Phương pháp thiết kế các mạng và hệ thống điện công nghiệp: Phần 1

Phần 1 cuốn sách cung cấp cho người đọc các kiến thức: Những nguyên tắc thiết kế các mạng điện và hệ thống điện, chọn sơ bộ các sơ đồ mạng điện, phương pháp tính kinh tế - Kỹ thuật,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

LÒI NÓI ĐẦU

Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá của nước ta trong giai đoạn hiện nay yêu cầu tăng không ngừng sản lượng điện Để thực hiện điêu đó cần phát triển và mở rộng các nhả máy điện cũng như các mạng và hệ thống điện công suất lớn Điéu này đặt ra những nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư ngành hệ thống điện Một trong những nhiệm vụ đó

Thiết kế các mạng và hệ thống điện liên quan chặt chẽ với các bài toán kinh tế và kỹ thuật Vì vậy cuốn sách "Thiết kế các mạng và hệ thống điện” này được biên soạn nhằm mục đích cung cấp những kiến thức lý thuyết vế tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và luận chứng kinh tế của các giải pháp kỹ thuật Sách còn trình bày các phương pháp tính toán các chỉ tiêu chủ yếu vê độ tin cậy cung cấp điện cũng như các phương pháp tính độ tin cậy khi so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án; các phương pháp tính kinh tế - kỹ thuật

để chọn phương án tối ưu trong thiết kế và phương pháp tính các thông số chê' dộ của mạng

và hệ thống điện Các giải pháp nâng cao các chỉ tiêu chất lượng điện, nâng cao hiệu quả kinh tế và khả năng tải của mạng điện cũng được trinh bày trong cuốn sách.

Cuốn “ Thiết kế các mạng và hệ thống điện” này được biên soạn dành cho sinh viên chuyên ngảnh “ Hệ thống điện" trong các trường Đại học và Cao đẳng, hy vọng nó cũng sẽ

có ích đối với các cán bộ kỹ thuật, các kỹ sư và những ai quan tâm đến lĩnh vực này.

Tác giả rất mong nhận được nhiéu ý kiến nhận xét và phê bình của bạn đọc.

Tác giả

Chương Một

CÁC M Ạ N G Đ IỆ N V À HỆ THỐNG Đ IỆ N

1.1 NHŨNG ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ NĂNG LƯỢNG CỦA KHU v ự c

Trong giai đoạn đầu chuẩn bị thiết kế các mạng và hệ thống điện cần chỉ rõ các vấn đề phải giải quyết trong thiết kế Các vấn đề đó được quyết định bởi đặc điểm của khu vực có các hộ tiêu thụ điện năng và tính chất của các hộ tiêu thụ điện Vì vậy trước khi thiết kế cần có những sô' liệu cơ bản đặc trưng của khu vực phân bố các hộ tiêu thụ điện năng, cũng như các nguồn điện, các nhà máy điện địa phương và các nguồn năng lượng dự trữ Đặc biệt cần xác định rõ những vấn đề sau:

1 Vị trí địa lý của khu vực được điện khí hoá, diện tích của khu vực, dân

số, số lượng các khu dân cư và các khu vực sản xuất;

2 Những đặc điểm khí hậu của khu vực, nhiệt độ cao, thấp và trung bình trong năm, tốc độ gió và hướng gió, giông sét, mức độ ô nhiễm khồng khí;

3 Các sô' liệu về hộ tiêu thụ điện năng, vị trí địa lý, công suất tiêu thụ có xét đến sự phát triển từ 5 đến 10 năm;

4 Những tài nguyên thiên nhiên của khu vực, việc sử dụng chúng hiện tại

và trong tương lai;

5 Những số liệu về các nguồn năng lượng của khu vực

Nếu nhiệm vụ thiết kế là phát triển mạng điện hiện có thì cần phải có sô' liệu về các thông số của mạng

Để tiến hành thiết kế môn học “Mạng lưới điện” và thiết kế tốt nghiệp cần

có thêm những sô' liệu ban đầu sau:

a Trung tâm cung cấp điện (nhà máy điện, trạm biến áp khu vực của hệ thống) được sử dụng để cung cấp cho các hộ tiêu thụ (cần chỉ rõ sơ đồ và các cấp điện áp định mức: 35, 110, 220 kV và V.V.); điện áp duy trì trên thanh góp

của các trung tâm cung cấp trong các chế độ khác nhau (chế độ phụ tải cực đại

và cực tiểu, cũng như chế độ sau sự cố)

b Giá 1 kW công suấl đặt trong các nhà máy điện của hệ thống

c Giá 1 kW.h điện năng tổn thất trong các mạng điện và giá thành các thiết

Trong thiết kế các hệ thống điện, thông thường không bắt đầu từ “số không” Các hệ thống điện được tạo thành từ các nhà máy điện, các nút năng lượng, thường là các hệ thống điện nhỏ hơn đã có Vị trí địa lý của chúng, giá trị kinh tế và kế hoạch phát triển trong tương lai là các yếu tô' quan trọng, là các tiền đề kinh tế để thiết kế Nhiệm vụ chính của thiết kế hệ thống điện là chọn cấu trúc tối ưu của nó, nghĩa là chọn phương án phát triển tối ưu các công suất phát của hệ thống, kết hợp với các đường dây tạo thành hệ thống truyền tải điện Trong thiết kế cần dự kiến xây dựng các nhà máy điện và đường dây truyền tải mới như thế nào để có thể đạt được các chỉ tiêu kinh tế tốt nhất cho hệ thống điện xây dựng

Trong các điểu kiện kinh tế đê thiết kế các hệ thống điện, ngoài các yếu tô

có tính nguyên tắc chung, được xác định bằng các quy luật kinh tế, còn có hàng loạt các yếu tố phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể Để xác định các tiền đề kinh

tế cụ thể cần tiến hành phân tích sơ bộ theo ba hướng:

1. Phát hiện nhu cầu điện năng, số lượng và sự phân bô' cũng như sự thay đổi của nhu cầu điện năng theo thời gian (đồ thị phụ tải);

2 Phân tích các nguồn nhiên liệu, khả năng xây dựng các nhà máy nhiệt điện, nhu cầu năng lượng nhiệt cho công nghiệp và dân dụng;

3 Khảo sát các nguồn nước, tiến hành các tính toán thuỷ năng và kinh tê' thuỷ năng, phân tích sự cần thiết xây dựng các nhà máy thuỷ điện

Nghiên cứu chi tiết các vấn đề trên cho phép phát hiện và chứng minh các điều kiện kinh tế của sự phát triển hệ thống điện.

Nhiệm vụ thiết kê các hệ thống điện là tìm giải pháp tốt nhất để phát triển các công trình năng lượng mới và thời hạn khai thác chúng, có chú ý đến các chi tiêu kinh tế - kỹ thuật hợp lý nhất Thiết kế các hệ thống điện cần có các luận chứng kinh tê' - kỹ thuật của sự phát triển các nhà máy điện, các mạng điện

và các phương tiện vận hành chúng, bao gồm cả các phương tiện điều khiển.Thiết kế các hệ thống điện được tiến hành theo trình tự sau:

Trước hết cần chuẩn bị báo cáo kinh tế - kỹ thuật, trong đó dự kiến các nguyên tắc giải quyết những vấn đề trong tương lai 15 - 20 năm Trong báo cáo kinh tê - kỹ thuật quy định:

1 Tỷ lệ tối ưu các loại nhà máy điện (nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuý điện, nhà máy điện nguyên tử, các thiết bị tiêu chuẩn chuyên ngành), điểu kiện

sử dụng và các thông số cơ bản của chúng;

2 Những nguyên tắc chủ yếu của xây dựng hệ thống điện (xác định hướng

v à các thông số của các đường dây dài, chọn hệ thống điện áp của mạng điện chính V.V.), cũng như những vấn đề nguyên tắc tổ chức v à điều khiển hệ thống;

3 Tổng vốn đầu tư và các nguồn nguyên vật liệu cần thiết để phát triển năng lượng

Trên cơ sở báo cáo kinh tế - kỹ thuật sẽ hình thành các yêu cầu đối với các ngành công nghiệp liên quan (chế tạo máy điện, kỹ thuật điện, nhiên liệu), triển khai các hướng nghiên cứu khoa học, chuẩn bị luận chứng kinh tế - kỹ thuật, chọn thông số các thiết bị năng lượng và kỹ thuật điện mới

Công việc tiếp theo là dựa trên cơ sở của báo cáo kinh tế - kỹ thuật, dự kiến các sơ đồ phát triển (của hệ thống, các đường dây truyền tải, các mạng phân phối, tổ chức vận hành, trong đó có điều độ) và thiết kế kỹ thuật, kể cả vấn đề thiết bị tự động hoá hệ thống

Các sơ đồ của hệ thống điện độc lập và các hệ thống điện hợp nhất thông thường được dự tính đến 5 - 7 năm sau Các sơ đồ đó chỉ rõ các số liệu thiết kế, trên

cơ sở đó phân bổ kinh phí cho thiết kế các nhà máy điện, các đường dây truyền tải điện và các trạm của mạng điện chủ yếu, và chuẩn bị kế hoạch xây dựng

