Trao đổi trực tuyến tại:

http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

KHOA ĐIỆN

BÀI GIẢNG CUNG CẤP ĐIỆN

Người biên soạn: ths Hoàng Thị Minh

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VIỆT ĐỨC THÁI NGUYÊN

BÀI 1

KHÁI QUÁT VỀ HỆ

THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

1. Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm

của năng lượng điện.

2. Nhà máy điện.

3. Mạng lưới điện.

4. Hộ tiêu thụ.

5. Hệ thống bảo vệ.

6. Trung tâm điều độ hệ thống điện.

7. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi

thiết kế hệ thống cung cấp điện.

8. Hệ thống điện Việt Nam.

1.NGUỒN NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

Điện năng là một dạng năng lượng

đặc biệt, có nhiều ưu điểm hơn rất

nhiều các dạng năng lượng khác:

- ĐN được sản xuất ra từ các nhà máy điện với công suất từ nhỏ đến lớn và rất lớn.

- ĐN không tích trữ được, quá trình sản xuất luôn gắn liền với tiêu thụ.

- ĐN có khả năng truyển tải đi xa với công suất lớn và kinh tế.

- ĐN có thể biến đổi thành rất nhiều các dạng năng lượng khác với hiệu suất cao

- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh: tốc độ lan truyền, các quá trình thao tác,

điều khiển hay sự cố ...

- Ngành công nghiệp điện lực phải luôn gắn liền với các ngành kinh tế khác trong

tổng thể cơ cấu kinh tế, xã hội của một quốc gia hay đa quốc gia

thiên nhiên xung quanh ta rất

giàu nguồn năng lượng, than đá,

dầu khí, nguồn nước và nguồn nhiệt

lượng... đó là những nguồn năng

lượng vô cùng quí báu với con

người.

TỈ LỆ ĐIỆN NĂNG PHÁT RA CỦA CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN

2. NHÀ MÁY ĐIỆN

Điện năng là sản phẩm được sản suất ra từ các nhà máy điện ở dạng xoay chiều 3

pha tần số 50(60) Hz rồi đưa lên lưới.

Nguyên lý chung của sản xuất điện năng như sau:

CÁC DẠNG NHÀ MÁY ĐIỆN HIỆN NAY ĐANG PHÁT ĐIỆN CHO LƯỚI

NL sơ cấp NL cơ học NL điện

a- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN:

- Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

- Nhà máy nhiệt điện rút hơi

-1 Lò đốt

-2 Bao hơi

-3 Tuốc bin

-4 Máy phát điện

-5 Buồng ngưng

-6 Bơm nước bổ sung

~

N­íc lµm

l¹nh

-Than

-Dầu

-khí đốt

chất thải

1

23

4

56

Hơi nước áp lực cao

Nước bổ sung

A

B f=50hz

C

M,

2. NHÀ MÁY ĐIỆN

ƯU ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

-Nguồn nhiên liệu là than đá, khí đốt ... rât sẵn có trong tự nhiên.

-Công nghệ sản xuất điện hiện đại và có tính chất kinh điển

-Công suất huy động lớn.

NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

-Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của nhà máy không cao khoảng 50% đến 60 %

-Khối ,lượng vận chuyển nhiên liệu lớn, phải xây dựng gần nơi khai thác nhiên liệu, gần các

con sông có nguồn nước lớn.

-Khối ,lượng chất thải rắn và chất thải khí đều lớn.

-Tính linh họat vận hành không cao, phải mất từ 5 đến 6 giờ mới có thể huy động đến công

suất tối đa của nhà máy.

Tuy nhiên nhà máy nhiệt điện vẫn được coi là nguồn phát điện chủ đạo của biểu

đồ năng lượng trên toàn hệ thống. Nhìn chung NMNĐ đảm nhận khoảng (50 – 60) % năng

lượng cung cấp cho hệ thống.

