bài giảng hệ thống điện

KHÁI NIỆM HTĐ  HTĐ thuộc hệ thống năng lượng,  HTĐ là tập hợp các NMĐ, TBA, trạm đóng cắt, các đường dây trên không và cáp dùng để phát, truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà m

NỘI DUNG MÔN HỌC

2 Chương 2: Mô hình các phần tử trong HTĐ 9

3 Chương 3: Tính toán chế độ xác lập của HTĐ 12

4 Chương 4: Phân tích HTĐ bằng sơ đồ tương

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trịnh Hùng Thám, Nguyễn Hữu Khái, Đào Quang Thạch, Lã

Văn Út, Nhà máy điện và trạm biến áp, NXB KH&KT, 1996

2 Trần Bách, Lưới điện 1+2, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2002

3 Nguyễn Văn Đạm, Mạng lưới điện 1+2, NXB KH&KT, 1999

4 Bùi Ngọc Thƣ, Mạng cung cấp và phân phối điện, NXB

1.1 KHÁI NIỆM HTĐ

 HTĐ thuộc hệ thống năng lượng,

 HTĐ là tập hợp các NMĐ, TBA, trạm đóng cắt, các đường dây trên không và cáp dùng để phát, truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện các hộ dùng điện

 Như vậy, các phần tử chính của HTĐ bao gồm: nguồn điện (các NMĐ), mạng điện (các đường dây và TBA) và tải (hộ tiêu thụ điện)

1.1 KHÁI NIỆM HTĐ

Network

Mạng (lưới) điện

BA

ĐD

~

Nhiên liệu hữu cơ

Nhiệt điện ngƣng hơi

1.2.1 Nhà máy nhiệt điện

a) Nhiệt điện than

a) Nhiệt điện than (tiếp)

Đặc điểm:

 Thường được xây dựng ở gần nguồn nguyên liệu

 Hầu hết điện năng sản xuất ra phát lên lưới

 Làm việc với đồ thị phụ tải tự do

 Vận hành kém linh hoạt, khởi động và tăng tải

chậm (khởi động mất 6-8 giờ)

 Hiệu suất (30-40)% với NĐN, (60-70)% với NĐT

 Khối lượng nhiên liệu lớn, khói thải làm ô nhiễm môi trường

 Vốn đầu tư thấp, thời gian xây dựng nhanh

b) Nhiệt điện khí (chu trình hỗn hợp)

M

P Bơm nén khí TB khí

MPĐ

TB hơi

b) Nhiệt điện khí (tiếp)

Đặc điểm:

 Được xây dựng ở gần nguồn nguyên liệu

 Không có lò cồng kềnh, chi phí đầu tư thấp

 Đưa vào vận hành nhanh, thời gian khởi động chỉ mất 10-20 phút

 Không cần nhiều nước để làm mát

 Vận hành và bảo dưỡng đơn giản, dễ tự động hóa

và điều khiển từ xa

 Công suất tổ máy đạt đến 250MW (η = 35-30%) cho chu trình đơn và 600MW (η = 55-60%) cho chu trình hỗn hợp

c) Điện hạt nhân

 Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt

nhân là nhà máy tạo ra điện năng sử dụng năng

lượng thu được từ phản ứng hạt nhân

 Năng lượng sơ cấp sử dụng là Urani khai thác trong

tự nhiên Theo tính toán, 1 gam urani phân hạch thu được năng lượng tương đương với khi đốt 2.000kg dầu hoặc 3 tấn than đá

 Phần lớn các nhà máy ĐNT hiện nay sử dụng loại

lò nước áp lực PWR (Pressurized Water Reactor)

Sơ đồ nguyên lý (trang bên)

c) Điện hạt nhân (tiếp)

c) Điện hạt nhân (tiếp)

Đặc điểm:

 Có khả năng làm việc độc lập, giá thành điện

năng thấp hơn nhà máy nhiệt điện

 Khối lượng nguyên liệu nhỏ (400g Urani có thể sản xuất được 106 kWh), do đó không cần xây dựng nhà máy gần vùng nhiên liệu

