CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 22 kV HUYỆN MỘC CHÂU 1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt và rất phổ biến hiện nay, điện năng có rất nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các dạng năng lượng khác như: dễ dàng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác với hiệu suất cao (cơ năng, nhiệt năng, hoá năng, quang năng. Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện hay các trạm phát điện theo nhiều công nghệ khác nhau. Quá trình sản xuất và sử dụng điện năng của bất kể quốc gia nào trên thế giới cũng đề được thực hiện bởi một hệ thống điện. 1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh được áp dụng tại nhiều nước phát triển trên thế giới [1].
1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh, [1] [nguồn: http://www.com/utility-smart-grid.html ] 4 Trong đó bao gồm các hạng mục chính : sản xuất, truyển tải đến phân phối và tiêu thụ điện. Hoạt động của hệ thống điện có một số đặc điểm chính sau đây, [2] [3] [4] [5]. - Điện năng sản xuất ra nói chung, tại mọi thời điểm luôn phải bảo đảm cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất ra với lượng điện năng tiêu thụ, tích trữ và điện năng tổn thất trên các thiết bị truyền tải và phân phối điện. - Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh.
Ví dụ: sóng điện từ hay sóng sét lan truyền trên đường dây với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km /s), thời gian đóng cắt mạch điện, thời gian tác động của các bảo vệ thường xẩy ra dưới 0,5s. - Hoạt động điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều kĩnh vực xã hội và kinh tế quốc dân khác như: Luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp nhẹ, đô thị và dân dụng,. Một hệ thống điện quốc gia bao gồm rất nhiều các phần tử được kết nối với nhau theo nguyên lý của một mạch điện dựa trên cơ sở đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế. Tương ứng sơ đồ cấu trúc khối trên hình 1.
2 Sơ đồ một sợi hệ thống điện, [3] Cấu trúc của một hệ thống điện thường được chia thành 03 khối chính như mô tả trên Hình 1. 3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện Trong đó, các khối được giới thiệu cụ thể như sau: 1.1 Khối 1 - Các nhà máy điện Khối các nhà máy điện được phân biệt thành hai loại. Thứ nhất đó là các nhà máy điện công suất lớn bao gồm các trung tâm sản xuất điện lớn, các nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân, trạm thủy điện công suất lớn (Pđm ≥ 30 MW). Thứ hai đó là các nguồn điện phân tán công suất nhỏ (Pđm 30 MW).2 Khối 2 - Hệ thống truyền tải Hệ thống truyền tải (Transmission, Subtransmisstion), đó là hệ thống các trạm biến áp và các đường dây tải điện có nhiệm vụ chính là truyền tải công suất giữa các trạm biến áp, không trực tiếp kết nối với phụ tải tiêu thụ điện.
Trong khối này lại được chia thành hai khối con, đó là [2], [3]: - Khối truyền tải siêu cao áp (EHV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đường dây có điện áp xoay chiều định mức Uđm ≥ 220 kV. Một số nước tân tiến có sử dụng đường dây truyền tải siêu cao áp một chiều HVDC. - Khối truyền tải cao áp (HV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đường dây có điện áp xoay chiều định mức 22 kV ≤ Uđm ≤ 110 kV.3 Khối 3 - Hệ thống điện phân phối (Electric distribution system) 1.1 Cấu trúc hệ thống Trước đây ở Việt Nam, phạm vi của hệ thống phân phối điện chỉ bao gồm các trạm biến áp và đường dây được tính từ phía thứ cấp trạm biến áp 110 kV trở về đến các phụ tải tiêu thụ điện. Ngày nay, kể từ 01/11/2018, EVN đã có quy định mới: hệ thống phân phối điện được mở rộng thêm về phía cao áp đến thứ cấp của trạm biến áp 220 kV.
Đây là một hướng hội nhập quốc tế. Trên cơ sở mô hình tổng quát của hệ thống điện quốc gia hình 1.2, cấu trúc một hệ thống phân phối điện có thể được bóc tách dưới dạng sơ đồ một sợi như trên hình 1. 4 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối Theo cấu trúc này, hệ thống phân phối điện lại có thể được phân chia thành các hệ thống phân phối con dựa trên điện áp định mức làm căn cứ: - Hệ thống phân phối điện cao thế 110 kV (High Voltage): bao gồm toàn bộ đường dây và các trạm biến áp 110 kV đóng vai trò trung gian (Sup transmision line) hay (Transmision line) để cung cấp điện cho các trạm biến áp khu vực (Zone Suptation). Đối với các phụ tải lớn như các nhà máy lớn hay các khu công nghiệp có sức tiêu thụ điện cao, có thể được kết nối trực tiếp với hệ thống truyền tải con 110 kV.
8 - Hệ thống phân phối điện trung thế (Middle Voltage): bao gồm hệ thống các đường dây trung thế (22 kV, 22 kV) và các trạm biến áp phân phối hạ áp cung cấp điện cho lưới phân phối hạ thế (Low voltage). - Hệ thống phân phối điện hạ thế thế (Low Voltage): bao gồm hệ thống các trạm biến áp phân phối và đường dây hạ thế (0,4 kV) cung cấp cho các phụ tải là điểm cuối cùng của hệ thống điện.2 Các dạng nguồn điện công suất nhỏ trong hệ thống phân phối điện Hiện nay, trong lưới phân phối điện không chỉ có một loại nguồn cung cấp từ phía lưới điện quốc gia mà còn có thêm các nguồn phân tán. Chính vì vậy cấu trúc lưới được thay đổi căn bản, phân bố công suất không chỉ theo một hướng (one way) như trước đây mà là nhiều hướng, thậm chí luôn thay đổi cả về độ lớn và hướng công suất. Nguồn chính: nguồn chính cung cấp điện cho lưới cho lưới phân phối được chỉ định từ lưới điện quốc gia được quy đổi về cấp điện áp trung thế cao nhất của lưới phân phối.
