Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Điện đặc điểm công nghệ hệ thống điện Điện dạng lượng phổ biến, trở thành nguồn động lực công nghiệp sản suất đại quy mô, khí hóa tự động hóa Các ưu điểm đặc biệt điện năng: - Có thể dễ dàng biến đổi thành dạng khác sang điện năng, tận dụng nguồn lượng lớn thiên nhiên - Năng lượng điện dễ dàng truyền tải xa phân phối đến hộ tiêu thụ Việc chuyển tải điện xa hàng nghìn số nhờ dây dẫn điện đồng nhôm nhẹ, tổn thất điện - Điện biến đổi dễ dàng sang dạng lượng khác nhiệt, cơ, quang … Vì điện dùng hầu hết ngành sản suất công nghiệp, nông nghiệp, lâm ngư nghiệp, giao thông vận tải … Điện dùng sinh hoạt, khoa học công nghệ làm nâng cao đời sống vật chất tinh thần người Các đặc điểm điện sau: ♦ Quá trình sản suất tiêu thụ điện diễn đồng thời, hệ thống điện luôn trì cân lượng công suất phát công suất tiêu thụ ( kể tổn thất ) Do điện dự trữ ( trừ vài trường hợp đặc biệt có lưu trữ không đáng kể acquy, tụ điện,… ) ♦ Các trình diễn hệ thống điện nhanh, đòi hỏi hệ thống điện phải trang bị thiết bị tự động hóa để trì chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện ♦ Công nghiệp điện lực có liên mật thiết đến tất nghành kinh tế quốc dân Do chế độ làm việc, chất lượng độ tin cậy hệ thống điện có ảnh hưởng trực tiếp kinh tế Sự phát triển hệ thống điện phải trước bước để đảm bảo cho phát triển chắn nghành kinh tế khác 1.2 Hệ thống điện đại Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây tải điện thiết bị khác ( thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ, tụ bù … ) liên kết với thành hệ thống làm nhiệm vụ sản suất, truyền tải, phân phối tiêu thụ điện Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện 1.2.1 Nhà máy điện trạm biến áp 1.2.1.1 Nhà máy điện Nhà máy nhiệt điện: 16 15 17 14 13 11 10 12 Kho nhiên liệu Hệ thống cấp nhiên liệu Vòi đốt Lò Tuôc bin Máy phát Bình ngưng Bơm tuần hoàn 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 nhà máy nhiệt điện chiếm tỷ lệ quan trọng tổng công suất nguồn, dạng nguồn điện kinh điển Nguyên lý làm việc nhà máy nhiệt điện trình bày hình 1.3 Nhiệt lượng thu từ nhiên liệu than, dầu, khí đốt, … làm bốc nước nồi với nhiệt độ Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương khoảng 5000C áp suất cao, nước truyền đến tuốc bin với tốc độ cao làm quay cánh tuốc bin Trục tuốc bin gắn đồng trục với máy phát, quay với tốc độ 3000 vòng/phút loại máy có cặp cực sinh suất điện động có tần số 50Hz Nước qua tuốc bin ngưng tụ bình ngưng với nước bổ sung bơm nước đưa trở nồi Quá trình biến đổi lượng nhiệt → → điện Để tận dụng hết lượng người ta chế tạo tuốc bin nước có nhiều tầng nhiều bánh xe phát động vào đặc tính làm việc nhà máy nhiệt điện người ta chia làm hai loại: nhà máy nhiệt điện ngưng nhà máy nhiệt điện rút Đặc điểm nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: * Thường xây dựng gần nguồn nguyên liệu * Hầu hết điện sản suất phát lên lưới điện cao áp * Tính linh hoạt vận hành kém, khởi động 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 nhà máy nhiệt điện rút hơi: * Thường xây dựng gần phụ tải nhiệt * Hiệu suất cao nhà máy nhiệt điện ngưng η = 60 - 70% Nhà máy thủy điện (NMTĐ): Đập ngăn Mực nước thượng lưu Mực nước hạ lưu Ống dẫn áp lực Cửa chắn rác Buồng xoáy ốc tuốc bin Nơi đặt tuốc bin Trục tuốc bin 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 nhà máy thủy điện dụng lượng dòng nước chảy làm quay trục tuốc bin thủy lực để làm quay roto máy phát điện Quá trình biến đổi lượng thủy năng điện Công suất nhà máy thủy điện phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố lưu lượng dòng nước Q (m3/s) độ chênh lệch mức nước trước sau nhà máy thủy điện H (m) P = 9,81Q H η Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương η: hiệu suất chung 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 nhà máy thủy điện: * Xây dựng gần nguồn thuỷ nên thường xa phụ tải * Vận hành linh hoạt, thời gian khởi động mang tải từ đến phút, nhanh 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 góp phần điều tiết dòng chảy sông chống lũ Một dạng NMTĐ đặc biệt khác thủy điện tích năng, làm việc hai chế độ: chế độ sản xuất điện chế độ tiêu thụ điện Trong cao điểm máy phát điện làm việc chế độ sản xuất điện ( nước chảy từ hồ chứa thượng lưu xuống hồ chứa hạ lưu làm quay tuốc bin máy phát điện ) Vào thấp điểm NMTĐ làm việc chế độ tiêu thụ điện ( máy phát điện tiêu thụ điện để bơm nước từ hồ chứa hạ lưu lên hồ chứa thượng lưu ) gọi chế độ tích Chế độ bơm thấp điểm Chế độ phát vào lưới cao điểm Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý vận hành nhà máy điện tích Nhà máy tuốc bin khí: Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện tuốc bin khí chu trình hỗn hợp Nhà máy điện tuốc bin khí loại nhà máy điện mà áp suất khí đốt dãn nở trực tiếp làm quay tuốc bin khí quay roto máy phát điện Hiện 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 kết hợp tuốc bin tuốc bin khí Người ta sử dụng lò thu nhiệt ( gọi đuôi ) tận dụng nhiệt khí thoát tuốc bin khí để sản xuất nước cung cấp cho tuốc bi Đặc điểm nhà máy tuốc bin khí: • Chi phí đầu tư 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 bảo dưỡng đơn giản, dễ tự động hoá Nhà máy điện diesel: Nhà máy điện diesel sử dụng máy lượng sơ cấp động diesel làm quay máy phát để phát điện Các tổ máy phát có công suất khoảng từ vài trăm KVA đến vài chục KVA thường dùng làm nguồn dự phòng cho phụ tải công nghiệp nơi chưa có điện lưới Đặc điểm nhà máy điện diesel: • Thời gian khởi động ngắn • Công suất phát vừa nhỏ • Giá thành điện cao • Gọn nhỏ, tính linh, tính động cao Các nhà máy điện lượng sạch: 5.1 Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT) Nhà máy điện nguyên tử dạng đặc biệt nhà máy nhiệt điện, điện sản xuất từ nhiệt phản ứng hạt nhân tạo Nhiên liệu hạt nhân có khả tạo nhiệt cao, theo tính toán gam uran phân hạch sinh nhiệt Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương lượng tương đương 2000 kg dầu đốt than đá Ở nhà máy điện nguyên tử, nhiên liệu hạt nhân sử dụng chủ yếu là Uranium 235 (U235) hay plutonium 239 tạo từ Uranium 238 (U238), nhiệt thu trình phân huỷ hạt nhân dùng để đun nóng nước, nước bốc lên tiếp tục làm quay tuốc bin trường hợp nhà máy nhiệt điện Phần lớn NMĐNT vận hành với loại lò phản ứng nước áp lực (Pressurized Water Reactor) Sơ đồ nguyên lý lò phản ứng loại giới thiệu hình 1.7 Tâm lò phản ứng Thanh điều khiển Bình trao đổi nhiệt Bơm nén Vỏ thép Tuốc bin Máy phát điện Bơm Bình ngưng 10 Nước làm mát Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử dùng loại lò phản ứng nước áp lực Đặc điểm nhà máy điện nguyên tử: • Có thể xây dựng gần trung tâm phụ tải • Giá thành điện thấp nhà máy nhiệt điện • Vận hành linh hoạt với đồ thị phụ tải tự • Khối lượng nhiên liệu ít, Ví dụ để sản xuất triệu KWh điện 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 lượng mặt trời Nhà máy lượng mặt trời có hai loại sau: ♦ Nhà máy pin quang điện: Nhà máy loại sử dụng pin mặt trời để biến đổi trực tiếp quang thành điện không thông qua bước trung gian nhiệt, hiệu suất đạt đến 40% Pin mặt trời có cấu tạo gồm lớp bán dẫn p n Lớp tiếp xúc gọi 