy biến áp phân phối chọn tiết diện dây dẫn Trong trường hợp riêng, để đảm bảo chất lượng điện áp cần phải đặt thêm tụ bù công suất phản kháng tụ bù dọc có khơng có điều chỉnh tải Các thiết bị dùng điện đặc biệt nhạy cảm với điện áp dùng ổn áp tự động 6.3.2 Điều chỉnh điện áp lưới hệ thống 6.3.2.1 Phương tiện để điều chỉnh điện áp a Điều kiện cần đủ để điều chỉnh điện áp  Điều kiện cần: đủ công suất phản kháng để cấp cho phụ tải có khả tiêu thụ công suất phản kháng thừa điểm hệ thống điện  Điều kiện đủ: nguồn công suất phản kháng thiết bị phận bố lại cơng suất phản kháng điều chỉnh b Các phương tiện để điều chỉnh điện áp bao gồm:  Điều chỉnh kích từ máy phát điện  Điều chỉnh tải hệ số biến áp (đầu phân áp – ĐPA) máy biến áp tăng áp máy biến áp giảm áp  Điều chỉnh điện áp máy biến áp bổ trợ chuyên dùng để điều chỉnh điện áp  Điều chỉnh công suất phản kháng nguồn công suất phản kháng đặt lưới  Điều chỉnh điện áp máy biến áp có đầu phân áp cố định, điều chỉnh theo mùa c Tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) máy phát máy bù đồng 236 Các máy phát điện đáp ứng phần công suất phản kháng phụ tải, phần quan điều chỉnh nhanh nhờ tđk, đáp ứng tức thời biến đổi nhanh điện áp hệ thống điện Có hai loại TĐK: loại tỷ lệ loại mạnh TĐK loại tỷ lệ giữ điện áp nhỏ điến áp cực máy phát số vận hành, thường điện áp độ Eq' Cịn TĐK loại mạnh giữ điện áp cực máy phát điện số trước biến đổi phụ tải TĐK loại mạnh có khả nâng cao ổn định hệ thống điện TĐK loại tỷ lệ nhiều đắt nhiều Do nhà máy điện có độ dự trữ ổn định cao dùng loại TĐK tỷ lệ, nhà máy phát điện nhiệt điện có cơng suất đơn vị lớn, máy phát điện làm việc với đường dây dài có nguy ổn định cao dùng TĐK mạnh Máy bù đồng trang bị loại TĐK TĐK có ý nghĩa quan trọng chế độ sau cố, làm tăng nhanh điện áp sau ngắn mạch làm cho q trình khởi động thành cơng, tăng cường ổn định động hệ thống điện d Điện áp tải trạm biến áp (TBA)  Có loại máy biến áp hệ thống lưới truyền tải:  Máy biến áp tăng áp nhà máy điện (NMĐ);  Máy biến áp liên lạc, nói lưới điện cấp điện áp khác nhau, ví dụ: SCA/CA CA/CA;  Máy biến áp cung cấp điện cho lưới trung áp, gọi Máy biến áp nguồn lưới trung áp Các Máy biến áp trang bị điều áp tải điều áp ngồi tải  Có loại điều áp:  Điều chỉnh modul điện áp nhằm phân bố lại công suất phản kháng, giữ mức điện áp yêu cầu lưới điện;  Điều chỉnh pha nhằm thay đổi dịng cơng suất tác dụng đường dây tải điện lưới điện theo ý muốn, giảm tải, giảm P Thay cho máy biến áp có điều chỉnh pha tiristor để điều chỉnh góc pha điện áp Điều chỉnh dịng cơng suất tác dụng thực nhờ kháng điện mắc nối tiếp, tụ điện có điều khiển học hay tiristor mắc nối tiếp với đường dây loại điều chỉnh thực máy biến áp riêng làm chung vào máy biến áp 237 Ngoài điện áp trữ máy biến áp lực, cịn có máy biến áp riêng để điều chỉnh điện áp, máy biến áp điều chỉnh đường dây máy biến áp bổ trợ  Điều kiện chung kỹ thuật để đặt máy biến áp điện