chuong2_-_phu_tai_dien.doc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (145.97 KB, 14 trang )

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

CHƯƠNG 2

PHỤ TẢI ĐIỆN

2.1. KHÁI NIỆM

Phụ tải điện là các thiết bị hay là tập hợp các khu vực gồm nhiều thiết bị sử dụng
điện năng để biến đổi thành các dạng năng lượng khác như quang năng, nhiệt năng,
cơ năng, hóa năng.

Phụ tải có thể biểu diễn dưới dạng tổng quát :
S = P + j Q

Trong đó : S – công suất biểu kiến , đơn vị đo lường là VA ; kVA ; MVA
P – công suất tác dụng , đơn vị đo lường là W ; kW ; MW

Q – công suất phản kháng , đơn vị đo lường là VAR ; kVAR ; MVAR
Về trị số: S =

√

P2

+Q2

P = S Cos

Q = S.Sin

Điện năng A là công suất tiêu thụ trong thời gian T.
A =

∫

t

❑P(t)dt = PiTi

Đơn vị đo lường là Wh ; kWh ; MWh .
Phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu phụ tải có thể
Phân loại theo tính chất : 
- Phụ tải động lực: cung cấp cho các động cơ điện.
- Phụ tải chiếu sáng

Phân loại theo khu vực sử dụng:

- Phụ tải công nghiệp: cung cấp cho khu công nghiệp.
- Phụ tải nông nghiệp: cung cấp cho khu vực nông nghiệâp.
- Phụ tải sinh hoạt: cung cấp cho vùng dân cư.

Phân loại theo mức độ quan trọng:

- Phụ tải loại 1: khi mất điện ảnh hưởng đến tính mạng con người, thiệt
hại lớn cho nền kinh tế quốc dân hoặc ảnh hưởng lớn đến chính trị.
- Phụ tải loại 2: khi mất điện có ảnh hưởng đến nền kinh tế, sản xuất
nhưng không nghiêm trọng như loại 1.

- Phụ tải loại 3: về nguyên tắc có thể mất điện thời gian ngắn không
ảnh hưởng nhiều đến các hộ tiêu thụ.

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

- Đối với phụ tải loại 1: khu công nghiệp quan trọng, các thành phố lớn, các
khu vực ngoại giao, công sở quan trọng, các hầm mỏ, bệnh viện, hầm giao
thông dài v.v… cần phải đảm bảo điện liên tục (24/24 giờ trong ngày) do đó
phải có ít nhất 2 nguồn độc lập hoặc phải có nguồn dự phịng thường trực. Nói
cách khác là nặng về kỹ thuật, tính đảm bảo, yếu tố kinh tế (vốn đầu tư) có thể
cao.

- Đối với phụ tải loại 2: khu công nghiệp nhỏ, địa phương, khu vực sinh hoạt
đơng dân phức tạp v.v… nói chung cũng quan trọng nhưng khơng bằng loại 1,
khi thiết kế có thể cân nhắc giữa yếu tố kỹ thuật với vốn đầu tư. Nếu không
làm tăng vốn đầu tư nhiều hoặc không phức tạp khó khăn lắm nên thiết kế 2
nguồn cung cấp có thể chuyển đổi khi có sự cố 1 nguồn.

- Đối với phụ tải loại 3 : chủ yếu là các khu vực dân cư khi thiết kế có
thể chỉ 1 nguồn cung cấp.

2.2- ĐỒ THỊ PHỤ TẢI

Đồ thị phụ tải ( đtpt) là hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa công suất phụ tải ( S, P, Q )
theo thời gian (t).

Phụ thuộc vào thời lượng (T) cần quan tâm, quan sát sự thay đổi của phụ tải
có các loại đtpt sau :

- Đồ thị phụ tải hàng ngày : Thời lượng T gồm trong 24 giờ. Có thể bắt
đầu vào giờ bất kỳ, nhưng thường vẽ từ 0 đến 24 giờ. Phụ tải có thể vẽ bằng trị
thực theo tỉ lệ xích được chọn thích hợp hay vẽ bằng phần trăm so với trị cực
đại (Smax, Pmax). Đồ thị phụ tải thường được vẽ theo dưới dạng bậc thang.

