Sách hướng dẫn học tập Nhà máy điện và trạm biến áp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ

SÁCH HƯỚNG DẪN HỌC TẬP

NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

Chủ biên: ThS. Hà Văn Du


Nhà máy điện và trạm biến áp
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 1: KHÁI NIỆM VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁPError! Bookmark
not defined.
1.1. Sơ lƣợc về sự phát triển của ngành điện lực Việt nam và ngành năng lƣợng
thế giới. .............................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.Quá trình sản xuất điện năng trong các nhà máy điện......... Error! Bookmark not
defined.
1.2.1 Nhà máy nhiệt điện. ............................................ Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Nhà máy thủy điện. ............................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Nhà máy điện nguyên tử. ................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Nhà máy điện địa nhiệt. ..................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.5. Nhà máy điện mặt trời. ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.6. Nhà máy điện dùng sức gió. .............................. Error! Bookmark not defined.
1.3. Khái niệm về trạm biến áp. ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.4. Hệ thống năng lƣợng. ............................................... Error! Bookmark not defined.
1.5. Đồ thị phụ tải của các hộ tiêu thụ điện. ................... Error! Bookmark not defined.
1.5.1. Đồ thị phụ tải ngày. ............................................ Error! Bookmark not defined.
1.5.2 Đồ thị phụ tải năm. ............................................. Error! Bookmark not defined.
1.5.3. Công dụng của đồ thị phụ tải. ........................... Error! Bookmark not defined.
1.5.4. Xác định đồ thị phụ tải của các nhà máy điện khi thiết kế. Error! Bookmark

not defined.
1.6. Chế độ làm việc của điểm trung tính trong hệ thống điện. . Error! Bookmark not
defined.
1.6.1 Mạng điện ba pha trung tính cách điện. ........... Error! Bookmark not defined.
1.6.2. Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang hay trung
tính nối đất qua điện kháng hòa hợp.......................... Error! Bookmark not defined.
1.6.3 Mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp. Error! Bookmark not defined.
1.7. Câu hỏi và Bài tập ..................................................... Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 2: MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC ............................. Error! Bookmark not defined.
2.1. Các đặc trƣng cơ bản của máy biến áp điện lực. ... Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Các loại máy biến áp điện lực. .......................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Làm mát máy biến áp. ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.3. Điện áp định mức của máy biến áp. ................. Error! Bookmark not defined.
2.1.4. Nhiệt độ phát nóng cho phép của máy biến áp.............. Error! Bookmark not
defined.
2.1.5. Công suất định mức của máy biến áp. ............. Error! Bookmark not defined.
1


Nhà máy điện và trạm biến áp
2.1.6. Sơ đồ và tổ nối dây của các cuộn dây máy biến áp. ...... Error! Bookmark not
defined.
2.1.7. Các đại lƣợng đặt trƣng của máy biến áp........ Error! Bookmark not defined.
2.2. Quá tải của máy biến áp.

.......................................... Error! Bookmark not defined.

2.2.1. Quá tải bình thƣờng của máy biến áp. ............. Error! Bookmark not defined.
2.2.1.1. Trƣờng hợp đồ thị phụ tải hai bậc. ........... Error! Bookmark not defined.
2.2.1.2.Trƣờng hợp đồ thị phụ tải nhiều bậc và chỉ có một lần máy

biến áp bị quá tải. ................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.1.3. Trƣờng hợp đồ thị phụ tải nhiều bậc và máy biến áp bị quá tải hai lần
trong ngày với thời gian tƣơng ứng là t1 và t2. ...... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Quá tải sự cố của máy biến áp. ......................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Máy biến áp tự ngẫu điện lực................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Nguyên lý làm việc của Máy biến áp tự ngẫu. . Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Cơng suất tính tốn của máy biến áp tự ngẫu. Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Phân bố dòng điện trong các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu. ...... Error!
Bookmark not defined.
2.3.3.1. Máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ hạ áp. .. Error! Bookmark not
defined.
2.3.3.2. Máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ tăng áp. Error! Bookmark not
defined.
2.3.4. So sánh tổn thất công suất tác dụng giữa máy biến áp tự ngẫu và máy biến
áp ba dây quấn. ............................................................ Error! Bookmark not defined.
2.3.4.1. Các máy biến áp làm việc theo chế độ hạ áp. ......... Error! Bookmark not
defined.
2.3.4.2. Các máy biến áp làm việc theo chế độ tăng áp. ...... Error! Bookmark not
defined.
2.3.5. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng của máy biến áp tự ngẫu. ...... Error!
Bookmark not defined.
2.4. Chọn máy biến áp trong hệ thống điện. .................. Error! Bookmark not defined.
2.4.1. Chọn máy biến áp trong các trạm hạ áp. ......... Error! Bookmark not defined.
2.4.1.1. Trạm biến áp có hai cấp điện áp. ............... Error! Bookmark not defined.
2.4.1.2. Trạm biến áp có ba cấp điện áp. ................... Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Chọn máy biến áp trong các trạm biến áp liên lạc nối hai mạng cao áp có
điện áp khác nhau. ....................................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.2.1. Đối với chế độ làm việc thứ nhất và thứ hai. .......... Error! Bookmark not
defined.
2.4.2.2. Đối với chế độ làm việc thứ ba. .................. Error! Bookmark not defined.

2


Nhà máy điện và trạm biến áp
2.4.3 Chọn máy biến áp trong các nhà máy điện phát toàn bộ điện năng lên điện
áp cao. ............................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.4.3.1. Nhà máy điện chỉ có một cấp điện áp cao. Error! Bookmark not defined.
2.4.3.2. Nhà máy có cả phụ tải ở điện áp trung và cao........ Error! Bookmark not
defined.
2.4.4. Chọn máy biến áp trong các nhà máy điện cung cấp một phần điện năng ở
điện áp máy phát. ......................................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.4.1 Trƣờng hợp công suất đặt của nhà máy lớn hơn phụ tải ở điện áp máy
phát. ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.4.2. Trƣờng hợp công suất của nhà máy nhỏ hơn phụ tải tổng cực đại ở
................................ Error! Bookmark not defined.
điện áp máy phát và trung áp.
2.5. Câu hỏi và bài tập ......................................................... Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 3: KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP VÀ PHẦN DẪN ĐIỆN ......... Error! Bookmark not
defined.
3.1.Máy cắt điện. .............................................................. Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Công dụng và các đại lƣợng đặc trƣng của máy cắt. .... Error! Bookmark not
defined.
3.1.2. Môi trƣờng dập hồ quang và phân loại máy cắt. .......... Error! Bookmark not
defined.
3.1.3. Máy cắt điện trung áp. ....................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.3.1. Máy cắt điện chân khơng............................ Error! Bookmark not defined.
3.1.3.2. Máy cắt khí SF6........................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.3.3. Máy cắt dầu. ................................................ Error! Bookmark not defined.
3.1.3.4. Máy cắt khơng khí....................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.4. Máy cắt điện cao áp. ........................................... Error! Bookmark not defined.

3.1.5. Thiết bị đóng cắt dịng điện lớn. ......................... Error! Bookmark not defined.
3.1.5.1. Máy cắt mạch máy phát kiểu HE................ Error! Bookmark not defined.
3.1.5.2. Máy cắt mạch máy phát kiểu HG. .............. Error! Bookmark not defined.
3.1.5.3. Máy cắt mạch máy phát kiểu DR................ Error! Bookmark not defined.
3.1.6. Bộ truyền động của máy cắt. ............................. Error! Bookmark not defined.
3.1.7. Các điều kiện chọn máy cắt điện. ....................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Dao cách ly.................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Dao cách ly trung áp. .......................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Dao cách ly cao áp. .............................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.2.1. Dao cách ly kiểu quay hai trụ. ..................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2.2. Dao cách ly kiểu quay ba trụ. ...................... Error! Bookmark not defined.
3


Nhà máy điện và trạm biến áp
3.2.2.3 Dao cách ly kiểu quay một trụ, tiếp điểm đóng mở. . Error! Bookmark not
defined.
3.2.2.4. Dao cách ly hai trụ đứng, cắt ở giữa. .......... Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Bộ truyền động của dao cách ly. ........................ Error! Bookmark not defined.
3.2.4. Các điều kiện chọn dao cách ly. ......................... Error! Bookmark not defined.
3.3.Máy biến điện áp. ....................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Tham số của máy biến điện áp. ......................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2. cấu tạo và phân loại máy biến điện áp. ............ Error! Bookmark not defined.
3.3.2.1. Máy biến điện áp kiểu cảm ứng. ................ Error! Bookmark not defined.
3.3.2.2. Máy biến điện áp kiểu điện dung. .............. Error! Bookmark not defined.
3.3.2.3. Máy biến điện áp kiểu mới. ........................ Error! Bookmark not defined.
3.3.4. Các điều kiện chọn máy biến điện áp. .............. Error! Bookmark not defined.
3.4.Máy biến dòng điện. ................................................... Error! Bookmark not defined.
3.4.1. Các tham số của máy biến dòng điện. .............. Error! Bookmark not defined.
3.4.2. Cấu tạo và phân loại máy biến dòng điện. ....... Error! Bookmark not defined.

