sản xuất truyền tải và phân phối điện năng

Lưới Điện 1
Người soạn: Thành Doanh LÊ


C1: Khái niệm chung về LĐ

1.1: Khái quát chung về SX, truyền tải và phân phối điện
1.1.1 Nhà máy điện, lưới điện và phụ tải điện

-

NMĐ: Nơi sx điện năng: dựa vào nguồn NL sơ cấp để sx điện năng. Các NMĐ được phân thành: Thuỷ điện, nhiệt điện, điện nguyên tử. Ngoài
ra còn có: mặt trời, điện gió, địa nhiệt, thuỷ chiều

-

Lưới điện: tập hợp bộ phận các đường dây tải điện và các trạm biến áp

-

Phụ tải điện: là công suất tác dụng và phản kháng yêu cầu tại 1 điểm nào đó của lưới điện ở Udm
+ Đặc điểm phụ tải: Biến thiên theo quy luật ngày đêm, ngẫu nhiên, có tính chất mùa, biến thiên theo thời tiết, theo f và điện áp tại điểm nối

vào lưới điện


C1: Khái niệm chung về LĐ

+ Phân loại: phụ tải đô thị, nông thông, công nghiệp (dùng trong quy hoạch, thiết kế). Trong tính toán phụ tải, các hộ dùng điện có quy luât
giống nhau tạo thành 1 phụ tải : sinh hoạt, thương mại, dịch vụ, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông
1.1.2 Cấp điện truyền tải

-

Tuỳ theo công suất yêu cầu của phụ tải và kc nguồn và tải thì điện áp được chọn ở các cấp thích hợp

-

Các cấp điện áp truyền tải ở VN: 500kV, 220, 110, 35, 22, 10, 6 và 0.4kV

1.1.3 Cấu trúc đường dây tải điện

-

Đường dây tải điện: trên không, dây cấp ngầm, dây dẫn điện trong nhà

-

Đương dây trên không:
+ Dây dẫn, dcs, cột (cột thép, cột gỗ, cột bê tông cốt thép), cach điện và các phụ kiện của đường dây


C1: Khái niệm chung về LĐ

+ Đương dây trên không: 1 mạch hoặc 2 mạch

-

Dây cáp:
+ có một lõi hay 1 số lõi được cách điện với nhau và cách điện với đất
+ Lõi cáp: đồng hoặc nhôm

+ Vỏ: chì, nhôm hay pôliclovinin

-

Dây dẫn trong nhà: dây dẫn cách điện, dây cáp và thanh dẫn. Dây dẫn được bọc cách điện bằng cao su và chất dẻo.

1.1.4 Phân loại lưới điện

a.

Lưới hệ thống: Bao gồm các đường dây tải điện và các TBA khu vực, nối liền các NMĐ tạo thành HTĐ.
+ Có nhiều mạch vòng kín nhằm đảm bảo sư liên lạc hệ thống khi có sự cố hoạc bảo dưỡng đường dây.


C1: Khái niệm chung về LĐ

+ Vận hành kín để đảm bảo liên lạc thường xuyên và chắc chắn giữa các nhà máy điện và phụ tải
+ Điện áp từ 110 500kV
+ Thực hiện chủ yếu bằng đường dây trên không
+ Phải bảo dưỡng định kì hàng năm
b. Lưới truyền tải: Làm nhiệm vụ tải diện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian

-

Sơ đồ kín có dự phòng

-

Điện áp: 35, 110, 220kV

-

Đường dây: trên không

-

Phải bảo dưỡng định kì hàng năm

-

Lưới 110kV trở lên trung tính MBA nối đất trực tiếp.


C1: Khái niệm chung về LĐ

c. Lưới phân phối: làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ trạm trung gian gian cho các phụ tải điện.

-

Lưới phân phối trung áp có điện áp: 6,10,22,35kV

-

Lưới phân phối hạ áp: 0.4kV

-

LPP có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ phụ tải ( chất lượng điện áp và độ tin cậy)

-

LPP có cấu trúc kín nhưng vận hành hở

-

Phụ tải PP có độ đồng thời thấp

-

Các phương pháp phân phối trung áp: 3 dây fa, 4 dây (3 fa 1 trung tính.