Đtpt được vẽ theo phương pháp xác định từng điểm trên trục tọa độ trong đó
trên trục tung biểu diễn cơng suất ( S, P, Q ), trên trục hoành biểu diễn thời
gian t . nối các điểm lại với nhau ( hình 2.1 ) ta được đtpt hình gấp khúc . Mức
độ chính xác phụ thuộc vào khoảng thời giữa các điểm . Đtpt vẽ theo phương
pháp này phức tạp ít được ứng dụng trong tính tốn thiết kế .

Để thuận tiện trong tính tốn , thường biến đổi từ đtpt dạng này thành đtpt

hình bậc thang nhưng phải đảm bảo hai điều kiện :

- Điện năng trong một ngày nghĩa là diện tích giới hạn giữa hàm số P(t)
vơi trục tọa độ không thay đổi .

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

Đường nét đậm vẽ trên hình 2.1 là đtpt vẽ theo bậc thang hóa thỏa mãn 2
điều kiện trên của đtpt đã vẽ theo từng điểm

Từ đtpt hằng ngày có thể suy ra các trị số đặc trưng của phụ tải :
- Trị số cực đại : Pmax

- Trị số cực tiểu : Pmin P

- Trị số trung bình : Ptb = 24A

- A : điện năng sử dụng trong một ngày :
- Tmax : thời gian sử dụng cơng suất cực đại

Angày đêm=ΣPiTi

Tmax= A

Pmax - Hệ số điền kín phụ tải  :

 = PPtb

max =

A

24Pmax 0 t1 t2 ti

24 (h)

Hình 2.1- Đtpt hằng ngày
Đường nét đứt vẽ theotừng điểm
Đường nét đậm vẽ theo bậc thang

Đồ thị phụ tải hàng ngày được sử dụng khi thiết kế để chọn công suất máy
biến áp, tính tốn các phần dẫn điện, tính tổn thất điện năng của máy biến áp.

-Đồ thị phụ tải hằng năm:

Tùy theo mục đích sử dụng, đồ thị phụ tải hằng năm có thể biểu diễn dưới 2
dạng thơng dụng sau đây:

a. Dạng 1: chọn một số đtpt hàng ngày điển hình với n ngày sử dụng. Ví dụ:
- Đồ thị phụ tải mùa hè với n1 ngày có P11(T11); P21(T21); P31(T31); P41(T41).

- Đồ thị phụ tải mùa đông với n2 ngày có P12(T12); P22(T22); P32(T32) .

Suy ra đồ thị phụ tải hằng năm :
P1 với T1 = n2T22;

P2 với T2 = n1T31 + n2T32;

P3 với T3 = n1T21 + n2T12;

P4 với T4 = n1 (T11 + T41).

Từ đó suy ra đtpt hàng năm trong đó biểu diễn quan hệ mức phụ tải Pi từ lớn

nhất Pmax giảm dần đến trị bé nhất Pmin theo thời lượng Ti giờ đã sử dụng của

các trị Pi này (hình 2-2). Dạng này thường sử dụng để xác định điện năng tiêu

thụ trong một năm A =Pi Ti và cho thời lượng Ti đã sử dụng các bậc phụ tải Pi

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

Hình 2-2 . Đtpt hằng năm vẽ từ các đtpt hằng ngày điển hình

lớn nhất Pmax giảm dần đến trị bé nhất Pmin theo thời lượng Ti giờ đã sử dụng

của các trị Pi này (hình 2-2). Dạng này thường sử dụng để xác định điện năng

tiêu thụ trong một năm A = Pi Ti và cho thời lượng Ti đã sử dụng các bậc phụ

taûi Pi .

b) dạng 2 . Từ trị số cực đại của các tháng trong năm vẽ được đtpt của một năm
(hình 2.3)

T32

P22

P32

T1 = n2T2

T2 = n1T31 + n2T32

T3 = n1T21 + n2T12

T4 = n1 (T11 + T41)
8760
giờ

T1 T2 T3 T4

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

Hình 2-3. Đồ thị phụ tải vẽ theo trị cực đại hằng tháng

Đtpt vẽ theo dạng 2 được sử dụng để qui định chế độ vận hành của NMĐ đối
với nhân viên vận hành , lập kế noạch sữa chữa các tổ máy phát và chọn công
suất máy phát điện khi thiết kế .