3.4.3. Chọn máy biến dòng điện. ................................. Error! Bookmark not defined.
3.5.Kháng điện. ................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.5.1. Các tham số của kháng điện.............................. Error! Bookmark not defined.
3.5.1.1. Điện kháng của kháng điện đơn. ............... Error! Bookmark not defined.
3.5.1.2. Điện kháng của kháng điện kép. ................ Error! Bookmark not defined.
3.5.2. Cấu tạo và phân loại kháng điện. ..................... Error! Bookmark not defined.
3.5.2.1. Kháng điện khô. .......................................... Error! Bookmark not defined.
3.5.2.2. Kháng điện dầu. .......................................... Error! Bookmark not defined.
3.5.3. Các điều kiện chọn kháng điện. ........................ Error! Bookmark not defined.
3.6.Chọn thanh dẫn cứng................................................. Error! Bookmark not defined.
3.6.1. Tiết diện của thanh dẫn. .................................... Error! Bookmark not defined.
3.6.2. Kiểm tra ổn định nhiệt của thanh dẫn. ............ Error! Bookmark not defined.
3.6.3. Kiểm tra ổn định động của thanh dẫn. ............ Error! Bookmark not defined.
3.6.3.1. Kiểm tra ổn định động của thanh dẫn bằng phƣơng pháp đơn giản
hóa. ............................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.6.3.2. Kiểm tra ổn định động của thanh dẫn khi có xét đến dao động. .. Error!
Bookmark not defined.
3.7.Chọn dây dẫn mềm. ................................................... Error! Bookmark not defined.
3.8.Chọn sứ đỡ và sứ xuyên. ............................................ Error! Bookmark not defined.
3.9.Chọn cáp điện lực. ...................................................... Error! Bookmark not defined.
4


Nhà máy điện và trạm biến áp
3.10.Thanh dẫn mạch máy phát điện và máy biến áp. . Error! Bookmark not defined.
3.11. Câu hỏi và bài tập ................................................... Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 4: SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP .. Error!
Bookmark not defined.
4.1.Khái niệm chung. ....................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2. Sơ đồ cấu trúc. ........................................................... Error! Bookmark not defined.

4.2.1.Sơ đồ cấu trúc của NMĐ. ................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.2.Sơ đồ cấu trúc của TBA. ..................................... Error! Bookmark not defined.
4.3.Các sơ đồ thanh góp cơ bản. ..................................... Error! Bookmark not defined.
4.3.1. Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua một máy cắt. ... Error! Bookmark not
defined.
4.3.1.1. Sơ đồ hệ thống một thanh góp. .................. Error! Bookmark not defined.
4.3.1.2. Sơ đồhệ thống hai thanh góp. ..................... Error! Bookmark not defined.
4.3.1.3. Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vịng. . Error! Bookmark not
defined.
4.3.2. Sơ đồ nối mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt. ....... Error! Bookmark not
defined.
4.3.2.1. Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch. .... Error! Bookmark
not defined.
4.3.2.2. Sơ đồ hai thanh góp có ba máy cắt trên hai mạch (Sơ đồ một rƣỡi).
.................................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.3.2.3. Sơ đồ nối mạch vịng kín (sơ đồ đa giác). .. Error! Bookmark not defined.
4.3.3. Sơ đồ cầu. ............................................................ Error! Bookmark not defined.
4.4.Sơ đồ nối điện chính. .................................................. Error! Bookmark not defined.
4.4.1 Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi. Error! Bookmark not
defined.
4.4.1.1. Sơ đồ nối điện ở điện áp máy phát. ............. Error! Bookmark not defined.
4.4.1.2. Sơ đồ nối điện ở điện áp cao. ....................... Error! Bookmark not defined.
4.4.1.3. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện. .......... Error! Bookmark not
defined.
4.4.2. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện nguyên tử........ Error! Bookmark not
defined.
4.4.3. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy thủy điện (TĐ). ....... Error! Bookmark not
defined.
4.4.4. Sơ đồ nối điện của trạm biến áp. ...................... Error! Bookmark not defined.
4.4.4.1. Sơ đồ phía cao áp của trạm biến áp. ......... Error! Bookmark not defined.

4.4.4.2. Sơ đồ phía hạ áp của trạm biến áp. ........... Error! Bookmark not defined.
5


Nhà máy điện và trạm biến áp
4.4.4.3. Sơ đồ nối điện chính của một số trạm biến áp........ Error! Bookmark not
defined.
4.5. Câu hỏi và bài tập ......................................................... Error! Bookmark not defined.
5.1.Khái niệm về điện tự dùng trong nhà máy điện và trạm biến áp. ............... Error!
Bookmark not defined.
5.2.Chọn số lƣợng và công suất máy biến áp tự dùng. . Error! Bookmark not defined.
5.3. Sơ đồ nối điện tự dùng của nhà máy điện và trạm biến áp. Error! Bookmark not
defined.
5.3.1. Sơ đồ tự dùng của nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi. ....... Error! Bookmark not
defined.
5.3.2. Sơ đồ tự dùng của nhà máy điện nguyên tử (NT). ........ Error! Bookmark not
defined.
5.3.3. Sơ đồ tự dùng của nhà máy thủy điện (TĐ). ... Error! Bookmark not defined.
5.4. Câu hỏi và bài tập ..................................................... Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 6: THIẾT BỊ PHÂN PHỐI ĐIỆN ........................ Error! Bookmark not defined.
6.1.Khái niệm chung. ....................................................... Error! Bookmark not defined.
6.2.Thiết bị phân phối điện trong nhà. ........................... Error! Bookmark not defined.
6.2.1. Thiết bị phân phối điện trung áp thông dụng. Error! Bookmark not defined.
6.2.2. Thiết bị phân phối điện trung áp dùng cách điện khí SF6.. Error! Bookmark
not defined.
6.2.3. Nối các máy biến áp trung áp. .......................... Error! Bookmark not defined.
6.2.3.1. Nối máy biến áp cách ly hồn tồn. ........... Error! Bookmark not defined.
6.2.3.2. Nối thanh góp cách điện SF6. ..................... Error! Bookmark not defined.
6.2.4. Cách đặt kháng điện. ......................................... Error! Bookmark not defined.
6.3.Thiết bị phân phối điện ngoài trời. ........................... Error! Bookmark not defined.

6.3.1. Sơ đồ đặt thấp. .................................................... Error! Bookmark not defined.
6.3.2. Các sơ đồ dạng đặt biệt...................................... Error! Bookmark not defined.
6.3.3. Sơ đồ đƣờng chéo. .............................................. Error! Bookmark not defined.
6.3.4. Sơ đồ 1

máy cắt. ............................................. Error! Bookmark not defined.