1.2 Hệ thống điện
- Bao gồm các NMĐ, TBA, DD tải điện và các thiết bị khác (tbi bảo vệ, tụ bù, tbi điều khiển…) được nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ
SX, TT và PP điện năng


C1: Khái niệm chung về LĐ

-

Điện năng truyền tải đền HTT phải thảo mãn các tiêu chuẩn chất lượng phục vụ (cl điện năng, đtc cung cấp điện) và các chi phí sx truyền tải và
phân phối nhỏ nhất

-

Phân loại HTĐ:
+ HTĐ tập trung: các nguồn điện và nút phụ tải lớn tập trung trong 1 phạm vi không lớn, chỉ càn dùng các dd ngắn để tạo thành hệ thống.
+ HTĐ hợp nhất: các htđ độc lập ở cách xa nhau được nối liến thành hệ thống bằng các đường dây tải điện siêu cao áp
+ HTĐ địa phương: là các htđ riêng như htđ tự dùng của các xí nghiệp công nghiệp lớn.

-

Vế mặt quản lý và vận hành htđ được phân thành:
+ Các NMĐ do các NMĐ tự quản lý
+ Lưới HTSCA (>220kV) và các trạm khu vực do công ty truyền tải quản lý


C1: Khái niệm chung về LĐ

+ Nguồn điện, lưới hệ thống, các trạm khu vực được quy hoạch trong tổng sơ đồ
+ Lưới truyền tải và phân phối được quy hoạch riêng

-

Về mặt điều độ, httđ được phân thành 3 cấp:
+ Điều độ trung ương (A0)
+ Điều độ điạ phương: điều độ các nhà máy điện, điều độ các trạm khu vực, điều độ các công ty điện
+ Điều đô các sở điện

-

Vế mặt nghiên cứu tính toán, htđ được phân thành:
+ Lưới HT
+ Lưới truyền tải: 66,110,220kV
+ Lưới phân phối trung áp: 6,10,22,35kV
+ Lưới phân phối hạ áp: 380/220V


C1: Khái niệm chung về LĐ

LHT: 110-220-500kV

LTT: 110-220-66kV

LPPTA:

LPPHA:

6-10

0.4kV

-15-22-35kV

TKV

TKV


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện

2.1 Sơ đồ thay thế đường dây

-

Các thông số cơ bản:
+ Điện trở của dây dẫn R0(Ω/km): đặc trưng cho năng lượng phát nóng của dây dẫn do hiệu ứng Joule
+ Điện cảm L0(H/km) hay điện kháng X0(Ω/km): dòng điện xoay chiều gây ra từ trường tự cảm của đường dây vs hỗ cảm của các dây. Từ

trường này gây ra tt delta Q vs U

+ Dung dẫn B0(S/km): điện dung giưã các dây dẫn và giữa các dây dẫn đối với đất do diện trường E
+ Điện dẫn tác dụng G0(S/km): tổn thất vầng quang (U xoay chiều gây ra E lớn, nếu E đủ lớn đến mức nào đó thì không khí xung quanh dây
dẫn bị ion hoá gây tổn thất vầng quang. Ngoài ra U cao gây ra dòng điện rò trong cách điện của cáp và trên bề


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện

mặt cách điện làm tổn thất một phần điện năng.

-

Các thông số của dây dẫn phân bố đều dọc theo chiều dài đường dây. Đối với các đường dây có U>110kV và l < 250-300km ko xét đến sự phân
bố đều các thông số, đồng thời sử dụng các thông số tập trung R, X, G, B trong khi phân tích chế đô xác lập

-

R

Sơ đồ thay thế: thông số tập trung

Z = R+ j * X; R = R0 * l; X = X0 * l
Y = G + j * B; G = G0 * l; B = B0 * l

X

j*B/2
G/2

G/2

j*B/2


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện
R

- Đối với lưới điện có U< 35kV, bỏ qua G và B

- Đối với lưới điện có 66kVR

X

j*B/2

- Đối với lưới điện U> 330kV, sơ đồ thay thế có đầy đủ 4 thông số R,X,G và B

j*B/2

X


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện
2.2 Sơ đồ thay thế máy biến áp

a.
-.

