sản xuất truyền tải và phân phối điện năng

mặt cách điện làm tổn thất một phần điện năng.- Các thông số của dây dẫn phân bố đều dọc theo chiều dài đường dây... Máy biến áp 3 cuộn dây- Các thông số cho: + Công suất định mức Sđm, U

Người soạn: Thành Doanh LÊ

1.1: Khái quát chung về SX, truyền tải và phân phối điện

1.1.1 Nhà máy điện, lưới điện và phụ tải điện

- NMĐ: Nơi sx điện năng: dựa vào nguồn NL sơ cấp để sx điện năng Các NMĐ được phân thành: Thuỷ điện, nhiệt điện, điện nguyên tử Ngoài

ra còn có: mặt trời, điện gió, địa nhiệt, thuỷ chiều

- Lưới điện: tập hợp bộ phận các đường dây tải điện và các trạm biến áp

- Phụ tải điện: là công suất tác dụng và phản kháng yêu cầu tại 1 điểm nào đó của lưới điện ở Udm

+ Đặc điểm phụ tải: Biến thiên theo quy luật ngày đêm, ngẫu nhiên, có tính chất mùa, biến thiên theo thời tiết, theo f và điện áp tại điểm nối vào lưới điện

+ Phân loại: phụ tải đô thị, nông thông, công nghiệp (dùng trong quy hoạch, thiết kế) Trong tính toán phụ tải, các hộ dùng điện có quy luât giống nhau tạo thành 1 phụ tải : sinh hoạt, thương mại, dịch vụ, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông

1.1.2 Cấp điện truyền tải

- Tuỳ theo công suất yêu cầu của phụ tải và kc nguồn và tải thì điện áp được chọn ở các cấp thích hợp

- Các cấp điện áp truyền tải ở VN: 500kV, 220, 110, 35, 22, 10, 6 và 0.4kV

1.1.3 Cấu trúc đường dây tải điện

- Đường dây tải điện: trên không, dây cấp ngầm, dây dẫn điện trong nhà

- Đương dây trên không:

+ Dây dẫn, dcs, cột (cột thép, cột gỗ, cột bê tông cốt thép), cach điện và các phụ kiện của đường dây

+ Đương dây trên không: 1 mạch hoặc 2 mạch

- Dây cáp:

+ có một lõi hay 1 số lõi được cách điện với nhau và cách điện với đất

+ Lõi cáp: đồng hoặc nhôm

+ Vỏ: chì, nhôm hay pôliclovinin

- Dây dẫn trong nhà: dây dẫn cách điện, dây cáp và thanh dẫn Dây dẫn được bọc cách điện bằng cao su và chất dẻo.

1.1.4 Phân loại lưới điện

a Lưới hệ thống: Bao gồm các đường dây tải điện và các TBA khu vực, nối liền các NMĐ tạo thành HTĐ.

+ Có nhiều mạch vòng kín nhằm đảm bảo sư liên lạc hệ thống khi có sự cố hoạc bảo dưỡng đường dây.

+ Vận hành kín để đảm bảo liên lạc thường xuyên và chắc chắn giữa các nhà máy điện và phụ tải + Điện áp từ 110 500kV

+ Thực hiện chủ yếu bằng đường dây trên không

+ Phải bảo dưỡng định kì hàng năm

b Lưới truyền tải: Làm nhiệm vụ tải diện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian

- Sơ đồ kín có dự phòng

- Điện áp: 35, 110, 220kV

- Đường dây: trên không

- Phải bảo dưỡng định kì hàng năm

- Lưới 110kV trở lên trung tính MBA nối đất trực tiếp.

c Lưới phân phối: làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ trạm trung gian gian cho các phụ tải điện.

- Lưới phân phối trung áp có điện áp: 6,10,22,35kV

- Lưới phân phối hạ áp: 0.4kV

- LPP có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ phụ tải ( chất lượng điện áp và độ tin cậy)

- Điện năng truyền tải đền HTT phải thảo mãn các tiêu chuẩn chất lượng phục vụ (cl điện năng, đtc cung cấp điện) và các chi phí sx truyền tải và phân phối nhỏ nhất

- Phân loại HTĐ:

+ HTĐ tập trung: các nguồn điện và nút phụ tải lớn tập trung trong 1 phạm vi không lớn, chỉ càn dùng các dd ngắn để tạo thành hệ thống + HTĐ hợp nhất: các htđ độc lập ở cách xa nhau được nối liến thành hệ thống bằng các đường dây tải điện siêu cao áp

+ HTĐ địa phương: là các htđ riêng như htđ tự dùng của các xí nghiệp công nghiệp lớn.