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 hai loại bán dẫn hấp thụ photon tạo cặp electron lỗ trống ( gọi hạt dẫn ) Các hạt dẫn khuyết tán qua lớp tiếp xúc tạo nên điện trường, có suất điện động quang điện Suất điện động quang điện gia tăng tỷ lệ với cường độ chiếu sáng Hiện người ta chế tạo 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 điều kiện xạ mặt trời 1KW/m2 Để có công suất lớn cần ghép tổ hợp tế bào pin quang điện ♦ Nhà máy nhiệt mặt trời: Nhà máy loại vận hành theo kiểu chu kỳ lượng nhiệt, lượng mặt trời thu gương parabol tròn xoay, tia nắng chiếu vào gương tập trung tiêu điểm F, để gia tăng mật độ quang thông tập trung tiêu điểm người ta sử dụng hệ thống dãy gương hội tụ (hellostats), nhiệt độ đạt đến 1.5000C Tại tiêu điểm F hệ thống gương người ta đặt nồi chứa muối kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao 4000C, muối nóng chảy bơm vào bể chứa, cho dòng nước chảy qua bể chứa muối nóng chảy, nước nhận nhiệt sôi, nước làm quay tuốc bin máy phát điện Nhà máy sử dụng gương parabol thường có công suất từ 5KW đến 25KW 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 lượng gió Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Hình 1.10 Trạm điện lượng gió Nhà máy loại sử dụng lượng gió để phát điện ý xây dựng vùng ven biển, đồi núi nơi có mật độ lượng gió cao ( 320 ÷ 400 W/m2 ) tốc độ gió 5m/s Các trạm phát điện gió có công suất lên đến 50MW ( làng máy phát ) Giá thành Châu Âu để đầu tư cho 1KW khoảng 1000USD, dự kiến đến năm 2020 giá giảm xuống mức 650USD/1KW Tại Trung Quốc tính đến thời điểm cuối 2005 có 60 khu điện gió với tổng công suất 1300MW, mục tiêu đến năm 2020 công suất điện gió Trung Quốc lên đến 20.000MW Trong chương trình đánh giá lượng cho Châu Á, ngân hàng giới có khảo sát chi tiết lượng gió khu vực Đông Nam Á đánh giá tiềm điện gió Việt Nam ước đạt 513.360 MW 200 lần công suất thuỷ điện Sơn La (2400MW) Ở Việt Nam có dự án điện gió với công suất 50 MW, nhà máy điện gió Phương Mai Bình Định phục vụ cho Khu Kinh tế Nhơn Hội Tổng đầu tư giai đoạn cho 50MW điện 65 triệu USD, giá bán điện dự kiến 45 USD/MWh 5.4 Nhà máy lượng địa nhiệt Nhà máy lượng địa nhiệt làm việc theo nguyên lý sử dụng nhiệt lấy từ lòng đất để gia nhiệt làm bốc nước ( Trung bình khoan sâu vào lòng đất 1km nhiệt độ tăng thêm 300C ) Hơi nước áp suất cao làm quay tuốc bin máy phát điện lượng địa nhiệt biến thành điện 5.5 Nhà máy lượng thủy triều Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Hình 1.11 Mô hình turbine phát điện thủy triều Nhà máy lượng thủy triều sử dụng lượng dòng chảy hải lưu thủy triều để làm quay tuốc bin phát điện - Nhà máy lượng thủy triều dạng đập ngăn xây dựng nơi có độ chênh lệch lớn mực nước lên xuống thủy triều Khi thủy triều lên nước chảy hướng qua tuốc bin để vào hồ chứa, thủy triều hạ lại hướng nước từ hồ chứa qua tuốc bin đổ biển - Tận dụng thủy tạo sóng biển dòng chảy hải lưu làm quay tuốc bin thủy lực, tuốc bin đặt mặt nước mặt biển 1.2.1.2 Máy biến áp Máy biến áp thiết bị hệ thống điện, dùng để biến đổi điện từ điện áp U1 sang điện áp khác U2 phục vụ cho việc truyền tải phân phối lượng điện Hiện máy biến áp điện lực tạo điện áp lớn lên đến hàng ngàn kilovolt dùng để chuyển tải điện tạo nhiều cấp điện áp thấp để cung cấp điện trực tiếp cho hộ tiêu thụ ( 220; 380 V; … ) Trong hệ thống điện đại, công suất tổng máy biến áp khoảng từ ÷ lần công suất nguồn Các máy biến áp có công suất lớn điện áp cao có hiệu suất đạt đến 99,7% 1.2.2 Lưới hệ thống lưới truyền tải ♦ Lưới hệ thống: - Lưới hệ thống bao gồm đường dây tải điện trạm biến áp khu