áp trữ sau: Điện áp đầu máy biến áp phải thỏa mãn điều kiện sau thời điểm t U R t  U Rt  U R max t (6.28) Giả thiết điện áp vào cố định UVt, quan hệ UR UV : U Rt  (UVt  U Bt )k B (6.29) kB hệ số biến áp phụ thuộc đầu phân áp lựa chọn UPA Thay vào (6.28) U R t  (UVt  U Bt )k B  U R max t (6.30) Nếu thỏa mãn t khơng cần điều áp tải, cần đặt đầu phân áp cố định Nếu khơng thỏa mãn, xảy hai trường hợp:  Trong thời gian dài năm có vài lần khơng thỏa mãn đặt đầu phân áp cố định, phải dừng máy thay đổi số lần năm  Không thỏa mãn theo chu kỳ ngày đêm, trường hợp phải có điều áp tải kB thay đổi theo thời gian t Điện áp UV điều chỉnh đầu nguồn để thích nghi với số đơng máy biến áp cấp điện có phụ tải ưu tiên Trong thực tế hệ thống điện chọn máy biến áp điều áp tải hay khơng tốn kinh tế kỹ thuật, kỹ thuật máy biến áp điện áp dự trữ tạo điều kiện thuận lợi cho điều chỉnh điện áp lưới hệ thống lưới trung hạ áp, kinh tế cho phép giảm tổn thất điện năng, nhiên vốn đầu tư cao Đối với máy biến áp cung cấp, lưới điện phức tạp khả để dùng máy biến áp không điện áp dự trữ thấp (chỉ máy biến áp cấp điện cho phụ tải phẳng, phải thận trọng định không dùng điện áp trữ), máy biến áp nhà máy điện liên lạc dùng máy biến áp điện áp dự trữ không điện áp dự trữ tùy thuộc vào phương thức điều chỉnh điện áp hệ thống điện Ví dụ: EDF chia lưới điện làm ba bậc điều chỉnh điện áp: bậc gồm nhà máy điện lưới 400 kV 225 kV (lưới siêu cao áp), nhà máy điện, lưới 400 kV 225 kV dùng máy biến áp điều áp ngồi tải có đầu phân áp cố định, bậc 63 kV (lưới cao áp), bậc lưới 22 kV Máy biến áp nối bậc bậc dùng điện áp 238 trữ có 25 đầu phân áp (  15% ), bậc bậc dùng máy biến áp điện áp dự trữ có 17 đầu phân áp (  12% ) Việc đặt máy biến áp làm cho điều chỉnh điện áp công suất phản kháng cấp độc lập tương Luật điều chỉnh điện áp máy biến áp điện áp dự trữ Máy biến áp điện áp dự trữ điều chỉnh theo luật sau:  Theo độ lệch điện áp so với giá trị chỉnh định  Theo độ lệch công suất phản kháng  Theo đồ thị thời gian cho trước  Theo dòng điện Loại gọi điều chỉnh ngược, dùng cho máy biến áp trung gian cấp điện cho lưới phân phối điện áp dự trữ hoạt động hệ thống điện có đủ cơng suất phản kháng Nếu hệ thống điện không đủ công suất phản kháng mà tăng điện áp máy biến áp làm cho thiếu hụt cơng suất phản kháng trầm trọng thêm, nguy hiểm cho hệ thống điện Máy biến áp khơng có điện áp dự trữ thay đổi theo điện phân áp theo mùa, đồ thị phụ tải thay đổi nhiều e Điều chỉnh nguồn công suất phản kháng khác Nhu cầu công suất phản kháng phụ tải biến đổi theo thời gian theo chu kỳ ngày đêm Nhu cầu đáp ứng nhà máy điện Lưới điện, thân chúng nguồn công suất phản kháng điện dung chúng (đặc biệt đường dây siêu cao áp cáp) Trong chế độ công suất phụ tải cao, công suất phản kháng nguồn cao khơng đủ đáp ứng, lý kinh tế kỹ thuật người ta không làm nhà máy điện phát nhiều cơng suất phản kháng (giá thành sản xuất cao mà phải tải xa), chế