6.3.5. Thiết bị phân phối kiểu hỗn hợp....................... Error! Bookmark not defined.
6.4.Thiết bị GIS. ............................................................... Error! Bookmark not defined.
6.4.1. Thiết bị GIS dùng cho điện áp 52 đến 72,5kV. Error! Bookmark not defined.
.6.4.2. Thiết bị GIS dùng cho điện áp 72,5 đến 800kV. ........... Error! Bookmark not
defined.
6.4.2.1 Các linh kiện. ................................................ Error! Bookmark not defined.
6.4.2.2. Bố trí máy cắt. ............................................. Error! Bookmark not defined.
6


Nhà máy điện và trạm biến áp
6.4.1.3. Bố trí trạm GIS. .......................................... Error! Bookmark not defined.
6.5. Câu hỏi và bài tập ............................................................................................... 296
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 297

LỜI NÓI ĐẦU
Sách hƣớng dẫn học tập:”Nhà máy điện và trạm biến áp” Trình bày những
vấn đề cơ bản về phần điện trong Nhà máy điện và trạm biến áp.
Nội dung của cuốn sách gồm có 06 chƣơng nhƣ sau:

7

Nhà máy điện và trạm biến áp

Chƣơng 1: Khái niệm về Nhà máy điện và trạm biến áp.
Chƣơng 2: Máy biến áp điện lực.
Chƣơng 3: Khí cụ điện cao áo và phần dẫn điện.
Chƣơng 4: Sơ đồ nối điện của Nhà máy điện và trạm biến áp.
Chƣơng 5: Tự dùng trong Nhà máy điện và trạm biến áp.
Chƣơng 6: Thiết bị phân phối điện.
Nếu nắm vững đƣợc nội dung trình bày trong cuốn sách này, sinh viên dễ
dàng đọc đƣợc các tài liệu nâng cao về Nhà máy điện và trạm biến áp trong và
ngoài nƣớc. Việc mở rộng, đào sâu kiến thức là rất cần thiết nếu sinh viên muốn
phát huy đƣợc khả năng làm việc độc lập và hiệu quả tốt sau khi tốt nghiệp.
Sách hƣớng dẫn học tập: ”Nhà máy điện và trạm biến áp” đƣợc biên soạn
dựa trên kinh nghiện giảng dạy, nghiên cứu trong nhiều năm và những tài liệu mới
nhất có đƣợc nhằm phục vụ hƣớng dẫn học tập cho sinh viên ngành điện công
nghiệp của Khoa Kỹ thuật – Công nghệ, Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một.
Quyển sách này mong muốn cung cấp cho ngƣời đọc các kiến thức cần thiết
về Nhà máy điện và trạm biến áp để có đƣợc kết quả tốt trong học tập và nghiên
cứu.
Trong quá trình biên soạn cuốn sách này, mặc dù đã có nhiều cố gắng nhƣng
chắc chắn không tránh khỏi hết khiếm khuyết. Tác giả rất chân thành cảm ơn mọi ý
kiến đóng góp cho nội dung cuốn sách đƣợc hoàn chỉnh hơn.

Tác giả

Chƣơng 1
KHÁI NIỆM VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
1.1.Sơ lƣợc về sự phát triển của ngành điện lực Việt nam và ngành năng
lƣợng thế giới.
Điện lực là một trong những ngành kinh tế then chốt của nền kinh tế. Do

xác định đƣợc vị trí và tầm quan trọng của ngành công nghiệp điện lực trong nền
8


Nhà máy điện và trạm biến áp

kinh tế quốc dân, từ nhiều năm nay, mặc dù có những khó khăn về nhiều mặt,
Đảng và nhà nƣớc ta đã dành sự quan tâm lớn cho việc đầu tƣ, phát triển nguồn
điện năng từ trung ƣơng đến địa phƣơng. Đặc biệt, hơn một thập kỷ qua, ngành
điện lực đƣợc coi là hƣớng ƣu tiên phát triển hàng đầu. Bởi lẽ nó là động lực của
sự vận hành toàn bộ nền kinh tế và đáp ứng về nhu cầu dân sinh ngày càng cao của
mọi tầng lớp nhân dân. Trong sự nghiệp “Công nghiệp hóa, hiện đại hóa” đất nƣớc,
vai trị của ngành điện lực lại đƣợc nhân lên gấp bội.
Điều đáng mừng là sau những thập niên thiếu điện triền miên thì những năm
gần đây, bằng sự nỗ lực của chính mình, về cơ bản chúng ta khơng những có thể
cung cấp đủ điện để đáp ứng nhu cầu trong nƣớc, mà cịn có điện xuất khẩu sang
các nƣớc láng giềng. Nhiều cơng trình thế kỷ thuộc ngành điện đã và sẽ thực hiện.
Để thấy đƣợc những bƣớc tiến quan trọng của ngành điện lực, xin đƣợc điểm qua
các giai đoạn của ngành trong những thập kỷ qua và tƣơng lai của nó trong những
thập niên tới của thế kỷ 21.
Ngành điện lực Việt Nam đƣợc thành lập từ 15/08/1954 với cơ sở ban đầu
là các cơng trình điện nhỏ do Pháp để lại. Có các nhà máy điện nhỏ nhƣ Yên Phụ,
Cửa Cấm, Thƣợng Lý, Cọc Năm… Truyền tải điện bằng các đƣờng dây không quá
35kV; đáp ứng nhu cầu hạn chế cho các khu vực xung quanh, chủ yếu là các cơng
sở, các xí nghiệp nhỏ và sinh hoạt. Tổng công suất nguồn chỉ khoảng 100MW với
sản lƣợng điện hàng năm 180 triệu kWh.
Đầu năm 1954, nhất là sau khi đất nƣớc thống nhất, với tiềm năng lớn về
các nguồn năng lƣợng tự nhiên: Nhiều sơng dài và địa hình dốc, có thể xây dựng
nhiều nhà máy thủy điện lớn; các mỏ than, dầu, khí với trữ lƣợng lớn thuận tiện
cho việc phát triển các nhà máy nhiệt điện. Ngành điện lực Việt Nam đã tiến

những bƣớc vững chắc cùng với sự đi lên của nền kinh tế đất nƣớc. Có thể chia q
trình phát triển đã qua của ngành điện lực Việt Nam qua các giai đoạn sau:
1. Giai đoạn 1954-1975: Đất nƣớc bị chia cắt thành hai miền Nam, Bắc. Ở miền
Bắc, cục điện lực đƣợc thành lập, là tiền thân của Tổng Công Ty Điện Lực Việt
Nam ngày nay (EVN). Nhiệm vụ ban đầu là huy động nhanh chóng các nguồn điện
để phát triển kinh tế. Các nhà máy điện cũ đƣợc đại tu, cải tiến, đồng thời xây dựng
thêm nhiều nhà máy điện với công suất nhỏ và trung bình nhƣ: Việt Trì, Thái
Nguyên, Hà Bắc, ng bí, Thác Bà, Ninh Bình…Song song với việc xây dựng các
nhà máy điện mới, các lƣới điện cũng không ngừng mở rộng, nhiều đƣờng dây
110kV xuất hiện với chiều dài hàng trăm kilơmét. Tính đến cuối năm 1975, cơng
suất của các nhà máy điện miền Bắc đã đạt trên 450MW, tổng sản lƣợng hàng năm
đạt khoảng 1.264 triệu kWh (1975).
2. Giai đoạn 1975-1995: Năm 1975 đất nƣớc hoàn toàn thống nhất. Cả nƣớc tập
trung tái thiết đất nƣớc và phát triển kinh tế. Chính phủ đã đầu tƣ rất lớn vào việc
xây dựng, phát triển hệ thống điện cả nƣớc, nhiều Nhà máy điện công suất lớn,
9


Nhà máy điện và trạm biến áp

hiện đại đƣợc xây dựng và đƣa vào hoạt động nhƣ: Phả Lại, Hòa Bình, Trị An, Phú
Mỹ, Thác Mơ…, cùng mạng lƣới điện 110; 220kV phát triển rộng khắp đất nƣớc.
Ngày 29/05/1994, đƣờng dây 500kV Bắc - Nam đƣợc hoàn thành, hợp nhất hệ
thống điện ba miền, vận hành dƣới sự điều khiển thống nhất của Trung Tâm điều
độ Hệ thống điện Quốc gia. Đƣờng dây 500kV có ý nghĩa quan trọng trong việc
cân bằng năng lƣợng cả nƣớc, tận dụng các nguồn năng lƣợng dồi dào, rẻ tiền của
cả ba miền.
3. Giai đoạn 1995 đến 1999: Ngày 27/01/1995, Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam
chính thức đƣợc thành lập, thống nhất quản lý và huy động các nguồn năng lƣợng
của hệ thống điện quốc gia, phát triển ngành điện lực, phục vụ cho sự nghiệp cơng

nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Nếu nhƣ năm 1995 sản lƣợng điện nƣớc ta chỉ
đạt 14 tỷ kWh thì đến năm 2000 sản lƣợng điện đã đạt tới 24 tỷ kWh, trung bình
sản lƣợng điện hàng năm tăng 13 đến 14%; lƣới điện quốc gia đã vƣơn tới cả 61
tỉnh thành. Năm 2001, nhiều tổ máy mới của các nhà máy đang xây dựng đƣợc đƣa
vào hoạt động nhƣ hai tổ máy còn lại của nhà máy thủy điện Iyaly, hai tổ máy của
nhà máy điện Phả Lại 2.
Cùng với việc xây dựng thêm các nhà máy điện, lƣới điện truyền tải 500kV;
220kV, 110kV và lƣới phân phối 22kV, 35kV cũng không ngừng đƣợc mở rộng.
Ngoài đƣờng dây 500kV dài 1.487 km cùng với các trạm biến áp Hồ Bình, Phú
Lâm, Trạm bù Hà Tĩnh, Trạm bù trung chuyển Đà Nẵng, cịn có 25 trạm biến áp
220kV với các đƣờng dây 220kV có tổng chiều dâì 2.000km; 132 trạm 110-66kV
cùng với các đƣờng dây 110-66kV có tổng chiều dài 5.200 km.
Điều đặc biệu đáng chú ý của hệ thống điện nƣớc ta trong giai đoạn này là
nguồn thủy điện khá lớn. Trong giai đoạn này tổng công suất đặt của các máy phát
là 6.000MW và tổng sản lƣợng là 28 tỷ kWh thì thủy điện chiếm 62%, nhiệt điện
than chiếm 17%, nhiệt điện dầu 15%, nhiệt điện khí 5% và diezel 1%. Trong khi
với đa số các nƣớc trên thế giới, nguồn năng lƣợng phát ra của các nhà máy nhiệt
điện chiếm khoảng 80%, các nhà máy thủy điện chiếm 18 đến 20%.
Dƣới đây là một vài con số thống kê về sự phát triển của hệ thống điện lực
Việt Nam trong giai đoạn từ 1954 đến 1999 (Bảng 1.1).

Bảng 1.1
Năm

Công suất tổng các NMĐ (MW)

Tổng sản lƣợng (106 kWh)

1954

(Miền Bắc)

100

180

1975

(Miền Bắc)

451

1264

(Miền Nam)

849

1495

10


Nhà máy điện và trạm biến áp

1984

1500

3870

1994

4000

9590

1997

4982

19150

1998

5335

21294

1999

6000

>23000

Mặc dù có sự đầu tƣ mạnh cho ngành điện, nhƣng trong giai đoạn này Việt
Nam vẫn là nƣớc có mức tiêu thụ điện thấp trên thế giới, thấp nhất khu vực Đông
Nam Á. Mức tiêu thụ điện bình quân đầu ngƣời ở nƣớc ta trong giai đoạn trƣớc
năm 2000 là 250 kWh/ngƣời/năm, trong khi đó tại Mỹ, Nhật Bản, Thái Lan và
Philippin, mức tiêu thụ này lần lƣợt là 6500; 7000; 700; 500 kWh/ngƣời/năm. Mức

tiêu thụ điện nhiều và tăng nhanh ở các thành phố lớn và các khu công nghiệp. Ở
Hà Nội là 320 kWh/ngƣời/năm, Ở thành phố Hồ Chí Minh là 300 kWh/ngƣời/năm,
trong khi ở miền trung chỉ là 162 kWh/ngƣời/năm.
4. Giai đoạn từ 2000 đến 2010.
Theo các số liệu của Viện năng lƣợng, nhu cầu về điện ở nƣớc ta trong
những giai đoạn vừa qua tăng ở mức 11 đến 15% trong giai đoạn 2000-2010 sẽ
tăng bình quân 11 đến 13% (bảng 1.2)
Bảng 1.2
Năm
Tổng sản lƣợng (109 kWh)

2000

2005

2010

27,5 - 30

47,7 – 53,6

78,4 – 87,3

Để đáp ứng nhu cầu điện sắp tới, ngành điện lực Việt Nam đã xây dựng các
kế hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam trong tƣơng lai. Khi đó, chỉ trong 5
năm (2001 - 2005) Nhà nƣớc đã đầu tƣ để xây dựng và mở rộng các cơng trình về
điện nhƣ nhà máy điện Phú Mỹ, Ơ Mơn, Quảng Ninh, ng Bí, Hải Phịng, Sê San
3 và 4…Nổi bật hơn cả là cơng trình nhà máy thủy điện Sơn La, một cơng trình
mang vóc dáng của thế kỷ. Từ đầu năm 2001, hàng loạt công việc chuẩn bị đã
đƣợc triển khai mở đƣờng, chuẩn bị vốn, giải phóng mặt bằng… Cũng theo kế

hoạch này, sau 8 năm xây dựng tổ máy số 1 của cơng trình đồ sộ này sẽ đƣợc đƣa
vào hoạt động, công suất nhà máy khi hoàn thành là (2400 MW).
Theo các số liệu của viện vật lý và kỹ thuật hạt nhân đến năm 2010, tổng
công suất của hệ thống điện nƣớc ta đạt đến 14.000 MW, trong đó gần 8.000 MW
là thủy điện, nhiệt điện khoảng 6.000 MW và sản lƣợng hàng năm đạt khoàng 68
đến75 tỷ kWh.
Với tỷ trọng thủy điện lớn nhƣ vậy, giá thành điện năng sẽ rẻ và cịn có
nhiều lợi ích khác. Song cũng có thể gây nhiều khó khăn trong vận hành hệ thống
11


Nhà máy điện và trạm biến áp

do công suất của thủy điện biến thiên mạnh giữa mùa nƣớc và mùa khơ, giữa năm
nhiều nƣớc và năm ít nƣớc. Vào mùa khô, thủy điện chỉ phát đƣợc khoảng 30 đến
40% sản lƣợng, do đó cần có nguồn dự phịng lớn từ các nguồn nhiệt điện và các
nguồn năng lƣợng khác. Song việc phát triển nhiệt điện than cũng bị hạn chế bởi
chính khả năng của ngành than và vấn đề mơi trƣờng. Muốn tiếp tục phát triển
nhiệt điện than cần tính đến việc nhập nhiên liệu. Tuabin khí hỗn hợp có thể là
phƣơng án hấp dẫn vì ta có trữ lƣợng khí khoảng 100 đến 150 tỷ mét khối. Mặt
khác có thể tính đến khả năng trao đổi năng lƣợng với các nƣớc trong khu vực khi
có sự tận dụng khai thác về thủy điện của sông Mê Kông. Song vào những năm
tiếp theo nhu cầu về năng lƣợng còn cao hơn nhiều, cần nghỉ đến các nguồn năng
lƣợng khác nhƣ điện nguyên tử chẳng hạn.
Những năm vừa qua ngành điện Việt Nam đã có những bƣớc phát triển
nhanh và đạt đƣợc những thành tích khá ngoạn mục. Với mức tăng trƣởng nhanh
nhƣ vậy, ngành điện đã liên tục đóng góp quan trọng cho phát triển kinh tế và nâng
cao đời sống nhân dân. Tuy nhiên, đã xuất hiện những nhƣợc điểm, bất cập về tiến
độ xây dựng các cơng trình nguồn và lƣới khá chậm so với quy hoạch; thiếu vốn
đầu tƣ cho xây dựng nguồn và lƣới điện; tài nguyên thủy điện, than, khí đốt sẽ sớm