Trong nhiệm vụ lập các sơ đồ có yêu cầu xác định vị trí, công suất và trình

tự xây dựng các nhà máy điện riêng biệt trong tương lai đến 10 năm, chọn hình dạng, các thông số và trình tự phát triển mạng điện chủ yếu, để ra những yêu cầu cơ bản đối vói thiết bị tự động chống sự cố Trên cơ sở các sơ đồ nhận được,

sơ bộ xác định yêu cầu vể vốn đầu tư, về nhiên liệu và thiết bị

Sơ đồ phát triển của hệ thống điện riêng biệt được chuẩn bị sau khi thành lập sơ đồ của hệ thống điện độc lập và hệ thống điện hợp nhất Ghúng thường được lập chi tiết hơn đến 5 năm, đồng thời tính đến sự phát triển của chúng trong 5 năm sau (đôi khi 2 đến 3 năm)

Lập sơ đồ phát triển của hệ thống điện cần thực hiện các công việc sau:

1 Cân bằng công suất tác dụng, công suất phản kháng và năng lượng Chọn các nguồn năng lượng tối ưu, đảm bảo độ tin cậy cao;

2 Tính các chi tiêu cơ bản của năng lượng;

3 Xác định hình dạng, thông số và trình tự xây dựng các mạng điện;

4 Sơ bộ đánh giá vốn đầu tư cần thiết về thiết bị của tất cả các loại nhà máy điện và các trạm

Hướng phát triển của các mạng phân phối của hệ thống thường là các thành phố, các vùng nông thôn, các đường sắt điện khí hoá, các trung tâm công nghiệp Chúng là các số liệu ban đầu để thiết kế các đường dây tải điện riêng biệt, các trạm, mạng điện thành phố, mạng điện nông thôn và các công trình khác liên quan với sự phát triển và thiết kế cải tạo mạng điện Khi lập sơ đồ cần giải quyết những nhiệm vụ sau:

thiết để vận hành Sau khi thực hiện các công việc trên cần lập kế hoạch phát triển các thiết bị quản lý hành chính và điều độ Trong giai đoạn này của thiết

kế, cần có luận chứng kinh tế - kỹ thuật cho tổ chức và phát triển các thiết bị điểu chỉnh tự động, kỹ thuật máy tính, điều khiến từ xa và thông tin liên lạc, đồng thời cần xét:

1 Cấu trúc điều độ và thiết bị chính của các trạm điều độ;

2 Các dạng điều chỉnh tự động cần thiết, điều khiển từ xa, kỹ thuật máy tính và thông tin liên lạc;

3 Các sơ đồ kênh thông tin liên lạc, điều khiển từ xa và điều chỉnh tự động;

4 Vốn đầu tư

Thiết kế kỹ thuật thiết bị tự động chống sự cố của hệ thống được tiến hành sau khi thông qua các sơ đồ phát triển Khi thực hiện thiết kế kỹ thuật cần nghiên cứu sơ đồ cấu trúc của thiết bị tự động chống sự cố và sơ đổ bố trí các thiết bị trên công trình Thiết kế kỹ thuật được thực hiện sau khi tính chế độ của

hệ thống điện, phân tích ổn định tĩnh và ổn định động của hệ thống, các phương tiện nâng cao ổn định Thiết kế kỹ thuật là cơ sở để chuẩn bị các bản vẽ thi công, khai thác thiết bị tự động chống sự cố, bảo vệ rơle và điểu khiển

Luận chứng kinh tế - kỹ thuật của các giải pháp được chấp nhận khi thiết

kế các hệ thống điện phải so sánh các phương án thực hiện các sơ đồ của thiết

kế đối vói hệ thống nói chung hay đối với các phần tử riêng biệt của nó Các phương án so sánh về kỹ thuật cho phép thực hiện nhiệm vụ cần thiết khi thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật, được quy định bằng các định mức tương ứng, đồng thời bảo đảm độ tin cậy cần thiết Các phương án so sánh về kinh tế phải cho hiệu quả sản xuất như nhau (kể cả sản phẩm không năng lượng, nếu các công trình tổng hợp được xem xét) và tính tất cả các chi phí kinh tế liên quan (chi phí đầu tư vào các bộ phận liên quan của năng lượng và các ngành liên kết) Các phương án được đánh giá cả về các chỉ tiêu, cần so sánh theo quan điểm tính đầy đủ các điều kiện cụ thể của xây dựng và vận hành công trình, mức giá và thuế áp dụng, trình độ kỹ thuật của công nhân xây dựng v.v

Khi tiến hành so sánh các phương án cấu trúc hệ thống điện và các sơ đồ của mạng điện chính, thời hạn tính toán là 10 năm, còn với các phương án của

các mạng phân phối là 5 năm Trong tính toán, các tổn thất điện năng chỉ được tính đối với các công trình năng lượng xây dựng mới và đánh giá sự khác nhau của các tổn thất đó trong mạng điện đối với các phương án so sánh Thông thường đối với các công trình năng lượng (hệ thống điện, nhiệt ) các đặc tính kinh tế gần cực tiểu thường biến đổi chậm Vì vậy có thể xuất hiện các phương

án khác nhau về các chi phí quy đổi không lớn hơn khoảng 3 đến 5% Các phương án như thế được cho là bằng nhau vể kinh tế, và trong trường hợp này phương án tốt nhất được chọn không theo các chi tiêu kinh tế, mà theo các chỉ tiêu chất lượng của phương án, các chỉ tiêu này không được tính khi so sánh kinh tế (triển vọng trong tương lai, độ tin cậy, thị trường thiết bị, mức độ ánh hưởng đến môi trường, các yếu tố xã hội V V )

1.3 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN NÀNG

Số liệu về điện năng tiêu thụ và các phụ tải điện là những dữ liệu ban đầu quan trọng, ảnh hưởng lớn đến kết quả giải quyết các nhiệm vụ thiết kế Các lời giải sẽ hợp lý nếu như sự phát triển của các phụ tải theo thời gian và của các hệ thống cung cấp điện được chú ý đến trong các tính toán Khi thiết kế các nhà máy điện, các trạm và các đường dây mới cần dự kiến sự phát triển của các hệ thống năng lượng trong thời hạn khá dài, từ 10 đến 20 năm, có xét đến sự thay đổi của tất cả các thông số tính toán Do đó cần tìm phương án phát triển dần dần, trình tự vận hành các công trình năng lượng mới có công dụng khác nhau, đảm bảo khả năng cung cấp điện tin cậy cho tất cả các hộ tiêu thụ, đồng thời đảm bảo chi phí thấp nhất trong thòi gian đã cho

Thiết kế hệ thống điện liên quan đến một tổ hợp rất phức tạp các công trình năng lượng được tiến hành trước khi thiết kế các công trình công nghiệp mà nó cung cấp năng lượng Vì vậy rất khó nhận được các số liệu ban đầu đủ tin cậy

về tốc độ tăng trưởng tương đối điện năng tiêu thụ của các phụ tái

Trong từng trường hợp cụ thể, việc dự báo nhu cầu điện năng và lập các đồ thị phụ tải theo chỉ dẫn chung của cơ quan hoạch định kinh tế và các viện nghiên cứu - thiết kế Cần xác định các chi tiêu cơ bản về chi phí để cân bằng điện năng như điện năng tiêu thụ, cực đại phụ tải của hệ thống và chế độ phụ tải

Dự báo sự phát triển năng lượng chiếm vị trí quan trọng trong hệ thống các

dự báo kinh tế của mỗi quốc gia Một trong những nhiệm vụ chính của dự báo phát triển năng lượng là dự báo nhu cầu điện năng (tiêu thụ điện năng) của nền kinh tế quốc dân Điểm quan trọng nhất của dự báo là thời gian dự báo Các thời gian dự báo nhu cầu điện năng của nền kinh tê quốc dân bao gồm:

1 Các dự báo vận hành (thời gian đến 1 năm) được dùng để xác định thực hiện kế hoạch dự đoán về điện năng tiêu thụ trong một ngày, một tháng, một quý;

2 Các dự báo ngắn hạn (thời gian từ 2 đến 5 năm), thông thường liên quan đến độ chính xác kế hoạch năm của nhu cầu điện năng cũng như thực hiện kế hoạch tương lai;

3 Các dự báo trung hạn (thời gian từ 5 đến 10 năm): Thời gian cúa các dự báo trung hạn trùng với thời gian cần thiết để nghiên cứu các tài liệu thiết kế đối với các công trình năng lượng lớn, xây dựng và đưa các công trình vào vận hành, nghĩa là thời gian để tạo ra các nguồn năng lượng mới Kết quả của dự báo trung hạn có thể được sử dụng trong dự báo dài hạn nhu cầu điện năng;

4 Dự báo dài hạn (thời gian từ 5 đến 20 năm): Trong thời gian này có thể xảy ra những thay đổi quan trọng về các xu hướng phát triển của các quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng, như áp dụng những phát minh khoa học lớn trong năng lượng, ví dụ kỹ thuật laser, các đường dây siêu dẫn v.v

Dự báo nhu cầu điện năng của các ngành kinh tế khác nhau trong nền kinh

tế quốc dân có ảnh hưởng lớn đến việc thực hiện kế hoạch phát triển tương lai của nền kinh tế Các kết quả của dự báo nhu cầu điện năng ảnh hưởng quan trọng đến sự phát triển kinh tế - xã hội và cải thiện điều kiện sống của nhân dân.Nhiệm vụ chủ yếu của các nhà dự báo trong các điều kiện này là chọn đúng phương pháp dự báo Các phương pháp dự báo hiện nay qó thể chia thành ba loại: ngoại suy, chuyên gia và mô hình hoá

Đê chọn đúng phương pháp dự báo cần dựa trên cơ sở phân tích các đặc điểm cơ bản và so sánh các lĩnh vực áp dụng các phương pháp, có chú ý đến các điều kiện cụ thể của sự phát triển kinh tế - xã hội của mỗi quốc gia