độ phụ tải thấp, để nguyên nguồn công suất phản kháng chế độ phụ tải cao, thừa cơng suất phản kháng, nguồn cơng suất phản kháng phải điều chỉnh được, để giảm công suất chế độ non tải Thậm chí giảm hết cơng suất phản kháng nguồn, công suất phản kháng số điểm hệ thống điện thừa công suất phản kháng đường dây sinh lớn, làm cho điện áp tăng đến mức nguy hiểm, phải có thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng thừa Trong thực tế máy phát máy bù đồng (máy bù đồng thay nguồn bù tĩnh) người ta thường dùng nguồn công suất phản kháng sau:  Nguồn phát: tụ điện, tụ điện điều khiển tiristor 239  Tiêu thụ: kháng điện tuyến tính, kháng điện bão hịa, kháng điện dùng dịng chiều điều khiển bão hịa (kháng điện bão hịa có khả ổn áp cao, thích hợp với chế độ điện áp dao động nhanh) Kháng điện điều khiển tiristor, máy biến áp điện kháng lớn điều khiển tiristor  Phát tiêu thụ (máy bù tĩnh): tổ hợp tụ điện kháng điện tiristor Các nguồn đặt địa điểm lưới điện gần nơi có yêu cầu để tránh phải truyền tải cơng suất phản kháng lưới Hình 6.6 sơ đồ tổng quát SVC Công suất nguồn công suất phản kháng điều khiển từ xa tự động, theo cấp độ vô cấp SVC (static var compensation) thiết bị gồm tụ kháng kết hợp với điều khiển vô cấp tiristor dùng để ổn áp chế độ xác lập độ, đặt nơi cần thiết, có nguy dao động điện áp cao, độ dự trữ ổn định thấp, (hình 6.6) sơ đồ tổng quát SVC, SVC thực tế có: tụ điều khiển, kháng cố định kháng điều khiển tụ cố định Các nguồn công suất phản kháng điều chỉnh theo luật định: theo thời gian tay g Phương pháp điều chỉnh điện áp Để điều chỉnh tốt điện áp, q trình điều chỉnh chia theo thời gian thành ba giai đoạn (hệ thống điều chỉnh điện áp EDF)  Điều chỉnh sơ cấp: trình đáp ứng nhanh tức thời biến đổi nhanh ngẫu nhiên điện áp thiết bị điều chỉnh điện áp máy phát máy bù tĩnh Điều chỉnh sơ cấp thực tự động thời gian vài chục phần trăm giây Điều chỉnh sơ cấp nhằm mục đích giữ điện áp lưới điện mức an toàn, tránh nguy sụt áp chế độ bình thường cố  Điều chỉnh thứ cấp: để đối phó với biến đổi chậm điện áp Điều chỉnh thứ cấp hiệu chỉnh lại giá trị điện áp chỉnh định thiết bị điều chỉnh sơ cấp miền phụ trách điều chỉnh tụ bù, kháng điện máy biến áp điều áp tải miền Quá trình kết thúc vòng phút Hệ thống điện chia thành miền tương đối độc lập phương diện biến đổi điện áp, miền có khả tự thỏa mãn yêu cầu công suất phản kháng Mức 240 điện áp miền điều chỉnh hệ thống điều chỉnh thứ cấp riêng Hệ thống tác động nhanh có phối hợp với nguồn công suất phản kháng miền Hoạt động hệ thống dựa theo dõi điều chỉnh điện áp điểm đặc biệt miền, gọi điểm hoa tiêu (điểm quan sát) Thiết bị điều chỉnh đặt điều dộ miền nhận giá trị điện áp đo điểm hoa tiêu (10s lần) so sánh với giá trị chỉnh định cho điểm (là giá trị điện áp cần giữ vững điểm hoa tiêu tính trước), có sai khác đưa lệnh điều khiển đến nguồn công suất phản kháng máy biến áp điều áp tải miền Lệnh tăng thêm cơng