- Vế mặt quản lý và vận hành htđ được phân thành:

+ Các NMĐ do các NMĐ tự quản lý

+ Lưới HTSCA (>220kV) và các trạm khu vực do công ty truyền tải quản lý

+ Nguồn điện, lưới hệ thống, các trạm khu vực được quy hoạch trong tổng sơ đồ

+ Lưới truyền tải và phân phối được quy hoạch riêng

- Về mặt điều độ, httđ được phân thành 3 cấp:

+ Điều độ trung ương (A0)

+ Điều độ điạ phương: điều độ các nhà máy điện, điều độ các trạm khu vực, điều độ các công ty điện + Điều đô các sở điện

- Vế mặt nghiên cứu tính toán, htđ được phân thành:

+ Lưới HT

+ Lưới truyền tải: 66,110,220kV

+ Lưới phân phối trung áp: 6,10,22,35kV

+ Lưới phân phối hạ áp: 380/220V

LHT: 110-220-500kV LTT: 110-220-66kV LPPTA:

6-10 -15-22-35kV

LPPHA: 0.4kV

TKV

TKV

2.1 Sơ đồ thay thế đường dây

- Các thông số cơ bản:

+ Điện trở của dây dẫn R0(Ω/km): đặc trưng cho năng lượng phát nóng của dây dẫn do hiệu ứng Joule

+ Điện cảm L0(H/km) hay điện kháng X0(Ω/km): dòng điện xoay chiều gây ra từ trường tự cảm của đường dây vs hỗ cảm của các dây Từ trường này gây ra tt delta Q vs U

+ Dung dẫn B0(S/km): điện dung giưã các dây dẫn và giữa các dây dẫn đối với đất do diện trường E

+ Điện dẫn tác dụng G0(S/km): tổn thất vầng quang (U xoay chiều gây ra E lớn, nếu E đủ lớn đến mức nào đó thì không khí xung quanh dây dẫn bị ion hoá gây tổn thất vầng quang Ngoài ra U cao gây ra dòng điện rò trong cách điện của cáp và trên bề

mặt cách điện làm tổn thất một phần điện năng.

- Các thông số của dây dẫn phân bố đều dọc theo chiều dài đường dây Đối với các đường dây có U>110kV và l < 250-300km ko xét đến sự phân

bố đều các thông số, đồng thời sử dụng các thông số tập trung R, X, G, B trong khi phân tích chế đô xác lập

j*B/2

Z = R + j * X; R = R 0 * l; X = X 0 * l

Y = G + j * B; G = G 0 * l; B = B 0 * l

- Đối với lưới điện có U< 35kV, bỏ qua G và B R X

- Đối với lưới điện có 66kV<U< 330kV, bỏ qua G

- Đối với lưới điện U> 330kV, sơ đồ thay thế có đầy đủ 4 thông số R,X,G và B

2.2 Sơ đồ thay thế máy biến áp

a Máy biến áp 2 cuộn dây

- Các thông số cho:

+ Công suất định mức Sđm, Ucđm, Uhđm

+ ΔP0: tổn thất công suất tác dụng không tải

+ ΔPN: tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch

+ I0: dòng điện không tải phần trăm so với điện áp định mức

+ Un%: điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức

- Sơ đồ thay thế MBA

b Máy biến áp 3 cuộn dây

- Các thông số cho:

+ Công suất định mức Sđm, Ucđm, UTđm, Uhđm

+ ΔP0: tổn thất công suất tác dụng không tải

+ ΔPN: tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch 2 cuộn dây lv

+ I0: dòng điện không tải phần trăm so với điện áp định mức

+ UnCT%, UnCH%, UnTH%: điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức

- Sơ đồ thay thế MBA

Sdm

Uhdm

RBC jXBC

ΔS0=ΔP0+j*ΔQ0

- Điện trở RBC, RBT, RBH

+ Công suất định mức của cuộn dây bằng nhau: 100/100/100

+ Công suất định mức của cuộn dây bằng nhau: 100/100/66,7

+ Công suất định mức của cuộn dây bằng nhau: 100/66.7/66,7

- Các thông số cho:

+ Công suất định mức SđmT= SđmC, SđmH< SđmC

+ Điện áp: Ucđm, UTđm, Uhđm

+ Sdm: Công suất max cho phép đi qua cuộn dây

+ Sm: cs mẫu dùng cho thiết kế: Sm=αSđm

α=1- UT/UC

+ ΔP0: tổn thất công suất tác dụng không tải

+ I0: dòng điện không tải phần trăm so với điện áp định mức

+ UnCT%, UnCH%, UnTH%: điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức

+ ΔPCT: tt cs giữa cuộn cao và trung trong khi nm tính theo dung lượng định mức

+ ΔP’CH, ΔP’TH: TTCS tính theo công suất mẫu

Uhdm

Ví dụ 1: Cho máy biến áp 2 cuộn dây có các thông số như sau: Sđm=16MVA, U=38.5/10.6kV, Un%=8%, ΔPn=90kW, ΔP0=21kW, I0%=0.75% Yêu cầu vẽ sơ đồ thay thế và tính các thông số trong sơ đồ thay thế.

Ví dụ 1: Cho máy biến áp 3 cuộn dây kiểu TDTH-40000/220 có các thông số như sau: Sđm=40MVA, U=230/38.5/11kV, Unch%=22%, Unct

%=12.5%, Unth%=9.5%,

ΔPnct=ΔPnch= ΔPnth=220kW, ΔP0=55kW, I0%=1.1% Yêu cầu vẽ sơ đồ thay thế và tính các thông số trong sơ đồ thay thế.

3.1 Nội dung chính của bài toán tính CĐXL

- CĐLV của mạng điện được đặc trưng bằng các thông số chế độ như công suất, dòng điện, điện áp…

- CĐXL của mạng là chế độ trong đó các thông số chế độ biến thiện trong một giới hạn cho phép

- Mục đích của tính CĐXL là từ các thông tin về các thông số của mạng và các thông số đã cho của chế độ ta tính các thông số chế độ.

- Thông số chế độ gồm có:

+ Sự phân bố dòng công suất trong mạng điện

+ Điện áp tại các nút tải

+ Tổn thất công suất trên các nhánh hay tổng tổn thất CS trong mạng điện

+ P,Q của nút cân bằng

- Chế độ làm việc của mạng điện được xác định bằng ĐL Ohm, kiechofff

- Phương pháp giải: trực tiếp, gián tiếp

- Các thông số chế độ phục vụ cho công tác vận hành, tối ưu chế độ, tính quá trình quá độ trong mạng và HTĐ

3.2 Tính tóan trong lưới điện đơn giản 1 phụ tải

3.2.1 Tính công suất vs tổn thất công suất

a Biết điến áp cuối U2 vs S2

j *Q cd j *Q cc

S . 1

S . 2 = P 2 + jQ 2

2 1

U . 2 = U 2 e j00 = U 2 ∠ 0 0

S . 2 = P 2 + jQ 2 = S 2 cos ϕ 2 + jS 2 sin ϕ 2

= P 2 + jP 2 tag ϕ 2

+ Công suất phản kháng do tụ điện cuối đường dây sinh ra:

+ Công suất sau tổng trở Z12:

+ Tổn thất công suất trê tổng trở Z12:

+ Công suất trước tổng trở Z12:

+ Tổn thất điện áp trên Z12 và điện áp nút 1:

+ Công suất phản kháng do tụ điện đầu đường dây sinh ra:

+ Công suất đầu đường dây:

b Biết điến áp đầu dd U1 vs S2

Bước 1: giả sử U2=U3=…=Uđm ,tính dòng công suất + Công suất phản kháng do tụ điện cuối đường dây sinh ra:

+ Công suất sau tổng trở Z12:

+ Tổn thất công suất trê tổng trở Z12:

+ Công suất trước tổng trở Z12:

+ Công suất phản kháng do tụ điện đầu đường dây sinh ra:

+ Công suất đầu đường dây:

Bước 2: Tính điện áp tại các nút

3.2.2 Điện áp giáng và tổn thất điện áp trên đường dây

U . 1 , U . 2

U . 2

- Góc lệch pha giữa điện áp U1 và U2

- Góc lệch pha giữa điện áp U1 và U2

- Tính toán LĐ rẽ nhánh được thực hiện như sau:

+ Tính toán riêng cho từng nhánh để nhận được công suất ở đầu nhánh  LĐ hở 1 tia nhiều tải

+ Thực hiện tính toán cho LĐ hở 1 tia nhiều phụ tải

3.3 Tính tóan trong lưới điện có rẽ nhánh

Ví dụ: Tính S1 và điện áp tại các nút 2,3 Biết điện áp định mức của mạng là Udm=110kV.

