Giáo trình cung cấp điện Chương 1 Tổng quan về hệ thống cung cấp điện

Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
1.1 Điện năng và đặc điểm công nghệ của hệ thống điện.
Điện năng hiện nay là một dạng năng lượng phổ biến, đã trở thành nguồn động lực
chính của nền công nghiệp sản suất đại quy mô, cơ khí hóa và tự động hóa. Các ưu điểm
đặc biệt của điện năng:
- Có thể dễ dàng biến đổi thành các dạng năng khác nhau sang điện năng, do đó
tận dụng được các nguồn năng lượng rất lớn của thiên nhiên.
- Năng lượng điện dễ dàng truyền tải đi xa và phân phối đến các hộ tiêu thụ. Việc
chuyển tải điện năng có thể đi xa hàng nghìn cây số nhờ những dây dẫn điện bằng đồng
hoặc nhôm rất nhẹ, tổn thất điện năng ít.
- Điện năng biến đổi được dễ dàng sang các dạng năng lượng khác như nhiệt, cơ,
quang …. Vì vậy điện năng được dùng ở hầu hết các ngành sản suất công nghiệp, nông
nghiệp, lâm ngư nghiệp, giao thông vận tải …. Điện năng dùng trong sinh hoạt, khoa học
công nghệ làm nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của con người.
Các đặc điểm chính của điện năng như sau:
♦ Quá trình sản suất và tiêu thụ điện năng diễn ra hầu như đồng thời, trong hệ
thống điện luôn luôn duy trì một sự cân bằng năng lượng giữa công suất phát và công
suất tiêu thụ ( kể cả tổn thất ). Do vậy điện năng hầu như không thể dự trữ được ( trừ một
vài trường hợp đặc biệt có sự lưu trữ không đáng kể như acquy, tụ điện,… ).
♦ Các quá trình diễn ra trong hệ thống điện rất nhanh, do vậy đòi hỏi hệ thống
điện phải được trang bị các thiết bị tự động hóa để duy trì chất lượng điện và độ tin cậy
cung cấp điện.
♦ Công nghiệp điện lực có liên mật thiết đến tất cả các nghành của nền kinh tế
quốc dân. Do vậy chế độ làm việc, chất lượng và độ tin cậy của hệ thống điện có ảnh
hưởng trực tiếp đối với nền kinh tế. Sự phát triển của hệ thống điện phải luôn đi trước

một bước để đảm bảo cho sự phát triển chắc chắn của các nghành kinh tế khác.
1.2 Hệ thống điện hiện đại
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và
các thiết bị khác ( thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ, tụ bù …. ) được liên kết với
nhau thành một hệ thống làm nhiệm vụ sản suất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện
năng.


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điện
1.2.1 Nhà máy điện và trạm biến áp
1.2.1.1. Nhà máy điện
1. Nhà máy nhiệt điện:
1
2

16

3
15
4
17

14
6

13

5

11

7

10

8
9

12

1. Kho nhiên liệu
2. Hệ thống cấp nhiên liệu
3. Vòi đốt
4. Lò
5. Tuôc bin
6. Máy phát
7. Bình ngưng
8. Bơm tuần hoàn
9. Bơm ngưng tụ
10. Bình gia nhiệt hạ áp
11. Bơm cấp nước
12. Bộ khử khí
13. Bình gia nhiệt cao áp
14. Bộ hâm nước
15. Bộ sấy không khí
16. Quạt gió

17. Quạt khói

Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện
Hiện nay nhà máy nhiệt điện chiếm một tỷ lệ rất quan trọng trong tổng công suất
nguồn, đây là một dạng nguồn điện kinh điển.
Nguyên lý làm việc của nhà máy nhiệt điện được trình bày ở hình 1.3. Nhiệt lượng
thu được từ nhiên liệu than, dầu, khí đốt, … làm bốc hơi nước trong nồi hơi với nhiệt độ


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

khoảng 5000C và áp suất cao, hơi nước được truyền đến tuốc bin với tốc độ cao làm quay
các cánh tuốc bin. Trục của tuốc bin được gắn đồng trục với máy phát, quay với tốc độ
3000 vòng/phút nếu là loại máy có một cặp cực và sinh ra suất điện động có tần số 50Hz.
Nước qua tuốc bin sẽ ngưng tụ ở bình ngưng cùng với nước bổ sung được bơm nước đưa
trở về nồi hơi. Quá trình biến đổi năng lượng là nhiệt năng → cơ năng → điện năng.
Để tận dụng hết năng lượng người ta chế tạo tuốc bin hơi nước có nhiều tầng và
nhiều bánh xe phát động. căn cứ vào đặc tính làm việc của nhà máy nhiệt điện người ta
chia làm hai loại: nhà máy nhiệt điện ngưng hơi và nhà máy nhiệt điện rút hơi.
Đặc điểm của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi:
* Thường được xây dựng gần nguồn nguyên liệu.
* Hầu hết điện năng sản suất được phát lên lưới điện cao áp.
* Tính linh hoạt trong vận hành kém, khởi động và tăng phụ tải chậm.
* Hiệu suất thấp η = 30 - 40%.
* Khối lượng tiêu thụ nhiên liệu lớn, khói thải gây ô nhiễm môi trường.
Đặc điểm của nhà máy nhiệt điện rút hơi:
* Thường được xây dựng gần phụ tải nhiệt.
* Hiệu suất cao hơn nhà máy nhiệt điện ngưng hơi η = 60 - 70%

2. Nhà máy thủy điện (NMTĐ):

1. Đập ngăn
2. Mực nước thượng lưu
3. Mực nước hạ lưu
4. Ống dẫn áp lực
5. Cửa chắn rác
6. Buồng xoáy ốc của tuốc bin
7. Nơi đặt tuốc bin
8. Trục tuốc bin
9. Máy phát điện
10. Van chỉnh dòng chảy
11. Khoang hút nước
12. Cầu trục
14. Máy biến áp
15. Đường dây tải điện

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý nhà máy thủy điện
Nguyên lý của nhà máy thủy điện là dụng năng lượng của dòng nước chảy làm
quay trục tuốc bin thủy lực để làm quay roto máy phát điện. Quá trình biến đổi năng
lượng là thủy năng
cơ năng
điện năng.
Công suất của nhà máy thủy điện phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố là lưu lượng
dòng nước Q (m3/s) và độ chênh lệch mức nước ở trước và sau nhà máy thủy điện H
(m).
P = 9,81Q.