suất phản kháng phát ra, tiêu thụ công suất phản kháng thừa Sự phân chia thành miền làm cho trình điều chỉnh nhanh đáp ứng yêu cầu địa phương cách ưu tiên Tuy nhiên, chia hệ thống điện thành miền độc lập tương đối dễ, miền có ảnh hưởng lẫn nhau, hệ thống điều khiển phối hợp phát triển để giải đề Điều chỉnh cấp thực tự động Trong hệ thống điện khơng có hệ thống điều chỉnh tự động chính, điều chỉnh điện áp tay, chỗ từ xa theo trình tự tính trước cho tình vận hành, tụ bù điều chỉnh tự động theo giờ, gần microprocessor sử dụng điều chỉnh tụ bù theo quan sát yêu cầu phụ tải Điều chỉnh cấp 3: Điều hòa mức điện áp miền điều chỉnh cấp 2, tối ưu hóa mức điện áp hệ thống điện theo tiêu chuẩn kinh tế an tồn Q trình thực tay tự động 6.4 Điều chỉnh điện áp lưới phân phối 6.4.1 Đánh giá chất lượng điện áp lưới hạ áp Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho đại phận thiết bị dùng điện Trong lưới phân phối hạ áp chỗ đấu thiết bị dùng điện, tồn lưới điện phân phối hạ áp thời gian điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn: U  U xt  U  (6.31) x- đại điểm, t-thời gian Tuy nhiên ta biết có vị trí thời điểm mà chất lượng điện áp đảm bảo đảm bảo địa điểm thời gian cịn lại Đó điểm đầu (điểm B) điểm cuối lưới hạ áp (điểm A, điểm có điện áp thấp nhất) hai 241 chế độ phụ tải max Phối hợp điểm ta viết tiêu chuẩn, quy ước chế độ max, số chế độ min: U  U A1  U  (6.32) U  U A2  U  U  U B1  U  U  U B  U  Thê đồ thị ta thấy độ lệch điện áp phải ln nằm vùng gạch chéo hình gọi miền chất lượng Nếu sử dụng tiêu chuẩn phải đo điện áp hai điểm A B hai chế độ max Trong đố điểm A khó xác định, mặt khác nhiều cần đánh giá kỹ thuật lưới phân phối trung áp Do ta quy đổi đánh giá chất lượng điện áp điểm B điểm đầu lưới hạ áp hạ áp trạm phân phối Trạm phân phối Lưới hạ áp UB Miền CLĐA U+ B U+ UH UA Pmin U+ Pmax Miền CLĐA UH2 UH1 U+ U- a) b) Hình 6.7 đồ thị biểu diễn tiêu chuẩn, chế độ max ứng cới công suất max Pmax chế độ tương ứng với công suất Pmin phụ tải Ta biết: U A1  U B1  U H1 (6.33) U A2  U B2  U H U H tổ thất điện áp lưới hạ áp Thay vào (6.32) : U  U B1  U H  U  U  U B  U H  U  242 (6.34) U  U B1  U  U  U B  U  Chuyển U H1 U H sang hai vế: U  U H  U B1  U   U H U  U H  U B  U   U H U  U B1  U  U  U B  U  Ta nhận thấy hai bất phương trình thỏa mãn vế trái phương trình sau thỏa mãn, cịn hai phương trình sau thỏa mãn vế phải phương trình thỏa mãn tiêu chuẩn chất lượng điện áp là: U  U H  U B1  U  U  U H  U B  U  Trên hình đồ thị biểu diễn tiêu chuẩn, chế độ max ứng cới cơng suất max Pmax cịn chế độ tương ứng với công suất Pmin phụ tải Tiêu chuẩn áp dụng sau: Cho biết H1 , ví dụ = 5% theo tiêu chuẩn tổn thất điện áp lưới phân phối hạ áp Biết Pmax , Pmin ta tính H = (Pmin/ Pmax) H1 , sau lập đồ thị đánh giá chất lượng điện áp hình Sau điện áp trạm phân phối chế độ max tính UB1 UB2 Đặt hai điểm vào đồ thị nối chúng đường thẳng, đường điện áp thực tế Nếu đường nằm gọn