Sau đây chúng ta xét một số phương pháp dự báo nhu cầu điện năng và xác định các phụ tải

1.3.1 Phương pháp tính trực tiếp

Phương pháp tính trực tiếp dựa trên cơ sở xác định nhu cầu điện năng dự tính (dự đoán) cho từng lĩnh vực riêng biệt của nền kinh tế, sau đó lấy tổng các kết quả nhận được Nhu cầu điện năng của từng lĩnh vực riêng biệt có thể tính theo phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm Các suất tiêu hao điện năng có chú ý đến sự tiến bộ công nghệ, việc áp dụng các thiết bị mới, sự hoàn thiện các phương pháp tổ chức điều hành công nghiệp

Có thể xác định tổng nhu cầu điện năng dự đoán trong hệ thống điện trong thòi gian t theo công thức:

i=itrong đó:

1.3.2 Phương pháp ngoại suy trực tiếp

Phương pháp ngoại suy trực tiếp có thể áp dụng khi có số liệu thống kê về điện năng tiêu thụ trong những năm đã qua Trong trường hợp này để dự báo nhu cầu điện năng người ta cố gắng sử dụng các công thức đơn giản nhất, cho phép xác định nhu cầu điện năng của hệ thống điện nói chung hay của các nút

phụ tải riêng biệt Điện năng tiêu thụ đã biết trong thời kỳ nào đó của sự phát triển của hệ thống điện và tốc độ tăng trung bình năm của điện năng tiêu thụ,

tính được theo các số liệu thống kê của những năm trước thường được biểu thị

bằng các công thức này Nhu cầu điện năng trong năm tính toán thứ t được xác định theo công thức:

A0 - điện năng tiêu thụ đã biết (cơ sở);

n - tốc độ tăng trung bình nám của điện năng tiêu thụ, %;

t0 - năm cơ sở, khi đó điện năng tiêu thụ là A0

Đôi khi dự báo nhu cầu điện năng được tính theo biểu thức:

Để dự báo nhu cầu điện năng trong thời hạn 5 năm, có thể sử dụng công thức:

trong đó:

J5 - chí sô' sản xuất công nghiệp trong thòi gian 5 năm;

k, - hệ số dự báo trong 5 năm, thông thường k5 = 1,58 -ỉ- 0,34 J5

Ngoài ra ở các nước khác trên thế giới người ta còn dùng một số công thức khác đổ dự báo nhu cầu điện năng Ví dụ ở Pháp người ta sử dụng công thức:

trong đó:

J0 và J, - các chỉ số cơ sở và tương lai của sản xuất công nghiệp;

t - thời gian tính toán

Để dự báo nhu cầu điện năng, ở Mỹ người ta sử dụng quan hệ tương quan

với chi số sản xuất công nghiệp I, điện năng tiêu thụ c và chi phí lao động trong

Nguyên tắc so sánh các kết quả của phương pháp ngoại suy trực tiếp được

sử dụng trong phương pháp so sánh để dự báo nhu cầu điện năng

ỉ 3.4 Phương pháp chuyên gia

Để tiến hành dự báo theo phương pháp chuyên gia, ngưòi ta mời các chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng Các chuyên gia phải là những người có linh cảm tốt, trình độ chuyên môn cao, đồng thời cần có nhiều kinh nghiệm trong công tác

Sử dụng phương pháp chuyên gia có thể nhận được các đánh giá dự báo về nhu cầu điện năng, cũng như thiết lập mức độ phù hợp các ý kiến của chuyên gia về vấn đề này

Phương pháp chuyên gia được áp dụng nhiều ở Mỹ và ở các nước thuộc Liên Xô trước đây

1.3.5 Phương pháp mô hình toán học

Sử dụng phương pháp mô hình toán học trong dự báo trước hết là mô hình toán học các hiện tượng và các quá trình

Mục đích xây dựng mô hình toán học là thiết lập sự phụ thuộc số lượng và logic giữa các phần tử khác nhau của hiện tượng nghiên cứu

Đê dự báo nhu cầu điện năng theo phương pháp này đòi hỏi sử dụng các phương pháp toán - kinh tế hiện đại và máy tính.

Các mô hình toán học thiết lập quan hệ tương hỗ giữa điện năng tiêu thụ và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển cua năng lượng Ví dụ, để dự báo nhu cầu điện năng của ngành khai thác than, ngưòi ta thiết lập các mối liên quan giữa suất điện năng tiêu thụ cho một đơn vị công suất đặt của các thiết bị truyền động điện và hiệu suất lao động của thợ mỏ

Sau khi xác định tổng nhu cầu năm về điện năng của tất cả các nhóm hộ tiêu thụ trong năm dự báo, cần tiến hành cân bằng điện năng theo công thức:

trong đó:

Ap - tổng điện năng cần phát ra của các nhà máy điện trong hệ thống;

A, - tổng điện năng tiêu thụ năm của tất cả các nhóm hộ tiêu thụ;

AA - tổn thất điện năng trong các mạng điện của hệ thống điện;

Atd - tổng điện năng tự dùng của các nhà máy điện

Dự tính quy hoạch các suất tổn thất điện năng gặp rất nhiều khó khăn Mức độ chính xác của chúng càng thấp khi thời gian tính càng dài; giá trị của chúng có thể quy định trên cơ sở dự báo công nghệ chuyên môn Trong các cơ quan thiết kế, các giá trị AA và Atd thường được tính theo phần trăm của A„ được xác định trên cơ sở kinh nghiệm thiết kế và vận hành có lưu ý đến việc áp dụng kỹ thuật mới và các đặc điểm cấu trúc của hộ thống điện

Để xác định các phụ tải điện, ngoài phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm kể trên, chúng ta xét thêm một số phương pháp sau

1 Phương pháp đồ thị công nghệ

Phương pháp này được áp dụng đối với các thiết bị lớn (lò ủ trong chế tạo máy, máy cán kim loại, máy hàn điểu khiển tự động) Đối với các nhà máy đó,

đổ thị phụ tải điện được xây dựng trên cơ sở đồ thị công nghệ làm việc cúa tất

cả các thiết bị riêng biệt và công suất tương ứng của chúng Phụ tải tính toán được xác định từ đồ thị tổng các phụ tải điện

2 Phương pháp suất phụ tải trên 1 m2 diện tích sản xuất.

Phương pháp này thường áp dụng đối với phụ tải động lực của các cơ sở chế tạo máy và được sử dụng phổ biến trong các cơ quan thiết kế khi tính toán

sơ bộ đối với quá trình sản xuất có công nghệ chưa xác lập (chế tạo máy) Phụ tải không đổi lớn nhất trên 1 m2 diện tích của phân xưởng chính là phụ tải chiếu sáng Kinh nghiệm thiết kế cho phép thiết lập các số liệu khá chính xác về phụ tải chiếu sáng của các ngành sản xuất khác nhau.

Nếu lấy suất phụ tải trên 1 m2 sản xuất bằng Pn với diện tích F m2 thì phụ tải cực đại tính toán bằng:

Phụ tải tính toán đối với các khu dân cư được tính trên cơ sở các suất phụ tải tính toán của các nhà ở và giá trị của hệ số đồng thời tuỳ theo số lượng căn

hộ Giá trị chính xác của các suất phụ tải cho một căn hộ đối với các nhà ở của các thành phố ở CHLB Nga cho trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Các suất phụ tải điện cho một căn hộ, kW

Các phụ tải điện tăng theo thời gian Tốc độ tăng mỗi năm đối với các khu nhà ở có bếp gaz là 4%, đối với các khu nhà có bếp lửa là 2,5% Đối với các phụ tải của các mạng phân phối 6 -ỉ- 20 kV, tốc độ tăng mỗi năm có thể lớn hơn do điện khí hoá của các cơ sở phục vụ công cộng và nhà trẻ.

Giá trị cực đại của tổng các phụ tải điện trong hệ thống điện Pmax có ý nghĩa quan trọng trong thiết kê các hệ thống điện Khi tổng phụ tải vượt quá Pmax dẫn đến tăng công suất đặt tổng của các nhà máy điện và chi phí không hợp

lý về tài chính, còn hạ thấp hơn sẽ dẫn đến thiệt hại vì thiếu công suất cần thiết cho sự phát triển kinh tế - xã hội

Tính trực tiếp Pmax theo số giờ sử dụng cực đại của phụ tải của hệ thống điện Tmax như sau:

1.4 D ự BÁO CÁC CHẾ Đ ộ TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG

Chế độ tiêu thụ điện năng của các hộ tiêu thụ riêng biẹi và của hệ thống nói chung được đặc trưng bằng các đồ thị phụ tải điện, phản ánh sự thay đổi công suất tiêu thụ trong một ngày hay trong một năm Chế độ tiêu thụ điện được phán ánh bằng đồ thị tổng phụ tải của hệ thống Hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ này là: thành phần của các ngành kinh tế quốc dân; thời gian của tuần làm việc và số lượng ca làm việc trong ngày; mức độ tải của các ca riêng biệt của các xí nghiệp công nghiệp và các xu hướng thay đổi nó Thành phần các hộ tiêu thụ có ý nghĩa quyết định đối với hình dáng các đồ thị phụ tải