 Vận hành linh hoạt

 Chất thải ra môi trường rất ít (Ví dụ, chất thải hàng năm của lò phản ứng 900W chứa 99,9% chất phóng xạ chỉ độ 2m 3 )

 Hiệu suất tương đối cao, đạt khoảng 45-50%

 Vốn đầu tư tương đối lớn

d) Điezen

 Các máy phát điện Diezen ngày càng được hoàn thiện và tiếp tục được sử dụng trong HTĐ để phủ đỉnh, làm nhiệm vụ nguồn dự phòng cho lưới điện địa phương và để cấp điện cho các khu vực ngoài hệ thống

 Hiện nay các nhà sản xuất có thể chế tạo máy phát diezen đến 20MW với hiệu suất và giá thành có thể cạnh tranh với các nguồn điện khác

1.2.2 Nhà máy thủy điện

a) Thủy điện có đập ngang sông, suối

a) Thủy điện có đập ngang sông, suối (tiếp)

Đặc điểm:

 Xây dựng gần nguồn thủy năng

 Vận hành linh hoạt, thời gian khởi động và mang tải chỉ mất 3-4 phút

 Hiệu suất cao η = 85-90%)

 Giá thành điện năng thấp, số người quản lý và

vạn hành ít

 Ít gây ô nhiễm môi trường

 Có khả năng điều tiết dòng chảy của sông, suối và chống lũ (do có hồ chứa)

b) Thủy điện tích năng

c) Thủy điện thủy triều

Toàn cảnh NM thủy điện thủy triều Sihwa

Năng lƣợng Điện gió

9/30/2013 24

Năng lƣợng mặt trời

(Solar photovoltaic- Solar PV)

Các hình thức kết nối cấp điện của PV

Năng lƣợng địa nhiệt

Khí sinh học (Biogas) chủ yếu là CH4

Hệ thống giám sát điều kiểm khí Biogas

1.3 MẠNG ĐIỆN

đường dây trên không và cáp dùng để truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện các hộ dùng điện

các thiết bị nối, dây cáp, dùng để truyền tải điện năng

1.3.1 Phân loại mạng điện

cao áp và cực cao áp

Mạng điện có cấp điện áp định mức từ 110 kV - 220 kV trở lên gọi là mạng điện truyền tải Mạng điện có điện áp định mức từ 110 kV trở xuống gọi là mạng điện phân phối

1.3.1 Phân loại mạng điện (tiếp)

- Theo chế độ TT: TT nối đất và TT cách điện

mạng điện xoay chiều và mạng điện một chiều

1.3.1 Phân loại mạng điện (tiếp)

khu vực và mạng điện địa phương

Ngoài ra, theo tính chất của hộ dùng điện,

mạng điện phân phối còn được phân thành

mạng điện công nghiệp, mạng điện nông

nghiệp và mạng điện thành phố

1.2.2 Cấu trúc đường dây truyền tải

a Đường dây trên không (ĐDK)

a Đường dây trên không (ĐDK)

1 Insulator

2 Bundle of two conductors (some lines have 4)

3 Spacer to hold the two conductors apart

4 Earth wire at top of tower or pylon

5 The three bundles on one side of the tower

make up one electrical circuit Most lines have two circuits, one each side

6 Identity plate saying which line it is and who

owns it Also usually has a safety warning notice about the dangers of electrocution

7 Anti-climbing device - barbed wire to stop

unauthorised climbingbarbed

a Đường dây trên không (ĐDK)

D©y dÉn vµ d©y chèng sÐt cña ®DK

a Đường dây trên không (ĐDK)

a Đường dây trên không (ĐDK)

a Đường dây trên không (ĐDK)

a Đường dây trên không (ĐDK)