cạn kiệt. Tiếp tục phát triển các nhà máy nhiệt điện than sẽ gặp khó khăn về nhập
nhiên liệu, ơ nhiễm mơi trƣờng.
5. Giai đoạn từ 2011 đến 2020.
Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2010 - 2020 có xét đến năm
2030 đã đƣợc Viện Năng lƣợng lập và đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt ngày
21/7/2011. Một số mục tiêu quan trọng là: Sản lƣợng điện sản xuất và nhập khẩu
năm 2020 khoảng 330 - 362 tỷ kWh; năm 2030 khoảng 695 - 834 tỷ kWh. Ƣu tiên
phát triển nguồn năng lƣợng tái tạo cho sản xuất điện, tăng tỷ lệ điện năng sản xuất
từ nguồn năng lƣợng này từ mức 2% năm 2010, lên 4,5% tổng điện năng sản xuất
vào năm 2020 và 6,0% vào năm 2030. Theo đó, tổng cơng suất nguồn điện gió từ
mức khơng đáng kể hiện nay dự kiến đạt 1.000MW vào năm 2020, khoảng
6.200MW vào năm 2030; Điện sinh khối, đồng phát điện tại các nhà máy đƣờng
đến năm 2020 có tổng cơng suất khoảng 500MW, nâng lên 2.000MW vào năm
2030. Cùng với việc ban hành các khung pháp lý nhƣ: Luật điện (2004); Luật bảo
vệ môi trƣờng (2005) Chiến lƣợc phát triển năng lƣợng quốc gia của Việt Nam đến
năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050 (2007); Luật sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và
hiệu quả (2010), Chính phủ đã và đang tiếp tục đƣa ra các giải pháp hỗ trợ cho phát
triển mạnh nguồn điện từ năng lƣợng tái tạo nhƣ: Quyết định về một số cơ chế
chính sách tài chính đối với dự án đầu tƣ theo cơ chế phát triển sạch (2007); Qui
định về biểu giá chi phí tránh đƣợc cho các nhà máy điện nhỏ sử dụng năng lƣợng
tái tạo (Bộ công thƣơng - 2008); Quyết định về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án
điện gió tại Việt Nam (2010)…Thực hiện đƣợc những mục tiêu trên là những thách
thức lớn lao. Chúng ta không chỉ trông chờ Nhà nƣớc và Chính phủ, mà rất cần sự
nhận thức và vào cuộc của các cơ quan quản lý các cấp, các doanh nghiệp, sự trợ
12


Nhà máy điện và trạm biến áp

giúp từ các tổ chức nƣớc ngoài và hơn hết là ý thức và sự đồng thuận của mọi

ngƣời dân. Tin rằng ngành điện sẽ phát triển theo hƣớng hiệu quả, giảm nhẹ tác
động xấu tới môi trƣờng để tạo ra của cải bền vững.
Mục tiêu tổng quát là sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lƣợng
trong nƣớc, kết hợp với nhập khẩu năng lƣợng sơ cấp cho sản xuất điện; cung cấp
đầy đủ điện năng với chất lƣợng ngày càng cao, giá cả hợp lý cho phát triển kinh tế
xã hội; đảm bảo an ninh năng lƣợng quốc gia. Mục tiêu cụ thể nhƣ sau:
1.Về điện năng sản xuất:
Bảng 1.3
TT

Năm

Sản lƣợng

Đơn vị tính

1

2010

100,017

tỷ kWh

2

2015

194 - 201

tỷ kWh

3

2020

330 - 362

tỷ kWh

4

2030

695 - 834

tỷ kWh

2.Về Năng lƣợng tái tạo (NLTT): Ƣu tiên phát triển, tăng tỷ lệ điện năng sản xuất
từ NLTT:
Bảng 1.4
TT

Năm

Tỷ lệ tăng

1

2010

3,5%

2

2020

4,5%

3

2030

6,0%

3.Công suất nguồn điện định hƣớng đến năm 2020:
Bảng 1.5
Nguồn điện

TT

Tổng công suất các nhà máy điện
1

Thủy điện

13

Công suất

Tỷ lệ

75.000MW

100,0%

17.325MW

23,1%


Nhà máy điện và trạm biến áp

2

Thủy điện tích năng

1.800MW

2,4%

3

Nhiệt điện than

36.000MW

48,0%

4

Nhiệt điện khí (trong đó sử dụng
LNG chiếm 2,6%)

12.375MW

16,5%

5

Năng lƣợng tái tạo

4.200MW

5,6%

6

Điện hạt nhân

975MW

1,3%

7

Nhập khẩu điện

2.325MW

3,1%

4.Cơ cấu nguồn điện đến năm 2020:
Bảng 1.6
Nguồn điện

TT

Theo kịch bản cơ sở năm 2020

Sản lƣợng

Tỷ lệ

330,00 tỷ kWh

100,0%

1

Thủy điện

64,68 tỷ kWh

19,6%

3

Nhiệt điện than

154,44 tỷ kWh

46,8%

4

Nhiệt điện khí (trong đó sử dụng
LNG chiếm 4,0%)

79,20 tỷ kWh

24,0%

5

Năng lƣợng tái tạo

14,85 tỷ kWh

4,5%

6

Điện hạt nhân

6,93 tỷ kWh

2,1%

7

Nhập khẩu điện

6,93 tỷ kWh

3,0%

5.Công suất nguồn định hƣớng nguồn điện đến năm 2030:
Bảng 1.7
Nguồn điện

TT

Tổng công suất các nhà máy điện

Cơng suất

Tỷ lệ

146.800MW

100,0%

1

Thủy điện

17.322,4MW

11,8%

2

Thủy điện tích năng

5.725,2MW

3,9%

3

Nhiệt điện than

75.748,8MW

51,6%

14


Nhà máy điện và trạm biến áp

4

Nhiệt điện khí (trong đó sử dụng
LNG chiếm 4,1%)

17.322,4MW

11,8%

5

Năng lƣợng tái tạo

13.799,2MW

9,4%

6

Điện hạt nhân

9.688,8MW

6,6%

7

Nhập khẩu điện

7.193,2MW

4,9%

6.Cơ cấu nguồn điện đến năm 2030:
Bảng 1.8
Nguồn điện

TT

Theo kịch bản cơ sở năm 2030

Sản lƣợng

Tỷ lệ

695,00 tỷ kWh

100,0%

1

Thủy điện

64,635 tỷ kWh

9,3%

2

Nhiệt điện than

391,98 tỷ kWh

56,4%

3

Nhiệt điện khí (trong đó sử dụng

LNG chiếm 3,9%)

100,08 tỷ kWh

14,4%

4

Năng lƣợng tái tạo

41,700 tỷ kWh

6,0%

5

Điện hạt nhân

70,195 tỷ kWh

10,1%

6

Nhập khẩu điện

26,410 tỷ kWh

3,8%

1.2.Quá trình sản xuất điện năng trong các nhà máy điện.
Nhà máy điện (NMĐ) là các cơ sở công nghiệp đặt biệt, làm nhiệm vụ sản
xuất điện và nhiệt năng từ các dạng năng lƣợng tự nhiên khác nhau, nhƣ hóa năng
của nhiên liệu, thủy năng của nƣớc, năng lƣợng nguyên tử, quang năng của mặt
trời và động năng của gió…Năng lƣợng phát ra từ các nhà máy điện đƣợc truyền
tải bởi một loạt các thiết bị năng lƣợng khác nhƣ các máy biến áp tăng và hạ áp,
các đƣờng dây trên không và cáp, đến các hộ tiêu thụ nhƣ xí nghiệp, các thành phố,
các vùng nơng thơn…
Tùy thuộc vào nguồn năng lƣợng tự nhiên đƣợc sử dụng, ngƣời ta chia các
NMĐ thành nhà máy nhiệt điện (NĐ), thủy điện (TĐ), điên nguyên tử (NT), phong
điện (PĐ), điện mặt trời (MT), điện địa nhiệt (ĐN). Hiện nay năng lƣợng điện và
nhiệt chủ yếu đƣợc sản xuất bởi nhà máy NĐ, TĐ và NT.
Trong nhà máy NĐ, thƣờng sử dụng ba loại nhiên liệu: rắn, lỏng và khí.
Theo các động cơ sơ cấp dùng để quay máy phát điện, các nhà máy nhiệt điện lại
15


Nhà máy điện và trạm biến áp

đƣợc chia thành nhà máy NĐ tuabin hơi, máy hơi nƣớc, động cơ đốt trong và
tuabin khí. Các nhà máy NĐ tuabin hơi cịn đƣợc chia thành nhà máy nhiệt điện
ngƣng hơi (NĐN) và nhà máy nhiệt điện rút hơi (NĐR).
Nhƣ đã nêu trên, trong hệ thống điện nƣớc ta hiên nay mới chỉ có các nhà
máy NĐ và TĐ. Nguồn cơng suất chủ yếu là các nhà máy thủy điện, rồi đến NĐ
chạy than, NĐ chạy dầu, NĐ chạy khí. Tình hình này cịn kéo dài trong nhiều thập
kỷ tới vì nguồn thủy năng của nƣớc ta tƣơng đối lớn.
Để thấy rõ đặc điểm của quá trình sản suất điện năng trong các NMĐ, ta sẽ
nghiên cứu chi tiết từng loại NMĐ hiện đang hoạt động trong nƣớc và trên thế giới.
1.2.1 Nhà máy nhiệt điện.
Trong nhà máy NĐ, hóa năng của các nhiên liệu (than, dầu, khí đốt) đƣợc

biến đổi thành năng lƣợng điện và nhiệt. Qúa trình biến đổi năng lƣợng trong nhà
máy NĐ đƣợc mơ tả trên hình 1.1.