H. η

Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

η: là hiệu suất chung của nhà máy.
η = ηT . ηF (ηT = 0.88÷0,91 - hiệu suất tuốc bin; ηF=0,95÷0,98 – hiệu suất máy
phát )
Đặc điểm của nhà máy thủy điện:
* Xây dựng gần nguồn thuỷ năng nên thường xa phụ tải.
* Vận hành linh hoạt, thời gian khởi động và mang tải chỉ mất từ 3 đến 4 phút,
nhanh hơn so với nhà máy nhiệt điện.
* Giá thành điện thấp.
* Hiệu suất cao ( 80 – 90% ).
* Không gây ô nhiễm môi trường.
* Vốn xây dựng lớn, thời gian xây dựng lâu.
* Đối với loại có hồ chứa còn góp phần điều tiết dòng chảy của sông và chống lũ.
Một dạng NMTĐ đặc biệt khác là thủy điện tích năng, làm việc ở hai chế độ: chế
độ sản xuất điện năng và chế độ tiêu thụ điện năng. Trong giờ cao điểm máy phát điện
làm việc ở chế độ sản xuất điện năng ( nước chảy từ hồ chứa thượng lưu xuống hồ chứa
hạ lưu làm quay tuốc bin và máy phát điện ). Vào giờ thấp điểm NMTĐ làm việc ở chế
độ tiêu thụ điện năng ( máy phát điện tiêu thụ điện năng để bơm nước từ hồ chứa hạ lưu
lên hồ chứa thượng lưu ) còn gọi là chế độ tích năng.

1. Chế độ bơm ở giờ thấp điểm
2. Chế độ phát vào lưới ở giờ
cao điểm

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý vận hành nhà máy điện tích năng
3. Nhà máy tuốc bin khí:

Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý của nhà máy điện tuốc bin khí chu trình hỗn hợp
Nhà máy điện tuốc bin khí là loại nhà máy điện mà áp suất của khí đốt dãn nở trực
tiếp làm quay tuốc bin khí và quay roto máy phát điện. Hiện nay các nhà máy tuốc bin
khí thường sử dụng sơ đồ chu trình hỗn hợp với hiệu suất 55÷60%. Tuốc bin khí chu
trình hỗn hợp là sự kết hợp của tuốc bin hơi và tuốc bin khí. Người ta sử dụng các lò thu
nhiệt ( còn gọi là đuôi hơi ) tận dụng nhiệt năng trong khí thoát ra của tuốc bin khí để sản
xuất hơi nước cung cấp cho tuốc bi hơi.
Đặc điểm của nhà máy tuốc bin khí:
• Chi phí đầu tư và lắp đặt thấp.
• Thời gian đưa vào vận hành nhanh, từ 10 đến 20 phút.
• Ít gây ô nhiễm môi trường.
• Thời gian xây dựng ngắn.
• Vận hành và bảo dưỡng đơn giản, dễ tự động hoá.
4. Nhà máy điện diesel:
Nhà máy điện diesel sử dụng máy năng lượng sơ cấp là các động cơ diesel làm
quay máy phát để phát ra điện năng. Các tổ máy phát hiện nay có công suất khoảng từ vài
trăm KVA đến vài chục KVA và thường dùng làm nguồn dự phòng cho các phụ tải công
nghiệp hoặc những nơi chưa có điện lưới.
Đặc điểm của nhà máy điện diesel:
• Thời gian khởi động ngắn.
• Công suất phát vừa và nhỏ.
• Giá thành điện năng cao.
• Gọn nhỏ, tính linh, tính cơ động cao.
5. Các nhà máy điện năng lượng sạch:

5.1. Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT)
Nhà máy điện nguyên tử là một dạng đặc biệt của nhà máy nhiệt điện, điện năng
được sản xuất từ nhiệt năng do các phản ứng hạt nhân tạo ra. Nhiên liệu hạt nhân có khả
năng tạo nhiệt rất cao, theo tính toán mỗi gam uran khi phân hạch có thể sinh ra nhiệt


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

lượng tương đương 2000 kg dầu khi đốt hoặc 3 tấn than đá. Ở nhà máy điện nguyên tử,
nhiên liệu hạt nhân được sử dụng chủ yếu là là Uranium 235 (U235) hay plutonium 239
được tạo ra từ Uranium 238 (U238), nhiệt năng thu được trong quá trình phân huỷ hạt
nhân dùng để đun nóng nước, nước bốc hơi lên và tiếp tục làm quay tuốc bin như trong
trường hợp nhà máy nhiệt điện.
Phần lớn các NMĐNT hiện nay vận hành với loại lò phản ứng nước áp lực
(Pressurized Water Reactor). Sơ đồ nguyên lý của lò phản ứng loại này được giới thiệu
trên hình 1.7.
1. Tâm lò phản ứng
2. Thanh điều khiển
3. Bình trao đổi nhiệt
4. Bơm nén
5. Vỏ thép
6. Tuốc bin
7. Máy phát điện
8. Bơm
9. Bình ngưng
10. Nước làm mát