- Cét thÐp bª t«ng cèt thÐp

a) Cét kiÓu H; b) Cét kiÓu K; c) Cét ly t©m ®iÖn ¸p 110kV;

d) Cét ly t©m ®iÖn ¸p 220kV; e) Cét ly t©m ®iÖn ¸p 35kV

a Đường dõy trờn khụng (ĐDK)

Sứ cách điện và phụ kiện đờng dây

e)

a) Sứ đứng 6-10kV;

b) Sứ đứng 20-35kV;

c) Sứ treo kiểu đĩa;

d) Sứ đứng 22kV dùng cho vùng ven biển

e) Sứ thanh cap áp và siêu cao áp

- Sứ cách điện:

a Đường dõy trờn khụng (ĐDK)

a) Chuỗi sứ đứng đỡ có đầu kẹp dây cố định;

b) Chuỗi sứ cang có đầu kẹp dây bằng bu lông;

c) đầu kẹp đỡ dây cố định;

a Đường dây trên không (ĐDK)

b Cáp điện lực và phụ kiện

Phụ kiện cỏp

Phụ kiện và cách đặt cáp

a Hộp nối cáp bằng chi dùng

cho cáp 6-10kV

b Hộp đầu cuối của cáp

c Hộp đầu cuối ba pha của cáp

1.2.3 Cấu trúc trạm biến áp

a TBA phân phối (có thể có 1 hoặc 2 MBA)

b TBA trung gian và truyền tải

b TBA trung gian và truyền tải

Sơ đồ đấu nối máy phát với biến áp

1.4 HỘ TIÊU THỤ 1.4.1 Khái niệm

Hộ tiêu thụ điện bao gồm các thiết bị sử dụng điện (TBĐ) riêng biệt hay tập trung của các TBĐ đó

Phụ tải điện là một đại lƣợng đặc trƣng cho công suất tiêu thụ của các

hộ dùng điện

TBĐ sử dụng điện và biến đổi điện năng thành các dạng NL khác

1.4.2 Phân loại hộ tiêu thụ điện

a Hộ loại I: Là những hộ tiêu thụ điện mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến thiệt hại về người; thiệt hại rất lớn về mặt kinh tế, chính trị

và ngoại giao

b Hộ loại II: Là những hộ tiêu thụ điện mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến thiệt hại đáng kể về mặt kinh tế và phá vỡ các hoạt động bình thường của đại đa số công chúng

c Hộ loại III: Là những hộ tiêu thụ điện không thuộc hai loai hộ trên, tức là được phép ngừng cung cấp điện trong một thời gian ngắn

1.5 ĐẶC ĐIỂM HOẠT ĐỘNG CỦA HTĐ

 Trong HTĐ luôn có sự cân bằng năng lượng;

 Điện năng không dự trữ được

2) Điện năng có thể được tạo ra từ các nguồn năng lượng khác

và ngược lại

3) Điện năng rất dễ truyền tải và phân phối

phải sử dụng các thiết bị phản ứng nhanh để điều khiển chế độ

5) HTĐ trải rộng khắp đất nước, chịu tác động mạnh của môi

trường như khí hậu, thời tiết (mưa, bão) và các hiện tượng

tự nhiên khác (sét, sinh vật,…)

6) Điện năng có quan hệ chặt chẽ với tất cả các ngành của nền

kinh tế quốc dân

1.6 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HTĐ

 Tập hợp các quá trình điện xảy ra trong một thời điểm hay một khoảng thời gian vận hành gọi là các chế độ làm việc của HTĐ

 Đặc trƣng của chế độ HT là các thông số chế

độ biến đổi theo thời gian nhƣ: U, I, P, δ,…

 Theo các thông số chế độ, chia chế độ làm việc của HTĐ thành: Chế độ xác lập, chế độ quá độ

