Chương 1.1 Tổng quan về hệ thống điện. Hệ thống điện là hệ thống các trang thiết bị điện, lưới điện và các thiết bị phụ trợ được liên kết với nhau. Hệ thống điện là một mạng lưới gồm hàng triệu bộ phận điện hoạt động đồng bộ. Các thông số chính của nó bao gồm dòng điện, điện áp, công suất và tần số.
Trong điều kiện bình thường, tất cả các thông số này vẫn ở giá trị định mức. Trong điều kiện bất thường hoặc tình trạng bị lỗi, các thông số này vượt qua giới hạn của giá trị danh định. Nhiệm vụ của một hệ thống điện được chia làm 3 phần là: sản xuất điện, truyền tải điện, phân phối điện. Sản xuất điện: Điện năng hoặc năng lượng điện tạo ra trong các nhà máy điện.
Các nhà máy điện chuyển đổi bất kỳ dạng năng lượng nào khác thành năng lượng điện. Các nguồn năng lượng khác có thể là năng lượng hóa học, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng hạt nhân. Tùy thuộc vào sự sẵn có của các nguồn, các loại nhà máy điện khác nhau sử dụng trong mạng. Các nhà máy điện chia thành hai phần và sử dụng các nguồn năng lượng như Nhà máy điện tái tạo: mặt trời, gió, thủy điện, sinh khối, địa nhiệt… Nhà máy điện không tái tạo: Than, Dầu nhiên liệu, khí tự nhiên, nguyên tử ,dầu đá phiến, than bùn… Truyền tải điện: Các nhà máy điện đặt ở xa khu vực thành phố hay nơi tiêu thụ.
Hệ thống truyền tải được coi là liên kết giữa hệ thống phát điện và hệ thống phân phối. Có nhiều khả năng xảy ra lỗi hơn trong đường truyền. Công suất lớn của đường truyền mạng tải lớn. Nếu đường truyền này bị sự cố, một lượng rất lớn phụ tải sẽ ngắt khỏi hệ thống.
Vì vậy, việc bảo vệ đường truyền là quan trọng nhất. Ba loại đường truyền có sẵn theo chiều dài của đường dây: Đường dây truyền tải chiều dài ngắn: dưới 60km, SVTH1: NGUYỄN ĐẮC NHẬT 11 SVTH2: NGUYỄN TRUNG KIỆT Downloaded by BACH VAN (bachvan12@gmail.com) lOMoARcPSD|38895030 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐIỆN GVHD : T.S NGUYỄN ĐOÀN QUYẾT Đường dây truyền tải chiều dài trung bình: 60km đến 250 km Đường dây truyền tải dài: trên 250km Các đường dây tải điện đa phần là đường dây tải điện cao thế để giảm tổn thất đồng và kích thước dây dẫn, cấp điện áp đường dây tải điện xoay chiều ở Việt Nam là 110kV trở lên Các đường dây tải điện cao thế sử dụng để giảm tổn thất đồng và kích thước của dây dẫn. Thông thường, cấp điện áp của đường dây tải điện xoay chiều là 230 kV, 500 kV, 765 kV và đối với đường dây tải điện một chiều từ 100 kV đến 1500 kV. Phân phối điện: Cấp điện áp của lưới điện phân phối nhỏ hơn 132 kV.
Đường dây 11 kV, 33 kV, 66 kV và 132 kV. Các đường dây này mang ít điện năng hơn so với đường dây của mạng truyền tải. Mạng lưới hệ thống điện cung cấp năng lượng điện cho phụ tải dân dụng, thương mại và công nghiệp. Nó cung cấp điện 3 pha cho tải công nghiệp và cấp điện áp là 440 V.