Hình 1.1. Sơ đồ biến đổi năng lƣợng ở các nhà máy nhiệt điện
Nhƣ đã trình bày ở trên, có hai loại nhà máy NĐ là nhiệt điện ngƣng hơi
(NĐN) và nhiệt điện rút hơi (NĐR). Mỗi loại có những trang bị riêng và chế độ
làm việc đặc biệt của nó.
Nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi là các loại nhà máy NĐ chỉ làm nhiệm vụ
sản xuất điện năng, nghĩa là toàn bộ năng lƣợng nhiệt của hơi nƣớc do lò hơi sản
xuất ra đều đƣợc dùng để sản xuất điện. NĐN là loại hình chính và phồ biến nhất
của NĐ.
Trên hình 1.2 giới thiệu sơ đồ nguyên lý của nhà máy NĐN. Than từ kho
chứa nhiên liệu 1 qua hệ thống vận chuyển nhiên liệu 2 để vào bộ sấy 3 rồi sau đó
đƣợc đƣa vào lị hơi 4. Trong lị 4 xảy ra phản ứng cháy, chuyển hóa năng lƣợng
của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi nƣớc. Khói từ lị hơi qua bộ hâm nƣớc 14,
bộ sấy khơng khí 15, quạt khói 16 đầy khói vào ống khói để thải ra ngồi. Nƣớc từ
bình khử khí 11 đƣợc bơm nƣớc cấp 12 bơm qua bình gia nhiệt cao áp 13, bộ hâm
nƣớc 14 rồi vào lò hơi 4. Trong lò hơi, nƣớc nhận nhiệt năng từ nhiên liệu cháy,
biến thành hơi nƣớc có áp suất và nhiệt độ cao (p=130 240 ata; t=540 6650C).
Hơi nƣớc ra lò đƣợc đƣa vào tuabin hơi 5. Tại tuabin, nhiệt năng của hơi nƣớc
đƣợc biến thành cơ năng, làm quay tuabin, áp suất và nhiệt độ của hơi nƣớc giảm
xuống. Tuabin làm quay máy phát (MF) để biến cơ năng thành điện năng và đƣa
vào lƣới điện qua máy biến áp tăng áp 6.

16


Nhà máy điện và trạm biến áp

Hơi nƣớc sau khi ra khỏi tuabin có áp suất và nhiệt độ thấp (p=0,03 0,04

ata; t=30 400C), mang theo một lƣợng nhiệt đáng kể khơng đƣợc sử dụng vào
bình ngƣng 7. Trong bình ngƣng hơi nƣớc đƣợc ngƣng lại thành nƣớc bởi nƣớc
tuần hoàn do bơm tuần hoàn 8 đẩy vào. Nƣớc từ bình ngƣng 7 đƣợc bơm nƣớc
ngƣng 9 đƣa trở lại bình khử khí 11 qua bình gia nhiệt hạ áp 10. Một phần hơi
nƣớc đƣợc trích từ tuabin để cung cấp cho bình gia nhiệt cao áp 13, bình khử khí
11 và bình gia nhiệt hạ áp 10.

Hình 1.2. Sơ đồ quá trình sản xuất điện năng của NĐN phả lại 1
1-Kho chứa nhiên liệu; 2-Cơ cấu vận chuyển nhiên liệu;
3-Bộ sấy nhiên liệu; 4-Nồi hơi; 5-Tuabin; 6-Máy phát điện;
7-Bình ngƣng tụ; 8-Bơm tuần hồn; 9-Bơm nƣớc ngƣng tụ;
10-Bình gia nhiệt hạ áp;11-Bình khử khí(O2, CO2);
12-Bơm cấp nƣớc; 13-Bình gia nhiệt cao áp;14-Bộ hâm nƣớc;
15-Bộ sấy khơng khí; 16-Quạt khói; 17-Quạt gió.

So với các NMĐ khác, NĐN có các đặc điểm sau:
1. Công suất lớn, thƣờng đƣợc xây dựng gần nguồn nhiên liệu.
2. Phụ tải cung cấp cho khu vực gần nhà máy (phụ tải địa phƣơng) rất nhỏ,
phần điện năng phát ra đƣợc đƣa lên điện áp cao để cung cấp cho các
phụ tải ở xa.
17


Nhà máy điện và trạm biến áp

3. Có thể làm việc với phụ tải bất kỳ trong giới hạn Pmin đến Pmax.
4. Thời gian khởi động lâu, khoảng 3 đến 10 giờ (kể cả phần lò hơi và
tuabin), thời gian nhỏ đối với nhà máy chạy dầu và khí, lớn đối với nhà
máy chạy than.
5. Có hiệu suất thấp, thơng thƣờng khoảng 30 đến 35%; đối với nhà máy

NĐN hiện đại có thơng số hơi siêu cao có thể đạt đƣợc 40 đến 42%.
6. Lƣợng điện tự dùng lớn, 3 đến 15%. Các nhà máy chạy than có lƣợng
điện tự dùng lớn hơn.
7. Vốn xây dựng nhỏ và thời gian xây dựng nhanh so với TĐ. Gây ô nhiễm
môi trƣờng do khói, bụi ảnh hƣởng đến một vùng khá rộng.
Để tăng hiệu suất NĐN, ngƣời ta không ngừng tăng tham số của hơi nƣớc
và tăng công suất các tổ máy. Trên thế giới, ngƣời ta dùng phổ biến các tổ máy
300, 500 và 800MW, một số nƣớc còn dùng đến các tổ máy 1000, 1200 MW. Ở
mƣớc ta hiện nay, các nhà máy NĐ cơng suất lớn và trung bình đều là NĐN, tổ
máy có cơng suất lớn nhất là 300 MW (Phả Lại 2).

Hình 1.3. Nhà máy nhiệt điện phả lại
1.2.2 Nhà máy thủy điện.
Nhà máy thủy điện là các nhà máy điện làm nhiệm vụ biến đổi năng lƣợng
của dòng nƣớc thành điện năng.
Động cơ sơ cấp dùng để quay các máy phát điện trong nhà máy TĐ là các
tuabin thủy lực, trong đó động năng của nƣớc đƣợc biến đổi thành cơ năng để làm
quay máy phát điện. Công suất cơ trên trục tuabin phụ thuộc vào lƣu lƣợng nƣớc
chảy qua tuabin và chiều cao cột nƣớc hiệu dụng. Công suất trên trục tuabin Ptuabin
đƣợc xác định bởi biểu thức:
Ptuabin=1000 Q.H. d tuanbin (kG.m/s)
18

(1-1)


Nhà máy điện và trạm biến áp

Ở đây: Q - lƣu lƣợng nƣớc chảy qua tuabin (m /s);
3

H - chiều cao cột nƣớc hiệu dụng (m);
 d - hiệu suất của các thiết bị dẫn nƣớc có tính đến tổn thất cột nƣớc

trong chúng, nhƣ các ống dẫn nƣớc vào và ra khỏi tuabin;
 tuanbin - hiệu suất của tuabin thủy lực (với các tuabin thủy lực cơng

suất trung bình và lớn,  tuanbin=0,88

0,94);

Biết rằng 1 kW = 102 kG.m/s, nên từ (1.1) ta xác định đƣợc công suất điện
ở đầu cực máy phát:




(1-2)

Với:  - hiệu suất của máy phát thủy điện (0,95 0,98);
 = d tuanbin  F - hiệu suất của nhà máy thủy điện (0,85 0,86);