Đồ thị phụ tải ngày công suất tác dụng của hệ thống định rõ đặc tính tổng hợp của tất cả các hộ tiêu thụ Nếu hệ thống điện có phụ tải sinh hoạt nhiều thì cực đại buổi chiều lớn hơn cực đại buổi sáng (hình 1.la) Sự khác nhau đó thấy

rõ đặc biệt trong mùa hè Cực đại mùa hè đến chậm hơn so với mùa đông Phụ tải cực tiểu bằng 50 -í- 60% phụ tải cực đại Nếu phụ tải cồng nghiệp chiếm nhiều hơn trong các hệ thống điện thì sẽ có hai cực đại thể hiện rõ ràng: buổi sáng và buổi chiều (hình l.lb ) Đồ thị phụ tải ngày của các hệ thống điện như thế bằng phẳng hơn, phụ tải cực tiểu bằng 70 -r 80% phụ tải cực đại Trong

nhiều hệ thống điện lớn, một phần đáng kế cứa điện năng tiêu thụ là phần của công nghiệp dùng nhiều năng lượng có quá trình công nghệ liên tục Trong một số

hệ thống điện, phụ tái cực đại buổi sáng có thể lớn hơn so với cực đại buổi chiều

Hình 1.1 Đồ thị ngày của các phụ tải tác dụng của hệ thống điện:

a- Có nhiều phụ tải sinh hoạt; b- Có phụ tải công nghiệp (1- ngày đông; 2- ngày hè)

Độ chiếu sáng và nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến hình dáng đồ thị phụ tải ngày Khi độ chiếu sáng ít trong một ngày phụ tải sẽ tăng và đỉnh buổi sáng trở nên dài hơn (hình 1.2a) Nếu nhiệt độ không khí thấp, phụ tải cũng tăng, đặc biệt ban ngày mùa đông (hình 1.2b)

Hình 1.2 Đồ thị phụ tải tác dụng của hệ thống điện:

a- Khi độ chiếu sáng khác nhau (1- ngày sáng; 2- ngày u ám)-

b- Với nhiệt độ không khí khác nhau (1- ngày ấm; 2- ngày lạnh)

Những điểm quan trọng nhất của đổ thị phụ tải là chế độ của các phụ tải cưc đại và cực tiểu Kinh nghiệm cho thấy, tỷ số của phụ tải cực tiểu và cực đại trong các hệ thống điện thường nằm trong khoảng 0,5 đến 0 8

Các đồ thị phụ tải phản kháng ngày của hệ thống điện chủ yếu được xác định bằng dòng điện từ hoá và từ tản của các động cơ không đồng bộ (khoảng 60%), cũng như tổn thất công suất phản kháng trong đường dây và các máy biến

áp (gần 40%) Ánh hưởng đến các đồ thị phụ tải ngày cùa phụ tải phản kháng là chế độ làm việc của các đường dâv điện áp từ 220 kV và cao hơn, cũng như của các dòng công suất trong các hệ thống khác và mức độ bù công suất phản kháng.Trong các hệ thống điện có phụ tải tác dụng giống nhau trong các đỉnh buổi sáng và buổi chiều, đỉnh buổi sáng của công suất phản kháng cao hơn buổi chiều (hình 1.3a), bởi trong trường hợp này phụ tái cùa các động cơ được nối nhiều hơn Nếu phụ tải tác dụng buổi chiều lớn hơn nhiều phụ tải buổi sáng thì thông thường đỉnh buổi chiều của phụ tải phản kháng lớn hơn đáng kế đỉnh buổi sáng (hình 1.3b) Đồng thời tổn thất công suất tác dụng trong các mạng điện có giá trị lón hơn Trong tất cả các trường hợp, phụ tải phản kháng của hệ thống điện phụ thuộc vào mức điện áp và tăng lên khi điện áp tăng

Hình 1.3 Đồ thị phụ tải tác dụng và phản kháng của hệ thống điện:

a- có phụ tải công nghiệp; b- có nhiều phụ tải sinh hoạt

Dự báo các đồ thị phụ tải ngày của ngày làm việc được tiến hành trên cơ sở

đồ thị của ngày hôm trước và thông tin dự báo thời tiết Đồ thị phụ tải của các ngày nghỉ và các ngày lễ, cũng như của các ngày sau ngày nghỉ, khác cơ bản các đổ thị phụ tải của những ngày làm việc bình thường Đổ thị phụ tái cúa những ngày sắp đến được xây dựng trên cơ sở các đồ thị của những ngày nghi

đã qua và những ngày sạu các ngày nghỉ, cũng như trên cơ sở dự báo thời tiết và những yếu tố ảnh hưởng khác

Mức độ chính xác khi xây dựng đồ thị trong những ngày tiếp theo phần nào phụ thuộc vào kinh nghiệm của kỹ sư và thường có sai số vào khoảng 2 đến 3% Xây dựng các đồ thị tương lai của phụ tải trong hệ thống điện được tiến hành theo các đồ thị đặc trưng của các hộ tiêu thụ riêng biệt có chú ý đến những tổn thất trong các mạng điện và chi phí cho các phụ tải tự dùng.

Đồ thị phụ tải ngày có các chỉ tiêu đặc trưng cho chế độ làm việc: cực đại của phụ tải tác dụng Pmax ; cực đại của phụ tải phản kháng Qmax ; hệ số công suất cực đại cosọmax ; tiêu thụ ngày của năng lượng tác dụng Apng ; tiêu thụ ngày của năng lượng phản kháng Aqng

Hệ số trung bình của công suất trong ngày:

Số giờ sử dụng cực đại của phụ tải tác dụng:

T =

Số giờ sử dụng cực đại của phụ tải phản kháng:

Hệ số năm trung bình của công suất:

(1.16)

(1 17)

Mặc dù các chỉ tiêu trên được sử dụng hữu ích trong thiết kế và vận hành các hệ thống điện, song chúng không thể thay thế hoàn toàn các đồ thị phụ tải.Các đổ thị phụ tải có chú ý đến các dự trữ sửa chữa và sự cố của các công suất phát, khi thiết kế các hệ thống điện cho phép chọn đúng công suất đặt tống của các nhà máy điện, các thành phần của chúng, đảm bảo độ tin cậy cao với các chỉ tiêíi kinh tế tốt nhất.

Để dự báo các chế độ tiêu thụ điện năng, thông thường người ta sử dụng hai nhóm phương pháp:

Theo phương pháp thống kê, chế độ tiêu thụ điện năng được xác định trên

cơ sở các đồ thị đã biết của phụ tải trong những năm trước bằng phương pháp ngoại suy

Để thống nhất và so sánh các đồ thị ngày trong những năm khác nhau, các phụ tải giờ được biểu thị ở hệ đơn vị tương đối là Poị, được xác định theo công thức:

P(b

trong đó: Pj là phụ tải thực trong một giờ của một ngày;

Ptb là công suất trung bình ngày

Biết hình dáng của đồ thị phụ tải ở hệ đơn vị tương đối và tiêu thụ điện tương lai, dễ dàng nhận được đồ thị dự báo phụ tải trong hệ đơn vị có tên

2 Phương pháp tổng hợp

Theo phương pháp này, chế độ tiêu thụ điện tính được bằng phương pháp phân tích cơ cấu nhu cầu điện năng và chế độ tiêu thụ của mỗi nhóm hộ tiêu thụ Sau khi tổng hợp các đồ thị ngày của phụ tải tác dụng^ của từng ngành khác nhau, có thể tìm được đồ thị tổng phụ tải của cả hệ thống

Giá trị điện năng tiêu thụ và hình dáng của đồ thị phụ tải ngày phụ thuộc vào mỗi ngày của tuần lễ Trong dự báo chế độ phụ tải ngày của hệ thống điện, các ngày cúa tuần lễ được chia thành 4 loại: ngày làm việc bình thường, ngày thứ hai, thứ bảy và chủ nhật

1.5 CHỌN CÁC NGUỔN NĂNG LƯỢNG

Sự phát triển của năng lượng dựa trên cơ sở sử dụng các nguồn năng lượng

đã biết và nguồn năng lượng vừa được phát hiện Vấn đề chọn các nguồn năng lượng sơ cấp và các phương pháp sử dụng hiệu quả chúng được nghiên cứu trong kế hoạch cân bằng năng lượng tương lai

Việc xây dựng sự cân bằng nãng lượng chỉ cua một khu vực không có quan

hệ V Ớ I các khu vực khác và sử dụng tuỳ ý các nguồn năng lượng là điểu không cho phép Trong giai đoạn hiện nay, quan hệ năng lượng giữa các khu kinh tế và các hệ thống điện ngày càng trở nên chặt chẽ hơn Cân bằng năng lượng của mỗi quốc gia và của cả hệ thống điện cần phải được xây dựng thống nhất trong

cả nước trên cơ sớ nghiên cứu các kế hoạch tương lai và sự cân bằng của các vùng kinh tế

Khi thiết kế phát triển hệ thống điện cho tương lai, chọn các nguồn năng lượng cần dưa vào cơ cấu có thế của sự cân băng nhiên liệu, phạm vi có thể khai thác các dạng nhiên liệu có trong khu vực và khả năng sử dụng các nguồn năng lượng địa phương

Các nhà máy điện của hệ thống điện được chọn từ điều kiện cần thoả mãn các hộ tiêu thụ cả vể công suất cũng như về năng lượng Điểu kiện chọn công suất đặt của các nhà máy điện là tin cậy cung cấp điện với chi phí vốn đầu tư và vận hành năm nhỏ nhất Tuy nhiên chọn công suất đặt của các nhà máy điện vẫn khó đảm bảo đồng thời cả độ tin cậy cung cấp điện và cả cực tiểu các chi phí Các chi tiêu này phụ thuộc nhiều vào cấu trúc của hệ thống điện - thành phần các nhà máy điện và sơ đồ các mạng điện Các chi phí quy đổi về phát triển hệ thống điện phụ thuộc vào các loại nhà máy điện xây dựng, việc phân bố chúng

và các chi tiêu kinh tế của nhiên liệu sử dụng Để đảm bảo độ tin cậy, ngoài các giá trị yêu cầu dự trữ, cần có các máy phát và các nhà máy điện có tính linh hoạt cao, được dùng để thực hiện chức năng dự trữ

