Bài giảng Nhà máy điện và trạm - ĐH Phạm Văn Đồng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.43 MB, 20 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG

KHOA KỸ THUẬT-CÔNG NGHỆ

---

---BÀI GIẢNG

NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM

(BẬC: CAO ĐẲNG)

Quảng Ngãi, 2015

GV: Trƣơng Quang Sanh

BỘ MÔN: Điện-Điện tử

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG

KHOA KỸ THUẬT-CÔNG NGHỆ

---

---BÀI GIẢNG

NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM

(BẬC: CAO ĐẲNG - 45 TIẾT)

Quảng Ngãi, 2015

GV: Trƣơng Quang Sanh

BỘ MÔN: Điện-Điện tử

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3></div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ... 7

CHƢƠNG 1 ... 8

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ... 8

1.1. Năng lƣợng và vấn đề sản xuất điện năng ... 8

1.2 Quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện ... 11

1.3 Trạm biến áp ... 18

CHƢƠNG 2 MÁY BIẾN ÁP ... 20

2.1. Khái niệm và phân loại ... 21

2.2. Các thông số của máy biến áp (MBA) ... 22

2.3. Tổ đấu dây của MBA ... 24

2.4. Các hệ thống làm mát của MBA ... 25

CHƢƠNG 3 LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN ... 27

3.1 Chọn máy cắt điện ... 33

3.2. Chọn dao cách ly ... 36

3.3. Chọn máy biến điện áp (BU, TU) ... 37

3.4 Chọn máy biến dòng (BI, TI) ... 38

CHƢƠNG 4 ... 41

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ... 41

4.1 Khái niệm chung ... 41

4.2 Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản ... 43

4.2.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp ... 43

4.2.2 Sơ đồ hệ thống một thanh góp phân đoạn nối mạch vịng ... 49

4.2.3 Sơ đồ hệ thống hai thanh góp ... 50

4.2.4 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vịng ... 56

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

LỜI NĨI ĐẦU

Điện năng đƣợc sản xuất từ các nhà máy điện, qua các trạm tăng áp để truyền
tải đi xa, sau đó đƣợc hạ áp thơng qua các trạm hạ áp để cung cấp điện cho các hộ
tiêu thụ. Vì vậy, Nhà máy điện và Trạm biến áp là hai khâu quan trọng trong hệ
thống điện.

Cuốn Bài giảng “Nhà máy điện và Trạm” này sẽ giúp trang bị cho sinh viên
ngành Điện những kiến thức cơ bản nhất về Nhà máy điện, trạm biến áp cũng nhƣ
quá trình vận hành, thao tác, sửa chữa các thiết bị khi gặp sự cố. Đồng thời, giúp
sinh viên có thể tính chọn các thiết bị khi thiết kế Nhà máy điện và Trạm biến áp.

Nội dung của bài giảng gồm 4 chƣơng:

Chƣơng 1: Khái niệm chung về nhà máy điện và trạm biến áp 
Chƣơng 2: Máy biến áp

Chƣơng 3: Lựa chọn khí cụ điện

Chƣơng 4: Sơ đồ nối điện của nhà máy điện và trạm biến áp

Do thời gian biên soạn có hạn nên không tránh đƣợc những sai sót, mong
những góp ý xin gửi về Bộ môn Điện - Điện tử, khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trƣờng
Đại học Phạm Văn Đồng. Trân trọng cảm ơn!

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

CHƢƠNG 1

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 
1.1. Năng lƣợng và vấn đề sản xuất điện năng

Tăng trƣởng kinh tế gắn liền với gia tăng nhu cầu tiêu thụ năng lƣợng, đặc biệt
là điện năng. Tăng trƣởng kinh tế càng nhanh đòi hỏi nguồn năng lƣợng sử dụng
càng lớn. Với tốc độ phát triển của kinh tế thế giới và nhu cầu tiêu thụ năng lƣợng,
nguồn năng lƣợng truyền thống đang cạn kiệt dần. Sự phụ thuộc ngày một nhiều
vào việc nhập khẩu nguyên nhiên liệu có thể làm kìm hãm tốc độ tăng trƣởng kinh
tế dẫn đến tình trạng bất ổn xã hội. Vì lẽ đó, năng lƣợng đƣợc xem là có quan hệ
mật thiết tới sự tăng trƣởng kinh tế và ổn định chính trị - xã hội.

