CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THÔNG CUNG CẤP ĐIỆN Giới thiệu: Trong những năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng được nâng cao kéo theo nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt. phát triển không ngừng. Đối với những người công tác trong ngành điện cần phải có sự hiểu biết nhất định về xã hội, môi trường, các đối tượng cấp điện để có thể tham gia tốt vận hành, thiết kế, lắp đặt các công trình điện. Mục tiêu: - Phân tích được đặc điểm, các yêu cầu đối với nguồn năng lượng, nhà máy điện, mạng lưới điện, hộ tiêu thụ, hệ thống bảo vệ và trung tâm điều độ.
- Vận dụng đúng các yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện. - Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác và nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc. Khái quát về hệ thống cung cấp điện 1. Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, cơ năng, quang năng v., dễ truyền tải, hiệu suất cao.
+ Điện năng khác với hầu hết các sản phẩm khác là không tích trữ được, trừ một vài trường hợp cá biệt với công suất rất nhỏ như pin, ác quy, vì vậy tại mọi thời điểm cần phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện sản xuất và tiêu thụ, có kể đến tổn thất do truyền tải. Đặc điểm này cần được quán triệt trong nhiệm vụ quy hoạch, thiết kế hệ thống, trong vận hành và điều độ hệ thống cung cấp điện (CCĐ). + Các quá trình điện xảy ra rất nhanh, chẳng hạn sóng điện từ lan truyền trong vật dẫn với tốc độ ánh sáng: 300.000km/s; Sóng sét, quá trình ngắn mạch, đóng cắt thiết bị điện, tác động của thiết bị bảo vệ v. đều xảy ra trong khoảng phần mười giây.
Vì vậy đòi hỏi phải sử dụng rộng rãi các thiết bị tự động trong vận hành, điều chỉnh và bảo vệ, nhằm làm cho hệ thống CCĐ làm việc tin cậy và kinh tế. + Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế quốc dân như luyện kim, hoá chất, cơ khí, khai thác mỏ, công nghiệp nhẹ, dân dụng v., là một trong những động lực tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển mạnh mẽ trong cấu trúc nền kinh tế. Từ đặc điểm này sẽ đưa ra được những quyết định hợp lý trong mức độ điện khí hoá đối với các ngành kinh tế, đáp ứng sự phát triển cân đối giữa các ngành kinh tế. Các nguồn điện Có nhiều phương pháp biến đổi các dạng năng lượng như nhiệt năng, thuỷ năng, cơ năng, năng lượng hạt nhân v.
thành điện năng, do đó có nhiều kiểu nguồn điện tương ứng. Một số nét về nguyên lý làm việc và những ưu, nhược điểm của các loại nguồn điện chủ yếu. Đây là một kiểu nguồn điện kinh điển nhưng hiện nay vẫn đang chiếm một tỷ lệ quan trọng trong tổng công suất chung. Ở nhà máy nhiệt điện, than đá được đốt cháy trong buồng đốt để đun sôi nước trong bao hơi.
Hơi nước từ bao hơi có nhiệt độ và áp suất cao (t 05000C, 40at) được dẫn đến làm quay các cánh tuốc bin với tốc độ rất lớn (n3000 vòng/phút). Trục của tuốc bin nối với trục của máy phát điện phát ra điện để đưa đi sử dụng. Như vậy ở nhà máy nhiệt điện, năng lượng được biến đổi theo nguyên lý: Nhiệt năng (của than) Cơ năng Điện năng Các nhà máy nhiệt điện lớn thường được xây dựng gần các khu mỏ có trữ lượng lớn về than và truyền tải điện năng tới các trung tâm phụ tải qua lưới cao áp. Chi phí đầu tư xây dựng nhà máy ở mức trung bình.
Nhược điểm: Tiêu thụ khối lượng nhiên liệu lớn, hiệu suất thấp, tính linh hoạt trong vận hành kém và khói thải làm ô nhiễm môi trường, vì vậy cần thi hành các biện pháp lọc khói, bụi giảm thiểu mức độ ô nhiễm. Nhà máy thuỷ điện Đây là loại nhà máy sử dụng năng lượng dòng nước làm quay trục tuốc bin thuỷ lực, quay máy phát điện. Quá trình biến đổi năng lượng là: Thuỷ năng Cơ năng Điện năng Công suất của nhà máy thuỷ điện: P = k. Trong đó: k - Hệ số H (m) - Chiều cao hiệu dụng của cột nước, tức là mức nước chênh lệch giữa thượng lưu và hạ lưu. Từ biểu thức ta thấy có thể xây dựng đập chắn ở những đoạn tương đối bằng phẳng của dòng sông để tạo lưu lượng Q lớn hoặc xây dựng ở những đoạn có độ chênh lớn giữa hai mức nước để có H lớn.
Nhà máy thuỷ điện đòi hỏi vốn đầu tư xây dựng ban đầu lớn hơn lớn hơn so với nhà máy nhiệt điện. Tuy nhiên giá thành điện năng rẻ hơn, dễ thực hiện tự động hoá, hiệu suất cao. Nhà máy điện nguyên tử Sự biến đổi năng lượng ở nhà máy điện nguyên tử cũng tương tự ở nhà máy nhiệt điện Nhiệt năng (Phân huỷ hạt nhân) Cơ năng Điện năng 9 Năng lượng thu được trong quá trình phân huỷ hạt nhân nguyên tử các chất Urani, Plutoni, Thory v. trong lò phản ứng dùng để đun nóng nước, nước bốc hơi và dẫn vào làm quay tuốc bin, quay máy phát điện.