Khó khăn lớn nhất thường gặp phải trong phân phối đồ thị phụ tải trong các chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu Để đảm bảo cung cấp điện trong các chế độ

đó, các nhà máy điện của hệ thống cần phải có tính linh hoạt cao Khi phân phối phụ tải giữa các nhà máy điện khác nhau trong hệ thống cần phải chú ý đến các đặc điểm chế độ công nghệ của chúng Hình 1.4 cho các phương án có thể

phân phối đồ thị phụ tải của hệ thống điện Tuỳ theo khá năng đảm báo nước cua các nhà máy thuỷ điện (TĐ), phần đỉnh của đồ thị phụ tải được phân phôi cho các nhà máy thuỷ điện hay các nhà máy nhiệt điện Khi không đú nước cho các nhà máy thuỷ điện, phần thấp nhất cùa đồ thị phụ tải sẽ phân phối cho các nhà máy nhiệt điện rút hơi (NĐRH) có phụ tái, được xác định bằng các hộ tiêu thụ nhiệt, và các nhà máy thuỷ điện không điêu tiết (hình 1.4a) Phần đinh cưa

đồ thị phụ tải được phân phối cho các nhà máy thuý điện có điều tiết, các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi (NĐNH), cũng như các nhà máy điện nguyên tứ, chúng làm việc với toàn bộ công suất trong các cực đại của phụ tải Khi thừa nước trong các nhà máy thuỷ điện, ví dụ trong mùa mưa, phần thấp nhất cua đổ thị phụ tải được phân phối cho các nhà máy nhiệt điện rút hơi và tất cá các nhà máy thuỷ điện, chúng làm việc với toàn bộ công suất theo dòng chảy (hình 1.4b) Trong trường hợp này các nhà máy điện tuabin khí cùng với các nhà máv nhiệt điện ngưng hơi sẽ làm việc ở phần đỉnh cua đồ thị phụ tai Có thê có ca những phương án khác phân phối các đồ thị phụ tải tuỳ theo tổ hợp các loại nhà máy điện khác nhau trong hệ thống

Hình 1.4 Phân phối các đồ thị phụ tải của hệ thông điện.

a- khi thiếu nước ở thuỷ điện; b- khi thừa nước ở thuỷ điện

Nói chung, cần phân phối phụ tải giữa các nhà máy điện trong hệ thống sao cho đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất

Khi thiết kế hệ thống điện cần chú ý đến giá trị cực tiểu kỹ thuật quan trọng của phụ tải đối với các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi công suất lớn Vận

hành khối 300 MW với các thông số hơi 240 at và 565°c gặp những khó khăn

đáng kể trong các chế độ thay đổi Khởi động khối từ trạng thái lạnh được thực hiện trong 8 giờ 30 phút

Các thiết bị tuabin khí trong các nhà máy nhiệt điện có tính linh hoạt cao nhất và thích hợp đối với các đỉnh của đồ thị phụ tải Tuỳ theo tính phức tạp cua sơ đồ nhiệt và công suất của các máy phát, thời gian khởi động thiết bị tuabìn khí từ 3 đến 30 phút, còn đối với các máy phát tuabin hơi khoảng vài giờ.Các thiết bị khí - hơi có ý nghĩa quan trọng do có tính linh hoạt và khả năng tham gia điêu chỉnh đồ thị của hệ thống điện Các thiết bị khí - hơi với các nồi hơi áp lực cao được quan tâm chủ yếu ở Liên Xô (trước đây) Ớ Mỹ sơ đồ của các thiết bị khí - hơi được sử dụng, trong đó xả khí thải tuabin khí vào nồi hơi Các thiết bị khí - hơi của cả hai loại trội hơn về tính linh hoạt so với các thiết bị chạy bằng hơi nước Ví dụ, khởi động thiết bị khí - hơi đầu tiên ở Liên

Xô (cũ) được thực hiện trong 1 giờ 20 phút

Ở một số nước trên thế giới (Liên Xô (cũ), Áo, Thuỵ Sĩ, Italia), để xoá đỉnh của các đồ thị phụ tải người ta sử dụng các nhà máy thuỷ điện tích năng Trong những giờ cực tiểu của phụ tải và khi trong hệ thống có công suất tự do, các máy phát ,của các nhà máy đó làm việc trong chế độ của các máy bơm bơm nước vào thượng lưu của nhà máy điện, sau đó trong các giờ đỉnh các máy phát làm việc trong chế độ phát để cung cấp điện năng cho hệ thống Như vậy, các nhà máy điện tích năng san bằng đồ thị phụ tải ngày và đảm bảo chế độ làm việc của các nhà máy nhiệt điện ổn định hơn

Các nhà máy điện nguyên tử (NT) có vai trò quan trọng trong hệ thống điện Ngoài các điểu kiện năng lượng tổng quát ban đầu, khi xét những vấn đề

về lợi ích xây dựng các nhà máy điện nguyên tử cần phải xét hiệu quả kinh tế của chúng Kinh nghiệm vận hành của các nhà máy điện nguyên tử hiện có trên thế giới chỉ ra rằng, khi thực hiện tất cả những giải pháp vận hành và kỹ thuật

đã biết, an toàn phóng xạ hoàn toàn được bảo đảm đối với dân cư ở khu vực xung quanh và đối với các nhân viên vận hành của nhà máy Theo các điều kiện dam bao trong sạch môi trường không khí, các nhà máy điện nguyên tử có ưu

thế hơn so với các nhà máy nhiệt điện lớn, làm việc với các dạng nhiên liệu thông thường Các nhà máy điện nguyên tử không thải ra môi trường xung quanh các hợp chất chứa lưu huỳnh và khí axit cacbonic Khi nhà máy điện nguyên tử vận hành, các phương tiện giao thông quan trọng được giải phóng, đổng thời không cần xây dựng các kho nhiên liệu lớn Suất chi phí của một kilôoat công suất đặt trong các nhà máy điện nguyên tử cao hơn nhiều so với các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi thông thường, song giá thành cua một kilôoat giờ thấp hơn vì giá thành nhiên liệu để sản xuất điện năng, nhận được từ năng lượng hạt nhân nhỏ hơn nhiều Vì vậy các nhà máy điện nguyên tử đã và đang được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới.

Chọn phương án tối ưu phát triển hệ thống điện được tiến hành bằng giái pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án phát triển của hệ thống điện Các phương án so sánh phát triển các công suất phát cần phải được hình thành từ các kiểu nhà máy điện hiện đại nhất đối với hệ thống điện thiết kế Hiện tại việc lựa chọn khá dễ dàng nhờ kỹ thuật máy tính Trong quá trình chọn lựa để tìm thành phần của các nhà máy điện cần giải quyết những vấn để sau: Phân bố chúng theo lãnh thổ khu vực, xác định dạng nhiên liệu sử dụng, chọn công suất đặt và kiểu máy phát điện Đồng thời cần chú ý đến sự phát triển động của các kiểu nhà máy điện khác nhau

Thiết kế phát triển hợp lý nhất các công suất phát của hệ thống điện cần tiến hành theo trình tự sau:

Trước hết trên cơ sở tối ưu hoá cơ cấu cùa hệ thống điện độc lập và cân bằng năng lượng - nhiên liệu trong hệ thống điện hợp nhất của cá nước, v ể cơ bản trong hệ thống điện hợp nhất cần xác định: cơ cấu cân bằng nhiên liệu của các nhà máy điện, tổng công suất đặt của các nhà máy điện ngưng hơi với các dạng nhiên liệu khác nhau, thành phần và công suất của các nhà máy thuỷ điện lớn nhất, tổng công suất của các thiết bị đỉnh đặc biệt, các dòng tối ưu của công suất giữa các hệ thống điện hợp nhất Đồng thời trong giá thành nhiên liệu phải tính đến các chi phí trực tiếp về khai thác nhiên liệu và vận chuyển, có chú ý đến những hạn chế về sử dụng các dạng nhiên liệu

Trong phần tiếp theo chú ý đến các điều kiện cụ thể phát triển hệ thống điện hợp nhất Thiết kế cần giải thích rõ: Cơ cấu của các công suất phát theo các

loại nhà máy điện, phân bố của chúng, công suất đặt, loại thiết bị đặt và các chế

độ sử dụng các nhà máy điện riêng biệt, cũng như cơ cấu nhiên liệu tiêu thụ của các nhà máy điện trong hệ thống điện hợp nhất

Trình tự phát triển các nhà máy điện ngưng hơi và phân bố chúng được xác định rõ hơn'từ các tính toán liên quan với kỳ vọng đạt được cực tiểu các chi phí quy đổi tổng trong các nhà máy điện và các mạng điện của hệ thống

Trong số các phương án nghiên cứu phân phối các nhà máy điện, cần có các phương án phát triển từng thiết bị riêng biệt đến công suất giới hạn kỹ thuật với điều kiện rằng, công suất của mỗi nhà máy điện riêng biệt không cần vượt quá 15 4- 20% tống công suất đặt trong các nhà máy điện của hệ thống trong từng giai đoạn

Trong các nhà máy điện ngưng hơi, công suất đơn vị của các máy phát được lấy bằng khả năng cực đại từ các công suất định mức của các khối năng lượng, được chế tạo đối với dạng nghiên cứu của nhiên liệu

Công suất đơn vị của các máy phát được luận chứng bằng cách so sánh hiệu quả kinh tế có được qua việc tăng thêm của các máy phát và các chi phí bổ sung, xuất hiện do tăng dự trữ sự cố của hệ thống Thông thường người ta giả định rằng, công suất của một máy phát không cần lớn hơn 5% công suất của hệ thống Đồng thời cần tính ảnh hưởng có thể có của sự phát triển hệ thống thiết

kế và khả nãng hợp nhất với các hệ thống khác

Thông số của các trung tâm thuỷ điện lớn và tiến trình xây dựng chúng (thời hạn đưa vào vận hành ) được chọn từ nghiên cứu các phương án cạnh tranh công suất đặt và thời gian vận hành các máy phát thuỷ điện có chú ý ảnh hưởng đến các ngành khác của nền kinh tế và các điều kiện khu vực xung quanh Khi so sánh cần xét đến tiến trình khai thác công suất đặt của các nhà máy thuỷ điện theo các điều kiện xây dựng và sử dụng trong đồ thị phụ tải của

Để xác định công suất phát và các dòng cộng suất trao đổi của hệ thống với các hệ thống khác, cần lập cân bằng nãng lượng và công suất của các hệ thống Cân bằng công suất được tính đối với cực đại năm của phụ tải.