vực, nối liền 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 cắt điện bảo trì cố bảo đảm liên lạc hệ thống Vận hành kín để bảo liên lạc thường xuyên chắn nhà máy điện với phụ tải ♦ Lưới truyền tải: - Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ trạm biến áp khu vực đến trạm trung gian, điện áp 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 từ trạm trung gian ( trạm khu vực, nhà máy điện ) cấp điện cho phụ tải - Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10, 15, 22, 35 KV phân phối điện cho phụ tải trung áp trạm biến áp trung áp/ hạ áp - Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho phụ tải hạ áp 127/220, 220/380V Hiện hầu hết sử dụng mạng điện 3P-4W ( pha - dây ) - lưới phân phối có cấu trúc kín vận hành hở Khi cố phân đoạn, phần lưới bị cố cô lập phần lưới tốt lại đóng điện để tiếp tục vận hành 1.2.4 Phụ tải: Khái niệm Tất máy móc dùng để biến đổi điện thành dạng lượng khác năng, quang năng, nhiệt năng, … để trực tiếp gián tiếp phục vụ cho trình công nghệ sản xuất đời sống sinh hoạt gọi thiết bị tiêu thụ điện, tập hợp tất thiết bị gọi hộ tiêu thụ điện hay hộ dùng điện Phụ tải điện đại lượng đặc trưng cho trình tiêu thụ điện hệ thống điện theo thời gian Các thông số xác định phụ tải thường P(t), Q(t), S(t), I(t) Nói cách khác, phụ tải điện đại lượng biểu thị mức độ tiêu thụ điện hộ dùng điện Phân loại phụ tải Trong thực tế nhiều chủng loại thiết bị điện với chế độ làm việc tầm quan trọng khác nhau, tùy theo mức độ yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện mà phụ tải chia thành nhiều loại khía cạnh xem xét khác nhau: a) Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện, phụ tải điện phân thành loại: ♦ Phụ tải loại 1: Là phụ tải mà có cố ngừng cung cấp điện gây thiệt hại nghiêm trọng trị, kinh tế sinh mạng người ( ví dụ: bệnh viện, đài phát thanh, truyền hình, quan trụ sở đầu não, … ) Đối với hộ loại phải đảm bảo liên tục cung cấp điện cấp điện lưới điện kín có hai nguồn cung cấp điện độc lập, có nguồn dự phòng Thời gian điện thường coi thời gian đóng nguồn dự trữ ♦ Phụ tải loại 2: Là loại phụ tải mà có cố ngừng cung cấp điện dẫn đến thiệt hại kinh tế đình trệ sản xuất, phá hỏng thiết bị, gây hư hại sản phẩm ( ví dụ: phân xưởng khí, xí nghiệp công nghiệp thông thường, … ) Đối với hộ loại dùng lưới điện hở có dự phòng Thời gian điện cho phép thời gian đóng nguồn dự trữ tay ♦ Phụ tải loại 3: Gồm tất loại phụ tải không thuộc hai loại trên, có tính chất không quan trọng, phụ tải thiết kế với độ tin cậy cung cấp điện không đòi hỏi cao ( ví dụ: hộ chiếu sáng sinh hoạt, nhà kho, …) Đối với hộ loại cho phép điện thời gian sửa chữa, sử dụng nguồn cung cấp đường dây lộ b) Dưới góc độ sử dụng kinh doanh điện có loại phụ tải sau: - Phụ tải công nghiệp: gồm 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 thiết bị điện sinh hoạt hộ gia đình - Phụ tải nông nghiệp: gồm phụ tải phụ vụ nông nghiệp lưới điện nông thôn, trạm tưới tiêu - Phụ tải thương mại dịch vụ: gồm sở kinh doanh thương mại, dịch vụ nhu 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: phụ tải không thay đổi thay đổi Các thiết bị làm việc lâu dài mà nhiệt độ không vượt giá trị cho phép - Phụ tải có chế độ làm việc ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ 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 trình vận hành hệ thống điện cần phải kể đến khả xuất tình trạng cố chế độ làm việc không bình thường phần tử Ngắn mạch loại cố xảy nguy hiểm hệ thống điện Khi ngắn mạch xảy dòng điện tăng cao điện áp giảm dẫn đến tình trạng: ♦ Tụt thấp điện áp phần