3.4 Tính toán lưới điện có nhiều cấp điện áp

1 Tổn thất công suât trong MBA

- Tổn thất công suất trong MBA: tổn thất cs trong lõi thép (ΔS0); tổn thất cs trong cuộn dây MBA (ΔSb)

- Tổn thất công suất trong lõi thép: ΔP0, ΔQ0

- Tổn thất công suất cuộn dây MBA

- Nếu TBA có n máy làm việc song song

∆ S . BA = n ∆ S . 0 + ∆ S

b

n = n ∆ P 0 + ∆ P N

n

S 2 2 S

- Khi tính lấy U2q=UCdm

- Tổn thất điện áp trên Zb - Điện áp phía hạ áp quy về phía cao

Ví dụ 3: Trạm hạ áp có 2 MBA làm việc song song kiểu TDH-16000/110kV, phụ tải lớn nhất của trạm S2=25MVA, cosφ=0.8 Tính tổn thất công suất trong trạm.

Biết: U2C= 117kV, Sđm=16MVA,Ucđm=110kV, Uhđm=11kV, ΔPN=90kW, Un%=10,5%, I0%=0,8%,ΔP0=21kW

R0=0,21Ω/kmX0=0.423Ω/kmB0=2.65.10-6(S/km)

3.5 Tính toán lưới điện kín

1 Khái niệm chung về lưới kín

- LK là lưới có mạch vòng hoặc 2 nguồn cung cấp

- Mạng kín có độ tin cậy cung cấp điện cáo và tổn thất công suất nhỏ Tuy nhiên phức tạp trong vận hành và tính toán.

2 Phụ tải tính toán của trạm

- Để đơn giản trong tính toán chế độ mạng kín chúng ta thường dùng phụ tải tính toán của trạm Ví dụ như trường hợp sau:

3 Tính các dòng công suất khi không xét đến tổn thất công suất

- Các giả thiết:

+ Ko tính đến tổn thất công suất trên các tổng trở đường dây

+ Dòng điện trên các đường dây xác định theo điện áp danh định của mạng

+ Dùng phụ tải tính toán của trạm

- Xét mạng điện hở hai nguồn cung cấp như sau:

BA

- Trường hợp 1: Điện ấp 2 nguồn cung cấp bằng nhau: UA=UB tìm dòng công suất gần đúng trong mạng điện.

- Theo định luận kiếc hốp 2 ta có:

- Vì bỏ qua TTCS trên đường dây nên ta có:

- Nếu trên đoạn AB có n phụ tải khi đó ta có công thức tổng quát tính các dòng công suất như sau:

BA

n

Trong đó:

+ : công suất phụ tải ở nút i

+ :Tổng trở phức liên hợp kể từ nút I đến nguồn cung cấp B và A

+ :Tổng trở phức liên hợp của tất cả các đoạn đường dây trong mạng điện

- Nếu tất các các đoạn đường dây trong mạng điện có cùng tiết diện khi đó dòng công suất được tính đơn giản hoá như sau:

Trong đó: LiB LiA : Chiều dài đường dây từ nút i đến đầu nguồn B và A

Trường hợp 2: Điện áp 2 nguồn A và B khác nhau Ví dụ UA>UB

- Dựa vào nguyên lí xếp chồng ta thay đường dây ban đầu bằng 2 đường dây Dòng công suất trên đường dây đã cho bằng tổng các dòng công suất trên 2 đường dây đó:

+ Các dòng công suất chạy trên đường dây hình H.2 có điện áp bằng nhau được xác định như trên:

+ Trên hình H.3 có dòng điện cân bằng Icb và công suất cân bằng Scb chạy từ nguồn A có điện áp cao hơn đến nguồn B.

+ Xếp chồng các dòng công suất ta được:

4 Xác định các thông số chế độ có xét đến tổn thất công suất

BA

2

- Sau khi tính được các dòng công suất SA1, S12, SB2 ta xác định điểm phân công suất trong mạng

- Điểm phân công suất là điểm nhận công suất từ 2 phía:

+ Điểm phân công suất tác dụng:

+ Điểm phân công suất phản kháng

- Để tính mạng kín ta chia nó thành 2 mạng hở tại điểm phân công suất Công suất 2 đầu đường dây 12 và B2 lấy bằng S12 và SB2

- Sau đó tính chế độ cho 2 mạng hở nhận được

BA

Ví dụ: Cho lưới kín như hình vẽ Tìm điểm phân công suất cho lưới điện

S . 2 = 2 + i * 1(MVA)

.