1.6 CÂN BẰNG CÔNG SUÂT TÁC DỤNG

Đặc điểm quan trọng nhất của quá trình sản xuất điện năng là sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng trong hệ thống được tiến hành đồng thời, do không thể tích luỹ điện năng sản xuất thành số lượng có thế lưu trữ Tại mỗi thời điểm luôn có sự cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ, điều đó cũng có nghĩa là tại mỗi thời điểm cần phải có sự cân bằng giữa công suất tác dụng và phản kháng phát ra với công suất tác dụng và phán kháng tiêu thụ Nếu sự cân bằng trên bị phá vỡ thì các chi tiêu chất lượng điện năng bị giảm, dẫn đến giảm chất lượng của sản phẩm hoặc có thể dẫn đến mất ổn định hoặc làm tan rã hệ thống

Công suất tác dụng của các phụ tải liên quan với tần số của dòng điện xoay chiều Tần số trong hệ thống sẽ thay đổi khi sự cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống bị phá vỡ Giảm công suất tác dụng phát ra dẫn đến giảm tần số

và ngược lại, tăng công suất tác dụng phát ra dẫn đến tăng tần số Vì vậy tại mỗi thời điểm trong các chế độ xác lập của hệ thống điện, các nhà máy điện trong

hệ thống cần phải phát công suất bằng công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong hệ thống

Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tái cực đại của hệ thống Phương trình cân bằng công suất tác dụng có dạng tổng quát sau:

P đ + P n h + P k s = P p , max + p , d + Pcc + P d , + A P ( 1 1 9 )

trong đó:

Pđ - tổng công suất đặt của các nhà máy điện trong hệ thống;

Pnh - tổng công suất nhận từ các hệ thống điện khác;

Pks - tổng công suất khổng sử dụng trong hệ thống (nếu sử dụng tất cả công suất đặt của các máy phát thì Pks = 0);

Ppi max ■ tổng công suất của tất cả các phụ tải trong chế độ cực đại của hệ thống;

Ptd - tổng công suất tự dùng trong các nhà máy điện;

P - tổng công suất cung cấp cho các hệ thống điện khác;

Pdt - tổng công suất dự trữ cần thiết trong hệ thống;

AP - tổng các tổn thất công suất trong hệ thống

Trường hợp hệ thống điện thiết kế không trao đổi các dòng công suất với hệ thống khác thì Pnh = 0 và Pcc = 0

Công suất đặt của các nhà máy điện Pđ trong phương trình cân bằng (1.19) được lấy bằng tổng công suất đặt của chúng sau khi trừ đi ba thành phần sau:

1 Công suất của các máy phát không tham gia vào thời điểm xuất hiện cực đại của phụ tải (các mẫu đầu tiên của thiết bị, các máy phát đầu tiên của các nhà máy điện vừa đưa vào vận hành trong năm tính toán, trong đó không lớn hơn một máy phát được đưa vào vận hành trong năm tính toán);

2 Tổn thất công suất của các nhà máy điện do những hạn chế về phát công suất, do không có các phụ tải nhiệt (đối với các tuabin đối áp) hay do rút hơi tăng;

3 Công suất của các nhà máy thuỷ điện không có thể sử dụng trong đồ thị phụ tải của hệ thống (có xét đến thực hiện chức năng dự trữ) trong các điều kiện của năm (thời gian) ít nước tính toán

Tổng tổn thất công suất trong hệ thống khi tính sơ bộ có thể lấy bằng ( 8 - 1 0 % ) Pptmax

Dự trữ công suất trong hệ thống là vấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành và phát triển của hệ thống Có thể chia dự trữ cần thiết của công suất thành các loại sau: dự trữ phụ tải, dự trữ sửa chữa, dự trữ sự cố và dự trữ kinh tế

Dự trữ phụ tải Ppt dùng để dự phòng các dao động ngẫu nhiên và tăng đột ngột của phụ tải, cao hơn giá trị tính toán cực đại thường xuyên của phụ tải Giá trị Ppl có thể lấy bang (1 -T- 3%) Ppt max (giá trị lón thuộc về các hệ thống điện riêng biệt, giá trị nhỏ thuộc về các hệ thống điện hợp nhất lớn), hoặc có thể tính theo công thức:

Ppt = 0,01 Ppt max + 1,26 ( 1.20)

Dự trữ sửa chữa Psc dùng để tiến hành các sửa chữa lớn (đại tu) và sửa chữa thường kỳ thiết bị chính của các nhà máy điện

Dự trữ công suất để sửa chữa thường kỳ các máy phát điện P(k trong thời gian xuất hiện phụ tải cực đại được xác định theo các định mức sau (tính theo phần trăm của tổng công suất đặt của thiết bị):

Các nhà máy nhiệt điện có các quan hệ ngang (không có

các lò hơi dự trữ) 3,0Các nhà máy điện ngưng hơi có công suất:

100 — 300 M W 5,0 - 5,5

5 0 0 -1 2 0 0 M W 6 ,0 - 7 ,0Các nhà máy điện nguyên tử 6,5Đối với các nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện ngưng hơi có các lò hơi dự trữ và nhiệt điện tuabin khí (gaz), dự trữ công suất để tiến hành sửa chữa thường kỳ không được dự tính

Trong thời gian tiến hành các sửa chữa lớn và thường kỳ thiết bị, trước hết cần sử dụng dự trữ có của công suất, được tính bằng diện tích F (hình 1.5) Diện tích F được tạo thành từ các diện tích tương ứng với các công suất phân phối (có

thể sử dụng) của các nhà máy điện I và phụ tải 2.

Hình 1.5 Đồ thị các cực đại tháng của phụ tải hệ thống điện.

Nếu diện tích này không đủ, cần phải dự kiến dự trữ sửa chữa Trường hợp

F lớn hơn diện tích cần thiết để tiến hành sửa chữa lớn thì không cần phải dự kiến dự trữ riêng để tiến hành các sửa chữa trong thời gian xuất hiện cực đại của phụ tải

Dự trữ cần thiết của công suất để tiến hành các sửa chữa lốn được xác định theo công thức:

P f =

Fc -F k 365

i P i t p , - F k

j=Ị _

trong đó:

Pj - công suất của tổ máy thứ i trong hệ thống, MW;

t I - định mức ngừng để sửa chữa lớn, ngày;

n - số lượng các máy phát điện trong hệ thống;

Ff - diện tích cần thiết để sửa chữa lớn, MW.ngày;

F - diện tích chênh lệch giữa công suất có thể sử dụng của các nhà máy điện và đồ thị các cực đại tháng cùa phụ tải hệ thống;

k - hệ số sử dụng diện tích F của đồ thị (được lấy bằng 0,90 + 0,95).Thời gian dự kiến ngừng các máy phát để sửa chữa lớn như sau:

Các máy phát thuỷ đ iệ n 15 Các máy phát nhiệt điện 15 Các khối năng lượng có công suất, MW:

50 200 18

300 24

500 + 800 30

1200 36 Các máy phát của nhà máy điện nguyên t ử 45

Diện tích F của đồ thị phụ tải đối với các hệ thống điện lớn và hợp nhất được xác định bằng hiệu số giữa công suất sử dụng (phân phối) quy ước của hệ thống và phụ tải cực đại của nó trong mỗi tháng của năm

Như vậy, tổng công suất dự trữ để sửa chữa bằng:

P s c = P f + P tk

Dự trữ kinh tế PkI được dùng để dự phòng khả năng vượt quá có thể của điện năng tiêu thụ so với mức quy hoạch, và có thể lấy bằng 1 đến 2% phụ tải cực đại

Dự trữ sự cố dùng để thay thế các máy phát bị hư hỏng vì sự cố Dự trữ sự

cố cần thiết của công suất được xác định trên cơ sở các phương pháp lý thuyếtxác suất (xem mục 4.3)

Khi tính sơ bộ có thể lấy công suâ't dự trữ sự cố Pa bằng (10 + 12%) p, trong hệ thống.