2.3 TỔNG HỢP ĐỒ THỊ PHỤ TẢI

Tổng hợp đồ thị phụ tải là cộng hai hoặc nhiều đồ thị phụ tải ở các cấp điện
áp do nhà máy hay trạm biến áp cần cung cấp điện. Phụ tải tổng này bao gồm
cả phần tổn hao trong truyền tải (qua máy biến áp) và phần tự dùng phục vụ
cho việc sản xuất và truyền tải điện năng (tự dùng) Ptd.

Tự dùng của nhà máy điện xác định theo biểu thức :
Ptd = α∑Pmf ( 0,4 + 0,6

∑

Pt

∑

Pmf )

- : hệ số tự dùng phụ thuộc vào loại NMĐ và công suất của các tổ máy Pmf.

- Pmf: toång công suất đặt của các tổ máy phát.

- Pt: tổng công suất phát ra tại các thời điểm.

- 0.4: là 40% công suất tự dùng không phụ thuộc vào công suất phát ra
- 0.6: là 60% công suất tự dùng phụ thuộc vào công suất phát ra Pt.

Nếu không có các số liệu cụ thể có thể xác định hệ số  một cách gần

đúng như sau:

- Với NMĐ kiểu tuabin ngưng hơi :  = ( 8 – 12 ) % .

- Với NMĐ kiểu tuabin khí :  = ( 4 – 6 ) %

- Với nhà máy thủy điện :  = ( 0,5 – 2 ) %

Trị số nhỏ đối với các nhà máy có cơng suất tổ máy lớn , trị số lớn đối với
các nhà máy có cơng suất nhỏ .

Tự dùng của trạm biến áp không phụ thuộc hồn tồn vào cơng suất của trạm
biến áp mà chủ yếu vào trạm biến áp có hay khơng có người trực thường
xuyên, và vào hệ thống làm lạnh của máy biến áp (có quạt, có hệ thống bơm
dầu, nước cưỡng bức).

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

Ví dụ 2-1 Về cơng suất tổng của trạm biến áp cung cấp cấp cho hai phụ tải ở
điện áp U1 và U2.

Đồ thị phụ tải tổng hợp vẽ từ tij nhỏ đến lớn và trong thời gian đó cộng các

phụ tải lại, sau đó cộng thêm phần tự dùng hay tổn hao.

Thường lập thành bảng tổng hợp phụ tải theo phương pháp lập bảng cho P, Q
và tính S nếu cos khác nhau. Trường hợp cos như nhau có thể chỉ vẽ cho P.
Ví dụ 2- 2: Vẽ đồ thị phụ tải tổng hợp cho một trạm biến áp cung cấp cho 3 phụ tải
có đồ thị phụ tải ở U1, U2, U3 tương ứng cho trên hình 2-5a,b,c

với P1max = 50MW, P2max = 40MW, P3max = 80MW

Hình 2-4

a) b) c)

Hình 2-5. Đtpt của trạm biến áp trong ví dụ 2-2

Bảng tổng hợp phụ tải của trạm biến áp: Bảng 2.1

P1
1
P2
1
P3

1
t1
1
t2
1
t3
1
P1
2
P2
2
P3
2
t1
2
t2
2
t3
2
P1
1
P1
3
P1

2 P22

P3
2
P1

2
P2
2
P2
2

P

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

TT Từ…đến Phụ tải ở các cấp điện áp (MW)