2. NHÀ MÁY ĐIỆN

b. NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN:

-1.hồ thượng lưu; 2.Hồ hạ lưu ; 3.Đập ngăn

-4.Đường ống dẫn nước áp lực; 5. Hợp bộ tuốc bin – Máy phát

-6. Cửa xả nước sau tuốc bin

1

2

3

4

5

6

NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HOÀ BÌNH:

2. NHÀ MÁY ĐIỆN

ƯU ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN:

-Công suất nhà máy tùy thuộc vào năng lực của nguồn nước, từ 1 vài MW đến hàng trăm

và hàng ngàn MW.

-Tính linh hoạt vận hành rất cao, trong một vài phút có thể huy động hết công suất nhà

máy.

-Số lượng người quản lý vận hành không nhiều, chất thải sạch,

-Kết hợp phát điện với điều tiết thủy lợi, phát triển giao thông, du lịch ...

NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN:

- Phải ngăn sông tạo ra các hồ nước lớn trải rộng dọc theo lưu vực của con sông chính và

làm thay đổi căn bản tất cả hệ sinh thái trong vùng. Thay đổi tập quán sinh họat, lao động

và văn hóa của các quần cư trong lưu vực.

-Khai thác công suất phụ thuộc vào thủy chế của hồ chứa, thời tiết khí hậu trong năm.

-Họat động của nhà máy phụ thuộc nhiều vào các ngành liên quan và thụ động.

Tuy nhiên nếu kết hợp phát triển đồng bộ cơ cấu kinh tế xã hội và tự nhiên thì

việc xây dựng NMTĐ sẽ mang lại nhiều lợi ích to lớn cho đất nước. Nhìn chung NMTĐ

đảm nhận khoảng (20 – 30) % năng lượng cung cấp cho hệ thống.

2. NHÀ MÁY ĐIỆN

c. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ:

-1.Lò phản ứng; 2.Bao hơi ; 3.Hơi nước sơ cấp (không sạch)

-4.Buồng trao đổi nhiệt trung gian; 5. Hơi nước thứ cấp(sạch)

-6. Nước bổ sung 1; 7. Bộ lọc nước; 8. Tuốc bin; 9. Buồng ngưng

-10.Máy phát điện; 11. Bơm nước ; 12.Chất thải phóng xạ

1

8

103

6

7

9

11

41

N­íc lµm

l¹nh

chất thải

2

~

A

B f=50hz

C

M,

Hơi nước nóng1 Hơi nước áp lực cao

Nước bổ sung

Nước bổ sung

Nhiên liệu

phóng xạ

5

12

2. NHÀ MÁY ĐIỆN

ƯU ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ

-Thực chất đây là một dạng đặc biệt của nhà máy nhiệt điện

-Công suất nhà máy rất lớn, công nghệ sản xuất hiện đại

-Nhiên liệu là kim loại nặng giàu năng lượng, có kích thước và khối lượng nhỏ.

NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ

-Đòi hỏi trình độ vận hành sản xuất điện ở mức độ cao.

-Nhiên liệu và chất thải có họat tính phóng xạ, đòi hỏi tất cả các khâu họat động của nhà

máy phải tuân thủ quy trình quy phạm kỹ thuật an toàn nghiêm ngặt.

-Việc chôn cất chất thải là bài toán khó khăn nhất và tốn kém.

Tuy nhiên để đáp ứng lượng điện năng lớn thì nhiều quốc gia vẫn phải xây

dựng nhà máy điện nguyên tử. Ở các nước phát triển trên thế giới, NMĐNT đảm nhận

khoảng (20 – 30) % năng lượng cung cấp cho hệ thống.

3. MẠNG LƯỚI ĐIỆN

Điện năng sau khi sản xuất ra từ các nguồn phát sẽ được truyền tải - cung cấp - phân phối

tới các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện.

Hệ thống điện bao gồm toàn bộ các khâu kể từ Nguồn phát điện - truyền tải - cung cấp -

phân phối đến các hộ tiêu thụ điện.