MBA

Ucdm

Máy biến áp 2 cuộn dây

Uhdm

Các thông số cho:
+ Công suất định mức Sđm, Ucđm, Uhđm

Sdm

+ ΔP0: tổn thất công suất tác dụng không tải
+ ΔPN: tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch
+ I0: dòng điện không tải phần trăm so với điện áp định mức
+ Un%: điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức
- Sơ đồ thay thế MBA

RB

GB

jBB

jXB


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện
- Điện trở RB

2

∆PN = 3RBI dm

Sdm = 3UcdmI dm

2
∆Pn *Ucdm
RB =
(Ω, MW, kV, MVA)
2
Sdm

- Điện kháng XB

2
U n %* U cdm
XB =
(Ω, kV, MVA)
100*Sdm

- Điện dẫn tác dụng GB

∆P0 = U

2
cdm

RB

ΔS0=ΔP0+j*ΔQ0

∆P0 *10 −3
*GB − − > GB =
(s, kV, kW)
2
Ucdm

- Điện dẫn phản khảng BB: do GB<< BB nên I0 chủ yếu chạy qua BB do đó ta có:

∆Q 0 =

I0%* Sdm
I %* Sdm
2
= U cdm
* BB − − > BB = 0
(s, MVA, kV)
2
100
100* U cdm

jXB


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện
b. Máy biến áp 3 cuộn dây

-

Ucdm

MBA
UTdm

Các thông số cho:
+ Công suất định mức Sđm, Ucđm, UTđm, Uhđm

Sdm

+ ΔP0: tổn thất công suất tác dụng không tải
Uhdm

+ ΔPN: tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch 2 cuộn dây lv
+ I0: dòng điện không tải phần trăm so với điện áp định mức
+ UnCT%, UnCH%, UnTH%: điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức
- Sơ đồ thay thế MBA


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện

RBC

jXBC

ΔS0=ΔP0+j*ΔQ0

- Điện trở RBC, RBT, RBH
+ Công suất định mức của cuộn dây bằng nhau: 100/100/100

∆PNC = ∆PNT = ∆PNH =

∆PN
2

2
∆Pn *Ucdm
RBC = RBT = RBH =
= RB(100)
2
2 * Sdm

+ Công suất định mức của cuộn dây bằng nhau: 100/100/66,7

RB(66,7) = 1.5* RB(100)
+ Công suất định mức của cuộn dây bằng nhau: 100/66.7/66,7

RB(66,7) = 1.5* RB

2
∆Pn *Ucdm
RB =
2
1.83* Sdm


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện

-

Điện kháng XBC, XBT, XBH

1
U NC = (UnCT +UnCH −UnTH )
2
1
U NT = (UnCT +U nTH −UnCH )
2
1
U NH = (UnCH +U nTH −UnCT )
2

- GB ,BB: Xác định giống MBA 2 cuộn dây

2
UnC *Ucdm
XBC =
(Ω, kV, MVA)
100 * Sdm
2
UnT *Ucdm
XBT =
(Ω, kV, MVA)
100 * Sdm

XBH

2
UnH *Ucdm
=
(Ω, kV, MVA)
100 * Sdm

C2: Sơ đồ thay thế lưới điện
c. Máy biến áp tự ngẫu

-

Ucdm

MBA
UTdm

Các thông số cho:
+ Công suất định mức SđmT= SđmC, SđmH< SđmC
+ Điện áp: Ucđm, UTđm, Uhđm
+ Sdm: Công suất max cho phép đi qua cuộn dây
+ Sm: cs mẫu dùng cho thiết kế: Sm=αSđm
α=1- UT/UC
+ ΔP0: tổn thất công suất tác dụng không tải
+ I0: dòng điện không tải phần trăm so với điện áp định mức
+ UnCT%, UnCH%, UnTH%: điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức
+ ΔPCT: tt cs giữa cuộn cao và trung trong khi nm tính theo dung lượng định mức
+ ΔP’CH, ΔP’TH: TTCS tính theo công suất mẫu

Uhdm


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện

C

- Điện trở RBC, RBT, RBH

H
T

2

 Sdm  ∆P ' NCH
∆PNCH = ∆P ' NCH 
÷ =
α2
 Sm 
∆P ' NTH
∆PNTH =
α2

1
∆PNC = (∆PnCT + ∆PnCH − ∆PnTH )
2
∆PNT = ∆PnCT − ∆PNC
∆PNH = ∆PnCH − ∆PNC
- Điện kháng XB, GB, BB: Xác định tương tự như MBA 3 cuộn dây

UH
UT

2
∆PnC *Ucdm
RBC =

2
Sdm
2
∆PnT *Ucdm
RBT =
2
Sdm

RBH

2
∆PnH *Ucdm
=
2
Sdm

UC


C2: Sơ đồ thay thế lưới điện
Ví dụ 1: Cho máy biến áp 2 cuộn dây có các thông số như sau: Sđm=16MVA, U=38.5/10.6kV, U n%=8%, ΔPn=90kW, ΔP0=21kW, I0%=0.75%.
Yêu cầu vẽ sơ đồ thay thế và tính các thông số trong sơ đồ thay thế.