U1 U2 U3 Tï dùng Tổng %

1 0 6(h) 20 32 48 0.5 100.5 63

2 6  12(h) 40 40 80 0.5 160.5 100

3 12 18(h) 50 40 64 0.5 154.5 97

4 18  24(h) 20 24 32 0.5 76.5 48

Ví dụ 2-3: Vẽ đtpt qua máy biến áp trong nhà máy điện vẽ trên hình 2.6
Máy phát điện F: Sđm = 100MVA

Phụ tải ở UF: Smax = 60MVA

Đtpt tổng hợp của trạm biến áp trong ví dụ 2.2 theo bảng 2.1
Ví dụ 2-3: Vẽ đtpt qua máy biến áp trong nhà máy điện vẽ trên hình 2.6
Máy phát điện F: Sđm = 100MVA

Phụ tải ở UF: Smax = 60MVA

100
97
63
48

P(MW)
%

0 6 12 18 24
t(giờ)
100.5

160.5 154.5

76.5

100%
80
60

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

Hình 2.6 
Với đồ thị phụ tải hình 2-6b gồm cả tự dùng. Giả thuyết 2 máy phát điện
luôn phát đầy tải.

S = 200MVA
Phụ tải ở UF:

- 0  4 giờ: 40%.60 = 24MVA

- 4  18 giờ: 80%.60 = 48MVA

- 18  21 giờ: 100%.60 = 60MVA

- 21  24 giờ: 60%.60 = 36MVA

Đồ thị phụ tải qua máy biến áp được vẽ bằng cách lấy đồ thị phụ tải của 2
máy phát điện trừ phần tải ở phụ tải điện áp máy phát điện (phần gạch chéo
trên hình 2-7a từ đó suy ra hình 2-7-b.

F
(a)

~

F
40
20

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

24
24

Hình 2-7

- 0  6 giờ: S1 = 200 – 24 = 176MVA

- 6  18 giờ: S2 = 200 – 48 = 152M

- 18  21 giờ: S3 = 200 – 60 = 140MVA

- 21  24 giờ: S4 = 200 – 36 = 164MV

Ví dụ 2-4: Vẽ đồ thị phụ tải qua các cuộn dây của MBA từ ngẫu trong nhà
máy điện hình 2-8(a). Đtpt ở cấp điện áp 110 kV cho trên hình 2-8b, và ở
điện áp 10,5 kV cho trên hình 2-8c. Giả thiết các máy phát điện ln vận
hành định mức. Tồn bộ công suất thừa phát về hệ thống.

a) b) c)

Hình 2-8. Sơ đồ nối điện và đtpt của nhà máy điện cho trong ví dụ 2.4
a) Sơ đồ nối điện ‘ b) đtpt 110 kV ; c) đtpt 10,5 kV

Maùy phaùt F1, F2, F3: Sñm = 100MVA

Phụ tải ở 110KV : Smax = 150MVA (hình 2-9.b)

Phụ tải ở 10.5KV : Smax = 50MVA (hình 2-9.c)

- Đồ thị phụ tải của cuộn trung của máy biến áp từ ngẫu thực hiện bằng cách
lấy đồ thị phụ tải ở điện áp 110KV trừ đi cơng suất máy phát F3 (100MVA)

(hình 2-9a).

Từ 0 – 6 giờ là: 100-90 = 10 MVA

6 – 18 giờ là: 100-150 =-50 MVA

18 – 24 giờ là: 100-120 =-20 MVA

0 6 12 18 22 24 t

~

~

F1 F2
F3
220k
VVV
10.5K
V
110K
V
HT
100
80
60
40
20
S%

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

- Đồ thị phụ tải của cuộn hạ của máy biến áp thực hiện bằng cách lấy công
suất 2 tổng đại số và thực hiện bằng trị số thực là MVA

- Đtpt qua cuộn cao :