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của nhà máy điện nguyên tử dùng loại lò phản ứng nước áp

lực
Đặc điểm của nhà máy điện nguyên tử:
• Có thể xây dựng gần trung tâm phụ tải.
• Giá thành điện năng thấp hơn nhà máy nhiệt điện.
• Vận hành linh hoạt với đồ thị phụ tải tự do.
• Khối lượng nhiên liệu ít, Ví dụ để sản xuất 1 triệu KWh điện năng chỉ tiêu tốn
khoảng 400 gram uranium.
• Vốn đầu tư ban đầu lớn, thời gian xây dựng kéo dài.
• Hiệu suất cao.
5.2. Nhà máy năng lượng mặt trời
Nhà máy năng lượng mặt trời có hai loại như sau:
♦ Nhà máy pin quang điện: Nhà máy loại này sử dụng các pin mặt trời để biến
đổi trực tiếp quang năng thành điện năng không thông qua bước trung gian về nhiệt, hiệu
suất có thể đạt đến 40%. Pin mặt trời có cấu tạo gồm 2 lớp bán dẫn p và n. Lớp tiếp xúc
giữa gọi là lớp


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý nhà máy pin quang điện
a – Sơ đồ nguyên lý; b - Hình dạng tổng thể thiết bị điện mặt trời;
c - Sơ đồ nguyên lý pin mặt trời
tiếp xúc chuyển tiếp p-n. Khi chiếu ánh sáng vào pin mặt trời thì hai loại bán dẫn này hấp
thụ
photon và tạo ra các cặp electron và lỗ trống ( được gọi là hạt dẫn cơ bản ). Các hạt dẫn
cơ bản khuyết tán qua lớp tiếp xúc tạo nên một điện trường, và do đó có một suất điện
động của quang điện. Suất điện động quang điện gia tăng tỷ lệ với cường độ chiếu sáng.
Hiện nay người ta chế tạo được tế bào pin quang điện có kích thước cỡ vài dm (đường

Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

kính) với công suất 1W trong điều kiện bức xạ mặt trời là 1KW/m2. Để có công suất lớn
cần ghép tổ hợp các tế bào pin quang điện này.
♦ Nhà máy nhiệt mặt trời: Nhà máy loại này vận hành theo kiểu chu kỳ năng
lượng nhiệt, năng lượng mặt trời được thu bằng một gương parabol tròn xoay, mọi tia
nắng chiếu vào gương đều tập trung tại tiêu điểm F, để gia tăng mật độ quang thông tập
trung tại tiêu điểm người ta sử dụng hệ thống dãy gương hội tụ (hellostats), nhiệt độ tại
đây có thể đạt đến 1.5000C. Tại tiêu điểm F của hệ thống gương người ta đặt nồi chứa
muối kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao trên 4000C, muối nóng chảy được bơm vào bể
chứa, khi cho dòng nước chảy qua bể chứa muối nóng chảy, nước sẽ nhận nhiệt và sôi,
hơi nước làm quay tuốc bin của máy phát điện.
Nhà máy sử dụng gương parabol thường có công suất từ 5KW đến 25KW còn nhà
máy sử dụng gương hellostats thường có công suất từ 100KW đến 100MW.

Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt mặt trời

5.3. Nhà máy năng lượng gió


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Hình 1.10. Trạm điện năng lượng gió
Nhà máy loại này sử dụng năng lượng gió để phát ra điện và được chú ý xây dựng

tại các vùng ven biển, đồi núi nơi có mật độ năng lượng gió cao ( 320 ÷ 400 W/m2 ) và
tốc độ gió trên 5m/s. Các trạm phát điện gió có công suất lên đến 50MW ( làng máy phát
). Giá thành hiện nay tại Châu Âu để đầu tư cho 1KW khoảng 1000USD, dự kiến đến
năm 2020 giá sẽ giảm xuống mức 650USD/1KW. Tại Trung Quốc tính đến thời điểm
cuối 2005 đã có 60 khu điện gió với tổng công suất 1300MW, mục tiêu đến năm 2020
công suất điện gió của Trung Quốc lên đến 20.000MW.
Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, ngân hàng thế giới đã có
một khảo sát chi tiết về năng lượng gió ở khu vực Đông Nam Á đã đánh giá tiềm năng
điện gió Việt Nam ước đạt 513.360 MW bằng hơn 200 lần công suất của thuỷ điện Sơn
La (2400MW).
Ở Việt Nam cũng đã có một dự án điện gió với công suất 50 MW, đó là nhà máy
điện gió Phương Mai ở Bình Định phục vụ cho Khu Kinh tế Nhơn Hội. Tổng đầu tư giai
đoạn 1 cho 50MW điện là 65 triệu USD, và giá bán điện dự kiến là 45 USD/MWh.
5.4. Nhà máy năng lượng địa nhiệt
Nhà máy năng lượng địa nhiệt làm việc theo nguyên lý sử dụng nhiệt lấy từ lòng
đất để gia nhiệt làm bốc hơi nước ( Trung bình khi khoan sâu vào lòng đất 1km thì nhiệt
độ tăng thêm 300C ). Hơi nước ở áp suất cao sẽ làm quay tuốc bin của máy phát điện và
do vậy năng lượng địa nhiệt biến thành điện năng.
5.5. Nhà máy năng lượng thủy triều


