Phân tích đánh giá ảnh hưởng nhà máy thủy điện đắkđrinh đến các chế độ vận hành của hệ thống điện miền trung

1

..

TÁC GIẢ: PHẠM ĐÌNH PHƢỚC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

Tác giả:
PHẠM ĐÌNH PHƢỚC

Đề tài luận văn:
PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG NHÀ MÁY THỦY
ĐIỆN ĐẮKĐRINH ĐẾN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH
CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG

CHUYÊN NGÀNH:
ĐIỆN KỸ THUẬT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN
…......................................

KHOÁ: 34

Đà Nẵng - Năm 2018


2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

Tác giả luận văn:
PHẠM ĐÌNH PHƢỚC

Đề tài luận văn:

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG NHÀ MÁY THỦY
ĐIỆN ĐẮKĐRINH ĐẾN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH
CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số: 60.52.02.02
…......................................
Người hướng dẫn khoa học:
Tiến sĩ: LÊ ĐÌNH DƢƠNG

Đà Nẵng – Năm 2018


3

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả

nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trinhg nào
khác.
Tác giả luận văn

Phạm Đình Phước


4

TĨM TẮT
Đề tài luận văn:
PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẮKĐRINH
ĐẾN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG
Học viên: PHẠM ĐÌNH PHƯỚC
Mã số: 60520202; Khóa: 34;

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện.
Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt:

- Nhà máy thủy điện Đăkđrinh bơm một lượng công suất tương đối lớn vào hệ
thống điện Miền Trung, do đó trào lưu cơng suất sẽ thay đổi làm cho thông số chế độ
thay đổi, trị số dịng ngắn mạch, … cũng sẽ có những thay đổi. Trước yêu cầu cấp thiết
phải đảm bảo an toàn cho hệ thống điện Miền Trung khi đưa nhà máy thủy điện
Đăkđrinh vào vận hành, tác giả sử dụng giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp
Newton-Raphson và phần mềm PSS/E để phân tích đánh giá ảnh hưởng của nhà
máy thủy Điện Đakđrinh đến các chế độ vận hành hệ thống điện Miền Trung.
- Khi Đăkđrinh phát max hay min góp phần làm giảm tổn thất cơng suất đáng
kể trong hệ thống điện miền Trung, giảm được lượng công suất nhận về từ trạm biến

áp 500kV Dốc Sỏi.
- Dòng điện sự cố trên hệ thống điện khi bị sự cố ngắn mạch có thay đổi khi có
nhà máy thủy điện Đăkđrinh, tùy vào vị trí mà mức độ tăng dịng điện sự cố có khác
nhau với mức tăng dịng điện sự cố tương đối nhỏ, qua phân tích ta thấy sự cố trên
BUS 75772 có dịng điện sự cố lớn nhất, ta thấy dòng sự cố nhỏ hơn rất nhiều so với
dòng ngắn mạch định mức của tất cả các máy cắt 110kV (Inmđm = 40kA), 220kV
(Inmđm = 31,5kA), đảm bảo được các thiết bị đóng cắt làm việc tốt.
Từ khóa (Keyword) - Hệ thống điện miền Trung; nhà máy thủy điện Đắkđrinh; phương

pháp lặp Newton-Raphson; phần mềm PSS/E.


5

ABSTRACT:
ANALYSIS OF INFLUENCE OF HOUSE ĐẮKĐRINH HYDROELECTRIC
PLANT TO THE OPERATING MODE OF THE POWER SYSTEM OF
CENTRAL
Summary:
- Đăkđrinh hydroelectric pumped a amounts of relatively large capacity on
power system Central, so the power flow will change makes change mode parameter,
value line, ... will also have the change. Before the necessary requirements to ensure
the safety of the Central electrical system when put into the Đăkđrinh hydro power
plant operators, authors use the electric network analysis using Newton-Raphson
published iteration method and the PSS/E software to the analysis reviews the impact
of hydro Đakđrinh power to the operating mode of the Central electrical
system.Through calculations the author reviews the following.
- When Đăkđrinh play max or min contributing significant power losses in
electric systems in Central, reduce the amount of power from substations Gravel
Slope.

- Power Line problems on the system power when being short circuit incident
has changed as has the Đăkđrinh hydroelectric plant, depending on the position that
the level of increase in cell lines have different issues with the current relatively small
incident through analysis, I see trouble on the BUS 75772 has the biggest issues, I see
the line of smaller incidents compared to current norms of all 110 kV breaker (Inmđm
= 40 kA), 220 kV (Inmđm = 31.5 kA) ensure the switches work well.
Keyword (Keyword) - central power system; Đắkđrinh hydroelectric plant; NewtonRaphson published iteration method; PSS/E software.


6

MỤC LỤC
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Các từ viết tắt

iii

Danh mục các hình vẽ

iv

Danh mục các bảng biểu

v

MỞ ĐẦU

01

1. Lý do chọn đề tài

01

2. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu; ý nghĩa khoa học và
thực tiễn đề tài.