Từ 0  6 giờ : Sc1 = SH1 + ST1 = 180 + 10 = 190 (MVA) từ hạ và trung lên cao

6  18 giờ: Sc2 = SH2 – ST2 = 160 - 50 = 110 (MVA) từ hạ lên cao và trung

18  22 giờ: Sc3 = SH3 – ST3 = 150 – 20 = 130 (MVA) từ hạ lên cao và trung

22  24 giờ: Sc4 = SH4 – ST3 = 170 – 20 = 150 (MVA) từ hạ lên cao và trung

Do đó phụ tải qua các cuộn cao, trung, hạ các MBA tự ngẫu như sau:

0 6 12 18 24
t(giờ)

0 6 12 18 22 24
S(MVA)

200

t(giờ)
180

170
160
150

0 6 12 18 24
t(giờ)

0 6 12 18 22 24
S(MVA)

200
150

Đồ thị phụ tải ở 
U = 110KV

Máy phát điện F3
100

200

S(MVA)

2 MFĐ F1 và F2 phát

Phần cuộn hạ 
phát lên (đồ thị 
phụ tải cuộn hạ)

Đồ thị phụ tải cuộn 
U = 10.5KV

50
40
30

90
120

a) Hình 2.9

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

Thời gian SHạ(MVA) STrung (MVA) SCao (MVA)

0-6 180 10 190

6-18 160 -50 110

18-22 150 -20 130

22-24 170 -20 150

2-4. ĐIỀU CHỈNH ĐỒ THỊ PHỤ TẢI .

Đtpt càng bằng phẳng không dao động nhiều , sự khác biệt giữa các trị số
Pmax, Pmin, Ptb không khác nhau nhiều vận hành sẽ dể dàng và kinh tế hơn , do đó

cần phải làm cho đtpt càng bằng phẳng càng tốt .
Các biện pháp chủ yếu để điều chỉnh đtpt :

+ Các biện pháp kỷ thuật :

-Ghép thành HTĐ càng lớn là biện pháp tốt nhất để làm cho đtpt bằng phẳng.
-Phát triển các xí nghiệp làm việc ba ca để sang bằng đtpt giữa ban ngày với
ban đêm

- Bố trí ngày nghỉ trong tuần của các xí nghiệp xen kẻ nhau để sang bằng đtpt
giữa ngày thường với ngày chủ nhật .

- Bố trí giờ bắt đầu làm việc giữa các xí nghiệp với nhau cũng như giữa các
phân xưởng trong cùng một xí nghiệp khơng đồng thời , thực hiện biện pháp
này không những tránh phụ tải tăng đột ngột do dòng mở máy của dộng cơ
điện mà cịn góp phần điều hịa giao thơng trong giờ cao điểm .

- Phát triển các hộ sử dụng điện ngắn hạn và làm việc vào giờ phụ tải thấp .
+ Các biện pháp kinh tế :

Quy định giá điện khác nhau trong giờ cao điểm và những giờ phụ tải thấp .
+ Các biện pháp hành chính :

- Cắt điện để giảm tải trong giờ cao điểm .
0 6 12 18 24 0 6 12 18 22 24

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

- Phạt hành chính các hộ không chấp hành giảm tải không cần thiết trong thời
gian cao điểm v..v..

Cần chú ý rằng biện pháp kỷ thuật là chính , trong trường hợp bất khả kháng
mới áp dụng biện pháp hành chính .

2.5 . PHÂN PHỐI ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .

Khi tất cả các NMĐ đã nối chung vào thành HTĐ , việc phân phối phụ tải
cho các NMĐ có ảnh lớn đến giá thành điện năng và độ tin cậy của HTĐ . Với
đtpt hằng ngày đã cho phân phối phụ tải cho các nhà máy căn cứ vào các
nguyên tắc .

- Giá thành điện năng thấp nhất .
- Độ tin cậy cung cấp điện cao nhất .

Chú ý dến các NMĐ sử dụng nhiên liệu địa phương .
Do đó :

- Trước tiên ưu tiên phân tải cho các NMĐ có đtpt bắt buộc như nhà máy thủy
điện khơng có hồ chứa nước hoặc các NMĐ chỉ có thể vận hành với đtpt nhất
định không cần mua nhiên liệu . Các NMĐ này được nhậân phần gốc của đtpt .
- Phần trên đỉnh phân cho nhà máy thủy điện có hồ chứa vì các nhà máy này
có khả năng điều chỉnh công suất dể dàng .