Từ (1.2) ta thấy rằng,
công suất của nhà máy thủy
điện đƣợc xác định bởi lƣu
lƣợng Q và chiều cao cột nƣớc
hiệu dụng H. Để xây dựng các
nhà máy TĐ công suất lớn, cần
tạo ra Q và H lớn bằng cách xây
dựng các đập cao ngăn nƣớc và

các hồ chứa có thể tích lớn
(Hình 1.4).
Mức nƣớc của hồ chứa
trƣớc đập 3 gọi là mực nƣớc
thƣợng lƣu 1 và mức nƣớc phía
dƣới đập gọi là mực nƣớc hạ lƣu
2. Độ chênh giữa mực nƣớc
thƣợng lƣu và hạ lƣu H gọi là
chiều cao cột nƣớc hiệu dụng.
Cột nƣớc H càng lớn, cơng suất Hình 1.4. Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu đập:
a) Sơ đồ tạo cột nƣớc;
của nhà máy sẽ càng lớn. Các
b) Sơ đồ tạo mặt bằng nút thủy lực

nhà máy TĐ loại này thƣờng
đƣợc xây dựng trên các con sơng có độ dốc không lớn. Để tạo cột nƣớc cần thiết H,
ngƣời ta xây dựng đập ngăn giữa dịng sơng 3; gian máy đƣợc đặt sau đập. Nƣớc
đƣợc dẫn vào tuabin 8 qua ống dẫn đầu vào 7 và xả xuống hạ lƣu qua ống dẫn 8.
Để phục vụ cho giao thông vận tải, ngƣời ta xây dựng âu thuyền 9 cùng các kênh
dẫn 10 và 11.
19


Nhà máy điện và trạm biến áp

Sơ đồ nhà máy thủy điện
kiểu đập có mặt cắt gian máy cho
trên hình 1.5. Gian máy 12 đặt
phía sau đập 3, về phía hạ lƣu 2.
Nƣớc từ thƣợng lƣu 1 theo ống

dẫn 4 vào buồng xoắn 8 để đƣợc
phân phối vào cánh tuabin 9.
Nƣớc từ tuabin chảy xuống hạ lƣu
qua ống thoát 10. Buồng xoắn 8
có tiết diện ngang thay đổi để
đảm bảo nƣớc phân phối đều vào
cánh tuabin. Trục đứng của tuabin
đƣợc nối với trục đứng của máy Hình 1.5. Mặt cắt ngang của nhà máy thủy
điện kiểu đập
phát 11.
Máy phát đƣợc đặt trong gian máy. Do các tuabin thủy lực có tốc độ quay
chậm, nên các máy phát điện thủy điện đƣợc chế tạo theo kiểu cực lồi, nhiều cực.
Năng lƣợng điện do máy phát phát ra đƣợc đƣa vào thiết bị phân phối điện
trong nhà máy ở điện áp máy phát 14 và từ đây đƣợc tiếp tục đƣa lên máy biến áp
15, đặt ngoài trời. Từ máy biến áp, theo dây dẫn trên không 16, năng lƣợng điện
đƣợc đƣa tới thiết bị phân phối điện ngoài trời điện cao áp (ở đây không thể hiện)
để đƣợc tải đến các phụ tải ở xa hoặc hệ thống. Dây cáp 17 là dây chống sét, bảo
vệ chống sét đánh trực tiếp vào dây dẫn 16. Cửa 6 dùng để điều chỉnh nƣớc vào
tuabin; cửa 5 để lắp ráp và sửa chữa máy phát điện.
Sơ đồ của nhà máy TĐ kiểu ống dẫn cho trên hình 1.6. Nhà máy TĐ kiểu
ống dẫn thƣờng đƣợc xây dựng trên các sông miền núi, cột nƣớc hiệu dụng cần
thiết đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng độ dốc lớn tự nhiên của các con sông. Tại đầu
ống dẫn 2 là cửa nhận nƣớc 1, qua cửa 1 nƣớc chảy vào ống dẫn 2 để vào bể áp lực
3. Đập chắn ngang sông 7 để tập trung nƣớc vào ống dẫn 2. ống dẫn 2 có độ
nghiêng lớn so với độ nghiêng của đoạn sông A - B. Do vậy cột nƣớc H hiệu dụng
của nhà máy nhỏ hơn một chút so với cột nƣớc có độ nghiêng tự nhiên Htn của
đoạn sông. Từ bể áp lực 3 nƣớc theo ống dẫn áp lực 4 đi vào tuabin trong gian máy
5. Từ tuabin thủy lực nƣớc theo kênh xả 6 để trở lại dịng sơng tại B.
Nhƣ vậy, nhờ đập 7 có thể tạo ra bể chứa nƣớc nhân tạo để có một độ dự trữ
nƣớc nhất định và nâng cao thêm mức nƣớc, tăng áp lực trong tuabin.

20


Nhà máy điện và trạm biến áp

Hình 1.6. Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu ống dẫn
a) Mặt bằng nút thủy lực
b) Sơ đồ tạo cột nƣớc

Hình 1.7. Nhà máy thủy điện Yaly
Nhà máy thủy điện có các đặc tính cơ bản nhƣ sau :
1. Thời gian xây dựng của TĐ khá lâu so với NĐ, vì khi xây dựng TĐ cần
tiến hành hàng loạt các cơng tác thăm dị trên một vùng rộng lớn, xây dựng hồ
chứa, đê đập. Mặt khác, do TĐ đƣợc xây dựng tại các nguồn nƣớc, xa các hộ tiêu
thụ điện nên đồng thời với việc xây dựng nhà máy còn phải xây dựng các đƣờng
dây tải điện cao áp để đƣa điện từ nhà máy vào lƣới. Cũng chính vì những lý do
trên mà vốn đầu tƣ cho TĐ thƣờng khá lớn, không những cần chi phí cho việc xây
dựng các cơng trình của bản thân nhà máy, mà còn cả cho việc di dân đến các vùng
khác khi xây dựng hồ chứa, cầu đƣờng để vận chuyển vật tƣ, thiết bị; việc nâng
cao mức nƣớc trong hồ sẽ ảnh hƣởng đến nông, lâm nghiệp. Song phải nhấn mạnh
21


Nhà máy điện và trạm biến áp

rằng, việc xây dựng TĐ trong nhiều trƣờng hợp không chỉ đơn thuần để phát ra
điện, mà còn mang lại nhiều nguồn lợi khác, nhƣ tạo điều kiện thuận lợi cho giao
thông vận tải, nuôi bắt thủy sản, chống lũ lụt, cải tạo môi trƣờng cảnh quan của
khu vực, có thể có những nguồn lợi về du lịch, thay đổi đời sống về vật chất, tinh

thần của khu vực.
2. Vì xây dựng gần nguồn thủy năng, phụ tải địa phƣơng của nhà máy TĐ
thƣờng khá nhỏ, phần lớn điện năng đƣợc đƣa lên điện áp cao, cung cấp cho các
phụ tải ở xa giống nhƣ NĐN xây dựng gần nguồn nhiên liệu.
3. Khi có hồ chứa nƣớc, TĐ có thể làm việc với đồ thị phụ tải bất kỳ. Tùy
theo mùa mƣa hay mùa khơ, năm nhiều nƣớc hay ít nƣớc, ta có thể cho TĐ gánh
phụ tải nền hay phụ tải đỉnh của hệ thống.
4. Nhà máy TĐ có thời gian khởi động nhỏ, khoảng 3 đến 5 phút, thậm chí
cịn nhỏ hơn. Đây là ƣu điểm đặc biệt của TĐ. Ngƣời ta thƣờng tận dụng ƣu điểm
này để phân cho vài nhà máy TĐ hoặc một vài tổ máy của chúng làm nhiệm vụ
điều tần (gánh phụ tải đỉnh). Khác với các máy phát NĐ, các máy phát TĐ có thể
khơng làm việc vào những giờ phụ tải thấp.
5. Lƣợng điện tự dùng của TĐ nhỏ hơn nhiều so với NĐ vì khơng có khâu
xử lý nhiên liệu và lị hơi, chỉ chiếm khoảng 0,5 đến 2% công suất của nhà máy. Sơ
đồ điện tự dùng cũng đơn giản, rất ít động cơ có cơng suất lớn và điện áp cao, chủ
yếu là các thiết bị làm việc ở điện áp 0,4 kV.
6. Hiệu suất cao, khoảng 85 đến 86%.
7. Có khả năng tự động hóa cao, nhiều nhà máy có thể làm việc hoàn toàn
tự động. Do vậy số ngƣời phục vụ trong các nhà máy TĐ rất ít.
8. Giá thành điện năng thấp, chỉ bằng 10 đến 20% so với NĐ.
Ở nƣớc ta, cả ba miền đều có tiềm năng khá lớn về TĐ. Nhiều nhà máy đã
đƣợc xây dựng nhƣ TĐ Hịa Bình (1920 MW); Trị An (400 MW); Yaly (720MW);
Sơn La (2400 MW); Sê San 3 và 4 (260 và 340 MW)...
1.2.3. Nhà máy điện nguyên tử.
Trên hình 1.8 trình bày sơ đồ nguyên lý của nhà máy điện NT. Về thực chất
nhà máy điện NT cũng là một nhà máy NĐ, ở đây lị hơi nƣớc thơng thƣờng đƣợc
thay thế bởi lò phản ứng hạt nhân 1 và bình trao đổi nhiệt 4 (cịn gọi là máy phát
hơi nƣớc). Còn nguồn phát năng lƣợng điện vẫn sử dụng các thiết bị thông thƣờng
là tuabin hơi 8 và máy phát điện tuabin hơi 14.
Nguồn phát ra năng lƣợng nhiệt ở nhà máy điện NT là lò phản ứng hạt nhân