Ví dụ 1: Cho máy biến áp 3 cuộn dây kiểu TDTH-40000/220 có các thông số như sau: S đm=40MVA, U=230/38.5/11kV, Unch%=22%, Unct
%=12.5%, Unth%=9.5%,
ΔPnct=ΔPnch= ΔPnth=220kW, ΔP0=55kW, I0%=1.1%. Yêu cầu vẽ sơ đồ thay thế và tính các thông số trong sơ đồ thay thế.


C3: Tính tóan chế độ xác lập lưới điện

3.1 Nội dung chính của bài toán tính CĐXL

-

CĐLV của mạng điện được đặc trưng bằng các thông số chế độ như công suất, dòng điện, điện áp…

-

CĐXL của mạng là chế độ trong đó các thông số chế độ biến thiện trong một giới hạn cho phép

-

Mục đích của tính CĐXL là từ các thông tin về các thông số của mạng và các thông số đã cho của chế độ ta tính các thông số chế độ.

-

Các thông số của mạng:
+ Hình dáng vs thông số các phần từ trong mạng điện
+ P,Q của các nút tải
+ Kba của MBA
+ P,Q của các nguồn

+ Modun và góc điện áp


C3: Tính tóan chế độ xác lập lưới điện

-

Thông số chế độ gồm có:

+ Sự phân bố dòng công suất trong mạng điện
+ Điện áp tại các nút tải
+ Tổn thất công suất trên các nhánh hay tổng tổn thất CS trong mạng điện
+ P,Q của nút cân bằng

-

Chế độ làm việc của mạng điện được xác định bằng ĐL Ohm, kiechofff

-

Phương pháp giải: trực tiếp, gián tiếp

-

Các thông số chế độ phục vụ cho công tác vận hành, tối ưu chế độ, tính quá trình quá độ trong mạng và HTĐ


C3: Tính tóan chế độ xác lập lưới điện
3.2 Tính tóan .trong lưới điện đơn giản 1 phụ tải

.

U2

U1

.

.

S1

S2

1

2

3.2.1 Tính công suất vs tổn thất công suất

.

S2 = P2 + jQ 2 = S2.cosϕ 2 + jS2.sin ϕ 2
= P2 + jP2.tagϕ 2

a. Biết điến áp cuối U2 vs S2

.

0

U 2 = U 2.e j0 = U 2∠00
.

S1

j *Qcd

.

∆ S12
.,

1 S12
j*B/2

R

X

j *Qcc

. ,,

S12 2

.

S2 = P2 + jQ 2
j*B/2


C3: Tính tóan chế độ xác lập lưới điện
+ Công suất phản kháng do tụ điện cuối đường dây sinh ra:

B12
jQ cc12 = jU .
(VAr, kVAr, MVAr)

2
2
2

. ,,

+ Công suất sau tổng trở Z12:

.

''
''
S12 = S2− jQ cc = P12
+ jQ12
(VA, kVA, MVA)

+ Tổn thất công suất trê tổng trở Z12:

''2
''2
''2
S12
P12
+ Q12
∆ S12 = 2 Z 12 =
(R 12 + jX12) = ∆P12 + jQ12
2
U2
U2
.

.'

+ Công suất trước tổng trở Z12:

. ''

.

'
'
S12 = S12+ ∆S12 = P12
+ jQ12


C3: Tính tóan chế độ xác lập lưới điện
+ Tổn thất điện áp trên Z12 và điện áp nút 1:

. ''*

.

∆ U12 =

S12
. *

U2
.

.

''
P1''2 − jQ12
Z 12 =
(R 12 + jX12) = ∆U n12 + j∆U d12
U2
.

U1 = U 2+ ∆ U12 = U 2 + ∆U n12 + j∆U d12 = U1∠θ1 = U1.e jθ1
+ Công suất phản kháng do tụ điện đầu đường dây sinh ra:

B12
jQ cd12 = jU .
2
2
1

+ Công suất đầu đường dây:

.

.'

S1 = S12− jQ cd12 = P1 + jQ1