- Phần giữa của đtpt sẽ phân phối cho các nhà máy nhiệt điện cịn lại ,trong
đó ưu tiên cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi gần nguồn nhiên liệu và có suất
tiêu hao nhiên liệu thấp

- Nhà máy điện nguyên tử cũng nhận phần giữa của đtpt . Tuỳ theo tính kinh
tế có thể ưu tiên trước hay sau nhà máy nhiệt điện .

Cần lưu ý các nhà máy nhiệt điện phải làm việc liên tục với cơng suất tối
thiểu do u cầu của lị hơi khởi động rất tốn thời gian và nhiên liệu .

Đây là bài toán qui hoạch phi tuyến đa mục tiêu rất phức tạp .
Trên hình 2.10 vẽ minh họa sự phân phối đtpt giữa các NMĐ .

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

NÑR
NT

TÑ

0 t
Hình 2-10. Phân phối đtpt giữa các NMĐ trong HTĐ

TĐ - thuỷ điện ; NĐN – nhiệt điện ngưng hơi ; NĐR- nhiệt điện có rút hơi
NT – nhà máy điện nguyên tử

2.6. DỰ BÁO PHỤ TẢI.

Phụ tải điện là một đại lượng luôn luôn thay đổi và phát triển , trong khi xây
dựng NMĐ cần phải có thời gian , cho nên muốn đáp ứng được yêu cầu cung
cấp điện cần có kế hoạch trước , cũng như trong vận hành nếu biết trước được
phụ tải việc vận hành sẽ dễ dàng hơn . Do đó cần phải có dự báo phụ tải .
Dự báo phụ tải có 3 loại : ngắn hạn , trung hạn và dài hạn .

- Dự báo ngắn hạn là dự báo trước trong khoảng thơiø gian từ 1 đến 3 năm .
Thông số này được sử dụng khi thiết kế các TBA , chọn công suất máy biến áp
và các mạng diện địa phương , mạng điện của các xí nghiệp v..v..

- Dự báo trung hạn là dự báo trước trong khoảng thời gian từ 3 đến 7 hoặc 10
năm . Số liệu này được sử dụng khi lập kế hoạch xây dựng các NMĐ , các
đường dây dẩn điện cao áp 110 , 220 kV .

- Dự báo dài hạn là dự báo trước 10 dến 20 năm và lâu hơn còn gọi là dự báo
chiến lược dược sử dụng khi lập kế hoạch lâu dài trong phạm vi lớn của cả
nước hay nhiều nước .

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

Hiện nay do sự phát triển nhanh về khoa học kỷ thuật đặc biệt về cơng cụ tính
tốn trong lĩnh vực dự báo phụ tải đã có nhiều cơng trình có giá trị thực tiển .

Một số phươmg pháp dự báo phụ tải đã được áp dụng :

- Phương pháp suy diễn hay còn gọi là ngoại suy . Phương pháp này dựa vào
thống kê trong quá khứ có điều chỉnh theo tình hình cụ thể thực tế để tìm ra
qui luật phát triển và tính tốn cho tương lai . Phương pháp này được ứng dụng
cho các nước có tốc độ phát triển nói chung ổn định .

- Phương pháp thống kê . Phương pháp này dựa trên cơ sở tổng hợp các số liệu
dự báo của các ngành , các khu vực và theo suất tiêu hao điện của các sản
phẩm công nghiệp , của dân số v..v.. mà suy ra điện năng , công suất cần đáp
ứng tại thời điểm cần xác định .

- Phương pháp tương đương : Phương pháp này dựa trên một nước , một địa
phương có các thơng số hiện tại tương tự của nước , địa phương trong tương lai
đang cần dự báo mà suy ra các số liệu cần xác định . Phương pháp được áp
dụng nếu tìm được đối tượng thích hợp .

</div>