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Hình 1.11. Mô hình turbine phát điện bằng thủy triều.
Nhà máy năng lượng thủy triều sử dụng năng lượng dòng chảy của hải lưu và
thủy triều để làm quay tuốc bin phát điện.
- Nhà máy năng lượng thủy triều dạng đập ngăn được xây dựng tại nơi có độ
chênh lệch lớn về mực nước lên xuống của thủy triều. Khi thủy triều lên nước chảy

hướng qua tuốc bin để vào hồ chứa, khi thủy triều hạ lại hướng nước từ hồ chứa qua tuốc
bin và đổ ra biển.
- Tận dụng thủy năng tạo ra do sóng biển và dòng chảy của hải lưu làm quay tuốc
bin thủy lực, các tuốc bin này được đặt ngay trên mặt nước hoặc dưới mặt biển.
1.2.1.2. Máy biến áp
Máy biến áp là thiết bị chính trong hệ thống điện, dùng để biến đổi điện năng từ
điện áp này U1 sang điện áp khác U2 phục vụ cho việc truyền tải và phân phối năng lượng
điện. Hiện nay máy biến áp điện lực có thể tạo ra điện áp rất lớn lên đến hàng ngàn
kilovolt dùng để chuyển tải điện năng và tạo ra nhiều cấp điện áp thấp để cung cấp điện
trực tiếp cho các hộ tiêu thụ ( 220; 380 V; … ). Trong các hệ thống điện hiện đại, công
suất tổng của các máy biến áp bằng khoảng từ 6 ÷ 8 lần công suất nguồn. Các máy biến
áp có công suất lớn và điện áp cao hiện nay có hiệu suất đạt đến 99,7%.
1.2.2. Lưới hệ thống và lưới truyền tải

♦ Lưới hệ thống:
- Lưới hệ thống bao gồm các đường dây tải điện và trạm biến áp khu vực, nối liền
các nhà máy điện tạo thành hệ thống điện. Lưới hệ thống có cấp điện áp từ 110kV đến
500kV. Lưới có nhiều mạch vòng kín để khi cắt điện bảo trì hoặc khi sự cố vẫn bảo đảm
liên lạc hệ thống. Vận hành kín để bảo liên lạc thường xuyên và chắc chắn giữa các nhà
máy điện và với phụ tải.

♦ Lưới truyền tải:
- Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm biến áp khu vực đến trạm trung
gian, điện áp của lưới truyền tải từ 66kV đến 220 kV.
1.2.3. Lưới phân phối:


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

- Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian ( hoặc
trạm khu vực, hoặc thanh cái nhà máy điện ) cấp điện cho các phụ tải.
- Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10, 15, 22, 35 KV phân phối điện cho các
phụ tải trung áp và các trạm biến áp trung áp/ hạ áp.
- Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 127/220, 220/380V. Hiện
nay hầu hết sử dụng mạng điện 3P-4W ( 3 pha - 4 dây ).
- lưới phân phối hiện có cấu trúc kín nhưng vận hành hở. Khi sự cố 1 phân đoạn,
phần lưới bị sự cố sẽ được cô lập và phần lưới tốt còn lại sẽ được đóng điện để tiếp tục
vận hành.
1.2.4. Phụ tải:
1. Khái niệm cơ bản
Tất cả các máy móc dùng để biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác
như cơ năng, quang năng, nhiệt năng, … để trực tiếp hoặc gián tiếp phục vụ cho các quá
trình công nghệ sản xuất và đời sống sinh hoạt được gọi là thiết bị tiêu thụ điện, tập hợp
tất cả các thiết bị này gọi là hộ tiêu thụ điện hay hộ dùng điện.
Phụ tải điện là đại lượng đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng trong hệ thống
điện theo thời gian. Các thông số xác định phụ tải thường là P(t), Q(t), S(t), I(t). Nói cách
khác, phụ tải điện là đại lượng biểu thị mức độ tiêu thụ điện năng của các hộ dùng điện.
2. Phân loại phụ tải
Trong thực tế rất nhiều chủng loại thiết bị điện với các chế độ làm việc và tầm
quan trọng khác nhau, tùy theo mức độ yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện mà phụ tải
được chia thành nhiều loại dưới các khía cạnh xem xét khác nhau:
a) Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện, phụ tải điện được phân thành 3 loại:
♦ Phụ tải loại 1: Là những phụ tải mà khi có sự cố ngừng cung cấp điện sẽ gây ra
thiệt hại nghiêm trọng về chính trị, kinh tế và sinh mạng con người ( ví dụ: các bệnh viện,
đài phát thanh, truyền hình, các cơ quan trụ sở đầu não, … ). Đối với các hộ loại 1 phải
đảm bảo liên tục cung cấp điện và được cấp điện bằng lưới điện kín hoặc có hai nguồn
cung cấp điện độc lập, ngoài ra còn có nguồn dự phòng. Thời gian mất điện thường được
coi bằng thời gian đóng nguồn dự trữ.

♦ Phụ tải loại 2: Là loại phụ tải mà khi có sự cố ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến
thiệt hại về kinh tế do đình trệ sản xuất, phá hỏng thiết bị, gây hư hại sản phẩm ( ví dụ:
các phân xưởng cơ khí, xí nghiệp công nghiệp thông thường, … ). Đối với hộ loại 2 có
thể dùng lưới điện hở có dự phòng. Thời gian mất điện cho phép bằng thời gian đóng
nguồn dự trữ bằng tay.
♦ Phụ tải loại 3: Gồm tất cả các loại phụ tải không thuộc hai loại trên, có tính
chất không quan trọng, phụ tải được thiết kế với độ tin cậy cung cấp điện không đòi hỏi
cao ( ví dụ: các hộ chiếu sáng sinh hoạt, nhà kho, …). Đối với hộ loại 3 có thể cho phép
mất điện trong thời gian sửa chữa, có thể sử dụng một nguồn cung cấp hoặc đường dây
một lộ.
b) Dưới góc độ sử dụng và kinh doanh điện năng có các loại phụ tải sau:
- Phụ tải công nghiệp: gồm các nhà máy, xí ghiệp sản xuất.