01

3. Nội dung luận văn.

02

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG, NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN ĐẮKĐRINH, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ
CHƢƠNG TRÌNH LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN
03
1.1. Tổng quan hệ thống điện miền Trung.

03

1.2. Giới thiệu máy phát nhà máy thủy điện Đắkđrinh

06

1.2.1. Hồ chứa
1.2.2. Đập dâng

06
07

1.2.3. Đập tràn

07

1.2.4. Cửa nhận nước

08

1.2.5. Đường hầm dẫn nước

08

1.2.6. Nhà máy

09

1.2.7 Trạm phân phối 110kV

09

1.2.8. Máy phát thủy lực

09

1.3. Nguyên lý làm việc và chƣơng trình làm việc của máy phát điện

10

1.3.1. Nguyên lý làm việc

10

1.3.2. Chương trình làm việc máy phát

16

1.4. Nhận xét, kết luận

20

Chƣơng 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP
CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN PHẦN MỀM ỨNG
DỤNG TÍNH TỐN
2.1. Mở đầu
2.2. Các phƣơng pháp tính tốn chế độ xác lập hệ thống điện

22
22
22


7

2.2.1. Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Gauss - Seidel

22

2.2.2. Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Newton-Raphson

25

2.3. Lựa chọn phần mềm ứng dụng tính tốn chế độ xác lập
hệ thống điện

27

2.3.1. Đặt vấn đề

27

2.3.2. Phân tích và lựa chon phần mềm tính tốn

28

2.3.3. Tính tốn hệ thống điện bằng phần mềm PSS/E

29

2.3.3.1.Tính tốn phân bổ cơng suất

29

2.3.3.2. Cách mô phỏng dữ liệu hệ thống điện trong chương

trình PSS/E

30

2.3.3.3. Thay đổi dữ liệu trong file

37

2.3.4. Tính tốn phân bổ cơng suất

38

2.3.5. Tính tốn ngắn mạch

41

2.3.6. Xây dựng dữ liệu tính tốn hệ thống điện Việt Nam
2.4. Nhận xét, kết luận.

42
45

Chƣơng 3 - PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
ĐẮKĐRINH ĐẾN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG
ĐIỆN MIỀN TRUNG
46
3.1. Giới thiệu chung.

46

3.2. Ảnh hƣởng của Nhà máy Đắkđrinh đến hệ thống điện Miền Trung

46

3.2.1. Ảnh hưởng của Nhà máy Đắkđrinh đến hệ thống điện Miền Trung
trong các chế độ vận hành bình thường

46

3.2.1.1. Ảnh hưởng đến tổn thất công suất trong hệ thống

46

3.2.1.2. Ảnh hưởng đến điện áp các nút trong hệ thống

47

3.2.2. Ảnh hưởng của Nhà máy Đắkđrinh đến hệ thống điện Miền Trung
trong chế độ sự cố

51

3.2.3. Ảnh hưởng của Nhà máy Đắkđrinh đến sự làm việc của các thiết bị
điện hiện tại trong hệ thống
53
3.3. Nhận xét, kết luận
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

54
55

8

Các từ viết tắt
HTĐ

Hệ thống điện

OPF

Optimal power flow (tối ưu trào lưu cơng suất)

PSS/E

Phần mềm tính tốn vận hành HTĐ

PSS/ADEPT

Phần mềm tính tốn vận hành lưới điện phân phối

BUS

Thanh cái


9

Danh mục các hình vẽ
Hình 1.1: Hệ thống gồm máy phát nối với hệ thống

11

Hình 1.2: Đặc tính góc cơng suất máy điện đồng bộ.

11

Hình 1.3: Mơ hình chuyển động rotor máy phát

12

Hình 1.4: Sơ đồ mạch tương đương và đồ thị góc pha của máy
phát

14

Hình 1.5: Giản đồ vectơ điện áp máy phát

15

Hình 1.6: Đặc tính P - Q máy phát

16

Hình 2.1. Trình tự tính tốn bài tốn OPF của phần mềm PSSE

39

Hình 2.2. Trình tự tính tốn bài tốn ngắn mạch của phần mềm
PSSE

41

Hình 2.3. Mơ hình MBA của phần mềm PSSE

44

PL1.1a. Sơ đồ HTĐ Việt Nam theo quy hoạch tổng sơ đồ 7
PL1.1b. Sơ đồ tính tốn bài toán OPF cho HTĐ Miền Trung


10

Danh mục các bảng biểu
Bảng 1.1. Thống kê phụ tải hệ thống điện miền Việt Nam năm

3

2018
Bảng 1.2. Quy hoạch nguồn phát theo tổng sơ đồ 7 đến năm 2020

5

Bảng 1.3. Quy hoạch nguồn phát theo tổng sơ đồ 7 đến năm 2030

6

Bảng 3.1: Tổn thất công suất của hệ thống điện miền Trung

46

theo các chế độ làm việc của Đăkđrinh
Bảng 3.2: Điện áp các nút khi phụ tải cực đại