miền chất lượng chất lượng điện áp lưới phân phối tốt (đường 1) Nếu có phần nằm ngồi miền chất lượng điện áp (hình 6.7b) chất lượng điện áp khơng đạt u cầu Tùy theo vị trí đường điện áp mà rút cách thức điều chỉnh Ví dụ: đường khơng đạt u cầu cải thiện cách thay đổi đầu phân áp cố định máy biến áp phân phối, cụ thể dùng đầu phân áp cao hơn, đường điện áp tịnh tiến lên phía vào miền chất lượng điện áp Trong trường hợp đường khơng thể thay đổi đầu phân áp cố định mà cải thiển được, chế độ max cải thiện chế độ bị hỏng Trong trường hợp dùng biện pháp xoay ngang đường điện áp cách điều áp tải trạm trung gian, dùng tụ bù có điều chỉnh 243 6.4.2 Phương thức điều chỉnh điện áp lưới phân phối Trong cơng thức ta nhận thấy có tổn thất điện áp máy biến áp phân phối thay đổi được, tất thành phần khác thay đổi để điều chỉnh chất lượng điện áp Các biện pháp điều chỉnh điện áp là:  Điều chỉnh điện áp đầu nguồn E1 E2 cách điều áp tải tự động tay MBA trung gian Trong số trường hợp đặt đầu phân áp cố định trạm nói chung phải dùng máy biến áp có điều áp tải  Đặt đầu phân áp cố định máy biến áp phân phối để đạt độ tăng thêm điện áp EP  Lựa chọn dây dẫn để điều chỉnh tổn thất điện áp lưới phân phối trung hạ áp U lưới trung áp hạ áp phải nhỏ tổn thất điện áp cho phép tương ứng UTACP , U HACP  Bù công suất phản kháng phụ tải  Bù dọc đường dây trung áp  Dùng MBA bổ trợ chuyên dùng cho điều chỉnh điện áp Bộ đại lượng E, EP, UTACP , U HACP , định chất lượng điện áp, chúng xác định đồng với Ở hệ thống điện theo điều kiện riêng đại lượng có giá trị khác Ví dụ: *) Theo hệ thống điện Pháp:  Lưới không: E1 = 7%, E2 = 0%, UTACP = 7,5%, U HACP = 11%  Lưới cáp: E1 = E2 = 0,5%, U HACP = 5%, UTACP không cần quan tâm  MBA phân phối có đầu phân áp EP = 2,5-5-7,5 *) Theo hệ thống điện Ba Lan:  E2 = 0-3%, E1 theo mùa: thu đông 4-8%, lại 3-6%  UTACP = 8%, U HACP = 3-5%  MBA phân phối có đầu phân áp EP = 0- 2,5- 5- 7,5- 10% *) Theo Liên Xô cũ: 244  E1 = 5-6%, E2 = 0-2%, thực theo loại phụ tải : phụ tải sinh hoạt 7090% E1 thực từ 16-22h; - Nếu phụ tải cơng nghiệp 70-90% E1 thực từ 10-16h; - Nếu phụ tải công nghiệp sinh hoạt E1 thực từ 8-22h  UTACP = 6%, U HACP = 4-5% cho phần trời, phần nhà cho phép 1-4%  Máy biến áp phân phối có đầu phân áp EP = 0- 2,5- 5- 7,5-10% 6.4.3.Các biện pháp giảm dao động điện áp, không đối xứng không sin 6.4.3.1 Giảm dao động điện áp Nguyên nhân dao động điện áp là:  Khởi động động cơ;  Sự thay đổi đột ngột công suất động công suất lớn Theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ dao động đèn sợi đốt từ 1,5% đến 4% không lớn 10 lần Nếu dao động lớn 4% phép lần Đối với thiết bị có phụ tải thay đổi mạnh, cho phép dao động điện áp lên tới 1,5% không hạn chế số lượng Nếu điện áp giảm ngắn hạn đến 1,5% khởi động từ khơng giữ được, gây cắt điện Dịng khởi động ngắn hạn khơng đồng (có thành phần cảm kháng chủ yếu) gây lưới điện có điện kháng cao (thanh dẫn, đường dây