Nó cung cấp điện một pha cho tải thương mại và dân dụng và cấp điện áp là 230 V. - Hệ thống điện bao gồm 6 thành phần chính: Nhà máy điện, máy biến áp, đường dây tải điện, trạm biến áp, đường dây phân phối và máy biến áp phân phối.1 Sơ đồ hệ thống điện (Nguyễn Sỹ Huy Cường–Phạm Đình Anh Khôi(2019), “Cấu trúc hình học và đặc tính vật liệu máy biến áp lực”) 1.2 Nhà máy điện Nhà máy điện: Sử dụng các năng lượng khác nhau để sản xuất ra điện năng SVTH1: NGUYỄN ĐẮC NHẬT 12 SVTH2: NGUYỄN TRUNG KIỆT Downloaded by BACH VAN (bachvan12@gmail.com) lOMoARcPSD|38895030 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐIỆN GVHD : T.S NGUYỄN ĐOÀN QUYẾT Các loại nhà máy điện bao gồm: Nhà máy thủy điện Nhà máy nhiệt điện Nhà máy điện nguyên tử. Nhà máy điện gió. Nhà máy điện năng lượng mặt trời… 1.
Trạm biến áp: Nơi đặt máy biến áp và các thiết bị phân phối điện khác nhằm tạo nên một hệ thống truyền tải điện năng hoàn chỉnh làm nhiệm vụ cung cấp điện. Trạm biến áp gồm những bộ phận sau: Máy biến áp Hệ thống thanh cái, dao cách ly Hệ thống chống sét, nối đất Hệ thống điện khu vực điều hành Khu vực phân phối Các loại trạm biến áp Trạm biến áp trung gian: trạm biến áp có nhiệm vụ nhận điện ở cấp điện áp 110kV - 220kV rồi chuyển thành cấp điện áp 22kV - 35kV. Các trạm biến áp này thường đặt ngoài trời do công suất của trạm rất lớn, máy biến áp và các thiết bị đóng cắt bảo vệ cũng có kích thước không nhỏ. Trạm biến áp phân phối: trạm biến áp phân phối nhận điện từ trạm biến áp trung gian rồi tiếp tục thực hiện nhiệm vụ biến đổi điện năng từ 22kV – 35kV ra 0,4kV – 0,22kV.
Đây là trạm biến áp phổ biến dùng trong mạng hạ áp dân dụng tòa nhà hoặc nhà máy phân xưởng mà thường thấy nhất là trạm 22/0,4kV. SVTH1: NGUYỄN ĐẮC NHẬT 13 SVTH2: NGUYỄN TRUNG KIỆT Downloaded by BACH VAN (bachvan12@gmail.com) lOMoARcPSD|38895030 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐIỆN GVHD : T.S NGUYỄN ĐOÀN QUYẾT 1.4 Đường dây tải điện. Đường dây tải điện trên không chuyển năng lượng đi xa với công suất lớn và điện áp cao (transmission line), nối liền các trung tâm năng lượng lớn với các trạm biến áp trung gian quan trọng. Các cấp điện áp thường là: 110kV, 220kV, 330kV, 500kV, 750kV, 1024kV.5 Máy biến áp Máy biến áp truyền tải: được sử dụng chủ yếu cho mục đích truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến địa điểm phân phối.
Phần lớn các nhà máy điện đều nằm cách xa khu dân cư/hộ tiêu thụ nên trong quá trình truyền vào mạng truyền tải quốc gia., máy biến áp truyền tải thường có công suất trên 200 MVA và dùng để tăng hoặc giảm điện áp trong mức từ 33 kV đến 400 kV. Máy biến áp phân phối: Được sử dụng như một phương tiện trung gian, kết nối mạng điện quốc gia với hộ tiêu thụ đầu cuối. Máy biến áp phân phối thường có công suất thấp hơn 200 MVA và dùng để tăng hay giảm điện áp trong mức từ 230V đến 11 kV SVTH1: NGUYỄN ĐẮC NHẬT 14 SVTH2: NGUYỄN TRUNG KIỆT Downloaded by BACH VAN (bachvan12@gmail.com) lOMoARcPSD|38895030 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐIỆN GVHD : T.S NGUYỄN ĐOÀN QUYẾT 1.2 Cấu trúc của hệ thống điện. Cấu trúc của hệ thống điện điều hành được đặt trên cơ sở của sự phân chia theo hàng dọc và hàng ngang Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống điện (Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ thống điện - Truyền tải và Phân phối”) Theo chiều dọc hệ thống điện được chia làm bốn cấp Cấp phân phối; Cấp truyền tải phụ; Cấp truyền tải (cùng với cấp truyền tải phụ và cấp phân phối có liên kết với nó và tạo ra một hệ thống điện); Cấp phân phối (liên kết nhiều hệ thống điện với nhau vào trong một hệ thống điện liên hợp).