47

Bảng 3.3: Điện áp các nút khi phụ tải cực tiểu

48

Bảng 3.4: Điện áp các nút khi phụ tải điển hình

48

Bảng 3.5: Dịng điện ngắn mạch các nút

49

Bảng 3.6: Dịng điện ngắn mạch các nút

50

Bảng 3.7: Dòng điện ngắn mạch các nút

51


11

1

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Cơng trình thủy điện Đakđrinh nằm trên sông Đakđrinh là một nhánh của sông
Trà Khúc. Cơng trình có vị trí đập dâng thuộc địa phận xã Sơn Mùa và xã Sơn Dung,
huyện Sơn Tây, tỉnh Quảng Ngãi. Một phần hồ chứa thuộc xã Đak Nên và Đắkđrinh
huyện KonPlong tỉnh Kon Tum. Nhà máy đặt tại xã Sơn Tân, huyện Sơn Tây, tỉnh
Quảng Ngãi với tổng công suất lắp máy 125 MW, gồm 2 tổ máy. Sản lượng điện bình
quân năm của nhà máy khoảng 540 triệu kWh sẽ được phát lên lưới điện Quốc gia qua
đường dây 110kV.
Khi đưa nhà máy thủy điện Đăkđrinh vào vận hành, nhà máy sẽ bơm một lượng
công suất tương đối lớn vào hệ thống điện Miền Trung, do đó trào lưu cơng suất sẽ
thay đổi làm cho thơng số chế độ thay đổi, trị số dòng ngắn mạch, … cũng sẽ có
những thay đổi. Kết quả có thể xảy ra thông số chế độ vượt các giới hạn cho phép, trị
số chỉnh định của các bảo vệ rơle khơng cịn phù hợp với giá trị dịng ngắn mạch. Với
những lý do nêu trên cần thiết phải có những tính tốn đánh giá ảnh hưởng của nhà
máy đối với các chế độ làm việc của hệ thống.
Trước yêu cầu cấp thiết phải đảm bảo an toàn cho hệ thống điện Miền Trung khi
đưa nhà máy thủy điện Đăkđrinh vào vận hành, đề tài “Phân tích và đánh giá ảnh
hưởng nhà máy thủy điện Đắkđrinh đến các chế độ vận hành của hệ thống điện
Miền Trung” được lựa chọn làm đề tài luận văn thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật điện.
2. MỤC ĐÍCH, ĐỒI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
- Với những lý do ở trên, ở đây ta vạch đề tài với mục đích chính là: “Phân tích
đánh giá ảnh hưởng nhà máy thủy điện Đăkđrinh đến các chế độ vận hành của hệ
thống điện Miền Trung”. Đối tượng nghiên cứu chính ở đây là nhà máy thủy điện
Đắkđrinh đang kết lưới điện với hệ thống điện miền Trung. Thực hiện được yêu cầu
đặt ra ta vạch ra những nhiệm vụ chính phải làm:
+ Phân tích hệ thống điện Miền Trung đồng thời phân tích các chế độ làm việc
của hệ thống điện Miền Trung.

+ Phân tích và tính tốn các phương pháp tính tốn chế độ xác lập của hệ thống

điện và ta chọn lựa phần mềm dùng để phân tích - tính tốn.
+ Phân tích - đánh giá ảnh hưởng của nhà máy thủy điện Đăkđrinh đến tất cả các

chế độ vận hành của HTĐ Miền Trung.


2

- Phương pháp nghiên cứu chính ở để tài này ta dùng phần mềm mơ phỏng và tính
tốn cho từng chế độ làm việc của nhà máy thủy điện Đắkđrinh và hệ thống điện miền
Trung. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài này giúp ta đánh giá được tổn thất
điện áp, tổn thất điện năng và chế độ sự cố ngắn mạch trên một phần cho từng chế độ
vận hành của nhà máy thủy điện Đắkđrinh khi kết lưới điện với hệ thống điện miền
Trung.
3. NỘI DUNG LUẬN VĂN:
Nội dung của đề tài được phân thành 3 chương. Bố cục chính của luận văn gồm
các chương sau:
- Chương 1: Tổng quan hệ thống điện miền Trung, nhà máy thủy điện Đắkđrinh,
nguyên lý làm việc và chương trình làm việc của máy phát điện.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tính tốn chế độ xác lập của hệ thống điện và lựa

chọn phần mềm ứng dụng tính tốn.
- Chương 3: Phân tích và đánh giá ảnh hưởng nhà máy thủy điện Đăkđrinh đến các
chế độ vận hành của hệ thống điện miền Trung.