3.6: Tổn thất điện năng

1 Khái quát cung

- Phần năng lượng mất đi trong quá trình truyền tải gọi là tổn thất điện năng

- Nếu như phụ tải của đường dây ko thay đổi và tổn thất công suất tác dụng trên đường dây là ΔP thì tổn thất điện năng trong thời gian t bằng:

- Phương pháp xác định tổn thất điện năng: xác định theo đồ thị phụ tải nhảnh Phương pháp này đòi hỏi xây dựng đồ thị phụ tải ngày và phụ tải năm.

- Phụ tải ngày: phản ánh sự thay đổi công suất phụ tải trong 1 ngày đêm

- Độ thị phụ tải năm được xây dựng trên công suất các phụ tải ngày điển hình của các mùa trong năm.

∆ A = ∆ P.t

2 Tổn thất điện năng trên đường dây

- Để xác định tổn thất điện năng trong 1 năm, người ta dựa vào đồ thị phụ tải năm Trên đồ thị phụ tải năm chúng ta phân chia thành nhiều chế độ, mỗi chế độ phụ tải chúng ta tính tổn thất công suất và điện năng.

- Nếu đồ thị phụ tải có n cấp, khi đó tổn thất công suất và điện năng được xác định theo công thức tương tự như trên TTCS và TTĐN với cấp thứ i của đồ thị phụ tải:

2 Tổn thất điện năng trong MBA

- Tổn thất công suất trong MBA

+ ΔPn,ΔP0: Tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây và loĩ thép MBA

+ S2i: Công suất phía thứ cấp của MBA ở cấp thứ i của đồ thị phụ tải

+ Sđm: công suất định mức mba

- Tổn thất điện năng của trạm ở cấp thứ i:

- Khi TBA có m MBA làm việc song song ở cấp thứ i của phụ tải:

- Tổn thất điện năng trong trạm:

- PP tính tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải có độ chính xác cao Nhưng đòi hỏi thông tin về đồ thị phụ tải của tất cả các nhánh trong mạng Quá trình tính toán phức tạp nếu như số cấp đồ thị phụ tải nhiều Trên thực tế sử dụng PP khác.

- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (Tmax): là tgian mà khi phụ tải làm việc với phụ tải lớn nhất thì điện năng hộ tiêu thụ nhận được đúng bằng điện năng thực trong năm.

Pmax: Công suất tác dụng lớn nhất của phụ tải

3 Tính tổn thất điện năng theo thời gian tổn thất công suất lớn nhất

- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (Tmax)

- Thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ: nếu trong tgian τ hộ tiêu thụ làm việc với phụ tải lớn nhất thì tổn thất điện năng trên đường dây bằng tổn thất điện năng trong năm

ΔPmax: tổn thất công suất khi phụ tải cực đại

- Đối với MBA tổn thất điện năng gồm 2 thành phần:

+ TTĐN không phụ thuộc vào phụ tải, được xác định theo công thức

+ TTĐN phụ thuộc vào dòng điện phụ tải, được xác định theo thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ

- Nếu TBA có m MBA làm việc song song, khi đó TTĐN trong trạm được tính toán như sau:

R0=0,21Ω/kmX0=0.423Ω/kmB0=2.65.10-6(S/km)

5.1Khái niệm chung

- Tiết diện dây dẫn được chọn phải đảm bảo các tiêu chuẩn về kinh tế và kĩ thuật

- Tiêu chuẩn về kinh tế: Tăng F sẽ làm tăng chi phí xây dựng và vận hành, nhưng làm giảm tt điện năng và chi phí về tổn thất điện năng Do vậy phải chọn F sao cho chi phí tính toán hàng năm có giá trị nhỏ nhất

- Tiêu chuẩn kĩ thuật:

+ ΔU trong giới hạn cho phép

+ Điều kiện phát nóng đảm bảo

+Đối với U cao phải kiểm tra điều kiện vầng quang

+ Độ bền cơ

5.2 Chọn F theo mật độ dòng điện kinh tế Jkt

- Theo đk kinh tế F dây dẫn chọn sao cho hàm chi phí Z là nhỏ nhất

Z= atc*K+ Y=atc*K+ avh*K + YΔA= K(atc+avh)+ YΔA

= [k0+ n(a+bF)]*l*(atc+avh)+ 3*I2max*R*τ*C=[k0+ n(a+bF)]*l*(atc+avh)+ 3*(I2max*ρ*l*τ*C)/FTrong đó: atc: hệ số định mức hiệu quả vốn đầu tư

+ avh: Hệ số khấu hao về hao mòn, sửa chữa thường kì và phục vụ đường dây trong năm