1.6 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HTĐ

Chế độ làm việc của HTĐ

Chịu đựng được trong thời hạn cho phép, ví dụ chạm đất 1 pha trong lưới TT CĐ

Chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác

Có SC trong HTĐ Cần loại trừ phần tử bị SC nhanh nhất có thể

1.7 SƠ LƢỢC HTĐ VIỆT NAM

1.7.1 Nguồn điện (tính đến hết năm 2009):

Nguồn

1.7 SƠ LƯỢC HTĐ VIỆT NAM

1.7.2 Lưới điện

- Lưới hệ thống và truyền tải: 110, 220 và 500kV

- Lưới phân phối hạ áp: 0,4kV (0,38/0,22kV)

ĐỊA PHƯƠNG

1.7 SƠ LƯỢC HTĐ VIỆT NAM

4 Hộ tiêu thụ điện: Khái niệm, phân loại?

5 Đặc điểm hoạt động của hệ thống điện?

6 Các chế độ làm việc của HTĐ?

7 Đặc điểm cơ bản của HTĐ Việt Nam?

2 MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ HTĐ

2.1 Mô hình đường dây

2.2 Mô hình trạm biến áp truyền tải điện

2.3 Mô hình phụ tải điện

2.4 Mô hình máy phát điện

2.1 Mễ HèNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

2.1.1 Cỏc thụng số đường dõy

a Điện trở tỏc dụng: R = r0.l, 

/km

,

1

F F

r





 - điện trở suất của vật liệu chế tạo dõy dẫn (mm2/km);

 - điện dẫn suất của vật liệu chế tạo dõy dẫn (km/  mm2);

F - tiết diện dõy dẫn (mm2)

 1 ( t t ) 

r

r0t  0    0

t - nhiệt độ môi trờng, 0C;

t0 - nhiệt độ tiêu chuẩn, t0= 200C;

 - hệ số dãn nở nhiệt (đối với Cu và Al  = 0,004 1/ 0C)

2.1.1 Các thông số đường dây

b Điện kháng: X = x0.l, 

km n

R

D x

td

tb

/ ,

0157 ,

0 lg

144 ,

R

Rtđ  n . (n1) , - bán kính tương đương của dây dẫn trong 1 pha

R - bán kính mỗi dây dẫn trong 1 pha

a - khoảng cách giữa các dây dẫn trong 1 pha

n - số lượng dây dẫn trong 1 pha

2.1.1 Các thông số đường dây

điện rò và vầng quang gây ra:

l U

P l

g





P0 - tổn thất vầng quang trên một km đường dây (kW/km);

dẫn của đường dây được sinh ra bởi điện dung giữa các dây dẫn các pha và điện dung giữa các dây dẫn đối với đất

6

lg

58 ,

2.1.2 Sơ đồ thay thế của đường dây tải điện

2.1.3 Ví dụ

đỉnh một Δ đều cạnh 1,5m Lập sơ đồ thay thế và xác định các thông số ĐDK này?

Ví dụ 2.2: Xác định các thông số trong sơ đồ thay thế ĐD tải điện 110kV, dây dẫn AC-70 có chiều dài 40km Các dây dẫn đặt nằm ngang, k/c giữa các dây dẫn 4m?

4 4

Ví dụ 2.3: Xác định các thông số đơn vị của ĐDK phân pha 500kV, dây dẫn AC0-3x500 các dây dẫn của mỗi pha đặt trên các đỉnh của tam giác đều với k/c giữa các dây dẫn 40cm Dây dẫn các pha đặt nằm ngang, k/c giữa các pha 12m?

Đ/s: r0d = 0,065  /km → r0 = 0,065/3=0,021  /km

x0 = 0,30  /km và b0 = 3,68.10-6S/km

2.2 MÔ HÌNH MÁY BIẾN ÁP

2.2.1 MBA 2 cuộn dây

2.2.1 MBA 2 cuộn dây

10

.