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

- Phụ tải sinh hoạt, dân dụng: gồm đèn thắp sáng và các thiết bị điện sinh hoạt
trong hộ gia đình.
- Phụ tải nông nghiệp: gồm các phụ tải phụ vụ nông nghiệp như lưới điện nông
thôn, các trạm tưới tiêu.
- Phụ tải thương mại và dịch vụ: gồm các cơ sở kinh doanh thương mại, dịch vụ
nhu các cao ốc văn phòng, trung tâm thương mại, bệnh viện, …
- Phụ tải giao thông: đèn đường, xe điện.
c) Theo chế độ làm việc:
- Phụ tải có chế độ làm việc dài hạn: là phụ tải không thay đổi hoặc thay đổi rất
ít. Các thiết bị có thể làm việc lâu dài mà nhiệt độ không vượt quá giá trị cho phép.
- Phụ tải có chế độ làm việc ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt
độ của thiết bị đạt đến giá trị quy định cho phép.

- Phụ tải có chế độ làm việc ngắn hạn lập lại: thiết bị làm việc ngắn hạn xen kẽ
với thời kỳ nghỉ ngắn hạn.
1.3 Hệ thống bảo vệ
Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải kể đến khả năng xuất hiện tình
trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử. Ngắn mạch là loại sự
cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện. Khi ngắn mạch xảy ra dòng điện
tăng cao và điện áp giảm dẫn đến tình trạng:
♦ Tụt thấp điện áp ở một phần của hệ thống điện.
♦ Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ.
♦ Phá hủy các phần tử sự cố bằng tia lửa điện.
♦ Phá hủy ổn định của hệ thống điện.
Một trong những tình trạng làm việc không bình thường là quá tải. Dòng điện quá
tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện vượt quá giới hạn cho phép làm cách điện của
chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá hủy.
Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng cần phải phát hiện và
cắt cô lập nhanh phần tử sự cố ra khỏi hệ thống điện nhằm bảo đảm hoạt động của hệ
thống điện nói chung và các hộ tiêu thụ nói riêng đồng thời giảm mức độ hư hại của phần
bị sự cố. Để thực hiện tốt yêu cầu này cần phải có các thiết bị bảo vệ ( máy cắt, cầu dao
ngắt mạch, cầu chì, thiết bị chống sét được gắn trực tiếp vào mạch ). Các thiết bị điều
khiển và rơle bảo vệ được lắp đặt trên bảng điều khiển tại các trạm điều khiển. Khi xuất
hiện sự cố rơle bảo vệ phát hiện và cho tín hiệu đi cắt các phần tử hư hỏng thông qua máy
cắt điện. Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường, rơle bảo vệ sẽ phát hiện và
tùy thuộc theo yêu cầu có thể tác động để khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc
báo tín hiệu cho nhân viên trực. Tất cả các thiết bị điều khiển, rơle bảo vệ, máy cắt,…
hợp thành hệ thống bảo vệ.
1.4 Trung tâm điều độ hệ thống điện:
Hệ thống điện quốc gia có phạm vi hoạt động trên cả nước, được tạo thành do việc
hợp nhất các hệ thống điện (HTĐ) miền Bắc, miền Trung và miền Nam.

Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia là cơ quan chỉ huy vận hành cao nhất của HTĐ
Quốc gia. Các trung tâm điều độ HTĐ miền Bắc, miền Trung, miền Nam là cơ quan điều
độ của HTĐ miền, chịu sự chỉ huy trực tiếp của trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia.
Mục tiêu chủ yếu của trung tâm điều độ là:
-

Đảm bảo liên tục cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.

-

Đảm bảo vận hành từng phần tử và toàn hệ thống được an toàn.

-

Đảm bảo chất lượng điện năng ( tần số, điện áp ) đạt yêu cầu.

-

Đảm bảo vận hành HTĐ một cách kinh tế nhất.

Trung tâm điều độ HTĐ hiện đại ngày nay được trang bị các máy tính trực tuyến
đảm bảo xử lý tất cả các tín hiệu thông qua hệ thống thu nhận tín hiệu từ xa. Hiện tại hệ
thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA ( Supervisory Control And Data
Acquisition ) đã phát triển rộng khắp, các hệ thống SCADA có khả năng thực hiện các
thao tác đo lường, điều khiển từ xa, truyền dữ liệu và báo cáo lại với trung tâm điều hành
kết quả thực hiện thao tác. Hệ thống SCADA là phương tiện hỗ trợ rất hiệu quả và kinh tế

trong vận hành hệ thống điện góp phần trợ giúp đắc lực cho các điều độ viên.
Tại trung tâm điều độ hệ thống SCADA sẽ thực hiện việc truyền tín hiệu thông tin
thông qua các thiết bị đầu cuối giám sát từ xa RTU ( Remove Terminal Unit ), máy tính
chủ có khả năng chuyển tín hiệu và nhận thông tin từ RTU, các thông tin về chế độ của
hệ thống sẽ được hiển thị trên màn hình. Các máy tính có thể đưa ra các cảnh báo khi có
sự dịch chuyển chế độ hệ thống ra khỏi chế độ bình thường, khi đó điều độ viên tiến hành
các điều chỉnh và ra quyết định với sự trợ giúp của máy tính.
1.5. Hệ thống điện Việt Nam
1.5.1 Thực trạng:
Tổng công suất lắp đặt của các nhà máy điện của nước ta tính đến thời điểm
31/12/2007 là 13.205 MW, công suất khả dụng khoảng 12.635MW, trong đó thủy điện
38%, nhiệt điện 19%, tuốc bin khí 40% và diesel 3% ( hình 1.12 ).