hệ thống điện ♦ Phá hủy phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua tác động nhiệt ♦ Phá hủy phần tử cố tia lửa điện ♦ Phá hủy ổn định hệ thống điện Một tình trạng làm việc không bình thường tải Dòng điện tải làm tăng nhiệt độ phần dẫn điện vượt giới hạn cho phép làm cách điện chúng bị già cỗi bị phá hủy Để ngăn ngừa phát sinh cố phát triển chúng cần phải phát cắt cô lập nhanh phần tử cố khỏi hệ thống điện nhằm bảo đảm hoạt động hệ thống điện nói chung hộ tiêu thụ nói riêng đồng thời giảm mức độ hư hại phần bị cố Để thực tốt yêu cầu cần phải có thiết bị bảo vệ ( máy cắt, cầu dao ngắt mạch, cầu chì, thiết bị chống sét gắn trực tiếp vào mạch ) Các thiết bị điều khiển rơle bảo vệ lắp đặt bảng điều khiển trạm điều khiển Khi xuất cố rơle bảo vệ phát cho tín hiệu cắt phần tử hư hỏng thông qua máy cắt điện Khi xuất chế độ làm việc không bình thường, rơle bảo vệ phát tùy thuộc theo yêu cầu tác động để khôi phục chế độ làm việc bình thường báo tín hiệu cho nhân viên trực Tất 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 nước, tạo thành việc hợp hệ thống điện (HTĐ) miền Bắc, miền Trung miền Nam Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia quan huy vận hành cao HTĐ Quốc gia Các trung tâm điều độ HTĐ miền Bắc, miền Trung, miền Nam quan điều độ HTĐ miền, chịu huy trực tiếp trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia Mục tiêu chủ yếu trung tâm điều độ là: - Đảm bảo liên tục cung cấp điện cho hộ tiêu thụ - Đảm bảo vận hành phần tử toàn hệ thống an toàn - Đảm bảo chất lượng điện ( tần số, điện áp ) đạt yêu cầu - Đảm bảo vận hành HTĐ cách kinh tế Trung tâm điều độ HTĐ đại ngày trang bị máy tính trực tuyến đảm bảo xử lý tất tín hiệu thông qua hệ thống thu nhận tín hiệu từ xa Hiện hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition ) phát triển rộng khắp, hệ thống SCADA có khả thực thao tác đo lường, điều khiển từ xa, truyền liệu báo cáo lại với trung tâm điều hành kết thực thao tác Hệ thống SCADA phương tiện hỗ trợ hiệu kinh tế vận hành hệ thống điện góp phần trợ giúp đắc lực cho điều độ viên Tại trung tâm điều độ hệ thống SCADA thực việc truyền tín hiệu thông tin thông qua thiết bị đầu cuối giám sát từ xa RTU ( Remove Terminal Unit ), máy tính chủ có khả chuyển tín hiệu nhận thông tin từ RTU, thông tin chế độ hệ thống hiển thị hình Các máy tính đưa cảnh báo có dịch chuyển chế độ hệ thống khỏi chế độ bình thường, điều độ viên tiến hành điều chỉnh định với trợ giúp máy tính 1.5 Hệ thống điện Việt Nam 1.5.1 Thực trạng: Tổng công suất lắp đặt nhà máy điện nước ta tính đến thời điểm 31/12/2007 13.205 MW, công suất khả dụng khoảng 12.635MW, thủy điện 38%, nhiệt điện 19%, tuốc bin khí 40% diesel 3% ( hình 1.12 ) Hình 1.12 Tỷ trọng nguồn điện Việt Nam năm 2007 Hiện ngành điện 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% 2015 có 100% xã có điện Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Trên bảng 1.1 cho số liệu nhà máy điện Việt Nam đến năm 2007 Nhìn chung Việt Nam nước có mức sản xuất tiêu thụ điện thấp khu vực Hệ thống chuyển tải phân phối xuống cấp, lạc hậu, tổn hao điện mức cao ( tổn hao năm 1999 15,5% ), dự báo đến năm 2010 giảm 10% 2020 8% Mức độ không phẳng đồ thị phụ tải lớn nên thường xuyên phải sa thải phụ tải cao điểm Về cấu sản xuất điện, năm 1991-1996 sản lượng thủy điện chiếm tỷ trọng cao 70%, sản lượng thủy điện có xu hướng giảm dần, năm 2003 46,06%, năm 2007 38% Công suất nguồn tuốc bin khí ngày tăng từ 20,3% năm 2003 lên 40% năm 2007 Hệ thống điện 500KV bắt đầu vận hành từ năm 1994, với việc đưa vào vận hành đường dây 