SVTH1: NGUYỄN ĐẮC NHẬT 15 SVTH2: NGUYỄN TRUNG KIỆT Downloaded by BACH VAN (bachvan12@gmail.com) lOMoARcPSD|38895030 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐIỆN GVHD : T.S NGUYỄN ĐOÀN QUYẾT Theo chiều ngang, mỗi cấp lại được chia thành một số các hệ thống (số hệ thống truyền tải phụ trong mỗi hệ thống truyền tải hay số hệ thống phân phối trong mỗi hệ thống truyền tải phụ thực tế có thể có nhiều hơn con số trên hình vẽ). Các hệ thống con này cách ly với nhau về mặt điện và cũng thường là về mặt địa lý với các hệ thống lân cận trong cùng một cấp nhưng chỉ được kết nối về điện với nhau qua các hệ thống ở cấp cao hơn. Điện áp và lượng công suất duy trì trong mỗi hệ thống riêng lẻ tăng dần từ cấp này đến cấp cao hơn và một phụ tải tiêu thụ có thể được cung cấp từ bất cứ cấp nào của hệ thống tùy theo qui mô tính chất của phụ tải. Các mũi tên trên Hình 1.1 chỉ chiều công suất và vì tất cả các nhà máy đều được gắn vào ở hệ thống truyền tải nên mọi hệ thống ở cấp thấp hơn đều phụ thuộc vào cấp cao hơn và cuối cùng là phụ thuộc vào cấp truyền tải để cung cấp điện năng cho chúng.
Theo đó, chiều cung cấp công suất giữa cấp truyền tải và cấp phân phối là đi từ cấp trên xuống cấp dưới. Mục đích của việc liên kết nhiều hệ thống điện với nhau bằng các đường dây nối là để tập trung khả năng sẵn có của các hệ thống nhằm hỗ trợ cho nhau và hệ quả là công suất trên đường dây nối có tính hai chiều. Có khuynh hướng là tập trung dòng điện năng đi vào bất kỳ hệ thống nào chỉ ở một điểm nhất như đã thấy ở cấp truyền tải và phân phối nghĩa là ở một trạm chung chuyển hay trạm phân phối, nhưng để cho việc cung cấp tin cậy hơn thường những trạm đó có thể được cung cấp từ hai nguồn đi đến. Sự phân cấp theo hàng dọc và hàng ngang của một hệ thống điện làm cho việc vận hành và điều chỉnh trong hệ thống là có được sự hiệu quả.3 Các yêu cầu của hệ thống điện.
- Hệ thống điện phải duy trì chế độ làm việc bình thường và đáp ứng các yêu cầu chất lượng, tin cậy kinh tế. Như đã biết hệ thống điện bao gồm các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, các phần tử trong hệ thống phải làm việc đáp ứng sự tinh cậy về mặt chất lượng và đảm bảo kinh tế. - Cùng với sự ra đời của các thiết bị công nghệ mới, những yêu cầu về vận hành hệ thống điện ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn. Cũng như đối với tất cả thiết bị, vấn đề vận SVTH1: NGUYỄN ĐẮC NHẬT 16 SVTH2: NGUYỄN TRUNG KIỆT Downloaded by BACH VAN (bachvan12@gmail.com) lOMoARcPSD|38895030 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐIỆN GVHD : T.S NGUYỄN ĐOÀN QUYẾT hành hệ thống điện trước hết cần phải thực hiện theo đúng quy trình.
Các quy trình sử dụng thiết bị do các nhà sản xuất cung cấp và hướng dẫn. - Để đảm bảo được những yêu cầu thì hệ thống điện phải luôn được giám sát và vận hành một cách hợp lý nhất. - Yêu cầu về độ tin cậy và sự liên tục cung cấp điện được đảm bảo trước hết bởi sự dự phòng công suất, sự phân phối hợp lý giữa các nhà máy điện, để có thể sử dụng kịp thời một cách nhanh nhất khi có yêu cầu. Các biện pháp bảo dưỡng, sửa chữa tiên tiến cũng cần được áp dụng triệt để.
Việc lựa chọn sơ đồ hợp lý các thao tác chuyển đổi sơ đồ là những biện pháp hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy của hệ thống.