1, trong đó xảy ra phản ứng hạt nhân và phát nhiệt để truyền cho nƣớc đƣợc đƣa
qua lò phản ứng. Chu trình nƣớc qua lị phản ứng 1 đƣợc thực hiện liên tục bởi
bơm 6. Quá trình phản ứng hạt nhân đƣợc điều chỉnh bởi các thanh đặc biệt và do
22


Nhà máy điện và trạm biến áp

đó điều chỉnh đƣợc công suất phát của nhà máy. Việc điều chỉnh công suất ở nhà
máy điện NT tƣơng đối nhạy so với các
nhà máy điện khác.
Hình 1.8 thể hiện sơ đồ của nhà
máy điện NT gồm hai chu trình tuần
hồn kín của nƣớc. Mạch vòng đầu tiên
bao gồm lò phản ứng 1, ống dẫn 5 của
bình trao đổi nhiệt 4 và bơm nƣớc 6.
Nƣớc sinh hơi trong lị 1 có áp suất và
nhiệt độ cao, đƣợc đƣa vào bình trao đổi
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý của nhà
máy điện nguyên tử
nhiệt 4 để truyền nhiệt cho nƣớc của
mạch vòng thứ hai. Từ bình trao đổi nhiệt 4 nƣớc đƣợc đƣa trở lại lò 1 nhờ bơm 6
qua bộ lọc 7. Nƣớc bổ sung để bù tổn thất nƣớc trong quá trình làm việc đƣợc chứa
trong bình 13 và đƣa vào lị qua bơm 12. Mạch vịng thứ hai bao gồm bình trao đổi
nhiệt 4, tuabin hơi 8, bình ngƣng 9 và bơm 11. Hơi nƣớc đƣợc tạo ra trong bình 4
đƣợc đƣa vào tuabin 8 qua ống dẫn 11 và sau đó xuống bình ngƣng 9. Tại bình
ngƣng 9 hơi nƣớc đƣợc làm lạnh bởi nƣớc tuần hoàn do bơm 10 cung cấp. Bơm
nƣớc cấp 11 cung cấp nƣớc cho bình 4 lấy từ bình ngƣng 9.
Trong q trình làm việc, lị phản ứng hạt nhân phát ra các tia phóng xạ rất
nguy hiểm đối với cơ thể ngƣời, đặc biệt là các tia gamma và nơtron. Để giảm bớt

độ nguy hiểm, lò phản ứng hạt nhân đƣợc bao bọc bởi các lớp bảo vệ đặc biệt, bao
gồm lớp nƣớc dày 1 m, lớp bê tông dày 3 m và lớp gang dày 0,25 m.
Nƣớc của mạch vòng đầu tiên chạy qua lị phản ứng hạt nhân nên có nhiễm
các chất phóng xạ, nƣớc của mạch vịng hai hầu nhƣ khơng bị nhiễm phóng xạ. Đó
cũng là lý do vì sao ngƣời ta phải thực hiện ít nhất là hai mạch vịng tuần hồn của
hơi và nƣớc. Số mạch vịng càng nhiều, càng đảm bảo an toàn cho ngƣời vận hành
và thiết bị, song giá thành lắp đặt cao và hiệu suất sẽ giảm đi. Tất cả các thiết bị
của mạch vòng đầu tiên đều đƣợc đặt trong các gian đặc biệt có lớp bảo vệ riêng.

Hình 1.9. Mơ hình lị nƣớc nhẹ - điện nguyên tử
23


Nhà máy điện và trạm biến áp

So với các nhà máy NĐ, lƣợng nhiên liệu tiêu thụ trong các nhà máy điện
NT nhỏ hơn rất nhiều, ví dụ nhƣ để sản xuất ra 120 MWh điện năng chỉ cần
khoảng 30 gam uran, trong khi đó, cũng với sản lƣợng điện nhƣ vậy, ở các nhà
máy NĐ cần đến 100 - 110 tấn than tiêu chuẩn. Do vậy, ngƣời ta đã và sẽ xây dựng
nhiều nhà máy điện NT công suất lớn, nhất là trong các khu vực khơng có nguồn
nhiên liệu địa phƣơng hoặc thủy điện, các vùng rừng núi khó vận chuyển nhiên
liệu hoặc các vùng cách xa nguồn nhiên liệu.
Năng lƣợng của 1 kg uran tƣơng đƣơng với năng lƣợng của 2700 tấn than
tiêu chuẩn. Ngƣời ta thống kê đƣợc rằng, năng lƣợng của uran và thori trên toàn
thế giới hiện nay lớn gấp 23 lần năng lƣợng của tất cả các nguồn năng lƣợng khác.
Đó cũng là lý do chính giải thích vì sao ngƣời ta đã xây dựng các nhà máy điện NT
công suất lớn, các tổ máy đã đạt đến 500 ; 750 và 1000 MW.
Mặt khác, cũng cần nhấn mạnh rằng, việc xây dựng và vận hành các nhà
máy điện NT ngồi việc địi hỏi vốn lớn, trình độ kỹ thuật cao, cịn có vấn đề về an
toàn rất quan trọng. Tuy nhà máy điện NT khơng tỏa khói vào mơi trƣờng, nhƣng

để tránh nguy hiểm do khả năng ô nhiễm môi trƣờng bởi các chất phóng xạ, các
nhà máy điện NT đƣợc xây dựng ở những nơi xa dân cƣ. Vấn đề xử lý chất thải
của các nhà máy điện này cũng gặp những khó khăn khơng nhỏ.
Nhà máy điện NT có các đặc điểm chính sau đây :
1. Nhà máy điện NT có thể xây dựng ở những nơi bất kỳ xa dân cƣ. Nghĩa là
cũng giống nhƣ các TĐ, gần nhƣ tồn bộ cơng suất phát ra đƣợc đƣa lên
điện áp cao, cung cấp cho các phụ tải ở xa.
2. Yêu cầu khối lƣợng nhiên liệu rất nhỏ, thích hợp với việc xây dựng nhà máy
ở các vùng rừng núi, các vùng cách xa các nguồn nhiên liệu.
3. Có thể làm việc với đồ thị phụ tải bất kỳ, nhanh nhạy trong việc thay đổi
chế độ làm việc.
4. Không ô nhiễm mơi trƣờng bằng việc tỏa khói, bụi nhƣ ở các nhà máy NĐ.
Song lại dễ gây nguy hiểm cho ngƣòi vận hành và dân cƣ vùng xung quanh'
do ảnh hƣởng của các tia phóng xạ có thể lọt ra ngồi vùng bảo vệ.
5. Xây dựng và vận hành cần có kỹ thuật cao, vốn ban đầu lớn.
Các nƣớc đã xây dựng nhà máy điện NT là CHLB Nga, Đức, Nhật Bản,
Italia, Pháp, Mỹ, Canada, Ấn Độ, Hàn Quốc, CHDCND Triểu Tiên…
1.2.4. Nhà máy điện địa nhiệt.
Sơ đồ đơn giản của nhà máy điện địa nhiệt (ĐĐ) cho trên hình 1.10. Thực
chất, nhà máy ĐĐ cũng là một nhà máy NĐ. Trong nhà máy ĐĐ, hệ thống cấp
nhiên liệu đƣợc thay bằng hệ thống ống dẫn 1 để dẫn các khí nóng từ lịng đất vào
lị 2. Trong lị 2, nhiệt của khí nóng đƣợc truyền cho nƣớc cấp từ bơm cấp nƣớc 7
đƣa lên. Nƣớc trở thành hơi nƣớc vào tuabin hơi 4 qua ống dẫn 3 để làm quay máy
24