3

Chƣơng 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG, NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN ĐẮKĐRINH, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ
CHƢƠNG TRÌNH LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN
1.1. Tổng quan hệ thống điện miền Trung
Miền Trung có hệ thống điện bao gồm các tỉnh, thành phố duyên hải miền Trung
từ Quảng Bình đến Khánh Hoà và 4 tỉnh Tây Nguyên. HTĐ miền Trung liên kết với
HTĐ Quốc gia qua các trạm biến áp 500kV (T500), Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Pleiku, Dốc
Sỏi, Thạnh Mỹ (hình PL1.1). Qua quá trình vận hành, đường dây 500kV khu vực miền
Trung đã chứng tỏ được vai trò cực kỳ quan trọng không những trong việc tạo liên kết
cho hệ thống điện Quốc gia, nâng cao chất lượng cung cấp điện, nâng cao hiệu quả
kinh tế trong việc khai thác và vận hành hệ thống mà còn giữ vai trò điều phối điện
năng giữa các miền trong đất nước. Hai mạch của đường dây 500kV đi qua khu vực
miền Trung và Tây Nguyên trở thành mạch trung chuyển quan trọng đảm bảo vận
hành an toàn và ổn định kể cả trong trường hợp một trong hai đường dây bị sự cố.
Theo số liệu thống kê từ Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc Gia (A0), tính
đến hết tháng 5 năm 2018, phụ tải hệ thống điện Việt Nam được thể hiện trong bảng
1.1. Trong đó cơng suất hệ thống điện quốc gia tăng trưởng lớn nhất vào tháng
07/2017 với mức tăng 16,86.0% so với cùng kỳ năm 2016. Mức tăng thấp nhất rơi vào
tháng 3/2017 (5,68%).
Bảng 1.1. Thống kê phụ tải hệ thống điện miền Việt Nam năm 2018
Đơn vị (MWh)

Quốc Gia

Bắc

Trung

Nam

Min

18.717

7.300

1.273

8.735

Max

33.056

15.044

3.103

15.575

Tổng

19.689.269

8.527.907

1.946.088

9.120.378

Trong các thành phần phụ tải HTĐ miền Trung thì thành phần quản lý và tiêu
dùng dân cư chiếm một tỷ trọng tương đối lớn nên biểu đồ rất lồi lõm; có độ dốc lớn;
thấp điểm ngày của HTĐ thường rơi vào khoảng từ 2 - 5giờ, cao điểm sáng từ 10 11giờ và cao điểm tối từ 18 - 20 giờ hàng ngày. Công suất tiêu thụ vào cao điểm tối
thường lớn hơn nhiều so với các thời điểm khác trong ngày. Trong những năm gần đây
tỉ trọng phụ tải công nghiệp tăng, cũng như việc Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN)


4

đã áp dụng nhiều chính sách quản lý phụ tải như đưa hệ thống công tơ 3 giá vào hoạt
động. Điều này làm tăng độ đồng đều của phụ tải góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho
vận hành và làm tăng tính kinh tế trong vận hành HTĐ.
Về nguồn của hệ thống điện miền Trung hiện nay có nhiều loại nhà máy điện
như: Nhiệt điện than, Nhiệt điện dầu, Thuỷ điện, Tuabin khí. Từng loại nhà máy điện
có mỗi chế độ vận hành khơng giống nhau vì mỗi nhà máy có đặt thù cơng nghệ vận
hành riêng phát điện khác nhau:
- Nhiệt điện than, dầu, GT+CC. (Gasturbine + CombineCycle):
+ Vận hành theo đặc tính cơng suất (P&Q) của tổ máy.
+ Vận hành trong khoảng thời gian dài theo yêu cầu HTĐ. Gasturbine.
- Nhà máy thủy điện có những chế độ vận hành:

+ Vận hành theo đặc tính vận hành Tuabin.
+ Có thể chạy bù, ngừng và phát thường xuyên.
+ Điều tần.
- Chạy khí hoặc dầu:
+ Theo đặc tính cơng suất (P&Q) máy phát..
+ Liên tục hoặc phủ đỉnh.
Dựa vào những chế độ vận hành của máy phát, những chế độ khai thác nhà máy
điện thực hiện như sau:
- Nhiệt điện than, dầu: Huy động tối thiểu trong mùa lũ , huy động cao trong

mùa khô (chống quá tải, bù điện áp, đảm bảo công suất đỉnh, ...), kế hoạch tiểu tu hay
đại tu thường được bố trí vào mùa lũ.
- Thuỷ điện: Huy động theo điều tiết hồ chứa, các kế hoạch tiểu tu hay đại tu
thường được bố trí vào mùa khơ.
- Gasturbine chạy dầu: Chạy ở chế độ phủ đỉnh, chống quá tải, bù áp hoặc yêu
cầu đặc biệt khác. Huy động lấy sản lượng nếu thiếu điện năng trong mùa khô. Kế
hoạch sửa chữa theo EOH (giờ vận hành tương đương).
- Gasturbine chạy khí và đi hơi: Huy động cao mùa khô, giảm khai thác trong
mùa lũ (đảm bảo công suất đỉnh, chống quá tải, bù điện áp ...). Kế hoạch sửa chữa theo
EOH (giờ vận hành tương đương).