Hình 1.12. Tỷ trọng nguồn điện Việt Nam năm 2007
Hiện nay ngành điện đã cung cấp điện cho 100% số huyện, 81,8% số xã, 73,5% số
hộ nông thôn có điện. Mục tiêu phấn đấu đến năm 2010 có 95% và 2015 có 100% các xã
có điện.


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Trên bảng 1.1 cho số liệu các nhà máy điện Việt Nam đến năm 2007. Nhìn chung
Việt Nam vẫn là một trong những nước có mức sản xuất và tiêu thụ điện năng thấp nhất
trong khu vực. Hệ thống chuyển tải và phân phối xuống cấp, lạc hậu, tổn hao điện năng ở
mức cao ( tổn hao năm 1999 là 15,5% ), dự báo đến năm 2010 giảm còn 10% và 2020
còn 8%. Mức độ không bằng phẳng của đồ thị phụ tải là lớn nên thường xuyên phải sa
thải phụ tải trong các giờ cao điểm.
Về cơ cấu sản xuất điện, trong các năm 1991-1996 sản lượng thủy điện luôn chiếm

tỷ trọng cao trên 70%, hiện nay sản lượng thủy điện có xu hướng giảm dần, năm 2003
còn 46,06%, năm 2007 là 38%. Công suất nguồn tuốc bin khí ngày một tăng từ 20,3%
trong năm 2003 lên 40% trong năm 2007.
Hệ thống điện 500KV bắt đầu vận hành từ giữa năm 1994, với việc đưa vào vận
hành đường dây 500kV Bắc - Nam dài gần 1500 km và các trạm 500kV Hòa Bình, Pleiku
và Phú Lâm, công suất mỗi trạm là 9000 kVA. Hiện nay tổng chiều dài các đường dây
500 kV là 3.196 km, tổng công suất các trạm biến áp 500 kVA đang vận hành là 7.200
MVA.
Từ năm 1996 - 2000 nhu cầu điện năng hàng năm tăng xấp xỉ 13% , từ 2006 đến
nay nhu cầu điện tăng ở mức cao 14-15% và dự báo sẽ còn duy trì ở mức độ này trong
thời gian tới.
Theo tổng sơ đồ quy hoạch điện VI, theo đó năm 2007 sẽ đưa vào hệ thống thêm
2.096 MW, 2008 là 3.721MW, 2009 là 3.393 MW, 2010 là 4.960 MW, năm 2011 là
5.401 MW, 2012 là 6.554 MW, 2013 là 7.309 MW, 2014 là 7.177 MW và 2015 là 7.722
MW.
Bảng 1.1. Các nhà máy điện Việt Nam
Công suất đặt
Số TT
Tên nhà máy
(MW)
I
Thủy điện
5043
1
Thác Bà
108
2
Hòa Bình
1920
3

Vĩnh Sơn
66
4
Đa Nhim
160
5
Trị An
400
6
Thác Mơ
150
7
Thủy điện nhỏ
50
8
Yaly
720
9
Sông Hinh
70
10
Hàm Thuận
300
11
Đa Mi
175
12
Cẩn Đơn
72
13

Đại Ninh (2x150)
300
14
Sê San 3
260
15
Sê San 3A
108
16
Rào Quán
70
17
Quảng Trị
64
18
TĐ Srok Phumieng
50
II
Nhiệt điện
2.468

Công suất khả
dụng (MW)
4.985
120
1920
66
160
440
150

50
760
70
300
175
72
150
260
108
70
64
50
2.458


Giáo trình cung cấp điện

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
III
1

2
3
4
5
6
7
8
9
IV
1
2
3
4
5
V

Th.s Nguyễn Công Chương

Uông Bí (chạy than)
Ninh Bình
Phả Lại
Thủ Đức (dầu)
Trà Nóc
Hiệp Phước
Phả Lại 2
Na Dương
Cao Ngạn
Uông Bí mở rộng
Formosa
Tuốc bin khí

Thủ Đức
Bà Rịa
Trà Nóc
Cần Thơ
Phú Mỹ 1
Phú Mỹ 2-1 & 2-1MR

105
100
440
165
33
375
600
100
100
300
150
5.355
128
389
150
75
1090
888

105
100
440
156

32
375
600
100
100
300
150
5.007
100
340
136
68
1090
888

Phú Mỹ 2-2
Phú Mỹ 3
Phú Mỹ 4
Cà Mau
Diesel
Nomura Hải Phòng
Miền Trung
Miền Nam
KCN Singapor
KCN Amata
Tổng cộng

715
720
450

750
459
50
190
199
8
12
13.205

715
720
450
500
185
50
65
50
8
12
12.635

1.5.2 Kế hoạch cải tạo, phát triển nguồn và lưới theo tổng sơ đồ VI:
Bảng 1.2 trình bày chương trình cải tạo, phát triển nguồn và lưới điện theo tổng sơ
đồ quy hoạch điện VI, được chia làm hai giai đoạn từ 2006 đến 2015 và từ 2016 đến 2025
( kế hoạch đã được chính phủ phê duyệt vào ngày 18/7/2007 ).