khơng) kháng điện độ giảm áp lớn làm ảnh hưởng đến làm việc bình thường động làm việc khởi động Nếu điện áp giảm thấp q thân động khởi động không thành công Các máy bơm nước phục vụ tưới tiêu dễ gặp tượng Sự dao động điện áp ảnh hưởng đến chiếu sáng đấu mạng với động cơ, ánh sáng chiếu cục máy công cụ Dao động điện áp nhánh lưới điện ảnh hưởng tới điện áp nguồn gây dao động điện áp nhánh khác Để hạn chế dao động áp dụng biện pháp sau:  Chọn công suất máy biến áp phù hợp với động máy cơng cụ có phụ tải biến đổi nhanh Ví dụ động có cơng suất 28 kW khởi động 12 lần/giờ máy biến áp phải có cơng suất tối thiểu 630 kVA  Giảm điện kháng đường dây kháng điện  Cung cấp điện cho phụ tải có cơng suất biến đổi mạnh đường dây riêng  Hạn chế dòng khởi động tự khởi động 245  Dùng tự động điều chỉnh điện áp cho động  Cho đường dây máy biến áp vận hành song song  Có thể cấp điện cho chiếu sáng đường dây riêng máy biến áp riêng  Nếu đường dây có cảm kháng lớn phụ tải biến đổi mạnh dùng tụ bù dọc Bảng 6.1 cho khả gây dao động điện áp V % động hạ áp khởi động: Bảng 6.1 Dao động điện áp khởi động động hạ áp, V % CS MBA 25 TA/0,4kV kVA CS động 4,5kW 17 10 14 20 28 40 55 75 100 40 _ 63 _ 100 _ 160 _ 8,9 13,6 15,5 3,7 5,6 6,4 9,9 12,8 1,9 2,9 3,3 5,1 6,7 10,2 15,6 1,1 1,7 1,9 3,0 3,8 5,9 9,1 12,3 15,3 250 _ 400 _ 630 _ 1000 _ 0,9 1,1 1,7 2,2 3,3 5,1 6,9 7,7 10,4 0,9 1,2 1,9 2,9 4,0 5,0 5,9 1,4 2,2 3,0 3,7 4,5 1,6 2,2 2,8 3,4 6.4.3.2 Giảm không đối xứng Độ không đối xứng phụ tải pha gây ảnh hưởng đến phụ tải pha động đến lưới điện Khi xảy không đối xứng lớn cho phép phải dùng thiết bị đối xứng hóa trung áp có sơ đồ (hình 6.7) Thơng tin đối xứng Hình 6.7 Các thiết bị đối xứng hóa trung áp hóa xem Nếu cơng suất phụ tải pha lớn 2% công suất ngắn mạch điểm đấu nên đặt thiết bị đối xứng hóa 246 6.4.3.3 Giảm khơng sin Nguồn gốc độ không sin chỉnh lưu, hồ quang điện, làm việc tiristor Để hạn chế người ta dùng lọc cộng hưởng gồm tụ kháng chỉnh định cho sóng hài (hình 6.8 a) Để hạn chế khơng sin, người ta làm chỉnh lưu có từ 12 pha trở lên đấu chỉnh lưu qua máy biến áp riêng kháng điện (hình 6.8 Hình 6.8 a) lọc cộng hưởng gồm tụ kháng chỉnh định cho sóng hài; b) chỉnh lưu có từ 12 pha trở lên đấu chỉnh lưu qua máy biến áp riêng kháng điện b) Bài tập Bài tập1: Hệ thống điện gồm tổ máy, có tổ máy có PFđm = 100 MW KF = 15,3 tổ máy cịn lại có PFđm = 200 MW KF = 15 Phụ tải có cơng suất Ppt = 700MW KF = 1,5.Tính điều chỉnh sơ cấp phụ tải tăng lên thêm 700 MW, cho tần số không vượt  0,2Hz so với tần số định mức Giải: Trước tiên ta tính độ dự trữ cơng suất: K dt  Tính Pht (3.100  3.200)   1,286 700 Ppt K Fht  (3.100.15  3.200.15)  15 900 Khi phụ tải tăng them 70 MW tần số giảm dần lượng: f   P f đ m P f đ m  Ppt ( K dt K Fht  K pt ) Ppt K ht f   70.50  0,2405 Hz (15.1,286  15)700 Giá trị f thấp giá trị cho phép, cần có biện pháp khắc phục chẳng hạn tăng độ dốc tổ máy 200 MW lên 20, đó: 247 K