5

Hệ thống điện miền Trung có đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc - Nam mạch 1
được chính thức đưa vào vận hành ngày 27/05/1994 mở ra một bước phát triển mới
cho ngành điện. Qua quá trình vận hành, đường dây 500kV Bắc - Nam mạch 1 đã
chứng tỏ được vai trị cực kỳ quan trọng khơng những trong việc tạo liên kết cho hệ
thống điện Quốc gia, nâng cao chất lượng cung cấp điện, nâng cao hiệu quả kinh tế
trong việc khai thác và vận hành hệ thống mà còn giữ vai trò điều phối điện năng giữa
các miền trong đất nước.
Tuy nhiên, từ năm 2004 trở đi do điều kiện thời tiết và tốc độ tăng trưởng phụ tải
lớn dẫn đến nhu cầu trao đổi điện năng giữa miền Bắc và miền Nam, nhu cầu cung cấp
điện của miền Trung đã vượt khả năng tải của đường dây 500kV Bắc - Nam mạch 1.
Được sự đồng ý của chính phủ, EVN đã đầu tư xây dựng đường dây 500kV Bắc - Nam
mạch 2 và đến ngày 23/09/2005 đã chính thức khánh thành. Đường dây 500kV Bắc Nam mạch 2 đã góp phần cung cấp năng lượng cho các tỉnh miền Bắc vào đầu năm
2005 và các năm tiếp theo.
Ngồi ra hai đường dây này cịn làm nhiệm vụ trao đổi điện năng giữa các miền
của Đất Nước, đảm bảo vận hành ổn định, an toàn kể cả trong trường hợp một trong
hai đường dây bị sự cố ngừng cung cấp điện.

Hệ thống lưới điện truyền tải 220kV và 110kV phát triển không ngừng, luôn luôn
đáp ứng được nhu cầu truyền tải công suất phục vụ cho việc cung cấp điện [11].
Bảng 1.2. Quy hoạch nguồn phát theo tổng sơ đồ 7 đến năm 2020
Nguồn điện

TT

Tổng công suất các nhà máy điện

Cơng suất

Tỷ lệ

75.000MW

100,0%

1

Thủy điện

17.325MW

23,1%

2

Thủy điện tích năng

1.800MW

2,4%

3

Nhiệt điện than

36.000MW

48,0%

4

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

12.375MW

16,5%

5

Năng lượng tái tạo

4.200MW

5,6%

6

Điện hạt nhân

975MW

1,3%

7

Nhập khẩu điện

2.325MW

3,1%

-

Định hướng nguồn điện đến năm 2030. (Quy hoạch điện IV Chính Phủ)


6

Bảng 1.3. Quy hoạch nguồn phát theo tổng sơ đồ 7 đến năm 2030
TT

Nguồn điện

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%

17.322,4MW

11,8%

4

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

5

Năng lượng 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%

Dự báo phụ tải: Phụ tải tính toán theo phương án tăng trưởng, tổng sản lượng hệ
thống điện Việt Nam năm 2018 đạt 217.410.382 (MWh). (Trích từ trung tâm điều độ
hệ thống điện Quốc Gia Ao).
1.2. Giới thiệu Nhà máy thủy điện Đắkđrinh [9].
1.2.1 Hồ chứa
Hồ chứa thuỷ điện Đakđrinh một cơng trình quan trọng nó dùng để tích và cấp
nước cho các tổ máy để sản xuất điện và còn điều tiết lượng nước trong một năm để
vận hành nhà máy. Có các thơng số sau:
- Mực MNDBT:

410,00m

- Mực MNC:

375,00m

- Mực nước gia cường (P= 0,1%):

411,43m

- Mức nước kiểm tra (P= 0,02%):

414,88m

- Mức nước HL lớn nhất khi lượng Qxả max:

90,36m

- Mực nước hạ lưu nhỏ nhất (Khi 1 máy làm việc):

75,56m

- Diện tích mặt hồ ứng với MNDBT:

9,124km2

- Dung tích tồn bộ hồ chứa:

248,51 triệu m3

- Dung tích hữu ích:

205,18 triệu m3

- Dung tích chết:

43,33 triệu m3

- Lưu lượng bình quân:

31,89 m3/s.