Số TT
I
II

III

Bảng 1.2. Chương trình cải tạo, phát triển nguồn và lưới điện
2006-2015
Hạng mục
Đơn vị
2016-1025
2006-2010
2011-2015
MVA
48.744
121.524
Nguồn điện
Trạm biến áp
500 kV
MVA
8.400
13.200
37.200
220 kV
MVA
13.926
30.889
82.126
Đường dây
500 kV
Km
1.339,2
1.705
3.676

220 kV
Km
4.666
3.844
2.446


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

1.6. Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của phương án cung cấp điện:
1.6.1. Chỉ tiêu kỹ thuật:
1) Đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp: Thể hiện ở chất lượng tần số và chất
lượng điện áp.
a) Chất lượng tần số: Chất lượng tần số được đánh giá bằng
♦ Độ lệch tần số so với tần số định mức:
(Hz)

∆f = f − f đm

Hoặc ở dạng tương đối:

(1.1)

f − f đm
.100 (%)
f đm

∆f % =

(1.2)

♦ Độ dao động tần số: Đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của
tần số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 0.2 (Hz) trong một giây.
- Ví dụ:
Theo tiêu chuẩn Nga [Gost-13109-67] độ lệch tần số trung bình trong 10 phút nằm
trong khoảng ± 0.1 (Hz), ngắn hạn cho phép đến ± 0.2 (Hz), còn độ dao động tần số không
được lớn hơn 0.2 (Hz). Theo quy trình qua phạm Việt Nam, độ lệch ∆f trong trạng thái
bình thường là ± 0,2 (Hz) và trong chế độ sự cố là ± 0,5 (Hz).
b) Chất lượng điện áp: bao gồm các chỉ tiêu chính sau

♦ Độ lệch điện áp so với điện áp định mức của lưới điện:
δU = U − U đm

Hoặc cho ở dạng tương đối:

δU =

U − U đm
.100
U đm

(V)

(1.3)

(%)

(1.4)

U là điện áp thực tế trên cực các thiết bị dùng điện, δU phải thỏa mãn các điều
kiện:
δU − ≤ δU ≤ δU +

(1.5)

Trong đó δU − , δU + là giới hạn trên và giới hạn dưới của độ lệch điện áp.
- Ví dụ:
Theo tiêu chuẩn Việt Nam, trong trạng thái vận hành bình thường
− 5% ≤ δU ≤ +5% , trong tình trạng bất thường − 10% ≤ δU ≤ +5% .
Theo tiêu chuẩn Nga: -2.5% đến +5% cho chiếu sáng công nghiệp và công sở, 5% đến -10% cho động cơ và ± 5% cho các phụ tải còn lại.

♦ Độ dao động điện áp: là hiệu số giữa trị số hiệu dụng lớn nhất Umax và nhỏ nhất
Umin của điện áp khi tốc độ biến thiên từ Umax đến Umin không nhỏ hơn 1% trong một
giây.
∆V =

U max − U min
.100
U đm

(%)

(1.6)

Theo tiêu chuẩn Pháp có đường cong quan hệ ∆V và tần suất xuất hiện dao động.
Theo đó nếu có 1 dao động trong một giờ thì ∆V cho phép là 10%.

Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Theo tiêu chuẩn Nga quy định dao động điện áp trên các cực thiết bị chiếu sáng:
∆V = 1 + 6 / n = 1 + ∆t / 10

(1.7)

( n là số giao động trong 1 giờ, ∆t là thời gian trung bình giữa hai dao động, phút ).
Theo tiêu chuẩn này nếu 1 giờ có 1 dao động thì biên độ được phép là 7%. Đối với
các thiết bị có công suất biến đổi đột ngột trong vận hành thì chỉ cho phép ∆V đến 1.5%.
2) Độ tin cậy cung cấp điện cao theo yêu cầu của loại hộ phụ tải, thể hiện ở trị số
nhỏ về thiệt hại kinh tế hàng năm do ngừng cung cấp điện.
Độ tin cậy cung cấp điện tính bằng thời gian mất điện trung bình năm cho 1 hộ
dùng điện và các chỉ tiêu khác đạt giá trị hợp lý chấp nhận được cho cả phía người dùng
và hộ tiêu thụ.
Theo chỉ tiêu độ tin cậy, phụ tải được chia làm hai loại:
+ Phụ tải có tính chất chính trị, xã hội cao được bảo đảm độ tin cậy đặc biệt hoặc
rất cao
+ Các phụ tải khác được phân loại theo thiệt hại kinh tế khi mất điện tính bằng
đ/kWh điện.
3) Bảo đảm an toàn đối với con người và thiết bị. Đây là yêu cầu bắt buộc khi vận
hành bất kỳ lưới điện nào.
Các yêu cầu an toàn bao gồm: Hành lang an toàn, phòng chống cháy nổ, nguy cơ
ăn mòn, an toàn trong thao tác vận hành, an toàn điện áp chuẩn.
4) Tính linh hoạt, đơn giản trong vận hành.
5) Khả năng phát triển của phụ tải trong tương lai.
1.6.2. Chỉ tiêu kinh tế:
1) Vốn đầu tư ban đầu nhỏ.

Tổng vốn đầu tư ban đầu V bao gồm các chi phí sau:
+ Chi phí mua mới thiết bị và chi phí xây dựng trực tiếp: V1
+ Chi phí tồn kho cho các thiết bị và vật tư được sử dụng cho xây dựng mới: V2
+ Chi phí xây dựng gián tiếp V3 bao gồm chi phí cho lao động gián tiếp, chi phí
giám sát, bảo hiểm, thuế, ….
V = V1 + V2 + V3

(1.8)

2) Chi phí vận hành hàng năm thấp.
+ Chi phí tổn thất điện năng C1
C1 = C0. ∆A

(1.9)

Trong đó: C0 là giá thành 1kWh điện năng, ∆A là tổn thất điện năng hàng năm
(kWh)
+ Chi phí khấu hao thiết bị C2:
C2 = Kkh.V
Trong đó: Kkh là hệ số khấu hao, V là tổng vốn đầu tư ban đầu.