Mạng điện có các cấp điện áp định mức như sau:

0,23kV, 0,4kV, 0,6kV, 3kV, 6kV, 10kV, 22kV, 35kV, 110kV, 150kV, 220kV, 330kV, 500kV,

750kV...

Mạng lưới điện bao gồm hai bộ phận chủ yếu: Đường dây tải điện và các trạm biến áp

khu vực.

Mạng điện xí nghiệp có một phạm vi nhỏ, chỉ bao gồm có trạm biến áp và mạng phân

phối điện đến các thiết bị dùng điện trong xí nghiệp.

Nhà

máy

điện

Mạng truyền tải

Mạng

cung

cấp

hộ tiêu thụ

Mạng

phân

phối

hộ tiêu thụ

hộ tiêu thụ

Cấp điện áp định mức của mạng điện được chọn càng cao khì công suất truyền tải và độ

dài truyền tải càng lớn.

Cấp điện áp định mức càng cao thì vốn đầu tư xây dựng cũng như chi phí vận hành và

tính phức tạp của mạng điện cũng tăng theo.

Do đó ứng với một lượng công suất và khoảng cách truyền tải nhất định, để chọn cấp

điện áp định mức cho hợp lý ta phải giải quyết bài toán so sánh cả về kinh tế và kỹ thuật.

Theo kinh nghiệm thiết kế và vận hành, người ta đã xây dựng được đường cong giới hạn cấp

điện áp truyền tải điện kinh tế.

L(km)

180

160

120

80

40

0 40 60 80 120 180 200 240 280 900 1000

P( MW )

110 kV

154 kV

220 kV

35 kV

Đồ thị trên chỉ gợi ý một cách định tính mối qua hệ giữa điện áp truyền tải với công suất và chiều

dài truyền tải. Để tính chính xác hơn ta áp dụng các công thức tính kinh nghiệm của Đức hay Mỹ

hay Liên xô...

PHÂN LOẠI MẠNG ĐIỆN

Mạng điện được phân loại theo nhiều cách khác nhau:

Căn cứ theo tiêu chuẩn điện áp cao, thấp và khoảng cách dẫn điện xa, gần...

Mạng điện khu vực:

Cung cấp và phân phối điện cho một khu vực rộng lớn, với bán kính hoạt động từ 30km

trở lên tới (200300) km. Điện áp của mạng điện khu vực thông thường là 35kV, 110kV đến

220kV.

Mạng điện địa phương:

Như các mạng điện công nghiệp, thành phố, nông thôn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

trong bán kính không quá (15-30) km. Điện áp của mạng điện địa phương thông thường là

6kV, 10kV đến 35kV.

Căn cứ theo hình dáng, mạng điện có

thể phân làm hai loại

Mạng điện hở:

Là mạng điện mà các hộ tiêu thụ được

cung cấp điện chỉ từ một phía (hình 1-5).

Mạng điện này vận hành đơn giản, dễ tính

toán nhưng mức bảo đảm cung cấp điện

thấp.

Hình 1-5. Mạng điện hở

FX

Mạng điện kín:

Là mạng điện mà các hộ tiêu

thụ có thể nhận điện năng ít

nhất từ hai phía (hình 1-6).

Mạng điện này tính toán khó

khăn, vận hành phức tạp nhưng

tính liên tục cung cấp điện cao.

Căn cứ theo công dụng mạng điện chia ra làm hai loại

Mạng điện cung cấp:

Là mạng điện truyền tải điện năng đến các trạm phân phối và từ đó cung cấp cho các

mạng phân phối.

Mạng điện phân phối:

Là mạng điện phân phối trực tiếp cho các hộ tiêu thụ như: Động cơ điện, máy biến áp...

Mạng điện kín.

F2F1

X

Căn cứ theo chế độ trung tính của mạng chia ra làm hai loại.

Mạng điện ba pha trung tính cách điện với đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang còn

gọi là mạng có dòng chạm đất nhỏ - Mạng trung thế 6kV;10 kV; 35kV

Mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp: Các mạng cao áp, siêu cao áp từ 110kV

trở lên đều có trung tính trực tiếp nối đất và cá biệt có mạng 22 kV

Dựa theo cấp điện áp mạng điện được chia làm 3 loại:

Mạng điện hạ áp là mạng có điện áp dưới 1000V.