7

- Lưu lượng đỉnh lũ P=0,1%:

9264,4m3/s

- Lưu lượng đỉnh lũ P=0,02%:

12638,7m3/s

1.2.2. Đập dâng
Đập dâng dùng để ngăn nước sông Đakđrinh để tạo nên hồ chứa tích nước điều
tiết và tạo cột áp để quay máy phát thuỷ lực. Có các thơng số sau:
- Cao trình đỉnh đập:

415,00m

- Cao trình tường chắn sóng:

415.70m

- Chiều dài đập theo đỉnh:

466.05m

- Chiều cao đập lớn nhất:

99,00m

- Chiều rộng đỉnh đập:

7,50m

1.2.3. Đập tràn
Dùng để xả lượng nước thừa trong hồ chứa vào mùa lũ. Đập tràn có lưu lượng

xả thiết kế phải đảm bảo xả hết tần suất lưu lượng lũ lớn nhất để bảo vệ cơng trình một
cách an tồn. (khơng cho nước lũ tràn qua đập dâng). Cửa van cung nâng hạ trong
dòng chảy. Có các thơng số sau:
- Lưu lượng xả lớn nhất:

13638,7m3/s

- Mức hạ lưu lớn nhất khi lượng Qxả max:

337,66m

- Cao trình ngưỡng:

394,00m

- Chiều dài của tràn:

60m

- Số cửa van:

4 cửa

- Kích thước cửa van cung( rộng x cao):

15 x 17,5m

- Kích thước cửa van sửa chữa, sự cố phẳng(bxh):

15x17m

- Điều khiển cửa van bằng 2 kích nâng thuỷ lực loại: 500/250/8200
- Cao trình tâm trục xoay:

403,5m

- Chiều rộng tràn nước:

20,88m

- Cao trình mũi phóng:

364,5m

- Cầu trục chân dê: Hai móc chính 2x25,0 tấn, nhịp 4,5m, chiều cao nâng hạ
lớn nhất của móc cẩu là 30,0m.
1.2.4. Cửa nhận nước
Cửa nhận nước dùng để nhận nước từ thượng lưu, ngăn rác và dẫn nước vào
tuabin. Cửa van vận hành đóng trong trường hợp sửa chữa van cầu hoặc bảo dưỡng


8

kiểm tra tuyến năng lượng định kỳ. Trong trường hợp sự cố, cửa van vận hành có cơng
dụng đóng nhanh cửa nhận nước khi van cầu của tổ máy không đóng được hoặc vỡ
đường ống áp lực. Có các thơng số sau:
- Chiều rộng thông thuỷ:

4,0m

- Chiều cao thông thuỷ:

4,0m

- Cao trình ngưỡng vào:

366,50m

- Kích thước cửa nhận nước (bxLxh):

8,8x20,4x50,5m

- Lưu lượng thiết kế:

51,95m3/s

- Số cửa van vận hành:

1 cửa

- Kích thước cửa van vận hành(rộng x cao ):

4,0x4,0m

- Kích thước cửa sửa chữa:

4,42x4,43m

- Kích thước lưới chắn rác:

6,4x7,0m

- Trọng lượng cửa van vận hành:

16,1 tấn

- Lực nâng xi lanh:

160,0 tấn

- Lực ấn lên cửa:

100,0 tấn

- Đường kính trong của xi lanh:

400mm

- Đường kính cần xi lanh:

160mm

- Hành trình làm việc

4500mm

- Áp lực làm việc lớn nhất

155 bar

- Vận tốc nâng:

0,5m/ phút

- Vận tốc hạ:

1,5m/ phút

Cầu trục chân dê: Móc chính 25 tấn, móc phụ 12,5 tấn, nhịp 16m
1.2.5. Đường hầm dẫn nước
Dùng để dẫn nước từ CNN vào tuabin của tổ máy. Trên đường hầm dẫn nước
có bố trí các tháp điều áp dùng để giảm áp lực lên van cầu và cánh hướng cũng như
bảo vệ quá áp do qn tính của nước trong chế độ dừng bình thường cũng như dừng sự
cố tổ máy (giảm áp lực nước va). Ngồi ra cịn đảm bảo lưu lượng nước trong chế độ
liên tục thay đổi công suất của tổ máy. Có các thơng số sau:
- Tổng chiều dài phần hầm:

10776.74m

- Chiều dài hầm vỏ bê tông phun D = 4,5m:

8075,93m

- Chiều dài hầm vỏ bê tông cốt thép:

1993,19m


9

- Tổng chiều dài hầm lót thép:

671,31m

- Đường kính D2/D1/D0:

14/6/4m

- Chiều dày bê tơng tương ứng với D2/D1/D0:

1,0/0,3/0,3m

- Cao trình đỉnh:

428m

- Cao trình đáy D2/D1:

390/314m

- Cao trình tim hầm ở vị trí tháp điều áp:

224,94m

- Cao trình tháp đoạn nổi:

30,0m

1.2.6. Nhà máy
Là phần chính của cơng trình dùng để lắp đặt 2 tổ máy thuỷ lực cùng phần lớn

các thiết bị cơng nghệ của Nhà máy. Có các thơng số sau:
Nhà máy vị trí bờ phải, kiểu hở.
- Lưu lượng đảm bảo:

12,78 m3/s

- Lưu lượng lớn nhất qua nhà máy:

51,95m3/s

- Cột nước lớn nhất Hmax:

330,52m

- Cột nước nhỏ nhất Hmin:

257,23m

- Cột nước trung bình Htb:

309,2m

- Cột nước tính tốn Htt:

275,0m

- Cao trình sàn lắp máy:

92m

- Cao trình tâm BXCT:

67,0m

-

218,96m2

Diện tích sàn lắp ráp:

- Kích thước Nhà máy (rộng x dài):

19,0x45,8m

- Công suất lắp máy:

125MW

- Số tổ máy 02, công suất 1 tổ:

62,5MW

- Công suất đảm bảo:

38,85 MW

- Sản lượng điện trung bình năm:

540.925 triệu kW

- Loại tua bin:

Francis

- Đường kính bánh xe công tác

2,2m

1.2.7. Trạm phân phối 110kV
Trạm phân phối 110kV Nhà máy thủy điện Đakđrinh sử dụng sơ đồ nối dây hai
thanh cái, trong trạm bố trí các thiết bị máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, máy biến
điện áp, máy biến dòng điện, chống sét van.


10

Trạm có nhiệm vụ truyền tải tồn bộ cơng suất từ hai tổ máy H1, H2 lên lưới
điện Quốc gia thông qua hai đường dây xuất tuyến 171 và 172 . Mỗi đường dây xuất
tuyến có thể truyền tải tồn bộ công suất của Nhà máy.
1.2.8. Máy phát thủy lực
- Máy phát thuỷ lực SF62,5-12/4690 là máy phát điện đồng bộ 3 pha trục đứng
kiểu treo dùng để biến đổi cơ năng từ tuabin thành điện năng.
Giải thích ký hiệu SF62,5-12/4690:
+ SF: Máy phát thuỷ lực.
+ 62,5: Công suất định mức.
+ 12: Số cặp cực từ.
- Các giá trị định mức:
+ Công suất định mức:

73,5/62,5MVA/MW.

+ Điện áp stator định mức:

13,8 kV.

+ Dòng điện stator định mức:

3076 A

+ Tần số định mức:

50 Hz

+ Cosφ định mức:

0,85

+ Tốc độ quay định mức:

500 Vòng/phút

+ Dòng điện rotor định mức:

1030 A

+ Điện áp rotor định mức:

196 V

- Các giá trị cho phép:

+ Phạm vi thay đổi tần số với Uđm:

1 fđm

+ Phạm vi thay đổi điện áp với Sđm, nđm:

5 Uđm

+ Tốc độ lồng tốc với thời gian tối đa :

855 V/ph

1.3. Nguyên lý làm việc và chƣơng trình làm việc của máy phát điện
1.3.1. Nguyên lý làm việc
Máy phát điện đồng bộ là một thành phần rất quan trọng của hệ thống điện,
chúng có hai loại từ trường đó là từ trường cực từ do dịng điện kích từ tạo ra và
từ trường phần ứng do dòng điện phần ứng tạo ra. Hai từ trường này quay đồng
bộ nhau. Dòng điện một chiều trong rotor được cung cấp bằng hệ thống kích từ.
Có nhiều kiểu khác nhau của hệ thống kích từ, hệ thống kích từ của các
máy phát ngày nay thường lấy nguồn từ máy biến áp kích từ nối với điện áp đầu


11

cực máy phát, qua bộ tự động điều chỉnh điện áp kích từ (AVR) để cấp điện cho
cuộn kích từ. Nguồn năng lượng sơ cấp được đưa vào quay turbin để quay rotor
máy phát.
Phương trình đặc tính góc cơng suất của máy phát [7]:
EU0
Hình 1.1: Hệ thống gồm máy phát nối với hệ thống

Công suất tác dụng của máy phát được tính như sau:
(

)

(1.1)

Trong đó:
+ E: Sức điện động của máy phát.
+ U: Điện áp đầu cực máy phát.
+

,

: Điện kháng dọc và ngang trục của máy phát.

+ : Góc lệch rotor máy phát.
Có thể viết lại:

P=

+

Cơng suất tác dụng P của máy đồng bộ có hai phần, một phần cơng suất
tỷ lệ với sin và phụ thuộc vào kích từ; một phần công suất

tỷ lệ với sin2

không phụ thuộc vào kích từ. Như vậy đối với máy phát đồng bộ cực lồi khi mất
kích từ cơng suất tác dụng vẫn có một lượng nhỏ là

Pm

UE

x

Máy phát

sin 

db

Với máy đồng bộ cực ẩn vì

Động cơ

.

nên.

Động cơ

Hình 1.2: Đặc tính góc công suất máy điện đồng bộ.

Máy phát


12

Đặc tính góc cơng suất phản kháng, cơng suất phản kháng của máy điện.