500kV Bắc - Nam dài gần 1500 km trạm 500kV Hòa Bình, Pleiku Phú Lâm, công suất trạm 9000 kVA Hiện tổng chiều dài đường dây 500 kV 3.196 km, tổng công suất trạm biến áp 500 kVA vận hành 7.200 MVA Từ năm 1996 - 2000 nhu cầu điện hàng năm tăng xấp xỉ 13% , từ 2006 đến nhu cầu điện tăng mức cao 14-15% dự báo trì mức độ thời gian tới Theo tổng sơ đồ quy hoạch điện VI, theo năm 2007 đưa vào hệ thống thêm 2.096 MW, 2008 3.721MW, 2009 3.393 MW, 2010 4.960 MW, năm 2011 5.401 MW, 2012 6.554 MW, 2013 7.309 MW, 2014 7.177 MW 2015 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 Thác Bà 108 Hòa Bình 1920 Vĩnh Sơn 66 Đa Nhim 160 Trị An 400 Thác Mơ 150 Thủy điện nhỏ 50 Yaly 720 Sông Hinh 70 10 Hàm Thuận 300 11 Đa Mi 175 12 Cẩn Đơn 72 13 Đại Ninh (2x150) 300 14 Sê San 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 10 11 III IV V Th.s Nguyễn Công Chương Uông Bí (chạy than) Ninh Bình Phả Lại Thủ Đức (dầu) Trà Nóc Hiệp Phước Phả Lại Na Dương Cao Ngạn Uông Bí mở rộng Formosa Tuốc bin khí Thủ Đức Bà Rịa Trà Nóc Cần Thơ Phú Mỹ 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 Phú Mỹ Cà Mau Diesel Nomura Hải Phòng Miền Trung Miền Nam KCN Singapor KCN Amata Tổng cộng 715 720 450 750 459 50 190 199 12 13.205 715 720 450 500 185 50 65 50 12 12.635 1.5.2 Kế hoạch cải tạo, phát triển nguồn lưới theo tổng sơ đồ VI: Bảng 1.2 trình bày chương trình cải tạo, phát triển nguồn lưới điện theo tổng sơ đồ quy hoạch điện VI, chia làm hai giai đoạn từ 2006 đến 2015 từ 2016 đến 2025 ( kế hoạch phủ phê duyệt vào ngày 18/7/2007 ) Số TT I II III Bảng 1.2 Chương trình cải tạo, phát triển nguồn 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 tiêu kinh tế - kỹ thuật phương án cung cấp điện: 1.6.1 Chỉ tiêu kỹ thuật: 1) Đảm bảo chất lượng điện cung cấp: Thể chất lượng tần số chất lượng điện áp a) Chất lượng tần số: Chất lượng tần số đánh giá ♦ Độ lệch tần số so với tần số định mức: (Hz) ∆f = f − f đm Hoặc dạng tương đối: (1.1) f − f đm 100 (%) f đm ∆f % = (1.2) ♦ Độ dao động tần số: Đặc trưng độ lệch giá trị lớn nhỏ tần số tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn 0.2 (Hz) giây - Ví dụ: Theo tiêu chuẩn Nga [Gost-13109-67] độ lệch tần số trung bình 10 phút nằm khoảng ± 0.1 (Hz), ngắn hạn cho phép đến ± 0.2 (Hz), độ dao động tần số không lớn 0.2 (Hz) Theo quy trình qua phạm Việt Nam, độ lệch ∆f trạng thái bình thường ± 0,2 (Hz) chế độ cố ± 0,5 (Hz) b) Chất lượng điện áp: bao gồm tiêu sau ♦ Độ lệch điện áp so với điện áp định mức lưới điện: δU = U − U đm Hoặc cho dạng tương đối: δU = U − U đm 100 U đm (V) (1.3) (%) (1.4) U điện áp thực tế cực thiết bị dùng điện, δU phải thỏa mãn điều kiện: δU − ≤ δU ≤ δU + (1.5) Trong δU − , δU + giới hạn giới hạn độ lệch điện áp - Ví dụ: Theo tiêu chuẩn Việt Nam, trạng thái vận hành bình thường − 5% ≤ δU ≤ +5% , tình trạng bất thường − 10% ≤ δU ≤ +5% Theo tiêu chuẩn Nga: -2.5% đến +5% cho chiếu sáng công nghiệp công sở, 5% đến -10% cho động ± 5% cho phụ tải lại ♦ Độ dao động điện áp: hiệu số trị số hiệu dụng lớn Umax nhỏ Umin điện áp tốc độ biến thiên từ Umax đến Umin không nhỏ 1% giây ∆V = U max − U 100 U đm (%) (1.6) Theo tiêu chuẩn Pháp có đường cong quan hệ ∆V tần suất xuất dao động Theo có dao động ∆V cho phép 10% Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Theo tiêu chuẩn Nga quy định dao động điện áp cực thiết bị chiếu sáng: ∆V = + / n = + ∆t / 10 (1.7) ( n số giao động giờ, ∆t thời gian trung bình hai dao động, phút ) Theo tiêu chuẩn có dao động biên độ phép 7% Đối với thiết bị có công suất biến đổi đột ngột vận hành cho phép ∆V đến 1.5% 2) Độ tin cậy cung cấp điện cao theo yêu cầu loại hộ phụ tải, thể trị số nhỏ thiệt hại kinh tế hàng năm ngừng cung cấp điện Độ tin cậy cung cấp điện tính thời gian điện trung bình năm cho hộ dùng điện tiêu khác đạt giá trị hợp lý chấp nhận cho phía người dùng hộ tiêu thụ Theo tiêu độ tin cậy, phụ tải chia làm hai loại: + Phụ tải có tính chất trị, xã hội cao bảo đảm độ tin cậy đặc biệt cao + Các phụ tải khác phân loại theo thiệt hại kinh tế điện tính đ/kWh điện 3) Bảo đảm an toàn người thiết bị Đây yêu cầu bắt buộc vận hành lưới điện Các yêu cầu an toàn bao gồm: Hành lang an toàn, phòng chống cháy nổ, nguy ăn mòn, an toàn thao tác vận hành, an toàn điện áp chuẩn 4) Tính linh hoạt, đơn giản vận hành 5) Khả phát triển phụ tải 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 chi phí sau: + Chi phí mua thiết bị chi phí xây dựng trực tiếp: V1 + Chi phí tồn kho cho thiết bị vật tư 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 C1 C1 = C0 ∆A (1.9) Trong đó: C0 giá thành 1kWh điện năng, ∆A tổn thất điện hàng năm (kWh) + Chi phí khấu hao thiết bị C2: C2 = Kkh.V Trong đó: Kkh hệ số khấu hao, V tổng vốn đầu tư ban đầu Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương + Chi phí vận hành công bảo quản hệ thống cung cấp điện: bao gồm chi phí trả lương trực tiếp, thuế quản lý, chi phí nghỉ phép, … C3 = Kbq.V (1.10) + Chi phí vật tư yêu cầu cho vận hành bảo quản C4 như: chi phí mua vật tư, chi phí sử dụng tồn trữ C4 = Kvt V (1.11) Trong đó: Kvt hệ số vật tư, V tổng vốn đầu tư ban đầu + Chi phí điện chi phí khác phục vụ, quản lý: C5 Chi phí vận hành hàng năm hệ thống cung cấp điện xí nghiệp bao gồm: C = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 (1.12) 3) Phương pháp so sánh phương án theo tiêu thời gian thu hồi vốn đầu tư Phương pháp viết dạng: T= Trong đó: V A − VB CB − CA (1.13) VA, VB vốn đầu tư phương án A B, đơn vị đồng CA, CB chi phí vận hành hàng năm phương án A B, đơn vị đồng/năm Viết dạng chi phí tính toán sau: Ztt = kđm.V + C Trong đó: (1.14) kđm hệ số hiệu định mức Thời gian cần thiết để thu hồi lại số vốn đầu tư: Tđm = k đm (1.15) Kđm Việt Nam quy định 0,2 Tđm = năm Sau xét trường hợp bản: a) Trường hợp có hai phương án: Nếu T < Tđm thì phương án kinh tế phương án hai ngược lại Khi so sánh hai phương án, không thiết lúc phải dùng phương pháp thời hạn thu hồi vốn Ví dụ, VA < VB CA < CB rõ ràng chọn phương án A Khi VA = VB CA lớn hay nhỏ CB, hay CA = CB VA lớn hay nhỏ VB không cần tính thời gian thu hồi vốn đầu tư theo công thức (1.13) Nhược điểm phương pháp là: * Khối lượng tính toán lớn có nhiều phương án khác phải tổ hợp cặp phương án * Khi vốn đầu tư ban đầu chi phí vận hành hàng năm hai phương án chênh lệch không nhiều Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương VD: Xét hai phương án sau: Phương án 1: VA = 40 triệu, CA = 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 − C A − CB Điều có ghĩa dùng phương án sau 50 năm thu hồi chênh lệch vốn đầu tư đó, tính kinh tế phương án phương án nhiều Nhưng thực tế từ số liệu cho thấy hai phương án tương đương kinh tế vốn đầu tư chi phí hàng năm nằm giới hạn cho phép b) Trường hợp có ba nhiều phương án: Trong trường hợp sử dụng công thức (1.13) để so sánh kinh tế cặp phương án gặp khó khăn Khi đầu tư lúc ( thời gian xây dựng năm ) chi phí vận hành hàng năm cố định nên sử dụng biểu thức (1.14): Ztt = kđm.V + C → Khi thời gian xây dựng lớn năm chi phí vận hành hàng năm cố định ta sử dụng công thức (1.14), lúc vốn đầu tư tính toán Vtt tính theo công thức: TX Vtt = ∑ Vt (1 + k đm ) TX −t t =1 Trong đó: Vt - vốn