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

+ Chi phí vận hành và công bảo quản hệ thống cung cấp điện: bao gồm chi phí trả
lương trực tiếp, thuế trên quản lý, chi phí nghỉ phép, …
C3 = Kbq.V

(1.10)

+ Chi phí về vật tư được yêu cầu cho vận hành và bảo quản C4 như: chi phí mua
vật tư, chi phí sử dụng và tồn trữ.
C4 = Kvt. V

(1.11)

Trong đó: Kvt là hệ số vật tư, V là tổng vốn đầu tư ban đầu.
+ Chi phí mất điện và các chi phí khác như phục vụ, quản lý: C5
Chi phí vận hành hàng năm trong hệ thống cung cấp điện xí nghiệp bao gồm:
C = C1 + C2 + C3 + C4 + C5
(1.12)
3) Phương pháp so sánh các phương án theo chỉ tiêu thời gian thu hồi vốn đầu tư
Phương pháp này có thể viết dưới dạng:
T=

Trong đó:

V A − VB
CB − CA

(1.13)

VA, VB là vốn đầu tư của phương án A và B, đơn vị đồng.
CA, CB là chi phí vận hành hàng năm của phương án A và B, đơn vị
đồng/năm.

Viết dưới dạng chi phí tính toán như sau:
Ztt = kđm.V + C

Trong đó:

(1.14)

kđm là hệ số hiệu quả định mức

Thời gian cần thiết để thu hồi lại số vốn đầu tư:
Tđm =

1
k đm

(1.15)

Kđm ở Việt Nam được quy định là 0,2 do vậy Tđm = 5 năm.
Sau đây xét các trường hợp cơ bản:
a) Trường hợp có hai phương án:
Nếu T < Tđm thì thì phương án một kinh tế hơn phương án hai và ngược lại.
Khi so sánh hai phương án, không nhất thiết lúc nào cũng phải dùng phương pháp
thời hạn thu hồi vốn. Ví dụ, nếu VA < VB và CA < CB thì rõ ràng chọn phương án A.
Khi VA = VB và CA lớn hay nhỏ hơn CB, hay CA = CB và VA lớn hay nhỏ hơn VB
thì cũng không cần tính thời gian thu hồi vốn đầu tư theo công thức (1.13).
Nhược điểm của phương pháp này là:
* Khối lượng tính toán khá lớn khi có nhiều phương án khác nhau vì phải tổ hợp
từng cặp phương án.
* Khi vốn đầu tư ban đầu hoặc chi phí vận hành hàng năm của hai phương án
chênh lệch nhau không nhiều.


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

VD: Xét hai phương án như sau:
Phương án 1: VA = 40 triệu, CA = 4 triệu đồng/năm.
Phương án 2: VB = 19,5 triệu, CB = 4,01 triệu đồng/năm.
Thì

T=

V A − VB
40 − 19,5
= 50 năm
=
4,01 − 4
C A − CB

Điều này có ghĩa nếu dùng phương án 1 thì sau 50 năm mới thu hồi được sự chênh
lệch về vốn đầu tư đó, do vậy tính kinh tế của phương án 1 kém hơn phương án 2 nhiều.
Nhưng thực tế từ số liệu cho thấy hai phương án là tương đương nhau về kinh tế do vốn
đầu tư và chi phí hàng năm đều nằm trong giới hạn cho phép.
b) Trường hợp có ba hoặc nhiều phương án:
Trong trường hợp này nếu sử dụng công thức (1.13) để so sánh kinh tế từng cặp
phương án sẽ gặp khó khăn. Khi đầu tư cơ bản cùng một lúc ( thời gian xây dựng ít hơn
một năm ) và chi phí vận hành hàng năm là cố định thì nên sử dụng biểu thức (1.14):
Ztt = kđm.V + C → min
Khi thời gian xây dựng cơ bản lớn hơn một năm và chi phí vận hành hàng năm là
cố định thì ta vẫn sử dụng công thức (1.14), lúc này vốn đầu tư tính toán Vtt được tính
theo công thức:
TX

Vtt = ∑ Vt (1 + k đm ) TX −t
t =1

Trong đó:

Vt - vốn đầu tư ở năm thứ t đang xây dựng
TX - thời gian xây dựng xong công trình.

1.7.Các bước cần thiết để tính toán cung cấp điện trong xí nghiệp
- Xác định phụ tải
- Xác định phương án về nguồn điện ( Vị trí, công suất trạm biến áp… )
- Xác định cấu trúc mạng ( mạch vòng, tia, …)
- Chọn thiết bị.
- Tính toán chống sét, nối đất an toàn cho người vận hành và cho thiết bị.
- So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cụ thể đối với mạng lưới điện sẽ thiết kế.
1.8. Các định hướng nghiên cứu và phát triển ngành Điện lực Việt Nam:
- Cải tạo, nâng cấp, hiện đại hóa các nguồn và lưới điện hiện có, đồng thời phát
triển đồng bộ nguồn và lưới điện mới.
- Khai thác tiềm năng các nguồn thủy điện của đất nước. Phát triển các nhà máy
nhiệt điện với các nguồn nhiên liệu đa dạng như dầu mỏ, khí đốt, than.
- Phối hợp với các nước trong khu vực triển khai nghiên cứu các dự án liên kết
lưới điện khu vực để trao đổi điện năng.
- Nghiên cứu và triển khai chương trình DSM ( Demand Side Management - quản
lý nhu cầu phụ tải ) nhằm tiết kiệm điện năng.


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

- Thu hút vốn đầu tư nước ngoài và các thành phần trong nước tham gia đầu tư
phát triển nguồn lưới, điện trong đó điện lực quốc doanh giữ vai trò chủ đạo.
- Đầu tư trang bị các dây chuyền công nghệ tiên tiến cho các xí nghiệp cơ điện,
từng bước tự sản xuất các thiết bị và phụ tùng sửa chữa cho lưới và nguồn điện.