Fht  (3.100.15  3.200.20)  18,33 900 f   70.50  0,1994 (đạt yêu cầu) (18,33.1,286  15)700 Và: Sau điều chỉnh sơ cấp, tổ máy 200MW phát thêm lượng: PF   [200(0,1994)20]  15,952 MW 50 Tổ máy 100 MW phát thêm: PF   [100(0,1994)15]  5,982 MW 50 Đây công suất phát thêm tạm thời tần số giảm Khi tần số tăng lên định mức điều chỉnh tần số tổ máy khác tổ máy lại phát cơng suất cũ Muốn tăng công suất tổ máy lên cố định tính phải tăng nhờ điều chỉnh tần số Bài tập 2: Hệ thống điện có phụ tải 1260MW, Kpt = 1,5, phụ tải giảm 60MW Tính độ lệch tần số khơng có dự trữ quay 240 MW, có điều tốc với KFht = 20 (nếu tất tổ máy điều tốc) Cho có 80% cơng suất phát tham gia điều tốc Giải:  Khi khơng có điều tốc thì: f   60.50  1,587 Hz 1,5.1260  Khi có điều tốc, tổng công suất đặt hệ thống là: 1260 + 240 = 1500 MW 1500 Kdt   1,19 1260 80.20  16 K Fht  100 f   60.50  0,116 Hz 1260(1,19.16  1,5) 248 Bài tập 3: Xác định phạm vi điều chỉnh cần thiết tổ máy điều tần với điều kiện f cp = 0,1 Hz; KF = KFht = 10; Kpt = 1; Kdt = 1,05; n = 0,05; m = 0,1 Giải: Pđc'  Ppt 0,1.1,005.10 0.1  0.002Ppt 50 Pđc  0,05.Ppt  Ppt (1  0,05)(10.1,05  1) 0,1  0,026Ppt 50 Nghĩa cần có phạm vi điều chỉnh 2,8% phụ tải hệ thống điện Nếu tổ máy không đủ khả đảm bảo phạm vi điều chỉnh phải dùng hai nhiều tổ máy điều tần CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1) Khái quát chung chất lượng điện năng? Cho biết tiêu chất lượng điện áp ? 2) Cho biết trình điều chỉnh tần số hệ thống điện ? 3) Cho biết phương tiện điều chỉnh điện áp lưới hệ thống ? 4) Cho biết biện pháp sử dụng để điều chỉnh điện áp lưới phân phối ? 5) Nêu biện pháp giảm dao động điện áp, không đối xứng ? 249 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Bách Lưới điện hệ thống điện I,II – Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2007 Trần Quang Khánh Hệ thống cung cấp điện tập I, II- Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2006 Đào Quang Thạch Phần điện nhà máy điện trạm biến áp-Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2007 Nguyễn Xuân Phú-Nguyễn Công Hiền-Nguyễn Bội Khuê Cung cấp điện – Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1998 Trần Quang Khánh Bảo vệ rơ le tự động hóa hệ thống điện – Nhà xuất giáo dục năm 2007 www.webdien.com hiendaihoa.com http://hethongdienbk.net 250 ... hệ thống - Hệ thống điện hợp hệ thống điện độc lập cách xa nối liền thành hệ thống đường dây tải điện dài siêu cao cấp - Hệ thống điện địa phương hay cô lập hệ thống điện riêng, hệ thống điện. .. lớn, hay hệ thống điện vùng xa nối vào hệ thống điện quốc gia Trên (hình 1.1) mơ hình miêu tả vị trí hệ thống điện kinh tế quốc dân (hình 1.2) sơ đồ cấu trúc hệ thống điện Hệ thống điện có cấu... vận hành hệ thống điện tối ưu, tồn cơng việc giao cho HỆ ĐIỀU ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN Các đơn vị tham gia hệ điều độ hệ thống điện nước ta bao gồm: 12  Một trung tâm điều độ hệ thống điện quốc