đầu tư năm thứ t xây dựng TX - thời gian xây dựng xong công trình 1.7.Các bước cần thiết để tính toán cung cấp điện xí nghiệp - Xác định phụ tải - Xác định phương án 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 cho thiết bị - So sánh tiêu kinh tế kỹ thuật cụ thể mạng lưới điện thiết kế 1.8 Các định hướng nghiên cứu phát triển ngành Điện lực Việt Nam: - Cải tạo, nâng cấp, đại hóa nguồn lưới điện có, đồng thời phát triển đồng nguồn lưới điện - Khai thác tiềm nguồn thủy điện đất nước Phát triển nhà máy nhiệt điện với nguồn nhiên liệu đa dạng dầu mỏ, khí đốt, than - Phối hợp với nước khu vực triển khai nghiên cứu dự án liên kết lưới điện khu vực để trao đổi điện - Nghiên cứu triển khai chương trình DSM ( Demand Side Management - quản lý nhu cầu phụ tải ) nhằm tiết kiệm điện Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương - Thu hút vốn đầu tư nước thành phần nước tham gia đầu tư phát triển nguồn lưới, điện điện lực quốc doanh giữ vai trò chủ đạo - Đầu tư trang bị dây chuyền công nghệ tiên tiến cho xí nghiệp điện, bước tự sản xuất thiết bị phụ tùng sửa chữa cho lưới nguồn điện [...]... Nóc Cần Thơ Phú Mỹ 1 Phú Mỹ 2 -1 & 2-1MR 10 5 10 0 440 16 5 33 375 600 10 0 10 0 300 15 0 5.355 12 8 389 15 0 75 10 90 888 10 5 10 0 440 15 6 32 375 600 10 0 10 0 300 15 0 5.007 10 0 340 13 6 68 10 90 888 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 19 0 19 9 8 12 13 .205 715 720 450 500 18 5 50 65 50 8 12 12 .635 1. 5.2 Kế hoạch cải... 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 10 0% số huyện, 81, 8% số xã, 73,5% số hộ nông thôn có điện Mục tiêu phấn đấu đến năm 2 010 có 95% và 2 015 có 10 0% 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. .. 5.4 01 MW, 2 012 là 6.554 MW, 2 013 là 7.309 MW, 2 014 là 7 .17 7 MW và 2 015 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 10 8 2 Hòa Bình 19 20 3 Vĩnh Sơn 66 4 Đa Nhim 16 0 5 Trị An 400 6 Thác Mơ 15 0 7 Thủy điện nhỏ 50 8 Yaly 720 9 Sông Hinh 70 10 Hàm Thuận 300 11 Đa Mi 17 5 12 Cẩn Đơn 72 13 Đại Ninh (2x150) 300 14 Sê San 3 260 15 Sê San 3A 10 8 16 ... 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 2 015 và từ 2 016 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 2006-2 015 Hạng mục Đơn vị 2 016 -10 25 2006-2 010 2 011 -2 015 MVA 48.744 12 1.524... 12 1.524 Nguồn điện Trạm biến áp 500 kV MVA 8.400 13 .200 37.200 220 kV MVA 13 .926 30.889 82 .12 6 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... Đại Ninh (2x150) 300 14 Sê San 3 260 15 Sê San 3A 10 8 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 12 0 19 20 66 16 0 440 15 0 50 760 70 300 17 5 72 15 0 260 10 8 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... 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.. .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 12 7/220,... 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,... 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 .. .Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Hình 1. 1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện 1. 2 .1 Nhà máy điện trạm biến áp 1. 2 .1. 1 Nhà máy điện Nhà máy nhiệt điện: 16 15 17 14 13 11 10 12 Kho... Cần Thơ Phú Mỹ Phú Mỹ 2 -1 & 2-1MR 10 5 10 0 440 16 5 33 375 600 10 0 10 0 300 15 0 5.355 12 8 389 15 0 75 10 90 888 10 5 10 0 440 15 6 32 375 600 10 0 10 0 300 15 0 5.007 10 0 340 13 6 68 10 90 888 Phú Mỹ 2-2 Phú... 2.468 Công suất khả dụng (MW) 4.985 12 0 19 20 66 16 0 440 15 0 50 760 70 300 17 5 72 15 0 260 10 8 70 64 50 2.458 Giáo trình cung cấp điện 10 11 III IV V Th.s Nguyễn Công Chương Uông Bí (chạy than) Ninh