Mạng điện cao áp là mạng có điện áp từ 1000V đến 220kV.

Mạng điện siêu cao áp là mạng có điện áp trên 220kV

Ngoài ra người ta còn phân loại mạng điện theo cách khác

- Mạng điện đường dây trên không

- Mạng cáp

- Mạng điện xoay chiều

- Mạng điện một chiều...

4. HỘ TIÊU THỤ

Để đánh giá chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ ta dựa vào ba chỉ tiêu cơ

bản sau đây: Điện áp, tần số và tính liên tục cung cấp điện.

a.Điện áp

Điện áp đặt lên đầu cực thiết bị điện so với điện áp định mức của thiết bị điện không

được vượt quá giới hạn cho phép. Độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức được

quy định như sau:

- Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị động lực: [U%] = 5.

- Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị chiếu sáng: [U%] = 2,5.

Trong trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng đang ở trong tình trạng sự cố thì độ lệch

điện áp cho phép có thể tới - 10 %Uđm.

b. Tần số

Độ lệch tần số cho phép được quy định bằng 0, 5Hz.

Để bảo đảm cho tần số của hệ thống điện được ổn định thì công suất tiêu thụ phải luôn

luôn cân bằng với công suất của nguồn phát. Pt.thụ = Pfát

c. Tính liên tục cung cấp điện

Tính liên tục cung cấp điện là một chỉ tiêu quan trọng trong hệ thống cung cấp điện. Mức

độ liên tục cung cấp điện được bảo đảm tuỳ theo tầm quan trọng và yêu cầu của hộ phụ tải.

Các hộ tiêu thụ điện được chia làm 3 loại như sau:

Hộ loại I:

Hộ loại I có các thiết bị nếu ngừng cung cấp điện sẽ gây ra nguy hiểm đến tính mạng con

người, làm hư hỏng nặng thiết bị, rối loạn quá trình sản xuất của xí nghiệp, gây ra hàng

loạt phế phẩm, ảnh hưởng lớn về chính trị và gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân.

Ví dụ: Nhà máy luyện gang thép, hệ thống quạt gió để thông gió cho công nhân làm việc

trong các hầm lò, những buổi mít tinh quan trọng...

Vì vậy hộ loại I phải được cung cấp từ hai nguồn độc lập hoặc có nguồn dự phòng, nhằm

giảm thời gian mất điện xuống rất nhỏ. Thời gian mất điện đối với hộ loại I thường cho

bằng thời gian tự động đóng nguồn dự phòng.

Hộ loại II:

Hộ loại II có các thiết bị nếu ngừng cung cấp điện sẽ gây ra nhiều phế phẩm, ngừng trệ

sản xuât trong xí nghiệp, có thể có hư hỏng thiết bị nhưng ở mức độ nhẹ hơn trường hợp

trên, lãng phí lao động ...

Như vậy đối với hộ loại II nếu ngừng cung cấp điện chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế.

Tính liên tục cung cấp điện đối với hộ loại II có thấp hơn hộ loại I. Có thể cho phép mất

điện trong một thời gian ngắn để thay thế các thiết bị hư hỏng, khôi phục cấp điện lại.

Phương án cung cấp điện cho hộ loại II có thể lấy từ một nguồn hoặc hai nguồn, đường

dây đơn hoặc đường dây kép, có nguồn dự phòng hoặc không có nguồn dự phòng phải dựa

trên kết quả so sánh kinh tế giữa khoản tiền phải đầu tư thêm khi có đặt thiết bị dự phòng

với khoản tiền thiệt hại khi sản xuất bị ngừng trệ do mất điện vì không có thiết bị dự phòng.

Hộ loại III.