Q=

(

)

(1.2)

Khi: -' <  < +' máy phát cơng suất phản kháng vào lưới, ngồi phạm vi
trên máy tiêu thụ công suất phản kháng.
Chế độ xác lập (CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ) của HTĐ có mối quan
hệ nhất định. Tuy nhiên mơ hình QTQĐ khác về cơ bản so với CĐXL [6]:
Khi ở CĐXL các sức điện động được coi là không đổi, do mất cân bằng
công suất trong chế độ quá độ nên mô men quay roto của các máy phát thay đổi,
dẫn đến sự biến thiên thông số trạng thái (điện và từ) của hệ thống. Từ đó góc
pha và biên độ các sức điện động thay đổi theo thời gian phụ thuộc quy luật
chuyên động cơ học. Quán tính điện từ trong các cuộn dây điện cảm của máy
phát, máy kích thích, các hệ thống tự động điều chỉnh gây ra QTQĐ điện từ phức
tạp, cần phải xem xét đến trong chế độ quá độ.
Như vậy với những yếu tố phức tạp kể trên, hệ phương trình vi phân đầy
đủ mơ tả QTQĐ trong HTĐ nói chung là phi tuyến cấp cao.
Cần có sự thay đổi, đơn giản hóa mơ hình theo những mức độ khác nhau
phù hợp với mục đích yêu cầu của bài toán. Đây cũng là một đặc điểm rất đáng
chú ý khi xem xét các vấn đề về ổn định HTĐ.
- Phương trình chuyển động quay roto các máy phát. hình 1.3.





n
1
0

0

2
1

Hình 1.3: Mơ hình chuyển động rotor máy phát
Phương trình chuyển động quay roto của máy phát điện đồng bộ trong đơn
vị có tên [6]:
(1.3)


13

Trong đó:
+ TJ : Hằng số qn tính.
+ Trong đơn vị tương đối, phương trình có dạng đơn giản hơn:
(1.4)
Đơi khi để tiện lợi trong cách viết người ta còn tính PJ bằng đơn vị radian
Để tiện lợi trong cách viết ta cịn có thể tính PJ bằng đơn vị radian, nghĩa là:
JJ (rad) = 0TJ(s). Khi đó phương trình có dạng chuyển động gọn nhất:
TJd2/dt2 =

-

(1.5)

.

Kể đến lực cản ma sát hoặc mômen cản điện từ tỉ lệ với tốc độ quay, cần
phải thêm vào phương trình thành phần tỉ lệ với tốc độ chuyển động d/dt:
TJd2/dt2 +
Hệ số cản
bên vế phải.

.d/dt =

-

(1.6)

có dấu dương, tương đương với thêm mơmen âm (cản) nằm

Hệ thống điện có nhiều máy phát điện, ở chế độ quá độ, các roto chuyển
động theo những tốc độ khác nhau. Dạng chung của phương trình chuyển động
tương đối (so với trục quay đồng bộ) không có gì thay đổi.
Cách biểu diễn mỗi góc lệch tương đối i so với trục đồng bộ như hình 1.3
thể hiện. Cịn ký hiệu góc lệch tương đối giữa máy phát i và máy phát j là =
- . Khi đó mỗi góc lệch
đối.

, theo nghĩa nào đó lại được gọi là góc lệch tương

Để phương trình có dạng chuẩn Cơ-si (bậc nhất với các đạo hàm nằm bên
trái) ngồi ra người ta sử dụng tốc độ chuyển động tương đối s = d/dt = 0 - .
Như vậy hệ phương trình chuyển động tương đối roto các máy phát trong hệ
thống phức tạp có dạng:

di = si
dt

T

dsi = Ji (PTi – PEi)
0
dt

i = 1, 2, …., n
- Phương trình quá độ điện từ.

(1.7)


14

Nghiên cứu ổn định của quá trình quá độ, đặc biệt chỉ phân tích những vấn
đề liên quan trong khoảng thời gian ngắn vào khoảng 1s hoặc nhỏ hơn, máy điện
có thể được mơ tả bằng nguồn áp sau điện kháng q độ có độ lớn khơng đổi dù
có sự thay đổi về góc. Sự biểu diễn này bỏ qua ảnh hưởng của sự lồi lõm và giả
thiết từ thông móc vịng khơng đổi và sự thay đổi nhỏ về tốc độ. Điện áp sau điện
kháng quá độ được xác định từ:
E’ = Et + ra.It + jxd’.It.

(1.8)

Trong đó:
+

: Điện trở phần ứng.

+ It: Dòng điện ở đầu cực máy phát.
+ x’d: Điện kháng quá độ
+ Et: Điện áp đầu cực máy phát.
+ E’: Điện áp sau điện kháng quá
Sự lồi lõm và biến thiên của từ thơng móc vịng có thể được đưa vào tính
tốn bằng việc biểu diễn những ảnh hưởng của đại lượng xoay chiều 3 pha của
máy điện đồng bộ do tác động của các thành phần dọc và ngang trục. Điện áp sau
điện kháng đồng bộ ngang trục được xác định:
Eq = Et + raIt + jxqIt

(1.9)

Với xq là điện kháng đồng bộ ngang trục.

Hình 1.4: Sơ đồ mạch tương đương và đồ thị góc pha của máy phát