Trên sơ đồ nguyên lý một sợi (one line diagram) nguồn có thể được biểu diễn bởi một thanh cái (Bus). Các thông số cơ bản của nguồn bao gồm: - Cấp điện áp định mức Uđm (kV): 110 kV, 22 kV, 22 kV - Công suất ngắn mạch SNM (MVA): 400 MVA - Tỷ số X/R Một hệ thống điện phân phối có thể bao gồm một hoặc hai nguồn chính tùy theo cấp độ tin cậy cần thiết. Trong thực tế đó là các trạm biến áp trung gian biến đổi từ cấp điện áp 110 kV hoặc 220 kV xuống cấp điện áp phân phối. Nguồn phân tán (DG): trong lưới phân phối còn có các nguồn phân tán khác, điển hình là: 1- Nguồn pin mặt trời: đó là các tổ hợp pin mặt trời kết hợp với biến tần DC/AC và máy biến áp tạo ra một nguồn cung cấp điện kết nối với lưới phân phối.
2- Nguồn SHP: đó là SHP địa phương kết nối trực tiếp với lưới điện phân phối. 3- Nguồn máy phát điện gió: đó là turbine gió công suất nhỏ, có thể là đơn chiếc hay tổ hợp nhiều chiếc (Wind Farm) kết nối với lưới phân phối. 9 4- Nguồn máy phát diesel: loại nguồn này chủ yếu đóng vai trò dự phòng và không thể thiếu được đối với các hộ dùng điện đòi hỏi cao về chất lượng điện năng cung cấp như: những nhà máy hay phân xưởng sản xuất áp dụng công nghệ hiện đại, khách sạn, bệnh viện , nhà cao tầng,VV. 5- Kho điện (battery) kết hợp với biến tần DC/AC/DC: Loại nguồn này cũng đang được khuyến khích phát triển với vai trò nguồn dự phòng hoặc ứng dụng cho các giải pháp điều phối năng lượng hữu ích.2 Phân loại thiết bị dùng điện trong hệ thống phân phối điện Điện năng là động lực chính của các hoạt động sản xuất và đời sống sinh hoạt của con người nên các thiết bị dùng điện là rất đa dạng, phong phú, chúng có thể phân loại theo nhiều cách như sau: Phân loại theo điện áp định mức của thiết bị: - Các thiết bị hạ áp là các thiết bị điện có điện áp định mức Uđm < 1000V.
- Các thiết bị điện cao áp là các thiết bị điện có điện áp định mức Uđm > 1000V. Các thiết bị có công suất lớn, Pđm > 100kW thường được chế tạo với cấp điện áp cao Uđm > 1000V. Phân loại theo theo tần số: - Thiết bị điện có tần số công nghiệp (50Hz). - Thiết bị điện có tần số khác tần số công nghiệp.
Hiện nay ở ta các nguồn điện 3 pha đều sử dụng tần số công nghiệp 50Hz. Đối với các thiết bị có tần số khác tần số công nghiệp thì phải có thiết bị biến đổi. Vì vậy, đối với cung cấp điện thì ta coi bộ biến đổi như một thiết bị dùng điện xoay chiều tần số công nghiệp bình thường và việc tính toán cung cấp điện cho thiết bị tần số khác tần số công nghiệp được quy về việc tính toán cung cấp điện cho thiết bị biến đổi. Phân loại theo nguồn cung cấp: - Thiết bị điện xoay chiều ba pha và một pha.
- Thiết bị điện một chiều. 10 Phân loại theo chế độ làm việc: - Thiết bị điện làm việc theo chế độ dài hạn. - Thiết bị điện làm việc theo chế độ ngắn hạn. - Thiết bị điện làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại.
Phân loại theo vị trí lắp đặt: - Thiết bị điện lắp đặt cố định, di động. - Thiết bị điện lắp đặt trong nhà, ngoài trời. - Thiết bị điện lắp đặt ở những điều kiện đặc biệt như nóng, ẩm, bụi, có hơi và khí ăn mòn, có khí và bụi nổ.4 Những hộ phụ tải điện điển hình và yêu cầu cung cấp điện : Tùy theo công nghệ hay mục đích sử dụng, mỗi loại thiết bị dùng điện phải có những tính năng đảm bảo đáp ứng được những yêu cầu đặt ra. Vì thế chúng đòi hỏi phải được cung cấp điện một cách phù hợp, thỏa mãn các tiêu chuẩn quy định chung và quy định riêng cho những trường hợp đặc biệt.
Sơ bộ, các thiết bị dùng điện được phân loại như sau : Các thiết bị dùng điện đều có thể gọi chung là phụ tải điện hay hộ phụ tải. Khái niệm về hộ phụ tải có tính chất tương đối, một hộ phụ tải có thể là một nhóm máy hay một phân xưởng, nhà máy xí nghiệp, các căn hộ, dẫy phố hay nhà cao tầng,VV. Đôi khi, một thiết bị cũng có thể được coi như một hộ phụ tải.