Hộ loại III là những hộ còn lại không nằm trong hai loại trên. Hộ loại III có yêu cầu liên

tục cung cấp điện thấp hơn. Cho phép mất điện trong một thời gian để sửa chữa, thay thế

các thiết bị khi cần thiết. Phương án cung cấp điện cho hộ loại III có thể dùng một nguồn,

đường dây đơn (1 lộ).

Ghi chú: Việc phân chia các thiết bị điện thuộc hộ loại I, II hay III chỉ là tương đối. Phải

kết hợp với tình hình cụ thể của xí nghiệp để phân chia cho hợp lý. Cùng một loại thiết bị, ở

xí nghiệp này do có vai trò rất quan trọng nên được xếp vào hộ loại I, nhưng ở xí nghiệp

khác thì lại có thể xếp vào hộ loại II ...

5. HỆ THỐNG BẢO VỆ

Trong quá trình vận hành hệ thống điện, có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế

độ làm việc không bình thường của các phần tử. Trong phần lớn các trường hợp,

các sự cố thường kéo theo hiện tượng dòng điện tăng khá cao, điện áp giảm thấp.

Các thiết bị có dòng tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị

hư hỏng. Khi điện áp giảm thấp, các phụ tải điện không thể làm việc bình thường

và tính ổn định của cá máy phát làm việc song song của cả hệ thống giảm.

Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp, dòng điện, tần số lệch

khỏi giới hạn cho phép, nếu để kéo dài có thể tạo nguy cơ xuất hiện sự cố.

Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ điện khi

xuất hiện sự cố, cần phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ bị sự cố, cách ly nó khỏi

phần không bị hư hỏng, do đó phần còn lại duy trì được hoạt động bình thường,

đồng thời giảm được mức độ hư hại do sự cố.

Trong hệ thống điện không thể thiếu thiết bị bảo vệ, bao gồm các thiết bị

bảo vệ ngắn mạch, quá tải, chống sét vv... được nghiên cứu trong phần khí cụ

điện.

6. TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN

HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ

MIỀN BẮC

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ

MIỀN NAMCẤP A

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ

(TRỰC THUỘC CÁC SỞ

ĐIỆN LỰC)

TRUNG TÂM ĐIỀU

ĐỘ(TRỰC THUỘC CÁC

SỞ ĐIỆN LỰC)

CẤP B

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ

(TRỰC THUỘC CÁC SỞ

ĐIỆN LỰC)

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ

(TRỰC THUỘC CÁC SỞ

ĐIỆN LỰC)

Trung tâm điều độ có nhiệm vụ ra lệnh đóng cắt hệ thống

điện theo cấp mình quản lý khi cần thay đổi công suất trong

truyền tải hoặc sửa chữa hệ thống

7. NHỮNG YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHỦ YẾU KHI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ

tiêu thụ luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi

cho phép.

Một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý khi thỏa

mãn những yêu cầu sau:

- Vốn đầu tư nhỏ.

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.

- Chi phí vận hành hàng năm thấp.

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

- Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa.

- Đảm bảo chất lượng điện năng, nhất là độ lệch điện áp

Nội dung chủ yếu khi thiết kế cung cấp điện

1. Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu và chọn

phương thức cung cấp điện.

2. Xác định phương án cấp nguồn điện.

3. Xác định cấu trúc mạng.

4. Chọn thiết bị.

5. Tính toán chống sét và nối đất.

6. Tính chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.

8. HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

DẦU Khí tự

nhiên

Than Uran Thủy năng Năng lượng

gió

Địa nhiệt Năng lượng

mặt trời

Lọc dầu CN khí đốt Chế biến

than

Nhà máy điện

Nhiên liệu Khí đốt Than đá,

than gầyĐiện năng

Giao thông Sö dông vËt

liÖu s¬ cÊp

C«ng nghiÖp

nhiÖt ®é cao vµ

thÊp

Giao th«ng

®­êng s¾t

TruyÒn ®éng

®iÖn trong C.N

Điện phân, ánh

sáng…

Sức kéo

Hệ thống năng lượng quốc gia