Hệ thống điện và hệ thống năng lƣợng

Hệ thống năng lƣợng là tập hợp những nhà máy điện, trạm biến áp, các hộ tiêu
thụ điện và nhiệt năng, chúng đƣợc nối lại với nhau bằng các mạng điện và mạng
nhiệt.

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lƣợng gồm có các máy phát
điện, thiết bị phân phối điện, mạng điện và các hộ tiêu thụ điện.

Ngƣời ta chia hệ thống năng lƣợng thành 3 bộ phận chính:

 Nguồn phát năng lƣợng : Nhà máy điện sản xuất nhiệt năng và điện năng.
 Bộ phận truyền tải : Mạng điện và mạng nhiệt.

 Các hộ tiêu thụ : Biến đổi điện năng và nhiệt năng thành các dạng năng
lƣợng khác.

* Đặc điểm của hệ thống điện

 Sản xuất và tiêu thụ phải đồng thời , các sự cố của bất cứ bộ phận nào làm

mất sự cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ đều có thể dẫn đến ngừng làm việc
một phần hay toàn bộ hệ thống .

 Các quá trình quá độ trong hệ thống năng lƣợng xảy ra rất nhanh, nên ngƣời

ta phải sử dụng các thiết bị rơle tự động để loại trừ sự cố nhanh chóng.

 Sự phát triển của hệ thống năng lƣợng phụ thuộc vào sự phát triển của nền

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

* Ƣu điểm của hệ thống điện

 Đảm bảo phân phối công suất hợp lý và kinh tế nhất, tận dụng các thiết bị và

nguyên liệu địa phƣơng một cách hợp lý, do đó giảm giá thành điện năng.

 Nâng cao tính chất đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ.

 Giảm đƣợc phần trăm công suất dự trữ và tăng đƣợc công suất đơn vị các tổ

máy.

Hình 1.1 Sơ đồ kết nối các nhà máy điện

* Nhƣợc điểm của hệ thống điện

Xây dựng hệ thống năng lƣợng đòi hỏi phải tốn thêm vốn đầu tƣ xây dựng các
trạm biến áp và đƣờng dây liên lạc. Tuy nhiên nó sẽ đƣợc bù lại nhanh chóng bằng
việc hạ giá thành điện năng và tăng độ tin cậy cung cấp điện và nhiệt.

* Vấn đề sản xuất điện năng

Để có đƣợc năng lƣợng dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lƣợng sơ cấp phải trải qua
nhiều công đoạn nhƣ khai thác, chế biến, vận chuyển và phân phối. Các công đoạn
này địi hỏi nhiều chi phí về tài chính, kỹ thuật và các ràng buộc xã hội.

Năng lƣợng sơ cấp tồn tài ở các dạng sau:

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

- Thế năng: nƣớc của các dòng thác, các dòng sông ở một độ dốc nhất định,

nƣớc thủy triều, ...

- Động năng: năng lƣợng gió, năng lƣợng sóng biển.

- Nhiệt năng: năng lƣợng mặt trời, địa nhiệt, nhiệt đại dƣơng.
- Năng lƣợng hạt nhân: năng lƣợng của lò phản ứng hạt nhân.
- Cơ năng: sức kéo động vật, sức kéo của con ngƣời.

Sau khi khai thác qua các công đoạn biến đổi năng lƣợng sơ cấp chuyển thành
năng lƣợng thứ cấp nhƣ điện năng, nhiệt năng, dầu đốt, khí đốt,... Năng lƣợng thứ
cấp đƣợc phân phối cho các hộ tiêu thụ. Các thiết bị tiêu thụ năng lƣợng biến đổi
năng lƣợng thành năng lƣợng hữu ích.