Nhiên liệu hạt nhân có khả năng tạo ra nhiệt năng rất cao nên nhà máy điện nguyên tử có ý nghĩa rất lớn đối với những vùng khan hiếm nhiên liệu than. Nhà máy điện nguyên tử cần vốn đầu tư xây dựng lớn nhưng có thể xây dựng gần trung tâm phụ tải, độ tin cậy CCĐ cao. Sơ đồ sản xuất và truyền tải điện năng 1. Khái niệm: - Hệ thống CCĐ điện là tập hợp các nhà máy điện, mạng điện và các phụ tải.
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng được cấu thành từ nhiều phần tử. - Mạng điện là tập hợp các đường dây trên không, đường cáp điện, các TBA và các trạm phân phối để truyền tải, phân phối điện năng sản xuất từ các nguồn phát đến các hộ tiêu thụ điện. Thông số của các phần tử gọi là các thông số của hệ thống, như: tổng trở, tổng dẫn, hệ số biến áp v. Tập hợp các quá trình tồn tại trong hệ thống xác định chế độ làm việc của hệ thống và được đặc trưng bởi các thông số như dòng điện, điện áp, công suất, hệ số cos.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện như sau: 10kV 10kV 220kV 110kV V NMĐ2 NMĐ1 110kV 10kV 10kV 0,4kV Hình 1. Hệ thống điện. 10 Điện năng từ nhà máy điện 1 (NMĐ1) được tăng điện áp lên 110500kV để truyền tải đi xa nhờ trạm biến áp (TBA) tăng áp 10/110500kV đồng thời hoà với nhà máy điện 2 (NMĐ2). Ngoài ra còn có đường dây 110kV CCĐ cho các xí nghiệp, các khu vực và qua các TBA hạ áp 110/10kV, đường dây trên không hoặc đường cáp dẫn đến các TBA hạ áp 10/0,4kV cung cấp cho các phân xưởng, các hộ dùng điện và các phụ tải điện.
Các ký hiệu quy ước trên sơ đồ cung cấp điện 11 2. Những chỉ tiêu để đánh giá phương án CCĐ tối ưu Để đánh giá chất lượng điện cung cấp cho các hộ tiêu thụ, người ta căn cứ vào 3 chỉ tiêu cơ bản là điện áp, tần số và tính liên tục CCĐ. Điện áp Chỉ tiêu này được đánh giá bằng độ lệch điện áp đlU. Đó là giá trị điện áp thực tế đo được tại hộ tiêu thụ so với điện áp định mức của mạng điện: đlU=Uth.tế-Uđm Độ lệch điện áp cho phép quy định như sau: - Đối với mạng động lực: [đlU%] = 5%Uđm - Đối với mạng chiếu sáng: [đlU%] = 2,5%Uđm Trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng đang ở trong tình trạng sự cố thì có thể cho phép [đlU%] = (-10 -20)%Uđm.tế=361V; 19 Ta có đlU=361-380 = -19 (V); dlU%=.
Tần số Độ lệch tần số cho phép được quy định là 0,5Hz. Muốn tần số của hệ thống ổn định thì công suất tiêu thụ phải nhỏ hơn công suất của nguồn điện. Để ổn định tần số thì ở các xí nghiệp lớn, người ta đặt thiết bị tự động đóng thêm máy phát dự phòng khi phụ tải tăng lên hoặc tự động cắt bớt phụ tải theo tần số. Tính liên tục cung cấp điện Chỉ tiêu này thể hiện bằng cách chia các hộ tiêu thụ ra làm 3 loại: a.
Hộ loại 1: Gồm các thiết bị mà nếu ngừng CCĐ sẽ nguy hiểm đến tính mạng con người, làm hư hỏng năng thiết bị, gây rối loạn quá trình sản xuất, thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế quốc dân, ảnh hưởng lớn đến an ninh, chính trị. Chẳng hạn: phòng mổ ở bệnh viện, lò cao, sân bay, bến cảng, nhà Quốc hội v. Hộ loại 1 yêu cầu tính liên tục CCĐ cao, không được phép ngừng CCĐ. Vì vậy yêu cầu đối với hộ loại 1 là phải có nguồn dự phòng từ nhiều nguồn điện khác (Thường được cung cấp từ ít nhất là 2 nguồn điện độc lập).
Đồng thời khi thực hiện đóng nguồn dự phòng phải được thực hiện bằng tự động hóa. Ngoài ra còn có các tổ máy phát dự phòng nóng. Hộ loại 2: Gồm các thiết bị mà nếu ngừng CCĐ cũng gây thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến quá trình sản suất như hỏng hàng loạt sản phẩm, ngừng trệ sản xuất, hư hỏng thiết bị v. nhưng nói chung chưa nghiêm trọng bằng hộ loại 1.
Với các hộ này có thể cho phép ngừng CCĐ trong thời gian ngắn để thay thế, sửa chữa thiết bị. Hộ loại này cũng thường được đặt các nguồn dự phòng. Hộ loại 3: Gồm các thiết bị còn lại, không thuộc 2 loại trên. Yêu cầu liên tục CCĐ của hộ loại 3 thấp hơn cả, chúng thường được cung cấp bằng 1 nguồn điện vì việc mất điện không ảnh hưởng lắm đến tính mạng của con người, không gây ra các hậu quả nặng nề về kinh tế và chính trị.
Lưu ý: Việc phân chia ra các loại hộ tiêu thụ chỉ có tính chất tương đối vì cùng một thiết bị điện nhưng ở xí nghiệp này nó có vai trò rất quan trọng, được 13 xếp vào hộ loại 1; nhưng ở xí nghiệp khác, vai trò của nó ít quan trọng hơn, nó xếp vào hộ loại 2.