đm

đm N

b

S

U

U X

100

S U

P G

Q j

0 0

 

 Thí nghiệm ngắn mạch MBA, ta xác định đƣợc:

b đm

đm b

đm

U

S R

Ví dụ: Xác định thông số của MBA 2 cuộn dây kiểu

TM-560kVA-22/0,4kV Biết: ΔPN = 7,6kW, ΔP0 = 1,3kW, UN%= 5%

và I0% = 1,4%

1 Một TBA có 2 MBA loại TДH-10.000-115-11kV ghép song song Xác định các thông số sơ đồ thay thế của TBA quy về phía cao áp

Đ/S: Rb = 7,94Ω/2; Xb = 139Ω/2; Gb = 2x1,06.10-6 S; Bb = 2x5,293.10-6 S

2.2.2 MBA 3 cuộn dây

3 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP

CỦA HTĐ

4 LÝ THUYẾT ĐƯỜNG DÂY DÀI

4.1 Khái quát chung

4.2 Phương trình toán học mô tả đường dây dài 4.3 Quá trình truyền sóng trên đường dây dài 4.4 Đường dây dài không tiêu tán

4.5 Ứng dụng lý thuyết đường dây dài trong

tính toán hệ thống điện

4.1 KHÁI QUÁT CHUNG

 Trong tính toán phân tích HTĐ, đôi khi người

ta chỉ quan tâm đến một số thông số (U, I, P,…)

ở một vị trí nào đó trong HT Khi đó người ta dùng mô hình tương đương (sử dụng mạng điện

2 cửa)

 Các đường dây tải điện được thay thế bằng các thông số tập trung hay thông số rải tùy thuộc vào đường dây ngắn, trung bình (thay thế bằng thông số tập trung) hay dài (thay thế bằng thông

số rải)

4.1 KHÁI QUÁT CHUNG

 Đường dây tải điện được quy ước như sau:

 Đường dây ngắn là đường dây có chiều dài đến 80km Sơ đồ thay thế đường dây chỉ có tổng trở, còn các thông số khác có thể bỏ qua

 Đường dây trung bình là đường dây có chiều dài từ

hoặc hình Π có tổng trở và dung dẫn, còn bỏ qua điện dẫn rò

và tổn thất vầng quang

 Đường dây dài là đường dây có chiều dài từ 250km trở lên Khi đó, xét đến tính chất sóng của quá trình truyền tải điện năng - đường dây được thay thế bằng sơ đồ thông số rải dọc theo đường dây

I

U D

C

B A

1

2 2

1

IU

I

IU

U

B A

B A

2 2

1

I I

I U

U Z

4.2 ĐƯỜNG DÂY NGẮN

 Tính toán đối với đường dây ngắn:

 Nếu biết công suất của tải :

 Công suất đầu đường dây:

 Tổn thất công suất:

 Tổn thất điện áp: hay:

 Hiệu suất truyền tải của đường dây:

(P1 và P2 là công suất tác dụng đầu và cuối ĐD)

3U

S I

 % 100

2

2 1

Ví dụ 2.1: ĐD tải điện 3 pha điện áp định mức 220kV, dài 40km; r0 = 0,15/km, L0 = 1,3263mH/km (coi C 0 = 0) Sử dụng

mô hình đường dây ngắn tính: Điện áp, dòng điện đầu ĐD; ΔS; ΔU% và hiệu suất truyền tải của ĐD trong 2 TH sau:

a) Phụ tải tính cảm điện áp 220kV, công suất 381MVA, cosφ=0,8 b) Phụ tải tính dung điện áp 220kV, công suất 381MVA, cosφ=0,8

S

0 0

2

2

0 220 3

87 , 36 381

I U

S1  3 1 1  3 246 , 1830  3 , 9270 1  36 , 870  322 , 8  278 , 6

2

1 S S



100

%

2

2 1

9/30/2013 82

• Bản chất của quá trình truyền tải năng lượng theo đường dây tải điện là quá trình truyền sóng, trong đó các sóng điện áp

và dòng điện không ngừng truyền tải năng lượng từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ Như vậy ta sẽ dẫn ra các phương trình sóng cơ bản của đường dây dài

9/30/2013 84

5 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ BÙ CÔNG

5.3 Bù kinh tế trong hệ thống điện

5.4 Bù công suất phản kháng trong mạng điện phân phối