Việt Nam là quốc gia sở hữu nguồn tài nguyên nƣớc phong phú, tiêu biểu là
dòng chảy của sông MeKong. Tiềm năng phát triển của thủy điện là rất lớn. Đặc
biệt, địa hình đồi núi dốc ở miền bắc tạo lợi thế cho vùng này phát triển thủy điện.
Tuy nhiên, lƣợng điện sản xuất do thuỷ điện lại chịu ảnh hƣởng rất lớn từ lƣợng
mƣa hàng năm nên việc sản xuất thuỷ điện tại Việt Nam khó có thế chủ động. Để
đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nƣớc, việc xây những nhà máy nhiệt điện hay điện
hạt nhân là yêu cầu cấp bách. Chính phủ Việt Nam nắm bắt đƣợc nguy cơ này và
đang tích cực đầu tƣ xây dựng cơ sở hạ tầng sản xuất điện.

Ngành kinh doanh điện ở Việt Nam là một ngành độc quyền dƣới sự quản lý
tập trung bởi Tập đoàn điện lực quốc gia (EVN). Điện đƣợc cung cấp dựa vào việc
các công ty điện tƣ nhân bán điện cho EVN. Cơ cấu điện lực ở Việt Nam là nhiệt
điện chiếm khoảng 60%, tiếp theo là thủy điện chiếm khoảng 40%.

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

1.2. Quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện

1.2.1. Khái niệm, phân loại nhà máy điện

Hình 1.2 Nhà máy Nhiệt điện Nghi Sơn 1

Nhà máy điện là một xí nghiệp đặc biệt có nhiệm vụ biến đổi các dạng năng
lƣợng khác nhau nhƣ năng lƣợng của nhiên liệu ( than, dầu, khí đốt,...) năng lƣợng
của nƣớc, gió, mặt trời, ... thành điện năng để cung cấp cho các hộ tiêu thụ.

Phân loại

Căn cứ vào loại nhiên liệu sử dụng cho nhà máy điện ngƣời ta chia ra các loại
sau:

a. Nhà máy nhiệt điện (NĐ):

Trong NĐ ngƣời ta dùng nhiên liệu là than đá, dầu hoặc khí đốt. Nhà máy
nhiệt điện còn đƣợc chia ra làm hai loại:

- Nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi
- Nhà máy nhiệt điện trích hơi.
b. Nhà máy thủy điện (TĐ):

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

Hình 1.3 Nhà máy thủy điện

c. Nhà máy điện nguyên tử (NT):

Hình 1.4 Nhà máy điện nguyên tử

Thực chất nhà máy điện nguyên tử là một nhà máy nhiệt điện, trong đó lò đốt
than đƣợc thay bằng lò phản ứng nguyên tử.

d. Nhà máy điện dùng sức gió:

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

Hình 1.5 Nhà máy điện gió

e. Nhà máy điện dùng năng lƣợng mặt trời:

Thực chất cũng là một nhà máy nhiệt điện, trong đó lị than đƣợc thay thế bằng
hệ thống kính thu nhận nhiệt năng của mặt trời.

Hình 1.6 Nhà máy năng lƣợng mặt trời

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

Hình 1.7 Nhà máy điện thủy triều 
1.2.2. Quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện

a. Nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi

- Ở nhà máy nhiệt điện, sự biến đổi năng lƣợng đƣợc thực hiện theo nguyên lý sau:
Nhiệt năng ==> Cơ năng ==> Điện năng

- Nhiên liệu dùng để đốt lị là than đá, than bùn, khí đốt, các loại dầu nặng, tre, …
- Hơi nƣớc có nhiệt độ và áp suất cao (khoảng 5500C, 250 at/cm2).

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

1. kho nhiên liệu; 2. hệ thống cấp nhiên liệu; 3. lò hơi; 4. tuabin; 5. bình ngƣng; 6.
bơm tuần hồn; 7. bơm ngƣng tụ; 8. bơm cấp nƣớc; 9. vịi đốt; 10. quạt gió; 11. quạt

khói; 12. bộ sấy khơng khí; 13. bộ hâm nƣớc; 14. bình gia nhiệt hạ áp; 15. bộ khử
khí; 16. bình gia nhiệt cao áp.

Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi.

Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện đƣợc trình bày nhƣ hình 1.2. Từ kho
nhiên liệu 1 qua hệ thống cấp nhiên liệu 2, nhiên liệu đƣợc đƣa vào lò 3. Nhiên liệu
đƣợc sấy khơ bằng khơng khí nóng từ quạt 10, qua bộ sấy khơng khí 12. Nƣớc đã
đƣợc sử lý hóa học, qua bộ hâm nƣớc 13 đƣa vào nồi hơi của lò. Trong lò xảy ra
phản ứng cháy: hóa năng biến thành nhiệt năng. Khói sau khi qua bộ hâm nƣớc 13
và bộ sấy khí 12 để tận dụng nhiệt, thốt ra ngồi qua ống khói nhờ quạt 11.

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

Hơi nƣớc sau khi ra khỏi tuabin có thơng số thấp đi vào bình ngƣng 5, hơi
nƣớc đọng thành nƣớc nhờ hệ thống làm lạnh tuần hồn. Nƣớc làm lạnh có thể đƣợc
lấy từ sơng hồ bằng bơm tuần hồn 6. Từ bình ngƣng 5, nƣớc ngƣng tụ đƣợc đƣa
qua bình gia nhiệt hạ áp 14 và đến bộ khử khí 15 nhờ bơm ngƣng tụ 7. Để bù lƣợng
nƣớc thiếu hụt trong q trình làm việc, thƣờng xun có lƣợng nƣớc bổ sung cho
nƣớc cấp đƣợc đƣa qua bộ khử 15.

Nƣớc ngƣng tụ và nƣớc bổ sung sau khi đƣợc sử lý, nhờ bơm cấp nƣớc 8 đƣợc
đƣa qua bình gia nhiệt cao áp 16, bộ hâm nƣớc 13 rồi trở về nồi hơi của lò 3.

Ngƣời ta cũng trích một phần hơi nƣớc ở một số tầng của tuabin để cung cấp
cho các bình gia nhiệt hạ áp 14, cao áp 16 và bộ khử khí 15.

b. Nhà máy điện nguyên tử

- Dùng các lò phản ứng hạt nhân để cung cấp nhiệt cho nhà máy.

- Phân hủy 1kg U235 tạo ra nhiệt năng tƣơng đƣơng với đốt 2900 tấn than đá.
- Nhà máy điện nguyên tử có những đặc điểm sau:

+ Khối lƣợng nhiên liệu nhỏ.

+ Không thải khói ra ngồi khí quyển.

+ Vốn đầu tƣ xây dựng lớn.

+ Hiệu suất cao hơn nhà máy nhiệt điện.

Sơ đồ nguyên lý quá trình sản xuất cơ bản nhƣ nhà máy nhiệt điện ngƣng
hơi, chỉ khác ở điểm sau:

- Lò hơi đƣợc thay bằng lò phản ứng hạt nhân;

- Để tránh nguy hiểm cho ngƣời và thiết bị do phóng xạ, ngƣời ta dùng hai hay
ba vòng chu trình nhiệt chứ khơng phải chỉ có một vịng chu trình nhiệt nhƣ nhà
máy nhiệt điện ngƣng hơi.

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện hạt nhân

Nguyên lý hoạt động:

* Chu trình thứ I:

- Nhiệt lƣợng tạo ra ở tâm lị phản ứng sẽ làm nóng chất dẫn nhiệt trong tâm
lò.

- Chất dẫn nhiệt sẽ chuyển nhiệt lƣợng này đến lò hơi và trao đổi nhiệt với chu
trình thứ II.

- Sau khi trao đổi nhiệt với chu trình thứ II. Chất dẫn nhiệt sẽ giảm nhiệt độ và
đƣợc bơm trở lại lõi lò.

- Tùy theo cấu trúc của lị mà chất tải nhiệt có thể là chất khí, nƣớc bốc hơi
hay nƣớc áp lực.

- Do tiếp xúc trực tiếp với chất phóng xạ nên chất tải nhiệt phải đƣợc bảo vệ
rất tốt không đƣợc thốt ra mơi trƣờng ngồi hoặc rị rỉ ra chu trình thứ II.

* Chu trình thứ II:

- Tại lị hơi, Nƣớc ở chu trình thứ II sau khi trao đổi nhiệt với chu trình thứ
nhất sẽ đƣợc bốc hơi và chuyển thành hơi quá nhiệt.

- Hơi quá nhiệt sẽ đƣợc đƣa đến làm quay Turbine.

- Turbine nối với trục máy phát và phát điện qua máy biến áp lên hệ thống
điện.

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

- Nƣớc sẽ đƣợc bơm trở lại lò hơi để trao đổi nhiệt với chu trình I.
* Chu trình thứ III:

- Tại bình ngƣng, Nƣớc lạnh đƣợc bơm từ sông lên để trao đổi nhiệt với hơi
nƣớc từ chu trình thứ II sau khi qua Turbine.

- Sau khi trao đổi nhiệt, nƣớc nóng sẽ đƣợc đƣa về tháp tản nhiệt.

- Tại tháp tản nhiệt, nƣớc nóng đƣợc phun qua các vòi nhỏ biến thành hơi và
bốc hơi đƣa ra ngoài.

c. Nhà máy thủy điện

- Ở nhà máy thủy điện, thủy năng đƣợc biến thành điện năng.
- Đặc điểm của nhà máy thủy điện:

+ Không gây ô nhiễm môi trƣờng.

+ Thiết bị tƣơng đối đơn giản, gần nhƣ hoàn toàn tự động.
+ Số ngƣời vận hành rất ít.

+ Giá thành sản xuất 1kWh điện năng rẻ nhất.

+ Thời gian nhận tải của nhà máy thủy điện rất nhanh.

- Ngồi kiểu nhà máy thủy điện thơng thƣờng cịn có nhà máy thủy điện tích năng.

1.3 Trạm biến áp 
1.3.1. Khái niệm

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

Hình 1.10 Trạm biến áp 
1.3.2. Phân loại trạm biến áp

a. Trạm tăng áp

Trạm tăng áp thƣờng đặt ở các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi điện áp từ
điện áp máy phát lên cấp điện áp cao hơn để truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa.
b. Trạm hạ áp

Trạm hạ áp đặt ở các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp từ cấp điện áp xuống cấp
điện áp thích hợp cho các hộ tiêu thụ điện.

c.Trạm biến đổi điện xoay chiều thành một chiều và ngƣợc lại.
d. Trạm phân phối điện

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 1

Câu 1: Hãy trình bày các dạng năng lƣợng sơ cấp?

Câu 2: Phân loại nhà máy điện?

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

CHƢƠNG 2 MÁY BIẾN ÁP
2.1. Khái niệm và phân loại

2.1.1. Khái niệm

Hình 2.1 Máy biến áp

Máy biến áp (MBA) là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý
cảm ứng điện từ, thực hiện nhiệm vụ biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp

điện áp khác cho phù hợp với yêu cầu truyền tải và phân phối năng lƣợng điện.

Điện năng đƣợc truyền tải từ nhà máy điện (NMĐ) đến hộ tiêu thụ thƣờng qua
nhiều lần biến đổi điện áp bằng các máy biến áp tăng và giảm áp. Do đó, tổng cơng
suất của các máy biến áp trong hệ thống điện thƣờng gấp 5-6 lần tổng công suất của
các máy phát có trong hệ thống.

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

2.1.2. Phân loại máy biến áp

- Phân loại theo nhiệm vụ:
+ MBA tăng áp.
+ MBA giảm áp.
- Phân loại theo số pha:

+ Máy biến áp 1 pha.
+ Máy biến áp 3 pha.

- Phân loại theo số cuộn dây:

+ MBA ba cuộn.

+ MBA hai cuộn dây.

+ MBA có cuộn dây phân chia.
+ MBA tự ngẫu.

- Phân loại theo phƣơng pháp làm mát:

+ Máy biến áp kiểu khô: Cách điện là điện mơi rắn, làm mát bằng khơng
khí.

+ Máy biến áp kiểu dầu: Cách điện và môi trƣờng làm mát chủ yếu là dầu.

 Làm mát tự nhiên bằng dầu.