Như vậy tổng công suất dự trữ trong hệ thống bằng:

trong đó PcIm max là công suất định mức của tố máy phát lớn nhất trong hệ thống.Chi phí điện năng tự dùng của các nhà máy điện phụ thuộc vào loại nhà máy điện

Chi phí điện năng tự dùng của các nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào kiểu

và công suất đơn vị của các máy phát trong nhà máy, cũng như dạng nhiên liệu

và phương pháp đốt cháy nhiên liệu

Phụ tải cực đại tự dùng có thể lấy gần đúng theo cồng suất đặt cúa các loại nhà máy điện như sau:

6 + 8

3 + 5

3+2 1+0, 5 5 + 8

1.7 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Để đảm bảo chất lượng điện áp cần thiết ở các hộ tiêu thụ trong hệ thống điện và trong các khu vực riêng biệt của nó, cần có đầy đủ công suất của các nguồn công suất phản kháng Vì vậy trong giai đoạn đầu của thiết kế phát triến

hệ thống điện hay các mạng điện của các vùng riêng biệt cần phải tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng

Đối với các hệ thống điện tập trung có các mạng điện phát triển mạnh và khả năng tải cao, cân bằng công suất phản kháng được tiến hành chung đối với

cả hệ thống

Trong các hệ thống điện kéo dài, nơi có các phần của mạng điện cách xa nguồn năng lượng, ngoài cân bằng chung của công suất phản kháng, cần kiểm tra cân bằng trong các khu vực ở xa và ở các điểm nút lớn

Cân bằng công suất phản kháng thông thường được tiến hành đối với chế độ cực đại của hệ thống điện và phương trình cân bằng trong trường hợp này có dạng:

Qp + Qc + Qb + Qdt + QId ằ Qpt + AQr + ÀQba ± Q (1.23)trong đó:

Qp - tổng công suất phản kháng của các máy phát trong các nhà máy điện;

Qc - công suất điện dung của các đường dây;

Qb - công suất của các thiết bị bù;

Qđl - công suất dự trữ trong hệ thống;

Qtd - công suất tự dùng trong các nhà máy điện;

Qp( - tổng công suất phản kháng của các phụ tải;

AQf - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các đường dây;

AQba - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp;

Q - công suất phản kháng của các đường dây liên kết giữa các hệ thống

nó có thể chạy vào hệ thống đang xét hay ngược lại

Dự trữ công suất phản kháng khi cân bằng sơ bộ có thể lấy bằng 15 đến 17% tổng công suất phản kháng ở phần bên phải của công thức (1.23)

Từ phương trình cân bằng công suất phản kháng sẽ xác định được công suât cân thíêt của các thiết bị bù, từ đó xác định phụ tải tính toán của các nút trong hệ thống Các phụ tải phản kháng nhận được khi cân bằng được sử dụng

để lập sơ đồ mạng điện và xác định các thông số của các phần tử mạng điện

Trong các bước tính tiếp theo của thiết kế công suất và vị trí đặt của các thiết bị

áp và công suất điện dung của các đường dây chi có thế đánh giá gần đúng

Có thế tính sơ bộ các tổn thất công suất phán kháng trong từng máy biến

áp theo công thức:

AQbi = (0,08 -r 0,10) Sbi (1.24)trong đó Shi là phụ tải cực đại của máy biến áp thư i

Sau khi xét chế độ công suất phản kháng của đường dây, có thể nhận thấy

sự phụ thuộc của nó vào chế độ của các điện áp Khi tăng điện áp thì tổn thất công suất phản kháng giảm và đồng thời tăng công suất điện dung của đường dây Nhưng trong các tính toán sơ bộ người ta thường giả thiết rằng điện áp trên đường dây bằng điện áp định mức, đồng thời cũng giả thiết rằng tất cả các đường dây sẽ làm việc trong chế độ công suất tự nhiên Do đó khi cân bằng công suất phản kháng có thể lấy gần đúng AQ, ~ Qc

Chiều của dòng công suất phản kháng trên các đường dây liên kết giữa các

hệ thống thường được lấy trùng với chiều của các dòng công suất tác dụng và hệ

số của công suất phản kháng tgcp đối với các đường dây 110 -r 220 kV giả thiết bằng

0 48 -r 0,33; đối với các đường dây 330 kV và cao hơn được lấy bằng 0,33 -r 0,0.Đối với các hệ thống điện tập trung có thể cho rằng công suất phản kháng của các nhà máy điện được sử dụng hoàn toàn Công suất phản kháng của các máy phát điện trong các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, các nhà máy điện nguyên tử và các nhà máy nhiệt điện rút hơi lớn được xác định với cosọ = 0',85; còn đối với các nhà máy thuỷ điện và các nhà máy nhiệt điện còn lại được xác định với coscp = 0,80 Khi nhà máy điện ở cách xa hệ thống khoảng 100 -ỉ- 200

km, cosọ được lấy trong khoảng 0,90 H- 0,95

Công suất phản kháng tự dùng trong các nhà máy điện được xác định theo

hệ số công suất coscp của các thiết bị tự dùng trong nhà máy Khi tính sơ bộ có thể lấy coscp = 0,70 -r 0,80

1.8 CÂN BẰNG ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Phương trình cân bằng điện năng trong hệ thống điện có dạng tổng quát sau:

A, - điện năng tiêu thụ trong năm;

A.c - điện năng cung cấp cho các hệ thống điện khác;

AA - tốn thất điện năng trong hệ thống;

Anh - điện năng nhận từ các hệ thống khác;

A - điện năng sản xuất của các nhà máy điện trong hệ thống, trong đó

có các nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện rút hơi, nhiệt điện ngưng hơi và nhà máy điện nguyên tử;

Atd - điện năng tự dùng của các nhà máy điện

Sản xuất điện năng của các nhà máy thuỷ điện được tính theo giá trị trung bình trong nhiều năm

Việc phân phối tổng điện năng sản xuất hàng năm giữa các nhà máy nhỉệt điện được tiến hành xuất phát từ tính kinh tế của chúng, của các nguồn dự trữ và giá thành các dạng nhiên liệu khác nhau

Đối với các nhà máy điện ngưng hơi và các nhà máy nhiệt điện rút hơi, số giờ sử dụng công suất trung bình năm thường lấy bằng 7500 h, còn đối với các nhà máy điện nguyên tử là 6800 h

Tổn thất điện năng trong các mạng điện dao động trong các giới hạn đáng

kể tuỳ theo mật độ phụ tải, đối với các hệ thống điện hiện đại có thể từ 5 đến 10% tổng điện năng tiêu thụ trong hệ thống Tổn thất trong các mạng 6 - 10 k v chiếm phần đáng kể của các tổn thất điện năng Các tổn thất điện năng trong các mạng 35 kV và cao hơn phụ thuộc vào số lượng của các cấp biến áp của các mạng điện Giá trị sơ bộ của các tổn thất trong các mạng điện áp khác nhau tính theo phần trăm tổng điện năng tiêu thụ như sau:

3 ,5 - 4 ,0 0,5 - 1,0

Chi phí về điện năng tự dùng của các nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào kiểu và công suất đơn vị của các máy phát trong nhà máy điện, cũng như dạng nhiên liệu và phương pháp đốt cháy nhiên liệu.

Giá trị trung bình chi phí điện nãng tự dùng cua các nhà máy điện tính theo phần trám tóng điện năng sản xuất cho trong các báng 1.2 -r- 1.4 Các số liệu này

có thế sứ dụng khi lập cân bằng điện năng trong hệ thống khi không có các số liệu báo cáo hay thiết kế của mỗi nhà máy cụ thể

Bảng 1.2 Chi phí điện năng tự dùng của các nhà máy nhiệt điện ngưng hoi.

Kiêu tuabin

Phụ tải của khối,

Bảng 1.4 Chi phí điện năng tự dùng của các nhà máy

điện nguyên tử, tuabin khí và thuỷ điện, %

phẩn gốc

Khi làm việc ở phần đỉnh

Chương Hai CHỌN Sơ BỘ CÁC Sơ Đ Ồ M Ạ N G ĐIỆN

2.1 CẤU TRÚC CÁC S ơ ĐỒ MẠNG ĐIỆN

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó Vì vậy các sơ đồ mạng điện cần được chọn sao cho có chi phí nhỏ nhất, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết, đảm bảo chất lượng điện năng yêu cầu cúa các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khá năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải'mới

Chọn hình dáng tối ưu của mạng điện là bài toán phức tạp, chi có thê giải quyết tốt nhất khi sử dụng máy tính

Trong thiết kế hiện nay, để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện, người ta

sử dụng phương pháp nhiều phương án Từ các vị trí đã cho của các phụ tải, cần tiến hành dự kiến một số phương án và phương án tốt nhất sẽ được chọn trên cơ

sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án Mạng điện cần có độ tin cậy cao, tính kinh tế và linh hoạt cần thiết

Các phương án dự kiến không phải là ngẫu nhiên Mỗi phương án cần có tư tưởng chủ đạo về cấu trúc (mạng điện hở, mạng điện kín V V )

Theo yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện, các phụ tải loại I phải được cung cấp điện từ hai nguồn độc lập, và ngừng cung cấp điện cho các phụ tải loại I chí được cho phép trong thời gian đóng tự động nguồn dự trữ Trong nhiều trường hợp, đường dây hai mạch không đáp ứng yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các hộ tiêu thụ loại I, bới khi các cột bị hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện hoàn toàn Vì vậy, đế cung cấp điện cho các hộ loại I cần dự kiến không ít hơn hai đường dây riêng biệt

Đối với các hộ tiêu thụ loại II, trong đa số các trường hợp người ta cũng thường dự kiến cung cấp bằng hai đường dây riêng biệt hoặc bằng đường dây hai mạch Nhưng sau khi xét đến thời gian sửa chữa sự cố ngắn các đường dây trên không, người ta cho phép cung cấp điện cho các phu tải loại II bằng đường dây trên không một mạch Các hộ tiêu thụ loại II cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết để nhân viên trưc nhật đóng nguồn dự trữ

Các phụ tải loại III được cung cấp điện bằng đường dây một mạch Đối với các hộ tiêu thụ loại III, cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết

để sửa chữa sự cố hay thay thế các phần tử hư hỏng của mạng điện, nhưng không quá một ngày

Đê giảm giá thành của mạng điện và các chi phí kim loại khi xây dựng mạng điện, hiện người ta sử dụng rộng rãi các sơ đồ đơn giản của mạng, được trang bị các thiết bị tự động khác nhau, vì vậy nâng cao được độ tin cậy vận hành của mạng Các mạng điện được trang bị các thiết bị đóng, cắt như: điện áp dưới 1 k v có các cầu dao, cầu chảy và aptomat; điện áp cao hơn có các máy cắt điện, các dao cách ly và dao cách ly tự động, các cầu cháy Những thiết bị cầu dao, aptomat và máy cắt điện dùng để thao tác đóng và cắt mạch điện Các dao cách ly và dao cách ly tự động được chế tạo ở Liên Xô (cũ) chỉ cho phép đóng

và cắt các mạch điện với dòng điện phụ tải tương đối nhỏ (không lớn hơn một vài ampe), ví dụ các dòng điện không tải của các máy biến áp công suất Các aptomat hoặc các cầu chảy cắt tự động mạch điện khi quá tải hay ngắn mạch trong các mạng điện áp thấp Đối với các mạng điện áp cao, để thực hiện nhiệm

vụ đóng cắt người ta dùng máy cắt điện được trang bị các bảo vệ rơle thích hợp, còn cầu cháy dùng cho các mạch điện có phụ tải không lớn

Sau đây ta xét những sơ đồ chính của các mạng điện, phân tích những đặc điểm chính và phạm vi áp dụng của chúng

Dựa vào sơ đồ có thế chia các mạng điện thành mạng điện hớ (hình 2.1) và mạng điện kín (hình 2.2) Mạng điện hở và mạng điện kín có thể thực hiện theo những cấu trúc khác nhau và có những đặc điểm riêng cúa chúng Các sơ đồ mans điên có thê có dự phòng hay không có dư phòng

Trong các mạng điên hở dư phòng tương ứng với sứ dụng hai đường dày song song hay đường dây hai mạch (hình 2 ld, e, g)

Các mạng hở không dư phòng được thưc hiện bằng các đường dây một mạch (hình 2 la b c) Các mạng điện hớ không dư phòng có cấu trúc đơn gián

và ré tiền nhất, thường được sử dụng đè cunu cấp điện cho các phụ tái loại III Nhưng trong một sô trường hợp, các mạng hớ không dư phòng còn được dùng

đế cung cáp điện cho các hộ tiêu thụ loại II nếu khoảng cách truyền tải không lớn và phu tái có công suất nhó

Hình 2.1 Sơ đồ của các mạng điện hở

a, b, c- Các sơ đồ hở không dự phòng trục chính, phân nhánh và hình tia;

d, e, g- Các sơ đồ hở có dự phòng trục chính, phân nhánh và hình tia

Hình 2.2 Sơ đồ của các mạng điện kín

Các mạng điện hở được chia thành mạng điện truc chính, mạng điện hình tia và mạng điện phân nhánh Hình 2 la là sơ đồ mạng trục chính không dư phòng dùng đê cung cấp cho một sô phu tải phân bố theo một hướng Nhược điểm chính cùa sơ đổ này là độ tin cậy thấp Ví dụ khi cắt đoạn đầu NI (hình

2 la), tất cá các phụ tải nối với đường dây đều bị ngừng cung cấp điện Trong mạng điện hình tia (hình 2.1c), mỗi hộ tiêu thụ được cung cấp điện bằng một

đường dây riêng biệt Ví dụ, hộ tiêu thụ 1 được cung cấp điện bằng đoạn N l, hộ

tiêu thụ 2 được cung cấp bằng đoạn N2 v.v Mạng điện phân nhánh (hình 2.1b) gồm có các đường dây trục chính, cũng như các đường dây hình tia

Các mạng điện hở không dự phòng được sử dụng để cung cấp điện cho các

hộ tiêu thụ ít quan trọng trong các mạng phân phối nông nghiệp, cũng như đê cung cấp điện cho các phụ tải sinh hoạt của các thành phố, khu dân cư không lớn và các phụ tải công nghiệp loại III Nhưng trong một số trường hợp các mạng hở không dự phòng có thể dùng để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại

II nếu đường dây có phụ tải nhỏ và khoảng cách truyển tải không lớn Các mạng

hở không dự phòng dùng cho các mạng điện trên không sẽ hợp lý hơn so với các mạng cáp, do sửa chữa các đường dây trên không được tiến hành trong thời gian tương đối ngắn Giảm thời gian ngừng cung cấp điện có thể đạt được bằng các giải pháp: dùng dây chống sét, các thiết bị tự đóng lại, tiến hành sửa chữa có điện áp Các mạng hở không dự phòng được dùng cả trong các mạng cung cấp điện áp 110 kV và đôi khi cả 220 kV

Các mạng hở có dự phòng được dùng để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I và loại II Các mạng điện này được thực hiện bằng hai đường dây song song hay đường dây hai mạch Khi một mạch ngừng, mạch còn lại vẫn làm việc

và các hộ tiêu thụ loại I (và trong nhiều trường hợp các hộ tiêu thụ loại II) tiếp tục được cung cấp điện Các mạng hở có dự phòng có thể phân thành mạng trục chính (hình 2.1d), mạng hình tia (hình 2 lg) và mạng điện phân nhánh (hình

2 le)

Những ưu điểm chính của các sơ đồ mạng hở có dự phòng là: bảo vệ rơle đơn giản, sơ đồ rõ ràng, có thể nối các đường dây riêng biệt với các thanh góp khác nhau cùa một nguồn cung cấp hay thậm chí các nguồn khác nhau Các sơ

đồ này dùng thuận tiện khi phát triển và thiết kế cải tạo các mạng điện hiện có Các sơ đồ mạng hở có dự phòng thường dùng trong các trường hợp khi không có thế vận hành song song các đường dây và các máy biến áp vì các dòng điện ngắn mạch có giá trị lớn Trong các mạng hở có dự phòng, bình thường các đường dây và máy biến áp cung cấp làm việc độc lập, mỗi mạch cung cấp cho phụ tải riêng của nó

Những nhược điểm của các mạng hở có dự phòng gồm: tổn thất công suất

và điện năng trong mạng điện tương đối lớn so với tổn thất khi các đường dây vận hành song song hay khi dùng các sơ đồ mạng kín với các nguồn cung cấp

có điện áp bằng nhau; giá thành của mạng điện cao đáng kể, vì cần phải dự trữ lớn vể khả năng tải của mạng điện trong các chế độ sau sự cố; có thể phải ngừng cung cấp điện mặc dù trong thời gian rất ngắn, điều này không cho phép đối vói các hộ tiêu thụ đặc biệt quan trọng

Các sơ đồ mạng hở có dự phòng được áp dụng rộng rãi trong các mạng cung cấp, cũng như trong các mạng điện công nghiệp và thành phố

Các sơ đỗ mạng điện kín có thế rất đa dạng (hình 2.2) Các mạng điện kín

là các mạng có dự phòng Trong chê độ làm việc bình thường, mỗi phụ tải trong mạng kín có thể được cung cấp điện từ hai hay nhiều nhánh Khi cắt một nhánh bất kỳ, hộ tiêu thụ vẫn được cung cấp từ nhánh thứ hai Khi xảy ra hư hỏng ở đoạn đầu nào đó của mạng kín, cung cấp điện không bị gián đoạn, lúc này các phụ tải được cung cấp điện từ đoạn đầu còn lại Vì vậy khả năng tải cùa mỗi đoạn đầu cần phải được tính theo phụ tải toàn phần của cả mạng Điều đó dẫn đến tăng chi phí kim loại và tăng giá thành xây dựng mạng điện Trong chế độ làm việc bình thường của các mạng kín, mỗi phụ tải có thể được cung cấp theo đường đi ngắn nhất Do đó tổn thất công suất và điện năng có thể nhỏ nhất khi các nguồn cung cấp có điện áp bằng nhau Như vậy, các mạng kín có độ tin cậy cung cấp điện cao hơn so với các mạng điện hớ, đổng thời tốn thất công suất trong các mạng kín nhỏ hơn Nhược điểm chính cùa các mạng kín là phức tạp trong vận hành Bảo vệ rơle trong mạng kín phức tạp hơn so với các mạng hớ Trong một số trường hợp, các bảo vệ rơle, các cầu chảy và aptomat nhiệt có thế tác động khỏng đúng và không chọn lọc

Các mạng kín có thể chia thành mạng kín đơn gián và mạng kín phức tạp Trong các mạng kín đơn giản, mỗi phụ tải được cung cấp điện từ hai nhánh (hình 2.2a b d e) Các mạng kín đơn giản nhất là mạng kín chỉ có một mạch vòng (hình 2.2b, e) hay đường dây được cung cấp hai phía (hình 2.2a, d) Các đường dây trong các mạng kín có thể thực hiện bằng các đường dây một mạch (hình 2.2a, b), cũng như bằng hai đường dây song song hay đường dây hai mạch (hình 2.2d, e) Các mạng điện kín đơn giản được sử dụng rộng rãi trong các mạng phân phối nông nghiệp và thành phố